天黑就“瞎”？我們來談?wù)劅o人機夜間避障 - 全文

　　最近，一直植根于無人機在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的極飛科技有了新動作，他們發(fā)布了 XCope「天目」無人機視覺系統(tǒng)（XAIRCRAFT XCope UAV Vision System）。這個系統(tǒng)融合了雙目避障和地形視覺模塊，讓植保無人機擁有了感知環(huán)境的能力，進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；

　　風簾阻斷技術(shù)，主動除塵，專為植保無人機設(shè)計，適應(yīng)極端復(fù)雜環(huán)境；

　　主動近紅外照射技術(shù)，具有夜視功能。

　　我們發(fā)現(xiàn)一個很有趣的點是它能夠?qū)崿F(xiàn)夜間避障，為什么這很有趣？因為如果你有大疆，它的雙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 就會關(guān)閉。

　　所以當然大疆是不推薦你晚上玩無人機去做一些「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，實現(xiàn)遠程控制飛行器這樣的黑科技，所以如果再實現(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 & 主動近紅外照射技術(shù)？

　　極飛做夜間避障是因為他們的多數(shù)植保作業(yè)是在夜間進行。其實他們實現(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」來獲取被測物體的兩幅圖像，通過計算圖像對應(yīng)點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，是計算機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。參照下面這個惡趣味的圖片。

　　而夜間避障，是采用了這個主動近紅外照射技術(shù)，簡單來說就是加了一個特殊的「手電筒」和并改造了「眼睛」。夜間這個「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。

　?。ㄖ虚g長條裝為發(fā)射，兩側(cè)為接收）

　　無人機會主動發(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，雙目的每一個鏡頭就能接收到環(huán)境中的紅外線的反饋，經(jīng)過雙目計算后（和白天的計算處理相同）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°）。

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

　　而說到這里，目前所有的民用無人機都不能在夜間或者說光線不好的情況下避障嗎？其實不然，我們可以看看那些本來「見光死」的避障無人機，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 Intel 的 RealSense 技術(shù)，這項技術(shù)應(yīng)用在他們的 Typhoon H 上用來實現(xiàn)避障。

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

　　簡單來說，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，進行環(huán)境感知。但不同的是，這雙「紅外眼睛」接收到的信息會給 RealSense 的「大腦」做思考，用來和其他傳感器信息配合，進行 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，因為紅外受可見光的影響也比較大，白天強光環(huán)境下的效果并不一定理想，所以會有輔助超聲波傳感器，當然是沒有「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)也許會比白天更好，因為 RGB 鏡頭晚上看不見，在 3D 建模的時候就少了一個傳感器信息，所以運算速度會更快，但精度可能就會降低一些。

　　我們好像一不小心發(fā)現(xiàn)了一個昊翔的優(yōu)點？當然，我需要有空找個夜晚來實際試試效果。

　　大疆 & Inspire 2 、Phantom 4 Pro？

　　什么？Inspire 2 和 Phantom 4 Pro 還有這個隱藏技能？

　　不不不，其實還是「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，長條發(fā)射?！赣行綔y距離達 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°）」

　　因為傳統(tǒng)的超聲波避障，檢測精度低，且由于其結(jié)構(gòu)特性容易受飛機槳頻振動的影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定性。相比之下，紅外感知系統(tǒng)不僅探測面積更大，而且能夠準確識別距離飛行器最近的物體距離，有更強的抗干擾能力，所以大疆用它來做輔助，當然也只是輔助，強光直射情況下還是會失效的。

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

　　零度 & TOF 避障系統(tǒng) ？

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

　　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。「目前，TOF 在室內(nèi)測量距離最大可以到 10 米，室外強光干擾的話，5 米左右吧?！?/p>

　　就是頭頂上的這個裝置

　　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的時間測量，需要專用處理芯片，而芯片價格則較為高昂，零度也并沒有量產(chǎn)它。

　　最后

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

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

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