В 2013 году, когда команда Robodem готовилась к конкурсу «Летающие роботы», она выбрала для квадрокоптера только камеру и объяснила выбор тем, что остальные датчики ограничены. С тех пор технологии изменились, но сама логика выбора осталась. Ниже — сравнение, где отмечено, что из тогдашних оценок устарело.
Сводная таблица
| Датчик | Что измеряет | Сильные стороны | Слабые стороны |
|---|---|---|---|
| Ультразвуковой (сонар) | расстояние по времени эха | дёшев, прост, не зависит от освещения | широкий луч, помехи между датчиками, ложные отражения от гладких поверхностей, малая дальность |
| ИК-дальномер | расстояние по углу или интенсивности отражения | малые размер и цена, быстрый отклик | малая дальность, зависимость от цвета и яркого света |
| Лидар | расстояние лазерным лучом, сканирование в плоскости или объёме | точный, хорошая дальность | цена, масса и энергопотребление (особенно для 3D); чувствителен к стеклу, дождю и пыли |
| Активная глубинная камера (вроде Kinect) | облако точек на коротких расстояниях | быстро даёт «карту глубины» в помещении | малая дальность, помехи от солнца |
| Камера (в том числе стерео) | изображение; глубина — по стереопаре | пассивная, лёгкая, огромная дальность и разрешение | нужны алгоритмы и вычисления; зависит от освещения |
Сонар
Сонар посылает ультразвуковой импульс и измеряет время возвращения эха. Хорош для обхода близких препятствий на колёсных роботах. Проблемы: несколько датчиков могут «слышать» друг друга, а гладкая наклонная поверхность отражает звук мимо приёмника.
Инфракрасный дальномер
Простой и компактный датчик для коротких дистанций. Показания зависят от цвета, фактуры поверхности и посторонней подсветки, поэтому его удобно использовать как датчик «край стола» или «близко стена», а не для измерения точных расстояний.
Лидар
Лидар измеряет расстояние лазерным лучом. В отчёте 2013 года он назван дорогим, «не видящим объёма» и «слепнущим в ясную погоду». Сегодня эту оценку надо пересматривать: появились компактные недорогие модели, твердотельные сканеры и трёхмерные лидары, однако стекло, зеркала, сильный дождь и пыль по-прежнему создают трудности, а энергопотребление и масса для малых дронов остаются существенными.
Активные глубинные камеры
Камеры вроде Kinect проецируют структурированный инфракрасный рисунок и по его искажениям считают глубину. Отлично работают в помещении на коротких дистанциях, но на улице солнечный свет «забивает» проекцию.
Камера
Камера пассивна: она ничего не излучает и поэтому не создаёт помех другим устройствам. Масса и энергопотребление сравнимы с сонаром, скорость — с лидаром, а по дальности и разрешению у обычной оптики конкурентов мало. Цена — алгоритмы. Одна камера не даёт масштаба; для расстояний применяют стереопару, известные размеры маркера или объединение с инерциальными датчиками.
Практический пример — автономный квадрокоптер, определявший положение по крестовым маркерам на полу и точке схода коридора: полный разбор.
Как выбирать
- Определите среду: помещение, улица, смешанная.
- Оцените бюджет по массе, энергии и деньгам. Для дронов решающим бывает именно вес.
- Заложите резерв: два датчика разных физических принципов повышают надёжность.
- Сначала проверьте датчик в реальных условиях — на ветру, при бликах, в тени.