小覓智能：vSLAM避障導航技術成為AGV行業(yè)追逐熱點

從20世紀80年代以來，AGV(自動導引運輸車)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中最大專業(yè)分支之一，并出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢，成為現(xiàn)代化企業(yè)自動化設備不可缺少的重要組成部分。

在歐美發(fā)達國家，全自動AGV技術已經(jīng)相當成熟，自動化程度完善，幾乎完全不需要人工干預。技術先進性稍次之的便是以日本為代表的簡易型AGV技術，追求簡單實用，在日本和我國臺灣企業(yè)中應用十分廣泛。而在我國，隨著物流系統(tǒng)的迅速發(fā)展，AGV的應用范圍也在不斷擴展，目前主“戰(zhàn)場”集中在智能倉儲AGV(無人搬運車)和無人配送車之間。

然而，不管是智能倉儲AGV的室內(nèi)揀選搬運，還是無人配送車的室外自主行駛，避障和導航顯然是擺在眼前最至關重要的一步。二者的發(fā)展都將大大減免物流行業(yè)的人員成本，同時提高揀選配送效率。所以這兩年，國內(nèi)京東、順豐、申通等行業(yè)巨頭都在重點布局這方面，整個市場都在孜孜以求切實可行的避障導航方案。然而，最適合AGV避障導航的“眼睛”在哪里?

目前，AGV的避障技術中最為常見的傳感器有紅外線、超聲波、激光以及視覺傳感器。

紅外： 紅外傳感器的應用，在我們的生活中就隨處可見，遙控器、自動門等都是利用的紅外感應原理。用于AGV避障的話，「三角測量原理」是紅外傳感器最常用的實現(xiàn)方式。

紅外傳感器包含紅外發(fā)射器與CCD檢測器，紅外線發(fā)射器會向障礙物發(fā)射紅外線，CCD檢測器則負責接收被障礙物反射回來的射線，由于物體的距離D不同，反射角度也會不同，不同的反射角度會產(chǎn)生不同的偏移值L，將這些數(shù)據(jù)收集后進行計算，就能得出障礙物的位置，從而實現(xiàn)避障。

　　「三角測量原理」示意圖

紅外避障精度和成本都具有量產(chǎn)優(yōu)勢，但是受強光影響較大，假設搭載紅外避障方案的AGV搬運車，需要到室外作業(yè)的話，那由于強光環(huán)境，紅外避障的效果必將大打折扣。

超聲波： 超聲波測距的原理比紅外線更簡單，聲波遇到障礙物反射，因為聲波的速度已知，所以只需要知道發(fā)射到接收的時間差，就能輕松計算出測量距離，再結(jié)合發(fā)射器和接收器的距離，就能算出障礙物的實際距離。

　　「超聲波測距原理」示意圖

超聲波測距相比紅外測距，價格更加便宜，但感應速度和精度相對遜色。因為聲波隨著發(fā)射距離的增大會有衰減，所以識別較遠的障礙物的話精度會差不少。如果在作業(yè)過程中，遇到有海綿等吸收聲波的物體包裹的貨物需要分揀搬運，或者室外有大風，搭載超聲波避障方案的AGV車就會無法工作。

激光： 激光(此處主要指單線激光)避障原理與紅外線類似，也是通過激光的發(fā)射和接收來實現(xiàn)測距。不過激光傳感器的發(fā)展歷史較久，已經(jīng)相當成熟。測量方式十分豐富，有類似紅外的三角測量，也有類似于超聲波的時間差+速度等。且激光避障的精度、反饋速度、抗干擾能力和有效范圍都要明顯優(yōu)于紅外和超聲波。但如果僅是搭載單束激光，AGV車工作時獲取障礙物信息將十分有限，會存在很大的安全隱患。而使用多束激光融合的方案的話，那成本又會激增。

視覺： 紅外、超聲波、(單束)激光測距，其實都只是一維傳感器，可給出數(shù)據(jù)只有一個距離值，其實并不能真正完成對現(xiàn)實三維世界的感知。當然，激光技術發(fā)展程度高，多束激光排列組合的方式亦可實現(xiàn)視覺相似的感知，但組合激光方案的元件普遍價格貴、體積大、功耗高，造成的高成本對于AGV車的量產(chǎn)來說，并非良選。

所以，解決AGV車如何“看”的問題，也就是近年來?？M繞耳邊的計算機視覺方案應運而生，深度攝像頭市場開始迅速發(fā)酵。不同于以上三種方案的單一數(shù)據(jù)獲取，視覺方案的基礎在于如何能夠從二維的圖像中獲取三維信息，從而幫助AGV車認識所處的三維世界，進行更靈敏安全的避障和導航。

為何是雙目視覺勝出? 視覺識別系統(tǒng)又分單目、雙目攝像頭。單目攝像頭因為缺少第三個維度的參照信息，所以獲取到的圖片數(shù)據(jù)信息十分有限，容易產(chǎn)生不確定性。就像2D電影和3D電影的觀影區(qū)別，單目好似我們觀看2D電影時的眼睛，因為類似單一照片，并無直接的空間感，所以我們在看的時候，會根據(jù)我們已知的“物體遮擋、近大遠小”等生活經(jīng)驗進行腦補，從而來輔助得到電影中的每個物體的具體位置信息數(shù)據(jù)。而雙目則像是觀看3D電影，因為身臨其境，所以對周圍的每個物體的具體位置都能進行精準感知，具體認識環(huán)境。

　　「雙目測距原理」示意圖

因此，雙目攝像頭其實是利用仿生學原理，通過標定后的雙攝像頭得到同步曝光圖像，然后計算獲取的2維圖像像素點的第三維深度信息。在此基礎上，雙目攝像頭可以實現(xiàn)環(huán)境感知、體感、建模、行為識別等各種應用。經(jīng)此對比，擁有性價比高、原理簡單、前景廣闊、普遍適用等優(yōu)勢的雙目視覺自然從眾多方案中脫穎而出了。

雙目硬件那么多，為何小覓雙目攝像頭備受物流巨頭青睞? 智能倉儲AGV(無人搬運車)需要規(guī)避因為貨物掉落而造成的復雜避障場景，既要避開貨物，還要防止與其他搬運車相撞推擠;無人配送車更是需要在復雜的室內(nèi)外路況中擁有靈敏精準的環(huán)境感知功能。再考慮到前期研發(fā)投入與后期量產(chǎn)的成本把控需求，顯然雙目視覺方案是智能物流行業(yè)目前相對最好的選擇。

但因為AGV車室內(nèi)外需兼顧的作業(yè)場景，所以純視覺方案無法完美滿足它的避障需求。小覓雙目攝像頭作為一款優(yōu)質(zhì)融合方案的雙目硬件產(chǎn)品，由此走入多家物流業(yè)翹楚的視線也就有跡可循了。

小覓雙目攝像頭具有哪些優(yōu)勢? 視覺+結(jié)構(gòu)光+慣性導航融合的雙目相機方案：室內(nèi)外通用的3D傳感器，適用室外強光環(huán)境，識別距離可達15m+，同時適用完全黑暗的室內(nèi)環(huán)境，完美解決室內(nèi)白墻和無紋理物體的識別難題。慣性導航可為VSLAM的應用提供精動的云端互補數(shù)據(jù)，相較其他單一方案擁有更高精度和魯棒性。

　　小覓雙目攝像頭系列產(chǎn)品方案示意圖

高適應性和工控性能：通過富士康實驗室的高溫高濕持續(xù)工作、低溫動態(tài)老化、整機正弦振動等十幾項可靠性測試，具有極強的工控性能。同時采用自研全局快門技術，室內(nèi)外感光自適應技術，自動白平衡技術，硬件級幀同步和IMU同步技術，保證提供實時穩(wěn)定的圖像源，應對復雜變化的室內(nèi)外場景。

快速產(chǎn)品化和集成能力：小覓雙目攝像頭標準版版可提供基于CUDA的GPU實時加速方案，深度版版(未發(fā)售)可提供基于深度計算芯片的直出深度方案，無需上位機，并可提供最高720p/60fps的深度數(shù)據(jù)輸出。此外，還提供豐富的SDK接口和VSLAM開源項目支持，可以幫助客戶迅速進行方案集成，加速實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)進程，實現(xiàn)方案的快速產(chǎn)品化和落地。

視覺里程計

小覓雙目攝像頭還融合了視覺里程計(VIO)的技術。視覺里程計簡單來說，就是「通過左右雙目的圖像，反推出視野中物體的三維位置」，所以相比光流+超聲波技術只能簡單的測出速度和高度，視覺里程計還能構(gòu)建地面的三維模型，并通過連續(xù)的圖像，跟蹤自身與環(huán)境的相對移動，估計出自身的運動。準確測出自身與地面的相對位置。借此，搭載設備就可同時掌握障礙物的位置和自身的位置，精準的避障、導航路徑規(guī)劃自是變得輕而

MYNTAI小覓智能相信，未來，除了智能物流領域，小覓雙目攝像頭還將擁有更廣闊的應用領域。比如多場景的安防檢測，準確識別異常人物或者物體故障，及時報警，有效規(guī)避更多突發(fā)意外情況;還可用于進階的VR/AR眼鏡，幫助盲人“看見”和安全行走;當然，更可充當各類機器人的“智慧之眼”，助力機器人實現(xiàn)流暢避障行走、與身處環(huán)境中的物體精準互動，實現(xiàn)真正的人工智能化，不再只是停留在“高級玩具”的尷尬階段。 未來，MYNTAI小覓智能將一如既往得踏實前進，努力將小覓雙目攝像頭(MYNT EYE)系列產(chǎn)品發(fā)展成為行業(yè)領先的雙目技術研發(fā)與應用硬件解決方案。

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