目前市面(miàn)上主流的(de)无人机避障(zhàng)系统主(zhǔ)要有三种,分别是超声波、TOF,以及(jí)相对更复杂的由多种测距方法和视觉图(tú)像处理组成(chéng)的复合型方法。
超声波
一个比较(jiào)形象的比喻就是蝙蝠。这(zhè)种飞行类哺乳动物,通过口腔中喉部的特殊构造来发出超(chāo)声波,当超声波遇到猎物或者障(zhàng)碍的时候就(jiù)会反(fǎn)射回来,蝙蝠可以用特殊(shū)的听觉(jiào)系(xì)统(tǒng)来接(jiē)收反射回(huí)来的信号,从(cóng)而探测目(mù)标的距离,确定飞行路线。
超声波(bō)是最简单的(de)测距系统,绝(jué)大部(bù)分生(shēng)活中(zhōng)遇到的测距系统都是使用的这种技术,最常见的就是汽车的倒车雷达。在(zài)无人机上加装定向的超声(shēng)波(bō)发射和(hé)接(jiē)收(shōu)器,然(rán)后将其(qí)接(jiē)入(rù)飞控系统即可。
对于无人机来说(shuō),这种超声波系统应该放在多个(gè)方向,比如放在前后(hòu)左(zuǒ)右四个方向,可以(yǐ)在(zài)悬停(tíng)和(hé)飞行(háng)的时(shí)候对周围保(bǎo)持监控(kòng);而放(fàng)在机身下方和上(shàng)方,则可以在起飞(fēi)、下降(jiàng)以及降落的(de)时候避(bì)免速度太快碰到障碍(ài)物或者(zhě)地面。
TOF
TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写(xiě),即(jí)传感(gǎn)器发出(chū)经调制的(de)近红外光,遇物体后反射,传感(gǎn)器通(tōng)过计算光线发射(shè)和反(fǎn)射时间差(chà)或相位差(chà),来换算(suàn)被拍摄景物的距离,以产生(shēng)深(shēn)度(dù)信息,此外再(zài)结合传统的相机(jī)拍摄,就能将物体的三维轮廓以不(bú)同颜(yán)色代表不同距离的(de)地(dì)形图方式呈现出来(lái)。
通俗一点讲,就是把前(qián)面的超声(shēng)波换(huàn)成(chéng)光。检测方法(fǎ)有两种一种(zhǒng)是光的时间,另(lìng)一种是光的相位。但是总的(de)来说,都是把光(guāng)打(dǎ)出(chū)去,然后检测(cè)反(fǎn)射(shè)回来(lái)的光(guāng),进而判(pàn)断无人(rén)机的周围(wéi)是否有障碍物,距离几何等等。
在悬(xuán)停状态下(xià),TOF系统会一直保持快速旋转,每(měi)秒钟旋转2-5圈。这是因为,在旋(xuán)转(zhuǎn)的过程(chéng)中(zhōng)系统就可以完(wán)成对周围有效半径内的(de)360°范围进行快速扫描,从而用(yòng)较(jiào)快(kuài)的速度发现障(zhàng)碍,然后对飞控系统发出调整位置的指(zhǐ)令,避免对(duì)周围的(de)人或财物造成(chéng)伤害;当在飞行的过程中(zhōng),TOF系统则(zé)会(huì)停止旋转,只把光发射到前进的方向(xiàng)上。固定(dìng)方向的时候,在室外的有效距离可以增加到8-10米。对(duì)于一般无人机来说,美妙的飞行距离也就(jiù)是10米(mǐ)左(zuǒ)右,检(jiǎn)测到障(zhàng)碍物之后1秒(miǎo)的反(fǎn)应时(shí)间,无人(rén)机可以用一个较大的加速(sù)度来停止前(qián)进,这就足(zú)够了。
复合型、机器视觉避障系统
系(xì)统可以在前、后(hòu)、左、右(yòu)和下,一共5个方向上进行障碍识别,而识别的机(jī)制分为两个(gè)部分,分比为是超声波和机器(qì)视(shì)觉。也(yě)就是说,除了常规的(de)超声波模块(kuài)以外,5个(gè)方向上(shàng)还(hái)专(zhuān)门放置了摄像头用于(yú)获取视(shì)觉图像,然后直(zhí)接传输(shū)到机载的处(chù)理器进行(háng)计(jì)算处理。复合型避障系(xì)统可以为更(gèng)多与物联网有关的商业化使用场(chǎng)景(jǐng)带来帮助,比如停车场(chǎng)管(guǎn)理。在室内GPS用于定位基本可以免谈了,在(zài)地下停车场中光照条(tiáo)件一般不太好,而超声波与机器视觉加起来,几乎可(kě)以在任何照度(dù)下对多(duō)种材质进行较好的识别,从而(ér)对无(wú)人机在地下停车场封闭环境(jìng)中的飞(fēi)行提供更好(hǎo)的指导,识别的有效范围可(kě)以显著提升,准确(què)度往(wǎng)往可以达到(dào)厘米(mǐ)级。

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