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配备相机的无人机以保持空中拍摄的构图

近年来,许多好莱坞大片 - 包括“速度与激情7”,“侏罗纪世界”和“华尔街之狼” - 都包括配备摄像机的无人机直升机提供的空中跟踪拍摄。

这些镜头需要无人机和摄像机的独立操作员,并仔细规划以避免碰撞。但麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和苏黎世联邦理工学院的一组研究人员希望能够使无人机摄影更容易,更简单,更可靠。

在本月晚些时候举行的国际机器人与自动化大会上,研究人员将展示一个系统,允许导演指定一个镜头的框架 - 这些图形或面孔出现在何处,在什么距离。然后,它会动态地为配备摄像头的自主无人机生成控制信号,在演员移动时保留框架。

只要无人机的环境信息准确无误,系统也可以保证它不会与静止或移动的障碍物发生碰撞。

“还有其他努力可以用一架无人机进行自主拍摄,”麻省理工学院电子工程和计算机科学的Andrew和Erna Viterbi教授Daniela Rus说道,他是新论文的高级作者。“他们可以跟随某人,但是如果主体转动,比如180度,那么无人机将最终显示主体的背面。通过我们的解决方案,如果主体转动180度,我们的无人机能够绕圈并继续关注我们能够为无人机指定更丰富的更高级别的限制。然后无人机将高级规范映射到控制中,最终我们的无人机和主体之间的互动水平更高。“

加入Rus的是Javier Alonso-Mora,她在工作完成后担任团队的博士后,现在是代尔夫特理工大学的机器人助理教授。TobiasNägeli,苏黎世联邦理工学院的研究生和他的顾问Otmar Hilliges,计算机科学助理教授; 以及Embotech的首席技术官Alexander Domahidi,这是一家从ETH分离出来的自动系统公司。

使用新系统,用户可以指定面部或图形应占据多少屏幕,应占据屏幕的哪个部分,以及主体朝向相机的方向应该是什么 - 直接,轮廓,四分之三视图从任何一方,或从肩膀。这些参数可以针对任意数量的主题单独设置; 在麻省理工学院的测试中,研究人员使用了涉及多达三个科目的作文。

通常,框架的维护将是近似的。除非演员们精心编排,否则他们之间的距离,身体的方向以及与障碍物的距离都会有所不同,因此无法同时满足所有限制。但是用户可以指定应该如何相互权衡不同的因素。例如,保留演员在屏幕上的相对位置可能比保持精确距离更重要,反之亦然。用户还可以指定权重以最小化遮挡,确保一个演员不会最终阻挡来自摄像机的另一个演员。

Alonso-Mora解释说,该系统的关键在于它不断估计无人机环境中所有移动物体的速度,并将其位置预测为未来一两秒。这需要一点时间来计算最佳飞行轨迹,并确保如果无人机需要采取规避行动以避免碰撞,它可以顺利恢复。

系统每秒更新其位置预测约50次。通常,更新对无人机的轨迹影响很小,但频繁更新可确保系统能够处理速度的突然变化。

研究人员使用四旋翼(四螺旋桨)无人机在CSAIL的动作捕捉工作室测试了该系统。动作捕捉系统提供了关于主体,工作室墙壁和无人机本身的高度准确的位置数据。

在一组实验中,受试者积极地试图与无人机发生碰撞,当它试图将它们保持在镜头内时,快速向前行进。在所有这些情况下,它避免了碰撞,并立即尝试恢复规定的框架。

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