Стереозрение для беспилотников
Специалисты Самарского университета им. Королёва разработали систему искусственного интеллекта для беспилотных летательных аппаратов (БпЛА), которая оснащена функцией стереозрения.
Программный комплекс «Навигатор» позволяет БпЛА самостоятельно следовать по заданным маршрутам, обходить запретные для полёта зоны и реагировать на препятствия, возникающие на пути. Благодаря системе беспилотник может безопасно приземляться в экстренных ситуациях.
«Навигатор» также обеспечивает безопасную работу нескольких БпЛА в пределах одной заданной территории. Например, при массовой обработке сельскохозяйственных культур.
Разработка была создана по заказу индустриального партнёра университета — компании «Транспорт будущего», занимающейся разработкой и производством беспилотных авиасистем.
«Система „Навигатор“ — это программная платформа, обеспечивающая безопасность навигации беспилотных авиасистем с использованием искусственного интеллекта и технического зрения, – рассказал профессор Артём Никоноров, директор Института искусственного интеллекта и руководитель Центра „Интеллектуальная мобильность многофункциональных беспилотных авиационных систем“ Самарского университета им. Королёва. – Она решает ряд важных задач, включая сегментацию зон полётов, разделение пространства на транспортные коридоры и выделение запретных для полётов зон. Например, дроны с „Навигатором“ на борту понимают, какие участки посевов нужно поливать и обрабатывать, а какие — нет. Также программа предотвращает случайные вылеты за пределы обрабатываемого поля, что иногда происходит с агродронами. Кроме того, система обнаруживает подвижные и неподвижные препятствия и уклоняется от столкновений с ними. Разработанный комплекс может планировать полёты нескольких беспилотников в одной зоне, чтобы они не мешали друг другу, и обеспечивать безопасность при срочной посадке в незапланированном месте. Система определяет по картинке с камеры, что в зоне посадки нет людей, животных, автомобилей и т.д.».
Перед полётом пилот или техник вносит необходимые данные в систему на портативном пульте или наземной станции управления. В результате получается готовый маршрут, по которому дрон летит в автоматическом режиме.
«Навигатор» работает на одноплатном микрокомпьютере Jetson Nano, так как большой компьютер на БпЛА установить невозможно. Разработчики смогли найти оптимальное решение, обеспечивающее высокое качество и скорость работы алгоритмов технического зрения при минимальном энергопотреблении системы.
Одной из особенностей «Навигатора» является стереозрение — возможность работы программного комплекса с видеопотоками, получаемыми с двух камер, разнесённых на некоторое расстояние друг от друга. Обычно беспилотники используют монозрение, даже если на борту установлено несколько камер.
«Мы использовали стереозрение, чтобы „Навигатор“ не только видел объекты, но и мог точно определять расстояние до них, – говорит Никоноров. – Стереозрение позволяет с точностью до сантиметра определять расстояние до объекта на расстоянии нескольких десятков метров. Это необходимо для понимания, насколько близко дрон находится к объекту. Также стереозрение помогает лучше определять рельеф в зоне экстренной посадки».
Ещё одна функция комплекса — помощь в ориентации дрона в случае потери навигационного сигнала. Система заранее сегментирует изображение обрабатываемого поля на множество фрагментов, и нейросеть затем сравнивает текущее изображение с камеры с этими фрагментами, чтобы определить местоположение.
«Решить эту задачу исключительно с помощью камеры, смотрящей вниз, сложно, так как сельскохозяйственные поля на большом протяжении могут выглядеть одинаково. Однако за их пределами обычно есть внешние ориентиры: лесополоса, дорога, линия электропередачи. Таким образом, можно определить и предотвратить вылет дрона за пределы обрабатываемого поля. По кусочку изображения с камеры система ищет это место на большом плане, который был ранее сегментирован и загружен в систему, и в результате дрон понимает, где он находится. Точность позиционирования при таком способе может достигать около 1 метра».
В настоящее время модуль технического зрения комплекса проходит тестирование. Разработчики планируют дополнить систему другими полезными программными модулями, которые будут отвечать за различные направления будущей отечественной экосистемы безопасности беспилотных авиасистем.