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为你解读大疆无人机视觉追踪,都有啥奥秘?

发布时间:2020-06-02 发布时间:
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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!
  
l 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?.
 

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