Neuromorphic Camera 幫助無(wú)人機在沒(méi)有 GPS 的情況下導航

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

“這兩件事結合在一起，確實(shí)巧妙地解決了在具有挑戰性、沒(méi)有 GPS 的環(huán)境中導航的問(wèn)題。你可以在很長(cháng)的時(shí)間內旅行非常長(cháng)的距離。- CHRIS SHAW，高級導航

現在，兩家導航技術(shù)公司已經(jīng)聯(lián)手合并了這些方法，并實(shí)現了兩全其美的優(yōu)勢。NILEQ 是總部位于英國布里斯托爾的英國導彈制造商 MBDA 的子公司，生產(chǎn)一種依賴(lài)于神經(jīng)形態(tài)相機的低功耗視覺(jué)導航系統?，F在，這將與澳大利亞悉尼 Advanced Navigation 開(kāi)發(fā)的基于光纖的 INS 集成，以創(chuàng )建一個(gè)定位系統，讓低成本無(wú)人機在沒(méi)有 GPS 的情況下可靠地導航。
“這兩件事結合在一起，確實(shí)巧妙地解決了在具有挑戰性、沒(méi)有 GPS 的環(huán)境中導航的問(wèn)題，”Advanced Navigation 的首席執行官 Chris Shaw 說(shuō)?！澳憧梢栽诜浅ｉL(cháng)的時(shí)間內旅行非常長(cháng)的距離?！?br/>Shaw 說(shuō)，在決定車(chē)輛的導航系統時(shí)，總是需要權衡價(jià)格與性能。在無(wú)人機等低成本平臺上安裝昂貴、高精度的 INS 通常沒(méi)有意義，但更小、更便宜的 INS 更容易出現定位漂移?！坝袝r(shí)可能只有 10 到 20 分鐘，然后你就會(huì )開(kāi)始出現如此大的誤差增長(cháng)，以至于位置精度不夠好，”Shaw 說(shuō)。

放棄 GPS 轉而使用相機
視覺(jué)導航系統可以通過(guò)定期向 INS 提供高精度位置更新來(lái)提供解決方法，它可以使用它來(lái)重新校準其位置。但是，這些系統中使用的高分辨率相機會(huì )產(chǎn)生大量數據，這必須與使用計算成本高昂的算法的龐大衛星圖像數據庫進(jìn)行比較。在無(wú)人機等功率受限的小型飛行器上安裝這些類(lèi)型的計算資源通常是不可行的。
NILEQ 的系統通過(guò)使用神經(jīng)形態(tài)相機顯著(zhù)減少了視覺(jué)導航所需的資源。受人類(lèi)視網(wǎng)膜工作方式的啟發(fā)，這些設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。與傳統相機相比，它生成的數據要少得多，運行速度也快得多。

“將神經(jīng)形態(tài)相機與低成本、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?！? CHRIS SHAW，高級導航

該公司表示，其專(zhuān)有算法實(shí)時(shí)處理攝像頭輸出，為車(chē)輛經(jīng)過(guò)的特定土地創(chuàng )建地形指紋。然后將其與存儲在車(chē)輛上的衛星圖像生成的地形指紋數據庫進(jìn)行比較。據 MBDA 未來(lái)概念主管 Phil Houghton 稱(chēng)，創(chuàng )建這些指紋的過(guò)程會(huì )壓縮數據?！斑@意味著(zhù)加載到主機平臺上的數據庫大小很小，實(shí)時(shí)搜索它只需要最少的計算，”他補充道。
另一方面，Houghton 說(shuō)，神經(jīng)形態(tài)相機目前無(wú)法使用紅外線(xiàn)進(jìn)行操作，而紅外線(xiàn)將使夜間操作成為可能。但他說(shuō)，紅外神經(jīng)形態(tài)相機目前正在開(kāi)發(fā)中，應該會(huì )在未來(lái)幾年內推出。
Shaw 說(shuō)，神經(jīng)形態(tài)相機比傳統相機更昂貴，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 結合使用，這抵消了這一點(diǎn)?！耙恍┱嬲叨说膶Ш较到y可能會(huì )花費數十萬(wàn)美元，”他說(shuō)?！斑@種將神經(jīng)形態(tài)相機與低成本、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?！?br/>除了提供 INS 之外，Advanced Navigation 還將使用其人工智能驅動(dòng)的傳感器融合軟件將兩種技術(shù)的輸出相結合，并提供單一、可靠的位置讀數，無(wú)人機的導航系統可以像使用 GPS 信號一樣使用?！斑@個(gè)領(lǐng)域的很多客戶(hù)都想要一些他們基本上可以插入的東西，而且沒(méi)有很大的學(xué)習曲線(xiàn)，”Shaw 說(shuō)?！八麄儾幌胍魏渭毠??！?br/>Shaw 補充說(shuō)，兩家公司計劃在今年晚些時(shí)候開(kāi)始組合導航系統的飛行試驗，目標是在 2025 年年中之前將產(chǎn)品送到客戶(hù)手中。