基于动态视觉传感技术快速操作的机器人

【编者按】我们都喜闻乐见于看到四轴飞行器快速而精确的空中花式飞行表演。但在这背后，类似这些的机械都无一例外由内置的捕捉动作装置所控制。四轴飞行器可说是瞎子机器人，完全由不知哪里的电脑以眩目的摄像头刷新率监控全局而得以操控。这种装置往往由昂贵的摄像头组成。

在实验室外快速操作机器人将有一些创新的方法了。一种称为动态视觉传感器(DVS)的特殊摄像头解决了现有视觉系统对快速运动处理无力的问题。

现有的摄像头无力处理动态捕捉，是因为它们获取数据方式所致。它们说到底还仅仅是摄像头，每秒输出整个序列的图像(就是我们说的帧数)。每一帧都含有摄像头快门周期内整合的完整图像数据，看似不错，但还是会出现照相机的问题：如果有样东西在快门打开时突然移动，它自己的图像就模糊了。

大多数情况下，这对机器人(或者人类)来说并不是个问题，因为我们并不是在操作(或观察)高速运行的的物体。但是，对于飞行机器人来说，因为它们运行速度很快，导致需要更好的精确度来跟踪它们的轨迹。而在自然环境中，用现有的摄像头完成这一点很困难，因为在你身边万物在摄像头眼里就是一大坨各种像素。

DVS之所以是一台特殊的摄像机，就像这种描述所说那样：好吧，真要移动那么快的话，我们除了移动的物体外就啥都不理了。不同于反馈每一帧数据，DVS只在像素发生变化时传送基于该像素的数据。

换句话来说，它会反馈回所有东西的轮廓，这些是很快速的轮廓视觉残像(微秒级别)，同时对动作模糊部分留意。下面是2008年一个作品实例——自平衡铅笔：

下面是它的工作原理，而这也是应用在预估四轴飞行器翻滚动作(高达每秒1200度旋转)时的背景原理：

在飞行器上(比方说一台改装的AR Drone)使用的摄像头，它在立体空间的分辨率只有128×128像素，但它的视觉残像仅有个位数微秒级。而在外壁上你所看到的光学摄像头仅仅是用来航拍用途。在25次试验中，DVS及控制系统准确跟踪了机器人24次，成功率达到96%，令人满意。

在这点上，自主飞行机器人几乎完全被板载传感系统的延迟率所困。从前文可以得知，用DVS能解决这种问题，最起码也是视觉上的问题。苏黎世大学相关研究者们后续工作将是增加DVS分辨率、使它能在环境中独立工作，并最终能够完全自主控制。

苏黎世大学的Elias Mueggler、Basil Huber和Davide Scaramuzza在2014年芝加哥国际智能机器人及控制系统年会上展出了基于动作控制的高速6方向飞行器。

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