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無人機編程在同時掌握障礙物的位置和機器自身的位置後就能完整的避障功

2019-08-09

值得一提的是,其中下視的雙目運用了視覺裏程計(VO)的技術。視覺裏程計簡單來說,就是「通過左右雙目的圖像,反推出視野中物體的三維位置」,所以相比光流+超聲波技術隻能簡單的測出速度和高度,視覺裏程計還能構建地麵的三維模型,並通過連續的圖像,跟蹤自身與環境的相對移動,估計出自身的運動。準確測出自身與地麵的相對位置。

雖然視覺裏程計的數據處理量是光流法的數倍不止,但正是因為它的引入,使得精靈4和精靈4Pro在無GPS的室內也能對自身位置有清晰的掌控,從而實現穩定的懸停並且不會出現掉高等現象。有了視覺裏程計,再結合前後立體視覺的地圖重構,無人機就同時掌握了障礙物的位置和機器自身的位置,這時再驅動電機進行繞行就顯得易如反掌了,一個完整的避障功能就是這麽實現的。

精靈4Pro的五向避障並非各自獨立,前後視的雙目視覺、下視雙目+超聲波和左右紅外避障共同構成了的FlightAutonomy係統,這個係統賦予了精靈4Pro對三維環境的記憶能力,前後雙目+下視雙目能夠實時對周圍的地形進行構建和記錄(Mapping),具體而言分為局部地圖(Local Mapping)和全局地圖(Global Mapping)。局部地圖讓無人機能夠構建並記住周圍幾十米內的三維環境,從而實現「指點飛行」等功能,因為僅僅知道飛行方向和機身位置肯定是不夠的,隻有對周圍地形變化有記憶能力,才能完成「在指定方向上規劃線路並繞行」這樣級別的任務。而全局地圖則是對整個飛行過程中經過的地形的記錄,雖然精度不如局部地圖,卻能幫助無人機實現「智能返航」等功能:當無人機一不小心飛到了建築物後麵導致遙控信號丟失時,智能返航功能能夠讓無人機在一分鍾內沿原路返航,如果一分鍾內不能連上遙控器信號,則會直線返航。這其中對飛行路徑周圍環境的記憶,就是精靈4Pro智能之處的另一個體現。

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實現的難點,避障功能從構思到實現,走的每一步幾乎都便隨著無數的難題。僅僅是寫出有效的視覺識別或者地圖重構的算法還隻是一步,能讓它在無人機這樣一個計算能力和功耗都有限製的平台上流暢穩定的跑起來,才是真正困難的地方。特別是在精靈4Pro上,不僅雙目視覺的數據量相比精靈4直接翻了一倍,還要保證續航不受影響,這是非常困難的。此外,如何處理功能的邊界也是一個問題,比如雙目視覺在視線良好的情況下可以工作,那麽當有灰塵遮擋的情況下呢?這就需要不斷的實驗和試錯,並且持續的優化算法,保證各項功能在各類場景下都能正常工作,不會給出錯誤的指令。

「避障功能」作為近年來無人機產品的大趨勢,帶來的直接的好處就是,以往一些人為疏忽造成的撞擊,現在都能經由避障功能去避免,既保障了無人機飛行安全的同時,也避免了對周圍人員財產的損害,讓飛無人機的門檻進一步得到了降低。而長遠來看,無人機想要普及到農業、建築、運輸、媒體等領域,「智能化」肯定是必經之路,畢竟隻有在飛行功能上做到智能控製,才有餘量去滿足不同行業的需求。如今由「避障功能」而衍生出的一係列「智能飛行」功能,無疑就是「無人機智能化」的階段性體現之一。


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