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新聞詳細
  • 掃地機器人-激光雷達
    新聞分類:新聞動態   作者:handler    發布于:2019-08-104    文字:【】【】【

    掃地機器人會否拋棄激光雷達這位原配?

    掃地機器人上機器視覺這一技術已經不是什么秘密,科沃斯終于在年初發布了其首款搭載AIVI視覺技術的DG70掃地機器人,小米的第二代米家掃地機器人(1S)也搞上了視覺導航。廠商亦步亦趨,小心翼翼地配上了這一“新”技術,或者說是“新”概念。

    而在機器視覺技術領域中,又有諸多分類,包括近年來在手機上廣泛應用的結構光、ToF,在無人機上應用較多的雙目視覺,掃地機器人這波機器視覺浪潮的標配究竟是什么?

    掃地機器人會否拋棄激光雷達這位原配?

    單目,還是雙目?

    在機器視覺領域,目前,單目視覺和雙目視覺是兩類備受關注的定位技術,二者在結構和工作原理上的巨大差異,也導致了不同的市場應用現狀。

    雙目視覺定位是指通過三角測量原理來對目標點的三維空間位置進行定位。雙目視覺定位算法流程包括相機標定、雙目標定、圖像處理、特征檢測、立體匹配、三維測量和姿態測量。

    雙目視覺由于定位精度高、進入門檻低、容易實現3D構圖,同時可以實現被動光源定位,因而業內做雙目視覺的公司較多,包括圖漾科技、縱目科技、云光技術等。

    掃地機器人會否拋棄激光雷達這位原配?

    盡管如此,“在實際應用中,雙目視覺仍會有一定的局限性,”深圳市歡創科技創始人兼CEO周琨告訴雷鋒網(公眾號:雷鋒網)。

    作為清華大學深圳研究生院碩士生導師,周琨在視覺人機交互技術方面有深入的研究,當下任職CEO的歡創科技主要提供單目視覺空間定位技術。據周琨介紹,此前,其曾創辦泰山在線,并對雙目視覺技術有過深入研究。對于雙目視覺,周琨認為,主要有以下三點缺點:

    • 模組體積大。雙目視覺定位精度受到基線(兩個攝像頭之間的距離)影響,基線越長,測量精度越高,因此雙目視覺較少應用到諸如手機此類對空間要求較高的產品中做定位;

    • 成本較高。相對單目視覺技術,雙目視覺技術成本也更高;

    • 有效視角小。相對單目視覺技術,雙目視覺的有效視角會更小。

    相對而言,周琨更看好單目視覺技術的應用前景。

    單目視覺僅利用一臺攝像機完成定位工作。單目視覺定位的方法主要有兩種:基于單幀圖像的定位方法和基于兩幀或多幀的定位方法。其中應用比較廣泛的有基于單幀圖像定位方法中的基于特征點定位(PnP原理)方法,以及加入IMU慣性傳感器輔助測量法。

    隨著近年來SLAM技術的逐漸走向成熟,視覺技術應用場景也越來越廣泛,尤其在室內場景,單目視覺定位技術應用較為廣泛。

    在掃地機器人領域,當下應用更多的是單目視覺技術,包括前文提到的科沃斯和小米的新款掃地機器人產品都加入了一顆可見光攝像頭進行輔助定位,更好實現避障功能。國外對視覺導航應用較早的iRobot也是以單目攝像頭在移動過程中對圖像連續跟蹤,進行相機姿態和跟物體之間相對位置變化的估計,從而建立起地圖。

    掃地機器人會否拋棄激光雷達這位原配?

    單目視覺的輔助定位

    在消費領域應用中,掃地機器人越來越多地配備上了機器視覺;與此同時,在工業和醫療應用領域,也逐漸有相應廠商開始嘗試和探索。

    單目視覺技術雖然在體積、成本上有一定優勢,但是在關鍵的定位精度上卻不如雙目視覺。為了提高單目視覺的定位精度,在實際應用中,輔助定位技術得以被引入。

    第一個比較常用的輔助定位技術是:在受控環境中,對被測物體加裝標記點。

    針對工業檢測、醫療等可控環境中,單目視覺基于PnP原理,通過在被測量物體上加裝多個標記點,從而提升定位精度。例如在醫療領域的手術導航中,可以通過在醫生用到的手術刀加裝特定標記點,可以大幅度高定位精度。

    第二個輔助定位技術是:引入多傳感器融合技術,加入IMU慣性傳感器。

    通過采集IMU慣性傳感器(陀螺儀、加速度計等)的加速度和角速度,從而確定被測物體的運動模式,結合單目攝像頭采集的圖像,通過諸如基于視覺的特征點匹配、稀疏光流等算法來實現最終定位。此外,引入IMU慣性傳感器,也使得通過單目視覺技術進行3D構圖成為可能。

    單目視覺、輔助定位……,機器視覺如此之火,作為掃地機器人原配的激光雷達真會被逐漸取代?

    在回答這個關鍵問題之前,有必要先了解一下機器視覺和激光雷達的“姻親”關系。

    機器視覺和激光雷達的“姻親”關系

    在SLAM導航定位技術興起之前,激光雷達一直作為掃地機器人的原配久居正統之位。隨著視覺導航技術的興起,機器視覺備受關注,成為有別于激光雷達的一種導航技術。

    其實,現在機器人領域應用的短距離激光雷達也是用單目視覺傳感器來做的,”周琨告訴雷鋒網。

    在機器人領域,無論是當下談論的vSLAM機器視覺,還是激光雷達,其實都屬于機器視覺定位技術。無論是vSLAM方案中的可見光攝像頭,還是激光雷達方案中的紅外攝像頭,本質區別不大。但是由于激光雷達采用主動光源定位技術,因而定位更為精準;單目可見光攝像頭采用被動光源做定位導航,精度要差一些。因此,目前業內公認激光雷達更適合做定位導航。

    這樣看來,在掃地機器人中應用的機器視覺和激光雷達更像是一種“姻親”關系,常被提及的機器視覺更多是采用可見光攝像頭,激光雷達采用的則是紅外攝像頭。

    有所不同的是,機器視覺(可見光攝像頭)屢被提及,除去定位導航功能之外,其實更多在于其可以實現3D構圖,以及未來圖像識別帶來的諸多應用拓展。

    激光雷達會否被取代?

    激光雷達是否會被機器視覺取代?

    尤其是在掃地機器人應用中,這究竟是技術迭代,還是技術融合?

    目前來看,尚且屬于后者。包括上述兩家國內掃地機器人銷量大廠,仍是以視覺做避障,輔助整個導航系統。

    目前用可見光單目攝像頭實現的仍是2D視覺,但是由于沒有主動光源,定位精度較差,構建的地圖和軌跡路線質量相對較差;而采用諸如ToF、單目結構光、雙目視覺可以較容易實現3D建模,可以做避障,但是做SLAM算法的時,由于水平視野狹窄(小于90度),效率就會差很多。

    由此可見,機器視覺想要完全替代激光雷達,尚且還需要些年頭。周琨也認為,掃地機器人的發展方向更多是一個融合趨勢:標配激光雷達做SLAM算法、做導航定位,機器視覺做避障、做3D視覺、深度學習等相應功能。

    這同時也使得百萬量級的掃地機器人市場,對激光雷達的需求量依然可觀?!拔覀兘衲暾w業務重點是在掃地機器人領域,預計占比將會達到90%以上,其中,Camsense X1(激光雷達)是我們今年的主要產品,”對于歡創科技今年的產品規劃,周琨這樣告訴雷鋒網。

    掃地機器人會否拋棄激光雷達這位原配?

    X1:紅外光學空間定位算法、定制面陣紅外傳感器

    歡創科技在2015年就開始進行高精度定位算法的研發工作,這里提到的算法,正是歡創科技基于紅外光學空間定位和識別的算法——Camsense HPP(High Precision Positioning)。據官方信息顯示,Camsense HPP可以在5m x 5m范圍內實現亞毫米級空間定位分辨率,適用于精密設備測量、醫療手術導航等室內環境短距離精準定位。

    這一算法,也正是歡創科技的核心技術。

    此外,周琨告訴雷鋒網,相對于現在市面上的激光雷達,歡創科技針對光源、鏡頭、圖像傳感器做了諸多改進,一方面在性能上有所提升,另一方面也規避了傳統三角測量法中的專利風險。

    “相對于亞洲光學采用工業級線性圖像傳感器做激光雷達有所不同,歡創科技使用的是定制面陣圖像傳感器?!边@樣帶來的改進包括:

    相對于工業級圖像傳感器,定制面陣圖像傳感器成本更低;

    采用面陣式圖像傳感器,比線性式圖像傳感器垂直視野更大。

    據周琨介紹稱,“當下工業級線性圖像傳感器垂直視野一般為0.15度,采用我們定制紅外傳感器激光雷達的垂直視野可以達到40度。這也使得生產過程中的光源校準、調焦更容易?!?/p>

    激光雷達是歡創科技現在的重頭戲,也是其在轉向機器人、工業檢測、醫療應用領域后的重要產品。在此之前,歡創科技的單目視覺技術也曾應用于電視、VR等領域。

    電視、VR,再到機器人的技術打磨

    2014年,深圳歡創科技有限公司正式成立。成立之初,歡創科技定位傳統視覺傳感器,首先應用于當時電視領域的體感游戲?!爱敃r,除了TCL,國內幾乎所有的電視廠商都是我們的客戶,我們為其提供單目攝像頭,以支持家庭娛樂中的體感游戲?!?/p>

    為什么會放棄電視這一市場?

    周琨坦然表示,“我們也深知這一領域有天花板,隨后,我們進一步將我們的市場拓展到當時火起來的VR領域?!?016年,歡創科技拿下了愛奇藝的標,為其VR設備提供空間定位系統,并順利完成了技術產品開發,但是由于國內VR市場最終未能如預期發展起來,這款產品最終未能進入量產。

    據雷鋒網了解,直到現在,國內VR市場也一直不溫不火,并未能出現諸如國外微軟HoloLens、HTC Oculus這類知名設備。

    不過,在此階段,歡創科技研發了其M系列產品,Camsense M1、Camsense M2。周琨告訴雷鋒網,直到現在,針對電視、VR領域的這兩款產品雖然不再進行迭代更新,但仍在穩定出貨。截止目前,產品出貨量已經達到15萬套。

    像我們這類技術公司,選擇技術落地領域很重要。經歷了前幾年的技術積累,2017年,我們將我們的業務領域正式切換到機器人、工業檢測領域。

    隨后,歡創科技相繼拿下了中國商飛、華測集團的標,針對工業檢測研發了Camsense M Pro和Camsense S系列產品。

    “飛機制造過程中有鉚接等很多工位的需求,鉚接過程是通過機械臂實現的,機械臂在移動過程需要精確的引導和定位,我們為商飛提供的Camsense S定制方案就是為機械臂進行導航引導?!贝饲?,此類高端制造業多為國外壟斷,歡創科技Camsense S對標的正是加拿大的NDI公司,Camsense S已經可以實現0.2mm定位精度。

    掃地機器人會否拋棄激光雷達這位原配?

    掃地機器人接下來的研發重點

    前文有提到,2017年,邁入第二階段后,歡創科技開始將業務拓展到機器人領域。與此同時,機器人領域也逐漸摸索如何更好應用機器視覺彌補現在機器人原有在避障上的不足,在更多圖像處理領域的嘗試。

    周琨認為,當下機器人領域,尤其掃地機器人領域面臨的研發重點有以下三點:

    • 降低SLAM導航定位方案成本?!凹す饫走_仍是目前實現SLAM導航定位最好的配置,如何將激光雷達SLAM方案做得更成本更低,如何研發出更好的算法,這是當下業內的一大課題?!?br/>

    • 解決現在普遍面臨的避障、物體識別問題。諸多機器人廠商開始引入機器視覺來做相應的方案;

    • SLAM+避障融合方案。即機器視覺+激光雷達融合方案,“這是當下行業的重點,也是我們公司一個重要研發方向?!?/p>

    掃地機器人會否拋棄激光雷達這位原配?

    歡創科技第五年:激光雷達成重點,掃地機器人成押注領域

    從2014年創業至今,歡創科技已經走到了第五個年頭。

    技術上,仍聚焦單目視覺,繼與清華大學聯合成立高精度定位實驗室后,又于今年2月成立光學實驗室,為光學高精度定位系統提供專業研發及測試場所,截止目前配備有20+研發人員;

    市場上,從最初的電視、VR領域走到現在的工業、醫療、機器人領域。

    此外,周琨還特別強調了量產問題。

    消費級激光雷達,量產是一大難關。歡創科技有自己的試產品車間,所有的產品在量產之前都會在試產車間進行試生產。自2018年建成自己的試產車間,我們已經試生產5000臺產品,這些產品僅用作規?;慨a前的試生產,不會作為最終產品售賣。

    據周琨稱,“今年歡創科技將會實現盈利?!?/p>

    在醫療領域,歡創科技已有意向廠商。而今年主要產品是Camsense X1激光雷達,目標出貨量為50萬臺以上;目標市場為掃地機器人,預計其在今年整體業務占比高達90%以上。

    周琨告訴雷鋒網,目前歡創科技的激光雷達有三類客戶:

    第一類是掃地機器人整機廠商,像360這樣自己有能力做SLAM算法的整機廠商;

    第二類是方案廠商,他們基于歡創科技的激光雷達做SLAM算法,然后將完整SLAM方案給整機廠商;

    第三類是ODM廠商,他們基于歡創科技的激光雷達做SLAM算法,然后做整機方案進行量產。

    “目前我們三類合作廠商已有十余家?!?/p>

    歡創科技的第五年,激光雷達成重點,掃地機器人成押注領域;就整個掃地機器人國內現狀來看,機器視覺剛剛興起,激光雷達仍是原配,仍作為重點領域為業內持續關注。

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