目前市面上主流(liú)的无人机(jī)避障系统主要有三(sān)种(zhǒng),分别是超声波、TOF,以及相对(duì)更复杂的由多种测距方法(fǎ)和视觉图像处理(lǐ)组成的(de)复合型(xíng)方法。
超(chāo)声波
一个比较形(xíng)象的比喻就是(shì)蝙蝠(fú)。这种飞行类(lèi)哺乳动物,通过口腔中(zhōng)喉(hóu)部(bù)的特(tè)殊构(gòu)造(zào)来发(fā)出超声波,当(dāng)超声波(bō)遇到猎物或者障碍的(de)时候就会反射回来,蝙蝠可(kě)以用特殊的听觉系统(tǒng)来接(jiē)收反射回来的信(xìn)号,从而探测(cè)目标的距离,确定飞(fēi)行路线(xiàn)。
超声(shēng)波是最简单的测距系统,绝(jué)大部(bù)分生活中遇(yù)到的测距系统都是使用的这(zhè)种技术,最常(cháng)见的就是汽(qì)车的倒车(chē)雷(léi)达。在无人机(jī)上加装定向的超声波(bō)发射(shè)和接收器,然(rán)后将其接入飞(fēi)控系统即可。
对于无人机来说,这种超声波系统(tǒng)应该放在多个方向,比(bǐ)如放在前后左右四(sì)个方向,可以在(zài)悬停和飞行的时候(hòu)对周围保持监(jiān)控;而放在机身下方和上方,则可以在起飞、下降以及降落的时候避免速度(dù)太快碰到障(zhàng)碍物或者地面(miàn)。
TOF
TOF是(shì)飞行时间(Time of Flight)技术(shù)的缩写,即传(chuán)感(gǎn)器发出经调制的近红(hóng)外光,遇物体后反射,传感器通(tōng)过计算光线发射和反射时(shí)间差或相位差,来(lái)换算被(bèi)拍摄景(jǐng)物的距离,以产生深度信息,此外再(zài)结合(hé)传统的相(xiàng)机拍(pāi)摄,就能将物体的三维轮(lún)廓以不同颜色(sè)代(dài)表(biǎo)不同距离的地形图(tú)方(fāng)式呈(chéng)现出来。
通俗一点讲(jiǎng),就是把前面的(de)超声波换成光。检测方法(fǎ)有两(liǎng)种一种是光的时间,另一(yī)种是光的相位。但是总的来说,都是把光(guāng)打出(chū)去(qù),然后检(jiǎn)测反射回来(lái)的光,进(jìn)而判断无人机的(de)周围(wéi)是否有障碍物,距离几何等等。
在悬停状(zhuàng)态下,TOF系统会一直保持快速(sù)旋转,每秒钟旋转2-5圈。这是因(yīn)为,在旋(xuán)转的过程(chéng)中系统就可以完成对周围(wéi)有效半径内的360°范围进行快速扫描,从而用较快的速(sù)度发(fā)现障碍,然后对飞(fēi)控(kòng)系统发出调整位置的指令,避免对周围的人或财物造成(chéng)伤害;当在(zài)飞(fēi)行的过程中,TOF系统(tǒng)则会停(tíng)止(zhǐ)旋转,只(zhī)把(bǎ)光发射(shè)到前进的方向上。固定方(fāng)向的时(shí)候(hòu),在室外的有效(xiào)距离可以增加到(dào)8-10米。对于一(yī)般无(wú)人(rén)机来说,美妙的飞(fēi)行(háng)距离也就是(shì)10米左右,检测到障碍(ài)物之后1秒的反应(yīng)时间,无人机可以用一个较大(dà)的加速度(dù)来停止前进(jìn),这就足够了。
复合型、机器视觉避障系统
系统可以在前、后(hòu)、左、右和下,一共5个方向上进行障碍识别,而识别的机制分为两个部分,分比为是超(chāo)声波和机器视觉。也就是说,除了(le)常规的超声波模块以(yǐ)外,5个(gè)方向上还专门放置了摄像头用于获取视觉图像,然后直接传输到机载(zǎi)的处理(lǐ)器进行计算(suàn)处理。复合型避(bì)障系统(tǒng)可以为更(gèng)多与物联网有关(guān)的商(shāng)业化使用场(chǎng)景带(dài)来帮助,比(bǐ)如停车场管理。在室内GPS用于定位基本可以(yǐ)免谈了,在地下停车场中(zhōng)光照(zhào)条件一(yī)般不太(tài)好,而超(chāo)声(shēng)波(bō)与机器视觉加起来,几乎可(kě)以(yǐ)在任何(hé)照度下对多(duō)种材(cái)质进(jìn)行较好的(de)识别(bié),从而对(duì)无人机在地(dì)下停(tíng)车场封(fēng)闭环境中的飞行提供更好的指(zhǐ)导,识别的有效(xiào)范围可以显著提升(shēng),准确度往往可以达(dá)到厘(lí)米级。

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