掃地機(jī)器人正在使用的避障技術(shù)有哪些

現(xiàn)如今越來(lái)越多的家庭開(kāi)始選擇使用掃地機(jī)器人來(lái)完成地面的清潔。

然而在使用過(guò)程當(dāng)中，很多用戶(hù)都會(huì)發(fā)現(xiàn)多數(shù)掃地機(jī)器人的避障能力，以及避障能力所影響到的清潔效率往往參差不齊，有的掃地機(jī)器人經(jīng)常會(huì)被地面上的障礙擋住，或者因?yàn)槁肪€(xiàn)規(guī)劃的有問(wèn)題而在桌椅板凳下無(wú)腦亂撞，影響掃地效率。

由此，一些掃地機(jī)器人稍弱的避障能力成為制約用戶(hù)體驗(yàn)的重要痛點(diǎn)，引發(fā)過(guò)用戶(hù)“智障不避障”、人工智能成了“人工智障”的吐槽。

目前來(lái)看，被掃地機(jī)器人應(yīng)用過(guò)或是正在使用的避障技術(shù)無(wú)非以下幾種：、3D 結(jié)構(gòu)光避障、單目視覺(jué)避障、雙目視覺(jué)避障、激光雷達(dá)避障、3D TOF 避障，這些技術(shù)各自的特性以及相互之間的差異如下表所所示。

掃地機(jī)器人五種主流的避障技術(shù)

1、先說(shuō)3D結(jié)構(gòu)光方案，其原理是采用紅外光源，發(fā)射出來(lái)的光經(jīng)過(guò)一定的編碼投影在物體上，這些圖案經(jīng)物體表面反射回來(lái)時(shí)，隨著物體距離的不同會(huì)發(fā)生不同的形變，圖像傳感器將形變后的圖案拍下來(lái)。

隨后，通過(guò)計(jì)算拍下來(lái)的圖案里的每個(gè)像素的變形量，來(lái)得到對(duì)應(yīng)的視差，進(jìn)而得到深度值。不過(guò)結(jié)構(gòu)光方案測(cè)距范圍受光斑圖案影響，避障范圍較小。強(qiáng)光環(huán)境下表現(xiàn)差，容易受光線(xiàn)影響。

2、3D TOF算是大家比較熟悉的方案了，它被iPad Pro用于實(shí)現(xiàn)AR玩法。它的工作原理是紅外光源發(fā)射高頻光脈沖到物體上，接著接收從物體反射回去的光脈沖，通過(guò)探測(cè)光脈沖的飛行（往返）時(shí)間來(lái)來(lái)計(jì)算被測(cè)物體離相機(jī)的距離。

然而3D ToF的劣勢(shì)對(duì)于掃地機(jī)器人而言太過(guò)致命——分辨率低，以致于圖像信息不易輔助避障，并不太適合用于掃地機(jī)器人。

3、激光雷達(dá)避障的原理是發(fā)射激光到物體表面，然后接收物體的反射光信號(hào)。而且激光避障的精度、反饋速度、抗干擾能力和有效范圍都要明顯優(yōu)于紅外和超聲波。劣勢(shì)在于單束 LIDAR 通過(guò)旋轉(zhuǎn)可以?huà)呙枰粋€(gè)面的數(shù)據(jù)（LDS），無(wú)法完成對(duì)三維世界的感知。

即便是造價(jià)昂貴、不適于掃地機(jī)器人的多束激光組成陣列雷達(dá)，也只可獲得部分范圍內(nèi)的三維地圖。顯然不能僅僅依靠激光雷達(dá)。

4、單目視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的掃地機(jī)器人已經(jīng)十分多見(jiàn)。單目較多單一的照片只具有二維信息，猶如2D電影，并無(wú)直接的空間感，只有靠我們自己依靠“物體遮擋、近大遠(yuǎn)小”等生活經(jīng)驗(yàn)?zāi)X補(bǔ)，故單一的攝像頭獲取到的信息及其有限，并不能直接得到我們想要的效果。

類(lèi)比到機(jī)器視覺(jué)中，單個(gè)攝像頭的圖片信息無(wú)法獲取到場(chǎng)景中每個(gè)物體與鏡頭的距離關(guān)系，即缺少第三個(gè)維度。現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景極度復(fù)雜，單個(gè)攝像頭發(fā)生視覺(jué)誤算的概率非常大，可能會(huì)計(jì)算錯(cuò)物體的實(shí)際距離。單目產(chǎn)品缺乏立體視覺(jué)，無(wú)法獲得第三個(gè)維度的信息，也就是景深信息。

所以搭載單個(gè)攝像頭的掃地機(jī)把所有物體都識(shí)別成二維物體，并不是三維立體，它只能對(duì)預(yù)先訓(xùn)練好的物體進(jìn)行估算，但實(shí)際家庭環(huán)境千差萬(wàn)別，不可能對(duì)所有會(huì)造成卡困物體都進(jìn)行訓(xùn)練。所以相比較單目掃地機(jī)器人，我們更需要雙目掃地機(jī)器人的出現(xiàn)。

5、雙目

雙目技術(shù)原理

石頭科技近期推出的石頭掃地機(jī)器人T7 Pro采用的是LDS＋雙目方案，將以上五種方案之中的兩種結(jié)合在一起。單說(shuō)視覺(jué)部分，與單目相比，它的優(yōu)勢(shì)在于能夠避障未識(shí)別過(guò)的物體，可以還原物體的景深信息。更好地采集的環(huán)境信息（測(cè)距避開(kāi)通用障礙物，單目無(wú)此特性）。

而且結(jié)合 AI 物體識(shí)別算法，還能精準(zhǔn)獲取的障礙物屬性信息，以此實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)的主動(dòng)智能避障，對(duì)不同障礙物采用不同的避障策略，評(píng)估避讓距離，以兼顧清掃覆蓋度和避障成功率。目前石頭掃地機(jī)器人T7 Pro已經(jīng)支持體重秤、風(fēng)扇／吧臺(tái)椅底座、鞋子、插線(xiàn)板、線(xiàn)團(tuán)、“粑粑”等6 類(lèi)物體。

值得一提的是，石頭掃地機(jī)器人T7 Pro可以實(shí)現(xiàn)全天候的避障，為了做到沙發(fā)底下，床底下，晚上等昏暗環(huán)境也能正常識(shí)別，其使用紅外光補(bǔ)光（紅外是不可見(jiàn)光，不會(huì)打擾用戶(hù)）。

石頭在攝像頭內(nèi)部把IR－cut filter換成了RGB＋I(xiàn)R雙通的濾波片。

白天強(qiáng)光下，紅外補(bǔ)光燈不打開(kāi)，攝像頭內(nèi)部的 Sensor 主要接收可見(jiàn)光；夜晚暗光下，紅外補(bǔ)光燈自動(dòng)打開(kāi)，攝像頭內(nèi)部的 Sensor 主要接收紅外光。由此無(wú)論是白天還是夜間，避障、脫困都有了更加顯著的改善。

遇到障礙，搭載雙目系統(tǒng)的石頭掃地機(jī)器人T7 Pro不再會(huì)“橫沖直撞”，而是精準(zhǔn)的描邊，保證清掃面積的同時(shí)讓自己能夠順利通過(guò)，不被卡死。

編輯：hfy