談?wù)劅o人機(jī)夜間避障

　　最近，一直植根于無人機(jī)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的極飛科技有了新動(dòng)作，他們發(fā)布了 XCope「天目」無人機(jī)視覺系統(tǒng)（XAIRCRAFT XCope UAV Vision System）。這個(gè)系統(tǒng)融合了雙目避障和地形視覺模塊，讓植保無人機(jī)擁有了感知環(huán)境的能力，進(jìn)一步提升了它的作業(yè)效率和安全性。

　　技術(shù)參數(shù)：

　　雙目避障，30 米有效識(shí)別距離;

　　地形視覺模塊，無 GPS 條件下也能全天候獲得位置信息和飛行信息;

　　風(fēng)簾阻斷技術(shù)，主動(dòng)除塵，專為植保無人機(jī)設(shè)計(jì)，適應(yīng)極端復(fù)雜環(huán)境;

　　主動(dòng)近紅外照射技術(shù)，具有夜視功能。

　　我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)很有趣的點(diǎn)是它能夠?qū)崿F(xiàn)夜間避障，為什么這很有趣？因?yàn)槿绻阌写蠼碾p目避障在晚上可能就完全「瞎掉」，而且不僅是晚上，據(jù)說是照度小于 300 lux 就會(huì)關(guān)閉。

　　所以當(dāng)然大疆是不推薦你晚上玩無人機(jī)去做一些「獵奇的事情」，想做只能靠自己的技術(shù)了。但考慮到 Inspire 2 已經(jīng)可以定制 4G 通訊功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制飛行器這樣的黑科技，所以如果再實(shí)現(xiàn)夜間避障，我們的黑客和極客們又有好玩的事情做了。

　　所以這里我們先來聊聊「夜間避障」。

　　極飛 & 主動(dòng)近紅外照射技術(shù)？

　　極飛做夜間避障是因?yàn)樗麄兊亩鄶?shù)植保作業(yè)是在夜間進(jìn)行。其實(shí)他們實(shí)現(xiàn)「夜間避障」的原理并不復(fù)雜。

　　先說避障原理，向前避障是雙目避障，它利用成像設(shè)備的兩只「眼睛」來獲取被測(cè)物體的兩幅圖像，通過計(jì)算圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的位置偏差來獲取物體的三維信息，包括攝像頭與物體的距離和物體之間的距離等。是基于視差原理，是計(jì)算機(jī)視覺的一種重要形式，這和人眼感知物體三維信息的原理相似。參照下面這個(gè)惡趣味的圖片。

　　而夜間避障，是采用了這個(gè)主動(dòng)近紅外照射技術(shù)，簡(jiǎn)單來說就是加了一個(gè)特殊的「手電筒」和并改造了「眼睛」。夜間這個(gè)「眼睛」幾乎看不到（和現(xiàn)有大疆產(chǎn)品一樣），而極飛采用的雙目是由兩個(gè)黑白鏡頭組成，從 380-1080nm 波段都可以成像，也就意味著不僅能「看見」可見光，還能看見人眼也看不見的紅外線。

　　（中間長(zhǎng)條裝為發(fā)射，兩側(cè)為接收）

　　無人機(jī)會(huì)主動(dòng)發(fā)射近紅外線光線，近紅外光是介于可見光和中紅外光之間的電磁波，雖然人眼看不到，但能作為夜晚的光源，雙目的每一個(gè)鏡頭就能接收到環(huán)境中的紅外線的反饋，經(jīng)過雙目計(jì)算后（和白天的計(jì)算處理相同）就可以「感知」到環(huán)境和障礙物了。而且避障距離和白天相比沒有變化，都是 30 米（角度：水平 FOV 65°）。

　　其實(shí)這個(gè)原理并不是極飛所創(chuàng)造，它在軍事當(dāng)中運(yùn)用很早，在美、德等國二戰(zhàn)期間，第一代的主動(dòng)紅外探測(cè)裝置用在了戰(zhàn)場(chǎng)上，通過自帶的光源設(shè)備主動(dòng)產(chǎn)生近紅外輻射照射目標(biāo)區(qū)域，然后接收目標(biāo)返回的紅外信號(hào)，轉(zhuǎn)換為可視圖像進(jìn)行觀察分析。例如德國研制的車載主動(dòng)紅外夜視儀可用于夜間無燈光條件下隱蔽行進(jìn)，并通過這種手段避開同盟國的監(jiān)視，秘密地把 V-2 導(dǎo)彈運(yùn)送到前線。

　　而說到這里，目前所有的民用無人機(jī)都不能在夜間或者說光線不好的情況下避障嗎？其實(shí)不然，我們可以看看那些本來「見光死」的避障無人機(jī)，在晚上是不是能夠活過來。

　　昊翔 & RealSense 技術(shù)？

　　說到紅外夜間避障，很容易讓我聯(lián)想到的就是昊翔所采用的這個(gè) Intel 的 RealSense 技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在他們的 Typhoon H 上用來實(shí)現(xiàn)避障。

　　為什么想到它？因?yàn)?RealSense 的硬件搭載了：兩個(gè)紅外鏡頭 + RGB 鏡頭 + 紅外結(jié)構(gòu)光（就是紅外激光發(fā)射器），同時(shí)用超聲波傳感器來輔助。

　　簡(jiǎn)單來說，它避障的一部分是和極飛用了同樣的方式，只是這雙「眼睛」是只能看到紅外，同樣是發(fā)射紅外結(jié)構(gòu)光，用這雙「紅外眼睛」來接收，進(jìn)行環(huán)境感知。但不同的是，這雙「紅外眼睛」接收到的信息會(huì)給 RealSense 的「大腦」做思考，用來和其他傳感器信息配合，進(jìn)行 3D 建模，然后「思考」出繞過障礙物的方式，也就是常說的路徑規(guī)劃。

　　這也是為什么坊間傳聞它是「見光死」了，因?yàn)榧t外受可見光的影響也比較大，白天強(qiáng)光環(huán)境下的效果并不一定理想，所以會(huì)有輔助超聲波傳感器，當(dāng)然是沒有「見光死」這么夸張了。

　　說回到「夜間避障」，所以它在夜間同樣能夠?qū)崿F(xiàn)夜間避障，而且表現(xiàn)也許會(huì)比白天更好，因?yàn)?RGB 鏡頭晚上看不見，在 3D 建模的時(shí)候就少了一個(gè)傳感器信息，所以運(yùn)算速度會(huì)更快，但精度可能就會(huì)降低一些。

　　我們好像一不小心發(fā)現(xiàn)了一個(gè)昊翔的優(yōu)點(diǎn)？當(dāng)然，我需要有空找個(gè)夜晚來實(shí)際試試效果。

　　大疆 & Inspire 2 、Phantom 4 Pro？

　　什么？Inspire 2 和 Phantom 4 Pro 還有這個(gè)隱藏技能？

　　不不不，其實(shí)還是「夜盲癥」患者，即使是 Inspire 2 上新搭載的雙目避障在晚上依舊看不見，我在這里想說的是 Phantom 4 Pro 兩側(cè)、Inspire 2 向上的避障感知系統(tǒng)，他們的原理都是紅外感知。

　　一發(fā)一收，長(zhǎng)條發(fā)射。「有效探測(cè)距離達(dá) 7 米，感知范圍為水平方向 70°、垂直方向 20°的錐體形狀?！?/p>

　　「Inspire 2 頂部紅外感知系統(tǒng)，能有效感知上方 5 米范圍內(nèi)的物體，可以在上升過程中，大概率避免飛行器撞擊頂部障礙物的情況發(fā)生。（FOV ±5°）」

　　因?yàn)閭鹘y(tǒng)的超聲波避障，檢測(cè)精度低，且由于其結(jié)構(gòu)特性容易受飛機(jī)槳頻振動(dòng)的影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定性。相比之下，紅外感知系統(tǒng)不僅探測(cè)面積更大，而且能夠準(zhǔn)確識(shí)別距離飛行器最近的物體距離，有更強(qiáng)的抗干擾能力，所以大疆用它來做輔助，當(dāng)然也只是輔助，強(qiáng)光直射情況下還是會(huì)失效的。

　　所以說了這么多其實(shí)要義只有一個(gè)就是「紅外在夜間好使！」，其它方案呢？還有激光雷達(dá)。

　　零度 & TOF 避障系統(tǒng) ？

　　在去年極客公園的奇點(diǎn)大會(huì)上，零度的楊建軍展示了名為 TOF 避障系統(tǒng)（激光雷達(dá)測(cè)距的一種）。是 TIme of flight 的簡(jiǎn)寫，也就是飛行時(shí)間法 3D 成像，是通過給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測(cè)光脈沖的飛行時(shí)間來得到目標(biāo)物距離。

　　但使用這種方式夸張的說也算是「見光死」的一種吧，光波容易受到干擾，系統(tǒng)發(fā)出的光，必須避開太陽光的主要能量波段?！改壳?，TOF 在室內(nèi)測(cè)量距離最大可以到 10 米，室外強(qiáng)光干擾的話，5 米左右吧?！?/p>

　　就是頭頂上的這個(gè)裝置

　　所以同樣在夜間用來「避障」也是極好的。但苦于該原理需要非常精準(zhǔn)的時(shí)間測(cè)量，需要專用處理芯片，而芯片價(jià)格則較為高昂，零度也并沒有量產(chǎn)它。

　　最后

　　其實(shí)說到最后，發(fā)現(xiàn)「夜間避障」并不是一個(gè)解決不了的難題，現(xiàn)成的就有很多解決方案，所以而它更像是一個(gè)產(chǎn)品經(jīng)理的抉擇。

　　極飛有真實(shí)的需求，測(cè)繪避障能提前預(yù)估農(nóng)田里的電線桿，但是卻往往忽略了田地里一個(gè)長(zhǎng)的很高的高粱。..。.. 所以什么時(shí)候推出這樣的功能，大家的需求真的達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)了嗎？所以目前需求才是唯一的變量。

　　但就像手機(jī)上剛出現(xiàn)攝像頭的時(shí)候，誰會(huì)想到未來居然會(huì)有人把「夜間成像素質(zhì)」列為它很重要的一個(gè)考量因素一樣，我能想到 Phantom 5 也許是全向避障，讓它成為不會(huì)撞的無人機(jī)，但也許想不到的是未來誰會(huì)推出一個(gè)「夜用無人機(jī)」也說不定呢。

　　最后也許你現(xiàn)在就能自己解決。