Drones kunnen afstanden schatten met slechts één 'oog'

Onderzoeker Guido de Croon van het Micro Air Vehicle Laboratory van de TU Delft heeft onderzocht hoe minuscule drones met weinig rekenkracht toch afstanden kunnen schatten met slechts één camera zodat ze niet overal tegenaan vliegen.

Het blijkt dat de drones met een op insecten geïnspireerde manier van kijken en bewegen op een bepaalde afstand van een object instabiel worden. Dat instabiel worden klinkt in eerste instantie nadelig, maar De Croon bedacht dat dit ook een voordeel kan zijn als de drone de instabiliteit op tijd detecteert, want dan kan de afstand geschat worden, staat op de site van het laboratorium.

Naast de praktische toepassingen voor autonome mini-drones, werpt het onderzoek mogelijk ook nieuw licht op de vraag hoe insecten afstanden kunnen schatten. Insecten maken net als alle levende wezens met ogen gebruik van een optisch stroomveld om te begrijpen welke richting op gegaan wordt. Met andere woorden: waarnaartoe gegaan wordt, staat min of meer stil en alles wat tussen de verdwijnpunten voor en achter ligt, beweegt. Maar ondanks dat insecten twee facetogen hebben, staan deze te dicht bij elkaar om een goed stereobeeld te vormen. Zonder goed stereobeeld is afstanden schatten erg lastig. Toch kunnen insecten goed navigeren met behulp van de optische stroom, waardoor het goed mogelijk is dat ze nog een andere manier gebruiken om afstanden te schatten, suggereert De Croon in zijn paper.

Twee landingsvluchten van een Parrot AR-drone vanaf 4 meter. De linkerdrone reageert sterker op variaties in het optisch stroomveld dan de rechter. De linker begint daarom eerder met trillen. Bron: MAV Lab

Het instabiel worden van de drones met slechts één oog of camera komt doordat de drones bij het naderen van een object of het moeten landen door alleen gebruik te maken van de optische stroom, instabiel worden. "De drones gingen tegen het eind van de landing steeds op en neer oscilleren", zegt De Croon op de site van de TU Delft. Hij dacht in eerste instantie dat het te maken had met de beeldbewerkingssoftware, maar hij ontdekte dat het ook gebeurde als hij er zeker van was dat de beeldmetingen perfect waren.

Na theoretische analyse van de 'dronebesturingswetten' bleek dat de drone de optische stroom constant probeert te houden. Op een bepaalde afstand van het landingsoppervlak gaat de drone trillen. Die trillingen wekt de drone zelf op omdat de effecten op de optische stroom dicht bij een oppervlak veel groter zijn dan bewegingen op grote afstand. Door die trillingen op tijd te registreren en te gebruiken, 'weet' de drone hoe ver hij van het oppervlak verwijderd is. Met deze theorie wordt het steeds beter mogelijk om autonome drones nog verder te verkleinen omdat ze nog minder 'apparatuur' aan boord nodig hebben.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (14)

[Macshack]

Kun je dit vergelijken met een parallax meting? Door heen en weer te bewegen kun je de afstand meten van een object waar je naar kijkt. Moet er natuurlijk wel genoeg reliëf of contrast in het beeld zitten. Anders ziet hij het niet (denk aan een volledig witte vloer).

[Reactie gewijzigd door Macshack op 24 juli 2024 08:29]

[Garyu]

Parallax gebruik je normaal gesproken om diepte te zien. Dit werkt prima met één oog, maar je hebt er wel twee objecten voor nodig. Het parallax-effect treedt op, doordat de objecten zich, afhankelijk van hun relatieve afstand tot het oog, niet even snel door het blikveld verschuiven.

In dit geval gaat het om een vergelijkbaar soort, maar niet hetzelfde, effect, namelijk de expansie-snelheid, dus de snelheid waarmee iets groter wordt. Daar heb je dus alleen maar één object voor nodig, maar je kan dit volgens de onderzoeker dus combineren met een tweede meetwaarde, namelijk de oscillatie van de drone. Als je die twee combineert, krijg je een beter beeld over de afstand tot het object, en kan je dus beter/sneller/effectiever landen of ontwijken.

[The Zep Man]

Dit werkt prima met één oog, maar je hebt er wel twee objecten voor nodig.

Het kan mogelijk ook met één object als je de gemeten afstand van het object aan de horizon tussen twee meetmomenten vergelijkt met je eigen horizontale snelheid ten opzichte van dat object tijdens die twee meetmomenten.

[Reactie gewijzigd door The Zep Man op 24 juli 2024 08:29]

[Verwijderd]

Dat is precies wat de techniek doet ja, daarom ook dat ze testen op zon kinderkamer tapijtje, op die witte vloer was het een ander verhaal geweest. Waar het hier vooral over gaat is dat ze een stukje code hebben geschreven wat om kan gaan met het steeds dichter bij een object zijn zonder daarbij te veel 'resolutie te verliezen', waarschijnlijk door aan de hand van vibratie in de drone (of oscillatie in de variabelen die de drone aansturen) te bepalen of er nieuwe punten gezocht moeten worden.

[Playa del C.]

Je wilt toch gewoon een 100% werkend systeem bouwen waar je de controle over hebt. Ik zou toch eerder kijken naar een minisonar systeem, net als vleermuizen. Lijkt me stabieler en betrouwbaarder en daar kun je misschien ook meteen mee 'horen' of je op een vlakke ondergrond terecht komt.
Verder wel interessant voor wat betreft de werking en de relatie met insecten.

[TheekAzzaBreek]

Maar dat is er al.
Deze jongens proberen het nou juist kleiner en simpeler te maken.

En dat is niet alleen handig als je probeert zo klein mogelijke autonome droontjes te maken. Als dit een simpele en goedkope oplossing blijkt zou het een mooi failsafe mechanisme kunnen zijn. Je wil meestal toch dat als je de controle over een drone verliest, het ding zichzelf zo snel mogelijk op een veilige plek op de grond zet.

[EduardH]

Je hebt niet altijd de resources (zowel fysieke sensors als rekenkracht) om al die dingen aan boord te hebben. Nee, het gaat niet zo soepel als een drone met al die sensors aan boord, maar je hebt veel minder nodig en hij komt toch veilig aan de grond. Dit is dus vooral voor kleine voertuigen een erg nuttige ontdekking!

[DJ TerraByte]

de AR Drone heeft sonar aan boord, ter info.

[Verwijderd]

Mooi onderzoek dat laat zien hoe de natuur ons toont hoe we techniek kunnen verbeteren.

[Verwijderd]

Interessante ontwikkeling, hoewel natuurlijk niet helemaal nieuw, er werken meerdere onderzoeksbureaus/labratoria/scholen aan dit soort projecten, en eigenlijk allemaal komen ze uit op optical flow ipv "3d camera's" of stereo setups, echter gaan er volgens mij maar weinig zo ver door op het optimaliseren daarvan, dus ja, interessant!

[Finraziel]

Het instabiel worden van de drones met slechts één oog of camera komt doordat de drones bij het naderen van een object of het moeten landen door alleen gebruik te maken van de optische stroom, instabiel worden.

Het instabiel worden komt doordat ze instabiel worden???
Riiiight, glad we cleared that up

[bergkid]

Het lijkt me dat een drone/vliegtuig of zoiets toch minimaal 2 ogen zal moeten hebben. Vooral als er mensen levens bij betrokken zijn. Op het moment dat ik in een vliegtuig zit die automatisch vliegt dan is het denk ik wel handig als die een backup oog heeft, dus misschien dat die technologie wel handig is wanneer 1 van de 2 ogen uitvalt om wat voor een reden dan ook.

Ik weet niet hoe scherp die drones kunnen zien maar zou het niet een idee zijn om de huidige manier van inschatten te gebruiken in combinatie met een datavase over de standaard grote van dingen. Neem bijvoorbeeld een baksteen die heeft een standaard grote daar word over het algemeen niet van afgeweken.
Je bouwt een liniaal net in het zicht van de drone op een vaste afstand en aan de hand van de gegevens zou hij dan kunnen inschatten wat de afstand moet zijn.
En als je dan zegt dat de drone die afstand moet vergelijken met de afstand die de drone berekent op de huidige manier met voorkeur voor de huidige manier dan lijkt me dat hij vrij stabiel moet kunnen vliegen.
Enige nadeel is dat het extra rekenkracht kost en het zicht veld iets blokkeerd, maar zo groot hoeft dat niet te zijn en een sterkere CPU is denk ik makkelijk te vinden.

[F_Blofeld]

Doet mij denken aan kippen en andere vogels, die met hun naar voor en achter bewegende koppen 'foto's' maken vanuit 2 hoeken en zo diepte inschatten.

Overigens denk ik dat voor drones dit onpraktisch is, het wiegen (accelereren) van het hele toestel kost nl veel stroom. Mogelijk is het beter om een bewegende camera te hebben om deze beweging te maken.

Of wat nog goedkoper is, om simpelweg een verticale camera te hebben die kan focussen. De focus afstand, is de afstand tot wat de camera ziet; zoals je fotocamera dat doet.