（原標(biāo)題：無人機如何飛得更安全？臺灣半導(dǎo)體業(yè)者這樣看）
隨著許多人“擁有”無人機，并在一些公共場合讓無人機飛上天之后，許多公共安全問題也隨之而來，因此無人機提升其飛航安全已成為首要的課題...
在國外，無人機在軍事域已使用一段時間，以維護(hù)國土安全為主；在某些專業(yè)民用領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)，也已應(yīng)用在噴灑農(nóng)藥等，進(jìn)而維護(hù)農(nóng)夫的人身安全。不過，在小型、定位偏向消費性電子的無人機開始吸引許多消費者眼球后，無人機成為許多展會或是廠商下一個物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場目標(biāo)，智能手機、手表或其他設(shè)備也開始結(jié)合無人機，期可創(chuàng)造更好的銷售量。但隨著許多人“擁有”無人機，并在一些公共場合讓無人機飛上天，許多公共安全問題也隨之而來，因此無人機提升其飛航安全已成為首要的課題。
隨著科技日新月異與半導(dǎo)體組件的不斷進(jìn)展，讓無人機變得更具智能，是相關(guān)業(yè)者共同的目標(biāo)。而更加智能的無人機，不僅可帶給消費者或?qū)I(yè)人士更好的使用經(jīng)驗，也能進(jìn)一步提升其安全性，例如主動避障等。
無人機市場魅力狂燒
2012年時，美國聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Authority，F(xiàn)AA)針對無人機的數(shù)量曾經(jīng)預(yù)估，到2020年美國無人機的數(shù)量將可達(dá)15,000架，但顯然FAA低估了無人機的魅力?，F(xiàn)階段美國每個月無人機的銷售量不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個數(shù)字，甚至無人機市場還吸引了許多半導(dǎo)體電子業(yè)者的競相爭逐。
其中，無人機市場發(fā)展最為蓬勃的當(dāng)屬中國大陸，不僅“喂養(yǎng)”出全球最大、市占率高達(dá)50%的無人機制造商大疆創(chuàng)新(DJI)；研究單位甚至預(yù)估，到2025年，中國大陸無人機市場總規(guī)模將達(dá)人民幣750億元，年均增速可望超過50%，而此誘人的市場規(guī)模統(tǒng)計也吸引許多相關(guān)業(yè)者積極進(jìn)軍中國大陸。
根據(jù)UAV Drones Market市場研究報告指出，2020年以前全球主要的無人機市場大約達(dá)到55.9億美元。無人機的熱潮也可從今年消費性電子展(CES 2016)與其他重要消費性產(chǎn)業(yè)大展中，窺知一二。
聯(lián)詠科技(Novatek)iVOT產(chǎn)品事業(yè)部副部經(jīng)理楊順帆表示，近期無人機受到媒體與業(yè)者高度關(guān)切，不但在2013~2015年有非常好的增長，而且在商用或?qū)I(yè)民用，以及消費級市場皆取得很好的成績，也吸引眾多半導(dǎo)體或系統(tǒng)業(yè)者的加入，預(yù)期讓2016年無人機市場更加競爭與白熱化，未來無人機市場不排除發(fā)生購并潮。
另外，2015年開始，知名處理器芯片供應(yīng)商如高通(Qualcomm)、英特爾(Intel)、英偉達(dá)(NVIDIA)等也正式宣布進(jìn)軍無人機市場，并推出無人機專用的高整合智能芯片產(chǎn)品。一方面因芯片商提供的解決方案夠完整，可協(xié)助業(yè)者降低進(jìn)入無人機市場的技術(shù)門坎；另一方面，這些新的處理器也讓無人機可進(jìn)一步小型化及智能化，更重要的是成本的降低，讓更多消費者可以輕易入手。
愛盛科技(iSentek)董事長賴孟煌則認(rèn)為，無人機具備空拍的特色，加上價格從相當(dāng)‘高貴’下滑到消費者普遍負(fù)擔(dān)的起的范圍內(nèi)，因此促使無人機此一存在已久的市場變得相當(dāng)火熱。
2014~2021年商用無人機市場規(guī)模 （來源：拓墣產(chǎn)業(yè)研究所）
提供不同“視角” 吸引消費者關(guān)注
過去無人機在軍用領(lǐng)域除了投遞炸彈外，最重要的就是偵查環(huán)境的工作，因此無人機幾乎都裝上了‘眼睛’，也就是攝影鏡頭。無論在軍用或是專業(yè)民用領(lǐng)域上，無人機具備‘視力’是不可或缺的條件，而消費型無人機若是配備攝影功能，帶給消費者不同的‘視角’感受，會是相當(dāng)吸引消費者目光的新商品。
賴孟煌指出，雖然民用無人機的發(fā)展腳步快于商用或消費性應(yīng)用，代替人力進(jìn)行一些較危險的工作，如噴灑農(nóng)藥或肥料，甚至無人機在商用領(lǐng)域還搖身變?yōu)榭爝f機等。不過，相較于專用型無人機，消費型無人機對一般普羅大眾來說，不僅可與生活結(jié)合，還能夠提供不同的自拍角度，與在天空上的視野，可以說為消費者提供的新的、吸引人的價值，因此未來消費型無人機在市場上應(yīng)該也能占有一席之地。
另一方面，無論從會飛的手機或是會飛的機器人角度來看，無人機本身就是深具話題與新穎性的產(chǎn)品。楊順帆認(rèn)為，這幾年來，無人機持續(xù)改善令人詬病的問題，一些技術(shù)如手動拋飛、雙目視覺、自動懸停等功能的實現(xiàn)也使得無人機操作朝向更加“傻瓜化”。現(xiàn)在無人機已不再是只有專家或玩家才能駕馭的設(shè)備，已逐漸變成是人人皆有可能輕松掌控的娛樂設(shè)備，不但有想象空間又有無窮的樂趣，在消費市場必然會持續(xù)受到矚目。更重要的是，消費型也就是小型無人機每個人都可以使用，現(xiàn)代人對自拍或是在社群媒體直播消息相當(dāng)熱衷，消費型無人機將是相當(dāng)好的新媒介。
不僅如此，無人機在物聯(lián)網(wǎng)世界中，也可以是一個連網(wǎng)的設(shè)備，進(jìn)一步與其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備溝通。舉例來說，恩智浦(NXP)擘畫未來自動駕駛汽車時，即將無人機整合在內(nèi)，負(fù)責(zé)實時傳遞路況，或是擔(dān)任快遞驚喜的工具。
楊順帆認(rèn)為，無人機是一種需要機電整合的技術(shù)，這與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的機器人/手臂機電整合技術(shù)相近，而這也是芯片商有志一同進(jìn)入無人機領(lǐng)域的主因，藉由先投資、練兵，進(jìn)而累積物聯(lián)網(wǎng)連網(wǎng)機電設(shè)備的發(fā)展能力。
專業(yè)或娛樂都得顧及安全性
無論是專業(yè)或是消費性無人機，安全性都是未來無人機相當(dāng)重要的課題。有鑒于無人機飛行安全事故頻傳，在臺灣就曾經(jīng)發(fā)生過無人機在知名景點日月潭墜毀砸傷游客；因為使用者操作不當(dāng)使無人機直接撞上101大樓…等意外；無人機發(fā)展較快的國外，更是有‘花樣百出’的事故，因此除了法規(guī)的約束之外，無人機的智能化是另一個提升安全性的重要途徑。
楊順帆表示，法規(guī)規(guī)范應(yīng)區(qū)分為商用或是消費型無人機，畢竟兩者使用情境有所不同，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)對于安全性的提升來說相當(dāng)必要，而法規(guī)對于產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展也有所幫助。
賴孟煌指出，無人機飛行安全事件頻傳的其中一項原因是，機械設(shè)計不夠好。這肇因于無人機市場起飛，廠商一窩蜂進(jìn)入，為了快速讓產(chǎn)品上市而忽略了機械設(shè)計上的優(yōu)化，因此美國FAA已著手制定法規(guī)要求無人機須采用實名制度，并透過GPS衛(wèi)星定位防止無人機飛入禁航區(qū)。此外還可以無人機規(guī)格如電池續(xù)航力、飛行距離來進(jìn)一步管理與限制飛航地區(qū)。
另外，臺灣近期也針對無人機禁飛區(qū)域制訂相關(guān)法令。亦即日月潭國家風(fēng)景區(qū)管理處擬訂《日月潭國家風(fēng)景區(qū)轄區(qū)遙控?zé)o人機使用注意事項》，已確認(rèn)潭區(qū)4大碼頭、向山及水社壩共6個區(qū)塊，將公告訂為限制飛航區(qū)域，違反者最高開罰新臺幣100萬元。雖然這僅是針對某個風(fēng)景區(qū)所提出的無人機禁飛規(guī)則，但已邁出第一步。
關(guān)鍵組件賦予無人機更多智能與安全性
除了法規(guī)、無人機機械設(shè)計之外，半導(dǎo)體組件也能為無人機的安全性把關(guān)。楊順帆說明，相較于商用或?qū)I(yè)民用無人機，消費型無人機對于組件的規(guī)格不需達(dá)成車規(guī)或軍規(guī)等級，若是在自動避障與室內(nèi)懸停功能能夠做到相當(dāng)精準(zhǔn)，即可確保一定的安全性。
先不論機械設(shè)計好與壞的問題，若單就無人機飛行安全這部份來說，擔(dān)任大腦的微控制器(MCU)或微處理器，搭配精密的傳感器即能進(jìn)一步提升無人機的飛行智能。賴孟煌進(jìn)一步說明，9軸或10軸的動作傳感器、距離/光傳感器、磁性傳感器、角度傳感器，甚至電流傳感器，都與無人機飛行安全有密切的關(guān)系?，F(xiàn)階段無人機業(yè)者相當(dāng)看重的自動避障與懸停功能，則需要距離/光傳感器、磁性傳感器。
磁性傳感器可協(xié)助外型設(shè)計為四角或八角的無人機在飛行時，判斷航向該朝向哪個方位。還可在飛行時計算出最接近于直線的距離，避免折線前進(jìn)浪費油料；最后在定點時，磁性傳感器還能幫助無人機做出懸停與維持水平狀態(tài)，讓用戶在拍照或是錄像時能以最佳角度進(jìn)行。
要做好自動避障功能，距離/光傳感器就相當(dāng)重要。楊順帆指出，目前使用雙目計算機視覺(CV)或是用紅外線(IR)三角定位技術(shù)做出深度與位置信息是最熱門的兩種避障技術(shù)基礎(chǔ)，關(guān)鍵的組件是具備高性能CV運算能力的系統(tǒng)單芯片(SoC)或是紅外線傳感器。
除了紅外線傳感器之外，也有業(yè)者認(rèn)為利用雷射的飛時測距傳感器(ToF)，將較一般傳統(tǒng)紅外線傳感器精準(zhǔn)度更高，能為無人機的飛行提供更佳的避障效果。意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)影像事業(yè)部技術(shù)營銷經(jīng)理林國志表示，以雷射進(jìn)行測距的好處是可提供精確到毫米(mm)距離的測量，且目標(biāo)物體的顏色和反射率不會影響到測距結(jié)果。
事實上，太陽光對/ToF光傳感器的精確度影響相當(dāng)?shù)拇螅@也考驗著芯片供應(yīng)商的研發(fā)能力，若能盡其所能地發(fā)展出精準(zhǔn)度高；且能同時偵測多點、多物體，并實時回報的產(chǎn)品，對于無人機的發(fā)展將有正面綜效。
嵌入式視覺、算法不可或缺
不僅高精確度傳感器與高效能的主控制器可為無人機安全性再提升一層，嵌入式視覺與飛航時如何透過傳感器收集的信息進(jìn)一步達(dá)到避障功能的算法，也扮演重要角色。
賴孟煌認(rèn)為，無人機飛行控制的部份，不僅扮演無人機唯一感官功能的傳感器得相當(dāng)靈敏，算法和通訊技術(shù)的良窳也不能忽視，否則空有傳感器，無人機卻無法有效地透過信息來避開障礙物，這樣的無人機應(yīng)該無法真正發(fā)揮其專業(yè)或娛樂效果。
因應(yīng)用所需，目前專業(yè)級無人機對于嵌入式視覺，也就是機器視覺的需求較大，但未來消費型無人機也會因為結(jié)合虛擬現(xiàn)實(VR)或擴增實境(AR)等應(yīng)用，或是進(jìn)行智能化的演進(jìn)時，加入嵌入式視覺功能，已帶給消費者更不同的使用體驗。
結(jié)合無人機機器視覺與AR，消費者可得知更多環(huán)境 （消息來源：愛盛科技）
賽靈思(Xilinx)工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療(ISM)技術(shù)營銷資深經(jīng)理羅霖表示，現(xiàn)階段一些專業(yè)或商用級無人機已開始加入AR/VR，即須具備360度視角的能力，以讓專業(yè)無人機到達(dá)需偵測的現(xiàn)場時，更智能的知道自己需要監(jiān)控哪些區(qū)域，并做出實時分析與判斷。
此外，在避障功能方面，也必須仰賴嵌入式視覺功能。舉例來說，大疆創(chuàng)新在其新一代無人機中內(nèi)建4K攝影機來拍攝或避障，嵌入式視覺的視覺運算分析功能即不可或缺。羅霖強調(diào)，嵌入式視覺分析能力遇到需處理4K每秒30幀影像的狀況時，其所需的處理能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過微處理器或是微控制器的能力，因此現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)會是較佳的選擇。
未來發(fā)展—更智能化
因應(yīng)各種特殊應(yīng)用所需，專業(yè)或商用無人機市場已逐漸起飛；而消費型無人機隨著易用度的改善，以及價格更為親民、帶來更多娛樂效果，預(yù)期有將有不錯的市場前景。楊順帆認(rèn)為，消費級無人機最大的應(yīng)用還是在航拍，其中以自拍娛樂為主的小型無人機市場前景可期，而要讓消費者更能接受的消費型無人機，條件之一就是更加的智能。
消費者無人機最大的使用更傾向于娛樂自拍，所以如何做得更智能，某種程度上就是想辦法讓無人機自拍功能更傻瓜，與更容易操作，就如同幾年前風(fēng)靡一時的數(shù)字傻瓜相機。楊順帆強調(diào)，目前已可看到一些突破傳統(tǒng)的航拍功能的嘗試，例如自動跟拍、目標(biāo)物體追蹤、人臉辨識等，而更容易操作功能則包括自動繞飛、語音手勢控制、物體偵測、室內(nèi)戶外懸停、自主返航以及自動避障。換句話說，更智能的無人機就是讓其具備‘視覺’能力，包括環(huán)境感知并辨識周圍，以及更容易自拍的能力。而要實現(xiàn)這些能力關(guān)鍵的組件依然是具備高性能的CV運算能力SoC，以及搭配的多樣傳感器。
賴孟煌則強調(diào)，只要和個人生活緊密結(jié)合，跳脫無人機專業(yè)的領(lǐng)域，消費型無人機的市場就能大鳴大放。
而看準(zhǔn)無人機市場的發(fā)展，臺灣芯片供應(yīng)商皆已開始布局，并取得不錯的市場成果。除了自家組件技術(shù)的發(fā)展外，還跟處理器業(yè)者如高通進(jìn)一步合作；抑或者將自家傳感器定義為傳感器中樞(Sensor Hub)，整合所有傳感器與影像相關(guān)組件，成為無人機在圖像處理上的另一顆大腦。臺灣業(yè)者的努力，也證明臺灣廠商不會在無人機市場落人之后。
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