（原標(biāo)題：無人機(jī)如何飛得更安全？臺(tái)灣半導(dǎo)體業(yè)者這樣看）
隨著許多人“擁有”無人機(jī)，并在一些公共場(chǎng)合讓無人機(jī)飛上天之后，許多公共安全問題也隨之而來，因此無人機(jī)提升其飛航安全已成為首要的課題...
在國外，無人機(jī)在軍事域已使用一段時(shí)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(fèi)性電子的無人機(jī)開始吸引許多消費(fèi)者眼球后，無人機(jī)成為許多展會(huì)或是廠商下一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場(chǎng)目標(biāo)，智能手機(jī)、手表或其他設(shè)備也開始結(jié)合無人機(jī)，期可創(chuàng)造更好的銷售量。但隨著許多人“擁有”無人機(jī)，并在一些公共場(chǎng)合讓無人機(jī)飛上天，許多公共安全問題也隨之而來，因此無人機(jī)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(jī)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(jī)，不僅可帶給消費(fèi)者或?qū)I(yè)人士更好的使用經(jīng)驗(yàn)，也能進(jìn)一步提升其安全性，例如主動(dòng)避障等。
無人機(jī)市場(chǎng)魅力狂燒
2012年時(shí)，美國聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Authority，F(xiàn)AA)針對(duì)無人機(jī)的數(shù)量曾經(jīng)預(yù)估，到2020年美國無人機(jī)的數(shù)量將可達(dá)15,000架，但顯然FAA低估了無人機(jī)的魅力?，F(xiàn)階段美國每個(gè)月無人機(jī)的銷售量不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)數(shù)字，甚至無人機(jī)市場(chǎng)還吸引了許多半導(dǎo)體電子業(yè)者的競(jìng)相爭(zhēng)逐。
其中，無人機(jī)市場(chǎng)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(jī)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(jī)市場(chǎng)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(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)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(chǎng)研究報(bào)告指出，2020年以前全球主要的無人機(jī)市場(chǎng)大約達(dá)到55.9億美元。無人機(jī)的熱潮也可從今年消費(fèi)性電子展(CES 2016)與其他重要消費(fèi)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?xiàng)铐樂硎荆跓o人機(jī)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(fèi)級(jí)市場(chǎng)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(jī)市場(chǎng)更加競(jìng)爭(zhēng)與白熱化，未來無人機(jī)市場(chǎng)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(jī)市場(chǎng)，并推出無人機(jī)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(jī)市場(chǎng)的技術(shù)門坎；另一方面，這些新的處理器也讓無人機(jī)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(fèi)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(jī)具備空拍的特色，加上價(jià)格從相當(dāng)‘高貴’下滑到消費(fèi)者普遍負(fù)擔(dān)的起的范圍內(nèi)，因此促使無人機(jī)此一存在已久的市場(chǎng)變得相當(dāng)火熱。
2014~2021年商用無人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模 （來源：拓墣產(chǎn)業(yè)研究所）
提供不同“視角” 吸引消費(fèi)者關(guān)注
過去無人機(jī)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(jī)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(jī)具備‘視力’是不可或缺的條件，而消費(fèi)型無人機(jī)若是配備攝影功能，帶給消費(fèi)者不同的‘視角’感受，會(huì)是相當(dāng)吸引消費(fèi)者目光的新商品。
賴孟煌指出，雖然民用無人機(jī)的發(fā)展腳步快于商用或消費(fèi)性應(yīng)用，代替人力進(jìn)行一些較危險(xiǎn)的工作，如噴灑農(nóng)藥或肥料，甚至無人機(jī)在商用領(lǐng)域還搖身變?yōu)榭爝f機(jī)等。不過，相較于專用型無人機(jī)，消費(fèi)型無人機(jī)對(duì)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(fèi)者提供的新的、吸引人的價(jià)值，因此未來消費(fèi)型無人機(jī)在市場(chǎng)上應(yīng)該也能占有一席之地。
另一方面，無論從會(huì)飛的手機(jī)或是會(huì)飛的機(jī)器人角度來看，無人機(jī)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(jī)持續(xù)改善令人詬病的問題，一些技術(shù)如手動(dòng)拋飛、雙目視覺、自動(dòng)懸停等功能的實(shí)現(xiàn)也使得無人機(jī)操作朝向更加“傻瓜化”?，F(xiàn)在無人機(jī)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(fèi)市場(chǎng)必然會(huì)持續(xù)受到矚目。更重要的是，消費(fèi)型也就是小型無人機(jī)每個(gè)人都可以使用，現(xiàn)代人對(duì)自拍或是在社群媒體直播消息相當(dāng)熱衷，消費(fèi)型無人機(jī)將是相當(dāng)好的新媒介。
不僅如此，無人機(jī)在物聯(lián)網(wǎng)世界中，也可以是一個(gè)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(dòng)駕駛汽車時(shí)，即將無人機(jī)整合在內(nèi)，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)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(jī)是一種需要機(jī)電整合的技術(shù)，這與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的機(jī)器人/手臂機(jī)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(jī)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(jī)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(fèi)性無人機(jī)，安全性都是未來無人機(jī)相當(dāng)重要的課題。有鑒于無人機(jī)飛行安全事故頻傳，在臺(tái)灣就曾經(jīng)發(fā)生過無人機(jī)在知名景點(diǎn)日月潭墜毀砸傷游客；因?yàn)槭褂谜卟僮鞑划?dāng)使無人機(jī)直接撞上101大樓…等意外；無人機(jī)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(jī)的智能化是另一個(gè)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(fèi)型無人機(jī)，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(duì)于安全性的提升來說相當(dāng)必要，而法規(guī)對(duì)于產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展也有所幫助。
賴孟煌指出，無人機(jī)飛行安全事件頻傳的其中一項(xiàng)原因是，機(jī)械設(shè)計(jì)不夠好。這肇因于無人機(jī)市場(chǎng)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(jī)械設(shè)計(jì)上的優(yōu)化，因此美國FAA已著手制定法規(guī)要求無人機(jī)須采用實(shí)名制度，并透過GPS衛(wèi)星定位防止無人機(jī)飛入禁航區(qū)。此外還可以無人機(jī)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(tái)灣近期也針對(duì)無人機(jī)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(jī)使用注意事項(xiàng)》，已確認(rèn)潭區(qū)4大碼頭、向山及水社壩共6個(gè)區(qū)塊，將公告訂為限制飛航區(qū)域，違反者最高開罰新臺(tái)幣100萬元。雖然這僅是針對(duì)某個(gè)風(fēng)景區(qū)所提出的無人機(jī)禁飛規(guī)則，但已邁出第一步。
關(guān)鍵組件賦予無人機(jī)更多智能與安全性
除了法規(guī)、無人機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)之外，半導(dǎo)體組件也能為無人機(jī)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(jī)，消費(fèi)型無人機(jī)對(duì)于組件的規(guī)格不需達(dá)成車規(guī)或軍規(guī)等級(jí)，若是在自動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)好與壞的問題，若單就無人機(jī)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(jī)的飛行智能。賴孟煌進(jìn)一步說明，9軸或10軸的動(dòng)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(jī)飛行安全有密切的關(guān)系?，F(xiàn)階段無人機(jī)業(yè)者相當(dāng)看重的自動(dòng)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(jì)為四角或八角的無人機(jī)在飛行時(shí)，判斷航向該朝向哪個(gè)方位。還可在飛行時(shí)計(jì)算出最接近于直線的距離，避免折線前進(jìn)浪費(fèi)油料；最后在定點(diǎn)時(shí)，磁性傳感器還能幫助無人機(jī)做出懸停與維持水平狀態(tài)，讓用戶在拍照或是錄像時(shí)能以最佳角度進(jìn)行。
要做好自動(dòng)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(jì)算機(jī)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(yùn)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(shí)測(cè)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(jī)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(cè)距的好處是可提供精確到毫米(mm)距離的測(cè)量，且目標(biāo)物體的顏色和反射率不會(huì)影響到測(cè)距結(jié)果。
事實(shí)上，太陽光對(duì)/ToF光傳感器的精確度影響相當(dāng)?shù)拇?，這也考驗(yàn)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(shí)偵測(cè)多點(diǎn)、多物體，并實(shí)時(shí)回報(bào)的產(chǎn)品，對(duì)于無人機(jī)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(jī)安全性再提升一層，嵌入式視覺與飛航時(shí)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(jī)飛行控制的部份，不僅扮演無人機(jī)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(jī)卻無法有效地透過信息來避開障礙物，這樣的無人機(jī)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(jí)無人機(jī)對(duì)于嵌入式視覺，也就是機(jī)器視覺的需求較大，但未來消費(fèi)型無人機(jī)也會(huì)因?yàn)榻Y(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)或擴(kuò)增實(shí)境(AR)等應(yīng)用，或是進(jìn)行智能化的演進(jìn)時(shí)，加入嵌入式視覺功能，已帶給消費(fèi)者更不同的使用體驗(yàn)。
結(jié)合無人機(jī)機(jī)器視覺與AR，消費(fèi)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(jí)無人機(jī)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(jī)到達(dá)需偵測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，更智能的知道自己需要監(jiān)控哪些區(qū)域，并做出實(shí)時(shí)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(jī)中內(nèi)建4K攝影機(jī)來拍攝或避障，嵌入式視覺的視覺運(yùn)算分析功能即不可或缺。羅霖強(qiáng)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(shí)，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(chǎng)可編程門陣列(FPGA)會(huì)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(jī)市場(chǎng)已逐漸起飛；而消費(fèi)型無人機(jī)隨著易用度的改善，以及價(jià)格更為親民、帶來更多娛樂效果，預(yù)期有將有不錯(cuò)的市場(chǎng)前景。楊順帆認(rèn)為，消費(fèi)級(jí)無人機(jī)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(jī)市場(chǎng)前景可期，而要讓消費(fèi)者更能接受的消費(fèi)型無人機(jī)，條件之一就是更加的智能。
消費(fèi)者無人機(jī)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(jī)自拍功能更傻瓜，與更容易操作，就如同幾年前風(fēng)靡一時(shí)的數(shù)字傻瓜相機(jī)。楊順帆強(qiáng)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(dòng)跟拍、目標(biāo)物體追蹤、人臉辨識(shí)等，而更容易操作功能則包括自動(dòng)繞飛、語音手勢(shì)控制、物體偵測(cè)、室內(nèi)戶外懸停、自主返航以及自動(dòng)避障。換句話說，更智能的無人機(jī)就是讓其具備‘視覺’能力，包括環(huán)境感知并辨識(shí)周圍，以及更容易自拍的能力。而要實(shí)現(xiàn)這些能力關(guān)鍵的組件依然是具備高性能的CV運(yùn)算能力SoC，以及搭配的多樣傳感器。
賴孟煌則強(qiáng)調(diào)，只要和個(gè)人生活緊密結(jié)合，跳脫無人機(jī)專業(yè)的領(lǐng)域，消費(fèi)型無人機(jī)的市場(chǎng)就能大鳴大放。
而看準(zhǔn)無人機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展，臺(tái)灣芯片供應(yīng)商皆已開始布局，并取得不錯(cuò)的市場(chǎng)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(jī)在圖像處理上的另一顆大腦。臺(tái)灣業(yè)者的努力，也證明臺(tái)灣廠商不會(huì)在無人機(jī)市場(chǎng)落人之后。
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