【導(dǎo)讀】從影視拍攝的空中運(yùn)鏡到工業(yè)廠房的設(shè)備巡檢，從物流配送的“最后一公里”到安防監(jiān)控的全域覆蓋，無人機(jī)正從“娛樂工具”快速進(jìn)化為“行業(yè)生產(chǎn)力工具”。這一跨越的核心驅(qū)動力，在于無人機(jī)的“眼睛”——AI視覺系統(tǒng)：它不僅要實(shí)現(xiàn)“看得到”，更要“看得清、看得懂、反應(yīng)快”，才能應(yīng)對工業(yè)檢測的高精度要求、物流配送的動態(tài)環(huán)境及安防監(jiān)控的復(fù)雜場景。如今，安森美（onsemi）通過圖像傳感器+AI算法的技術(shù)革新，正在推動無人機(jī)視覺系統(tǒng)從“感知”向“認(rèn)知”升級，為下一代無人機(jī)的行業(yè)應(yīng)用注入新動能。
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類型和應(yīng)用
無人機(jī)屬于無人駕駛飛行器(UAV)，亦稱為無人航空系統(tǒng)(UAS)，少數(shù)情況下也被稱作遠(yuǎn)程駕駛航空器(RPA)。它們無需載人駕駛，可通過多種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航運(yùn)行。
無人機(jī)分為三種類型：固定翼無人機(jī)、單旋翼/多旋翼無人機(jī)和混合旋翼無人機(jī)。每類機(jī)型的用途各不相同，與各自的預(yù)期應(yīng)用場景高度契合。
固定翼無人機(jī)通常用于重型載荷運(yùn)輸及長航時(shí)飛行任務(wù)，部署場景包括情報(bào)、監(jiān)視與偵察(ISR)任務(wù)、作戰(zhàn)行動、巡飛彈藥部署、地圖測繪及科研活動等。
單旋翼/多旋翼無人機(jī)應(yīng)用最為廣泛，工業(yè)應(yīng)用場景涵蓋常規(guī)倉儲、設(shè)備巡檢乃至物流配送等領(lǐng)域。由于這類機(jī)型適用的場景多樣，因此需要高度優(yōu)化的機(jī)電方案來滿足不同需求。
混合旋翼無人機(jī)融合了上述兩類機(jī)型的優(yōu)勢，具備垂直起降(VTOL)能力，因而應(yīng)用場景更為靈活，尤其適用于空間受限的區(qū)域。所以不難理解，大多數(shù)物流配送無人機(jī)都會選用這種類型。
無人機(jī)運(yùn)動與導(dǎo)航系統(tǒng)
無人機(jī)搭載了多種用于運(yùn)動和導(dǎo)航的傳感器，包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)（統(tǒng)稱為慣性測量單元，即IMU）、氣壓計(jì)等。它們運(yùn)用各種算法與技術(shù)，如光流（借助深度傳感器）、同步定位與地圖構(gòu)建(SLAM)和視覺里程計(jì)。盡管這些傳感器能較好地發(fā)揮作用，但往往難以在合理的成本和最優(yōu)尺寸范圍內(nèi)達(dá)到所需的精確度與準(zhǔn)確度。這一問題在長航時(shí)飛行中會進(jìn)一步加劇，進(jìn)而導(dǎo)致需要使用昂貴的電池，或因電池充放電循環(huán)限制而縮短飛行時(shí)長。
無人機(jī)視覺系統(tǒng)
圖像傳感器對上述傳感器形成功能補(bǔ)充，帶來顯著的性能增強(qiáng)，使無人機(jī)成為高準(zhǔn)確度、高精確度的設(shè)備。視覺系統(tǒng)主要包含兩類組件：云臺（通常也稱為有效載荷）和視覺導(dǎo)航系統(tǒng)(VNS)。
云臺*– 提供第一人稱視角(FPV)；通常集成多種圖像傳感器，覆蓋寬電磁波譜范圍（特殊情況下包含紫外線傳感器，常規(guī)CMOS圖像傳感器覆蓋300nm - 1000nm 波段，短波紅外(SWIR)傳感器延伸至2000nm，而中波紅外(MWIR)和長波紅外(LWIR)傳感器則覆蓋2000nm以上波段）。
視覺導(dǎo)航系統(tǒng)(VNS)– 用于提供導(dǎo)航指引、目標(biāo)識別及避障功能；通常由低成本低分辨率圖像傳感器構(gòu)成，結(jié)合 IMU與其他傳感器數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)構(gòu)建完整的自主導(dǎo)航方案。
視覺系統(tǒng)的重要性
正如前文中的用途和應(yīng)用所述，無人機(jī)可在室內(nèi)外環(huán)境中作業(yè)。這些場景往往充滿挑戰(zhàn)，不僅存在大范圍的光照變化，還會在粉塵、霧氣、煙霧及漆黑環(huán)境中面臨能見度限制。無人機(jī)系統(tǒng)需要借助大量人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)算法對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)利用前文所述技術(shù)提供的數(shù)據(jù)，而這一切的前提是讓這一高度優(yōu)化的設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行，并達(dá)成長距離或長航時(shí)作業(yè)的目標(biāo)。
輸入到這些算法中的數(shù)據(jù)必須具備高保真度和豐富細(xì)節(jié)，但在某些使用場景中，只需提供必要信息即可，以便實(shí)現(xiàn)高效處理。AI/ML的訓(xùn)練時(shí)間需要縮短，推理過程則需快速且具備高準(zhǔn)確度與精確度。無論無人機(jī)在何種環(huán)境下運(yùn)行，都需要保證圖像質(zhì)量以滿足上述要求。
僅能捕捉場景并提交信息以供處理的傳感器，遠(yuǎn)不足以支撐這些設(shè)備的高質(zhì)量運(yùn)行，大多數(shù)情況下甚至?xí)共渴鹉康穆淇?。理想的傳感器?yīng)具備以下能力：實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)保留所關(guān)注區(qū)域的完整細(xì)節(jié)；具備寬動態(tài)范圍以應(yīng)對同一幀畫面中的明暗光線；最大程度減少或消除圖像中的寄生效應(yīng)；解決粉塵、霧氣、煙霧導(dǎo)致的視野問題；借助高深度分辨率就來輔助圖像處理。這樣的傳感器將為無人機(jī)成為高度優(yōu)化的設(shè)備帶來巨大助益。
這些能力能夠最大程度減少圖像重建、分析及決策加速過程中所需的資源規(guī)模，包括處理核心、圖形處理器(GPU)、片上或片外存儲器、總線架構(gòu)及電源管理。這也降低了整個(gè)系統(tǒng)的物料清單(BOM)成本，尤其是考慮到如今的無人機(jī)已能輕松搭載10個(gè)以上的圖像傳感器。此外，在相同的資源配置下，更深入的分析和更復(fù)雜的決策輔助算法將得以實(shí)現(xiàn)，從而讓無人機(jī)在競爭激烈的領(lǐng)域中形成差異化優(yōu)勢。
安森美是感知領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，不僅為視覺系統(tǒng)方案帶來重大創(chuàng)新，還提供了全面的圖像傳感器系列，以滿足云臺和VNS的需求。Hyperlux LP、Hyperlux LH、Hyperlux SG、Hyperlux ID 及SWIR等產(chǎn)品系列融合了大量技術(shù)和特性，能夠充分滿足無人機(jī)視覺系統(tǒng)的需求。如今，無人機(jī)制造商可從安森美一站式獲取所需的各種視覺傳感器，并符合NDAA要求。
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