無人機怎樣進行視覺定位？

01-07

GPS普遍存在精度不高的問題，更高精度的RTK-GPS價格讓普通人難以接近，如何讓無人機利用GPS和視覺定位進行組合定位？

視覺感測器獲取目標圖像，經過數字圖像處理及特徵點提取，得到目標的圖像坐標，再由計算機實現被測物體空間幾何參數和位置姿態等參數的快速計算。主要分為有標記的視覺定位[1]-[4]和無標記的視覺定位[5]-[7]，其中無標記的定位需要關於場景的先驗知識，首先獲得環境地圖。

基於地面標記的視覺定位

無標記視覺定位：

參考以下論文：

[1].
Shaojie Shen; Mulgaonkar, Y.;
Michael, N.; Kumar, V., "Multi-sensor fusion for robust autonomous flight
in indoor and outdoor environments with a rotorcraft MAV," Robotics and
Automation (ICRA), 2014 IEEE International Conference on , vol., no.,
pp.4974,4981, May 31 2014-June 7 2014

[2].
Guenard, N.; Hamel, T.; Mahony,
R., "A Practical Visual Servo Control for an Unmanned Aerial
Vehicle," Robotics, IEEE Transactions on , vol.24, no.2, pp.331,340, April
2008

[3].
Tianguang Zhang; Ye Kang;
Achtelik, M.; Kuhnlenz, K.; Buss, M., "Autonomous hovering of a vision/IMU
guided quadrotor," Mechatronics and Automation, 2009. ICMA 2009.
International Conference on , vol., no., pp.2870,2875, 9-12 Aug. 2009

[4].
Olson, E., "AprilTag: A
robust and flexible visual fiducial system," Robotics and Automation
(ICRA), 2011 IEEE International Conference on , vol., no., pp.3400,3407, 9-13
May 2011

[5].
Hyon Lim; Sinha, S.N.; Cohen,
M.F.; Uyttendaele, M., "Real-time image-based 6-DOF localization in
large-scale environments," Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR),
2012 IEEE Conference on , vol., no., pp.1043,1050, 16-21 June 2012

[6].
Blo?sch, M.; Weiss, S.;
Scaramuzza, D.; Siegwart, R., "Vision based MAV navigation in unknown and
unstructured environments," Robotics and Automation (ICRA), 2010 IEEE
International Conference on , vol., no., pp.21,28, 3-7 May 2010

[7].
Shen, S.; Mulgaonkar, Y.;
Michael, N.; Kumar, V., "Vision-based state estimation for autonomous
rotorcraft MAVs in complex environments," Robotics and Automation (ICRA),
2013 IEEE International Conference on , vol., no., pp.1758,1764, 6-10 May 2013

今年電子設計國賽的題目就是視覺識別自主巡線飛行以及無人控制物體投擲，所以就拿這次比賽說一下吧。

因為給的條件比較簡單所以巡線條件不是很複雜，大概原理就是截取黑線的偏移特徵，在高度姿態穩定的基礎上對線的誤差進行pid控制，另外再單獨處理一下彎道和岔路就可以了。

本來已經調的很好了，結果因為比賽期間3天72小時小時不間斷調試導致電子調速器性能下降，外加截止前作死改參數導致到手的國一飛了(?_?)

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ps：代碼已經開源鏈接在這裡https://github.com/tcz717/TPDT.FC_407

可以看下Swift出的開源的名叫Piksi的RTK-GPS，比傳統的便宜很多，用在商業領域的話，應該承受得起

http://swiftnav.com/piksi.html

現在有gps信號的情況下，懸停算已經很穩了，只有室內沒有gps信號才會不穩，但室內一般不會飛很高，可以用光流和超聲波定點定高。

準備刪了重寫

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很高興又可以回答到無人機的問題；

首先呢；

我看一下理論概念：

無人機室內視覺定位系統，一般俗稱「光流」，大多是採用光流、IMU（慣性測量）和聲波三個單元綜合對室內無人機進行定位；

其中光流技術實現室內定位，超聲波感測器控制室內定高，IMU檢測飛行器的姿態變化並實時進行調整。

一般在無GPS信號的室內環境會使用到視覺定位模式，內置的光流感測器，將像素分布及顏色、亮度等信息轉變為數字信號傳送給圖像處理系統進行各種運算來抽取目標的特徵，進而根據判別的結果來控制飛行器的動作，超聲波感測器來判別相對高度，通過高效的視覺處理器計算讓無人機實現精確室內定位懸停和平穩飛行。

那麼通俗的來講它到底怎麼來實現的呢？

光流（optic flow）是什麼呢，其實這種視覺現象我們每天都在經歷。從本質上說，光流就是你在這個運動著的世界裡感覺到的明顯的視覺運動（呵呵，相對論，沒有絕對的靜止，也沒有絕對的運動）。

我們假設一個場景

例如，當你坐在飛雞上，然後觀望。你可以看到樹、山、太陽等等；

你發現他們都在往後退。這個運動就是光流。

而且，我們都會發現，他們的運動速度居然不一樣？

我們假設另外一個開啟了瘋狗版的狂奔模式的場景；

一些比較遠的目標，例如山它們移動很慢，太陽啊就像靜止了一樣；但一些離得比較近的物體，例如建築和樹，就比較快的往後退，然後離我們的距離越近，它們往後退的速度越快。

一些非常近的物體，例如路過的小鳥啊等等，快到好像在我們耳旁發出嗖嗖的聲音。

這就給我們提供了一個挺有意思的信息：通過不同目標的運動速度判斷它們與我們的距離。

其實光流除了提供遠近外，還可以提供角度信息。

與咱們的眼睛正對著的方向成90度方向運動的物體速度要比其他角度的快，當小到0度的時候，也就是物體朝著我們的方向直接撞過來，我們就是感受不到它；

我們可以假設自己經常遇到的一種場景；

這種血案，往往會引發了下面的一些討論；

http://weixin.qq.com/r/lD-17YPEEt5trceO92qG (二維碼自動識別)

寫完了之後，

我非常疑問的問自己，「這個問題和炸客網有什麼關係」呢

補充一下，無標記的環境用PTAM也不錯，這個演算法期初是用於增強現實AR的。

還有室內如果能用的深度攝像頭肯定更好。

雙攝像頭加紅外或聲波做深度提取。

順便說下GPS最大的問題不是精度。

而是在室內信號差。

且高精度GPS厚重的陶瓷天線難以安裝在小四軸上

用小型的激光雷達通過slam進行三維重建，或者用雙目視覺得到深度信息來導航

航時的限制對無人機的推廣應用產生了重要影響，延長續航一直是業內最為棘手的難題。

在無人機領域，雖然視覺定位、高清圖傳、感知壁障等一系列先進技術不斷發展，續航這個根本問題卻始終沒有得到有效解決。

市面上的消費級無人機續航時間普遍在30分鐘以內，如果是經驗老道的飛手可能還能比較充分的利用這20多分鐘，但是新手如果不能很好的節約能源，從無人機開機到起飛可能就需要好幾分鐘，再加上返航的時間，無人機根本飛不了多遠。

電力巡線、警用偵察、搜索救援等工業級無人機對續航時間的要求更高，有業內人士表示，航時是工業級無人機解決一切作業難題的先決條件，一旦解決了航時問題，將會極大地擴展工業級無人機的應用場景和用途。

無人機的飛行原理不同於民航客機，客機可以靠機翼上下的空氣壓強差提供垂直方向的力，實現客機的飛行。大部分無人機是多旋翼飛行器，完全依靠螺旋槳的拉力把機身提起來，屬於自己把自己提起來，意味著小小機身卻需要大量能量來維持動力。

鋰電池是無人機最常見的動力來源，可由於能量密度的限制，目前不可能取得大的突破，所以無人機想要解決續航問題，只能從別的方向下手。

氫燃料電池

氫燃料電池是使用氫這種化學元素，製造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫在陽極變成氫離子（質子）通過電解質轉移到陰極，同時放出電子通過外部的負載到達陰極，與氧氣發生反應生成水。

燃料電池一直以能量密度大著稱，目前已經有氫燃料電池應用於無人機。類似於「飛行時間破了記錄，把飛手都飛哭了」的事件已經見諸報端。那麼，氫燃料電池是不是解決無人機續航的理想方案呢？

去年，英國智能能源 (Intelligent Energy) 公司宣布創造了一種針對小型無人機的最優化燃料電池，通過在典型電池裡添加氫燃料電池，公司表示它能夠將無人機的飛行時間從20分鐘擴展到至少2小時。由於利用壓縮氫可以對電池進行充電，因此對耗盡的電池更換新燃料只需幾分鐘即可完成，相比之下對典型的無人機電池進行再充電需要40分鐘至1小時。

今年2月份，蘇格蘭海洋科學協會（SAMS）在蘇格蘭機場成功進行了第一架使用固態氫動力系統無人機的飛行測試，起飛10分鐘運行200英尺，並平穩著陸。它採用的是Cella公司的氫動力氣體發生器和Arcola集成的燃料電池。這個電池的運行原理為：氣體發生器使用專有的固態物質，將該物質加熱到100℃以上時可將釋放出大量的氫氣。

在國內，武漢眾宇動力系統科技有限公司於2014年底就開始嘗試在無人機上應用燃料電池技術，2016年3月，搭載眾宇動力燃料電池系統HyLite?的六旋翼無人機在野外實際飛行中實現了4小時33分的續航能力。

氫燃料的高效能有目共睹，其發電效率通常能達到32%至70%，所提供的續航能力遠超鋰電池。但氫燃料電池系統開發成本高、可靠性和耐久性低、供氫系統成本高等，都是掣肘氫燃料電池發展的主要因素。

太陽能動力

太陽能同樣被無人機行業所看好，「動力陽光」使用太陽能作為動力環球飛行的消息更是讓航空業為之振奮。無人機界最著名的太陽能無人機當屬Facebook的聯網無人機Aquila，其目標就是在空中持續飛行90天。

自上世紀八十年代，人們就開始對太陽能飛機的嘗試，其中多款有人駕駛飛機和無人機在航空業上，留下了重要一筆。

此外，今年4月，美國Alta Devices公司宣布將太陽能電池轉化效率的記錄提高到了31.6%，創造世界紀錄。這一突破將重新定義太陽能電池的使用，尤其是在無人機市場的使用。據公司介紹，對於典型的高空長航時無人機，Alta Devices的薄膜材料與其它薄膜技術相比，產生相同能量時，所需的面積不到其一半，重量也只有其四分之一。

雖然可以大幅延長續航時間，但太陽能無人機過於受到環境影響，且面臨著諸多技術瓶頸：1.設計問題,包括適合載入太陽能基材的飛機設計、大展弦比機翼結構設計、無人機控制等等。2.動力問題，我國業內對於太陽能電池陣列與系統的耦合研究較少，嚴重地制約了長航時無人機的電源整體論證，對無人機總體的飛行程序、任務軌跡、飛行動力的確定造成了較大的困難。而且，由於目前太陽能電池的國內轉換效率還集中在18.5%-21%，電池的厚度在200—260μm，電池的轉換效率和面密度水平有待進一步提升。

超級軟磁

華博易造日前推出了一款新型材料——「易造」超級軟磁，並與汽車公司達成合作，將為其首批打造50萬台新能源車的輪軸電機，而且將在3年內擴大到500萬台。

業內人士稱，與傳統材料不同，這一超級軟磁新材料有望在綜合性能、設計思路及工藝路線等多方面顛覆傳統製造業，讓電機、變壓器、逆變器變得更輕、更小、更高效，或將為電動汽車、無人機、航天、醫療器械、空調、輸變電、輪船等諸多領域帶來革命性的轉變。

易造高密度超級電機_宇辰網_讓世界讀懂無人機_全球專業無人機服務資訊平台

「易造」超級軟磁因其密度和磁通量的可調節性及天然粉末狀的外形特徵，只需簡單的冷壓和燒結工藝讓高端製造變得非常容易，其核心原因在於易造材料的飽和磁通量可達到2.06特斯拉、壓制密度高達7.69c?，遠超軟磁材料最高標準創立者日本日立非晶材料（日本日立非晶材料的實際測得最高飽和磁通量為1.64特斯拉、密度為7.18g/c?）。

另據易造研究院首席研究員黃穗介紹，軟磁材料還具備輕小的優勢，以市面上某國際知名品牌純電動車為例，其設計值是整車重量950公斤，但是實際上線銷售後，整車重量 1120公斤左右，如果使用易造輪軸電機作為改良的話，可以把整車重量降到約650公斤，在其他參數不變的情況下，續航里程能翻倍。

從報道來看，易造材料的優勢和前景都比較可觀，產業化的消息更是讓業內為之興奮，基於這種超級軟磁而製造的電機、變壓器等產品，能否解決包括電動汽車、無人機在內的眾多領域的續航短、功效低等核心問題，待控股集團50萬台新能源汽車問世後，或許就可以得到初步答案。

石墨烯材料

石墨烯是一種超薄的材料，其厚度只有頭髮絲的幾十萬分之一，但堅實程度卻是鋼的200倍，具有優良的導熱性能、力學性能、較高的電子遷移率、較高的比表面積和量子霍爾效應等性質。

憑藉著極薄、強韌、導電導熱性好等優越性能，石墨烯一經問世便成為21世紀最有前途的新材料，被認為可廣泛應用於微電子、物理、能源材料、化學、生物醫藥、航空航天、環保等領域。

樂觀的觀點認為，在製造工藝中加入石墨烯後，智能手機的觸摸屏或將更薄、更輕，卻又不易碎；手機充電或許只要幾秒鐘；計算機處理器的運轉速度或將提高數百倍等等。2014年有報道稱，西班牙Graphenano公司同西班牙科爾瓦多大學合作研製出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量是當時市場最好產品的三倍，用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到8分鐘。

試想，如果石墨烯能應用於無人機，或許也將有助於減輕無人機自重，同時提供長時間的續航。

然而，我們也經常能聽到「石墨烯在鋰電池上的應用前景渺茫」、「從實驗室到工廠再到市場，它還有很遠的路要走」等一系列並不看好該材料的聲音。清華能源互聯網研究員劉冠偉表示，「石墨烯電池」這個技術接近於不存在，石墨烯只有在理論上能夠提高充放電速率，而對於容(能)量的提升基本沒有任何幫助，其噱頭意義遠大於實用價值。而且石墨烯材料本身納米材料的高比表面積等性質與現在的鋰離子電池工業的技術體系是不兼容的，應用的希望十分渺茫。

另外，製備技術難題也是桎梏石墨烯產業化的一大障礙。曼徹斯特大學的教授們首次提取出石墨烯，是直接從石墨中剝離而來，但這種傳統方式顯然不適用於大規模生產。後續，化學氣相沉積法（CVD）、溶劑剝離法、液相氧化還原法等工藝手段相繼誕生，但在質量、成本、產率等方面各有優劣。目前，科學家們依然在尋找最佳的產業化製備方法。

系留無人機

不用於前面的新材料和新能源，系留無人機的特點主要在於結構和技術。

無論國內外，均已出現了很多系留無人機平台。比如，CyPhy Works公司的無人機Parc，採用六旋翼，搭載了高解析度紅外相機，可以在夜間進行拍攝，其下方由一種系覽連接，不僅可以時刻和外界保持數據傳輸（數據傳輸速率為10Mbps），還可以源源不斷地從外部發電機、車輛、或者其他設備獲得電力。

據CyPhy Works公司網站介紹，這種無人機技術最早是為軍方打造的，由於採用有線傳輸數據，無人機與地面控制站相連後，兩者之間的通訊將無法被攔截，因為可以有效保護通信安全。

這種系留結構對於系覽的重量、載流量、耐電壓能力、抗拉力等要求較高，且還有一個明顯的弊端就是無人機無法飛的太遠。

目前市面上的多旋翼無人機主要採用鋰聚合物電池作為主要動力，續航能力一般在20分鐘至30分鐘之間，因技術方面不同有所差別，大部分續航時間都是在45分鐘以內。航時的限制對無人機的推廣應用產生了重要影響，延長續航一直是業內最為棘手的難題。以上幾種方案，有些還處於理論階段，有些正邁向產業化進程，也有則已經開始投入應用。技術的發展成熟總是一個漫長過程，從實驗室到市場，無人機還有更廣闊的未來值得探索。（俊鷹網）

無人機如何通過GPS實現定點定高、自動懸停？

用兩種技術：超聲波和普通攝像頭。

超聲波用感應距離

攝像頭感應計算位置變化（現在的光電滑鼠就是這個原理）

有了智能的Mavic，拍出一張別具一格擺脫大頭的自拍照片不需要熱身，也沒有多難。在手勢模式下，只要站在相機前，Mavic就會自動識別你，抬起手臂或揮揮手，Mavic就能自動跟隨你，不需要手機也不需要遙控器，解放雙手去做任何喜歡的姿勢。想要來張自拍？做一個盒子手勢（忍著不要笑），3秒鐘後你就可以拿著成品去刷爆朋友圈了。

大疆配套Mavic推出了FPV眼鏡，可以跟機身無線連接，獲得高品質沉浸式影像，就像自己飛在空中一樣。我知道，如果說看了前面的功能你只是把它加入了購物車，看到這兒你可能要顫抖著雙手點擊下單了。【看薦黑科技精選】