目前市面上(shàng)主流(liú)的无(wú)人机避障系统主要有三(sān)种,分别是超声波(bō)、TOF,以及相对(duì)更复杂的由多(duō)种测距方法和(hé)视觉(jiào)图像处理组成的复合型方法(fǎ)。
超声波
一个(gè)比较形(xíng)象的比喻就(jiù)是蝙蝠(fú)。这种(zhǒng)飞行类哺(bǔ)乳动物,通过(guò)口腔(qiāng)中喉部的特殊构造来发(fā)出超声波(bō),当超声波遇到猎物或者障碍的时候就(jiù)会反(fǎn)射回来,蝙蝠(fú)可以用特殊(shū)的听(tīng)觉系统来接收反射回来的信号,从而探(tàn)测目(mù)标的距离,确(què)定飞行(háng)路(lù)线。
超(chāo)声波是最简单的测距系统,绝大部分生活中遇到的(de)测距(jù)系统都是(shì)使用的这种(zhǒng)技术,最常见的就是汽车(chē)的倒车雷达(dá)。在无人机上(shàng)加装(zhuāng)定向的超声波(bō)发(fā)射和接收器,然后将其接入飞控系统即可(kě)。
对于无(wú)人(rén)机来(lái)说,这种超(chāo)声(shēng)波(bō)系统(tǒng)应该(gāi)放在多个方向,比如放在前后左右(yòu)四(sì)个方向,可以(yǐ)在(zài)悬停(tíng)和飞行的(de)时候对周(zhōu)围保持(chí)监控;而放在机身下方和上方,则可以在起飞、下(xià)降以及降(jiàng)落的时候避免速度太快碰到障碍(ài)物或者地面。
TOF
TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩(suō)写(xiě),即传感器发出经(jīng)调制的近红外光(guāng),遇物体后反射,传感器通过计算光线发射(shè)和反射时间差(chà)或相位差,来换算被拍(pāi)摄(shè)景物的距离,以产生深度信息,此外再结合传(chuán)统的(de)相机拍摄,就(jiù)能将物体的三(sān)维轮廓以不同颜色代表不同距离的(de)地形图方式呈现(xiàn)出来。
通俗一(yī)点(diǎn)讲,就是把前面的超(chāo)声波换成光。检测方法有两种一种是光的时(shí)间,另(lìng)一种是(shì)光的相位(wèi)。但是总的(de)来说,都是把光打出去,然(rán)后(hòu)检测反射(shè)回来的(de)光,进而判断(duàn)无人机的周围是否有障碍(ài)物,距(jù)离几何(hé)等(děng)等。
在悬停状态下,TOF系统(tǒng)会一(yī)直保持(chí)快速(sù)旋转,每秒钟旋转2-5圈。这是因为,在(zài)旋转的过程(chéng)中系(xì)统就可以完成对周围有效半径内的360°范围进(jìn)行快速扫描,从而用较快的速度发(fā)现障碍,然后对(duì)飞(fēi)控系统发出(chū)调整位置的指(zhǐ)令(lìng),避免(miǎn)对(duì)周围的人或(huò)财物造成伤害(hài);当在飞行(háng)的(de)过程(chéng)中,TOF系统则会停(tíng)止旋转,只把光发射到前进的方向(xiàng)上(shàng)。固定方向的时候,在室外的有效距离可以增(zēng)加到8-10米。对于一般无(wú)人机来说,美妙的飞(fēi)行距离(lí)也就(jiù)是(shì)10米(mǐ)左右(yòu),检测到障碍物之后1秒的(de)反应时间,无人(rén)机可(kě)以用一(yī)个较大的加速度来停止前进,这就足够了(le)。
复合型、机器(qì)视觉(jiào)避(bì)障系(xì)统
系统可以在前、后、左、右和下,一共5个方向(xiàng)上进行(háng)障碍(ài)识(shí)别,而识别的机制分为两(liǎng)个部(bù)分(fèn),分(fèn)比为(wéi)是超声波和机器视觉。也(yě)就是说(shuō),除(chú)了常规的超声波模块以外,5个方向上还专门放置了摄(shè)像头用(yòng)于获取视(shì)觉图像,然后直接传输(shū)到机载的处理器进(jìn)行计算处(chù)理。复合型避障(zhàng)系统(tǒng)可(kě)以为更多与物联网(wǎng)有关的商业化使用场景带(dài)来帮助,比如停车场管理。在室内GPS用(yòng)于(yú)定位(wèi)基本可以免谈了,在地下停(tíng)车场中(zhōng)光照条件一般不太好(hǎo),而超声波与机器视觉(jiào)加起来,几乎可以在任何照(zhào)度下对多种材质(zhì)进(jìn)行较好的识别(bié),从而对无人机在地(dì)下停车场封闭环境中的飞行(háng)提供更好的指(zhǐ)导,识(shí)别的有(yǒu)效范围可以显(xiǎn)著(zhe)提升,准确(què)度(dù)往(wǎng)往可以达(dá)到厘米级。

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