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設(shè)備與工具從近一年來發(fā)布的消費(fèi)級無人機(jī)來看，基本都配置了“GPS+光流”的室內(nèi)/室外定位策略。尤其是對于今年以來發(fā)布的幾款自拍無人機(jī)，因?yàn)橹鞔蜃耘?，?yīng)用場景里多考慮室內(nèi)環(huán)境下的拍攝，更是都標(biāo)配了光流定位系統(tǒng)。
按照目前的技術(shù)，以及這一年來推出的產(chǎn)品狀態(tài)，在室外GPS信號良好的情況下，利用GPS進(jìn)行懸停定位已經(jīng)可以達(dá)到米級或者米以下的定位精度。而且，許多產(chǎn)品現(xiàn)在都標(biāo)配了GPS/GLONASS甚至是北斗等多套系統(tǒng)。成本的下降以及多年來的應(yīng)用推廣，使得目前無人機(jī)用GPS定位技術(shù)比較成熟。
另外借助目前市場上比較成熟的差分GPS技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)GPS的精度大大提升。差分GPS技術(shù)，即通過在無人機(jī)工作區(qū)域內(nèi)某個已知坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)置一個高精度GPS基站作為參考點(diǎn)，根據(jù)測量與實(shí)際位置的差分信號作為修正量，修正無人機(jī)上的GPS信息，目前差分技術(shù)主要分為偽距差分(DPGS)與載波相位差分(RTK)兩種，DGPS可以達(dá)到亞米級精度，RTK則可達(dá)到厘米級精度。
但是這種差分GPS方式需要另外架設(shè)設(shè)備，切對架設(shè)的基站點(diǎn)位置有較高精度要求，因此成本高且不容易實(shí)現(xiàn)，比較適合于在給定作業(yè)場地內(nèi)進(jìn)行拍攝的適用場景，對于一般消費(fèi)級航拍無人機(jī)上的使用較為受限。
雖然光流的概念早在1950年就被提出，但是光流技術(shù)是隨著光流定位算法在今年來不斷發(fā)展成熟后才在無人機(jī)定位上大面積得到應(yīng)用。光流的概念是Gibson在1950年首先提出來的。它是空間運(yùn)動物體在觀察成像平面上的像素運(yùn)動的瞬時速度，是利用圖像序列中像素在時間域上的變化以及相鄰幀之間的相關(guān)性來找到上一幀跟當(dāng)前幀之間存在的對應(yīng)關(guān)系，從而計(jì)算出相鄰幀之間物體的運(yùn)動信息的一種方法。一般而言，光流是由于場景中前景目標(biāo)本身的移動、相機(jī)的運(yùn)動，或者兩者的共同運(yùn)動所產(chǎn)生的。
在無人機(jī)應(yīng)用中，無人機(jī)機(jī)身加裝對地的光流攝像頭，根據(jù)所觀測到的地面圖像來進(jìn)行定位的：無人機(jī)在相對地面移動時，其對地觀測鏡頭所拍攝到的畫面會相對向反方向“移動”，根據(jù)無人機(jī)距離地面的高度(這也是光流傳感器都與對地超聲波傳感器成對出現(xiàn)的原因)以及對地觀測圖像中像素移動的量，即可推算出無人機(jī)相對地面移動的距離。
當(dāng)無人機(jī)采用光流定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)自身位置確定后，即可采用通用的控制算法實(shí)現(xiàn)水平面和高度上的定位。目前所采用的光流技術(shù)，基本上可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定懸停，但是隨著時間的累積，仍然會有十幾厘米到幾十厘米范圍的飄移。不過，這種低頻率、小幅度的位置改變對于航拍來說，是可以接受的。
雖然室外“GPS+光流”、室內(nèi)“光流”的技術(shù)方案是成熟的，而且相比于之前的室外定位方案來說，有了大幅度的提升。但是各家廠商對于具體算法實(shí)現(xiàn)起來，其產(chǎn)品的最終使用效果，仍然存在差異。
以大疆精靈4與其上代產(chǎn)品精靈3進(jìn)行對比，兩款產(chǎn)品在懸停定位的從技術(shù)方案來說，是基本一致的，但是精靈4屬于精靈3的下一代產(chǎn)品，在算法上、傳感器上都有了較多的調(diào)整。本報告對TomsTechTime網(wǎng)站提供的一段，大疆精靈4與精靈3的室外懸停錄像進(jìn)行了整理，我們發(fā)現(xiàn)，精靈4在室內(nèi)高度懸停上，可以達(dá)到0.1m以內(nèi)的精度，而精靈3僅有0.5m左右精度，水平面上亦是同樣，精靈4能夠穩(wěn)定在較小的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)懸停，而精靈3則在一個較大范圍內(nèi)飄移。
這個例子很明顯的告訴我們，即使采用同樣的技術(shù)方案，但是在傳感器、算法等方面仍然對最終使用效果產(chǎn)生巨大影響。這也如我們在上一期報告中提到的一樣，雖然光流定位技術(shù)已經(jīng)有大量開源庫支持，看似降低了技術(shù)門檻，但是實(shí)際上，在獲得更好的用戶體驗(yàn)上，也即深挖技術(shù)價值這方面，各個公司都還有很多路要走。因?yàn)楫?dāng)產(chǎn)品的實(shí)際使用體驗(yàn)較差時，采用的技術(shù)再先進(jìn)，也很難受到市場追捧。
靈活穩(wěn)健云臺是航拍核心
根據(jù)上面的介紹，我們知道，云臺對于抑制機(jī)身的主動傾側(cè)、被動干擾等影響航拍效果的擾動起到了重大作用，下面將對無人機(jī)機(jī)載云臺進(jìn)行簡要的介紹。
一般說的機(jī)載云臺通常都是三軸云臺。三軸云臺的“三軸”分為俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)三個軸，也稱三個自由度，分別有一個電機(jī)進(jìn)行控制。也即攝像頭在三自由度云臺的框架上通過電機(jī)的控制，可以實(shí)現(xiàn)與無人機(jī)三個自由度的解耦(值無人機(jī)的：俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)三個自由度)，起到隔離、抵消無人機(jī)運(yùn)動影響的作用。
三軸云臺技術(shù)主要包含部分內(nèi)容：1、運(yùn)動敏感;2、抵消控制。
運(yùn)動敏感：需要安裝在最內(nèi)層的攝像頭部分能夠感知到攝像頭的姿態(tài)偏差。通常會安裝一個三自由度陀螺儀。
抵消控制：即當(dāng)敏感到攝像頭要偏離設(shè)定的姿態(tài)(一般是水平狀態(tài))時，通過電機(jī)施加反向的運(yùn)動，抵消運(yùn)動變化。
從以上角度來看，傳感器的精度、頻率以及電機(jī)輸出的精度、功率大小，控制算法的性能都對最終效果起到比較大的影響。不過從目前的產(chǎn)品技術(shù)來看，紙妖配備了三軸云臺的無人機(jī)在航拍方面基本不存在太大使用感受上的區(qū)別。單從功能上來說，比較關(guān)鍵的幾個因素是1、云臺與機(jī)身隔離度的高低;2、云臺可控的角度范圍;3、響應(yīng)的快慢;4、精度的高低。但是目前各家公司基本都沒有單獨(dú)公布出云臺的技術(shù)參數(shù)，還很難進(jìn)行比較。
位移補(bǔ)償：精靈4與精靈3的懸停對比實(shí)驗(yàn)中看到，即使采取了較好的GPS+光流定位技術(shù)，無人機(jī)在定位懸停拍攝時，還是會出現(xiàn)較大幅度的飄移，幅度大概為0.3m左右，當(dāng)發(fā)生位移后，畫面中心會有那么為了進(jìn)一步保證畫面的穩(wěn)定，就必須引入機(jī)械云臺對畫面進(jìn)行穩(wěn)定。
通過簡單的幾何計(jì)算可以看出，當(dāng)相距被拍攝物體距離較近時，水平飄移對畫面影響較大。當(dāng)距離背景2米遠(yuǎn)時，0.3米的飄移可能會帶來拍攝畫面中，物體的像素移動達(dá)到9%左右(比如4000X3000分辨率，圖像水平方向會飄移360像素)。但是當(dāng)距離被拍攝物體較遠(yuǎn)時，當(dāng)距離背景10米遠(yuǎn)，0.3米的飄移可能會帶來拍攝畫面中，物體的像素移動達(dá)到1.7%左右(比如4000X3000分辨率，圖像水平方向會飄移68像素)影響較小。
這時，僅需要云臺偏轉(zhuǎn)較小的度數(shù)既可修正畫面偏移，使得被拍攝物體重新回到畫面中心。
姿態(tài)補(bǔ)償：相比于無人機(jī)位置的移動，無人機(jī)自身姿態(tài)的擾動對畫面影響更為劇烈。當(dāng)相距被拍攝物體距離較近時，當(dāng)距離背景2米遠(yuǎn)時，15°的姿態(tài)擾動可能會帶來拍攝畫面中，物體的像素移動達(dá)到36%左右(比如4000X3000分辨率，圖像水平方向會飄移1440像素)。但是當(dāng)距離被拍攝物體較遠(yuǎn)時，當(dāng)距離背景10米遠(yuǎn)，15度的姿態(tài)擾動可能會帶來拍攝畫面中，物體的像素移動同樣達(dá)到36%左右(比如4000X3000分辨率，圖像水平方向會飄移1440像素)影響均較大。
但是另一方面，從用戶體驗(yàn)角度來說，云臺技術(shù)還涉及到幾個問題：1、云臺功耗。由于三軸云臺帶有三個無刷電機(jī)，而且云臺實(shí)時在空中實(shí)時運(yùn)行，因此其功耗不可小視。2、云臺校準(zhǔn)。從一些用戶反饋來看，云臺功耗對于整機(jī)續(xù)航已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的影響，如何在保證云臺性能不變的情況下優(yōu)化云臺控制電機(jī)的功耗會是一個有意義的研究方向。另一方面就是云臺校準(zhǔn)，因?yàn)樵婆_上裝有三軸陀螺儀等慣性測量原件，如何在出現(xiàn)故障或者干擾的情況下對云臺進(jìn)行快速有效的校準(zhǔn)也是影響用戶使用的一個重要問題。
從目前市售產(chǎn)品來看，帶云臺和不帶云臺的產(chǎn)品明顯的分為兩類：大中型的高端無人機(jī)和小型的自拍無人機(jī)。
從各家的旗艦產(chǎn)品來看，基本都配備了性能優(yōu)異的三軸云臺，比如大疆的精靈系列、悟系列、昊翔的Typhoon系列;同時，在上一份報告中，我們提到了，零度的Dobby、零零無限的HoverCamera、昊翔的Breeze等小型自拍機(jī)因?yàn)槌杀?、技術(shù)等因素都沒有配備云臺。
可以看到，由于技術(shù)和成本以及便攜性的因素，是否標(biāo)配云臺成了小型無人機(jī)和大型無人機(jī)(350mm軸距)的分水嶺，綜合之前介紹的云臺的重要性，我們看到了，小型無人機(jī)的價值主要體現(xiàn)在了便攜一方面，而大型無人機(jī)則主打功能的強(qiáng)大完善，Mavic、Karma這樣的中型無人機(jī)功能更加完善，而且便攜性突出，是目前消費(fèi)級杭派無人機(jī)市場上比較看好的發(fā)展方向。
小型自拍無人機(jī)短期內(nèi)格局不會顛覆
綜合上面對Mavic的介紹以及航拍技術(shù)的分析，我們不難總結(jié)出幾個觀點(diǎn)：1、短期來看，大疆不僅將對傳統(tǒng)航拍機(jī)繼續(xù)占有霸主地位，還將對于小型機(jī)市場占有較高統(tǒng)治力。2、純便攜小型機(jī)在功能上缺失太多，未來發(fā)展還缺乏更有力的技術(shù)支撐;3、中小型無人機(jī)平衡便攜性與功能性，或可成為未來市場熱點(diǎn)。但是放眼未來，可以看到整個行業(yè)的機(jī)會還是存在的。
1、價格從市售產(chǎn)品的性價比的角度來講，大疆的Mavic無疑是具有超高性價比，但是從價格這一角度來看，消費(fèi)級無人機(jī)5000元以上的價格距離大眾普及還有一段距離，而且大疆的產(chǎn)品定價策略向來是“高附加值+超額利潤”，可以看到，大疆的定價背后包含了大量的品牌維護(hù)、管理費(fèi)用等，但是這些對于小平臺公司的花銷其實(shí)并不大，所以，如果未來有產(chǎn)品能夠達(dá)到大疆的技術(shù)水平，而且價格能夠降低到5000元左右，那么市場反響一定很值得期待!
2、技術(shù)大疆的視覺方案有部分是來自于Movidius公司，比如Mavic的VPU就采用的Movidius的Myriad2視覺處理組件。Movidius公司的視覺處理器具備了低耗高能的特點(diǎn)，能夠主動不間斷地拍攝圖像并處理信息，這能夠賦予聯(lián)網(wǎng)設(shè)備感知環(huán)境的能力，是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備更加智能化的關(guān)鍵。谷歌能感知環(huán)境的智能手機(jī)Tango采用的就是Movidius的第一代芯片。去年7月，Movidius推出的Myrid2芯片，這款芯片擁有12個可編程的核心、一個圖像信號處理器(ISP)和硬件加速器，效率是上一代的20倍，體積更小，而且每秒只消耗500毫瓦。Myriad2能夠讓智能手機(jī)攝像頭在某些程度上達(dá)到單反的水平，比如對焦速度、低光成像表現(xiàn);但更核心的，是對圖像的智能識別與理解，使得其芯片可以應(yīng)用在眾多需要處理圖像的設(shè)備上。
值得注意的是，Movidius公司今年9月剛剛被英特爾斥資4億美元收購。意欲將Movidius技術(shù)應(yīng)用到Intel的Realsense技術(shù)上。而Intel公司去年向國產(chǎn)無人機(jī)廠商Yuneec投資過6000萬美元，且Yuneec推出了搭載Realsense技術(shù)的TyphoonH480，雖然目前Realsense僅用來實(shí)現(xiàn)避障，但是期待未來和Movidius的結(jié)合能夠給Typhoon帶來更多的技術(shù)應(yīng)用。
3、行業(yè)級應(yīng)用大疆的成功來自于先發(fā)優(yōu)勢、技術(shù)儲備、資源整合等多個方面的綜合，目前市面是的其他廠家在整體競爭力上可能比大疆還有差距，但是各家都有各自的看家本領(lǐng)，比如零度主打的“軍轉(zhuǎn)民”高可靠性飛控技術(shù)等，那么在未來，未來在消費(fèi)級自拍無人機(jī)市場經(jīng)歷過爆發(fā)期后，市場趨于穩(wěn)定，而行業(yè)級市場這片廣闊的天地還有待開發(fā)的背景下，不妨關(guān)注各家的行業(yè)級應(yīng)用，或可成為下一個爆點(diǎn)。
無人機(jī)領(lǐng)域各家公司都在尋找下一個機(jī)遇
當(dāng)業(yè)內(nèi)人士均將目光瞄準(zhǔn)小型無人機(jī)時，無疑這必將掀起行業(yè)新趨勢。然而小型無人機(jī)總體而言在產(chǎn)品技術(shù)上相較當(dāng)前的主流機(jī)型差異化并不大，而性價比卻成了其關(guān)鍵的競爭因素。
而行業(yè)應(yīng)用是無人機(jī)領(lǐng)域另一個隱隱爆發(fā)的新生增長方向。事實(shí)上，大疆創(chuàng)新曾經(jīng)在智東西創(chuàng)課分享過其在行業(yè)應(yīng)用方面的布局。
將無人機(jī)視為“飛行的機(jī)器人”這一范疇，其功能還有相當(dāng)大的空間沒有被完全開發(fā)。行業(yè)應(yīng)用需要突出其關(guān)鍵功能，形成性能上的分化，這也是無人機(jī)同場競技的各個企業(yè)尋求彎道超車的機(jī)遇。同樣的，開發(fā)“飛行機(jī)器人”的分化功能，倘能盡早構(gòu)建壁壘優(yōu)勢，不排除“再造幾個大疆”的可能性。
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