視覺導(dǎo)航——掃地機(jī)器人導(dǎo)航中的“后浪”

在智能家居飛速發(fā)展的今天，掃地機(jī)器人已經(jīng)成為了現(xiàn)代人家居生活里重要的清潔助手，越多越多的家庭為了省時(shí)省力想購入一臺(tái)掃地機(jī)器人。掃地機(jī)器人能否高效、節(jié)能地實(shí)現(xiàn)清掃全屋的功能，避免誤掃、漏掃等情況的發(fā)生都要取決于導(dǎo)航系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)決定了掃地機(jī)器人如何識(shí)別周圍環(huán)境、建立數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃清掃路線、以及規(guī)避障礙等。

目前市場上主流的導(dǎo)航技術(shù)主要是兩種,一是基于激光測距傳感器的SLAM,簡單說就是激光導(dǎo)航，另一種是基于機(jī)器視覺的SLAM，我們也稱之為視覺導(dǎo)航。

相對來說，激光導(dǎo)航算是掃地機(jī)器人導(dǎo)航中的前輩，市場占有率較高，技術(shù)比較成熟。視覺導(dǎo)航算是掃地機(jī)器人導(dǎo)航中的“后浪”，目前的主流趨勢，前景較大。那么激光導(dǎo)航作為前輩，有著什么樣的優(yōu)勢？視覺導(dǎo)航作為“后浪”，又怎樣才能超越前輩呢？下面讓我們一起來了解下。

激光導(dǎo)航

激光導(dǎo)航技術(shù)的基本原理相對簡單，脫胎于早期的基于測距的定位方法。通過高速旋轉(zhuǎn)發(fā)射激光，再通過激光發(fā)射后觸及障礙物反射回來的時(shí)間判斷自己和障礙物之間的距離。激光雷達(dá)采集到的物體信息呈現(xiàn)出一系列分散的、具有準(zhǔn)確角度和距離信息的點(diǎn)，被稱為點(diǎn)云。通常，激光SLAM系統(tǒng)通過對不同時(shí)刻兩片點(diǎn)云的匹配與比對，計(jì)算激光雷達(dá)相對運(yùn)動(dòng)的距離和姿態(tài)的改變，也就完成了對機(jī)器人自身的定位。

由于原理簡單，涉及計(jì)算量也不至于短時(shí)間內(nèi)讓處理單元難以負(fù)載，同時(shí)點(diǎn)云信息本身包含直接的幾何關(guān)系，使得機(jī)器人的路徑規(guī)劃和導(dǎo)航變得直觀。所以使用激光導(dǎo)航技術(shù)的掃地機(jī)器人往往可以更精準(zhǔn)地繪制二維地圖或三維模型，是目前最穩(wěn)定、最主流的定位導(dǎo)航方法。

編輯

當(dāng)然，性能更加優(yōu)異的激光導(dǎo)航技術(shù)所需的硬件成本也更高，以及激光雷達(dá)測距傳感器損壞時(shí)維修成本也更高。并且，對于掃地機(jī)器人來說，還有一個(gè)很致命的弊端，就是地圖缺乏語義信息，很大程度上影響了人與掃地機(jī)的智能交互功能。

視覺導(dǎo)航

傳統(tǒng)意義上實(shí)現(xiàn)視覺導(dǎo)航的VSLAM主要通過兩種視覺傳感器來獲取信息，一是深度攝像頭，通過測距實(shí)現(xiàn)三維空間感知，也算作一種測距傳感器，屬于主動(dòng)光源測距傳感器，包括結(jié)構(gòu)光和相位TOF兩種。二是雙目、多目、魚眼傳感器，屬于非主動(dòng)光源傳感器，工作機(jī)制類似于人眼，根據(jù)三角測距的原理，通過分析兩個(gè)傳感器采集到的圖像的差異，計(jì)算出距離信息。

視覺導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)勢在于成本較低，最基礎(chǔ)的功能僅需要可以采集到清晰環(huán)境圖像信息的攝像頭，以及處理信息的計(jì)算單元，搭載訓(xùn)練完成的AI模型即可實(shí)現(xiàn)。較低的物料成本意味著較低的產(chǎn)品價(jià)格，更易被消費(fèi)者接受，用戶數(shù)量增加便可以不斷訓(xùn)練AI模型，形成良性循環(huán)。以及雙目導(dǎo)航傳感器等非主動(dòng)光源測傳感器是通過接受環(huán)境光計(jì)算距離，理論上可以建圖的區(qū)域更大。

視覺導(dǎo)航技術(shù)的弊端也同樣突出，畢竟硬件條件過于薄弱，正是由于僅靠攝像頭來采集信息，主動(dòng)光源測距傳感器由于功率較低，很容易受到環(huán)境光的干擾，而非主動(dòng)光源測距傳感器在光線條件不好的情況下幾乎無法工作，對光線的要求很高；其次，非主動(dòng)光源測距傳感器和人眼一樣，距離越大，誤差越大，同時(shí)過多的光線數(shù)據(jù)也讓處理單元難以負(fù)荷。加之VSLAM研究起步較晚，所以目前市場上很少有完全采用視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的掃地機(jī)器人，更多的是激光導(dǎo)航+視覺傳感器或其他傳感器的融合方案。

從未來發(fā)展角度而言，目前無論行業(yè)發(fā)展還是產(chǎn)品用戶體驗(yàn)，視覺導(dǎo)航的潛力是毋庸質(zhì)疑的。除了科沃斯、iRobot等掃地機(jī)器人行業(yè)頭雁外，國內(nèi)還有很多優(yōu)秀企業(yè)在視覺導(dǎo)航領(lǐng)域不斷“攻克”難題。如國內(nèi)立體視覺方案提供商INDEMIND便推出了面向掃地機(jī)器人的視覺導(dǎo)航定位解決方案。

據(jù)了解，INDEMIND視覺導(dǎo)航解決方案是采用雙目立體視覺+IMU架構(gòu)，且方案成熟度較高，并與業(yè)內(nèi)諸多企業(yè)建立合作。該方案通過立體視覺技術(shù)與高精度Vi-SLAM算法，將本應(yīng)涉及超長產(chǎn)業(yè)鏈的掃地機(jī)定位、交互問題集中到一套解決方案中，快速為客戶相關(guān)產(chǎn)品提供高精度的導(dǎo)航定位、路徑規(guī)劃、智能避障、目標(biāo)跟隨、家居識(shí)別等核心功能。值得一提的是，該方案的導(dǎo)航精度已實(shí)現(xiàn)絕對定位精度<1%，姿態(tài)精度<1°的領(lǐng)先水平，足以媲美激光雷達(dá)。

總的來說，視覺導(dǎo)航是系統(tǒng)魯棒性更強(qiáng)、成本更低、適用性更強(qiáng)、更加智能的掃地機(jī)器人導(dǎo)航方案，能夠更好地引領(lǐng)掃地機(jī)器人向家庭清潔智能助手轉(zhuǎn)變，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以預(yù)見視覺導(dǎo)航這名后浪強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢，視覺導(dǎo)航也必將成為掃地機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域的主流。lw