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#新浪科技综合#NASA毅力号直播攻略来了！万字长文详解火星任务新浪科技综合2020-07-30 10:19:120阅( 五 )


七、毅力号的机器视觉算法
自主行驶对于完成毅力号的使命至关重要 。 地球与火星之间的距离可以使无线电信号以光速传播长达 22 分钟以进行单程旅行 。 长时间的延迟将使其无法实时控制漫游车 ， 且等待近一个小时的命令在火星与地球之间进行往返旅行也很不现实 。 毅力号有一个紧凑的时间表 ， 它需要从一架小型直升机上飞下来进行飞行测试 ， 然后收集数十个岩石样本并在地面找到可以存放的地方 。 如果毅力号需要在一年中完成所有任务 ， 它必须能够独立进行导航决策 。 地面自动驾驶车辆通常使用激光确定物体位置以及与物体的距离 ， 但激光雷达系统体积庞大 ， 耗能高且容易发生机械故障 。 因此 ， 毅力号将使用立体视觉和视觉测距法确定火星上的位置 。 立体视觉结合了来自“左摄像机”和“右摄像机”的两幅图像 ， 以创建漫游车周围的3D图片 ， 而视觉测距软件及时分析分离的图像 ， 预估漫游车已移动了多远 。 “我们担心激光雷达在太空飞行中的机械可靠性 ， ”美国宇航局喷气推进实验室高级研究科学家兼计算机视觉小组主管 Larry Matthies 说 。 “几十年前 ， 当激光雷达还不成熟时 ， 我们就开始在喷气推进实验室使用立体视觉进行 3D 感知 ， 效果还不错 。 ”Matthies 已帮助火星上的每辆漫游车建立视觉导航系统 。 除了 NASA 首次在火星上行驶的“旅居者”号（Sojourner）以外 ， 其所有移动漫游车都将立体视觉与视觉测距法结合使用 。 但毅力号与众不同的地方在于 ， 它有专用硬件和一套新颖的机器视觉算法 。
八、技术挑战与解决方案
毅力号的新型数字眼镜能更快地自主导航周围环境 ， 因此有更多时间专注于主要科学目标 。 但毅力号仍需要一整天时间才能达到树懒在一小时内可以覆盖的相同距离 。 所有火星漫游车一天中的最长行驶距离为 219 米 ， 毅力号每天可以行驶 200 米左右 ， 因此平均而言 ， 毅力号已达到或超越此前的火星漫游车行驶记录 。 由于火星没有磁场与浓厚的大气层 ， 无法屏蔽来自太阳带电粒子的侵蚀 ， 这些粒子会对计算机上造成严重破坏 。 它们会导致晶体管在不应有的情况下导通或关断 ， 并且如果累积足够多的这些错误 ， 将会导致计算机崩溃 ， 甚至丢失宝贵的数据造成整个任务失败 。 因此NASA工程师会尽一切努力防止事故发生 。 目前有很多技术可以使计算机不受辐射干扰 。 例如 ， 可以添加其他难以导通和关断的晶体管 。 赛灵思公司（Xilinx）的空间系统架构师 Minal Sawant 为毅力号设计并制造了机器视觉芯片 。 根据赛灵思公司进行的资格测试 ， 该芯片每年不发生超过两次的翻转错误 ， 即离子导致存储在存储器中的信息量从一变为零 。 但保护处理器免受辐射会损害其性能 。 这与处理器的设计有关 ， 也与测试组件的抗辐射能力花费很长时间相关 。
Matthies 说：“即使硬件是完美的 ， 算法也总是会犯错误 。 在计算机视觉中 ， 存在离群值导致算法出错 。 因此 ， 我们必须压倒这种可能性 。 ”离群值可能包括漫游车看不到物体或将其误认为其他物体的情况 。 解决此问题的一种方法是从其他传感器获取漫游车的导航系统数据 ， 让它不仅仅依靠视线来绕行 。 例如 ， 陀螺仪和加速度计就可以帮助漫游车了解火星表面的坡度和粗糙度 。 Twu 说：“系统越复杂 ， 可以做出的决策类型就越多 。 这需要确保已经涵盖了漫游车可能遇到的所有可能情况 ， 通过进行多次实际动手测试能发现算法中的不足之处 。 ”在巨大沙箱中排列巨石的方法有很多种 。 毅力号导航算法的大多数测试都在虚拟仿真中进行 。 通过在软件上投放所有可能场景 ， 了解其在不同情况下的性能 。 虽然场景周围大多仍是混合（虚拟）岩石 ， 但可以建模的景观类型和场景并没有真正限制 。 Twu 称 ， 对视觉算法进行全面测试 ， 加上漫游车引入的所有传感器数据 ， 将使毅力号比其他任何火星漫游车更自如地在困难地形上导航 。 即使是最完美的模拟 ， 与真实物体相比也显得较为苍白 。 明年2月 ， 毅力号降落在火星上时 ， 将接受更严格的测试 。 如果一切顺利 ， 它所描绘的路径将引导我们找到地球以外生命存在的证据 。 北京时间 7 月 30 日下午 7 点半 ， 作为继天问一号火星探测任务发射之后的 2020 火星年重磅大戏 ， 我们拭目以待 。 直播地址：https：//www.youtube.com/nasa
【#新浪科技综合#NASA毅力号直播攻略来了！万字长文详解火星任务新浪科技综合2020-07-30 10:19:120阅】毅力号 ， 奥利给！
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