一探大疆無人機(jī)黑科技：不會(huì)撞墻？它們都有一雙眼睛

我們?cè)?CES 迎來 Yuneec 的黑級(jí)雙目自動(dòng)避障技術(shù)之后，這回我們?cè)诖蠼?Phantom 4 的發(fā)布會(huì)里，再次迎來第二顆黑級(jí)沖擊：基于“雙目避障”的視覺追蹤技術(shù)。然而，為什么大疆的 Phantom 4 和 Yuneec 的 Typhoon H，可以像有生命的一樣自動(dòng)回避障礙物?

原因是：它們都有一雙眼睛。

什么是“雙目”?

視覺是一種基于 2D 的感知，我們?cè)?2D 畫面下只能知道長(zhǎng)度和闊度，但是不能感知深度和距離，但生物能判別深度和距離，是因?yàn)槲覀儾粏沃挥幸恢谎劬?，而是?ldquo;一雙”眼睛。我們可以透過眼睛的左右距離，與觀察的對(duì)像產(chǎn)生視差(Parallax)，藉此獲得深度和距離的信息。

大家不妨試試：把手指放在眼前，分別采用單眼及雙眼方式盯著，然后把手指往前/后移動(dòng)。如果你單著眼看，你只能透過手指的大小和焦距來判定它的大約位置;但當(dāng)你使用雙眼盯著，才能準(zhǔn)確地估算你的手指離你多遠(yuǎn)。從此可見，對(duì)于人類來說，“一雙眼睛”是我們由 2D 世界進(jìn)化至 3D 世界的關(guān)鍵，我們會(huì)稱這種效果為“立體視覺” (Stereopsis)以及“雙目視覺” (Binocular vision)。

同樣地，對(duì)于科技界別來說也是一樣：在天文學(xué)或測(cè)量學(xué)上的三角測(cè)量術(shù) (Triangulation)(上圖)，其方法很類似生物使用雙目測(cè)距。同樣地，下圖是大疆無人機(jī)的設(shè)計(jì)，在起降架的上方各有一只眼睛，無人機(jī)就能透過這一雙眼睛，利用三角測(cè)量法來判定對(duì)像的遠(yuǎn)近。

何以要用雙目?

無人機(jī)發(fā)展多年，早就能透過 GPS 判定無人機(jī)在平面上的位置 (2D)，藉此進(jìn)行定點(diǎn)懸停。但是，如何讓無人機(jī)感知距離，回避障礙，一直都是個(gè)很大的難題。

我們最早的測(cè)距方式其實(shí)有點(diǎn)像車?yán)走_(dá)，透過類似蝙蝠的“聽覺”，向測(cè)距對(duì)像射出電波，感知反射后判定物件的方向和位置。法國(guó)無人機(jī)公司 Parrot 旗下的 AR.Drone 無人機(jī)，最早就透過超聲波方式往下方測(cè)距，讓無人機(jī)能固定在同一高度上飛行;而零度無人機(jī)的探索者第二代 (XIRO Xplorer 2) 則采用特殊紅外線方式 360 度測(cè)距(下圖)，藉此回避障礙物。然而，雷達(dá)式測(cè)距的最大限制是：它需要先發(fā)射電波，然后偵察電波反射;在續(xù)航力和電波發(fā)射功率的限制下，很難進(jìn)行長(zhǎng)距離的測(cè)距：例如 Parrot Bebop Drone 的超聲波定高，最高距離只有 8 米，而零度探索者 2 的最大回避半徑，則只有 6 米。

但透過雙目感應(yīng)器，只要在光線良好的環(huán)境下，它的自動(dòng)避障距離比雷達(dá)式避障要遠(yuǎn)得多：大疆的雙目感應(yīng)器可以判斷最遠(yuǎn)約 15 米的障礙，比 Parrot Bebop Drone 遠(yuǎn)了接近一倍。

智能的眼睛

由于雙目感應(yīng)器有更廣闊的距離判定能力，讓它能提供更智能的飛行方式。

大疆 Phantom 4 或是 Yuneec Typhoon H 這種采用雙目感應(yīng)器的無人機(jī)，能在飛行時(shí)同時(shí)取得長(zhǎng)、闊、深的數(shù)據(jù)，瞬間進(jìn)行基本的 3D 建模，從而讓無人機(jī)回避的同時(shí)，即時(shí)重新規(guī)劃最優(yōu)的飛行路線，繞過障礙(下圖，圖片來自大疆官網(wǎng));而不是像超聲波避障一樣只能直接停下來。除此之外，由于無人機(jī)的整個(gè)飛行路線都能基于視覺來調(diào)整——用人話來說，就是你可以直接用畫面來控制你的飛行路線，故此，我們現(xiàn)在可以直接以最最最直觀的圖像方式來控?zé)o人機(jī)：大疆的 Phantom 4 里的“視覺追蹤”和“指點(diǎn)飛行”，就是透過雙目感應(yīng)器來增強(qiáng)可靠性。雖然說目前有部份無人機(jī)也實(shí)現(xiàn)了視覺操控和追蹤的能力，但操控的準(zhǔn)確度與敏捷度，并不能與擁有雙目感應(yīng)器的無人機(jī)相比。

誠(chéng)然，雙目避障雖然是黑級(jí)科技，但算不上是什么新玩意，大疆其實(shí)只是沿用了他們?cè)械?Guidance 技術(shù)。大家一直不能在消費(fèi)級(jí)無人機(jī)上使用雙目避障，其主因是雙目避障也是把雙刃劍，它有其優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)亦有其限制。

雙目的限制

雙目避障的最大問題是：它需要進(jìn)行大量的圖像分析，而圖像分析往往需要大量的計(jì)算機(jī)資源來運(yùn)算，所以它對(duì)于無人機(jī)的大腦--“飛行控制器”(簡(jiǎn)稱“飛控”)的運(yùn)算速度有不低的要求，這也是高通 (Qualcomm) 和英特爾 (Intel)這兩家處理器巨頭，為甚么能藉著強(qiáng)大的運(yùn)算能力而跨界插足無人機(jī)范疇。而且，亦由于雙目避障需要大量的運(yùn)算，導(dǎo)致增加了耗電量，這也是大疆本來就掌握了是 360 度雙目避障技術(shù)，但最后 Phantom 4 卻只采用前向避障的最大原因。

雙目避障除了是對(duì)處理器和續(xù)航力有要求之外，它也直接增加無人機(jī)的生產(chǎn)成本。在電腦或手機(jī)界別，英特爾和高通的高速芯片售價(jià)不菲，而且雙目感應(yīng)器和它的一堆配套也需要額外購(gòu)買，成本難免上升;例如 Yuneec Typhoon H 售價(jià)就高達(dá) 1799 美元(上圖)，比起他們上一代旗艦 Q500 的 1299 美元貴了不少;而零度無人機(jī)亦明確表示他們?cè)谂c大疆其實(shí)在雙目避障上是同時(shí)起步，在技術(shù)有亦有所儲(chǔ)備，但 XIRO Xplorer 2 暫時(shí)采用雷達(dá)方式避障，只是成本和產(chǎn)品迭代上的考量。

在目前無人機(jī)陷于價(jià)格戰(zhàn)的環(huán)境下，雙目避障未必就是個(gè)最佳的選擇。

無人機(jī)的新視覺

無論雙目避障的限制有多大，它已經(jīng)成為目前無人機(jī)界別的最主要的創(chuàng)新空間。而且，我先前經(jīng)常強(qiáng)調(diào)：無人機(jī)的門檻很低，要造無人機(jī)并不困難;但是，雙目避障在技術(shù)上、在成本上，也很可能成為無人機(jī)巨頭與后來者之間的一個(gè)巨大門檻。[!--empirenews.page--]

好吧，來到這個(gè)地步，真的不要說無人機(jī)是“高級(jí)遙控飛機(jī)”了(笑)。