无人机智能时代来临——精灵4视觉追踪篇
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以人类智慧之名，点亮精灵之眸，赋以腾云驾雾之能，赋以明辨择善之智，代目望高，携梦远行。 Phantom 4的面世掀开了机器视觉进入了实用场景的序章。智能跟随依靠机器视觉躲避障碍，依靠机器视觉识别目标，机器视觉的应用使得Phantom 4不再是一台提线木偶，而是拥有了有一定自主飞行能力的空中机器人。
而实现这一变革的基础的机器视觉，究竟是个什么东西，在智能跟随中，视觉又起到了什么样的作用，为什么有了视觉飞行器就能够实现自主飞行。 带着这些问题，今天我们来讲一个故事，这个故事的剧本写在我们每个人身体里，每个细胞中，这个故事已经讲了38亿年，而且还将继续讲下去?? 猎手之眼 在介绍机器视觉之前，我们先看看在自然界一场普通的厮杀中视觉起到了怎样的作用。 广阔的草原上，一只落单的羚羊正在进食，它长在两侧的双眼警惕的观察着环境。 草食动物的双眼一般长在头部两侧，双眼各自观测一片区域，这样可以带来更大视野范围，以便减小视野的盲区，预防可能的袭击—— 来自猎手的偷袭。 同时，羚羊的大脑中也在不停的将看到的画面与可能的猎食者形象相匹配，在草原上识别出一身伪装色的猎食者可并不容易。 然而羚羊并没有发现，在它不远处的石堆后，一只猎豹伏低了身子，正在悄无声息的靠近。 与草食动物不同，肉食动物的双眼往往集中在面部前方，双眼同时观测同一区域，以便获得立体视觉，从而测量出目标的距离。 猎豹通过双目视觉测量出目标大概在十米外，前方五米处有一堆石块，猎豹推算好了目标距离和袭击路线，站定，呼吸减缓，身姿伏低，肌肉绷紧，双眼紧盯，大自然花费数十亿年打造的这台杀戮机器现在犹如一架绞满的弩，只需要一个扣动扳机的时机? 时机很快到了，抬头张望了一圈的羚羊仍然没有察觉到危机，它重又低下头，准备进食，在它低头的那一刻? 扳机扣响！ 蓄势已久的猎豹如离弦之箭射了出去，周围的草丛犹如被看不见的泰坦猛力往后拉扯的餐布，在视野中飞快后退，快到石堆的时候猎豹敏捷地拐了一个弯绕过障碍，目标一直牢牢的锁定在视野范围中，距离随着剧烈的心跳越来越近，越来越近? 上面这个猎手与猎物的故事就是目标追踪最简略的原理，实现这样的目标追踪的效果，大自然用了几十亿年的时间来进化打磨。 抓到羚羊需要几步？ 1，从茫茫无垠的草原上发现羚羊并牢牢盯住。 2，观测羚羊周围的环境与路线上的障碍。 3，思考行动路径以及奔跑！ 进化之路——史前时代 为了完成以上的几个过程，数十亿年间无数物种在进化之路上前仆后继，终于进化出这套高效的目标追踪。而无人机上的目标追踪功能，同样也经历着进化的历程。 航拍无人机经历了前三代的发展，其跟拍功能都是基于GPS的目标追踪。 曾几何时，市面上出现许多主打目标跟踪功能的无人机品牌，纷纷以拥有目标跟踪的功能作为宣传点。国外的产品有红极一时刷爆朋友圈的Lily无人机，众筹的Airdog，甚至老牌的无人机厂商3DR。国内也有一大票活跃在朋友圈，众筹网站，微博的所谓“黑科技”无人机产品。
以上提到的所有宣称有目标跟踪技术的无人机产品，但是可以看到，上面所有的产品使用目标跟踪功能的话，都必须要满足某种前提条件：携带某种设备，这种设备或者是手环，或者是“魔棒”，或者是遥控器等等等等。 那么这些设备里面都有什么奥秘，为什么用户必须要携带某种设备才能使用目标跟踪的功能呢？ 为什么呢？ 为什么呢？ 为什么呢？ 大家一定非常好奇吧！（其实并没有） 好啦好啦，既然大家都这么想知道，那么小编科普时间到~ 既然是目标跟踪，那么首要需要解决的问题就是得知道目标在哪里呀！这是一个对目标的定位问题。 说到定位技术，目前应用范围最为广泛，方案最为成熟的就是卫星定位啦。说到卫星定位，虽然听起来是非常高端的科技名词，让人很容易一下就联想到下面这幅高大上的画面。
虽然听起来真的是碉堡了，不过近年来微电子技术的突飞猛进，要应用这个技术其实并不困难。我们常用的手机，车载导航等电子设备中常常都有一片GPS定位芯片，用于自身的定位。 类似的芯片长成这样，非常小巧，但是可以提供一个还能接受的定位精度。
那么接下来就比较简单粗暴了，不是不知道目标的位置吗，给他装一个GPS接收机不就结了。 是的！就这么简单粗暴，上述产品中或者手环，或者“魔棒”，或者遥控器，其实不同的外表之下，都有着一颗小小的GPS接收机。这个接收机的形态无论是什么样子，其本质作用都是一样的--------提供目标的位置坐标。 既然知道了目标的位置，无人机也知道了自己的位置，那么控制飞行器追上目标，这就是一个很简单的控制问题了。 回想到文首所说的抓到羚羊的3步，使用这种方式的目标跟踪，事实上跳过1，2步，直接控制无人机往目标飞行就可以了。 这也是这么多产品都以GPS进行目标跟踪并且将其作为自己的主打特色的原因，因为?真的是方便又简单，加量不加价? 有一些公司把这种基于GPS进行目标跟踪的技术称为黑科技??笔者只能用黑黑黑，嘿嘿嘿表示赞同。 如果还是使用猎豹和羚羊的故事举例的话，使用GPS进行目标跟踪的原理大概就是：猎豹瞎了，羚羊一副生无可恋的样子大声朝猎豹喊： 你来抓我呀你来抓我呀我在你的前方偏右32度，距离12.6米！你有本事你来抓我呀抓我呀！ 然后猎豹就循着声音所说的方向和距离猛地冲向了目标，然后吧唧一声，撞死在了岩石上? Sad story. 因为没有视觉的猎豹没有办法感知环境，也就没有办法知道前面有障碍物，当出现障碍物的时候，猎豹也只能撞了上去。即便猎物已经放弃治疗大声疾呼生无可恋引导猎豹往，也难以避免悲剧结局。算了这种猎豹似乎算不上大自然几十亿年的进化结晶，还是别叫猎豹叫瞎猫吧?. 使用GPS进行目标跟踪，撞死以外可能还存在以下几个问题： 1.真的不知道在拍什么 使用GPS进行目标，无人机只能被动由目标所携带的GPS设备发送的信息进行跟随，由于GPS定位精度在理想的情况下只有2.5米，并且更新频率较低，故而无人机并不知道目标所在的确切位置，所以使用GPS进行的目标跟踪要么目标难以出现在画面中，要么无人机拍摄的位置距离目标非常远。这样拍摄出来的镜头并不好看。
I’m here！damn stupid drone！ 2．也不是什么都能拍 风和日丽的街上，偶然看到一个令人心动姑娘，有心留下她翩翩倩影，于是兴冲冲的跑过去，深情款款的对她说妹子你好~ 麻烦拿上我的遥控器让我偷拍一下你吧~ 啪！ 自己家二哈实在太可爱，想要跟拍它一段视频，咳咳，二哈乖二哈好，二哈帮我拿着GPS接收器？ 汪！ 3．这个世界太危险了 干扰，这也是最为致命的一点，使用GPS接收机进行目标跟踪，由于GPS信号存在电离层干扰，SA误差，多径效应等原因，所以定位精度并不可靠。只有在开阔无干扰的地方才有较好的定位精度，而在环境稍微复杂一点的地方使用GPS进行定位，呵呵呵呵呵呵呵。相信大家都有过在大楼旁边进行定位，自己的坐标在地图上漂移到姥姥家的经历。前面说过，基于GPS目标跟踪的方案，飞机唯一跟踪依据是目标的GPS信号，GPS被干扰的情况下使用目标跟踪，飞行器会误以为目标真的就是高速的“漂移”，然后飞行器也会跟着乱飞。这个时候炸鸡的风险非常之高。 进化之路——精灵之眸 几亿年前，基因某次偶然的突变重组，感光细胞第一次在生物体上出现，生命对光的追求就在这一刻开始了。经历过漫长的进化长河，感光细胞、眼斑、杯状眼、视网膜、晶状体，最初简单的感光细胞一步步进化成人类身上复杂高效强大的视觉系统，在所有感官获取的全部信息中，80%的信息是我们使用眼睛获取到的。正是由于人类视觉功能的强大，人类可以使用眼睛寻找猎物，躲避危险，或者是在幽暗洞穴中享受人工制造的光与影变幻所带来的刺激——我们称之为电影。 现在，站在进化之巅的人类尝试着将几亿岁月锻造而成的视觉功能，赋予到自己的造物上—— 谓之机器视觉。 《历代名画记 张僧繇》：“张僧繇于金陵安乐寺画四龙于壁，不点睛。每曰：“点之即飞去。”人以为妄诞，固请点之。须臾，雷电破壁，二龙乘云腾去上天，二龙未点眼者皆在。 眼睛对于生物的重要性不言自明，如果人类的造物--机器，也能拥有视觉的话，那么就能够实现很多强大的功能啦！ 在上面的故事中，猎豹捕猎的过程也可以视作目标跟随的过程，如果是机器视觉来完成这个任务，首先解决的是对环境的感知（双目观测到前方有石堆），其次需要知道自己的速度与位置，（观测到自己周围环境在视野中后退，得到自己前进的速度）然后需要从复杂的背景中将目标稳定准确的检测出来，（羚羊尝试发现披着伪装色的猎豹，可惜失败了，不过猎豹做到了。）最后在视觉信息的基础上，飞行器进行航迹规划，控制飞行器以平滑的运动轨迹躲避障碍并跟上目标。（猎豹躲避障碍并追上目标） 1.观察环境 （编辑：PHP编程网 - 襄阳站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
