眼部机器人：戴森机器人吸尘器清洁地板，彻底改变了计算机视觉

最后，Roomba 有理由感到害怕。上周，高端吸尘器制造商戴森发布了 360 Eye，这是一款使用全景计算机视觉在家中导航的机器人吸尘器。其他清洁机器人也使用过摄像头，但从来没有像这样。顾名思义，Eye 可以 360 度观察，在移动时不断监视周围环境，并使用基于视觉的数据来构建地图。因此，虽然以前的家用机器人可能将摄像头对准天花板，但戴森的 Eye 可以看到它面前的地板、挡路的家具，甚至挂在墙上的相框——它的视野向上延伸 45 度，以捕捉更多的空间地标。戴森设计工程师 Nick Schneider 表示：“我们开发视觉技术的原因之一是人类主要以视觉方式与世界互动。因此，如果我们建立一个可以使用相同线索与世界互动的系统，我们认为该系统将具有显著的优势。”

其含义是，计算机视觉模仿人类感知，并借用了人类来之不易、高度进化的生物力学效率。这是简化机器人研究目标的绝妙方法，但并不十分准确。

360 Eye 感知世界的方式与我们完全不同。人类确实非常依赖视觉，但我们的硬件和软件与这款机器人或迄今为止的任何其他机器人都完全不同。Eye 专有的全景镜头会收集光线并将其投射到单个 CCD 成像传感器上，测量机器人周围所有物体的相对距离，而人类的视觉则完全取决于定向立体传感器以及消化原始感官输入的能力。由于我们的眼睛通常是一对对向前的，因此我们可以获得深度感知的好处，而不必承受眼球排列在整个头部周围的认知负担。即使是强大的人类大脑也无法合理处理如此多的数据。因此，戴森的机器人看到的是一个完整的圆形，这使其在感知上天生就不像人类。

这也使 360 Eye 成为机器人技术领域的佼佼者，也是迄今为止解决棘手的计算机视觉问题的最具创新性的策略之一。大多数自动化系统设计用于机器人专家所称的非结构化环境——在这种环境中，物体可能突然挡住你的路，而且缺乏机器可读的条形码、红外反射器或其他面包屑痕迹——将视觉作为补充感官，依靠激光、超声波、雷达或三者的某种组合。部分原因是金钱。单个摄像头并不一定昂贵，但为了看清大面积区域而装载镜头和传感器可能会成本过高。计算机视觉的另一个更具有技术意义的绊脚石是处理。机器如何处理它收集到的所有光子？

大多数人都能很好地解决这个问题，这要归功于我们头骨中的灰质。人们能够毫不费力地从视觉噪音中挑选出特定的物体，立即对这些物体进行分类，并得出一个不断更新的意义和后果矩阵。例如，我们知道，人类在行走时不会相互碰撞，所以在走廊里接近你的人很可能会走开。你之所以知道这一点，是因为你了解眼睛是什么，脸是什么，这个人的眼睛和脸是朝着你的，他的态度中没有恶意或疯狂的冷酷光芒，这可能预示着他即将撞到墙上。

机器人对此一无所知。这种认知的缺乏——这是一个人工智能问题，而不是机器人本身的问题——往往使得计算机视觉远不如人类视觉有用，尽管研究人员付出了最大的努力。

顺便说一句，我并不是要否定这些努力，其中有些是值得注意的。总部位于加州的半导体制造商 Rambus 目前正在开发没有镜头的视觉传感器，这种传感器的直径为 200 微米，大约是人类头发直径的两倍。由于它们只不过是一层塑料薄膜，没有光学玻璃，这些视觉点非常耐用（可承受数百倍的机械力），价格非常便宜（每个约 10 美分），而且功耗低，可吸收从本地来源（例如微型太阳能电池板）收集的能量。换句话说，你可以将它们贴在任何地方，镶嵌在机器人的手臂上以提供更好的肢体位置感，将它们嵌入人形机器人的后脑勺以提高整体意识，或者将它们聚集在更传统的相机周围。虽然每个点捕捉的图像的分辨率很小，但它们在识别模式方面非常出色。正如 Rambus 首席研究员 Patrick Gill 指出的那样，它们可以发挥许多蜘蛛的小眼睛的作用。“它们会注意到机器人何时应该注意某些运动变化，这样它就可以将高分辨率相机聚焦到该方向，”Gill 说。

尽管 Rambus 计划明年将原型机交到开发人员和创客社区成员手中，但这些无镜头传感器仍然是低成本计算机视觉的未经证实的策略。另一方面是 Hans Moravec，他是一位先驱机器人专家，于 2003 年与他人共同创立了 Seegrid Systems。Seegrid 的未来相对不确定——该公司目前深陷财务困境——但其核心技术一直令人印象深刻。这家总部位于匹兹堡的公司基于 Moravec 在 3D 视觉方面的工作，为工业环境制造自动叉车和货物搬运车。机器人使用一系列廉价的消费级图像传感器来观察尽可能多的方向，从而获得对环境的广泛视觉感知。这种视觉扫描包括——这是至关重要的——与避免碰撞无关的功能。Seegrid 的自动地面车辆 (AGV) 可以注意到给定风管在仓库天花板上的位置，以及堆放在特定货架顶部的一组箱子的位置。这些机器人叉车正在建立情境意识，创建一张地图，其中包括要避免撞到的物体以及仅作为地标的物体。通过参考这些地图，它们可以比不断重建对熟悉工作空间的感知的机器人更快、更自信地移动。

戴森的方法也建立了情境感知能力，但使用的摄像头更少，内存也更短。360 Eye 似乎只使用单个 CCD 传感器，不会存储它生成的地图，因此每次清洁运行都是一次了解周围世界的新练习。换句话说，它的能力不如 Seegrid 机器人。但这没关系。虽然戴森还没有透露 Eye 明年上市时的售价，但它肯定会低于 Seegrid 对现有工业车辆进行机器人化所收取的数千美元。戴森的机器人吸尘器在成本上能与 iRobot 的 Roombas 系列相媲美吗？后者的价格从 400 美元到 700 美元不等。我猜不会——戴森在人控吸尘器中占有优势，因此其首款自动吸尘器型号的价格会相对上涨。然而，它仍然必须足够便宜，以吸引那些已经拥有 Roomba（或类似机器人）并想要升级的消费者，或者那些一直在等待机器人更有效地减少家务的消费者。

当然，在 360 Eye 实际定价前几个月（甚至一年）就赞扬戴森在计算机视觉方面的低成本创新有些武断。事实上，施耐德不会提供当前相机的很多详细规格，例如其分辨率，因为从现在到 2015 年产品发布期间，硬件很容易发生变化。但这些细节中的大多数都与明年的机器人吸尘器业务有关，这意味着戴森即将与 iRobot 展开生死战。对于更广泛的机器人领域来说，这则新闻显然是廉价、有效的计算机视觉方面的突破，其影响可能超出自动吸尘这一细分类别。对于消费者似乎最想要的机器人类别来说，视觉是必不可少的。能够驾驶、清洁、照顾老人或任何其他需要靠近人类的机器可以从更有用的眼睛中受益。或者，可以说，一只无所不见的独眼。

另一个值得关注戴森首款机器人的理由是：它可能不会是戴森的最后一款机器人。施耐德无法透露具体细节，但证实该公司不会授权其计算机视觉技术，并将继续探索内部开发其他类型的机器人。“视觉系统使这成为一种确定的可能性，”施耐德说。“敬请期待。”