紅外避障

  紅外線的應(yīng)用我們并不陌生：從電視、空調(diào)的遙控器，到酒店的自動門，都是利用的紅外線的感應(yīng)原理。而具體到無人機(jī)避障上的應(yīng)用，紅外線避障的常見實現(xiàn)方式就是“三角測量原理”。

  紅外感應(yīng)器包含紅外發(fā)射器與CCD檢測器，紅外線發(fā)射器會發(fā)射紅外線，紅外線在物體上會發(fā)生反射，反射的光線被CCD檢測器接收之后，由于物體的距離D不同，反射角度也會不同，不同的反射角度會產(chǎn)生不同的偏移值L，知道了這些數(shù)據(jù)再經(jīng)過計算，就能得出物體的距離了。

超聲波避障

  超聲波其實就是聲波的一種，因為頻率高于20kHz，所以人耳聽不見，并且指向性更強(qiáng)。

  超聲波測距的原理比紅外線更加簡單，因為聲波遇到障礙物會反射，而聲波的速度已知，所以只需要知道發(fā)射到接收的時間差，就能輕松計算出測量距離，再結(jié)合發(fā)射器和接收器的距離，就能算出障礙物的實際距離。

  超聲波測距相比紅外測距，價格更加便宜，相應(yīng)的感應(yīng)速度和精度也遜色一些。同樣，由于需要主動發(fā)射聲波，所以對于太遠(yuǎn)的障礙物，精度也會隨著聲波的衰減而降低，此外，對于海綿等吸收聲波的物體或者在大風(fēng)干擾的情況下，超聲波將無法工作。

激光避障

  激光避障與紅外線類似，也是發(fā)射激光然后接收。不過激光傳感器的測量方式很多樣，有類似紅外的三角測量，也有類似于超聲波的時間差+速度。但無論是哪種方式，激光避障的精度、反饋速度、抗干擾能力和有效范圍都要明顯優(yōu)于紅外和超聲波。

  但這里注意，不管是超聲波還是紅外、亦或是這里的激光測距，都只是一維傳感器，只能給出一個距離值，并不能完成對現(xiàn)實三維世界的感知。當(dāng)然，由于激光的波束極窄，可以同時使用多束激光組成陣列雷達(dá)，近年來此技術(shù)逐漸成熟，多用于自動駕駛車輛上，但由于其體積龐大，價格昂貴，故不太適用于無人機(jī)。

視覺避障

  解決機(jī)器人如何“看”的問題，也就是大家常聽到的計算機(jī)視覺(Computer Vision)。其基礎(chǔ)在于如何能夠從二維的圖像中獲取三維信息，從而了解我們身處的這個三維世界。

  視覺識別系統(tǒng)通常來說可以包括一個或兩個攝像頭。單一的照片只具有二維信息，猶如2D電影，并無直接的空間感，只有靠我們自己依靠“物體遮擋、近大遠(yuǎn)小”等生活經(jīng)驗?zāi)X補(bǔ)。

  故單一的攝像頭獲取到的信息及其有限，并不能直接得到我們想要的效果(當(dāng)然能夠通過一些其他手段，輔助獲取，但是此項還不成熟，并沒有大規(guī)模驗證)。類比到機(jī)器視覺中，單個攝像頭的圖片信息無法獲取到場景中每個物體與鏡頭的距離關(guān)系，即缺少第三個維度。

  其實，各個避障技術(shù)在無人機(jī)上都有用武之地，只是應(yīng)用場景有所不同，特別對于前視避障而言，有些技術(shù)就不適用了。

  紅外和超聲波技術(shù)，因為都需要主動發(fā)射光線、聲波，所以對于反射的物體有要求，比如：紅外線會被黑色物體吸收，會穿透透明物體，還會被其他紅外線干擾;而超聲波會被海綿等物體吸收，也容易被槳葉氣流干擾。

  而且，主動式測距還會產(chǎn)生兩臺機(jī)器相互干擾的問題。相比之下，雖然雙目視覺也對光線有要求，但是對于反射物的要求要低很多，兩臺機(jī)器同時使用也不會互相干擾，普適性更強(qiáng)。

  最重要的是，常見的紅外和超聲波目前都是單點(diǎn)測距，只能獲得特定方向上的距離數(shù)據(jù)，而雙目視覺可以在小體積、低功耗的前提下，獲得眼前場景的比較高分辨率的深度圖，這就讓避障功能有了更多的發(fā)展空間，比如避障之后的智能飛行、路徑規(guī)劃等。

  激光技術(shù)雖然也能實現(xiàn)類似雙目視覺的功能，但是受限于技術(shù)發(fā)展，目前的激光元件普遍價格貴、體積大、功耗高，應(yīng)用在消費(fèi)級無人機(jī)上既不經(jīng)濟(jì)也不實用。

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