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設備與工具傳統(tǒng)的基于IMU和GPS的感知-控制技術已經(jīng)非常成熟并已有大量產(chǎn)品上市，在此不再贅述。對于低載荷、功耗敏感的小型無人機而言，機器視覺是一種很有前景的傳感方式，因為與其他距離傳感器如聲納、紅外和陸地車上用的激光測距儀相比，它不需要發(fā)射能量來了解環(huán)境，功耗更低。另外，它可以收集更豐富的信息和捕獲更多的地面景物和其他傳感器的質(zhì)量相媲美。立體視覺的簡單介紹可參閱本人的另一篇文章。
另外還有基于仿生學的視覺技術，如復眼定焦，利用低分辨率但較多的攝像機。相比雙目圖像重疊更小，也不需要立體視覺的距離估計。生物學家發(fā)現(xiàn)，昆蟲在雜亂的環(huán)境中仍可安全飛行，它們依靠的不是圖像運動，而是被稱為光流的那個東西測量自己和周圍環(huán)境的位移。實驗結(jié)果表明,使用光流無人機可實現(xiàn)大量的、各種各樣的飛行能力。如避障、速度保持、里程估計、沿墻或走廊飛行、高度估計、航向控制、降落等。在產(chǎn)品領域，光流技術目前也已成功地得到應用，如四旋翼的底部光流在無GPS的情況下可維持恒定的速度或懸停。固定翼無人機前向安裝的光流，用于檢測靠近地面的障礙物。以及用于測量無人機姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)光流等。
自主飛行
感知-控制技術是機器人自主能力的基礎。根據(jù)國際標準化組織的定義，機器人的自主能力是指機器在無人干預下，可以根據(jù)當前的狀態(tài)和感知信息執(zhí)行任務的能力。很多情況下，根據(jù)機器人的類型和要其預期的用途，對機器人自主性的要求也不盡相同。例如，雖然地面上那些連著插座固定式的機器人不必關心能量管理問題，但對于長距離工作的移動式機器人尤其是無人機而言，知道何時要停下當前任務去給自己充點電的能力就很重要了。在這里我們討論的小型無人機，可以按自主性由低到高將他們分為以下三個層次。目前對達到2~3級自主水平，即具備反應自主性和認知自主性的無人機，我們就可以理直氣壯地稱其為空中機器人啦。
感知-運動自主性：將人的高級指令(比如到達一個給定的高度，按照圓形軌跡飛行，移動到某一個GPS坐標點或保持在某個位置)轉(zhuǎn)化成平臺相關控制信號(比如俯仰角、橫滾角、偏航角或速度)的組合;利用GPS航點，按照預先編好的軌跡飛行。
反應自主性(需要以感知運動自主性為基礎)：在外部有干擾時保持在當前位置或飛行軌跡上，比如在有風或電器機械故障的情況下;躲避障礙物;保持在距離地面安全的或預定的高度;跟隨移動的物體或其他飛行器飛行;自動起飛和著陸。
認知自主性(需要以反應自主性為基礎)：進行SLAM同步定位和繪制地圖;解決信息和任務沖突;規(guī)劃(例如電池充電);識別物體和人;學習。
當前的商業(yè)化產(chǎn)品，以上文介紹的幾款主流產(chǎn)品為例，它們均達到了感知-運動自主性水平，部分具備反應自主性。但其成熟度仍不足以自動完成大多數(shù)行業(yè)應用領域中的任務，如攝影、監(jiān)視、勘探等，目前仍需要經(jīng)驗豐富的操作人員進行監(jiān)視或操控。
展望
我們認為未來民用無人機市場的進一步擴大，有賴于以下三個方面的改善：1.自主能力2.安全策略3.法律框架
我們目前尚無法預期未來五年會實現(xiàn)更高水平的自主控制。但當前法律要求認證的操作員在視線內(nèi)操作無人機，則會限制無人機自主能力方面的發(fā)展，迫使企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)更多的去關注機械可靠性和安全性等問題。然并卵，即便緩慢，無人機自主性的提高也是必然的，這終將會挑戰(zhàn)并顛覆現(xiàn)有的法律框架。
在未來，我們預期仿生學的方法將成為主導，因為它只需要相對簡單的計算和傳感器。例如一些產(chǎn)品(如eBee和AR.Drone0)。在科學領域，一個有趣挑戰(zhàn)將是將不同的導航功能集成到一個控制系統(tǒng)中，構(gòu)成類似于飛行昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)。同時,在工程領域，一個重要的工作是政府機構(gòu)和行業(yè)協(xié)會定義測試條件及性能標準，對無人機技術的功能和可靠性進行評估，通過建立完善的安全策略與評價機制規(guī)范無人機的運行，而非法律手段的限制。
另外人工智能的發(fā)展以及智能手機的改進，將會進一步擴大小型無人機的應用范圍，比如能夠識別人類用戶、學習他們的行為、創(chuàng)建并表示周圍的環(huán)境。人臉識別、基于手勢的交互、可穿戴設備的廣泛使用將進一步刺激玩具無人機的發(fā)展。隨著移動計算行業(yè)繼續(xù)沿著硬件小型化、服務云端化的方向發(fā)展。開發(fā)人員將會獲得體積更小、功率更低的傳感器，電池的能量密度也會不斷提高。同時無人機接入網(wǎng)絡，也為未來應用提供了無限的可能性。
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