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无人机避(bì)障系统(tǒng)的三种不同原理

 

目(mù)前(qián)市面上主流(liú)的无人机避障(zhàng)系统主要有三种,分别是超声波、TOF,以及相(xiàng)对(duì)更复(fù)杂的由多种(zhǒng)测(cè)距(jù)方法和视觉图像(xiàng)处理组(zǔ)成(chéng)的复合型方法(fǎ)。

超(chāo)声波(bō)

一(yī)个(gè)比较(jiào)形象的比(bǐ)喻就是蝙(biān)蝠。这种飞(fēi)行类哺乳动(dòng)物(wù),通过(guò)口腔(qiāng)中喉部的特殊构造来(lái)发出超声波,当超声波遇到猎物或者障碍的时候就会反射(shè)回来,蝙蝠可以用特殊的听(tīng)觉系统来接收反射回(huí)来的信号,从而(ér)探测(cè)目(mù)标的距离,确定飞行(háng)路线。

超声波是最简单的(de)测距系统,绝大部分生活中遇到的测距系统都是使用的这种技术,最(zuì)常见的就是汽车的倒车雷达(dá)。在无(wú)人机上加装定向的(de)超声波发射和接收器,然后将其接入(rù)飞控系统(tǒng)即可。

对于无人机来说(shuō),这种超声波系统(tǒng)应该放在多(duō)个(gè)方向(xiàng),比如放在前后(hòu)左右四个(gè)方向,可(kě)以在(zài)悬停和飞行的时(shí)候(hòu)对周围保持监控;而(ér)放在(zài)机身下方和上方,则可以(yǐ)在起飞、下(xià)降以及降(jiàng)落的(de)时(shí)候避免(miǎn)速度(dù)太快碰(pèng)到障碍物或者地面。

TOF

TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的(de)缩写,即传感器发出(chū)经调制的近红(hóng)外光,遇物体后反射,传(chuán)感(gǎn)器通过计算(suàn)光线(xiàn)发(fā)射和反射时间差(chà)或相位(wèi)差,来换(huàn)算被拍(pāi)摄景物的距(jù)离,以产生(shēng)深度信息(xī),此外再结合传统的相机拍摄,就能将物体的三(sān)维(wéi)轮(lún)廓(kuò)以不同颜色代(dài)表不同距(jù)离的地形(xíng)图方(fāng)式呈现出(chū)来。

通俗一点讲,就是(shì)把前(qián)面(miàn)的超声(shēng)波换成光。检测方(fāng)法有(yǒu)两种一(yī)种是光的时间,另一种是光的相位(wèi)。但是(shì)总的来说(shuō),都是(shì)把光打出去,然后检测反射回来的光,进而判断无人机的(de)周围(wéi)是否有(yǒu)障碍(ài)物,距离几何(hé)等等(děng)。

在(zài)悬停状态下,TOF系统(tǒng)会一直保(bǎo)持快(kuài)速旋转,每(měi)秒钟(zhōng)旋(xuán)转2-5圈。这是(shì)因为,在旋转(zhuǎn)的过程中系统就(jiù)可以完成对周围有效半径内的360°范围进(jìn)行快速(sù)扫描,从而用较快(kuài)的速度发现障碍,然后对飞控系统发出调整位置的指令(lìng),避免(miǎn)对周围的人或财物造(zào)成伤害;当在飞行的(de)过程中,TOF系统则(zé)会(huì)停(tíng)止旋转,只把光发射到前进(jìn)的方向上。固(gù)定(dìng)方向的时候,在室(shì)外的(de)有效(xiào)距离(lí)可以(yǐ)增(zēng)加到8-10米。对于一般无人机来说,美妙的(de)飞(fēi)行(háng)距离(lí)也就是10米左右,检(jiǎn)测到障碍物之后1秒的反应时间,无人机可以用一(yī)个较大的加速度(dù)来停止前(qián)进(jìn),这就足够了(le)。

复合型、机器视觉避(bì)障系统

系(xì)统可以在前、后、左(zuǒ)、右和下(xià),一共(gòng)5个(gè)方向上进行障碍(ài)识别,而(ér)识别的(de)机制分为两个部分,分比(bǐ)为(wéi)是超声波和(hé)机器(qì)视觉。也(yě)就是说,除了常规(guī)的超声(shēng)波模(mó)块以外,5个方向上还专门放(fàng)置了摄像头用于获(huò)取视觉图像,然(rán)后直接传输到机载的处理(lǐ)器进行计算(suàn)处(chù)理。复合型避障(zhàng)系统(tǒng)可以为更多与物联网有关的商业化使用场(chǎng)景带来帮助(zhù),比如停车场管(guǎn)理。在(zài)室内(nèi)GPS用于(yú)定位基(jī)本可以免谈了,在地下停车场(chǎng)中光照(zhào)条件(jiàn)一般不太(tài)好,而超声波(bō)与机器视觉加(jiā)起来,几(jǐ)乎可以在(zài)任何照度下对多种材质进行较好的识别(bié),从而(ér)对无(wú)人机在地下停车场封闭环境中的飞行提(tí)供更(gèng)好的指导,识别的有(yǒu)效范围可以(yǐ)显著提升,准确度往往(wǎng)可以达到(dào)厘(lí)米级。

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