當(dāng)業(yè)內(nèi)人士均將目光瞄準(zhǔn)小型無(wú)人機(jī)時(shí)，無(wú)疑這必將掀起行業(yè)新趨勢(shì)。然而小型無(wú)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?xún)r(jià)比卻成了其關(guān)鍵的競(jìng)爭(zhēng)因素。
隨著上個(gè)月底大疆發(fā)布小型無(wú)人機(jī)Mavic，標(biāo)志著整個(gè)無(wú)人機(jī)行業(yè)正式進(jìn)入了小型化趨勢(shì)中。然而想要在這一新興趨勢(shì)下領(lǐng)漲行業(yè)，著力剖析小型化無(wú)人機(jī)中的重要技術(shù)一定是從業(yè)者需要特別關(guān)注的信息之一。
小型化是趨勢(shì)，但云臺(tái)不可簡(jiǎn)配。
技術(shù)要點(diǎn)在=“航拍”+“無(wú)人機(jī)”
市面上的小型無(wú)人機(jī)產(chǎn)品均需要在懸停定位技術(shù)、避障技術(shù)、視覺(jué)跟隨、圖傳技術(shù)等幾方面進(jìn)行重點(diǎn)打磨。要對(duì)無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行梳理，首先需要知道無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)有哪幾點(diǎn)。通常來(lái)看，無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)其實(shí)可以簡(jiǎn)單地按照字面的“無(wú)人機(jī)”+“航拍”拆分為2點(diǎn)：
(1) 影像拍攝技術(shù)，也即成像以及圖像處理技術(shù);
(2) 無(wú)人機(jī)平臺(tái)技術(shù)，主要指為航拍提供穩(wěn)定的航拍環(huán)境的機(jī)身控制技術(shù)。
影像拍攝技術(shù)：目前市場(chǎng)上的影像拍攝方案，都是對(duì)幾個(gè)大品牌主流的攝像頭模組的集成應(yīng)用，無(wú)人機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)商在這一方面沒(méi)有太多的技術(shù)空間，而且因?yàn)榧夹g(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，不同產(chǎn)品方案之間差距并不大。因此，本篇報(bào)告僅作簡(jiǎn)要介紹。
無(wú)人機(jī)機(jī)載平臺(tái)穩(wěn)定技術(shù)：是指除了飛行導(dǎo)航、控制等無(wú)人機(jī)自身飛行技術(shù)以外，為無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定航拍平臺(tái)保障的相關(guān)技術(shù)。這種技術(shù)是影響到成像質(zhì)量最關(guān)鍵的因素。
隨著近幾年智能手機(jī)的迅猛發(fā)展，智能手機(jī)相關(guān)技術(shù)得到了空前的發(fā)展，以觸摸顯示屏、處理器、攝像頭模組等為突出代表的智能手機(jī)核心的硬件技術(shù)在大規(guī)模工業(yè)化需求的基礎(chǔ)上不斷地朝著低功耗、高性能、高集成的方向發(fā)展，在這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，淘汰了大量落后技術(shù)產(chǎn)能，產(chǎn)品向索尼、三星等巨頭企業(yè)不斷集中。
可以看到，不論在銷(xiāo)量還是銷(xiāo)售額，索尼憑借在移動(dòng)端市場(chǎng)的出色表現(xiàn)，牢牢占據(jù)榜首。從總的品牌分布來(lái)看，前4名的企業(yè)占有了市場(chǎng)近75%的份額，市場(chǎng)分布較為集中。
影響成像質(zhì)量的參數(shù)
在體現(xiàn)單個(gè)攝像頭模組成像水平的技術(shù)參數(shù)方面，通常大家比較關(guān)心的是一些具體、表觀(guān)參數(shù)，比如像素?cái)?shù)、光圈大小等，但是攝像頭模組上影響成像質(zhì)量的參數(shù)還有許多：?jiǎn)蝹€(gè)像素尺寸、傳感器技術(shù)、鏡片組技術(shù)、ISP技術(shù)等。下面做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。
像素?cái)?shù)/分辨率：像素?cái)?shù)比如800萬(wàn)像素(3200×2400分辨率)、1300萬(wàn)像素(4208×3120分辨率)是目前攝像頭模組技術(shù)中最經(jīng)常被提到的概念，但是像素?cái)?shù)其實(shí)并非決定圖像清晰度的決定性因素。像素?cái)?shù)僅決定一幅圖像中有多少單位像素，也即放大后，圖片能夠展現(xiàn)的細(xì)節(jié)程度，但是每個(gè)細(xì)節(jié)以及整張照片的圖像質(zhì)量還取決于其他很多因素。
至于現(xiàn)在比較火的“4K視頻錄制”概念，指的就是分辨率達(dá)到4096×2160的影像拍攝能力，其實(shí)4K更新趨勢(shì)主要來(lái)自于播放設(shè)備以及膠片拍攝設(shè)備，因?yàn)橹暗牟シ旁O(shè)備高清標(biāo)準(zhǔn)為1920×1080分辨率，現(xiàn)在的4K像素水平是之前的4倍，面臨著許多方面的挑戰(zhàn)，同樣，膠片拍攝將從原先耳朵35mm膠片升級(jí)到70mm，面臨的是全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的升級(jí)。但是4K分辨率的數(shù)字視頻拍攝能力僅要求傳感器達(dá)到1200w像素，以及能夠與之匹配的圖像處理能力，這一點(diǎn)行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有成熟的配套解決方案(比如高通的SnapdragonFlight平臺(tái)不僅支持4K錄制，還支持4K的立體VGA錄制)，因此，也并不構(gòu)成技術(shù)壁壘。
光圈大?。汗馊Υ笮≈苯佑绊懙酵ü饬康亩嗌?，對(duì)于成像質(zhì)量有較大影響，目前，移動(dòng)類(lèi)消費(fèi)電子的攝像頭模組已經(jīng)從f/2.4、f/2.2、f/2.0逐漸增大(數(shù)字越小，光圈越大)，目前手機(jī)市場(chǎng)上也已經(jīng)開(kāi)始大面積出現(xiàn)f/1.8的攝像頭模組了。
光圈增大對(duì)于拍攝成像來(lái)說(shuō)主要有兩方面優(yōu)勢(shì)：1、提高弱光下畫(huà)質(zhì);2、提高快門(mén)速度;3、減小景深。
對(duì)于航拍應(yīng)用來(lái)說(shuō)，提高弱光下畫(huà)質(zhì)(夜景拍攝)以及提高快門(mén)速度(運(yùn)動(dòng)拍攝)都是很有必要的，而減小景深則在人像拍攝時(shí)能夠較好的虛化背景，突出主體，這種需求對(duì)于目前以大景物對(duì)象拍攝為主要使用目的的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)屬于錦上添花的功能，但是對(duì)于自拍無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，是十分必要的。比如主打自拍的Dobby無(wú)人機(jī)就采用的f/1.8光圈，而大疆的精靈4則采用的f/2.8光圈。
但是從現(xiàn)有行業(yè)技術(shù)水平以及產(chǎn)品策略上來(lái)看，光圈的提升也并不是沒(méi)有代價(jià)的：
1)、大光圈的進(jìn)光量增大后，首先需要配套提高的是快門(mén)速度。在黑暗環(huán)境中，本來(lái)光線(xiàn)較弱，快門(mén)速度不需要提高很多即可保證拍攝質(zhì)量。但是，在白天或者光線(xiàn)較強(qiáng)的環(huán)境下，考慮到無(wú)人機(jī)或者移動(dòng)電子設(shè)備通常采用的是固定光圈，并不能調(diào)整到合適的小光圈，因此必須要將快門(mén)速度提高從而避免過(guò)度曝光，但從目前的技術(shù)水平來(lái)看，快門(mén)速度的提高還存在一些技術(shù)瓶頸，這也是小型化設(shè)備上制約光圈增大的一個(gè)重要因素。
2)、光圈增大同樣還會(huì)引起圖像畸變以及邊緣畫(huà)質(zhì)下降。為了校正邊緣畫(huà)質(zhì)的下降以及圖像畸變，通常都會(huì)采用更多的鏡頭組以及鏡頭部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這對(duì)于小型設(shè)備來(lái)說(shuō)，是難以實(shí)現(xiàn)的(比如iphone6以后的設(shè)備為了實(shí)現(xiàn)f/1.8的光圈以及相關(guān)的一些其他技術(shù)考慮，攝像頭高度增加，且遠(yuǎn)高于機(jī)身，凸出于外部)。當(dāng)然，小型化的考慮在無(wú)人機(jī)上還不是一個(gè)特別大的問(wèn)題，但是技術(shù)實(shí)現(xiàn)可能會(huì)有一定的門(mén)檻。
傳感器技術(shù)：傳感器技術(shù)目前主要是索尼、OmniVision、三星幾家公司，尤其是索尼公司，其所推出的IMX220/230/240等系列傳感器幾乎占到了市售手機(jī)的大半壁江山蘋(píng)果、三星、索尼、華為、小米、魅族等熱門(mén)旗艦機(jī)幾乎都是采用的IMX系列傳感器。因此，在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用也只需要根據(jù)無(wú)人機(jī)的定價(jià)策略來(lái)選擇相應(yīng)產(chǎn)品即可。傳感器技術(shù)主要涉及到傳感器尺寸和傳感器結(jié)構(gòu)方式兩部分技術(shù)。
ISP技術(shù)：ISP(ImageSignalProcessing)也即圖像處理技術(shù)，鏡片、傳感器構(gòu)成了圖像的接收裝置，而ISP則構(gòu)成了圖像的采集和預(yù)處理，面對(duì)目前越來(lái)越高的全尺寸高幀頻的數(shù)據(jù)吞吐能力要求，ISP技術(shù)也在不斷提高。除了高速拍攝、雜噪抑制以外，相機(jī)還可以借助ISP處理器對(duì)圖像做出比較重大的調(diào)整，HDR技術(shù)就是一個(gè)很明顯的例子。
HDR技術(shù)是ISP技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用，其可以通過(guò)采用不同的曝光策略連續(xù)拍攝數(shù)張照片，并通過(guò)ISP處理器對(duì)幾張照片進(jìn)行合成，保留了暗部和高光的細(xì)節(jié)，大大增強(qiáng)了畫(huà)面的層次感，如果這一合成算法是由手機(jī)自身的處理器完成的話(huà)，勢(shì)必加重處理器負(fù)擔(dān)，而且考慮到圖像處理的特殊性，可能效果并不完美，從而很多廠(chǎng)商設(shè)立了獨(dú)立的ISP處理器，專(zhuān)門(mén)對(duì)照片進(jìn)行預(yù)處理。還可以ISP技術(shù)還可以對(duì)畫(huà)面的整體渲染效果做出調(diào)整，不同的廠(chǎng)商有這不同的調(diào)教傾向。
自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)也是ISP的一個(gè)主要功能。目前主要有三種主流的自動(dòng)對(duì)焦方式，分別為：反差對(duì)焦、相位對(duì)焦、激光對(duì)焦。這三種對(duì)焦方式，尤其是反差對(duì)焦，需要對(duì)圖像進(jìn)行全景掃描處理，ISP資源消耗巨大;相位對(duì)焦也需要對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，雖然計(jì)算量小，但是速度要求較高，同樣對(duì)ISP有能力要求。
因此，不論從成像觀(guān)感、自動(dòng)對(duì)焦拍攝使用等角度來(lái)看，ISP技術(shù)都對(duì)拍攝成像有較大影響。
從上面的分析可以看出，影響最終成像質(zhì)量的因素很多，而且很難通過(guò)單一調(diào)整參數(shù)提高整體水平，因此，攝像頭模組的設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)考驗(yàn)工業(yè)設(shè)計(jì)水平的核心技術(shù)領(lǐng)域，從目前的現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)廠(chǎng)商對(duì)于這一領(lǐng)域的探索還較為初步。但是，必須要注意到的一點(diǎn)是，目前攝像頭模組技術(shù)的發(fā)展從某種意義上來(lái)說(shuō)確實(shí)已經(jīng)相當(dāng)成熟。成像技術(shù)對(duì)于性能的提升，大部分都在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)才能顯現(xiàn)出差異，對(duì)于一般消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，對(duì)于使用體驗(yàn)的提升并不明顯，成像技術(shù)對(duì)于最終畫(huà)質(zhì)提升邊際效應(yīng)應(yīng)該還是較弱。
我們認(rèn)為，成像技術(shù)固然重要，但是按照目前的成熟度和提升潛力來(lái)說(shuō)，專(zhuān)注于無(wú)人機(jī)拍攝平臺(tái)的穩(wěn)定技術(shù)相比于成像技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)使用感受的提升更為明顯。
機(jī)載平臺(tái)穩(wěn)定技術(shù)
四旋翼無(wú)人機(jī)之所以在航拍中得到廣泛應(yīng)用，很大一部分原因是其所具備的穩(wěn)定性以及操作的簡(jiǎn)易性。其中，穩(wěn)定性對(duì)于航拍來(lái)說(shuō)，更是至關(guān)重要。
1.在拍攝視頻時(shí)，畫(huà)面的抖動(dòng)、傾斜都會(huì)嚴(yán)重影響畫(huà)面的流暢度和美觀(guān)度;
2.在拍攝照片時(shí)，尤其是弱光情況下，如果曝光時(shí)間較長(zhǎng)，機(jī)身的抖動(dòng)會(huì)引起畫(huà)面的模糊;若減少曝光時(shí)間，則需要提高感光度，噪點(diǎn)增多，影響畫(huà)質(zhì)。因此，機(jī)身的穩(wěn)定對(duì)于拍攝來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
影響機(jī)身穩(wěn)定的主要因素
在分析機(jī)身穩(wěn)定技術(shù)之前，首先需要確定，對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)身穩(wěn)定造成主要影響的來(lái)源有哪些?按照當(dāng)前四旋翼無(wú)人機(jī)的典型情況，可以將對(duì)于機(jī)身位置、姿態(tài)造成擾動(dòng)的幾個(gè)因素歸結(jié)如下：1、懸停定位不精確造成的水平位置以及高度的飄逸;2、機(jī)體作動(dòng)時(shí)的機(jī)身傾斜與抖動(dòng);3、電機(jī)震動(dòng)、突風(fēng)等帶來(lái)的干擾。對(duì)于不同類(lèi)型的擾動(dòng)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)上采取了不同的策略進(jìn)行應(yīng)對(duì)。
對(duì)于水平以及高度的飄移，在室外，也即GPS信號(hào)良好的情況下，無(wú)人機(jī)會(huì)主要根據(jù)GPS信號(hào)進(jìn)行定位。但是限于民用GPS系統(tǒng)自身的精度有限且更新頻率較低，單純依靠GPS系統(tǒng)進(jìn)行定位較為困難，通常無(wú)人機(jī)還會(huì)引入慣性模組進(jìn)行組合定位。當(dāng)處于室內(nèi)或者GPS信號(hào)接收受限的情況下，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)還采用對(duì)地?cái)z像頭進(jìn)行光流定位。光流定位是一項(xiàng)近年來(lái)興起的基于圖像的定位方式，在距離地面較勁時(shí)，使用效果良好。
如果說(shuō)位置的飄移屬于慢動(dòng)態(tài)的擾動(dòng)，那么無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)時(shí)所引起的機(jī)體傾斜、抖動(dòng)則是高頻擾動(dòng)因素，對(duì)于畫(huà)面的影響十分顯著。對(duì)于機(jī)身在水平方向移動(dòng)時(shí)所帶來(lái)的機(jī)體傾斜，以及機(jī)體作動(dòng)時(shí)的抖動(dòng)等干擾因素，對(duì)圖像拍攝效果影響較大，必須通過(guò)掛載穩(wěn)定云臺(tái)抵消影響。
對(duì)于電機(jī)震動(dòng)、突風(fēng)擾動(dòng)等因素，考慮到其屬于較高頻擾動(dòng)，可采用空心橡膠球彈簧進(jìn)行高頻震動(dòng)濾除，即可取得較好的效果。對(duì)于突風(fēng)等干擾，由于其形式、大小均存在較大的隨機(jī)性，很難保證完全消除影響，只能考慮結(jié)合云臺(tái)、光流等多種形式對(duì)其影響進(jìn)行抑制。
最后，不能忽略的一個(gè)技術(shù)是電子穩(wěn)像技術(shù)。電子穩(wěn)像技術(shù)是在不借助機(jī)械設(shè)備的前提下，通過(guò)傳感器，感受機(jī)體運(yùn)動(dòng)，從而在顯示畫(huà)面上對(duì)圖像進(jìn)行剪裁、拼接的修正，從軟件的角度，一定程度上實(shí)現(xiàn)了圖像穩(wěn)定的意圖。在這一方面，運(yùn)動(dòng)相機(jī)GoPro是最早成功推出產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用的，其所推出的GoProHero系列運(yùn)動(dòng)相機(jī)，具有較為良好的電子穩(wěn)像人能給力，也憑借這項(xiàng)技術(shù)，在運(yùn)動(dòng)相機(jī)市場(chǎng)占有了較大份額。
但是電子穩(wěn)像技術(shù)通過(guò)對(duì)抖動(dòng)后的圖片進(jìn)行處理，天生就不具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)，是一種被動(dòng)的后期處理方式。因此，可能會(huì)帶來(lái)一些比較明顯的問(wèn)題也即所謂的“黑邊現(xiàn)象”。
總的來(lái)說(shuō)，電子穩(wěn)像技術(shù)雖然補(bǔ)救能力有限，但是作為一種微調(diào)或者修正措施，是經(jīng)常選用的，出了大疆的Mavic以外，目前市售航拍無(wú)人機(jī)基本都采用了“機(jī)械云臺(tái)+電子穩(wěn)像”兩條腿走路的思路。只有沒(méi)搭載云臺(tái)的小型自拍無(wú)人機(jī)才會(huì)只采用電子穩(wěn)像技術(shù)。
精準(zhǔn)懸停定位是航拍基本能力
從近一年來(lái)發(fā)布的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)來(lái)看，基本都配置了“GPS+光流”的室內(nèi)/室外定位策略。尤其是對(duì)于今年以來(lái)發(fā)布的幾款自拍無(wú)人機(jī)，因?yàn)橹鞔蜃耘模瑧?yīng)用場(chǎng)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(lái)推出的產(chǎn)品狀態(tài)，在室外GPS信號(hào)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(jí)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(lái)的應(yīng)用推廣，使得目前無(wú)人機(jī)用GPS定位技術(shù)比較成熟。
另外借助目前市場(chǎng)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(guò)在無(wú)人機(jī)工作區(qū)域內(nèi)某個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)高精度GPS基站作為參考點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量與實(shí)際位置的差分信號(hào)作為修正量，修正無(wú)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(jí)精度，RTK則可達(dá)到厘米級(jí)精度。
但是這種差分GPS方式需要另外架設(shè)設(shè)備，切對(duì)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(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行拍攝的適用場(chǎng)景，對(duì)于一般消費(fèi)級(jí)航拍無(wú)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(lái)不斷發(fā)展成熟后才在無(wú)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(lái)的。它是空間運(yùn)動(dòng)物體在觀(guān)察成像平面上的像素運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，是利用圖像序列中像素在時(shí)間域上的變化以及相鄰幀之間的相關(guān)性來(lái)找到上一幀跟當(dāng)前幀之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而計(jì)算出相鄰幀之間物體的運(yùn)動(dòng)信息的一種方法。一般而言，光流是由于場(chǎng)景中前景目標(biāo)本身的移動(dòng)、相機(jī)的運(yùn)動(dòng)，或者兩者的共同運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。
在無(wú)人機(jī)應(yīng)用中，無(wú)人機(jī)機(jī)身加裝對(duì)地的光流攝像頭，根據(jù)所觀(guān)測(cè)到的地面圖像來(lái)進(jìn)行定位的：無(wú)人機(jī)在相對(duì)地面移動(dòng)時(shí)，其對(duì)地觀(guān)測(cè)鏡頭所拍攝到的畫(huà)面會(huì)相對(duì)向反方向“移動(dòng)”，根據(jù)無(wú)人機(jī)距離地面的高度(這也是光流傳感器都與對(duì)地超聲波傳感器成對(duì)出現(xiàn)的原因)以及對(duì)地觀(guān)測(cè)圖像中像素移動(dòng)的量，即可推算出無(wú)人機(jī)相對(duì)地面移動(dòng)的距離。
當(dāng)無(wú)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(shí)間的累積，仍然會(huì)有十幾厘米到幾十厘米范圍的飄移。不過(guò)，這種低頻率、小幅度的位置改變對(duì)于航拍來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，有了大幅度的提升。但是各家廠(chǎng)商對(duì)于具體算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)，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(duì)比，兩款產(chǎn)品在懸停定位的從技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，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(bào)告對(duì)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?xún)?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(gè)較大范圍內(nèi)飄移。
這個(gè)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(duì)最終使用效果產(chǎn)生巨大影響。這也如我們?cè)谏弦黄趫?bào)告中提到的一樣，雖然光流定位技術(shù)已經(jīng)有大量開(kāi)源庫(kù)支持，看似降低了技術(shù)門(mén)檻，但是實(shí)際上，在獲得更好的用戶(hù)體驗(yàn)上，也即深挖技術(shù)價(jià)值這方面，各個(gè)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(shí)，采用的技術(shù)再先進(jìn)，也很難受到市場(chǎng)追捧。
靈活穩(wěn)健云臺(tái)是航拍核心
根據(jù)上面的介紹，我們知道，云臺(tái)對(duì)于抑制機(jī)身的主動(dòng)傾側(cè)、被動(dòng)干擾等影響航拍效果的擾動(dòng)起到了重大作用，下面將對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)載云臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
一般說(shuō)的機(jī)載云臺(tái)通常都是三軸云臺(tái)。三軸云臺(tái)的“三軸”分為俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)三個(gè)軸，也稱(chēng)三個(gè)自由度，分別有一個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制。也即攝像頭在三自由度云臺(tái)的框架上通過(guò)電機(jī)的控制，可以實(shí)現(xiàn)與無(wú)人機(jī)三個(gè)自由度的解耦(值無(wú)人機(jī)的：俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)三個(gè)自由度)，起到隔離、抵消無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)影響的作用。
三軸云臺(tái)技術(shù)主要包含部分內(nèi)容：1、運(yùn)動(dòng)敏感;2、抵消控制。
運(yùn)動(dòng)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(huì)安裝一個(gè)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(shí)，通過(guò)電機(jī)施加反向的運(yùn)動(dòng)，抵消運(yùn)動(dòng)變化。
從以上角度來(lái)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(duì)最終效果起到比較大的影響。不過(guò)從目前的產(chǎn)品技術(shù)來(lái)看，紙妖配備了三軸云臺(tái)的無(wú)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(lái)說(shuō)，比較關(guān)鍵的幾個(gè)因素是1、云臺(tái)與機(jī)身隔離度的高低;2、云臺(tái)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(méi)有單獨(dú)公布出云臺(tái)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(duì)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(wú)人機(jī)在定位懸停拍攝時(shí)，還是會(huì)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(huà)面中心會(huì)有那么為了進(jìn)一步保證畫(huà)面的穩(wěn)定，就必須引入機(jī)械云臺(tái)對(duì)畫(huà)面進(jìn)行穩(wěn)定。
通過(guò)簡(jiǎn)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(shí)，水平飄移對(duì)畫(huà)面影響較大。當(dāng)距離背景2米遠(yuǎn)時(shí)，0.3米的飄移可能會(huì)帶來(lái)拍攝畫(huà)面中，物體的像素移動(dòng)達(dá)到9%左右(比如4000X3000分辨率，圖像水平方向會(huì)飄移360像素)。但是當(dāng)距離被拍攝物體較遠(yuǎn)時(shí)，當(dāng)距離背景10米遠(yuǎn)，0.3米的飄移可能會(huì)帶來(lái)拍攝畫(huà)面中，物體的像素移動(dòng)達(dá)到1.7%左右(比如4000X3000分辨率，圖像水平方向會(huì)飄移68像素)影響較小。
這時(shí)，僅需要云臺(tái)偏轉(zhuǎn)較小的度數(shù)既可修正畫(huà)面偏移，使得被拍攝物體重新回到畫(huà)面中心。
姿態(tài)補(bǔ)償：相比于無(wú)人機(jī)位置的移動(dòng)，無(wú)人機(jī)自身姿態(tài)的擾動(dòng)對(duì)畫(huà)面影響更為劇烈。當(dāng)相距被拍攝物體距離較近時(shí)，當(dāng)距離背景2米遠(yuǎn)時(shí)，15°的姿態(tài)擾動(dòng)可能會(huì)帶來(lái)拍攝畫(huà)面中，物體的像素移動(dòng)達(dá)到36%左右(比如4000X3000分辨率，圖像水平方向會(huì)飄移1440像素)。但是當(dāng)距離被拍攝物體較遠(yuǎn)時(shí)，當(dāng)距離背景10米遠(yuǎn)，15度的姿態(tài)擾動(dòng)可能會(huì)帶來(lái)拍攝畫(huà)面中，物體的像素移動(dòng)同樣達(dá)到36%左右(比如4000X3000分辨率，圖像水平方向會(huì)飄移1440像素)影響均較大。
但是另一方面，從用戶(hù)體驗(yàn)角度來(lái)說(shuō)，云臺(tái)技術(shù)還涉及到幾個(gè)問(wèn)題：1、云臺(tái)功耗。由于三軸云臺(tái)帶有三個(gè)無(wú)刷電機(jī)，而且云臺(tái)實(shí)時(shí)在空中實(shí)時(shí)運(yùn)行，因此其功耗不可小視。2、云臺(tái)校準(zhǔn)。從一些用戶(hù)反饋來(lái)看，云臺(tái)功耗對(duì)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(tái)性能不變的情況下優(yōu)化云臺(tái)控制電機(jī)的功耗會(huì)是一個(gè)有意義的研究方向。另一方面就是云臺(tái)校準(zhǔn)，因?yàn)樵婆_(tái)上裝有三軸陀螺儀等慣性測(cè)量原件，如何在出現(xiàn)故障或者干擾的情況下對(duì)云臺(tái)進(jìn)行快速有效的校準(zhǔn)也是影響用戶(hù)使用的一個(gè)重要問(wèn)題。
從目前市售產(chǎn)品來(lái)看，帶云臺(tái)和不帶云臺(tái)的產(chǎn)品明顯的分為兩類(lèi)：大中型的高端無(wú)人機(jī)和小型的自拍無(wú)人機(jī)。
從各家的旗艦產(chǎn)品來(lái)看，基本都配備了性能優(yōu)異的三軸云臺(tái)，比如大疆的精靈系列、悟系列、昊翔的Typhoon系列;同時(shí)，在上一份報(bào)告中，我們提到了，零度的Dobby、零零無(wú)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(méi)有配備云臺(tái)。
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(tái)成了小型無(wú)人機(jī)和大型無(wú)人機(jī)(350mm軸距)的分水嶺，綜合之前介紹的云臺(tái)的重要性，我們看到了，小型無(wú)人機(jī)的價(jià)值主要體現(xiàn)在了便攜一方面，而大型無(wú)人機(jī)則主打功能的強(qiáng)大完善，Mavic、Karma這樣的中型無(wú)人機(jī)功能更加完善，而且便攜性突出，是目前消費(fèi)級(jí)杭派無(wú)人機(jī)市場(chǎng)上比較看好的發(fā)展方向。
小型自拍無(wú)人機(jī)短期內(nèi)格局不會(huì)顛覆
綜合上面對(duì)Mavic的介紹以及航拍技術(shù)的分析，我們不難總結(jié)出幾個(gè)觀(guān)點(diǎn)：1、短期來(lái)看，大疆不僅將對(duì)傳統(tǒng)航拍機(jī)繼續(xù)占有霸主地位，還將對(duì)于小型機(jī)市場(chǎng)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(lái)發(fā)展還缺乏更有力的技術(shù)支撐;3、中小型無(wú)人機(jī)平衡便攜性與功能性，或可成為未來(lái)市場(chǎng)熱點(diǎn)。但是放眼未來(lái)，可以看到整個(gè)行業(yè)的機(jī)會(huì)還是存在的。
1、價(jià)格從市售產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比的角度來(lái)講，大疆的Mavic無(wú)疑是具有超高性?xún)r(jià)比，但是從價(jià)格這一角度來(lái)看，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)5000元以上的價(jià)格距離大眾普及還有一段距離，而且大疆的產(chǎn)品定價(jià)策略向來(lái)是“高附加值+超額利潤(rùn)”，可以看到，大疆的定價(jià)背后包含了大量的品牌維護(hù)、管理費(fèi)用等，但是這些對(duì)于小平臺(tái)公司的花銷(xiāo)其實(shí)并不大，所以，如果未來(lái)有產(chǎn)品能夠達(dá)到大疆的技術(shù)水平，而且價(jià)格能夠降低到5000元左右，那么市場(chǎng)反響一定很值得期待!
2、技術(shù)大疆的視覺(jué)方案有部分是來(lái)自于Movidius公司，比如Mavic的VPU就采用的Movidius的Myriad2視覺(jué)處理組件。Movidius公司的視覺(jué)處理器具備了低耗高能的特點(diǎn)，能夠主動(dòng)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(gè)可編程的核心、一個(gè)圖像信號(hào)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(duì)焦速度、低光成像表現(xiàn);但更核心的，是對(duì)圖像的智能識(shí)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(gòu)。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(guó)產(chǎn)無(wú)人機(jī)廠(chǎng)商Yuneec投資過(guò)6000萬(wàn)美元，且Yuneec推出了搭載Realsense技術(shù)的TyphoonH480，雖然目前Realsense僅用來(lái)實(shí)現(xiàn)避障，但是期待未來(lái)和Movidius的結(jié)合能夠給Typhoon帶來(lái)更多的技術(shù)應(yīng)用。
3、行業(yè)級(jí)應(yīng)用大疆的成功來(lái)自于先發(fā)優(yōu)勢(shì)、技術(shù)儲(chǔ)備、資源整合等多個(gè)方面的綜合，目前市面是的其他廠(chǎng)家在整體競(jìng)爭(zhēng)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(lái)，未來(lái)在消費(fèi)級(jí)自拍無(wú)人機(jī)市場(chǎng)經(jīng)歷過(guò)爆發(fā)期后，市場(chǎng)趨于穩(wěn)定，而行業(yè)級(jí)市場(chǎng)這片廣闊的天地還有待開(kāi)發(fā)的背景下，不妨關(guān)注各家的行業(yè)級(jí)應(yīng)用，或可成為下一個(gè)爆點(diǎn)。
無(wú)人機(jī)領(lǐng)域各家公司都在尋找下一個(gè)機(jī)遇
當(dāng)業(yè)內(nèi)人士均將目光瞄準(zhǔn)小型無(wú)人機(jī)時(shí)，無(wú)疑這必將掀起行業(yè)新趨勢(shì)。然而小型無(wú)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?xún)r(jià)比卻成了其關(guān)鍵的競(jìng)爭(zhēng)因素。
而行業(yè)應(yīng)用是無(wú)人機(jī)領(lǐng)域另一個(gè)隱隱爆發(fā)的新生增長(zhǎng)方向。事實(shí)上，大疆創(chuàng)新曾經(jīng)在智東西創(chuàng)課分享過(guò)其在行業(yè)應(yīng)用方面的布局。
將無(wú)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(méi)有被完全開(kāi)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(wú)人機(jī)同場(chǎng)競(jìng)技的各個(gè)企業(yè)尋求彎道超車(chē)的機(jī)遇。同樣的，開(kāi)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(shì)，不排除“再造幾個(gè)大疆”的可能性。
