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蘇黎世大學(xué)的研究人員使用新型攝像機(jī)演示了一種飛行機(jī)器人，該機(jī)器人可以檢測(cè)并避開(kāi)快速移動(dòng)的物體。為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在惡劣環(huán)境下的更快飛行提供了一個(gè)解決方案。

無(wú)人機(jī)可以做很多事情，但避開(kāi)障礙物并不是他們的最強(qiáng)項(xiàng)，尤其是當(dāng)它們快速移動(dòng)時(shí)。盡管許多飛行機(jī)器人都配備了可以檢測(cè)障礙物的攝像頭，但無(wú)人機(jī)通常需要20到40毫秒的時(shí)間來(lái)處理圖像并做出反應(yīng)。盡管這個(gè)數(shù)字看起來(lái)很快，但當(dāng)無(wú)人機(jī)高速飛行時(shí)，即便是避開(kāi)鳥(niǎo)或另一架無(wú)人機(jī)甚或是靜態(tài)障礙物來(lái)說(shuō)這個(gè)時(shí)間都是無(wú)法滿足的。當(dāng)無(wú)人機(jī)在不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中使用，或者當(dāng)許多無(wú)人機(jī)在同一區(qū)域飛行時(shí)，無(wú)法快速避開(kāi)障礙物將成為一個(gè)非常大的問(wèn)題。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，蘇黎世大學(xué)的研究人員為四軸飛行器（帶有四個(gè)螺旋槳的無(wú)人駕駛飛機(jī)）配備了特殊的攝像頭和算法，將其反應(yīng)時(shí)間縮短到幾毫秒，足以避開(kāi)近距離擲向它的球。研究結(jié)果發(fā)表在《Science Robotics》雜志上，可以使無(wú)人機(jī)應(yīng)用在自然災(zāi)害等情況下。

“對(duì)于搜索和救援應(yīng)用（例如地震后），時(shí)間非常關(guān)鍵，因此我們需要能夠盡可能快地導(dǎo)航的無(wú)人機(jī)，以便在其有限的電池壽命內(nèi)完成更多任務(wù)，” 蘇黎世大學(xué)的感知小組以及NCCR機(jī)器人技術(shù)搜救大挑戰(zhàn)負(fù)責(zé)機(jī)器人技術(shù)的Davide Scaramuzza解釋說(shuō)?！暗牵ㄟ^(guò)快速導(dǎo)航的無(wú)人機(jī)，也更容易碰到障礙物，如果障礙物在移動(dòng)，甚至?xí)?。我們意識(shí)到，一種名為事件攝像機(jī)（Event Camera）的新型攝像機(jī)非常適合此目的?！?/p>

傳統(tǒng)的攝像機(jī)（例如每個(gè)智能手機(jī)中的攝像機(jī)）都通過(guò)定期拍攝整個(gè)場(chǎng)景的快照來(lái)工作。這是通過(guò)同時(shí)曝光所有圖像像素來(lái)完成的。但是，這種方式只能在車(chē)載計(jì)算機(jī)分析完所有像素之后才能檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體。另一方面，事件攝像機(jī)具有彼此獨(dú)立工作的智能像素。未檢測(cè)到變化的像素時(shí)保持沉默，而看到光強(qiáng)度變化的像素立即發(fā)送信息。這意味著車(chē)載計(jì)算機(jī)僅需要處理圖像中所有像素的一小部分，從而大大加快了計(jì)算速度。

事件攝像機(jī)是一項(xiàng)最新的創(chuàng)新，現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)對(duì)象檢測(cè)算法不能很好地與它們配合使用。因此，研究人員必須發(fā)明自己的算法，該算法可以在很短的時(shí)間內(nèi)收集攝像機(jī)記錄的所有事件，然后減去無(wú)人機(jī)自身運(yùn)動(dòng)的影響-這通常是攝像機(jī)看到的大部分變化的原因。

Scaramuzza和他的團(tuán)隊(duì)首先單獨(dú)測(cè)試了相機(jī)和算法。他們將各種形狀和大小的物體扔向相機(jī)，并測(cè)量了算法檢測(cè)物體的效率。成功率在81％到97％之間變化，具體取決于對(duì)象的大小和投擲的距離，并且該系統(tǒng)僅用3.5毫秒即可檢測(cè)到傳入的對(duì)象。

然后最嚴(yán)峻的測(cè)試開(kāi)始了：將攝像機(jī)放在實(shí)際的無(wú)人機(jī)上，在室內(nèi)和室外飛行，然后直接向其投擲物體。無(wú)人機(jī)能夠避開(kāi)90％以上的物體（包括從三米遠(yuǎn)處拋出并以每秒10米的速度行進(jìn)的球）。當(dāng)無(wú)人機(jī)提前“知道” 物體的大小時(shí)，一臺(tái)攝像機(jī)就足夠了。相反，當(dāng)它不得不面對(duì)大小不同的物體時(shí)，使用了兩個(gè)攝像頭為其提供立體視覺(jué)。

根據(jù)Scaramuzza的說(shuō)法，這些結(jié)果表明，事件攝像機(jī)可以將無(wú)人機(jī)導(dǎo)航的速度提高多達(dá)十倍，從而擴(kuò)展了其可能的應(yīng)用范圍。他說(shuō)：“無(wú)人機(jī)已經(jīng)用于各種各樣的應(yīng)用中，例如貨物交付，人員運(yùn)輸，航空攝影術(shù)，當(dāng)然還有搜救。但是，使機(jī)器人能夠更快地感知和做出決策，對(duì)于其他領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)游戲的改變者，在這些領(lǐng)域，可靠地檢測(cè)進(jìn)入的障礙物是至關(guān)重要的功能，例如汽車(chē)、運(yùn)輸、采礦和機(jī)器人的遠(yuǎn)程檢查等。”

未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將在更加敏捷的四旋翼飛機(jī)上測(cè)試該系統(tǒng)?！拔覀兊淖罱K目標(biāo)是未來(lái)有一天無(wú)人駕駛無(wú)人機(jī)能夠像人類(lèi)無(wú)人機(jī)飛行員一樣導(dǎo)航。目前，在涉及無(wú)人機(jī)的所有搜索和救援應(yīng)用中，人類(lèi)實(shí)際上都處于控制之下。如果我們能夠讓無(wú)人機(jī)像人類(lèi)無(wú)人機(jī)一樣可靠地導(dǎo)航飛行員，我們便能夠?qū)⑺鼈冇糜谝暰€范圍之外或遠(yuǎn)程控制范圍之外的任務(wù)?！?Scaramuzza的博士生Davide Falanga這樣說(shuō)。

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