無人機發(fā)展至今，在續(xù)航和以及功能上的進化已經(jīng)到了一定瓶頸，于是，世界上主流的消費級無人機廠商便開始將安全性作為接下來產(chǎn)品的發(fā)力點，紛紛自開發(fā)了自家的“避障系統(tǒng)”（Obstacle Avoidance）。

　　所有無人機面臨的難題當中，“避障”屬于對技術(shù)和精度要求最高的一種。

　　讓無人機自主感知周圍環(huán)境并對接下來的飛行軌跡做出規(guī)劃，這件看似簡單的事情對無人機來說是個很大挑戰(zhàn)，要想很好的解決這個問題需要無人機廠商自身在計算機視覺、超聲波、雷達定位等方面有足夠的技術(shù)積累。

　　那么，目前市面上主流的消費級無人機，比如大疆、YUNEEC昊翔、Parrot等都分別采用了什么樣的自動避障系統(tǒng)呢？

　　昊翔YUNEEC Typhoon H——復合避障

　　早在年初的CES上，昊翔YUNEEC就展示了其搭載Intel Realsense傳感器的室內(nèi)避障系統(tǒng)，直到前不久的CES Asia，這款消費級的產(chǎn)品TyphoonH正式亮相，并展示了其最新的室外復合避障系統(tǒng)。

昊翔無人機

　　如果說此前的室內(nèi)避障演說，是一次針對無人機智能化想所未想的概念，那么相較于目前普遍存在的避障概念，此次高精度辨別障礙物并進一步規(guī)避的實現(xiàn)，則是無人機技術(shù)在智能化方面的飛越。

　　實際演示中，開啟壁障系統(tǒng)的Typhoon H Realsense可順利實現(xiàn)跟隨過程中對場景中樹木的識別及躲避。

　　YUNEEC昊翔的Typhoon H Realsense版所擁有的是超聲波、可見光+結(jié)構(gòu)光復合避障。臺風H機身前部兩個圓孔為超聲波傳感器，能通過收發(fā)超聲波的方式，針對聲波往返時間來計算出與障礙物的距離。

避障組件

　　兩個圓孔下方的長條狀物體，就是臺風H黑科技稱號的來源——Intel Real Sense模組。該模組采用了Intel實感技術(shù)，能將2個紅外線攝像頭、1個紅外線發(fā)射器和1個RGB標準攝像頭產(chǎn)生的信息集成到一顆指甲大小的圖像處理器上，而進一步對物體表面進行精細建模，構(gòu)建出三維空間信息。

　　昊翔無人機的避障攝像頭

　　在自然光充足的情況下（白天），臺風H Realsense版通過RealSense模組可以識別10米左右的障礙物，并分辨出他們的形狀和位置。在夜晚，借助主動紅外線發(fā)射器，臺風H Realsense版也能感知5米左右的障礙物。

　　大疆精靈 Phantom 4——雙目測距法

　　今年3月5日，大疆正式發(fā)布了全新的精靈4，不負眾望搭載了自動避障功能，原理是雙目測距法。光線充足的環(huán)境下，檢測距離達到在0.7米-15米，且能夠根據(jù)飛行的速度控制無人機的飛行速度，調(diào)整停止的時刻，避免發(fā)生碰撞。

　　需要注意的是，Phantom 4并沒有采用全向避障，也沒有超聲波傳感器，目前僅能實現(xiàn)正前方的檢測。同時基于這項技術(shù)，Phantom 4可以通過視覺傳感器和軟件算法，在一定條件下自動規(guī)劃躲避的路線。

大疆無人機

　　而所謂雙目立體視覺，有點類似于人眼估計距離的原理，利用兩個不同的圖像傳感器，固定之間的距離，測量物體與傳感器之間的夾角，已知兩傳感器之間的距離和物體與兩傳感器之間的夾角，根據(jù)三角測距定理能夠計算出物體與無人機之間的距離。

雙目測距法原理

　　雙目立體視覺算法由大量的代數(shù)方程組構(gòu)成，對數(shù)據(jù)的處理量通用巨大，需要多臺頂級的計算機進行協(xié)同計算，因此如何降低處理器的能耗并提高計算性能成為了諸多無人機廠家面臨的問題。

　　零度 Xplorer 2——激光雷達 TOF

　　TOF是Time of Flight的簡寫，大概意思就是說根據(jù)飛行的時間來判斷，基本原理依靠傳感器發(fā)射一定頻率的紅外/激光信號，然后根據(jù)反射信號與原信號的相位差計算信號的飛行時間，即可換算出距離障礙物的距離。

　　在懸停狀態(tài)下，TOF系統(tǒng)會一直保持快速旋轉(zhuǎn)，每秒鐘旋轉(zhuǎn)2-5圈。通過旋轉(zhuǎn)，可以在短時間內(nèi)完成對周圍有效半徑內(nèi)的360°范圍進行快速掃描，從而用較快的速度發(fā)現(xiàn)障礙，然后對飛控系統(tǒng)發(fā)出調(diào)整位置的指令，以此來進行避障。

　　在飛行狀態(tài)中，TOF系統(tǒng)則會停止旋轉(zhuǎn)，只把光發(fā)射到前進的方向上。固定方向的時候，在室外的有效距離可以增加到8-10米。檢測到障礙物之后1秒的反應時間，無人機可以用一個較大的加速度來停止前進。

避障組件

零度 Xplorer 2

　　就拿零度 Xplorer 2這款產(chǎn)品來說，使用的是光相位檢測，頂部類似小蘑菇的傳感器發(fā)射出激光雷達，以每秒50次的速率360°快速掃描四周的環(huán)境，繪制出3D模型，將物體的三維輪廓轉(zhuǎn)換為機器所理解的語言。

　　TOF激光雷達的方式較為成熟，但光波容易被干擾這一點也不容忽視，系統(tǒng)發(fā)出的光，必須避開太陽光的主要能量波段，從而避免太陽光的直射、反射等對避障系統(tǒng)造成干擾。

　　總結(jié)

　　上述避障方法基本代表了目前主流的消費級無人機對于避障這件事的解決方案，他們各有優(yōu)劣但都還處于較為初級的階段，所適用的場景、對障礙物的識別以及抗干擾能力都還有很大的提升空間。

　　其中，雙目測距法和TOF激光雷達兩種技術(shù)主要依賴于傳感器，而搭載Intel Realsense的Typhoon H，其核心是通過計算機視覺將周圍環(huán)境數(shù)字化，以此規(guī)劃對飛行路線實現(xiàn)避障。

　　避障技術(shù)之于無人機就像AI大腦之于機器人，對于整個無人機產(chǎn)業(yè)來說是一場革命性的創(chuàng)新，一方面可以提高無人機的安全指數(shù)，另一方面也可以也將降低無人機的操作難度。