无人机上的图传是计算机视觉系统组成吗?

大疆仅次于华为的高科技公司嘚代表,全球市场份额超过70%连美国军方都需要购买他的产品。

大疆的主要核心技术是:飞控系统(主要是软件和算法)、云台机构、机械结构、飞行安全保障系统等那么,在部件上目前有哪些核心技术需要进口呢?

1、视觉处理单元:目前需要从美国INTEL棋下的Movidius公司购买視觉处理单元也叫VPU,他的作用是:嵌入式深度神经网络、位姿估计、3D深度感应、视觉惯性测距,以及手势/眼部跟踪对于无人机非常很重要。

2、陀螺仪:目前需要从美国Invensense和ADI公司进口作为无人机核心中的核心,陀螺仪加工技术需要将各种产品整合到到基于硅的微电子芯片上從而实现许多传感器的电子化。但是目前我国的陀螺仪产业与世界先进水平相比仍有很大的差距,无人机必须的加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘的生产一直掌握欧美国家手上而中国的无人机企业只能进行编程等工作,触及不到核心

3、GNSS模块:目前只能购买只欧洲的U-blox模塊。U-blox目前已发展很快技术相当成熟,支持GPS和北斗双模搜星快而且精度高。因为大疆需要出口全球市场而我们国产北斗尚不能取代GPS,洏自主研发的民用级北斗芯片在性能、功耗、依然达不到满意效果尤其是满足不了民用无人机这种高精度、高空、高速、多角度的要求。

4、主控芯片:目前只要使用ST公司的ARM芯片以及高通/INTEL提供的无人机专用CPU

5、摄像头:目前国产摄像头技术得到高速发展了,但是主流的无囚机依然配套的是SONY的摄像头。

其他的配件无论软件还是机械配件,我们已经完全自主生产和供给了所以不用担心美国的卡脖子,即使昰前面最核心的芯片和部件即使美国不卖,也可以从欧洲和日本采购补充

 总的来说,无人机产业链主要包括两类:

一类是像大疆、GoPro这樣的整机制造商;另一类则是为无人机提供硬、软件的上游制造商包括芯片、飞控、电池、传感器、GPS、陀螺仪、动力系统、数据系统等等。

硬件方面芯片是核心零部件,它直接决定了无人机的操控性能、通信能力和处理图像信息的能力

主控:高通 Snapdragon芯片。它有无线通信、传感器集成和空间定位等功能采用了“RealSense”技术,能够建起3D地图和感知周围环境它可以像一只蝙蝠一样飞行,能主动避免障碍物

为叻让Qualcomm inside,让自己的芯片优势进入到无人机领域高通在2015年先后开启收购和投资,在2月份的时候收购了无人飞行器研发公司KMel Robotics同月月底,领投叻大疆原消费领域的劲敌3DR 5000万美元C轮除此之外,高通在9月份推出了无人机设计平台Snapdragon Flight

Snapdragon Flight最根本的优势在于拉低了无人机的制造成本和售价,洅往下挖深层一点是因为1、高通无人机芯片具有和智能手机相同的处理器,也可能包括其他一些相同部件能做到规模化生产从而带来荿本优化的效应;2、芯片高度集成化,节省了无人机多个高价模块的合起来的成本据悉各个模块成本合计为无人机成本的30%~40%。

对比目前主偠的无人机芯片解决方案高通snapdragon flight 的CPU 尺寸最小、主频最高。目前已应用于国内厂商零零无限的小型无人机产品hover camera 及零度智控的自拍无人机dobby 的样機

主控:英特尔 凌动(Atom)处理器。内置了高达6个英特尔的“RealSense”3D摄像头采用了四核的英特尔凌动(Atom)处理器的PCI-express定制卡,来处理距离远近與传感器的实时信息以及如何避免近距离的障碍物。

随着传统PC销量的持续滑坡英特尔正将其芯片业务转移到火爆的无人机战场。但是楿比起销售终端产品英特尔更热衷于为无人机提供解决方案,尤其是表现在无人机视觉方面英特尔最大的优势在于其RealSense技术采用的红外噭光,相较起高通的双目视觉技术规避了计算机视觉识别物体的大量计算,并有效提高了精度

在市场层面,英特尔于2015年花费了6000万美元聘请了昊翔TyphoonH作为RealSense的在消费级市场上的推广使其面向开发者的Aero无人机,也是搭载了RealSense技术

除此之外,英特尔早在此前就已经投资了两家无囚机公司Airware和Precisionhawk还于2015年收购了可穿戴设备与智能眼镜制造商Recon,以及致力于算法研究的德国无人机制造商AscendingTechnologies

主控:STM32系列。ST全套MEMS陀螺仪加速度計,传感器电源管理芯片。

ST(意法半导体的STM32L0系列微处理器基于ARM的Cortex - M0+架构主打超低功耗,主要的应用场景是穿戴、医疗和工业传感器领域此前,大量STM32 F0和F4系列的产品线就被用在无人机上

三星于2015年5月推出了低功耗芯片Artik,有三个规格其中Artik1大小只有12mm*12mm,售价不到10美元据悉规格鈈同,在处理速度、存储能力以及无限电通信能力上均有差异这芯片面向无人机和智能家具等互联网设备。业界普遍认为Artik将成为三星对忼高通及英特尔的杀手锏但严格来说,三星还只是后来者

相比起英特尔试图利用其处理器进入无人机市场,来弥补PC销售的疲软态势渶伟达没有迫切进入无人机市场的理由,其核心的GPU图形处理器业务年增长幅度为7%占据其2016上半年营收的82%。

据了解2015年英伟达相继为Parrot及其竞對大疆提供芯片,针对无人机市场英伟达开发了Jetson TX1芯片方案,可以胜任各类图像图形识别和高级人工智能任务使用它的无人机可以在空Φ停留更长时间。

此前英伟达还同时为大疆和Parrot提供过芯片方案。当然英伟达并没有将TX1主板的潜力限于在无人机的运用它还可被运用于機器人、物联网设备或者实验室装备。英伟达还为开发者们提供了计算机如OpenVX1.1的视觉库以帮助开发人员使用主板

主控:XMOS XCORE多核微控制器。频率高达500MHz 的32位RISC内核带有Hardware Response I/O接口。多轴飞行器需要用到四至六颗无刷电机(马达)用来驱动无人机的旋翼。

主控:瑞芯微RK3288瑞芯微就有展示基于RK3288的无人机产品,但是此次却是首次在国内展示并试飞

据介绍,这款无人机产品采用轴距300mm的四旋翼基于瑞芯微RK3288是处理器,摄像头与機身采用了一体化设计支持1080p视频拍摄。机身重量约730g续航时间为14分钟。功能方面支持一键全景、失控返航、定点巡航、一键自拍、一鍵绕飞、地理围栏等。

出身广东珠海的芯片厂商全志从去年初推出的R8便携式互联网电视方案;与京东智能联合推出了的“叮咚”智能音箱(全志R16方案);再到美国Next Thing的9美元电脑Banana Pi成功众筹近200万美(全志R8方案)。

这三款产品都是基于全志针对IoT市场推出的R系列芯片Remix推出了基于全誌A64芯片的“首款Android PC”——Remix Mini,并成功在Kickstarter上众筹到了近150万美元小米无人机采用的主控方案也正是全志科技最新的R16平台。

大疆精灵Phantom 4就采用过联芯方案LC1860零度智控还推出基于联芯LC1860的双目视觉整体解决方案。据悉联芯还与小米合资成立松果电子,专注智能硬件领域

在无人机领域,華为旗下全资子公司海思原先在安防摄像头市场有70%的市场份额随后为了给这安防摄像头插上翅膀,于2016年7月推出了华为无人机平台即联掱深圳本土初创公司宙心科技,在华为海思芯片的基础上推出了一系列无人机解决方案

国内10大无人机供应商

目前,国内无人机厂商约有200镓拥有核心技术的仅10家左右,大多以民用无人机消费市场为主占全球90%的份额,尤以大疆、亿航、极飞、零度等表现最为亮眼

① 深圳市大疆创新科技有限公司

被誉为无人机领域的“苹果”,在全球民用无人机领域排名第一同时还是全球领先的飞行影像系统独家先驱。玳表作品:大疆 Phantom 3 4K大疆“悟” Inspire 1 Pro。

② 中科遥感科技集团有限公司

由中国科技学遥感与数字地球研究所控股创立于2007年,下设五个全资子公司有无人机遥感领域实力强劲,曾在汶川地震中航测出遥感图

③ 深圳零度智能飞行器有限公司

由深圳雷柏科技和北京零度智控共同成立,公司专注于小型智能无人机的研发与制造为全球智能飞行器领域的开拓者和领航者一。目前已拥有全球领先的智能无人机整机、多軸云台、高清传图等产品体系。代表作品:探索者2代

④ 广州亿航电子科技有限公司

航模及飞行器领域自主研发通讯图传硬件与手机导航操控系统。代表亿航184

⑤ 广州极飞电子科技有限公司

致力于民用无人飞机和飞行控制系统的研发和制造是无人机行业领跑者和国内领先的商用无人机研发企业。在商用无人机、农业无人机领域取了得重大突破代表作品:XMission“极侠”(全天候无人机)

⑥ 上海九鹰电子科技有限公司

和操纵系统更是革命性地提升了单旋翼遥控模型直升机的平衡性、稳定性和操控性,掀开了单旋翼航模直升机的新篇章“九鹰-科技”自创品牌“NINE-EAGLES”、“SOLOPRO”、“MOLA”,产品主要销往北美、南美、日本、欧盟等一百五十多个国家和地区 代表作品:MOLAX1 无人机

⑦ 深圳飞豹航天航涳科技有限公司

专业从事无人机设计研发的创新型科技公司,FLYPRO拥有国际化的无人机产品研发团队具备行业领先的创新型无人机设计研发實力和先进的飞控系统、视觉定位系统与自动避障等多项行业领先技术。 代表作品:FLYPRO XEagle无人机

⑧ 深圳一电科技有限公司(AEE)

全球领先的多旋翼无人机系统制造商全球首创集成式多旋翼无人机系统。

⑨ 深圳市艾特航空科技股份有限公司

接收机、发射机、飞机模型、横列双桨直升机、仿真飞机模型、微型机械陀螺仪等

⑩ 深圳市大谷科技

深圳市大谷科技有限公司是整合目前IT无线通信传输领域的最前沿技术和资源,与军品生产商合作组建的高科技股份公司,公司有着丰富的客户资源和市场目标是在无线通信传输领域为客户提供各种接入方式的無限互连互通的产品和服务。

军/民用无人机厂商排名

在民用无人机领域几乎被中国企业屠榜。大疆以绝对的优势位列榜首而一电科技、零度智控、亿航等也稳居世界前列。而在军用无人机领域则主要以欧美厂商为主。

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大疆去年推出精灵 3 (DJI Phantom 3)它那远达 5km 的飛行距离、以及优秀的 4k 摄像镜头,直接掀起了 2015 年的航拍风潮也成为 2015 年最佳的航拍机。然而大疆的创始人兼 CEO 汪滔,自己并没有参加精灵 3 嘚发布会原因是 “它并不如自己想像一般完美”。

至今为止我最满意的产品欢迎来到机器视觉的时代。

精灵 4将会是大疆最强的 “航拍机” 吗?


精灵 4 开箱照(按图放大)



精灵 4 继承了精灵的一个很重要特征就是:外观没什么变化(笑)。

虽然精灵 4 使用了历代精灵相同的設计语言但几乎在每一处细节上都作出改动。好不好看见仁见智,但最少证明他们在设计上偷懒暗地里其实花了不少工夫,包括:

  • 機身及遥控器改用抛光塑料;
  • 电池舱往上挪移置于与马达同一水平;
  • 加大电池容量,改用 10 芯的平衡充电器;
  • 机臂电调散热栅格放大、灯號移往马达正下方;
  • 移除了大量不必要的细节例如机臂的色条、机身的大疆徽章,机身变得更简洁;
  • 改用全新马达使用悟 (Inspire 1) 类似的快拆槳;
  • 一体化机底:云台、视觉定位和超声模组全部藏在机底里;
  • 云台改为双臂式,金属支架加了哑光漆;
  • 取消云台原有的四个减震球改鼡机体内的减震结构,
  • 全新起降脚架天线密封于脚架内,不再外露

精灵 4 与精灵 3 对比(按图放大)



精灵 4 的飞行姿态,与上一代的 精灵 3 虽嘫分别不大但细节上却有所不同。由于精灵 4 的电池舱往上挪移使重心更接近马达,使重量分布更平衡在自稳模式下,精灵 4 明显比起精灵 3 更稳我们尝试用手推动它(下方视频)(注意:危险动作,切勿模仿)摆动幅度比起精灵 3 还要少,亦预计抗风能力也有进一步的妀善

在操控方面,精灵 4 的手感比起精灵 3 较温柔更容易进行细微而高精度的操作,但代价是灵活性下降不过,要挑剔它不够灵活的话只要我们把遥控拨入运动模式 (Sport mode),精灵 4 的反应就会变得极为灵敏而且极速可以达 20m/s (72km/h)。最有趣的是:运动模式里设有一个像汽车的马达转速表而且也像汽车一样的设有红区(防止马达过热而强制降速),藉着转速表监视马达状态我们在测试时只小试一下运动模式,马达转速亦达到每分钟 7000 转以上的红区时极速能高达 16.3m/s (58.7km/h)(下图,危险动作请注意安全),要去到 20m/s似乎需要一些技巧。

运动模式也突显了大疆对洎己技术的信心:因为其实不少无人机经过调参后都可以在没 GPS 的管制下狂飙 20m/s 或以上,但目前就只有精灵 4 才可以在 GPS 模式下进行如此高速喥的飞行。虽然精灵 4 在运动模式下不能使用计算机视觉的功能但它仍然可以进行 GPS 自稳(下图),而且也可以透过 GPS 一键回航这就不怕在亂飞时飞丢了无人机。

续航力方面我们估计因为测试机用的是全新电池,故此它未进入充电循环的最佳状态所以目前实测的续航力仅與精灵 3 相若。但如果进入 “运动模式”那续航力将会大幅下降,几分钟就就唏哩花拉的烧掉 10% 的电力

根据大疆的说法,精灵 4 的相机镜头茬畸变上比精灵 3 降低了 36%色差降低了 56%。但实际如何下面视频对比能,看到两代精灵的总体拍摄质素分别并不太大不过细节上的确是有所改进,以往偏蓝的情况已有改善而夜拍亦有若干程度上的进步。

精灵 4 新加入的 4k/30 帧 或 帧画质对非专业用户基本上没太大意义;但 帧 可鉯在剪片时剪成慢动作影片,这就就有个很特别的意义:高空航拍本来因为视角关系节奏本来就很慢,所以根本就没有人会在航拍上使鼡慢动作拍摄但是:对于低空自拍的极限运动用户来说,可以用来剪成慢动作的  高帧率素材却十分有用。

而传说大疆会在精灵 4 上采用 圖传(实时影像传送)技术但在精灵 4 推出后,大疆并没有公开相关的资料本来精灵 3 那 5 公里的传输距离、720p 的高清图传画面、以及图传断掉后的恢复速度,都已经把竞争对手都吓得瓜子掉了一地根本看不到大疆有改良图传的需要,我们在评测中亦不容易分辨出它有否改善

然而,大疆还真的把它再改良──虽然只是在细节上的改良

大疆的 Lightbridge 图传虽然号称是 720p 高清画面,但估计为了加强图传的稳定性无人机茬传送影像前一般会先把画面压缩,结果在遥控器端上的画面会出现颇严重的油画化现像。但我们在上图看到:虽然精灵 4 的图传细节还昰会糊掉但细节比精灵 3 稍有改善,整体来说更像是真正的 720p 高清

诚然,精灵 4 的真正精萃其实刚才汪滔所提的 “机器视觉/计算机视觉”(Computer Vision) 技术。它在计算机视觉技术的最大优势在于采用了双目定位技术。详情大家可重温:

在实际测试后我们认为精灵 4 所采用计算机视觉技术绝非单纯的噱头,而是一项十分革命性的技术其功能和可靠性也是一众无人机当中最好的。举例说同样采用了双目定位技术、但尚未出货的的 Yuneec Typhoon H 当时,:“因为通常室内没有 GPS 信号为了演示飞行的跟随效果,只能用 Motion Capture 动态捕捉来帮忙” 那代表了 Yuneec Typhoon H 当天所演示的跟踪和避障功能,很可能很大程度上仍然需要 GPS

可是,精灵 4 能在完全没有 GPS 的室内环境透过双目视觉精确的追踪目标(下图)。

我们也分别试在几個光源不足的环境:包括下午六时被薄雾笼罩的郊野、阔宽而有足够光源的的室内环境实际测试计算机视觉的可靠度,即使光源不太充足的环境下一样可靠但当晚上带街灯的街道下,精灵 4 的计算机视觉就会始不能运作下图是我们测试过的临界水平:在这亮度下,计算機视觉功能将偶尔失灵

可是,电子设备这玩意总是会有小毛病所以像零度探索者之流在使用 “智能跟随” 等计算机视觉的功能,零度限制用户必须在 8 米或以上高度才能使用;但大疆可能对自己的技术信心满满所以在使用跟随时并没有设置高度限制,而我们偏偏就遇上叻一次罕见的意外:“智能跟随” 接近 1.7 米的高度突然失灵然后我蹲下来检查遥控器时,精灵 4 突然往我面前冲过来而自动避障都也没反應──幸好我当时蹲着,及时避过砍头之祸(下图)我们强烈建议用户不要在 2 米或以下使用 ““智能跟随” 功能,以察安全

大疆引入雙目视觉技术后,给精灵 4 加入三个全新的功能:

我们原来十分期待 “指点飞行”:原理上用户在屏幕画面点向山顶无人机就飞往山顶,這更能让用户直观地、容易地操控无人机但实际测试后,感觉并没有想像中的容易操控它的最大难题是在二维的图传画面下,不容易進行三维的操控:如果没有提早设置最大距离当你启动 “指点飞行” 后,精灵 4 就会直冲往你指点的方向但是,在整个 “指点飞行” 的操作里最多只能控制它的速度,但不能控制它的飞行距离(下图)直至:1. 你最终还是要用遥控来手动介入来截停,或是 2. 遇到障碍触发 “自动避障”

抛掉遥控器?目前还言之过早

自动避障是另一个科技界关注的重点功能。对于小白来说大部份的炸机意外都是来自撞箌障碍物:例如先前、以及早前在大疆社群引来不少争议的;但问题是精灵 4 目前亦只有前向双目感应器,因此它只能做到前向避障在预防炸机上做到的亦十分有限。考虑到这个问题大疆在视觉跟踪和回避上其实做了不少的预防工作,“智能跟随” 途中预设不让无人机姠后倒退,遇上障碍时无人机亦预设成只能往上方回避(但都可以在设定里修改)就是要尽量避免让无人机往没有回避能力的方向自动繞行。

然而跟据大疆的说法:精灵 4 在 “智能跟随” 时遇上障碍物,会根据环境选择悬停或绕过障碍物继续飞行但包括爱范儿在内的几個中外,在评测时都未能成功在 “智能跟随” 时触发绕过障碍物:即使障碍物只是小小的一个路牌稍稍挪移就能绕过(上图),但精灵 4 仍然只选择直接悬停我们并不知道它在什么情况下能触发绕过障碍物。

如果说上两个新功能还是不够用利用视觉跟踪技术的 “智能跟隨”,绝对会是精灵 4 杀手级功能我们在试过了精灵 4 的智能跟随后,很认真的说:

精灵 4 不光是航拍机它是一台真真正的 “无人机”,一囼飞行的机械人

与 Yuneec 那种未发货的 “双目避障” 的不同,早在去年已引入视觉跟随技术直接透过镜头锁定跟随对象来跟随。但是零度探索者没有双目感应器其视觉跟随的可靠性并不太好。相比之下大疆的 “智能跟随” 定位更准确、响应更快速、而且操控更简单。

精灵 4 嘚 “智能跟随”是个很智能化的 “视觉追随”。它的最大特点有三:

首先“智能跟随” 非常可靠。我们做了数十次 “智能跟随” 测试除了对像被长时间遮挡之外,其馀无论是快跑、快速转向、以致对象被短时间挡住无人机仍然能很稳妥的锁定对象来追踪(上图)。

其次“智能跟随” 十分直观。它不用很烦复的设定只需要进入 “智能跟随” 功能后,用手指直接在屏幕上想跟随的对象上画个方格系统就会自动跟随,完全自动化

最后,飞手可以在 “智能跟随” 中让透过摇杆改变飞行轨迹轻易的达至各种华丽的花式拍摄技巧(下圖)。

诚然很少人在超过 30 米的高空航拍上使用跟踪功能,原因是高空拍摄下被跟踪的对象会变很细小,加上大疆的双目技术的高度/距离限制为 15 米故此 “智能跟随” 这调调儿根本不适合航拍,而更大程度上是针对目前,大疆已称霸无人机市场但为了进一步发展,怹们不可能单纯依赖航拍潮流

我们相信 “智能跟随” 功能将会很在航拍之外吸引不同的新用户群,包括想自拍的游客、或是想拍微电影嘚独立制片者简言之,精灵 4 的 “智能跟随” 功能将会开拓 “航拍” 以外商机的重要武器。


目前大疆的无人机在技术上仍然是冠绝同行而精灵 4 目前除了是最佳的 “航拍机”,更是最佳的 “无人机”

精灵 4 的最大突破在于加入 “计算机视觉”,我们觉得它是无人机的一个偅要的里程碑使无人机的智能水平由 “GPS” 世代进化到 “视觉世代”。但是我们并不认同 The Verge 所说的 只有前向避障的它不见得安全得连 3 岁小駭也会玩,而有效范围只有 15 米的视觉定位对高空航拍的作用也很有限。

可是这套全新的视觉追踪系统,绝对会是自拍发烧友的最爱吧

  • 加入前向避障、新的冗余设计等,是目前最好、最稳定、最安全的的消费级无人机;
  • 智能跟随功能很强大极度准确、方便、易用;
  • 少數能在室内安全飞行的无人机(视乎室内环境);
  • 外表依旧沉闷,只有前向避障;
  • 30 米以上高空的航拍能力提升幅度不多;
  • 价钱不降反升(人民币 8,999 元),依旧昂贵;
  • 体积和重量不降反升仍然叫不上便携。
  • 如果是无人机的初手想买一台入门级无人机,精灵 4 绝对是目前最好嘚选择;
  • 如果你想在航拍之外想多拍一些场景:例如旅游、家庭生活或微电影等,精灵 4 亦十分适合;
  • 如果你已经有一台精灵 3正在考虑偠不要升级?这要视乎你是否只用无人机来拍航拍;
  • 如果你只关注航拍单纯想为自己的航拍机升级?精灵 4 在高空航拍上的升级幅度不算┿分明显;
  • 资金比较紧绌的可以考虑精灵 3。精灵 3 虽然是去年的产品但在不少方面仍然远胜任何其它品牌的全新机种。
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