无人机智能化避不开的“障碍”，或因缺少点“睛”石

随着科技水平的突飞猛进，人们的物质生活水平日益提高，就连“玩具”也变得高大上起来，例如从弹珠玻璃到PS4游戏机，从万花筒到Gopro，从纸飞机到无人机……

如今，由电力驱动、多旋翼飞行、装载了高清摄像头的无人机，不仅在军事管理、地理测绘、农业植保、工程监测、物流运输等领域展现了巨大的潜力，还是航拍跟拍、户外救援的最佳伴侣，无人机已逐渐走向消费级市场。然而，除了续航、飞控等能力的不断升级，这个“玩具”是不是真的已做到万无一失？

在这张被传播无数次的求婚照片上，专业人士却看到了危险，譬如，无人机叶片毫无保障的情况下，距离主人公手臂只有不到半米，且在狭小的空间内飞行，会受到地面光源及纹理干扰，出现事故的概率大大提高。事实仿佛也在佐证这一担忧，例如，一名美国政府雇员为了取悦女友，操纵一架小型无人机飞上华盛顿上空，无人机之后失控，最终在白宫坠毁；英国航空公司的一架从日内瓦飞往伦敦希思罗国际机场的727航班就被一架无人机撞上，引发“黑飞”之争；农业植保无人机由于无法准确识别地面距离，不是上树就是“炸机”……

“自动避障”成为众多无人机厂商无法逾越的“障碍”！如何让无人机（一个六自由度的移动机器人）变得更加智能？除了性能的优化及提升，对能够及时感知障碍物并做到有效避障的双目功能的需求呼声日益高涨。

给冷冰冰的机器装上“眼睛” 前后会有什么区别？以大疆精灵Phantom 4为例，其避障系统全面升级后，可实现前后左右下5个方向上的避障，前后和下方均采用双目视觉，也就是说在白天光线充足、复杂背景环境下也能实现障碍物识别并自动避障。双目视觉识别以及基于这个原理的自动避障功能可谓Phantom 4最大的亮点。

目前，市面上主流的深度感知摄像头方案如结构光、TOF、双目视觉在检测距离、精度与速度上相差并不太大，区别在于双目视觉相较前两种方案成本最低，受高动态及复杂环境影响较小。然而其深度信息依赖纯软件算法得出，因此难度极大，对于处理芯片的计算性能要求极高。随着视觉处理芯片的不断升级换代，其计算性能不断提升，为大规模量产提供了可能。

何为双目立体视觉？简言之，就是利用两个摄像头仿制出人眼双目的效果，通过相关算法在计算机中描绘出大脑处理后的画面，得到与所测目标之间的距离，及目标的三维信息。

一个优秀的双目视觉解决方案应该具备哪些特质，以下分别从算法、芯片、双目摄像头、多传感器融合、实时性、可靠性与应用领域七方面分析——

从算法上分析，双目视觉解决方案可以解决不少问题。一个是避障问题，双目立体视觉算法可以利用两个摄像头来计算出前方物体的距离，从而让无人机及时调整飞行路线以避开障碍。另一个是利用视觉的方式来跟踪物体运动的轨迹，这个功能大多用在机器人的行走路线规划上。还有一个是对场景的识别，利用摄像头所拍摄到的图片识别出无人机是飞到高山上还是平地上还是在水面上，从而让无人机在一个安全的地方去着陆。再有，就是还可以对指定的物体进行识别和跟踪，比如说，可以让无人机跟随着某个人或车，自动的完成跟踪拍摄的任务。总之，触景无限嵌入式AI感知平台——视觉卡V10X、V20X系列集合了世界领先算法并进一步优化，赋予了机器“看懂”世界的基石。

从芯片层面上分析，国际上较为流行的解决方案大多基于ARM、GPU、FPGA、VPU等几种芯片研发。专业人士表示，ARM由于是串行计算，计算速度较慢，稳定性实时性无法保障；GPU性能较优，但功耗偏大；FPGA，实时性、稳定性较好，功耗也低，但是价格并不亲民；以Intel-Movidius芯片为代表的VPU则性能优、功耗低、价格适中，成为上选。大疆精灵Phantom 4正是基于Intel-Movidius Myriad 2芯片研发而成。

触景无限科技嵌入式AI感知产品视觉卡V20X系列同样基于Intel-MovidiusMA245x芯片开发，其模板大小仅为8cm*5cm，而适用于无人机的视觉卡V203大小仅为5.5cm*1.2cm，未来，适用于可穿戴设备的V204系列体积将更小。

从双目摄像头上分析，在无人机较常用的避障方式中，基于单目视觉的障碍物深度提取流行了相当长一段时间，如今，双目避障显示出更大的优势，自然有取而代之之势。譬如，大疆精灵4能够实现完美避障正是因为在前后下三个方向带有6路摄像头。触景无限基于Intel-Movidius芯片研发的智能感知模组同样支持多路摄像头支持，同一模组可同时搭载6路摄像头，实现3个方向上的双目视觉深度提取，以达到最佳避障效果。

从多传感器融合上分析，双目视觉方案虽然有着极为强大的功能，但仍然有一定的局限性，简单来说，如人眼一样，对前方的事物一目了然，对身后的事物却无能为力。即便大疆精灵4无人机也没有在前后左右上下全部安装上“眼睛”，复合型视觉避障成为一种趋势。例如使用较多的超声波、TOF、IMU、激光雷达等测距避障方式，触景无限能将众多传感器与图像传感器所搜集到的各种数据做深度融合。像在室内光线较暗的情况下，来自TOF的数据精度更高，而在室外，双目则更加适用，如此，便能有效解决室内室外、白天黑夜无人机避障的痛点。如今，触景无限已能实现15米内物体清晰监测与识别，实现自动避障。

从实时性上分析，对于无人机而言，实时性要求将比后端的服务器要求更高，例如，植保无人机需要根据地势及作物种类实时调整飞行高度。如何在前端嵌入式系统里对神经 络模型进行踩点和压缩，是嵌入式感知面临的大课题，也就是说要以最小的资源代价，跑最大规模的神经 络，从而保证识别率。目前，触景无限在实时性上已做到每秒20帧。

从可靠性分析，触景无限实行DFM （Design for manufacture）可制造性设计，即从提高零件的可制造性入手，使得零件容易制造，制造成本低，效率高，从而能够更快推动人工智能的产业化快速落地。例如，无人机厂商即可减少研发成本与时间，直接利用触景无限嵌入式视觉卡实现产品的智能化升级更新。

从应用领域上分析，触景无限视觉卡具有可定制性，除了无人机，还可推动安防监控、智能家居、智能汽车辅助驾驶、AR/VR头显等智能设备的迭代，赋能万物智慧之眼。