無人機技術發展可謂一日千里，不過對技術不大了解的民眾，最關心的始終是飛行安全問題。各大品牌似乎也明白這一點，最近推出的新型空拍機均以避障系統作賣點。DJI Guidance、Intel RealSense，都是近期較受注目的無人機避障系統，加上超聲波的 eBumper4，以及傳聞會用上飛時測距方案的 Xiro Explorer 2，四大避障技術算是各有代表了。
#1. 超聲波
測距乃避障之本，最基本的測距功能，可以由超聲波／超音波（Ultrasound）說起。其實，超聲波感測器在無人機上非常常見，不過一般會用在飛行器底部作高度測量之用，真正用於避障系統的不多。外國的 eBumper4 超聲波感測避障模組，算是較少見的例子了。
eBumper4 回聲定位感測器能感知左、右、前、上方的障礙物，有效防撞飛行速度為每秒 8.5 呎，感應範圍約 15 呎。
超聲波避障的運作原理簡單，由揚聲器發出超聲波，遇到物體便會將之反射，然後由米高峰／收音咪接收反射波，藉由發射和接收的時間差，計算出物體與飛行器之間的距離，從而辨識障礙物。
eBumper4 避障裝置採用空拍機的可替換頂蓋方式呈現，頂蓋左、右、前、上方均設有超聲波感測器。
它的運作成本也屬眾方案中最低的，惟技術上卻存有不少缺憾，例如：超聲波易受環境聲音干擾，物體表面的反射能力亦有異，有機會影響測距數據。超聲波技術如應用於高度差較大的地方還可以，但如用在無人機作避障感測時，有效感知距離只有 5 米左右，這也間接影響到飛行速度。
此外，超聲波避障系統的耗電量較高，會縮短無人機的續航時間，因此以運作效率而論，不算是理想方案。
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▼ eBumper4 的避障示範影片
https://www.youtube.com/watch?v=yEyHD49dlQg
#2. 飛時測距
有甚麼比超聲波更快，當然是光速吧！如果把測距媒介由超聲音波換成光線又會如何？這就會變成飛時測距／時差測距（Time-Of-Flight，TOF）技術了。它的原理跟超聲波非常相似，由發射器發出光脈衝，碰上物體就會被反射，再由接收器接收反射光，以時間差去計算飛行器與物體之間的距離。零度（Xiro）在 CES 2016 上發表的 Xplorer 2 無人機，當中所用的避障技術正是 TOF 感知系統。
Xiro Xplorer 2 採用 TOF 感知技術來實現避障功能，飛行器背部的柱狀裝置頂端，正是用作 TOF 測距的感測器。
因為光的前進速度比超聲波快得多更快，所以 TOF 系統可在無人機懸停時，高速旋動以進行 360 度全方位掃瞄。以 Xiro Xplorer 2 為例，其機背柱狀裝置的頂端儀器，可發射出雷射光束，以每秒 50 次的速率進作 360 度掃瞄，以繪製出周遭障礙物的 3D 模型。TOF 有效感知距離亦比超聲波為略高，可達 8 至 10 米。惟當無人機飛行前進時，TOF 系統只可偵測前方障礙物。
零度早於 CES 2016 科技展上已發表 XIRO Xplorer 2，惟產品至今仍未上市。
TOF 系統發射的光線也會外在環境光線所影響，甚至比超聲波受到干擾更多，都市的光污染、玻璃幕牆的反射光、甚至太陽光都是干擾源之一：在猛烈日光之下，TOF 系統的感知距離會由 10米減少至 5 米。此外，TOF 系統需要非常精準而快速的處理運算，因此對處理器的硬體規格亦較高，運作成本自然亦水漲船高了。
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當無人機上的飛時測距儀器發射一道雷射光脈衝，雷射光照射到物體表面後被反射，再由儀器內的感測器接收光訊號，並記錄時間；光訊號往返一趟的時間，可換算為訊號所來回行走的距離，從而推算出飛行器與障礙物之間距離。（圖片來源：翻攝自 baslerweb.com）
#3. 紅外線
紅外線也可測距避障？這就要多得由英特爾（Intel）的 RealSense 感知技術了，事實上，Intel 早就把技術應用於 XBOX Kinect 之上；後來再將之移植至 Yuneec Typhoon H Pro 無人機上，可說是另一突破了。
Intel RealSense 感知模組可安裝於 Yuneec Typhoon H 空拍機上，配合機身上原有超聲波感測器（模組上方的兩個大孔），以實現較完整的自動避障功能。
Typhoon H Pro 的機身前方裝著一根類似 Kinect 鏡頭的橫條狀模組，內裡包括：
- RGB 視像鏡頭：可拍攝無人機前方的物體，惟所拍的只是 2D 平面影像，沒有物體深度數據；
- 紅外線感測器：向外發射紅外線，遇到物體時因距離的不同，反射的強度也會不同；
- 紅外線雷射投影器：接收由外界物體反射而來的紅外線，根據其反射量來辨識物體的深度。
Intel RealSense 感測鏡頭模組上分別設有：1) 紅外線感測器、2) RGB視像鏡頭、3) 紅外線雷射投影器。
只要將上述 3 組感測器的數據整合起來，便可得出外界物體的 3D 立體影像數據，從而實現測距和避障感知的效果。理論上，紅外線極受強光影響，在戶外日光普照下便難以發揮作用，所以 Typhoon H Pro 進行避障偵測時，除紅外線感測外，也要依靠 RealSense 模組內的視像鏡頭和飛行器本身的超聲波感測器作輔助。
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▼ Intel 官方釋出的 RealSense 模組裝載在 Yuneec Typhoon H Pro 上的避障示範片段。
#4. 視覺圖像複合型技術
目前最完整的障礙物感知方案，是視覺圖像複合型技術，DJI Guidance 正是當中表表者。最新上市的 Phantom 4 Pro 雖增設了紅外線感測器作輔助偵測，惟其測距避障功能主要還是依靠兩組視覺感測器達成，故仍屬視覺圖像複合型技術方案。
DJI Guidance 用上視覺圖像複合型技術，黑色感知模組的中央單元是超聲波感測器，左右兩端小孔才是視像鏡頭。
雙鏡頭模組的測距原理就如人類雙眼，透過兩組鏡頭取景的差異，量度障礙物與感測器之間的夾角，再以三角測距定理，計算出障礙物與無人機之間的距離。受惠於感光元件的解析度愈來愈高，配合高時脈處理器，便可快速分析出圖像有否存在障礙物。
最新推出的 DJI Phantom 4 Pro機身前後均有裝設有雙鏡頭組成的雙目立體視覺感知系統。
DJI Guidance 的基本運作要求是，兩組視覺感測器能夠同時定位物體上的同一特徵點，一旦遇上特徵紋理不豐富的障礙物（如一堵白牆），雙鏡頭視覺感知便不能發揮作用了。
視覺圖像複合型技術的另一缺點是，在昏暗或黑夜環境下就無法運作。以 DJI Phantom 4 為例，其視覺感知系統的光照條件要在 15 lux 以上，弱光下便無效了。
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▼ 直接跳至 2:47 便可看到 DJI Phantom 4 Pro 避障技術演示片段
總結：各有優劣之處
綜觀四大避障感知技術方案，可說是各有優劣之處。超聲波具高穿透力特性，惟偵測距離短，只有 5 米左右。TOF 的有效感知距離稍遠一些，最遠可達 10 米；在暗光環境下很靈敏，可是遇上強光時卻未必能準確測量出障礙物距離。Intel RealSense 採用紅外線搭配單目測距的技術方案，有效感知距離同達 10 米，不過也受限於暗光下使用，面對強光就無所施其技。視覺圖像複合型技術的感知距離較長，DJI Phantom 4 的感知範圍便遠達 15 米，兼且無懼強光，但卻不敵弱光環境。
