小型無(wú)人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)解析 無(wú)人機(jī)小型化成趨勢(shì)

　　隨著上個(gè)月底大疆發(fā)布小型無(wú)人機(jī)Mavic，標(biāo)志著整個(gè)無(wú)人機(jī)行業(yè)正式進(jìn)入了小型化趨勢(shì)中。然而想要在這一新興趨勢(shì)下領(lǐng)漲行業(yè)，著力剖析小型化無(wú)人機(jī)中的重要技術(shù)一定是從業(yè)者需要特別關(guān)注的信息之一。

　　本期的智能內(nèi)參，我們推薦來(lái)自廣發(fā)證券的小型無(wú)人機(jī)報(bào)告，先拋個(gè)重要結(jié)論過(guò)過(guò)癮：小型化是趨勢(shì)，但云臺(tái)不可簡(jiǎn)配。

　　其中的道理將會(huì)在文中得到解答。以下為智能內(nèi)參整理呈現(xiàn)的干貨：

　　市面上的小型無(wú)人機(jī)產(chǎn)品均需要在懸停定位技術(shù)、避障技術(shù)、視覺(jué)跟隨、圖傳技術(shù)等幾方面進(jìn)行重點(diǎn)打磨。下圖為大疆Mavic和同級(jí)別產(chǎn)品的一個(gè)綜合對(duì)比。

　　要對(duì)無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行梳理，首先需要知道無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)有哪幾點(diǎn)。通常來(lái)看，無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)其實(shí)可以簡(jiǎn)單地按照字面的“無(wú)人機(jī)”+“航拍”拆分為2點(diǎn)：

　?。?）影像拍攝技術(shù)，也即成像以及圖像處理技術(shù)；

　?。?）無(wú)人機(jī)平臺(tái)技術(shù)，主要指為航拍提供穩(wěn)定的航拍環(huán)境的機(jī)身控制技術(shù)。

　　影像拍攝技術(shù)：目前市場(chǎng)上的影像拍攝方案，都是對(duì)幾個(gè)大品牌主流的攝像頭模組的集成應(yīng)用，無(wú)人機(jī)生產(chǎn)廠商在這一方面沒(méi)有太多的技術(shù)空間，而且因?yàn)榧夹g(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，不同產(chǎn)品方案之間差距并不大。因此，本篇報(bào)告僅作簡(jiǎn)要介紹。

　　無(wú)人機(jī)機(jī)載平臺(tái)穩(wěn)定技術(shù)：是指除了飛行導(dǎo)航、控制等無(wú)人機(jī)自身飛行技術(shù)以外，為無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定航拍平臺(tái)保障的相關(guān)技術(shù)。這種技術(shù)是影響到成像質(zhì)量最關(guān)鍵的因素。

　　隨著近幾年智能手機(jī)的迅猛發(fā)展，智能手機(jī)相關(guān)技術(shù)得到了空前的發(fā)展，以觸摸顯示屏、處理器、攝像頭模組等為突出代表的智能手機(jī)核心的硬件技術(shù)在大規(guī)模工業(yè)化需求的基礎(chǔ)上不斷地朝著低功耗、高性能、高集成的方向發(fā)展，在這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，淘汰了大量落后技術(shù)產(chǎn)能，產(chǎn)品向索尼、三星等巨頭企業(yè)不斷集中。

　　可以看到，不論在銷量還是銷售額，索尼憑借在移動(dòng)端市場(chǎng)的出色表現(xiàn)，牢牢占據(jù)榜首。從總的品牌分布來(lái)看，前4名的企業(yè)占有了市場(chǎng)近75%的份額，市場(chǎng)分布較為集中。

　　在體現(xiàn)單個(gè)攝像頭模組成像水平的技術(shù)參數(shù)方面，通常大家比較關(guān)心的是一些具體、表觀參數(shù)，比如像素?cái)?shù)、光圈大小等，但是攝像頭模組上影響成像質(zhì)量的參數(shù)還有許多：?jiǎn)蝹€(gè)像素尺寸、傳感器技術(shù)、鏡片組技術(shù)、ISP技術(shù)等。下面做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

　　像素?cái)?shù)/分辨率：像素?cái)?shù)比如800萬(wàn)像素（3200&TImes;2400分辨率）、1300萬(wàn)像素（4208&TImes;3120分辨率）是目前攝像頭模組技術(shù)中最經(jīng)常被提到的概念，但是像素?cái)?shù)其實(shí)并非決定圖像清晰度的決定性因素。像素?cái)?shù)僅決定一幅圖像中有多少單位像素，也即放大后，圖片能夠展現(xiàn)的細(xì)節(jié)程度，但是每個(gè)細(xì)節(jié)以及整張照片的圖像質(zhì)量還取決于其他很多因素。

　　至于現(xiàn)在比較火的“4K視頻錄制”概念，指的就是分辨率達(dá)到4096&TImes;2160的影像拍攝能力，其實(shí)4K更新趨勢(shì)主要來(lái)自于播放設(shè)備以及膠片拍攝設(shè)備，因?yàn)橹暗牟シ旁O(shè)備高清標(biāo)準(zhǔn)為1920&TImes;1080分辨率，現(xiàn)在的4K像素水平是之前的4倍，面臨著許多方面的挑戰(zhàn)，同樣，膠片拍攝將從原先耳朵35mm膠片升級(jí)到70mm，面臨的是全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的升級(jí)。但是4K分辨率的數(shù)字視頻拍攝能力僅要求傳感器達(dá)到1200w像素，以及能夠與之匹配的圖像處理能力，這一點(diǎn)行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有成熟的配套解決方案（比如高通的Snapdragon Flight平臺(tái)不僅支持4K錄制，還支持4K的立體VGA錄制），因此，也并不構(gòu)成技術(shù)壁壘。

　　光圈大?。汗馊Υ笮≈苯佑绊懙酵ü饬康亩嗌伲瑢?duì)于成像質(zhì)量有較大影響，目前，移動(dòng)類消費(fèi)電子的攝像頭模組已經(jīng)從f/2.4、f/2.2、f/2.0逐漸增大（數(shù)字越小，光圈越大），目前手機(jī)市場(chǎng)上也已經(jīng)開始大面積出現(xiàn)f/1.8的攝像頭模組了。

　　光圈增大對(duì)于拍攝成像來(lái)說(shuō)主要有兩方面優(yōu)勢(shì)：1、提高弱光下畫質(zhì)；2、提高快門速度；3、減小景深。

　　對(duì)于航拍應(yīng)用來(lái)說(shuō)，提高弱光下畫質(zhì)（夜景拍攝）以及提高快門速度（運(yùn)動(dòng)拍攝）都是很有必要的，而減小景深則在人像拍攝時(shí)能夠較好的虛化背景，突出主體，這種需求對(duì)于目前以大景物對(duì)象拍攝為主要使用目的的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)屬于錦上添花的功能，但是對(duì)于自拍無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，是十分必要的。比如主打自拍的Dobby無(wú)人機(jī)就采用的f/1.8光圈，而大疆的精靈4則采用的f/2.8光圈。

　　但是從現(xiàn)有行業(yè)技術(shù)水平以及產(chǎn)品策略上來(lái)看，光圈的提升也并不是沒(méi)有代價(jià)的：

　　1）、大光圈的進(jìn)光量增大后，首先需要配套提高的是快門速度。在黑暗環(huán)境中，本來(lái)光線較弱，快門速度不需要提高很多即可保證拍攝質(zhì)量。但是，在白天或者光線較強(qiáng)的環(huán)境下，考慮到無(wú)人機(jī)或者移動(dòng)電子設(shè)備通常采用的是固定光圈，并不能調(diào)整到合適的小光圈，因此必須要將快門速度提高從而避免過(guò)度曝光，但從目前的技術(shù)水平來(lái)看，快門速度的提高還存在一些技術(shù)瓶頸，這也是小型化設(shè)備上制約光圈增大的一個(gè)重要因素。

　　2）、光圈增大同樣還會(huì)引起圖像畸變以及邊緣畫質(zhì)下降。為了校正邊緣畫質(zhì)的下降以及圖像畸變，通常都會(huì)采用更多的鏡頭組以及鏡頭部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這對(duì)于小型設(shè)備來(lái)說(shuō)，是難以實(shí)現(xiàn)的（比如iphone6以后的設(shè)備為了實(shí)現(xiàn)f/1.8的光圈以及相關(guān)的一些其他技術(shù)考慮，攝像頭高度增加，且遠(yuǎn)高于機(jī)身，凸出于外部）。當(dāng)然，小型化的考慮在無(wú)人機(jī)上還不是一個(gè)特別大的問(wèn)題，但是技術(shù)實(shí)現(xiàn)可能會(huì)有一定的門檻。

　　傳感器技術(shù)：傳感器技術(shù)目前主要是索尼、OmniVision、三星幾家公司，尤其是索尼公司，其所推出的IMX220/230/240等系列傳感器幾乎占到了市售手機(jī)的大半壁江山蘋果、三星、索尼、華為、小米、魅族等熱門旗艦機(jī)幾乎都是采用的IMX系列傳感器。因此，在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用也只需要根據(jù)無(wú)人機(jī)的定價(jià)策略來(lái)選擇相應(yīng)產(chǎn)品即可。傳感器技術(shù)主要涉及到傳感器尺寸和傳感器結(jié)構(gòu)方式兩部分技術(shù)。

　　ISP技術(shù)：ISP（Image Signal Processing）也即圖像處理技術(shù)，鏡片、傳感器構(gòu)成了圖像的接收裝置，而ISP則構(gòu)成了圖像的采集和預(yù)處理，面對(duì)目前越來(lái)越高的全尺寸高幀頻的數(shù)據(jù)吞吐能力要求，ISP技術(shù)也在不斷提高。除了高速拍攝、雜噪抑制以外，相機(jī)還可以借助ISP處理器對(duì)圖像做出比較重大的調(diào)整，HDR技術(shù)就是一個(gè)很明顯的例子。

　　HDR技術(shù)是ISP技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用，其可以通過(guò)采用不同的曝光策略連續(xù)拍攝數(shù)張照片，并通過(guò)ISP處理器對(duì)幾張照片進(jìn)行合成，保留了暗部和高光的細(xì)節(jié)，大大增強(qiáng)了畫面的層次感，如果這一合成算法是由手機(jī)自身的處理器完成的話，勢(shì)必加重處理器負(fù)擔(dān)，而且考慮到圖像處理的特殊性，可能效果并不完美，從而很多廠商設(shè)立了獨(dú)立的ISP處理器，專門對(duì)照片進(jìn)行預(yù)處理。還可以ISP技術(shù)還可以對(duì)畫面的整體渲染效果做出調(diào)整，不同的廠商有這不同的調(diào)教傾向。

　　自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)也是ISP的一個(gè)主要功能。目前主要有三種主流的自動(dòng)對(duì)焦方式，分別為：反差對(duì)焦、相位對(duì)焦、激光對(duì)焦。這三種對(duì)焦方式，尤其是反差對(duì)焦，需要對(duì)圖像進(jìn)行全景掃描處理，ISP資源消耗巨大；相位對(duì)焦也需要對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，雖然計(jì)算量小，但是速度要求較高，同樣對(duì)ISP有能力要求。

　　因此，不論從成像觀感、自動(dòng)對(duì)焦拍攝使用等角度來(lái)看，ISP技術(shù)都對(duì)拍攝成像有較大影響。

　　從上面的分析可以看出，影響最終成像質(zhì)量的因素很多，而且很難通過(guò)單一調(diào)整參數(shù)提高整體水平，因此，攝像頭模組的設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)考驗(yàn)工業(yè)設(shè)計(jì)水平的核心技術(shù)領(lǐng)域，從目前的現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)廠商對(duì)于這一領(lǐng)域的探索還較為初步。但是，必須要注意到的一點(diǎn)是，目前攝像頭模組技術(shù)的發(fā)展從某種意義上來(lái)說(shuō)確實(shí)已經(jīng)相當(dāng)成熟。成像技術(shù)對(duì)于性能的提升，大部分都在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)才能顯現(xiàn)出差異，對(duì)于一般消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，對(duì)于使用體驗(yàn)的提升并不明顯，成像技術(shù)對(duì)于最終畫質(zhì)提升邊際效應(yīng)應(yīng)該還是較弱。

　　我們認(rèn)為，成像技術(shù)固然重要，但是按照目前的成熟度和提升潛力來(lái)說(shuō)，專注于無(wú)人機(jī)拍攝平臺(tái)的穩(wěn)定技術(shù)相比于成像技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)使用感受的提升更為明顯。