零度/大疆/昊翔，對比三大無人機廠商的避障技術

零度/大疆/昊翔，對比三大無人機廠商的避障技術

上網時間:2016年03月03日

目前，市面上主流的電動多旋翼無人機避障系統主要有三種，分別是超聲波、TOF（激光雷達測距的一種）以及正有望成為主流的視覺測距。正好最受關注的國內三家無人機廠商最近相繼都推出了自己的新品，並且分別使用到了這三種系統其中一種或兩種。那麼，就來分析下，誰在避障上是真正的黑科技。

零度Xplorer 2：激光雷達TOF測距

TOF是Time of flight的簡寫，直譯為飛行時間。所謂飛行時間法3D成像，是通過給目標連續發送光脈衝，然後用感測器接收從物體返回的光，通過探測光脈衝的飛行（往返）時間來得到目標物距離。

使用這種方式光波容易受到干擾，系統發出的光，必須避開太陽光的主要能量波段，從而避免太陽光的直射、反射等對避障系統造成干擾。該原理需要非常精準的時間測量，需要專用處理晶元，而晶元價格則較為高昂。

零度在CES2016上發布的Xplorer 2，採用的便是TOF測距方案。無人機上的「蘑菇頭」就是自動避障模塊，該避障模塊可以實現在6m有效避障距離內，以每秒50次的速率實現360°全方位掃描。

Xplorer 2自動避障模塊

昊翔Typhoon H：Realsense（單目+結構光）

Realsense的技術原理是，它採用了「主動立體成像原理」，模仿了人眼的「視差原理」，通過打出一束紅外光，以左紅外感測器和右紅外感測器追蹤這束光的位置，然後用三角定位原理來計算出 3D 圖像中的「深度」信息。通過配有深度感測器和全1080p彩色鏡頭，能夠精確識別手勢動作、面部特徵、前景和背景，進而讓設備理解人的動作和情感。據Intel方面對外透露的數據，Realsense的有效測距可達10米。

Realsense屬於「單目+結構光」，即單個攝像頭加結構光發射器構成深度攝像頭。不過結構光卻是個「見光死」，「結構光只適合暗環境、室內。為啥intel弄個仿熱帶雨林的暗環境？因為會受到干擾啊！」雷動雲合創始人廖鴻宇說，由於將3D深度攝像頭改為2D深度攝像頭，其「單目+結構光」的智能導航模塊只需200元。

Typhoon H整合了Intel的Realsense模塊

大疆精靈Phantom 4：雙目視覺+超聲波

雙目的測距原理，就像我們人類的兩個眼睛，看到的圖像不一樣，假如同一個點，兩個眼睛看到兩張圖像是存在差異的，而通過三角測距是可以測出這個點的距離。

雙目視覺系統原理圖

Phantom 4增加了雙目避障，其實是沿用了guidance的核心演算法，能夠識別最近0.7米，最遠15米的障礙物；水平視角 60°，垂直視角為30°。雙目視覺的優勢體現在，在遠距離，雙目視覺能保證三維精準信息，比如遠處的兩座山能看出一個近一個遠。當然，遠處的小目標是不可以的。

Phantom 4 下視視覺定位模塊

誰的技術才是黑科技？

雷動雲合創始人廖鴻宇：

「其實，所有的光學測距除了TOF以外都是三角測距。雙目測距是基礎，但雙目測距的困難在於，比如兩個攝像頭各拍一張圖像，我怎麼知道這兩張圖像中的某一點是同一點，這個我們稱為測中點，也叫錨點。這個是計算量很大的工作，後來有人想了一個辦法，我打一個結構光出去，我把一個攝像頭去掉了，結構光那個圖像是已知的，也就是說其中一個圖像我是明確知道的，那麼另外一個攝像頭拍到的圖像呢，就很容易把這個點找出來，然後再計算其中的差異，這樣就可以測距了，這是結構光測距原理。它的運算量會小很多，因為雙目的運算複雜度太大了。不過結構光的前提是需要補光，為什麼叫主動視覺，是因為我們打出了一束光，那為了安全這束光不能太強，如果環境很亮的話，這個光點就很難找，所以結構光一般不適合室外的環境，它適合室內的環境，尤其是越暗的情況下，越容易找到這些點。而雙目視覺呢，是被動視覺，所以外界的光越強圖像就越清晰，所以說雙目視覺比較適合室外的環境。

我覺得大疆比較創新的一點是，在室內它的雙目視覺會弱一些的時候，恰好可以使用超聲波，然後在室外雙目視覺運算量太大了，總會有漏掉的部分，這個時候超聲波也可以作為補充。超聲波的特點是用來測距離很準確，但是不能形成各個點之間的深度信息，它只能測一個大概的距離。舉例來說，車上的雷達都是超聲的，它告訴你某個方向有障礙物，但是它不能告訴你哪個點有障礙物，但是用雙目視覺或結構光我可以測出哪個點的深度信息。所以，超聲我們一般用來避障，它不適合室內機器人的導航。而無人機在室外主要就是避障，比如只要知道前方有樹就行了。然後在室內，有人用來定高，因為無人機要懸停，而GPS在室內的信號比較弱。」

圖漾科技的創始人費浙平同樣認同結構光在室外無法使用，而且雙目在觀測對象紋理不明顯的情況下很難有用武之地，不過他的方式不是減少一個攝像頭，而是在兩個攝像頭的基礎上再加上結構光：

「guidance是雙目RGB，看他們網上其中有個說明：『環境要求照明情況良好；觀測對象紋理明顯』。這是典型的保證雙目RGB方法能夠有效工作的前提，雙目的要求是兩個攝像頭能夠同時定位同一個特徵點，對象特徵紋理不豐富的話，比如一堵白牆，雙目是完全不能用的。所以雙目不能作為通用的深度感測器使用，只能用作預設的特定任務，比如看手型（如leapmotion），避障（如DJI），ADAS（只看有限的前車物體）。雙RGB好處是室外晴天可用（當然在保證攝像頭成像的前提下，不能對著光線過曝），普通結構光在室外完全不行（如kinect和realsense）、室內靠近窗口就已經不行了。結構光就像是投影儀，主動發射設計好的紋理出去打在物體表面。為了不干擾人，用的紅外激光，人眼看不到，攝像頭可能看到這些紋理。工業深度相機為了效果好就直接用投影儀投射紋理的，反正不用考慮干擾人眼的問題。」

所以，總結起來就是，在無人機應用上，零度的Xplorer 2因為只有6m有效避障距離失掉先機，大疆的精靈4比昊翔的Typhoon H的室外避障更勝一籌，當然，如果加上結構光是最好的了。零度/大疆/昊翔，對比三大無人機廠商的避障技術

上網時間:2016年03月03日

目前，市面上主流的電動多旋翼無人機避障系統主要有三種，分別是超聲波、TOF（激光雷達測距的一種）以及正有望成為主流的視覺測距。正好最受關注的國內三家無人機廠商最近相繼都推出了自己的新品，並且分別使用到了這三種系統其中一種或兩種。那麼，就來分析下，誰在避障上是真正的黑科技。

零度Xplorer 2：激光雷達TOF測距

TOF是Time of flight的簡寫，直譯為飛行時間。所謂飛行時間法3D成像，是通過給目標連續發送光脈衝，然後用感測器接收從物體返回的光，通過探測光脈衝的飛行（往返）時間來得到目標物距離。

使用這種方式光波容易受到干擾，系統發出的光，必須避開太陽光的主要能量波段，從而避免太陽光的直射、反射等對避障系統造成干擾。該原理需要非常精準的時間測量，需要專用處理晶元，而晶元價格則較為高昂。

零度在CES2016上發布的Xplorer 2，採用的便是TOF測距方案。無人機上的「蘑菇頭」就是自動避障模塊，該避障模塊可以實現在6m有效避障距離內，以每秒50次的速率實現360°全方位掃描。

Xplorer 2自動避障模塊

昊翔Typhoon H：Realsense（單目+結構光）

Realsense的技術原理是，它採用了「主動立體成像原理」，模仿了人眼的「視差原理」，通過打出一束紅外光，以左紅外感測器和右紅外感測器追蹤這束光的位置，然後用三角定位原理來計算出 3D 圖像中的「深度」信息。通過配有深度感測器和全1080p彩色鏡頭，能夠精確識別手勢動作、面部特徵、前景和背景，進而讓設備理解人的動作和情感。據Intel方面對外透露的數據，Realsense的有效測距可達10米。

Realsense屬於「單目+結構光」，即單個攝像頭加結構光發射器構成深度攝像頭。不過結構光卻是個「見光死」，「結構光只適合暗環境、室內。為啥intel弄個仿熱帶雨林的暗環境？因為會受到干擾啊！」雷動雲合創始人廖鴻宇說，由於將3D深度攝像頭改為2D深度攝像頭，其「單目+結構光」的智能導航模塊只需200元。

Typhoon H整合了Intel的Realsense模塊

大疆精靈Phantom 4：雙目視覺+超聲波

雙目的測距原理，就像我們人類的兩個眼睛，看到的圖像不一樣，假如同一個點，兩個眼睛看到兩張圖像是存在差異的，而通過三角測距是可以測出這個點的距離。

雙目視覺系統原理圖

Phantom 4增加了雙目避障，其實是沿用了guidance的核心演算法，能夠識別最近0.7米，最遠15米的障礙物；水平視角 60°，垂直視角為30°。雙目視覺的優勢體現在，在遠距離，雙目視覺能保證三維精準信息，比如遠處的兩座山能看出一個近一個遠。當然，遠處的小目標是不可以的。

Phantom 4 下視視覺定位模塊

誰的技術才是黑科技？

雷動雲合創始人廖鴻宇：

「其實，所有的光學測距除了TOF以外都是三角測距。雙目測距是基礎，但雙目測距的困難在於，比如兩個攝像頭各拍一張圖像，我怎麼知道這兩張圖像中的某一點是同一點，這個我們稱為測中點，也叫錨點。這個是計算量很大的工作，後來有人想了一個辦法，我打一個結構光出去，我把一個攝像頭去掉了，結構光那個圖像是已知的，也就是說其中一個圖像我是明確知道的，那麼另外一個攝像頭拍到的圖像呢，就很容易把這個點找出來，然後再計算其中的差異，這樣就可以測距了，這是結構光測距原理。它的運算量會小很多，因為雙目的運算複雜度太大了。不過結構光的前提是需要補光，為什麼叫主動視覺，是因為我們打出了一束光，那為了安全這束光不能太強，如果環境很亮的話，這個光點就很難找，所以結構光一般不適合室外的環境，它適合室內的環境，尤其是越暗的情況下，越容易找到這些點。而雙目視覺呢，是被動視覺，所以外界的光越強圖像就越清晰，所以說雙目視覺比較適合室外的環境。

我覺得大疆比較創新的一點是，在室內它的雙目視覺會弱一些的時候，恰好可以使用超聲波，然後在室外雙目視覺運算量太大了，總會有漏掉的部分，這個時候超聲波也可以作為補充。超聲波的特點是用來測距離很準確，但是不能形成各個點之間的深度信息，它只能測一個大概的距離。舉例來說，車上的雷達都是超聲的，它告訴你某個方向有障礙物，但是它不能告訴你哪個點有障礙物，但是用雙目視覺或結構光我可以測出哪個點的深度信息。所以，超聲我們一般用來避障，它不適合室內機器人的導航。而無人機在室外主要就是避障，比如只要知道前方有樹就行了。然後在室內，有人用來定高，因為無人機要懸停，而GPS在室內的信號比較弱。」

圖漾科技的創始人費浙平同樣認同結構光在室外無法使用，而且雙目在觀測對象紋理不明顯的情況下很難有用武之地，不過他的方式不是減少一個攝像頭，而是在兩個攝像頭的基礎上再加上結構光：

「guidance是雙目RGB，看他們網上其中有個說明：『環境要求照明情況良好；觀測對象紋理明顯』。這是典型的保證雙目RGB方法能夠有效工作的前提，雙目的要求是兩個攝像頭能夠同時定位同一個特徵點，對象特徵紋理不豐富的話，比如一堵白牆，雙目是完全不能用的。所以雙目不能作為通用的深度感測器使用，只能用作預設的特定任務，比如看手型（如leapmotion），避障（如DJI），ADAS（只看有限的前車物體）。雙RGB好處是室外晴天可用（當然在保證攝像頭成像的前提下，不能對著光線過曝），普通結構光在室外完全不行（如kinect和realsense）、室內靠近窗口就已經不行了。結構光就像是投影儀，主動發射設計好的紋理出去打在物體表面。為了不干擾人，用的紅外激光，人眼看不到，攝像頭可能看到這些紋理。工業深度相機為了效果好就直接用投影儀投射紋理的，反正不用考慮干擾人眼的問題。」

所以，總結起來就是，在無人機應用上，零度的Xplorer 2因為只有6m有效避障距離失掉先機，大疆的精靈4比昊翔的Typhoon H的室外避障更勝一籌，當然，如果加上結構光是最好的了。

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