无人机的发展方向很多,但这三个肯定没跑了

无人机的发展方向很多,但这三个肯定没跑了

因为大疆,零度的出现,我们能以千元的价格买到曾经售价上万的航拍器。但随着越来越多的团队涌入市场,雷同的功能和外形已经不能再让消费者满意,仿佛价格才是吸引消费者的唯一元素。

操控无人机是一个技术活,容易受到环境影响。尽管现在中高端无人机装配了自动返航功能,但由于精度和反应速率问题,依旧不适用于复杂的环境中。而且,边控制飞行器边进行拍摄是不是有点太繁琐了?

其实无人机领域还有很多功能需要发掘,不妨跟极客公园用现在的技术和产品预言一下未来无人机的新特性。

四轴+固定翼=变形结构?

极客公园曾经报道过一名来自英国的设计师为 Tesla 设计的会变形的无人机,它最大的亮点就是可以通过变形从而解决不同的拍摄需求。飞行器有两种不同的飞行姿态,在需要稳定拍摄时以类似「直升机」姿态垂直飞行;如果需要高速跟拍,飞行器则变换为「倾转旋翼机」的外形快速响应飞行。

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无独有偶,极客公园在采访国内一家专业航拍设备生产公司时,该公司的 CEO 也同样指出四轴飞行器因为整体结构而存在飞行姿态少、速度慢、受侧向风影响易坠毁等天生缺点。而固定翼却可以在高速飞行下保持稳定。如果无人机引入「可变式」变形机构就可以拓展更多的使用环境,增加飞行速度及飞行安全。

skyprowler_specs.jpg(可以垂直起落也可以滑翔飞行拍摄的 SkyProwler)

不过由于操纵者无法实时查看无人机的飞行环境,单从结构上发展是不能够提高飞行时的安全性,甚至还会有坠毁的可能。如果要避免外界影响所带来的事故,无人机还要具有自主避障的功能。

智能避障与随动跟拍

前日大疆公司发布了其下一代无人机的概念模型 Phantom X,它具有随动跟拍,用移动设备控制无人机阵列等功能。如果想让无人机实现跟拍、阵列飞行的话,无人机必定要有一定的自主避障和距离探测的功能,这也可以说是定义无人机是否进入下一代的分水岭。

(Phantom X 的宣传视频)

现阶段无人机主要通过图像识别和距离传感器两种方式判定飞行环境,从而做出像「保持距离」、「环绕拍摄」的技术。事实上,从当前技术进一步研究是可以实现自主避障的。但考虑到成本及无人机的体积,消费级无人机不得不在功能上做出妥协。

下面是由 MIT CSAIL (麻省理工大学计算机科学和人工智能实验室)团队所公布的一部视频,在视频中的飞机能够以 30 mph 的速度在树林中自主飞行。而他们团队的研究方向正是开发以低成本实现无人机自主避障的算法。

就成本及体积因素考虑,对摄像头所采集到的图像进行深度处理是一个非常节约资源的选择。无人机通过摄像头监测前向飞行环境,利用计算机视觉技术识别环境并且做出路线判定。

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「每个人都在生产无人机,但却不知道如何防止这些东西陷入困境中。」CSAIL 博士生 Andrew Barry 说到。「在无人机上搭载激光雷达并提前建立飞行轨迹是不现实的,如果我们希望无人机能够快速的航行,那么就需要采用更好,更快的算法。」 Andrew Barry 团队让无人机每飞行 10 米绘制下一路段的路线,不需考虑 10 米之后该怎么飞行。

虽然这种「飞到山前必有路」形式能够保证无人机的快速响应速度,但是这个算法会随着积分时间和正反馈机制而产生误差积累。不过随着硬件的发展所带来更复杂的计算量,减少误差所带来的影响也不会太远。

航拍模式的新探索

除了航拍和随动跟拍功能,随着全景摄像和 VR 技术的发展,无人机在拍摄模式上也会有一定突破。

国内亿航无人机团队推出的 Ghost 2.0 就采用了 VR 图传功能,戴上眼镜后可以看到无人机「第一视角」的直播画面。同时眼镜里还有头部姿态追踪功能,通过摆动头部就能控制无人机调整云台的角度。这种航拍的方式可以给佩戴者「第一人称」般的操控感,也能获得宽阔的视场。

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(亿航于今日下午刚刚发布的 GHOSTDRONE 2.0)

极客公园在一次创业交流会上还体验过用 VR 与无人机结合的无人机竞速团队。相比普通竞速机,VR 提供的视野更加广阔,但如果保持高速航行的话,必然会影响回传视频的码率,从而影响接收端的图像质量。若解决这个问题则需要无人机与输入设备建立更加稳定,高效的无线通讯。目前大部分无人机所采用的 Cofdm 无线传输方案,支持 4M bps 的数据传输,能够有效对抗谐波干扰,但最高也只能支持 720P 的码率,并不能满足大众需求。

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(无人机竞速时采用的头戴眼镜)

虽然一架无人机能够搭载一部航拍镜头,可是这个镜头通过图像处理方式记录全景图像,而市场上也出现了类似诺基亚 OZO 这种多摄像头全景相机,这样也能够保证在行进中摄录全景视频。或许在不久之后,也一样会出现多镜头组的「航拍版」OZO。

最大的敌人仍是续航时间

我们通过一系列产品体验和最近曝光的各式新闻向各位阐述了无人机未来几个发展的大方向。总之,在结构、技术、航拍模式等方面无人机都在加快迭代的步伐。但是其依旧有一个关键的问题亟待解决——续航时间。

目前所有民用的无人机均采用锂电池为电源,但小体积锂电驱动的无人机单次飞行最长也不过半个小时,如果要保证高难度拍摄下时间可能会更短,更不用说什么全景摄像,自动跟随等前沿功能了。

考虑到无人机续航能力需要从「耗电」和「电池容量」两方面考虑,若想减少耗电量,那必然会在功能、配置结构上做出相当妥协。如果希望无人机能够做更多的事请,功耗一定会增加。考虑四轴飞行器的四个转子和航拍器本身就是耗电大户,电池容量也不得不增大,可是这样又会对无人机的整体尺寸有影响。可以说,无人机不能在续航方面有所突破的话,功能也不会出现特别的创新点。

无人机的发展不仅伴随着 VR,图像处理算法等领域寻求一定突破,更需对自身进行反思与迭代。其实,看起已经很成熟的技术的背后还有更加广阔的发展空间,如果要让无人机成为人们日常生活中的一部分,还需要等待一段时间。

记得第一次听说无人机还是在 5 年前的大学课堂上,同桌给我看了一段由美国卡内基梅隆大学公布的视频,视频中的飞机一会儿变成「人」字,一会儿变成「一」字,我还问他这些东西都是什么鬼:

「这是四轴飞行器,用得是凯尔曼滤波。」



头图来源:Terminator HK-Drone

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