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无人机知识讲座

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结构简单、维护成本低是多旋翼飞行器的最大优点,飞行控制器使得多旋翼无人机操控简易和飞行稳定,是多旋翼能够广泛推广的核心原因。从早期航模爱好者把相机DIY到多轴飞行器进行盲拍开始,空中影像的应用领域被初次打开,消费类航拍无人机经历了不断的技术发展和产品迭代,我们可以把多旋翼无人机核心技术的应用和历史时期进行结合,归纳出在时间轴上多旋翼无人机的发展历程。

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2009年左右,一些技术型的航模爱好者自行组装四轴机架并安装无刷电机和桨,通过无线电遥控器的混控程序设定来控制四个螺旋桨的转动速度,实现手动操控四轴飞行器。20102012年,市面推出了APMDJIWookong-MNaza-MXAricraftAHRS等多旋翼控制器,实现具备姿态增稳的飞行控制方式,通过GPS定位系统实现户外定位悬停和自主返航。

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玩家可通过直接挂置小型运动相机和模拟图传,并通过无线电遥控器操控飞机进行最初级的短距离第一人称视角(FPV)飞行和视频录制,因此2009年至2012年是以飞控系统为核心技术的第一代小型多旋翼航拍无人机时期。

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2012年,DJI发布的全球首款三轴无刷电机直驱云台禅思Z15-5N,利用姿态解析和超高精度无刷电机控制革命性的解决舵机式云台响应慢,转动不平滑所导致拍摄的视频抖动以及水波纹问题,开启了多轴无人机真正意义上的航拍时代。20132014年,消费类多轴无人机开始全面普及搭载无刷云台和相机的设计,代表的云台是DJI Zenmuse H3-2D,不少厂家的无刷云台则直接采用了国外开源方案。

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由于无刷云台结构的限制,飞行器挂载的第三方相机则清一色被GoPro占领。2014年,DJI推出了首款高清广角相机并和无刷云台集成的一体机方案Phantom2 Vision+ ,同时采用WiFi数字图传提供远距离和清晰的传输画质。无人机厂商自主研发高清相机并集成到云台成为了之后的趋势,一体化为标准的第二代无人机设计理念逐步得到广泛认同。2012年至2014年,以飞控系统为核心技术的基础上,无刷云台、高清广角相机和WiFi数字图传这三大核心技术直接驱动消费类航拍无人机进入第二代远距离高画质航拍无人机。

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     第二代消费类航拍无人机的定义基本上得到所有老牌和新进无人机厂商一致的认同,飞控系统、无刷云台、高清广角相机和WiFi数字图传的设计性能和机体结构匹配都影响着整机操控效果和飞行体验。2014年,DJI 发布了Lightbridge全高清数字图传,实现3公里的高清图像(720P)实时传输功能,相比WiFi,传输距离远2-3倍,环境抗干扰能力更强以及信号传输延时低的优势,Lightbridge的发布可以说是开启无人机高清航拍的时代。

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2014Parrot推出的AR Drone是首款具备超声波加光流传感器实现无GPS定位悬停功能的一体机,超声波加光流的视觉悬停辅助系统可实现室内飞行器精准的定位悬停,大大提高用户飞行安全性, 随后3DR Pixhawk开源飞控也推出光流传感器选配,但需要用户自行开发,因此并没有在开源飞控中广泛应用

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DJI的“悟”Inspire 1是全球首款配备4K相机,集成Lightbridge高清图传的一体化设计航拍四轴飞行器,同时配备超声波加光流的视觉悬停辅助系统。消费类航拍无人机进入高清时代是从2015DJIPhantom3 系列开始,配备视觉悬停辅助系统提升用户飞行的安全性,无人机厂商也相继研发出4K超高清相机和视觉悬停辅助系统的一体机。DJI Phantom33DR SOLO、零度XIRO Explorer等无人机纷纷加入GPS跟随功能,提升个人航拍的操控体验。

20142015年,在第二代航拍无人机核心技术的基础上,发展了全高清图传、4K相机和初级视觉悬停辅助系统三大核心技术,并增加如GPS跟随等辅助功能,消费类航拍无人机进入到第三代全高清航拍无人机时代。

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前三代的消费类航拍无人机在拍摄方式上都是基于用户手动或者借助GPS进行半自动跟随飞行,2014年北美无人机公司推出“AirDog”无人机,主打功能是自动跟随拍摄,虽然依靠GPS的位置跟随效果并不理想,但也为我们引申出第四代消费类航拍无人机所需技术:环境感知并识别周围的障碍物、跟随时自动绕飞、依靠非GPS跟随的方式追踪目标。

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2016CESYuneecTyphoon-H依靠“VICON”动态捕捉系统进行了一次飞机跟踪时主动避障的飞行“演示”,让大家感受到第四代航拍无人机的智能魅力。同年3月,DJI推出Phantom4,并以“欢迎来到机器视觉的时代”为标语,前视双摄像头具备障碍物感知功能,基于图像识别的视觉跟随能够实时自主避障,是全球首款第四代智能视觉无人机。

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DJI Phantom 4视觉悬停辅助的系统组成和处理性能进一步提升,由单一超声波和光流传感器扩展至双超声波加双光流传感器的系统,悬停精度、响应速度和环境抗干扰能力大大提升,降低无GPS飞行时的安全风险。

随着智能硬件和技术的快速发展,以第三代全高清航拍无人机核心技术为基础,具备环境感知、视觉跟随、自主避障和精确视觉悬停辅助系统等核心技术的消费类航拍无人机进入第四代智能视觉航拍无人机时代。

 

 

 

 

《战狼二》片中大量镜头是拍摄团队使用两架“悟”Inspire 1 RAW搭载禅思X5R拍摄的。

在电视剧《反恐特战队之猎影》中大量画面也是用无人机拍摄并且其中也有特战队用穿越机侦查的画面。

用途方面:

  穿越机:主要用于竞技飞行,利用第一人称视角监视进行操控飞行。体现的是速度与操控的结合能力,更注重体验。(代表机型——龙云骑士250穿越机)

 

  航拍机:用于专业的航拍任务,以操作简便著称。适用于各种场合需要。如上帝视角的电影片段拍摄,森林巡航,火场监测等等。(代表机型——DJI精灵三)

 

  组成:

  穿越机:机架、电机、电调、桨、电池、图传、摄像、接收机、飞控等组成。动手能力强的朋友可以自行DIY出一架自己产物。当然选配方面就需要相关的经验了。

 

  航拍机:和穿越机的主要区别在于集成度比较高,摄像方面搭载方面至少都是高清级的,当然4K也只是money的事情了,还有飞控功能比穿越机的飞控强大许多,可以定高,GPS定位,避障等等。

 

  总的来说,穿越机上手比较难,更偏向与技术操控。竞技玩耍体验感十足。航拍机由于可以一键悬停,定高,所以上手比较简单。更偏于功能拍摄,俨然已经发展成为了一种器材了。


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