造無人機的大疆,如何生產出口袋神器?

靈眸Osmo口袋雲台相機,不但輕便易用,更能拍出穩定的視頻,改變了一般消費者拍攝方式,大幅調低了視頻製作的門檻。

但大疆作為一家專業的無人機公司,為什麼能推出改變地面影像拍攝的設備?今天就等疆哥為大家講解一下,無人機與手持影像穩定器,兩者之間千絲萬縷的關係,就能知道大疆為什麼能推出地面的影像拍攝設備。

無人機與雲台

影像增穩,向來都是拍攝視頻的一個重要課題。

以往,攝影師都使用路軌或飛貓等重型設備,在拍攝視頻時進行增穩,雖然增穩效果不錯,但使用起來不太方便。後來,相機加入光學防抖和電子防抖技術進行增穩,使用起來雖然方便,但增穩效果一般。

無人機飛行時需要傾側機身,所以機身晃動明顯,更需要影像穩定係統協助。

同樣地,影像增穩在航拍上也是一個特大難題。無人機飛行時,機身姿態會不斷改變,所以航拍相機遇上晃動的情況,比地面拍攝更為嚴重。直至大疆推出了禪思Z15無刷直驅雲台,才根本解決了航拍視頻晃動的問題;也因為如此,以後推出航拍無人機,大部份均標配雲台相機,帶來更穩定的航拍影像。

大疆推出禪思Z1​​5 雲台,解決了航拍視頻晃動的問題。

後來大眾通過無人機,認識到雲台能有效解決了航拍影像晃動的難題,並把雲台技術引入地面端,改良成手持穩定器,大眾才有一個方便使用、效果又好的影像增穩設備。

但是,為什麼原屬於空中的無人機,居然會改變了地面視頻拍攝的方式?這是因為無人機、雲台或是我們在地面上用的手持穩定器,都採用了類似的增穩技術讓機器懂得“穩住”自己。

如何才能穩定住?

讓疆哥先為大家分析一下無人機的增穩技術:大家都試過在玩無人機的時候遇上大風吧?為什麼無人機在疾風下,也不會被吹到東歪西倒?

無人機會感知自己的位置,調整電機輸出,然後回到合適位置。*專業操作,請勿模仿

這是因為無人機傳感器(例如GPS 或視覺系統)能感知無人機偏離了正確位置,然後無人機就會按著偏離位置和正確位置的距離,調整動力輸出,把無人機回調到合適位置。

手持穩定器也會感知相機的角度,調整電機輸出,然後把相機回到合適角度。

同樣地,無人機的雲台相機、或是地面上的手持穩定也是一樣。當相機抖動時,穩定器裡的陀螺儀會感測相機角度與正確角度的差距,然後通過改變電機動力,糾正相機指向;這樣,相機拍攝角度才不會出現太大變化,讓畫面變得更穩。

把無人機或相機合理回調,看起來很簡單,但要讓無人機或手持穩定器適應多變的環境,卻不是易事。

無人機增穩算法

要知道無人機在飛行時遇上疾風,其風力和風向都會不斷的變化;而用戶手持相機步行,起伏不定的地面也使相機向不同方向不斷晃動。當客觀環境不斷變化,系統就需要不斷頻繁調整,無人機或相機難免頻繁地晃來晃去,談不上穩定。

這時候,無人機雲台相機就更需要使用PID 控制器(Proportional–Integral–Derivative Controller) 來增強穩定性。PID 控器是目前主流的機器人控制算法,大疆舉辦的RoboMaster 機甲大師比賽、近年十分流行的自動駕駛汽車,也有用到以PID 控制器為基礎的算法。

通過PID 控制算法,無人機能在回調的同時,又能保持穩定。

首先,傳感器會先感知無人機或云台的位置變化,然後PID算出每次調整時出現的誤差數據,然後按客觀環境增加或減少調整的力度,避免系統頻繁大幅調整。無人機傳感器與PID控制算法配合,不但能讓無人機的回調位置更精準,也能避免機體頻繁晃動增加飛行的穩定性。

手持穩定器也在類的PID 控制算法下保持穩定。

同樣地,無人機雲台相機或手持穩定器,也是通過這種方式穩定鏡頭角度。所以要穩住影像,並不是隨便買幾個傳感器就能解決,更需要通過深厚的算法積累,才能拍出來的畫面不會晃來晃去。

無人機穩定技術

無人機與手持穩定器,兩者有不少技術是互通的,所以無人機公司推出手持穩定器,不但不是跨界;相反,就是有了深厚的無人機技術積累,才能生產出如此小巧可靠的手持穩定器呢。