自主車輛和機器人領域通常采用激光雷達作為主要的系統導航傳感器。但相機和基于視覺的感知將越來越多地成為移動機器人的技術基礎。

大多數自動駕駛汽車制造商將高端3D激光雷達（LiDAR）以及其他傳感器納入他們的車輛，以便為他們提供足夠的數據，充分了解他們的周圍環境并安全運行。然而，在2019年4月，埃隆-馬斯克在特斯拉的自動駕駛日上告訴與會者，LiDAR是一個 "傻瓜的差事"--任何依賴它的人都是 "注定的"，指的是特斯拉對基于視覺的感知的偏愛。

LiDAR/視覺的辯論一直持續到今天。但從那時起，自動駕駛汽車市場對攝像頭和計算機視覺的重視程度在穩步提高。

基于視覺的AMR導航

最近，在移動機器人市場上也出現了同樣的爭論，幾十年來，傳統的二維激光雷達一直是主流的導航傳感器。一些AMR制造商，包括Canvas Technology（被亞馬遜收購）,Gideon Brothers和Seegrid，已經開發了具有不同程度的基于視覺的導航的AMR。

這些AMR公司選擇基于攝像頭的導航解決方案的原因之一是，與LiDAR相比，視覺系統的成本較低。但最令人信服的原因是基于視覺的系統能夠實現全三維定位和感知。

尋求替代方案

三維激光雷達也是希望在其系統中增加三維感知能力的機器人開發商的一個選擇。但是，雖然3D LiDAR解決方案的價格在過去幾年中有所下降，但3D感知的總系統成本仍然是成千上萬美元。

對于機器人領域來說，汽車級3D LiDAR的成本通常很高。因此，機器人制造商繼續尋求成本較低的3D LiDAR替代品來實現3D感知。

攝像機可以看到天花板、地板上的自然特征，以及設施另一側的遠處。

基于攝像頭的視覺系統

基于相機的視覺系統本質上可以應對感知的挑戰，因為它們可以 "看到 "其視野內的一切并將其數字化。 利用其他行業的規模經濟，即使成本低于20美元的相機也能提供足夠的分辨率和視野，以支持強大的定位、障礙物檢測和更高水平的感知。

在具有挑戰性的環境中進行定位

基于視覺的導航的另一個重要優勢是能夠處理LiDAR失去穩健性的挑戰性環境。典型的例子是物流倉庫，那里的一排排機架和貨架系統在整個設施中重復出現。

攝像機還可以看到天花板、地板上的自然特征，以及設施另一側的遠處。但是LiDAR所能看到的世界的二維 "切片 "根本不足以區分這些環境中不同的、重復的特征。因此，基于LiDAR的機器人在許多情況下會感到困惑，甚至完全迷失。

這些挑戰也適用于開放或高度動態的環境，如交叉碼頭和開放的倉儲設施。LiDAR在上次訪問時看到并解釋的 "切片 "現在可能是開放空間--或者完全是其他東西。

最終，為了實現真正的智能自主行為，導航系統必須提供人類水平的三維感知。

三維感知和場景理解

最后，也是最重要的，基于視覺的感知可以實現其他類型的傳感器根本無法實現的功能。最終，為了實現真正的智能自主行為，導航系統必須提供人類水平的三維感知。例如，由于攝像機可以檢測到紋理和顏色，因此能夠區分人行道的邊緣和道路的邊緣。這可以為送貨機器人創造顯著的安全優勢，因為機器人可以利用這一視覺信息精確地沿著其邊緣導航，就像人類一樣。

這種能力在倉庫和生產設施中非常有用，因為那里的行人道路是用線條和地板標記來定義的。 基于攝像頭的系統甚至可以讀取標志和符號，提醒人類和機器人注意臨時關閉、潮濕的地板和繞道。 基于視覺的導航系統還能夠在室內和室外環境中工作--開辟了新的用例和應用。

挑戰

在低成本的硬件上將來自相機的大量數據轉換為3D感知是一個巨大的技術和工程挑戰。這個過程需要工程師具備大量的人工智能、計算機視覺和傳感器融合方面的專業知識，同時還需要有配套的技術。

值得慶幸的是，基于攝像頭的3D感知的強大的、可執行的解決方案現在已被機器人工程師所接受。例如，RGo機器人公司的解決方案--感知引擎，是一個全棧式的軟件解決方案，使制造商能夠迅速提供下一代的能力。在一些應用中，它能夠只利用一個攝像頭來實現精確的三維定位和感知。它的寬視場相機還能夠識別人類和周圍的其他障礙物。這種水平的場景理解使移動機器人在人類周圍的行為更加自然和協作。

其他模式

綜上所述，包括LiDAR在內的傳統傳感器模式仍然具有重要價值。最近在低成本MEMS三維激光雷達方面取得的進展令人鼓舞，當與相機結合時，可以為機器人系統增加具有成本效益的穩健性和豐富的三維制圖能力。

但馬斯克說的沒錯，相機和計算機視覺應該作為任何移動機器人導航系統的基礎。未來幾年肯定會看到動態變化，因為隨著自主車輛和機器人行業的進步，最先進的技術也在不斷發展。

關于作者

Peter Secor作為市場營銷和業務發展高級副總裁，負責建立RGo機器人公司的品牌，并為公司尋找新的客戶和市場機會。 在加入RGo之前，他曾在物聯網、工業自動化、機器人和3D打印的前沿和交叉領域的公司擔任變革性職務，包括iRobot和Stratasys。 Secor的職業生涯開始于管理顧問，他專門為工業自動化市場的財富500強公司提供企業戰略發展和并購，包括羅克韋爾自動化、西門子和霍尼韋爾。 他擁有新罕布什爾大學的機械工程學士學位和哥倫比亞大學哥倫比亞商學院的MBA學位，主修技術增長營銷。