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空中物理AI研究所

传感器:无人机怎样看世界

没有哪种动物只有一种感官。无人机也一样,要把长处不同的“眼睛”组合起来。

简短回答: 摄像头便宜、细节丰富,但怕黑怕雾。雷达不怕天气,但看不清细小形状。激光雷达测距精确,但又重又贵。所以 把多种传感器组合起来(传感器融合) 才是赢的做法。

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Sir Airffic Go了解了传感器,你一眼就能看出每家公司押注在哪里。

六种眼睛和感官

摄像头像人眼一样捕捉光线。它便宜、轻,能看到颜色和文字,所以用得最广。

激光雷达发射激光脉冲,计算反射回来的时间,从而精确测距。它在黑暗中也能工作,但重量和成本是难题。

雷达使用无线电波。它能在雨、雾和黑暗中发现远处的物体,所以在防撞和无人机探测方面领先。

热成像相机看的是温度差——非常适合夜间搜救,以及找出屋顶和电线上的发热点。

IMU(测量加速度和转动的装置)和GNSS(GPS等卫星定位)是无人机的“内部感官”。只有和向外看的传感器结合,才能做到精确飞行。

传感器长处短处主要用途
摄像头(可见光)便宜、轻、细节丰富黑暗、雾、强光识别、SLAM、巡检
双目/深度相机近距离测距远处不准避障
激光雷达测距精确,黑暗中可用重、贵,雨中变弱测绘、细电线探测
毫米波雷达雨、雾、夜间,远距离看不清细小形状探测与避让、无人机探测
热成像能看到热量,夜间强分辨率较低搜救、设施巡检
IMU + GNSS知道自身运动和位置室内或被干扰时GNSS失灵姿态控制、导航

为什么传感器组合决定胜负

每种传感器都有弱点。只靠一种,弱点一出现,无人机就“瞎”了。

所以由摄像头认出是什么,由雷达确认有多远,由IMU补上无人机自己是怎么移动的。这就是传感器融合。

擅长融合的公司,造出的飞机在天气和地点变化时也能继续工作。“不停摆”是商用无人机最值钱的功能。

没有GNSS的天空,抬高了传感器的价值

桥下、隧道里和仓库内收不到GNSS信号。在战场上,故意干扰也成了家常便饭。

2022年以后,只靠摄像头和IMU飞行(视觉导航)的需求急剧上升。

这不只是军事用途。同样的技术也帮助室内巡检和城市配送。

Sir Airffic Go信号断了还能不能飞?这是检验自主飞行是不是“真本事”的最好办法。

传感器市场正在发生什么

为智能手机大批量生产的摄像头零件,让无人机的“眼睛”便宜了很多。

靠汽车行业的大产量,雷达和激光雷达变得更小、更便宜,现在已经装得上无人机。

所以很多传感器是作为无人机以外巨大市场的“副产品”在进步。无人机专业公司必须靠传感器的组合方式和软件来做出差异,而不是靠零件本身。

常见问题

无人机避障用哪些传感器?

近距离用双目或深度相机,远距离和恶劣天气用雷达,细电线等细小物体用激光雷达。大多数飞机会组合使用好几种。

激光雷达和雷达有什么区别?

激光雷达用激光精细测距,能构建详细的3D形状。雷达用无线电波,比较粗略,但能在雨、雾和黑暗中发现远处的物体。