五、防撞传感器如何工作

接下来，我们简要说明每个障碍物检测传感器的工作原理。我们具有与立体视觉，红外，激光雷达，ToF，超声波和单眼视觉传感器有关的更多文章和视频的链接。

1、立体视觉传感器，用于避障

立体视觉的工作方式与人类视觉中的3D感应类似。立体视觉是对深度信息的计算，它是将来自两台摄像机的二维图像组合在稍微不同的视点上。

它从识别与多个摄像机观察到的物理场景中相同点的图像像素开始。然后可以使用来自每个摄像机的射线通过三角测量来建立点的3D位置。

识别出的对应像素越多，可以通过一组图像确定的3D点就越多。相关立体方法尝试获取立体图像中每个像素的对应关系，从而导致每个立体图像生成数以万计的3D值。

DJI使用立体视觉避免无人机前部的障碍物。他们还在无人机下方结合了立体视觉和超声波传感器。

Centeye RockCreek视觉传感器

Centeye已开发出一种基于视觉的系统原型，该系统可以使小型无人机既可以在没有GPS的情况下悬停在原地，又可以避免与附近障碍物的碰撞。该系统在“纳米”无人驾驶飞机（UAV）上进行了测试，该无人机重约1盎司，可以放在人的手掌中。它使用Centeye RockCreek™视觉芯片。

2、用于探测物体的超声波传感器（声纳）

一个超声波传感器发出的高频的声音脉冲，然后倍花费的声音的回波多久反射回来。超声波传感器有2个开口。这些开口中的一个发射超声波（就像一个微型扬声器），另一个开口接收超声波（像一个微型麦克风）。空气中的音速约为每秒341米（1100英尺）。超声波传感器使用此信息以及发送和接收声脉冲之间的时间差来确定到对象的距离。它使用以下数学方程式：

距离=时间x声速/ 2

时间=发射超声波与接收超声波之间的时间

您将此数字除以2是因为声波必须传播到对象并返回

大多数无人机使用无人机底部的超声波传感器来检测地面并用于地形跟随模式。超声波用于许多不同的领域。超声波设备用于检测物体并测量距离。超声成像或超声检查通常用于医学中。在产品和结构的非破坏性测试中，超声波用于检测不可见的缺陷。超声波在清洁，混合和加速化学过程方面有许多工业用途。蝙蝠和海豚等动物使用超声波来定位猎物和障碍物。

术语声纳用于用来生成和接收声音的设备。声纳系统中使用的声频从非常低的次声到极高的超声不等。

3、HC-SR04超声波传感器

HC-SR04超声波传感器可利用声纳来确定像蝙蝠那样的方式的对象的距离。它以易于使用的包装提供出色的非接触范围检测，具有高精度和稳定的读数。从2厘米到400厘米或1英寸到13英尺。HC-SR04的操作不受阳光或诸如Sharp测距仪之类的黑色物质的影响（尽管声学上柔软的物质，如布料可能很难检测到）。它带有超声波发射器和接收器模块。

您可以在此处阅读HC-SR04超声波传感器的完整指南。

4、飞行时间（ToF）传感器，可避免碰撞

甲时间-飞行照相机包括一个透镜，集成光源，传感器和接口。它能够同时捕获图像中每个像素的深度和强度信息，从而以高帧频实现极快的速度。ToF传感器独立捕获深度，从而允许使用相对简单的避障算法。ToF相机也非常准确。飞行时间也称为“ Flash Lidar”，但不应将此技术与Lidar混淆，我将在后面进行讨论。

ToF摄像机使用脉冲或连续波光源照亮包括对象在内的整个场景，然后观察反射光。它测量脉冲从发射器到物体然后在反射物体后返回的时间。因为光速是已知的，所以可以轻松计算到障碍物上所有点的距离。根据这些计算，结果是一个3D深度范围图，该图是在一个区域或场景的单次拍摄中创建的。它是捕获3D信息的最快技术。该科尔维图斯是使用TOF避免碰撞上前方传感器，左，他们最新的口袋大小的四轴飞行器的右手边。

AMS ToF障碍物检测传感器

用于障碍物检测和避免碰撞的AMS ToF传感器基于专有的SPAD（单光子雪崩光电二极管）像素设计和具有非常窄的脉冲宽度的时间数字转换器（TDC）。它们可以测量实时直接时间飞行的一个VCSEL（激光）发射器的红外线从物体反射的光线。

AMS的这种低功耗飞行时间传感技术使主机系统能够以很高的速度准确地测量距离。精确的距离测量可用于各种应用，包括存在检测，用户面部识别和高级相机。

AMS传感器在其ToF传感器中使用复杂的直方图数据和智能软件算法，具有以下功能：

能够检测并消除盖玻片的影响。

不受盖板玻璃反射引起的污迹和串扰的影响。

容纳较大的间隙。

保持精确的距离检测，不受物体的颜色，反射率和纹理的影响。

可以测量视野中距多个物体的距离。

5、用于障碍物检测的红外传感器

红外（IR）障碍物检测传感器根据红外反射原理工作，以检测障碍物。红外避障传感器主要由红外发射器，红外接收器和电位计组成。根据物体的反射特性，如果没有障碍物，则所发射的红外线会随着其传播的距离而减弱并最终消失。如果有障碍物，当红外线遇到障碍物时，光线将被反射回红外线接收器。然后红外接收器检测到该信号并确认前方有障碍物。

为防止IR传感器被可见光所混淆，红外探测器使用特定的红外频率，该特定频率的红外信号是由发射器产生，由物体反射，然后由接收器拾取的。匹配两个设备（发射器和接收器）以获得最佳灵敏度。没有物体时，红外线接收器不会接收信号。当前方有物体会阻挡红外光，然后将红外光反射回接收器。

（1）夏普GP2Y0A02YK0F红外距离传感器

Sharp GP2Y0A02YK0F使用反射的红外光束测量6到60英寸（20 – 150厘米）范围内的距离。通过使用三角测量来计算测得的距离，该传感器可以提供一致的读数，而不受表面反射率，工作时间或环境温度的影响较小。

Sharp GP2Y0A02YK0F输出与到反射物体的距离相对应的模拟电压。您可以在此处阅读有关此夏普红外距离传感器的更多信息。

（2）Arduino纳米板和红外避障传感器模块

学习障碍检测的一种非常流行的方法是使用Arduino Nano电子板和IR避障传感器。