21、微型飞行器的成像、传感与导航技术解析

微型飞行器的成像、传感与导航技术解析

在现代科技领域，微型飞行器（MAV）的发展备受关注。它在城市环境等多种场景中有着广泛的应用前景，而其涉及的成像、传感、导航等技术也十分关键。下面将对这些技术进行详细解析。

1. 激光与LIDAR的应用及挑战

在MAV的应用中，激光的使用必须考虑安全性，因为MAV通常在城市环境中运行。对于人类可接触的各类激光，有相关的安全法规来确保其对眼睛无害。

LIDAR（激光雷达）采用SwaP（尺寸、重量和功率）设计，适合MAV的操作。然而，它也存在一些问题。在户外操作时，LIDAR会受到太阳干扰，并且会影响其他一些操作需求，如成本、鲁棒性、准确性、灵敏度和探测范围等。

2. 相机与计算机视觉（CV）

CV是MAV的重要组成部分。MAV上的一个或多个相机所捕获的图像可用于环境感知（EA）和姿态估计。这些技术可用于图像分割、目标检测、目标跟踪、特征提取和地图构建等。运动估计通过比较相邻帧来检测物体之间的位移。视觉SLAM（同步定位与建图）算法用于特征提取以进行地标检测，同时需要处理各种不确定性和协同映射问题。

CV适合MAV的原因在于视觉传感器体积小巧，且比主动测距传感器消耗的功率更少。但CV也面临一些挑战：
- 图像处理和地图构建的计算负载较大，会消耗有限的机载资源。通常需要依靠强大的地面计算机来处理，但这会导致数据延迟并增加功耗。
- MAV必须遵循约翰逊准则（JC）来保证视频传输的质量。JC规定了物体检测、定向、识别和鉴定的分辨率阈值。
- 与LIDAR扫描仪相比，相机的视场（FoV）有限，这限制了仅依赖视觉的解决方案的应用，特别是在活跃的城市环境中。不过，通