Швейцарские инженеры сыграли с оснащенным событийными камерами дроном в «вышибалу»

Система обхода препятствий — важная составная часть технологии дронов, однако коммерчески доступные варианты пока недостаточно быстрые для многих рабочих ситуаций.

Разработчики из Швейцарии создали новую систему навигации, дающую коптерам настолько быструю реакцию, что они могут с успехом уклоняться от брошенного в них мяча.

Отметим, что, согласно расчетам инженеров, сегодня большинству современных систем уклонения от препятствий, используемых в беспилотниках, требуется от 20 до 40 мс на то, чтобы обработать изменения в окружающей среде и начать предпринимать необходимые меры.

Этого вполне достаточно для коптера, который плавно приближается к зданию и не торопясь ищет вход внутрь.

Однако если на дрон быстро надвигается опасный объект, например, другой дрон или птица, то увернуться от него искомый БПЛА, вероятнее всего, банально не успеет.

Это существенно ограничивает потенциальное использование дронов в динамических условиях, когда те или иные объекты могут непредсказуемо приходить в движение, например, при исследовании состояния строений после стихийных бедствий, не позволяет использовать сразу множество коптеров вблизи друг от друга, а также повышает риск столкновения, когда сам беспилотник движется на высокой скорости, что критично для потенциальных сценариев применения дронов при тех же стихийных бедствиях, когда спасателям требуется как можно быстрее осмотреть территорию, а также обследовать как можно больше местности на одном заряде аккумулятора аппарата.

Решить эту проблему взялись инженеры Цюрихского университета, которые в рамках исследовательского проекта оснастили коммерчески доступный квадрокоптер камерами, разработанными специально для обнаружения быстрых движений, а также «заточенными» под них новыми алгоритмами.

В итоге латентный период реакции устройства удалось снизить до рекордных 3,5 мс, пишет New Atlas.

Чуть подробнее о камерах: это так называемые датчики динамического зрения, или событийные камеры.

Если в случае традиционных КМОП-камер получаемые с их помощью изображения представляют собой снимок всей сцены, в котором задействованы все пиксели без исключения, из-за чего алгоритмам компьютерного зрения приходится исследовать каждый отдельный пиксель, чтобы определить, не сдвинулся ли какой-то объект, то в случае с событийными камерами отдельные пиксели в них, будучи способными включаться и отключаться независимо, активируются лишь тогда, когда фиксируют изменение интенсивности света (его повышение или понижение) на пороговое значение.

Это значит, что пиксели, которые не фиксируют каких-либо значимых изменений, «молчат», «пропадая из виду» для ПО и не загружая алгоритмы излишними данными, благодаря чему существенно снижается нагрузка на вычислительные системы и увеличивается скорость обработки информации.

Изображение, полученное с событийной камеры.

На нем можно рассмотреть человека и мяч, который он бросил по направлению к камере.

Вместе с тем, событийные камеры на сегодняшний день все еще являются в новинку и до этого не использовались в коммерчески доступных дронах, а потому системы обнаружения препятствий последних их попросту не поддерживает.

По этой причине швейцарским инженерам, вознамерившимся установить такого рода сенсоры на коптер, пришлось сперва заняться разработкой собственных алгоритмов, чтобы «подружить» устройства.

В результате было создано уникальное ПО, способное в режиме реального времени и следить за пикселями одной или нескольких событийных камер, обнаруживая потенциальные опасности, и при необходимости вносить поправки в движение самого коптера.

Во время первого раунда испытаний исследователи собственноручно бросали в оснащенную новыми алгоритмами стационарную событийную камеру различные предметы, чтобы понять, насколько эффективно система способна их обнаруживать.

В зависимости от размера объекта и дистанции точность колебалась от 81% до 97%.

Затем инженеры установили две таких камеры на настоящий дрон и, подняв его в воздух, повторили тест уже с ним, причем как внутри помещения, так и снаружи (уточним, что одной камеры беспилотнику в данном случае было бы недостаточно, поскольку она не могла бы обеспечивать устройству стереоскопическое зрение, а следственно, аппарат не был бы способен оценивать размеры летящих в него объектов и эффективно уклоняться от них).

В результате БПЛА успешно увернулся от летящих в него предметов более чем в 90% случаев, включая моменты, когда в него запускали мяч на скорости около 10 м/с с дистанции всего три метра.

Для определения скорости полета запущенного предмета и чтобы убедиться, что объект действительно представлял угрозу дрону, инженеры задействовали внешнюю систему захвата движений.

По словам ученых, если перевести их достижение в скоростные характеристики, то в зависимости от модели беспилотика разработанная ими система потенциально позволяет увеличить допустимую скорость полета дронов вплоть до десяти раз, не опасаясь столкновений.

В ближайшей перспективе исследователи собираются заняться доработкой новации.

По их мнению, в будущем данное решение имеет все шансы сделать все без исключения дроны в разы увертливее и тем самым существенно повысить эффективность их применения практически во всех сферах, где их только планируют или уже используют — от транспортировки посылок и людей до поисково-спасательных операций и аэросъемки.