激光雷达一般用于扫描一个平面内的障碍物,适用于适用于平面运动的机器人(如无人车、扫地机器人)。许多行业分析师认为,激光雷达是实现全自动驾驶的关键传感器,其产品被以 Google、百度为代表的企业认可。 不过,激光雷达制造成本高,价格十分昂贵,比如 Google 无人车目前使用的激光传感器单个定制成本在 8 万美元左右,百度采购一台激光雷达也要 70 万人民币。

成本已然成为激光雷达普及最大的拦路虎。2016 年 8 月福特和百度一起投资了激光雷达厂商 Velodyne LiDAR 1.5 亿美元,目的就是帮助 Velodyne 降低激光传感器的成本。Velodyne 希望将激光雷达的价格降到 300 到 500 美元之间,以满足大众汽车市场。 视觉 SLAM视觉 SLAM 是 21 世纪 SLAM 研究热点之一。

CPU、GPU 处理速度的增长和硬件的提高,让许多以前被认为无法实时化的视觉算法,得以在 10 Hz 以上的速度运行。按照摄像头的数量和种类分,视觉 SLAM 分 3 个子方向:单目、双目(或多目)、RGBD。此外,还有鱼眼、全景等特殊摄像头,但是都属于少数。单目相机 SLAM 只需要一个普通的 2D 摄像头,成本优势大。

但普通 2D 摄像头没法获取深度信息,它捕获的仅仅是一张 2D 图像。深度信息缺失有什么影响?如果没有距离信息,就不知道一个东西的远近,也不知道它的大小。它可能是一个近处但很小的东西,也可能是一个远处但很大的东西。仅仅凭借一张图像时,你没法知道物体的实际的大小。 另一方面,单目相机也无法依靠一张图像获得图像中物体离自己的相对距离。

但这两个问题都有对应的解决办法。比如,通过借助 GPU 和 IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量器件)确定物体的大小,依靠运动中的三角测量,来求解相机运动并估计像素的空间位置。双目 SLAM 消除了单目的很多麻烦。双目视觉和人眼类似,通过左右眼图像的差异来计算距离——也就是所谓的立体视觉(Stereo)。

但双目 SLAM 的计算量非常大,通常需要用到可编程门阵列 FPGA。而且其其深度量程也受双目的基线与分辨率限制。RGBD SLAM 的传感器是深度摄像头,能直接记录深度信息。深度摄像头通过把光投射到物体表面,再测量反射的信息来计算距离,具体原理有两种:结构光或 Time-of-Flight。它比传统相机能够提供更丰富的信息,也不必像单目或双目那样费时费力地计算深度。

Kinect 就是一种比较常见的深度摄像头。不过,现在多数 RGBD 相机还存在测量范围窄、噪声大、视野小等诸多问题。 一个机器人也好,无人汽车也好,其最核心、最根本的问题有四个:定位技术、 跟踪技术、 路径规划技术(Path Planning), 还有就是控制技术(Controlling)。

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