計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在無人機(jī)上的應(yīng)用

沈杰 江蘇方天電力技術(shù)有限公司

引言

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是近幾年所興起的學(xué)科，由大衛(wèi) 馬爾在20 世紀(jì)中期提出，獨(dú)立于其他學(xué)科。由于現(xiàn)代社會的需求，無人機(jī)也成為了智能領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)話題，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。是以豐富的視覺信息以及無人機(jī)提供的信息數(shù)據(jù)為計(jì)算機(jī)視覺，獲取了大量的相對位置進(jìn)行調(diào)整方向。計(jì)算機(jī)視覺與無人機(jī)相結(jié)合，在實(shí)際生活中有著非常多成功的案例。如在2018 年初，挪威峽灣曾利用無人機(jī)進(jìn)行垃圾清理的計(jì)劃正式開始啟動(dòng)，美國軍方的一個(gè)無人機(jī)項(xiàng)目使用了谷歌的人工智能技術(shù)，以供軍方的審查工作使用等，這些項(xiàng)目都標(biāo)志著無人機(jī)以及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的融合已經(jīng)相對成熟。

1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

1.1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是一種相對于其他仿生技術(shù)而言異常復(fù)雜的技術(shù)，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)不僅急是從環(huán)境之中進(jìn)行搜集圖像以及信息，還是通過計(jì)算機(jī)模擬人類思考方式并給予答案，對視覺傳感的搜集信息進(jìn)行處理與分析。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已經(jīng)在不同的智能應(yīng)用場景中顯示出了巨大的信息處理能力，但與人類帶有情感和非線性推理進(jìn)行信息分析來比較，還是有著不小的差距。

1.2 視覺技術(shù)這個(gè)概念在馬爾《視覺》中最早的提出的觀點(diǎn)，他認(rèn)為視覺理論方式，首先應(yīng)該在圖像上先行開始，并提取出真實(shí)的場景內(nèi)容。20 世紀(jì)末，世界范圍內(nèi)集中涌現(xiàn)了研究視覺技術(shù)在物理表面進(jìn)行檢測的大量文獻(xiàn)，與此同時(shí)視覺技術(shù)已經(jīng)開始逐步滲透到各個(gè)領(lǐng)域，諸如在對車速、流量等進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此時(shí)的兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合還處于未知的階段，而到21 世紀(jì)初，這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合卻掀起了一陣熱潮，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與無人機(jī)相關(guān)技術(shù)結(jié)合運(yùn)用于自主著陸、測量等領(lǐng)域的研究也在逐漸的顯現(xiàn)出來。目前兩項(xiàng)技術(shù)皆是人工智能領(lǐng)域的關(guān)注重點(diǎn)，有著巨大的發(fā)展空間。

2 無人機(jī)

2.1 無人機(jī)的起源在第二次世界大戰(zhàn)，并由此帶動(dòng)了全世界的航空技術(shù)的進(jìn)步。我國無人機(jī)則是起源于前蘇聯(lián)。在20 世紀(jì)中期，我國研發(fā)了自主產(chǎn)品，稱之為長空一號。在之后1986 年，呂慶風(fēng)發(fā)表了《“長空一號”無人機(jī)系列的研制與發(fā)展》，在這篇文章中提出對長空一號進(jìn)行一系列的性能上改進(jìn)，改進(jìn)之后的長空一號成功運(yùn)用在軍事領(lǐng)域。

2.2 在20 世紀(jì)末21 世紀(jì)初，世界無人機(jī)發(fā)展的焦點(diǎn)都集中在軍事方面的運(yùn)用，無人機(jī)在軍事上的開發(fā)以及應(yīng)用較為繁多。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)也在逐漸深入到其他行業(yè)中。在商業(yè)中，無人機(jī)設(shè)備經(jīng)常運(yùn)用在監(jiān)控線路、輔助抗災(zāi)、災(zāi)難救援等方面；生活中，一些較為小型的無人機(jī)，則運(yùn)用在航拍婚禮、綜藝錄制等眾多項(xiàng)目中。

3 計(jì)算機(jī)視覺與無人機(jī)的結(jié)合

3.1 這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合逐漸擴(kuò)展到其他行業(yè)，在2010 年提出無人機(jī)在拍攝調(diào)繪上的應(yīng)用，指出無人機(jī)不僅能夠縮短周期，還可以大幅度的提升調(diào)繪的精準(zhǔn)度。隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展需求，這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合不僅用于地形的繪制，還用于自然災(zāi)害等情報(bào)的獲取，通過這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用對災(zāi)區(qū)進(jìn)行食物以及水的投遞都有著相當(dāng)大的作用。

3.2 基于視覺的無人機(jī)自主著陸

自主起飛和著陸是無人機(jī)的基本也是重要技術(shù)之一。即使無人操作，無人機(jī)也可以進(jìn)行慣性導(dǎo)航等方式進(jìn)行著陸，但是慣性導(dǎo)航的偏差較大，而GPS 導(dǎo)航技術(shù)相對成熟，計(jì)算視覺技術(shù)是新興起的技術(shù)。在劉新華提出的無人機(jī)自主降落過程中，通過視覺技術(shù)獲得等多的無人機(jī)姿態(tài)的角度方法。通過運(yùn)用MATLAB對無人機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行處理，從中檢測出途中的地平線的位置，以便于之后對無人機(jī)進(jìn)行的著陸。在劉暢等人提出結(jié)合與利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和慣性導(dǎo)航等算法，來獲取更加高準(zhǔn)度的、高精度是自主著陸系統(tǒng)中的導(dǎo)航信息。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與無人機(jī)相結(jié)合不僅僅實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)加油、起飛等技術(shù)，還被應(yīng)用在其他的眾多領(lǐng)域中。2015 年提出計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)以及無人機(jī)中進(jìn)行了電力巡查中的應(yīng)用，其中就包含了跟蹤技術(shù)以及對絕緣子等特殊的目標(biāo)進(jìn)行定點(diǎn)跟蹤，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，這項(xiàng)應(yīng)用有效的解決了惡劣環(huán)境之中的巡查的安全問題。2016 年，王昌提出以模擬無人機(jī)的平臺，通過對油菜田中的雜草進(jìn)行識別和處理，并通過實(shí)驗(yàn)其精準(zhǔn)的程度，有著不錯(cuò)的成就，在對雜草進(jìn)行的監(jiān)測過程中，有人員提出利用在無人機(jī)上安裝紅外線設(shè)施監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品上的蟲害以及肥料等問題，很有可能可以預(yù)判森林火災(zāi)發(fā)生的可能性，并將其所在的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的回饋到終端上，這是計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和無人機(jī)相結(jié)合的，在農(nóng)業(yè)方面成功的事例。在2017 年提出以無人機(jī)為主要平臺，加之視覺系統(tǒng)，對行人及人流量進(jìn)行檢測以及跟蹤，在特殊的場合之中，這項(xiàng)應(yīng)用可以幫助避免人多的區(qū)域出現(xiàn)踩踏事件，或是其他危險(xiǎn)事件的發(fā)生，幫助人們維護(hù)公共的安全。

4 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)以及無人機(jī)前景十分廣闊，隨著技術(shù)的不斷深入發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)有望在更加深度的方面進(jìn)行更大的突破。本文對無人機(jī)以及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)做出回顧及評估，希望能夠有助于人們對于你無人機(jī)的認(rèn)識，目前在無人機(jī)救援定位等方面的相關(guān)文章并不多，在這方面沒有進(jìn)行更加深入的研究，對還未成熟的領(lǐng)域應(yīng)該如何加深并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺以及無人機(jī)相結(jié)合，這是未來需要進(jìn)行研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。