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牛逼哄哄的SLAM技術 即將顛覆哪些領域?

發布時間: 2016-12-21 16:26   1439 次瀏覽

什么是SLAM?機器人在未知環境中,要實現智能化需要完成三個任務,******個是定位(Localization),第二個是建圖(Mapping),第三個則是隨后的路徑規劃(Navigation)。

  之前地平線的高翔博士用這樣一句話概括SLAM的釋義,不過實際生活中的SLAM都是和激光雷達或者單目/雙目攝像頭結合的形式出現在我們面前的,有時甚至跟更多的傳感器融合,這讓很多人覺得這個技術不是一兩句話能概括清楚的,但當我們熟悉完它在每一個領域的應用啊,就會明白,它,SLAM,原來是這樣一個東西,而且會比我們所想象的要重要的多。

  兩年前,掃地機就是它的代言人

  若是兩年前有人跟我們提SLAM技術的話,很多人的印象是那個是用在室內移動機器人上的技術,如果非要找個剛需場景的話,掃地機那邊畫圖邊掃地的樣子簡直是******像向陌生人解釋這東西有多牛掰的神器。

  但是,誰也沒料到,兩年后,因為計算機視覺技術的快速發展,攝像頭和激光雷達成本的降低,SLAM正在AR、機器人、無人機、無人駕駛等領域火速入侵,用夸張點的說法,就像移動互聯網時代的手機地圖定位一樣,只要是跟位置相關的生意,誰拋棄了這張地圖,誰將拋棄了自己的未來。

  SLAM的世紀意義

  至于Slam技術為什么這么重要,用SLAM技術發燒友Guang Ling的話說。

  一個機器人也好,無人汽車也好,其中***核心,***根本的問題有四個,定位技術(Localization), 跟蹤技術(Tracking), 路徑規劃技術(Path Planning), 還有就是控制技術(Controlling)。 而這四個問題中的前三個,SLAM都扮演了***核心的功能, 其意義,打個比方,就像移動互聯網時代中,wifi和3/4G數據傳輸技術對手機的意義,是一樣的。扮演一個***核心,也是***不可或缺的角色。

  若是手機離開了wifi和數據網絡,就像無人車和機器人,離開了SLAM一樣。但對于AR和AI來說,因為這兩個品類非常寬泛,所以,SLAM對其影響,就相對比較有限。

  它正在入侵這些領域

  一個技術重要的******證據,就是看見它正在在各個領域深入應用,并且各個領域都視它為未來,下面我們從這四個時下***熱的領域一窺它的火爆。

  1)室內機器人

  掃地機要算機器人里***早用到SLAM技術這一批了,國內的科沃斯、塔米掃地機通過用SLAM算法結合激光雷達或者攝像頭的方法,讓掃地機可以高效繪制室內地圖,智能分析和規劃掃地環境,從而成功讓自己步入了智能導航的陣列。

  不過有意思的是,科沃斯引領時尚還沒多久,一大幫懂Slam算法的掃地機廠商就開始陸陸續續地推出自己的智能導航,直到昨天雷鋒網還看到一款智能掃地機新鮮出爐,而這追逐背后的核心,大家都知道就是SLAM技術的應用。

  

  而另一個跟SLAM息息相關的室內移動機器人,因為目前市場定位和需求并不明確,我們目前只能在商場導購室內機器人和Buddy那樣的demo視頻里才能看到,國內Watchhhh Slam和Slam Tech兩家公司都是做這方面方案提供的,以現實的觀點看,現在室內移動機器人市場定位和需求沒落地的時候,由方案商公司推動,商用室內移動機器人先行,這反而是一種曲線救國的發展方式。

  2)AR

  目前基于SLAM技術開發的代表性產品有微軟的Hololens,谷歌的Project Tango以及同樣有名的Magic Leap,后者4月20號公布它的新一代水母版demo后,國內的AR公司更加看到了這個趨勢,比如進化動力近期就公布了他們的SLAM demo, 用一個小攝像頭實現VR頭顯空間定位,而易瞳去年10月雷鋒網(搜索“雷鋒網”公眾號關注)去試用新品的時候,就發現已經整合SLAM技術了,國內其他公司雖然沒有正式公布,但我們可以肯定,他們都在暗暗研發這項技術,只等一個成熟的時機就會展現給大家。

  

  進化動力CTO聶崇嶺向雷鋒網表示,如果用一個準確的說法

  很多VR應用需要用到SLAM技術,定位只是一個feature,路徑記錄、3D重構、地圖構建都可以是SLAM技術的輸出。

  3)無人機

  國外的話,原來做 Google X Project Wing 無人機的創始人 MIT 機器人大牛 Nicholas Roy 的學生 Adam Bry 創辦的 Skydio,挖來了 Georgia Tech 的 Slam 大牛教授 Frank Dellaert 做他們的首席科學家。

  國內大家非常熟悉的大疆精靈四避障用的雙目視覺+超聲波,一位大疆工程師徐梟涵在百度百家的撰文里坦率承認

  “P4里面呈現的主動避障功能就是一種非常非常典型的Slam的弱應用,無人機只需要知道障礙物在哪,就可以進行 Planning,并且繞開障礙物。當然Slam能做的事情遠遠不止這些,包括災區救援,包括探洞,包括人機配合甚至集群,所有的關于無人機的夢想都建立在Slam之上,這是無人機能飛(具有定位,姿態確定以后)的時代以后,無人機***核心的技術。”

  

  而近期另一個號稱刷爆美國朋友圈的hover camera無人機,因為其創始人的的計算機視覺背景,正式把SLAM技術應用進來了,在介紹他們無人機的主要技術時,提到

  ●SLAM(即時定位與地圖構建):通過感知自身周圍環境來構建3D增量式地圖,從而實現自主定位和導航。

  4)無人駕駛

  因為Google無人駕駛車的科普,很多人都知道了基于激光雷達技術的Lidar Slam。Lidar Slam是指利用激光雷達作為外部傳感器,獲取地圖數據,使機器人實現同步定位與地圖構建。雖然成本高昂,但目前為止是***穩定、***可靠、高性能的SLAM方式。

  

  SLAM技術在這個行業的應用,跟在那個行業的應用,區別在哪里

  既然SLAM技術如文章第三段所說,它對于機器人是個通用技術,要更深入的了解它,你只能通過它在不同領域應用的異同來比較,你才會知道它到底是個什么東西。

  * 關于SLAM技術在AR行業的應用,跟在機器人上使用時有什么不同的地方。Watchhhh Slam創始人劉博士在接受arinchina采訪的時候曾給出了很好的答案,雷鋒網這里就不重復了:

  1)精度上,AR一般更關注于局部精度,要求恢復的相機運動避免出現漂移、抖動,這樣疊加的虛擬物體才能看起來與現實場景真實地融合在一起;機器人一般更關注全局精度,需要恢復的整條運動軌跡誤差累積不能太大,循環回路要能閉合,而在某個局部的漂移、 抖動等問題往往對機器人應用來說影響不大。

  2)效率上,AR需要在有限的計算資源下實時求解,人眼的刷新率為24幀,所以AR的計算效率通常需要到達30幀以上; 機器人本身運動就很慢,可以把幀率降低,所以對算法效率的要求相對較低。

  3)配置上,AR對硬件的體積、功率、成本等問題比機器人更敏感,比如機器人上可以配置魚眼、雙目或深度攝像頭、高性能CPU等硬件來降低SLAM的難度,而AR應用更傾向于采用更為高效、魯邦的算法達到需求。

  * 關于SLAM技術在AR行業的應用,跟在無人機行業的應用有什么不同的地方,易瞳CTO艾韜表示

  無人機范圍大,精度要求沒那么高,有其他的光流、超聲波傳感器的輔助;而應用在AR的話,AR的幀率要求高,定位要求更高,對體驗也要求更高。

  * 關于SLAM技術在機器人行業的應用,跟在無人車行業的應用有什么不同的地方,Velodyne激光雷達的老翁表示

  SLAM在無人駕駛中的應用和移動機器人中的應用,從原理上講,沒有任何區別,無人駕駛汽車,就是移動機器人中的一種。sabastian教授的《Aritificial Inteligence for Robot》教程中,直接把無人駕駛汽車,叫做移動機器人。

  但實際應用場景的差別,會讓傳感器和所用激光雷達的成本很不一樣。

  * 關于SLAM技術在無人機行業的應用,跟在無人車行業的應用有什么不同的地方,Velodyne激光雷達的老翁接著表示

  關于無人車和無人機中,Slam的區別,******的區別是二維和三維。無人車是二維,無人機是三維。SLAM在二維世界中,有三個量,x軸,y軸,和方向角。三維世界中,會復雜很多,有6個量,x,y,z,roll,yaw,pitch。就是說,在確定位置時,無人機要多確定三個量,相應的計算量會大很多。但是原理仍然是一樣的。

  SLAM在同一個行業的應用,用攝像頭和激光雷達的區別在哪里

  很多人注意到,同一個行業的SLAM應用,有人用相對傳統的激光雷達技術,有人用號稱必定是未來趨勢的計算機視覺(單目+雙目攝像頭),以室內機器人為例,他們的區別在哪里呢?

  速騰聚創CEO邱純鑫表示

  區別應該從傳感器分,再從算法上分,他們精度上目前能做到差不多,激光相對要穩定一些,而幀數,視覺要快很多,比如比30針(人眼上限)要快很多,畢竟每秒出數不同,配置的話,現在激光雷達也有平價華的方案了,配置要求都不是那么高。

  而以無人機為例,不管精靈四還是Hover camera的SLAM,各家都要在slam技術上結合額外的超聲波或者光流技術定位,雷鋒網問邱純鑫這是不是表明純SLAM技術有硬傷,邱純鑫表示

  純SLAM算法是有些問題的,比如基于已經地圖的SLAM還是基于未知環境的SLAM,后者就有難度。

  小結:

  從上面SLAM在各大領域的小荷才露尖尖角,我們已經嗅到了SLAM將在各個領域全面入侵的苗頭,如果僅僅是一個無人機行業,借用大疆那位工程師的經典點評“所有的關于無人機的夢想都建立在Slam之上”,那其它行業Slam將帶給我們怎樣的震撼,你能預見嗎?