無線通信與機(jī)器視覺在無人機(jī)中的應(yīng)用

翟先之 鄭燦香 劉華瑞

摘 要：無人機(jī)的出現(xiàn)給各領(lǐng)域和行業(yè)的發(fā)展注入了新鮮的活力，近年來，圍繞無人機(jī)展開的技術(shù)研究與開發(fā)比比皆是，無線通信和機(jī)器視覺在無人機(jī)中的應(yīng)用探索就是其中之一。本文對(duì)無線通信和機(jī)器視覺做了簡(jiǎn)單介紹，并分析了兩種技術(shù)在無人機(jī)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);機(jī)器視覺;無線通信

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多技術(shù)開始相互融合從而創(chuàng)造出更多能夠符合不同社會(huì)生產(chǎn)和生活需求的新的高新技術(shù)產(chǎn)品，無人機(jī)技術(shù)就是其中之一。無人機(jī)技術(shù)是人類利用空中資源完成諸多生產(chǎn)和生活任務(wù)的重要手段，最初設(shè)計(jì)成型時(shí)，只是簡(jiǎn)單的運(yùn)用遙控技術(shù)控制無人機(jī)在空中飛行，而隨著無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，許多行業(yè)開始根據(jù)自身需求將一些其他技術(shù)與無人機(jī)進(jìn)行融合，使得無人機(jī)能夠輔助人類完成各種遠(yuǎn)程航空拍攝、通訊以及檢測(cè)任務(wù)，并逐漸在農(nóng)業(yè)、環(huán)保、運(yùn)輸、搶險(xiǎn)救援、新聞報(bào)道等領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用。近年來，無線通信技術(shù)與機(jī)器視覺技術(shù)的興起，帶給無人機(jī)更大的發(fā)展空間，如何將這兩種技術(shù)融入無人機(jī)技術(shù)從而使無人機(jī)具備更大的實(shí)用價(jià)值，成為當(dāng)前許多人探索的重點(diǎn)。

一、無線通信與機(jī)器視覺技術(shù)概述

（一）無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)是一種依靠電磁波信號(hào)實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)信息交換的通信方式，其主要包含運(yùn)用微波通信和衛(wèi)星通信兩種。由于無線通信的傳輸距離極遠(yuǎn)，且不收運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響，自誕生以來就得到了廣泛應(yīng)用。此外，無線通信隨著不斷發(fā)展，其傳輸?shù)膬?nèi)容由最初的聲音發(fā)展到文字、畫面等等，使得人類信息傳輸更加方便快捷，信息的內(nèi)容量也逐漸增大，極大的改善了人類的信息交換狀況，并為工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、日常通訊等做出了重要貢獻(xiàn)。隨著全球進(jìn)入信息時(shí)代，無線通信技術(shù)更是與人們的日常生活息息相關(guān)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等都需要以無線通信技術(shù)來取得進(jìn)一步發(fā)展，從而更好的為社會(huì)的發(fā)展服務(wù)。

（二）機(jī)器視覺技術(shù)

機(jī)器視覺技術(shù)屬于人工智能技術(shù)中的一種，其主要是運(yùn)用機(jī)器模擬人的視覺能力來代替人眼完成一些工作。機(jī)器視覺系統(tǒng)主要通過一系列的圖像攝取裝置如CMOS、CCD等將被攝目標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的圖像信號(hào)，這些信號(hào)被傳輸給圖像處理系統(tǒng)后會(huì)根據(jù)像素、亮度、顏色等情況進(jìn)行重新編碼轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，而圖像處理系統(tǒng)正是基于對(duì)這些信號(hào)的特征抽取與判斷來對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行控制。由于機(jī)器視覺技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程，其涉及到圖像處理、光學(xué)成像、機(jī)械工程學(xué)、數(shù)字視頻技術(shù)、模擬技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，在當(dāng)前的人工智能領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿?，且其中的多?xiàng)技術(shù)能夠與各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使得機(jī)器視覺的應(yīng)用前景也十分廣闊。

二、無線通信與機(jī)器視覺在無人機(jī)中的應(yīng)用

（一）無線通信在無人機(jī)中的應(yīng)用

無線通信是一項(xiàng)具有雙向信息傳輸?shù)募夹g(shù)，由于其信息傳輸距離不收空間限制，使得其在一些需要遠(yuǎn)距離信息接收與控制的項(xiàng)目中具有重要作用。無人機(jī)作為一種由人工操控的在空中飛行的機(jī)器，在一些情況下會(huì)距離陸地或操控中心較遠(yuǎn)，傳統(tǒng)的遙控技術(shù)已經(jīng)難以滿足這種超遠(yuǎn)距離的無人機(jī)控制需求，這時(shí)候就需要依靠無線通信技術(shù)來對(duì)無人機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。首先，無人機(jī)的設(shè)計(jì)過程中可以加入相應(yīng)的無線通信模塊用來接收無線電波或衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)信息接收模塊要與無人機(jī)內(nèi)置操作系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，以便于接收到的信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令來指導(dǎo)無人機(jī)完成各種工作。其次，在無人機(jī)的無線操控過程中需要構(gòu)建一個(gè)小型的中心控制臺(tái)，其作用主要是根據(jù)人類的操作發(fā)出相應(yīng)的技術(shù)信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過無線電波或衛(wèi)星的傳輸最終被無人機(jī)接收，再編譯成相應(yīng)的指令信息。最后，無人機(jī)運(yùn)行過程中獲取到的各種信息可以再通過無線通信技術(shù)反饋給操控臺(tái)，從而使無人機(jī)的使用者能迅速收集到所需的信息。這種雙向的信息互動(dòng)極大的提升了無人機(jī)的實(shí)用性，使得無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)借助無線通信技術(shù)得到充分發(fā)揮。

（二）機(jī)器視覺技術(shù)在無人機(jī)中的應(yīng)用

機(jī)器視覺是技術(shù)作為一種圖像捕獲與處理技術(shù)，與無人機(jī)進(jìn)行結(jié)合能夠使人們獲取到更多高空中的圖像信息，這些信息對(duì)于生態(tài)環(huán)境的調(diào)查與監(jiān)測(cè)、地質(zhì)研究、城市規(guī)劃和布局、城市交通狀況的掌握都具有重要意義。長(zhǎng)期以來，無人機(jī)航拍的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但這種技術(shù)只是簡(jiǎn)單的將攝像裝備安裝于無人機(jī)上來實(shí)現(xiàn)空中拍攝，雖然也能獲取到圖像信息，但其缺乏操控性，且不能對(duì)圖像信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，導(dǎo)致大量有用信息擦肩而過。而機(jī)器視覺技術(shù)可以通過構(gòu)建起一套圖像處理系統(tǒng)連接無人機(jī)與操控裝置，并將圖像傳感設(shè)備安裝于無人機(jī)上以實(shí)現(xiàn)圖像信息的實(shí)時(shí)接收與處理。但在此過程中，也需要運(yùn)用到無線通信技術(shù)，即無人機(jī)獲取的圖像信息經(jīng)圖像處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后由無線通信系統(tǒng)傳輸至遠(yuǎn)處的操控設(shè)備，操作設(shè)備在接收到數(shù)字信號(hào)后再將其轉(zhuǎn)換回相應(yīng)的圖像，這樣操作人員就能實(shí)時(shí)獲取到無人機(jī)的視角，而這種具有機(jī)器視覺技術(shù)的無人機(jī)在一定程度上就完成了對(duì)人類視覺范圍的拓展，操作人員可以遙控?zé)o人機(jī)隨時(shí)改變飛行軌跡來獲取到所需要的圖像并將有用的信息存儲(chǔ)記錄下來，從而為其他研究提供重要的參考。

三、結(jié)語

綜上所述，無線通信技術(shù)與機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展帶給無人機(jī)更多的應(yīng)用空間。作為人類對(duì)空間資源利用的重要研究成果，無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和功能的不斷豐富，能夠幫助人們完成各種以往難以完成的工作，因此，加強(qiáng)無線通信、機(jī)器視覺以及其他各種技術(shù)在無人機(jī)中的應(yīng)用，對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：翟先之（1998-），男，本科，主要從事機(jī)器視覺在無人機(jī)中應(yīng)用技術(shù)研究;鄭燦香（1981-），女，碩士，副教授，主要從事無人機(jī)無線通信技術(shù)研究;劉華瑞（1999-），男，本科，主要從事無人機(jī)無線通信技術(shù)研究。