无人机智能时代来临——精灵4视觉追踪篇

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

猎豹通过两只眼睛来观察周围的环境，Phantom 4也是一样一样一样的！号称双目立体视觉嘛，大致原理就是通过具有一定视距的两个摄像头（左眼和右眼）对同一目标进行观测（就是在视网膜上成像），得到前方环境的深度图。这样一样来，前方障碍物的情况了如指掌，妈妈再也不用担心我撞上迎面的妹子。

专业一点来说，你问我Phantom 4能看多远，我说能看0.7-15米（官网有售），在光线条件还行（>15lux）的情况下，除了细小的物体（比如电线）以外，它都可以看见！可是为啥晚上不行呢？小编自己脑补了一下夜里摸黑走路的情景。。。

除了往前看，Phantom 4也要常常需要看看地面，才知道跑的多快，跑了多远。这个就靠融合向下的摄像头、超声波，以及自身的惯性测量的信息进行综合计算。Phantom4号称可以在风不是特别大的情况下，稳稳地悬在空中。以小编的经验，精灵4使用了双目立体视觉，这样是为了获得相比于Phantom3以及其他使用单个摄像头来进行测量的无人机来说更为精准的速度测量和悬停的能力。所以，我就在那里，不离不弃，你想怎么拍就怎么拍！

技术一点来说，这个东西叫做视觉里程计（Visual Odometry）。它是通过对地进行视觉观测，计算光流，并融合自身的传感器来实现的。说白了，就是计算机视觉领域大名鼎鼎的Structure-from-Motion。绝大多数视觉里程计算都会用到光流的跟踪。不过如果仅仅是用光流就可以搞定的事情，那么测速和悬停早已成为所有无人机的标配。情况显然没有这么简单！比如如果地面上没有纹理变化，无法进行光流跟踪怎么办？比如有影子或者其他会运动的东西，对摄像头的光流跟踪造成干扰怎么办？比如光流跟踪一小段时间会断怎么办？误差会慢慢累积最后悬停一会儿之后就飘走了怎么办？

（编辑：应用网_阳江站长网）

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