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无(wú)人机避障系统(tǒng)的(de)三种不同原理(lǐ)

 

目前市面上主流的无人机避(bì)障系统(tǒng)主(zhǔ)要有三种,分别是超声(shēng)波、TOF,以及(jí)相对更复杂的(de)由多种测距方法和视觉图像处理(lǐ)组(zǔ)成的(de)复合型方法。

超声波

一个(gè)比(bǐ)较形象的比喻就是蝙(biān)蝠(fú)。这种飞行类哺乳动物,通(tōng)过(guò)口腔中(zhōng)喉(hóu)部的特殊(shū)构造来发出超声(shēng)波,当超(chāo)声波遇到(dào)猎物或者障碍的时候就(jiù)会反射回来(lái),蝙蝠可以用特殊的(de)听觉系统(tǒng)来接收反射回来的信号,从(cóng)而探测目标的距离,确定飞行(háng)路线(xiàn)。

超声波是最简单的测距系统,绝(jué)大部(bù)分(fèn)生活中(zhōng)遇(yù)到的测距系(xì)统(tǒng)都是(shì)使用的这种技术,最(zuì)常见的就是汽车的倒车(chē)雷达。在无人机上(shàng)加装定向的超声波(bō)发射和接收器,然后将其(qí)接入飞(fēi)控系统即可。

对(duì)于无人机来说,这种超声波(bō)系统(tǒng)应该放在(zài)多个方(fāng)向(xiàng),比如(rú)放在前后左右四(sì)个方向,可以在(zài)悬停和(hé)飞行的时候对周围保持监控;而放在机身下(xià)方和上(shàng)方,则可以在起飞、下降以(yǐ)及降落的时候(hòu)避免速度(dù)太快(kuài)碰到障碍物(wù)或者地面。

TOF

TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写,即传感器发(fā)出经调制的近红外光,遇物体(tǐ)后反(fǎn)射,传感器通过计算光线(xiàn)发射(shè)和反射时间差或相位差,来(lái)换算被拍(pāi)摄景物的距离(lí),以产生深度信息,此外再结合传统的相(xiàng)机拍摄,就(jiù)能(néng)将物体的三维(wéi)轮廓以(yǐ)不同颜(yán)色代表(biǎo)不同距(jù)离(lí)的地形(xíng)图方式呈现出来。

通俗(sú)一点讲(jiǎng),就(jiù)是(shì)把前面的超声波换成光。检测方法有(yǒu)两种一种是光的时间(jiān),另(lìng)一种(zhǒng)是光的(de)相位(wèi)。但是总的来说,都是把光打出去,然(rán)后检测反(fǎn)射回(huí)来的(de)光,进而判断(duàn)无人机的周围是否有障碍(ài)物(wù),距(jù)离几何等等。

在悬停状态(tài)下,TOF系统会一直(zhí)保持快速旋(xuán)转,每(měi)秒(miǎo)钟旋转2-5圈。这是因为(wéi),在旋转的(de)过程中系统就可以(yǐ)完成对周(zhōu)围有效半径内的360°范围进行快(kuài)速扫(sǎo)描,从(cóng)而用较(jiào)快的速度发现(xiàn)障碍(ài),然后对飞控系(xì)统发出调整位置的指令(lìng),避免对周围的人(rén)或(huò)财物造成(chéng)伤害(hài);当在(zài)飞行的过(guò)程中,TOF系统则会(huì)停止旋转,只把光发射到前进的方向上。固(gù)定方(fāng)向的时候,在室外的有(yǒu)效距离可(kě)以增加到8-10米。对于一般无人机来说(shuō),美妙(miào)的飞行距离也就是(shì)10米(mǐ)左(zuǒ)右,检测到障碍物(wù)之后(hòu)1秒的反应时间,无(wú)人机可以用一个较大(dà)的加速度来(lái)停止前进,这就足(zú)够了。

复合型、机(jī)器(qì)视觉避(bì)障(zhàng)系统

系统(tǒng)可以在前、后、左、右和下,一(yī)共5个(gè)方(fāng)向上进行障碍识别(bié),而识别的机制分为两个部分,分比为是超声波和机器视觉。也(yě)就是说(shuō),除了常规的超声(shēng)波模块以(yǐ)外(wài),5个方向上还专门放置了摄像头用于获取视觉(jiào)图(tú)像,然后直接传(chuán)输到机载的处理器进行(háng)计算处理。复合型(xíng)避障系统可以为更多与物联网(wǎng)有关的商(shāng)业化使(shǐ)用场景带来帮助,比如停车场管(guǎn)理。在(zài)室内GPS用于定位(wèi)基本可以免谈了(le),在(zài)地下停车场中(zhōng)光照(zhào)条件一般不太好,而超声波与机器视觉加起来,几乎可(kě)以在任何照度下对多种材质进(jìn)行较好的(de)识别(bié),从(cóng)而对无人机在地下停车(chē)场封闭(bì)环境中(zhōng)的飞行提供更(gèng)好的(de)指导,识别的有效范围可以显著提升,准确度往往可(kě)以达到厘米(mǐ)级。

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