消費級航拍無人機技術迭代小史

陳忠歡

當下，無人機的應用領域正日漸擴大。它可以是軍隊偵察的鷹眼，是救援勘察的先鋒；它也可以是攝影師手中的新拍攝工具，翱翔天際，窺探大地奧秘。甚至，它還可以擔當提高農業(yè)生產效率的重任，成為農民的新“農具”。相信未來，隨著技術的迭代，無人機還會被開發(fā)出更多用途，突破人們現(xiàn)在的想象。

在本期專題中，我們關注無人機中的民用消費級航拍無人機，這可能只是眾多無人機類型中的一個類別，但在近十年，相比原來昂貴的直升機航拍，消費級航拍無人機的出現(xiàn)讓航拍變得更加平易近人， 同時它也成為攝影領域的一個器材亮點。

消費級航拍無人機的技術也歷經了數次迭代。在本篇中，我們?yōu)樽x者簡單梳理消費級航拍無人機的發(fā)展史，分享這一攝影新工具的技術進步。

2009～2012：以飛控系統(tǒng)為核心技術的第一代小型多旋翼航拍無人機時期

2009年左右，市場上還沒有無人機整機出售，航拍機大多是由航模愛好者自行組裝的。方法是組裝四軸機架并安裝無刷電機和槳，通過無線電遙控器的混控程序設定來控制四個螺旋槳的轉動速度，實現(xiàn)手動操控四軸飛行器。

這時航拍無人機也不自帶拍攝功能，主要是搭載市面上一些運動相機，比如GoPro等來完成拍攝。航拍器的穩(wěn)定性能主要靠飛行控制器，在2010～2012年市面上主要飛控產品有開源的APM，大疆的Wookong-M、Naza-M等。可以說，2009年至2012年是以飛控系統(tǒng)為核心技術的第一代小型多旋翼航拍無人機時期。

2012～2014：第二代遠距離高畫質航拍無人機時期

市場需求是廠商科技創(chuàng)新的最主要動因。組裝的無人機搭載運動相機拍攝出來的畫面并不是很理想。2012年至2014年，在以飛控系統(tǒng)為核心技術的基礎上，無刷云臺、高清廣角相機和Wi-Fi數字圖傳這三大核心技術直接驅動消費級航拍無人機進入第二代遠距離高畫質航拍無人機。無人機廠商自主研發(fā)高清相機并集成到云臺成為了這一階段的趨勢，“一體化”的第二代無人機設計理念逐步得到廣泛認同。

2012年，大疆發(fā)布了全球首款三軸無刷電機直驅云臺禪思Z15-5N。Z15云臺出廠前已根據相機型號、鏡頭型號完成調試，只需要把相機安裝到飛行器上使用即可。用戶不用自行調整云臺或者改變其機械結構，也不用為相機增加其他外設如濾鏡、遮光罩。

2013年10月份，大疆推出Phantom 2 Vision，第一款真正意義上到手即飛的航拍無人機。Phantom 2 Vision是大疆首款搭載自主研發(fā)相機的航拍一體機，搭載的相機型號為DJI FC20。這款產品是相機與無人機的一體化的開端，為消費者省去了安裝云臺相機，設置圖傳接受信號等步驟，可以直接飛行。隨后，無人機廠家推出的一系列產品都走向“飛機+相機一體化”。

2014年，大疆發(fā)布Phantom 2 Vision+。云臺相機同樣采用1/2.3英寸CMOS傳感器，1400萬像素，但在外形上發(fā)生了很大變化，更加小巧精致。同時，內置云臺的提升更明顯，系統(tǒng)采用了無刷電機代替早前的舵機，增穩(wěn)效果也提升成了三軸增穩(wěn)。

2014～2015：第三代全高清航拍無人機時期

2014年，大疆發(fā)布了Lightbridge全高清數字圖傳系統(tǒng)，實現(xiàn)3公里的高清圖像（720P）實時傳輸功能。Lightbridge的發(fā)布可以說開啟了無人機高清航拍的時代，其最先應用在大疆產品“悟”Inspire 1上。2014至2015年，全高清圖傳、4K相機和初級視覺懸停輔助系統(tǒng)三大核心技術，加上GPS跟隨等輔助功能，消費級航拍無人機進入到第三代全高清航拍無人機時代。

2014年，Parrot發(fā)布無人機 AR.Drone。Parrot是法國老牌的高科技公司，AR.Drone是首款具備超聲波加光流傳感器實現(xiàn)無GPS定位懸停功能的一體機。

2014年11月，大疆發(fā)布專業(yè)航拍無人機“悟”Inspire 1?！拔颉笔侨蚴卓钆鋫?K相機，集成Lightbridge高清圖傳的一體化設計航拍四軸飛行器，同時配備超聲波加光流的視覺懸停輔助系統(tǒng)。通俗來說就是全高清圖傳+4K相機+初級視覺懸停輔助。

2015年大疆發(fā)布了精靈Phantom 3系列。精靈Phantom3系列，包括Professional、Advanced、Standard三個版本。外觀上基本相像，拍攝的照片視頻，可以直接在DJI GO中進行編輯快速分享到微信、微博和QQ等社交平臺。不同的是Professional版本支持4K拍攝，其他兩個版本畫質也達到了1080P。

同年，大疆在北美最大的競爭對手3D Robotics也在同月發(fā)布新款四軸飛行器 SOLO。

2016至今：第四代智能視覺無人機時期

隨著智能硬件和技術的快速發(fā)展，以第三代全高清航拍無人機核心技術為基礎，具備環(huán)境感知、視覺跟隨、自主避障和精確視覺懸停輔助系統(tǒng)等核心技術的消費級航拍無人機進入第四代智能視覺航拍無人機時代。

2016年3月份，大疆發(fā)布精靈系列Phantom 4，這臺無人機具備環(huán)境感知+視覺避障+視覺跟隨能力，可以說是一臺智能視覺無人機。

2016年，大疆發(fā)布“御”Mavic pro，是大疆推出的首個折疊式設計的無人機。而在2017年，大疆發(fā)布史上最小無人機“曉”Spark。雖然 Spark 的體積很小，但相機具備1200 萬像素、25mm F2.6 廣角鏡頭 、1/2.3 英寸 CMOS 傳感器，可拍攝 1080p/30fps 的高清視頻、增強型 Wi-Fi 高清圖傳、兩公里720P 視頻傳輸與控制距離等。

概念機型+先進技術

概念機型并不是真實產品，但承載了人們對無人機的各種設想。早在2015年大疆就提出了概念機Phantom X，它“拋出即飛”甚至還可以在空中彩繪，讓你脫離手柄揮灑創(chuàng)意。近兩年Lily和Nixie兩臺無人機在這一方面取得一些進展。endprint

Flight Wave航空航天系統(tǒng)公司和英國智能能源（Intelligent Energy）公司之間合作開發(fā)了一款新型無人機 Jupiter-H2。這款無人機最大的亮點是使用了氫燃料電池，據稱這種電池能大幅度提高無人機的續(xù)航能力，充電數分鐘內就能讓無人機持續(xù)飛行兩個小時。

同時，特斯拉發(fā)布的概念型無人機Tesla Drone，充電20分鐘能飛一個小時。并且，這款無人機用雙設計螺旋槳作為無人機攝像機穩(wěn)定器，取代傳統(tǒng)采用視頻穩(wěn)定的萬向節(jié)。

世界首款無線仿生魚無人機BIKI可以在60米深度潛水航拍。它采用55db超低噪音的橡膠仿生魚鰭，擺動頻率低，可以安全拍攝水下生物。它搭載800萬像素、150度超廣角防抖攝像頭，游速為1.12mph（1.8千米/小時）

有一類無人機叫穿越機，是一種純粹追求速度的機型。其中，由無人機競速聯(lián)賽（DRL）工程團隊打造的穿越機DRL RacerX是目前世界上最快的穿越機，其時速可達289公里/時，就連高性能汽車也望塵莫及。

航拍相機的技術更迭歷程

航拍相機主要包括兩大核心部件，一是飛行平臺，二是影像系統(tǒng)。飛行器的安全性、穩(wěn)定性、可操作性及智能化程度是航拍飛行的基礎；相機的畫質直接影響航拍的作品，兩者缺一不可。

早期的航拍無人機往往攜帶GoPro運動相機或松下GH4、索尼A7等無反相機進行航拍。無人機廠商和相機廠商各司其職。由于四軸航拍器可攜帶物品重量有限，體積小、重量輕、大廣角、功能全的運動相機GoPro成了飛行器掛載的第三方相機的首選。但是使用第三方相機不便于圖像傳輸，相機參數控制也不方便。從Phantom 2 Vision開始，大疆開始為消費級產品配備航拍相機。

禪思X3

2014年大疆發(fā)布專業(yè)航拍無人機“悟”Inspire 1的標配相機，支持最高4K/30fps的超高清和1080P/60fps的高清視頻錄制，以及最高 1200 萬像素靜態(tài)照片拍攝，ISO范圍為100～3200。

禪思 X5&X5R

2015年9月大疆發(fā)布了兩款專業(yè)級航拍相機禪思X5 和 X5R。這兩款相機可搭載至“悟”Inspire 1，作為禪思X3相機的升級，同時也支持經緯M100和M600。兩款相機都采用M4/3傳感器，相比之前的1/2.3英寸傳感器有很大的升級。

禪思XT

時隔三個月，大疆和美國菲力爾公司（FLIR）聯(lián)合推出熱成像相機禪思XT，可安裝在“悟”Inspire 1、經緯 M100和M600上。這款相機主要定位行業(yè)應用場景，提供兩種規(guī)格的分辨率，640 ×512和336 × 256，有6款不同焦距的鏡頭供選擇，提供最多8倍的數字變焦。

禪思Z3

2016年7月，大疆推出首款變焦云臺相機禪思Z3，等效焦距22～77毫米，提供3.5倍光學變焦加兩倍無損數碼變焦。它采用了反作用輪增穩(wěn)技術，讓相機長焦端成像更清晰。

禪思X7

2017年，大疆發(fā)布全新的S35相機禪思 X7。它是為電影拍攝推出的一款自帶云臺的緊湊型S35相機，目前可搭載在“悟”2上使用。它適配4款定焦鏡頭，焦距覆蓋16～50毫米，最大光圈均為F2.8。它還具有14擋超寬動態(tài)范圍，可拍攝30幀/秒的6K CinemaDNG RAW和 5.2K Apple ProRes 視頻。

哈蘇中畫幅相機A5D

2017年7月份大疆推出高端空中攝影機系統(tǒng)，這是大疆宣布收購哈蘇部分股權后，雙方聯(lián)合推出的首個產品。該套裝由哈蘇中畫幅相機A5D+大疆的專業(yè)飛行器經緯M600+專業(yè)三軸云臺“如影”Ronin-MX組成的，可用于繪圖與商業(yè)攝影。endprint