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苏黎世大学最新研发:无人机可在3.5毫秒内发现并成功避障

2020-03-25 11:44 性质:原创 作者:倚歌 来源:无人机网(www.youuav.com)
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无人机可以看很多事情,但是,避开障碍物并不是无人机的最强项,尤其是当无人机在高速移动时。尽管许多无人机都配备了可以检测到障碍物的摄像头,但无人机通常需...

无人机可以做很多事情。但是,避开障碍物并不是无人机的最强项,尤其是当无人机自己也在高速移动时。

尽管许多无人机都配备了可以检测障碍物的摄像头和传感器,但无人机通常需要20到40毫秒的时间来处理图像并做出反应。这可能看起来很快,但是当无人机本身以高速飞行时,仅避开飞鸟或另一架无人机甚至是静态障碍物是不够的。当无人机在不可预测的环境中使用时,或者当多架无人机在同一区域飞行时,这可能是一个问题。

为了解决这个问题,瑞士苏黎世大学的研究人员为四轴无人机配备了对付突发事件并做出反应的摄像头和算法,可使无人机将其反应时间缩短到几毫秒。毫无疑问,完全足以避免诸如在短距离向无人机扔球这种场景,可使无人机在对付自然灾害的突发情况下更有效。这研究成功,发表在《科学机器人》杂志上。

瑞士苏黎世大学的无人机智能感知小组以及NCCR机器人技术搜救大挑战负责机器人技术的Davide Scaramuzza说:

“对于搜索和救援应用(例如地震后),时间非常关键。因此,我们需要能够尽可能快速部署无人机,以便在其有限的电池寿命内完成更多工作。但是,通过导航并部署快速飞行的无人机,容易遇到与障碍物碰撞的风险。如果障碍物正在移动,我们配置一种名为Event Camera的新型摄像机,通过全新的算法能够达到这个目的。”

传统的摄像机(例如每个智能手机中的摄像机)都通过定期拍摄整个场景的快照来工作。这只是通过同时曝光所有图像像素来完成的。但是,这种方式只能在车载计算机分析完所有像素之后才能检测到运动物体。另一方面,运动摄像机具有彼此独立工作的智能像素,一般来说当未检测到变化的像素便保持沉默。当捕捉到光强度变化的像素后立即发送信息。这意味着车载计算机仅需要处理图像中所有像素的一小部分,从而大大加快了计算速度。

运动摄像机是一项最新的创新,现有的无人机的对象检测算法不能很好地与它们配合使用。因此,研究人员必须发明自己的算法,该算法可以在很短的时间内收集摄像机记录的所有事件,然后减去无人机自身运动的影响-这通常是摄像机看到的大部分变化的原因。

即便从3米的开外以接近即使球以10 m / s的速度的篮球,无人机也可以躲闪。

仅3.5毫秒即可检测到传入的对象

Scaramuzza和他的团队首先单独测试了相机和算法。他们将各种形状和大小的物体扔向运动的相机,并测量了算法检测物体的效率。根据对象的大小和投掷的距离,成功率在81%到97%之间变化,该系统仅用3.5毫秒即可检测到传入的对象。

然后最严峻的测试开始了:将摄像机放在实际的无人机上,在室内和室外飞行,然后直接向其投掷物体。无人机能够避免物体(包括从三米远处扔出的球并以每秒10米的速度行进)的机会超过90%。当无人机提前“知道”物体的大小时,一台摄像机就足够了。相反,当它不得不面对大小不同的物体时,使用了两个摄像头为其提供了立体视觉。

根据Scaramuzza的说法,这些结果表明,运动摄像机可以将无人机导航的速度提高多达十倍,从而扩展了其可能的应用范围。

他说:

“一日无人机将用于各种各样的应用,例如货物的运送,人员的运输,航空摄影术,还有搜救。无人机能够更快地感知并更快地做出决策,对于其他领域来说也可以改变游戏规则,在这些领域中,可靠地检测到进入的障碍至关重要,例如汽车,良好的交付,运输,采矿和机器人的远程检查。”

该算法是收集最近10毫秒内一触即发的所有突变场景

将来,该团队旨在在更加敏捷的四旋翼无人机上测试该系统。Davide Falanga博士说:

“我们的最终目标是,使无人机能够像有人驾驶的无人机一样飞行。当前,在涉及无人机的所有搜索和救援应用中,实际上是人为控制。如果我们能够让无人机像人类飞行员一样可靠地导航,那么我们将能够将其用于超出视线范围或远程控制范围之外的任务。”

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