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为什么双目视觉能够在无人机避障应用中脱颖而出?


时间:2017-12-18 作者:仪商网
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双目立体视觉犹如3D电影(左右眼看到的场景略有差异),能够直接给人带来强烈的空间临场感。类比机器视觉,从单个摄像头升级到两个摄像头,即立体视觉(Stereo Vision)能够直接提供第三个维度的信息,即景深(depth),能够更为简单的获取到三维信息。双目视觉最常见的例子就是我们的双眼:我们之所以能够准确的拿起面前的杯子、判断汽车的远近,都是因为双眼的双目立体视觉,而3D电影、VR眼镜的发明,也都是双目视觉的应用。

双目视觉的基本原理是利用两个平行的摄像头进行拍摄,然后根据两幅图像之间的差异(视差),利用一系列复杂的算法计算出特定点的距离,当数据足够时还能生成深度图。




为什么双目视觉能够在无人机应用中脱颖而出?

其实,各个避障技术在无人机上都有用武之地,只是应用场景有所不同,特别对于前视避障而言,有些技术就不适用了。

红外和超声波技术,因为都需要主动发射光线、声波,所以对于反射的物体有要求,比如:红外线会被黑色物体吸收,会穿透透明物体,还会被其他红外线干扰;而超声波会被海绵等物体吸收,也容易被桨叶气流干扰。

而且,主动式测距还会产生两台机器相互干扰的问题。相比之下,虽然双目视觉也对光线有要求,但是对于反射物的要求要低很多,两台机器同时使用也不会互相干扰,普适性更强。

最重要的是,常见的红外和超声波目前都是单点测距,只能获得特定方向上的距离数据,而双目视觉可以在小体积、低功耗的前提下,获得眼前场景的比较高分辨率的深度图,这就让避障功能有了更多的发展空间,比如避障之后的智能飞行、路径规划等。

激光技术虽然也能实现类似双目视觉的功能,但是受限于技术发展,目前的激光元件普遍价格贵、体积大、功耗高,应用在消费级无人机上既不经济也不实用。

所以各方比较之下,性价比高、原理简单、前景广阔、普遍适用的双目视觉就这样脱颖而出了。

精灵4Pro上的五向避障

精灵4Pro上的五向避障可以说是大疆无人机避障技术的集中体现,因此我们以精灵4Pro举例说明。P4P前后的避障都采用了双目视觉系统,相比精灵4而言,仅双目视觉部分的数据量就翻了一倍。向下采用双目视觉+超声波的组合避障,以提高在不同环境中飞行的稳定性和安全性。而飞行器左右的避障则采用了红外线避障。

视觉里程计

值得一提的是,其中下视的双目运用了视觉里程计(VO)的技术。

视觉里程计简单来说,就是「通过左右双目的图像,反推出视野中物体的三维位置」,所以相比光流+超声波技术只能简单的测出速度和高度,视觉里程计还能构建地面的三维模型,并通过连续的图像,跟踪自身与环境的相对移动,估计出自身的运动。准确测出自身与地面的相对位置。

虽然视觉里程计的数据处理量是光流法的数倍不止,但正是因为它的引入,使得精灵4和精灵4Pro在无GPS的室内也能对自身位置有清晰的掌控,从而实现稳定的悬停并且不会出现掉高等现象。

有了视觉里程计,再结合前后立体视觉的地图重构,无人机就同时掌握了障碍物的位置和机器自身的位置,这时再驱动电机进行绕行就显得易如反掌了,一个完整的避障功能就是这么实现的。

Flight Autonomy系统

精灵4Pro的五向避障并非各自独立,前后视的双目视觉、下视双目+超声波和左右红外避障共同构成了大疆的FlightAutonomy系统,这个系统赋予了精灵4Pro对三维环境的记忆能力,前后双目+下视双目能够实时对周围的地形进行构建和记录(Mapping),具体而言分为局部地图(Local Mapping)和全局地图(Global Mapping)。

关键词:无人机避障 双目视觉 传感器    浏览量:1644

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