Neuromorphic Camera 幫助無人機在沒有 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。兩家公司現在正在聯手通過將神經形態傳感技術與慣性導航系統 （INS） 融合來為無人機創建無 GPS 導航系統。
GPS 依靠與衛星網絡進行無線通信的接收器單元，以令人難以置信的精度對用戶的位置進行三角測量。但這些信號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線電信號故意干擾。
這促使設計了可在 GPS 故障時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跟蹤車輛的位置。然而，小的測量誤差會隨著時間的推移而累積，最終會導致定位精度逐漸漂移。視覺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、更便宜的車輛無法獲得。

“這兩件事結合在一起，確實巧妙地解決了在具有挑戰性、沒有 GPS 的環境中導航的問題。你可以在很長的時間內旅行非常長的距離。- CHRIS SHAW，高級導航

現在，兩家導航技術公司已經聯手合并了這些方法，并實現了兩全其美的優勢。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，生產一種依賴于神經形態相機的低功耗視覺導航系統。現在，這將與澳大利亞悉尼 Advanced Navigation 開發的基于光纖的 INS 集成，以創建一個定位系統，讓低成本無人機在沒有 GPS 的情況下可靠地導航。
“這兩件事結合在一起，確實巧妙地解決了在具有挑戰性、沒有 GPS 的環境中導航的問題，”Advanced Navigation 的首席執行官 Chris Shaw 說。“你可以在非常長的時間內旅行非常長的距離。”
Shaw 說，在決定車輛的導航系統時，總是需要權衡價格與性能。在無人機等低成本平臺上安裝昂貴、高精度的 INS 通常沒有意義，但更小、更便宜的 INS 更容易出現定位漂移。“有時可能只有 10 到 20 分鐘，然后你就會開始出現如此大的誤差增長，以至于位置精度不夠好，”Shaw 說。

放棄 GPS 轉而使用相機
視覺導航系統可以通過定期向 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其位置。但是，這些系統中使用的高分辨率相機會產生大量數據，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行比較。在無人機等功率受限的小型飛行器上安裝這些類型的計算資源通常是不可行的。
NILEQ 的系統通過使用神經形態相機顯著減少了視覺導航所需的資源。受人類視網膜工作方式的啟發，這些設備不捕獲一系列圖像，而是跟蹤傳感器各個像素的亮度變化。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。

“將神經形態相機與低成本、廉價的慣性傳感器一起使用 [提供] 巨大的成本和尺寸優勢。”- CHRIS SHAW，高級導航

該公司表示，其專有算法實時處理攝像頭輸出，為車輛經過的特定土地創建地形指紋。然后將其與存儲在車輛上的衛星圖像生成的地形指紋數據庫進行比較。據 MBDA 未來概念主管 Phil Houghton 稱，創建這些指紋的過程會壓縮數據。“這意味著加載到主機平臺上的數據庫大小很小，實時搜索它只需要最少的計算，”他補充道。
另一方面，Houghton 說，神經形態相機目前無法使用紅外線進行操作，而紅外線將使夜間操作成為可能。但他說，紅外神經形態相機目前正在開發中，應該會在未來幾年內推出。
Shaw 說，神經形態相機比傳統相機更昂貴，通常成本在 1000 美元左右。但事實是，它們可以與便宜得多的 INS 結合使用，這抵消了這一點。“一些真正高端的導航系統可能會花費數十萬美元，”他說。“這種將神經形態相機與低成本、廉價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動的傳感器融合軟件將兩種技術的輸出相結合，并提供單一、可靠的位置讀數，無人機的導航系統可以像使用 GPS 信號一樣使用。“這個領域的很多客戶都想要一些他們基本上可以插入的東西，而且沒有很大的學習曲線，”Shaw 說。“他們不想要任何細節。”
Shaw 補充說，兩家公司計劃在今年晚些時候開始組合導航系統的飛行試驗，目標是在 2025 年年中之前將產品送到客戶手中。