无人机搭配嵌入式系统整合 扩展空间导航、智能回避障碍多元应用

无人机的云台设计左右最终空拍影像品质，图为Hexo+无人空拍机的拍摄升级云台模块。Hexo+

美国联邦航空总署预测2020年将有700万组无人机在美国领空飞行，无人机技术愈发成熟，已从个人玩家的小嗜好逐渐发展至商业用途，除可用于空中拍摄应用外，进阶可拓展货物酬载、环境探测、高危高空作业等应用情境。

根据美国联邦航空总署FAA预测，无人机飞行器将呈现急遽成长，目前以美国领空已有多达250万架无人机航空器经常性地进行飞行应用，预测2020年将可成长至700万架，以目前250万架无人机应用检视，其中有多达150万架次属于民间娱乐或个人嗜好用途，约50万架属于商业运转用途的无人航空器，商业使用的无人航空器将有逐步增长趋势。

无人机航空器使用规范  成为影响市场发展的重要关键

以美国市场为例，FAA对无人机航空器有严苛的限制要求，必须透过用户经正式申请核准后、才准予放飞，虽说管制严格，但目前现有美国250万架次商用/民用无人航空器也仅有40万架次经正式登录，登录数量较少一部分是因为法规要求较严苛所致，包括法规开放无人机航空器仅可在白天放飞、且不能飞在人群上空，同时还要求无人机仅能在遥控者视线可及的区域放飞等，等于是箝制了无人机航空器在商业化运转、应用的潜能。

各国也开始积极重视无人机航空器的管制问题，管制过多怕影响商业运转的应用弹性，管制过松散又担心无序放飞无人机航空器反倒成为危险隐忧，但无人机航空器在美国相关法规方向会以逐步放宽方向发展，商业应用发展可期。

这股无人机航空器风潮，也让产业持续产生质变，从早期应用以电影拍摄、空中拍摄为主，到现在用于工厂生产设备视察、农作喷药、保险的灾后统计评估、房产业的物产拍摄等，使用范围不仅持续扩展，参与无人机航空器研发生产的厂商也越来越多元。例如，无人机的无线传输、图像传输、导航图资、智能分析等进阶应用，相继有网通芯片业者、电子业者积极抢进应用，而看准无人机的空中货物酬载潜能，大型网络购物业者也尝试导入无人机，串接电子商务与用户间商品递送的最后一里路。

CES2016消费性电子展  无人航空器相关技术/产品竞相推出

大批科技厂商介入，可以从2016 CES消费性电子展加强无人机航空器展示商品与空间就能看出科技业的重视程度，例如，Qualcomm通讯芯片大厂就推出Snapdragon Flight无人机航空器开发平台，以智能手机运算芯片Snapdragon为基础扩展无人机应用环境的运算、分析平台，成为嵌入式或是智能手机芯片为无人机航空器应用SoC重点关注投入的整合技术芯片的芯片业者，此外如无人机航空器大厂DJI与Yuneec、Intel、HEXO+等公司，就展出相关无人机应用与新设计机型。

观察Qualcomm推出的Snapdragon Flight无人机航空器开发平台，主要锁定Autonomous Navigation、4K Video、Optical Flow Camera、Stereo Cameras、Visual Inertial Odometry、Motion Planning等重点功能，在单芯片平台上提供无人机开发商一次购足的核心智能技术运算平台，加上SoC具备小体积、高度整合再搭配芯片等级的微缩尺寸，让复杂的电子电路以单芯片实现，更可满足无人机航空器积极减轻配重的设计方向。

4K摄影成为空拍应用主流  多镜头、进阶传感摄影技术以环境图像分析应用为主

其中尤其是4K摄影技术的运算方案，以往无人机多半采搭载商用摄影机或高端摄影机的方案进行整合，虽然对于电影拍摄或是空拍用无人机航空器而言，让航空器可以衔接扩充商用摄影机，反而可以说是产品的卖点，但对于货物酬载、民用或是拍摄非核心应用的空拍用途，搭载商用摄影机基本上只是徒增设备重量、也增加了系统整合的复杂度，而使用SoC无人机用嵌入式单芯片进行系统整合，可以将原本搭载外挂商用摄影机的方式，将摄影机配置减少至仅需要一组摄影机拍摄镜头模块就能实现4K摄影，大幅减重同时又能增加系统高度整合效用。

而Snapdragon Flight平台，善用Qualcomm在通讯芯片、导航芯片的市场经验，在Snapdragon Flight平台提供了影像分析、结合GPS定位分析的整合应用，也就是说无人机飞行器在基于Snapdragon 801嵌入式处理器为基础，即可透过影像分析辅助GPS定位，以自动飞行轨迹规划进行移动飞行，即便无人机飞行器处于大量障碍物的环境下，也能透过实时影像分析规划最佳飞行路径、自动避开障碍物飞行至目标点。其所使用的影像传感技术不只一种，包含Qualcomm自行研发的Visual-Inertial Odometry(视像兼惯性测程法)，结合摄影机拍摄影像实时分析与陀螺仪、加速度计、磁力计...等感应器侦测数据进行分析，避免自动飞行应用过度依赖GPS、GNSS定位反而造成系统设计限制。

有趣的是，Qualcomm Snapdragon Flight平台在其宣传影片中，还使用Snapdragon 801嵌入式处理器建置无人机飞行器样机，就能以大量传感器与影像分析技术，做到智能化飞行、一键自动返航等功能，即便在GPS卫星信号接收品质不佳状况下也能轻松办到智能导航应用。

Snapdragon Flight平台在性能与高度整合功能上也能满足新一代无人机飞行器的开发设计需求，例如开发平台整合了4K(4,096 x 2,160)摄影录制功能模块、Optical Flow Camera可以测量距地高度或室内定位辅助、Stereo Cameras可用来增强拍摄影像的深度传感分析、Motion Planning可针对大量传感结果规划最佳移动路径等，此外Snapdragon Flight平台还具备智能手机移动设备的低功耗节能效用，对于无人机航空器有限的电池装载酬载重量更能发挥最佳整合效益。

进阶电子控制技术  影响无人机性能与功用

除嵌入式系统外，另再检视无人机飞行器的几个电子技术整合重点项目，即包含飞行控制系统(Flight Control System)、推动系统(Propulsion System)、遥控器(Remote Controller or Ground Station)、摄影机及云台(Gimbal)控制等。飞行控制系统一般会内置嵌入式控制器、再搭配如陀螺仪、加速度计、气压计(高度测量)、磁力计...等传感器，无人机航空器基本为依靠传感器进行控制多轴马达驱动力道，达到稳定机身的设计目的，同时搭配GPS定位与气压计的测高数据，就能让无人机航空器限制于固定滞空高度与GPS定位搭建的虚拟电子围篱范围内进行操控。

无人机的推动系统为由螺旋桨翼与电动马达组成，马达带动螺旋桨翼产生反作用力驱动无人机升空与飞行移动，搭配系统内的电子驱动控制器(Electronic Speed Control)调节马达驱动的转速和动力驱动方向。遥控器则是让无人机操控者经由线上控制进行无人机的飞移动作操控。

摄影机与云台目前是无人机飞行器的重点配置，因为现有无人机应用多以空拍用途为主，摄影机有分整合式与可搭配酬载扣具于无人机装载商用摄影机装置的方式实现，整合型设计可能会受限摄影机的拍摄规格、存储架构限制，而可酬载商用摄影机的机种也不是任何摄影机都能装上去，只能装载限制酬载重量以内的摄影机。

而云台设计目的在于，提供无人机飞行器进行空拍时，进一步控制拍摄镜头、拍摄方向使用，进阶云台还会整合防抖动、摄影机稳定系统，甚至于提供拍摄点追踪定位等进行用途，若使用具稳定拍摄作用的智能云台，对于摄影机的酬载重量限制会更多，能使用的商用摄影机模块选择就会相对受到限制。目前搭配无人机飞行器的摄影机，主要有使用GoPro或相近的运动摄影机(Action Camera)，进阶一点的应用则使用数码单眼镜头(DSLR)甚至是更进阶的M4/3无反光镜的数码镜头机身，达到更高标准的空中航空拍摄品质。