激光雷达无人机技术解析：大疆AIR 3S的强劲实力

在我们刚惊叹完DJI NEO的小巧和易用，大疆的新一代"旅拍旗舰"AIR 3S已经起飞。在外界都在讨论它的画质有所提升的时候，我们却发现了这件事情并没有这么简单...

这也是本篇想给大家讲的重点：关于无人机的避障和自动返航功能。

其实说来，这些功能跟近来的汽车"自动驾驶"、"辅助驾驶"基本同宗同源，当然，大疆车载（卓驭）也跟车企合作了非常多项目，并且都取得了相当程度的好评。那让我们来详细了解下无人机的避障到底如何实现？现在发展到什么程度了~

避障的基础知识

让我们说得简单点，其实避障也好、"辅助驾驶"也罢，都是以机器感知为基础。同所有其他类型产品一样，感知的方法无非就是雷达、红外或者是视觉。

纯视觉是现在最流行的方案，物料成本低、体积小、功耗低，这也是大疆一直以来的避障方案。

红外感知是车企几乎不用的一个方案，因为精度低、距离短，但是也有容易使用的优势。之前的无人机基本上是用红外来进行下侧测距。

雷达的话，大家就比较熟悉，无论是激光雷达也好、毫米波雷达也好，抗干扰能力强，对光线要求不高，但是相对来说会更大，成本也会更高，很多智架车上会搭载，但基本上没有消费级无人机搭载。

素材来源：宝骏

原理上各个方法其实是都是通过计算出距离，判断自己是否还能向前，或者应该躲避。视觉方案因为采集图像并分析需要更长时间所以延迟较高，且较为依赖摄像头的光线采集能力，对算法要求也较高，所以现有无人机对于电线、树枝等障碍物较小的场景容易失效。在反光面、低能见度 、高亮直射、纯色表面等各种场景也会有一定障碍，很容易失效。

这也是现在的无人机即使有较好的避障能力依然有风险的原因之一。往往我们飞行的时候是在天色较为昏暗的蓝调时刻、黄金时刻等，城市里又有很多镜面反射，再厉害的飞手也不敢说完全能避免炸机。

素材来源：网络

而对于汽车而言要求则是更高，毕竟有炸机风险还是可以出去飞的，而有撞人、撞车风险的话，就更加可怕了。

避障提升的方法及好处

大疆如何提升避障性能

本次的AIR 3S不仅支持APAS高级辅助飞行功能，并且升级配备了前向的激光雷达；在机身下侧的红外ToF传感器也升级了避障功能（以往仅仅主要用作定位作用）；在机身头部、尾部和底部做了三对视觉传感器，并且升级了暗光的识别能力。

APAS（Advanced Pilot Assistance System）高级辅助飞行功能是一种帮助无人机避免障碍物、提升飞行安全的技术。简单来说，它的作用是让无人机在飞行过程中能够自动识别前方、后方、以及侧面的障碍物，并自动进行避让或绕行。

打个比方，假如你在开车，前面有一块大石头，APAS就相当于是一个智能驾驶辅助系统，它会自动帮你转动方向盘绕过石头，而不需要你手动去操控，这样你就可以更专注于拍摄或者其他任务。

而升级的感知系统更好地实现了低光下的辅助飞行功能，前向的激光雷达在正面是纯镜面或是纯色墙壁时也能有效感知，即使完全无光也能起作用；视觉传感器在低光下识别的技术突破也起了决定性作用，它具有更高光敏性，更大光圈，提升了信噪比，让处理器能获得更准确的图像信息，再由更新的AI视觉深度和场景识别技术来分析识别障碍物，为避障的决策提供了更可靠的数据。

总体来说是软硬兼施，大疆也从不避讳自己采用优秀的行业内技术和硬件，再加上众多自研内容，实现了较为强大的新型"夜景级全向主动避障"。

开发中的难题

技术突破如果说是基石，那么接下来大疆的开发难点才刚刚开始。我们以前也了解过相关的研发链条，完全能理解技术落地有多复杂。特别是这样的复杂多样场景下的测试，简直是噩梦级的体验，毕竟开发时能想到的场景总是有限的，在实验室测试到完成就算很顺利，出门到不同纬度不同环境时，又会出各种问题。这时候非常考验测试人员和开发人员的沟通顺畅性以及每个人的能力。

“有多轮跷跷板的效应。比如晚上能力提升了，结果在白天很多场景都出现了各种避障误报情况；把白天的误报消了一消，夜晚的能力可能又差了一下。还有一些情况是我们完全看不到到底是怎样一个场景的。全黑的场景也见过，我们从高空看地下，有很多块区域是完全看不到是什么东西。我们要在这样的场景下实现它不误避障是很难的。如何取得一个平衡，去解决误避障的问题，其实我们做了非常多的工作”大疆的同事告诉我们说道。

“之前我们在深圳及附近测试，调试得挺不错了。但后来有同事带去西部出差，自然环境、天空水面的分布都完全不一样，就出现了大量的误报。于是我们又带着机器去草原、高原，变化的环境去测试。用户实际使用的典型场景都会去测试。”

最终的成效

在最后大疆通过大量的场景数据收集、丰富的场景优化识别算法，叠加多种不同算法包括AI深度观测等，再加上全新的高性能硬件达成了各项的优势补齐各自的弊端，让AIR 3S的整体避障表现比上一代有巨大提升。

相比上一代，具体提升点在于：

白天情况下提升了例如树枝、电线等的细小障碍物探测能力（无法100%实现规避）。

白天情况下提升了对纯色墙体、玻璃等障碍的探测能力。

蓝调时刻下、夜间城市（灯火通明下）基本上能等同于白天的探测避障能力。

纯黑环境下也具有向前的激光雷达避障能力。

这极大的拓宽了拍摄者的拍摄场景。

现在绝大多数素材都是白天天气比较好的素材，在夜间或是蓝调时刻下这样的高频需求，恰好是以往的无人机避障效果不佳的时候，所以大家那时候的飞行拍摄都是非常紧张害怕的。而如今的新技术的确让大家可以在这样的环境下更安心的飞行拍摄。

也许会有人问为什么只有前向激光雷达，我们认为主要是为了整个飞机的体积重量功耗以及成本的综合考量。其实基本上也是足够使用，因为如果在纯黑环境中，也最多只需要返航，拍肯定是啥也拍不到了，如果只考虑纯黑的返航的话，只有前向激光雷达避障也是足够使用的。

基于最新能力的智能返航

说的直白一点，这个功能有点像循迹倒车加上领航辅助功能。通过基于视觉感知及定位进行一定程度上的地图构建，记录下AIR 3S的飞行路线，使无人机可以寻迹飞回返航点。并且在城市建筑等卫星信号较弱的场景中也可以寻迹返回，起飞时也无需等待搜星。

还有个能力就是在夜晚亮度很低的时候，也能够智能规划返航，就算在完全纯黑中，也能根据激光雷达进行避障返航。

以前在飞之前都要考虑起飞的地方空旷，搜星OK以后才能安心飞行，在阳台桥下楼边等场景甚至很可能飘到不同位置。这也是因为以前全靠GPS定位，如果搜星稳定性不佳或者GPS位置偏移，降落点都会不精准。

如今采用了新的定位技术，源自于自动驾驶、扫地机器人等较为先进且不依赖GPS的关键技术。大概给大家解释一下这个技术：

AIR 3S通过一种叫“卷积神经网络”（类似于人的视觉系统）从图像中提取重要信息，比如一些特征点，这些点能帮助AIR 3S识别环境。结合视觉AI技术和GPS，创建一个“视觉地图”，类似于一张会不断更新的路线图。这个地图不仅能告诉无人机它现在在哪，还能记录下之前飞行的轨迹和起飞点的位置。当它返航时，首先会用视觉地图中的位置信息，选择一条最短的路径回到信号更好的区域。之后，它会沿着原来飞行的路线返回。

AIR 3S还会把当前看到的景象与之前飞出时记录的图像进行比对，找到最相似的场景，然后通过这些图像点之间的关联，来确定它所在的更精确位置。如果定位出现偏差，这种技术还能实时纠正位置误差。

通过这一系列视觉技术和路径规划，AIR 3S可以实现“阳台级返航”，能精确飞回到之前起飞的地点，比如阳台或者是一些狭窄的位置。

在实测中我们注意到它为了进一步提高成功率，尽可能走原路返航，回到GPS信号较强的地方进行辅助定位，如果检测到复杂环境，会降低速度到1M/S以内，直到起飞点。这点让不算是老飞手的狗崽非常惊叹，的确是帮了大忙了。

还有一个点比较有趣，也是我们拍摄过程中才发现的，我们拍摄的地方是有光的，但是起飞到拍摄地中间飞机的行进路线亮度很低甚至基本无光，这时候返航方式会进行改变，更强调利用激光雷达来探知障碍物，并向上爬升来规避，并且假如上方有障碍物，只要有一点点光观测到了，也能刹停来避免炸机。

AIR 3S的升级

虽然画质升级相比前两个是显得更平庸的一个内容，但并掩盖不了本次全新的5000万像素Type1型CMOS和等效70mm的4800万像素1/1.3型CMOS，且均支持4K 60fps视频拍摄，全新的图像处理平台也使得两颗镜头都能达到14挡动态范围。

我们在拍摄时完全能感受到画质的升级，在拍摄逆光场景下以及带人物的场景里，它具有非常大的优势。两个视角的画面，再加上全新的自由全景功能，也更能拍出有趣的画面。

较为有意思的是由于AIR 3S具备70mm这个视角，能够更好的拍摄人的画面，使得整个透视关系显得更为和谐。

电池电量也并没有因为激光雷达等新型技术的加入而减弱，还是具有45分钟的飞行续航，如果是像我们这样出来旅行，买个畅飞套装就可以爽玩了。

图传也是标配20公里级别的，目前最好用的图传之一了，我们在使用中一直都比较稳定，随随便便拉距几公里，也不在话下；并且这也是大疆首次支持10bit 1080P 60fps图传信号，整体的监看质量还是比较不错的。

综述

AIR 3S的更新让我们体会到了大疆为用户着想的核心理念，不只是画质上的"常规升级"，而更多的在使用体验上降低门槛，让所有人都能够畅快飞行，不用过分担心飞机的安危，更加专注于画面的创造、表达。

这也许并不是最适合专业飞手的极限画质机，但它一定是更适合无人机爱好者在假日出行时随时记录旅途大好风光的"旅拍旗舰"机~

那大家觉得如何呢？你们对画质更在意还是对易用性更在意呢？

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