У большинства камерных квадрокоптеров пилот смотрит на машину со стороны или на экран пульта. FPV меняет сам принцип полета: перед глазами находится изображение с камеры дрона, поэтому пилот видит маршрут практически с его точки зрения. Отсюда и название First Person View — вид от первого лица.
При этом FPV-дрон не обязательно относится к отдельному типу летательного аппарата. FPV описывает прежде всего способ управления и передачи изображения. Однако под этим названием чаще всего подразумевают небольшие быстрые квадрокоптеры с камерой, видеопередатчиком и управлением, рассчитанным на прямой контроль движения.
Как работает FPV-дрон
У FPV-квадрокоптера есть две отдельные задачи: принять команды пилота и передать ему изображение. Команды с аппаратуры управления поступают на приемник, затем полетный контроллер обрабатывает их вместе с данными гироскопа и меняет обороты четырех двигателей.
Одновременно установленная спереди камера снимает происходящее перед дроном. Видеосигнал идет через передатчик к очкам или экрану пилота. Поэтому человек управляет аппаратом не по его силуэту в небе, а по изображению с борта.
Типичная FPV-система состоит из нескольких основных частей:
- квадрокоптера с полетным контроллером;
- радиоприемника для команд управления;
- FPV-камеры;
- видеопередатчика и антенны;
- пульта управления;
- FPV-очков или отдельного экрана.
Радиоканал управления и видеоканал выполняют разные функции. Первый передает движения стиков и другие команды на борт. Второй отправляет изображение обратно пилоту. В готовых цифровых системах устройства могут быть тесно связаны между собой, но назначение каналов от этого не меняется.
Чем FPV отличается от обычного квадрокоптера
Для сравнения под обычным квадрокоптером удобнее понимать современный камерный дрон вроде DJI Mini, Air или похожих моделей. Такие аппараты помогают пилоту удерживать положение и высоту, используют спутниковую навигацию и датчики, а камера обычно установлена на стабилизированном подвесе.
Например, DJI Mini 4 Pro использует GPS, Galileo и BeiDou, системы визуального позиционирования и трехосевой механический подвес камеры. При отсутствии команды аппарат может удерживать положение, а подвес компенсирует наклоны корпуса. FPV-квадрокоптер в режиме Acro ведет себя иначе.
| Особенность | Типичный FPV-дрон | Типичный камерный квадрокоптер |
|---|---|---|
| Способ наблюдения | Камера от первого лица | Изображение на экране пульта или смартфона |
| Управление | Часто Acro/Rate без автоматического выравнивания | Обычно со стабилизацией положения и наклона |
| Камера | Часто закреплена на корпусе под углом | Обычно стоит на стабилизированном подвесе |
| Видеосистема | Большое значение имеет минимальная задержка | Важны качество изображения, дальность и устойчивость связи |
| Полет | Пилот постоянно контролирует ориентацию аппарата | Автоматика берет на себя значительную часть стабилизации |
| Основные задачи | Гонки, фристайл, динамическая съемка | Фото, видео, наблюдение и инспекция объектов |
Граница при этом не абсолютно жесткая. Есть FPV-модели с датчиками позиционирования, автоматическим торможением и упрощенными режимами. DJI Avata 2, например, сочетает FPV-очки с электронными помощниками и отдельным ручным режимом. С другой стороны, обычный камерный квадрокоптер тоже передает изображение с борта в реальном времени.
Поэтому главное отличие FPV связано не просто с наличием камеры. Важнее сочетание вида от первого лица, быстрого видеоканала и непосредственного управления движением аппарата.
Зачем FPV-дрону очки и почему важна задержка видео
FPV-очки размещают экран вплотную к глазам. Пилот видит кадр с бортовой камеры почти на все поле зрения и может точнее воспринимать направление движения, наклон и расстояние до окружающих объектов.
Очки при этом не обязательны для самого принципа FPV. Изображение можно вывести на монитор. Но очки лучше изолируют пилота от окружающей картинки и поэтому стали стандартным оборудованием для гонок и фристайла.
Качество видеосвязи оценивают не только по разрешению. Для FPV особенно важна задержка — время между появлением изображения перед камерой и его отображением перед глазами пилота.
Задержку создают сразу несколько этапов: камера считывает кадр, система обрабатывает его, передатчик отправляет данные по радио, приемник получает их, декодер восстанавливает изображение, после чего экран выводит кадр. Цифровой видеоканал дополнительно кодирует изображение, поэтому производители стараются сократить обработку и буферизацию.
Разницу хорошо показывают характеристики современных систем. Для DJI O4 Air Unit Pro производитель указывает минимальную задержку 15 мс при работе с Goggles 3 в специальном режиме передачи 1080p/100 кадров/с. У базового O4 Air Unit в тех же очках заявлено минимум 20 мс. Конкретная задержка зависит от оборудования и режима передачи.
Небольшая задержка нужна из-за скорости самого аппарата. Если изображение приходит поздно, пилот фактически управляет по картинке, которая уже успела устареть. Поэтому для FPV плавность и быстрота видеопотока часто важнее максимального разрешения.
Почему камера FPV-дрона смотрит немного вверх
Камера обычного съемочного квадрокоптера может оставаться почти горизонтальной независимо от положения корпуса. Механический подвес поворачивается относительно рамы и компенсирует крен и наклон аппарата.
У классического FPV-квадрокоптера камера обычно жестко закреплена на раме. Когда аппарат начинает двигаться вперед, он наклоняет весь корпус. Если объектив направить точно вдоль горизонтальной линии рамы, при быстром полете значительная часть кадра будет приходиться на землю.
Поэтому FPV-камеру часто устанавливают с положительным углом относительно корпуса. Чем сильнее квадрокоптер наклоняется вперед, тем ближе направление камеры становится к фактическому направлению движения.
Такое устройство также объясняет характерную картинку FPV-видео. Горизонт двигается вместе с дроном, а при крене наклоняется весь кадр. Трехосевой подвес у обычного камерного коптера, наоборот, старается отделить движение камеры от движения корпуса.
Современные готовые FPV-модели иногда используют промежуточный вариант. У DJI Avata 2 установлен одноосевой механический подвес по наклону, а дополнительные колебания изображения может компенсировать электронная стабилизация. У DJI Mini 4 Pro камера уже находится на полноценном трехосевом подвесе.
Что означает ручной режим FPV-дрона
Главное отличие хорошо чувствуется после отпускания стиков. Камерный дрон со спутниковым и визуальным позиционированием обычно тормозит и старается удерживать положение. В классическом FPV-режиме такого поведения нет.
В популярной прошивке Betaflight стандартный режим называется Acro или Rate. Положение стика задает скорость вращения квадрокоптера вокруг соответствующей оси. Если пилот наклонил аппарат вперед, а затем вернул стик в центр, коптер сам не возвращается в горизонтальное положение.
Полетный контроллер при этом продолжает работать. Он постоянно использует гироскоп и корректирует обороты двигателей, чтобы аппарат выполнял команды пилота. Поэтому Acro нельзя понимать как прямое управление каждым мотором. Автоматика остается, но она не выравнивает квадрокоптер относительно горизонта.
Помимо Acro, в Betaflight есть режим Angle. Акселерометр определяет положение относительно горизонта, а после возвращения стиков к центру система выравнивает аппарат. Horizon сочетает оба подхода: около центра стиков работает самовыравнивание, а при больших отклонениях управление становится ближе к Acro.
Значение термина Manual зависит от производителя. DJI использует название M mode для ручного режима своих FPV-моделей. В среде самосборных FPV-квадрокоптеров гораздо чаще встречаются названия Acro и Rate. По смыслу речь идет об одном важном отличии: пилот получает значительно более непосредственный контроль над углом и вращением аппарата.
Вопросы и ответы
Что такое FPV-дрон простыми словами?
FPV-дрон передает живое изображение с бортовой камеры пилоту. Человек управляет аппаратом, наблюдая полет практически с его точки зрения.
Чем FPV-дрон отличается от обычного квадрокоптера?
FPV-модели обычно рассчитаны на управление по изображению с бортовой камеры и часто используют режим Acro без автоматического выравнивания. Камерные квадрокоптеры чаще удерживают положение и используют стабилизированный подвес камеры.
Обязательно ли для FPV нужны очки?
Нет. FPV-видео можно выводить на отдельный монитор, хотя очки получили широкое распространение благодаря большому полю зрения и удобству управления от первого лица.
Почему для FPV важна низкая задержка?
Пилот принимает решения по изображению с камеры. Чем дольше сигнал проходит от камеры до экрана, тем сильнее показанная картинка отстает от реального положения дрона.
Что такое Acro в FPV?
Acro, или Rate, — режим управления без автоматического выравнивания относительно горизонта. Стики задают скорость вращения квадрокоптера, а пилот самостоятельно контролирует его положение.
Почему камера FPV-дрона установлена под углом?
При движении вперед квадрокоптер наклоняет корпус. Положительный угол камеры позволяет сохранить впереди большую часть нужного пилоту поля зрения во время такого наклона.
Может ли FPV-дрон сам выравниваться?
Да. Многие FPV-квадрокоптеры поддерживают режимы с самовыравниванием. Например, Betaflight предлагает Angle и Horizon, а некоторые готовые модели имеют дополнительные системы стабилизации и позиционирования.
