Neuromorphic Camera 幫助無(wú)人機(jī)在沒有 GPS 的情況下導(dǎo)航

基于衛(wèi)星的導(dǎo)航是大多數(shù)現(xiàn)代定位系統(tǒng)的基石，但并非總是值得信賴。兩家公司現(xiàn)在正在聯(lián)手通過將神經(jīng)形態(tài)傳感技術(shù)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng) （INS） 融合來為無(wú)人機(jī)創(chuàng)建無(wú) GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)。
GPS 依靠與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線通信的接收器單元，以令人難以置信的精度對(duì)用戶的位置進(jìn)行三角測(cè)量。但這些信號(hào)容易受到大型建筑物、茂密樹葉或極端天氣的干擾，甚至可以使用欺騙性的無(wú)線電信號(hào)故意干擾。
這促使設(shè)計(jì)了可在 GPS 故障時(shí)使用的替代導(dǎo)航方法，但它們有局限性。INS 使用加速度計(jì)和陀螺儀等傳感器從已知起點(diǎn)跟蹤車輛的位置。然而，小的測(cè)量誤差會(huì)隨著時(shí)間的推移而累積，最終會(huì)導(dǎo)致定位精度逐漸漂移。視覺導(dǎo)航系統(tǒng)使用攝像頭掃描飛機(jī)下方的地形并找出它的位置，但這需要大量的計(jì)算和數(shù)據(jù)資源，這使得更小、更便宜的車輛無(wú)法獲得。

“這兩件事結(jié)合在一起，確實(shí)巧妙地解決了在具有挑戰(zhàn)性、沒有 GPS 的環(huán)境中導(dǎo)航的問題。你可以在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)旅行非常長(zhǎng)的距離。- CHRIS SHAW，高級(jí)導(dǎo)航

現(xiàn)在，兩家導(dǎo)航技術(shù)公司已經(jīng)聯(lián)手合并了這些方法，并實(shí)現(xiàn)了兩全其美的優(yōu)勢(shì)。NILEQ 是總部位于英國(guó)布里斯托爾的英國(guó)導(dǎo)彈制造商 MBDA 的子公司，生產(chǎn)一種依賴于神經(jīng)形態(tài)相機(jī)的低功耗視覺導(dǎo)航系統(tǒng)?，F(xiàn)在，這將與澳大利亞悉尼 Advanced Navigation 開發(fā)的基于光纖的 INS 集成，以創(chuàng)建一個(gè)定位系統(tǒng)，讓低成本無(wú)人機(jī)在沒有 GPS 的情況下可靠地導(dǎo)航。
“這兩件事結(jié)合在一起，確實(shí)巧妙地解決了在具有挑戰(zhàn)性、沒有 GPS 的環(huán)境中導(dǎo)航的問題，”Advanced Navigation 的首席執(zhí)行官 Chris Shaw 說?！澳憧梢栽诜浅ｉL(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)旅行非常長(zhǎng)的距離。”
Shaw 說，在決定車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，總是需要權(quán)衡價(jià)格與性能。在無(wú)人機(jī)等低成本平臺(tái)上安裝昂貴、高精度的 INS 通常沒有意義，但更小、更便宜的 INS 更容易出現(xiàn)定位漂移?！坝袝r(shí)可能只有 10 到 20 分鐘，然后你就會(huì)開始出現(xiàn)如此大的誤差增長(zhǎng)，以至于位置精度不夠好，”Shaw 說。

放棄 GPS 轉(zhuǎn)而使用相機(jī)
視覺導(dǎo)航系統(tǒng)可以通過定期向 INS 提供高精度位置更新來提供解決方法，它可以使用它來重新校準(zhǔn)其位置。但是，這些系統(tǒng)中使用的高分辨率相機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這必須與使用計(jì)算成本高昂的算法的龐大衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較。在無(wú)人機(jī)等功率受限的小型飛行器上安裝這些類型的計(jì)算資源通常是不可行的。
NILEQ 的系統(tǒng)通過使用神經(jīng)形態(tài)相機(jī)顯著減少了視覺導(dǎo)航所需的資源。受人類視網(wǎng)膜工作方式的啟發(fā)，這些設(shè)備不捕獲一系列圖像，而是跟蹤傳感器各個(gè)像素的亮度變化。與傳統(tǒng)相機(jī)相比，它生成的數(shù)據(jù)要少得多，運(yùn)行速度也快得多。

“將神經(jīng)形態(tài)相機(jī)與低成本、廉價(jià)的慣性傳感器一起使用 [提供] 巨大的成本和尺寸優(yōu)勢(shì)?！? CHRIS SHAW，高級(jí)導(dǎo)航

該公司表示，其專有算法實(shí)時(shí)處理攝像頭輸出，為車輛經(jīng)過的特定土地創(chuàng)建地形指紋。然后將其與存儲(chǔ)在車輛上的衛(wèi)星圖像生成的地形指紋數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較。據(jù) MBDA 未來概念主管 Phil Houghton 稱，創(chuàng)建這些指紋的過程會(huì)壓縮數(shù)據(jù)?！斑@意味著加載到主機(jī)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)庫(kù)大小很小，實(shí)時(shí)搜索它只需要最少的計(jì)算，”他補(bǔ)充道。
另一方面，Houghton 說，神經(jīng)形態(tài)相機(jī)目前無(wú)法使用紅外線進(jìn)行操作，而紅外線將使夜間操作成為可能。但他說，紅外神經(jīng)形態(tài)相機(jī)目前正在開發(fā)中，應(yīng)該會(huì)在未來幾年內(nèi)推出。
Shaw 說，神經(jīng)形態(tài)相機(jī)比傳統(tǒng)相機(jī)更昂貴，通常成本在 1000 美元左右。但事實(shí)是，它們可以與便宜得多的 INS 結(jié)合使用，這抵消了這一點(diǎn)。“一些真正高端的導(dǎo)航系統(tǒng)可能會(huì)花費(fèi)數(shù)十萬(wàn)美元，”他說?！斑@種將神經(jīng)形態(tài)相機(jī)與低成本、廉價(jià)的慣性傳感器一起使用的方法，在成本和尺寸上都有很大的好處。”
除了提供 INS 之外，Advanced Navigation 還將使用其人工智能驅(qū)動(dòng)的傳感器融合軟件將兩種技術(shù)的輸出相結(jié)合，并提供單一、可靠的位置讀數(shù)，無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)可以像使用 GPS 信號(hào)一樣使用?！斑@個(gè)領(lǐng)域的很多客戶都想要一些他們基本上可以插入的東西，而且沒有很大的學(xué)習(xí)曲線，”Shaw 說?！八麄儾幌胍魏渭?xì)節(jié)?！?br/>Shaw 補(bǔ)充說，兩家公司計(jì)劃在今年晚些時(shí)候開始組合導(dǎo)航系統(tǒng)的飛行試驗(yàn)，目標(biāo)是在 2025 年年中之前將產(chǎn)品送到客戶手中。