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Mavic Air:从随行无人机看大疆的L3自动驾驶

发布日期:2018-03-03  来源:雷锋网  作者:赵青晖我要投稿我要评论

  可以看到,启动慧拍功能后,Mavic Air化身成为用户的随行摄影师,不仅能够跟随用户运动而运动,还能够理解用户的手势来调整拍摄角度、拍摄距离和进行拍摄动作。起飞,跟随,控制,拍摄,降落整个过程一气呵成,在完全脱离遥控器的情况下,用户依然可以对Mavic Air进行灵活的操控。

  根据实际评测使用中可以发现,启动慧拍模式后,通过手掌自如地控制6米外的Mavic Air进行飞行和拍摄,如同实现了Phantom X中隔空操纵无人机,可谓相当酷炫。另外,慧拍,或许会是热爱户外运动的用户的福音——在进行跑步、踢球、骑车、攀岩、滑雪等运动的时候,往往不太方便使用遥控器来操作无人机对自己进行拍摄。而在这些场景下启动慧拍功能,这个问题就能够在较大程度上得到解决。

  PhantomX概念片中,神盾局特工主演汪可盈手势操纵无人机飞行

  「慧拍」背后的技术

  Mavic Air慧拍这一功能背后,是大疆在无人机自主飞行技术上的创新和突破。这涉及到多个学科、多个层面的深入技术积累和锤炼。具体来说,包括物体检测和跟踪、手部手势识别与跟踪、肢体手势识别、多传感器融合定位、深度图测距与建图、路径规划、以及控制等技术,并且克服各个单点技术的缺陷,将它们有机地整合在一起。应该说,慧拍背后的技术,是大疆在计算机视觉、人工智能、机器人这颗技术树上,点的最为全面的一次。

  物体检测与跟踪

  物体检测,指的是找到画面中的感兴趣物体(比如行人、车辆、船只等)并框出来。目前采用的主流算法框架大都基于Faster R-CNN[1]。

  物体跟踪,指的是用户选择了要跟踪的物体后,如果该物体以后移动了、姿态变化了,依然能够将其找到并框出来。其中GOTURN[2]算法能够达到每秒100帧以上的处理速度。

  手部手势识别与跟踪

  一般常说的手势识别其实有两种,一种是更关注于手部(手掌、手指关节),比如Deep Hand[3]可以识别用户是否张开手掌,比yeah;另外一种是则更关注于肢体与手臂的相对位置,比如类似CPM[4]可以识别用户平举双手、抬起单手等。从慧拍的实现方式上推测,或许是同时兼顾了上述两种技术。另外,手势跟踪能够利用上时序信息,将手势识别的结果变得更加稳定、可靠。

  多传感器融合定位

  Mavic Air上具有视觉、IMU、TOF等多种传感器,使用VIO技术进行融合后,能够构成足够的冗余,当单一传感器失效的时候,依然能够较好地估计自己的姿态和位置。

  深度图测距与建图

  深度图的产生方法有多种,比如可以通过TOF传感器直接得到,也可以通过双目立体视觉来计算得到,得到深度图后,无人机能够知道环境中各物体距离自身的远近,再配合多传感器融合定位,能够建立三维地图,供后续避障或者轨迹规划使用。

  轨迹规划

  轨迹规划,指的是用户指定某个目标地点,无人机需要结合自身定位和建好的地图,推算出一条通往目标地点的轨迹,为了最优化路径以及后续控制上的平滑,需要考虑满足某些约束,比如考虑了最小化速度的导数等。

  无人机控制

  在轨迹规划之后,需要通过控制算法改变无人机的飞行姿态,从而完成既定的轨迹,这部分常用的算法是PID控制算法。

  在上述算法中,有不少算法需要耗费巨大的计算资源,比如物体检测与跟踪、手部和肢体的姿势识别等。能在Mavic Air紧凑的机身里面浓缩集成如此高密度和高计算强度的算法,并有机整合成慧拍功能,反映出来大疆在各个相关领域的深入积累。

  「空中的L3自动驾驶」——Mavic Air

  大家可能会疑惑,Mavic Air又不是无人车,为何可以说是“自动驾驶”呢?其实,无人机与无人车虽然一个在天上飞,一个在地上跑,在动力系统、控制系统、硬件平台上确实需要因地制宜。但另一方面,这两者的内核都是要实现“无人”二字,即智能化程度要足够高。而在无人机上的智能化,称为自主飞行,在无人车上的智能化,称为自动驾驶。

  自动驾驶的等级一般划分为L0~L5。L0为完全受控驾驶,即完全靠人类来驾驶;L1为驾驶辅助,一般我们常说的“ADAS”属于这个级别,能够具有前向碰撞提醒、车道线偏离预警等功能,具有一定的安全提醒功能;L2称为部分自动驾驶,特斯拉使用的AutoPilot系统属于这个级别,提供了自主巡航功能,能够在较为简单的路况下自动驾驶,但需要司机紧握方向盘以准备随时接管;L3是有条件的自动驾驶,预计在今年4月开售的全新奥迪A8宣称它是首款实现了L3的量产车型,在限速60公里的条件下,能够在较为复杂的路况下进行自动驾驶,并允许司机双手离开方向盘。L4与L5由于目前没有对应的量产车型,不在这里展开。

  仿照自动驾驶的分级,可以给出自主飞行的分级,如下表所示:

  在表格中可以看到,启动了慧拍功能的Mavic Air,在诸多核心技术加持下,已经能够达到L3的自主飞行。它在特定的场景下脱离遥控器使用,可类比于在L3的自动驾驶中允许司机的双手离开方向盘。

  可以说,大疆从来没有停止过在计算机视觉、人工智能、机器人等的技术的探索,而这些技术构成了大疆最为核心的竞争力,足以在Mavic Air上支撑起了一整套“空中自动驾驶”的解决方案——慧拍。

 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/201803/03/32672.html
标签:  MavicAir
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