Hover Camera 产品经理:产品设计之初就是为了拍「你」

摘要

作为 Hover Camera 的初创团队成员,我参与了它早期的概念设计、原型开发、数次产品迭代以及量产改良等各阶段,所以想说一下个人在这个产品开发过程中的经历以及了解的一些事情。

本文为 Hover Camera 产品经理刘力心在知乎上的回答,极客公园已获得转载授权。


作为一个 Hover Camera 的初创团队成员,我参与了 Hover Camera 早期的概念设计、原型开发、数次产品迭代以及量产改良等各阶段,所以想说一下个人在这个产品开发过程中的经历以及了解的一些事情。

知乎大神众多,相信这里有无人机产品的研发工程师,也有飞行时间上千小时的老司机。但我还是想打破一下诸位对无人机的固有认知:

Hover Camera 不是航拍无人机!

Hover Camera 不是航拍无人机!

Hover Camera 不是航拍无人机!

重要的事情说三遍。

航拍无人机是为了拍「景」,飞高飞远,拍远山,拍大桥,拍沙滩;Hover Camera 是为了拍「你」。在产品设计之初,这个的「你」指的是(知乎不支持 GIF,请大家自行脑补动图)。

旅途中亲密时刻:

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篮球达人的扣篮瞬间:

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音乐节的动情时刻:

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除了这些,还可以是后院的一次 BBQ,可以是一次婚礼庆典,可以是一场儿童球赛,可以是周末跟家里宠物在草坪上的嬉戏。

试想一下,此类场景如果用传统航拍无人机拍摄——

为避免大家出现身体不适,此处略去一堆打着马赛克的血腥图片。

所以,让民用无人机脱离「航拍」这个单一场景,适用于更加普世的场景,从一个相对小的航拍市场,进入一个更为大众化的数码影像市场,从而惠及更多普通消费者,这是 Hover Camera 对行业所肩负的使命。

再多从产品经理的视角聊几句,从低频的航拍场景,到高频的日常拍摄场景,这是民用无人机产业的一次「升维」。为什么旅行类的社交很难做,为什么巨头要挤破头去争打车的场景,为什么微信能被大家称为一个未来的 OS:「频次」的重要意义,适用于软件,也同样适用于硬件。

为了满足这样的使用场景,在设计之初,我们给 Hover Camera 设了很明确的三个产品目标,分别是:安全、小巧便携和简单易用。

  • 所谓安全,我们的标准是安全到能够跟人很「亲近」。
  • 所谓小巧便携,是为了让它能尽可能满足用户高频的日常场景,而这些场景又动辄 1~2 千克的传统航拍无人机无法适用的。
  • 所谓简单易用,做到「到手即飞「并不够,更要做到硬件和软件人机交互层的简单易用。

接下来逐条分析一下我们是如何针对这些点做优化的。

安全

关于安全,我们用了保护框。可能大家认为这是最「笨」的设计,但坦白讲,这也是最可靠的设计。相比利用避障等技术方案来达到「安全」,我们认为全保护的外框才是更好的选择。原因有两个:首先,物理保护更为可靠;其次,打破了小白用户对无人机产品的心理屏障,让初级用户敢于和一台无人机进行近距离的人机交互。(这点我们很快印证了:后来真实用户测试时,几乎所有女生都能很快上手)。

其实每个重要的产品决策背后都会引出大量细节实现和优化,接下来也可以给大家简单的分享一下

外形

保护框的外形设计(进而影响到我们产品的整体造型),我们前后做了好几轮的脑暴,直接上设计稿。

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材料

早期原型机设计时,我们就考虑了多种材料选择方面的可能性。

铝镁合金——密度大,太重,冲击后会产生塑性变形。

塑料或加纤塑料——注塑的材料刚度不够,需要采用更宽更厚的结构梁设计才能满足稳定支撑电机旋翼装配的要求,另外过软的细梁也会给用户抓取的安全性造成负面影响。

我们最终的选项落在了碳纤维板——重量轻,强度高,符合我们的设计和品质需求。决定使用碳纤维板之后,摆在面前的另一个大难题就是加工工艺。因为最后我们的制成需要历经 CNC 切割,抛光,烤漆等 25 道工艺,特别是要在一整块 1 mm 厚的碳板上切出最窄处梁宽仅 1 mm 的网格纹理,前人是没有尝试过的,我们也是经历了多次的工艺改良和迭代,才最终稳定的实现了量产。

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最终的碳纤维板成品

另外,提到保护框,还得必须谈一下我们对碳板镂空的优化。

了解空气动力学的同学都知道,Hover Camera 这样的全保护设计对整个动力系统所提供的最大升力和工作效率都有损耗,为了得出最佳的碳纤维板镂空比例和镂空形状,我们专门自制开发了动力系统测试平台,不同的动力系统和镂空设计组合做了系统的实验对比,同时结合大量的用户抓握测试,最终定下目前上下碳板镂空率为 80-85% 的设计,使得整个外框能够方便用户抓取,有效的保护用户的同时,仍然有足够的镂空空间供旋翼上下方气流通过,使其产生足够多的升力。

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镂空结构的部分设计稿

为了尽可能延长续航,我们还对电机(马达)和旋翼都做了深度定制。

从电机的选型设计和仿真,到实物打样验证和优化改进,从桨叶剖面翼型的选择,到弦长扭转角分布以及桨尖形状的优化,一共搭配组合做了数十版的迭代。在相同的旋翼尺寸和结构约束条件下,我们的动力系统在业界内是处于领先地位的。

当然,也希望各位知乎上气动方面的大神给我们多提建议,随时交流。

再说句题外话,我们的产品 4 月底亮相后,有看到报道拿我们产品的续航和一些中型航拍无人机做对比,其实是不合适的。因为,我们不是航拍无人机。

并且从空气动力学原理上来讲,普遍来说更大尺寸的旋翼 (比如 8-9 寸桨) 的动力系统的力效确实要好于小尺寸旋翼的动力系统 (Hover Camera 的旋翼尺寸在 3 寸左右),续航也会更长,这个应该不难理解。在我们的产品设计和设定使用场景下,我们有意识地选择了小尺寸的设计做出了全保护,在便携和续航之间取了个平衡。

当然,我们也在通过多种方式去提升续航,目前更多的是通过电池的性能质量,电机控制算法和整机硬件减重去实现。

即将面世的产品会有 10 分钟的续航,配 2 块电池。

还是那句话,Hover Camera 不是航拍无人机,所以跟中型航拍无人机比没有任何意义。至于我们的续航(10 分钟)在我们的目标场景下能否满足大部分需求,暂且按下不表,后面详细说。

小巧便携

有句俗话说,麻雀虽小,五脏俱全。大家知道,进化出「五脏俱全」的麻雀,大自然大约是花了 1.5 亿年。类似的,要把一台无人机做小,同时做到「五脏俱全」,这在工程上是一个前所未有的挑战,也是需要大量时间和人力去打磨的。

为了实现产品的小巧,我们首先设计了一个可折叠结构。这个设计想法来自于一次团队脑暴时偶然激发的灵感。因为当时我们一直在逼自己思考:如何能做出一个理想中足够小、足够便携的产品。

当时考虑的问题有很多,因为如果整机尺寸太小,那抗风性几乎为零,于是想到了折叠。我们考虑过各种折叠的方式,但突然的一下灵光闪现,让我们想到,Hover Camera 外形是不是可以像书本一样,随身携带,随处使用。这和我们产品的定位构思非常吻合,后来方案立刻通过,然后就进入了具体结构设计的细化。所以才有了现在实现的折叠方案,一气呵成的翻折动作,1 秒钟完成打开放飞和回收闭合,非常方便。有一个细节就是,机身的两处磁铁设计,展开时不用费力;闭合时同样有磁铁作为吸合锁扣,简单易用手感也好。

99.jpg展开 Hover Camera 的设计手绘

结构问题解决了,然后就是外框的厚度了。为了进一步减薄 Hover Camera 的全保护外框轮廓,使其更轻盈便携,我们量身定制了电机旋翼组装,采用将螺旋桨盖扣在无刷电机的外转子上的设计,去除了普通电机上原本需要的凸轴,电机旋翼的组装高度仅为电机本身的高度。整个两翼部分展开厚度连同保护外框仅 16 mm。

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整机的小型化要求我们的硬件电路板也做到尽可能小巧。基于高通骁龙芯片的主体电路器件被排布在 71 x 29.2 mm2 大小的 10 层电路板上,懂行的硬件电路设计师朋友们应该知道,像我们这样将包含高通套片的硬件芯片部件组合方案压缩布局在宽度 30 mm 以内的做法,其实是一件很有挑战的事,排布走线和器件散热都是前期评估时的很大的风险。

曾经一度有供应商提出做不了,需要改成更宽的电路板风险更小,但因为我们对设计的坚持不妥协,最终还是把这个难题给克服了。

666.jpg这是我们的主板和硬币的对比图

散热系统上,我们也把「小巧」推到了极致。我们原先使用的是带风扇的散热设计,后来创新性地使用了无风扇设计,上一张对比图。右侧是带风扇的散热设计,可以看到很明显的突起(红圈中)。

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为了能够实现无风扇的设计,我们利用了旋翼绕流增加空气对流,对主体电路器件施加无附加风扇的主动散热。我们的工程师对 Hover Camera 的流场进行了充分的数值仿真和流动显示实验验证,最终制定出目前的这一套效果非常不错的散热结构方案。

另外,去除内置风扇结构之后,不仅让整体结构上更加一体化,还减少了机身重量,从而进一步延长了 Hover Camera 的续航。

简单易用

简单易用这一部分,首先跟大家分析下我们最重要的一项人机交互:指尖放飞。

大家可以回忆一下用三脚架拍摄集体照时的体验,有经验的摄影师基本直接对三脚架的高度进行设置,然后再对构图进行微调,即能够完成一张集体照的拍摄。类似的,我们在设计之初,也希望用户可以很方便地对「高度」这个关键的拍摄参数进行设定,这里的「方便」不是将 Hover Camera 放置于地面,一键起飞之后再调整高度,而是放在哪儿就悬停在哪儿。高度被很方便地设置以后,再在手机端对构图进行微调,再按快门完成拍摄。

指尖放飞的人机交互,相对于静止平面的起飞,要复杂得多。具体来说,每个用户在放飞时的握持手势不同,离开机身的手指的顺序不同,离开的瞬间指尖动作对机身平衡的扰动,这些让指尖放飞的实现难度远远高于静止平面起飞。

除了指尖放飞、抛飞,还有无需用户额外校准的飞行实现,还有碰撞障碍后的主动闪避,还有室外在无 GPS 的情况下稳定可控的飞行等,这些的实现,靠的是多方面算法的结合使用,包括我们 1 kHz 高速更新的传感器融合算法,针对性的自适应飞控算法,电机驱动采用的高效和快速响应的磁场定向控制算法 (FOC),以及实时处理来自底置和前置摄像头的图像和机器视觉算法。

其实很多具体的代码实现和算法结合优化,都没有教科书或范例,全是我们结合自己产品和应用的具体需求,借助着我们工程团队一次次的深层研究,一次次的尝试积累得来的。

另外,我还想从我们产品的「智能化」来说一下「简单易用」这个特点。

为了能够让更多的小白用户更方便地上手我们产品,我们首先是弃用了传统的无人机遥控器。但同时又要让用户方便地捕捉到扣篮之类的精彩镜头,这就要求我们在跟人算法上做出深度的优化。我们在一颗高通骁龙 801 芯片上实现了基于卷积神经网络 (CNN) 的人脸人形检测算法,而且是实时的!在用户选定需要跟随的人形之后,跟随部分采用我们自主研发的高效高精度的跟踪算法,并与 1kHz 飞控算法配合,实现稳定可靠的人脸人形跟随体验。

上一段视频,从视频里可以看出,我们的算法对光线明暗变化造成影响有较好的适应和抵抗性,即使遇到背光和侧光的转换,也不会跟丢。

Hover Camera 人脸人形跟踪算法演示:http://v.qq.com/x/page/m0336zhckwh.html

注意,这个视频是由手机拍摄然后运行了我们的算法的结果,不是 Hover Camera 拍摄。

再上一个视频,这是我们产品在实际运行跟踪算法时的视频,大家可以看到光线变化非常多,而且行人环境也很复杂。

Hover Camera Passport 内测跟踪功能视频:http://v.qq.com/x/page/i0336a5csny.html

注:这里的摄像头画质比较老,不是发售版本设备的画质。

通过两个视频大家可以对 Hover Camera 跟随拍摄的稳定性有一个大致的概念,有兴趣的同学可以横向对比我们与其他友商产品跟随功能的稳定性。

关于我们飞控和图像算法的研发,网上很多猜测是说我们用了高通的无人机方案。然而,实际情况是,其实一直到发布产品,我们都没有用过高通骁龙飞控开发板,也没有用过高通的飞控模块和图像算法模块产品。更准确的说,我们是使用了基于高通骁龙芯片的硬件架构方案和相应提供的基础 SDK 开发套件,剩下的中上层固件引擎,飞控,和图像算法方面的软件开发,都是我们一行行把代码码出来,编译成二进制文件后整合进整个镜像的。可能有同学会有疑问,既然有现成的,为什么还要自己写?长话短说的话就是,我们需要定制化的产品,通用的模块无法满足我们产品的需求。这里我们非常值得骄傲的一点就是,我们把高通骁龙 801 芯片的性能榨到了极限,并解决了芯片散热问题。

最后再讨论回续航。

首先,不可否认的是,在不影响其他产品性能的情况下,续航这个指标肯定是越长越好,但是,面对体积、重量、安全、智能化这种种条件约束,「续航」其实是一个根据使用场景进行妥协的结果。

其次,不可否认的是,10 分钟的续航,用在航拍场景,显然是不合格的产品。但是,Hover Camera 不是一台航拍无人机,我前面也已经交代很多次了。

有网友举了某次饭后邻桌女生自拍了 40 分钟的例子,没错,这的确是「自拍」的一个典型场景,但是用它来代表所有的「非航拍」场景,那未免以偏概全了。

举例来说:

  • 一次扣篮,从助跑到完成扣篮,大约是 5 秒钟;
  • 一次街舞,一般不超过 2 分钟;
  • 一次名胜古迹前的留影,也很少有超过 3 分钟的。

何况,Hover Camera 的包装中默认提供 2 块电池,支持 20 分钟的续航。

上一个我们内测用户的混剪视频,大家可以想象一下以后人人都可以创作这样的内容:

Hover Camera Passport 内测用户作品

另外提一下我们结合单轴云台位置补偿和电子稳像技术(EIS)实现的稳像方案,很多舆论大力宣扬基于 3 轴物理云台的稳像技术,我们认为这样的说法是不严谨的。在飞行器上进行视频/照片的拍摄,实质上要解决的问题是:去除抖动,稳定拍摄角度。抖动的主要来源有两个,一是旋翼高速旋转时带来的基振和谐振,二是飞行器飞行时由于机身姿态的改变引发的摄像头角度变化。后者是较为低频的,大概在几 Hz 以下,而前者有低频和高频的成分。不管是传统的 3 轴云台控制,还是我们的 1 轴云台控制,

主要能解决消除的是低频的振动,而高频的振动很难靠云台控制消除掉,而更多的是需要靠被动吸震的方式来隔离或缓解,比如会出现在大多航拍无人机上的隔离主机身和云台装置的大块海绵或硅胶材料等。所以其实只要做好隔离高频,补偿低频这两方面,就能有好的产品表现。

再次重申,脱离场景讨论技术方案的优劣,是外行的表现。我们的稳像方案牺牲了一定的像素,但是优化了产品体积,减轻了重量,增加了续航,所以从我们的产品场景需求以及物理尺寸形状考虑,基于单轴云台位置补偿和电子稳像技术 (EIS) 的方案是目前最平衡,最适合我们的方案。

当然,我们现在的云台在技术工程实现方面仍有很多可以改进提升的地方,希望能一步一个脚印,踏踏实实把东西越做越好。

我们创业之初(2014 年),正是无人机的创业热潮兴起之时,市场上大部分创业公司基本都是针对市场领先者的产品做一些微创新,然后造势、发众筹、融资、细化产品、甚至再重新找新的产品方向和目标市场。

而我们在创业伊始,选择的就是,探索无人机新的使用场景。

一个是捷径,一个是未知的路,我们选择后者是因为我们有敢去挑战新事物的勇气和走一条新路的决心。也因为我们认为在「致敬别人」成为互联网风气的中国,think different 是一件特别酷的事情。

其实为了这个决定,我们遇到过不少困难,但都一一克服了。人在二十浪荡岁,正是凯鲁亚克在路上的年纪,总是要去探索点什么,做点什么看起来很偏执却正确的事情。

何况走这条路的时候身边还有一群有同样梦想的家伙,从 2014 年 5 月到现在,我们的团队已经扩张到 120 人,在这期间,每一位伙伴都付出了很多,在此真的要感谢团队的每一个努力的日日夜夜。

我也知道在各个城市都有很多和我们一样的人在做着各种各样的探索与创新,因为大家都相信,科技的每次突破都会改变生活的方式。

和对的人,干酷的事儿,如果捎带再改变一点什么,那就真的没什么比这更燃的了。

最后再说一句,17 号(今天)晚上 7:50,我们会通过天猫 App 直播国内发布会,我是当天的主播,大家有任何问题也可以在直播的时候留言进行交流。谢谢大家对 Hover Camera 的厚爱!

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