无人机云台跟踪目标实现

前言

项目上需要实现云台跟随目标的移动而移动，即始终保持目标在画面中心。现简单记录下实现过程。

效果展示

整体架构流程

基于目标检测框的云台跟踪控制，通过计算目标中心与画面中心的偏移量，生成云台转动指令。

技术细节

偏移量计算

获取当前图像尺寸。
计算目标中心点坐标：

• target_x = x + width / 2
• target_y = y + height / 2

计算与图像中心的偏移量：

• dx = target_x - image_w / 2 （水平方向）
• dy = image_h / 2 - target_y （垂直方向，注意Y轴向上为正）

注意点：图像坐标系以左上角为原点，水平向右为x正，垂直向下为y正。而云台控制中垂直方向（dy）计算时取反，使其符合“向上为正”的常规。

死区设置与比例控制

水平方向：

• 若|dx| < 100像素，则yaw = 0（不转动）；
• 否则，yaw = dx * 0.2（比例系数）。

垂直方向：

• 若|dy| < 100像素，则pitch = 0（不转动）；
• 否则，pitch = dy * 0.2（比例系数）。

具体参数设置，需要实际测试调节；

部分代码展示

    def target_tracking(self, que):
        import json
        TOPIC = "/fly/test00/test01/ctrl"
        print("",TOPIC)
        key = "demo123456"
        try:
            while True:
                target_bbox = que.get()
                # 安全终止机制
                if target_bbox is None:
                    print("收到终止信号，关闭连接")
                    break

                image_h, image_w = self.im0s.shape[:2]
                # 1. 计算目标中心与图像中心的偏移
                target_x = target_bbox[0] + target_bbox[2] / 2
                target_y = target_bbox[1] + target_bbox[3] / 2
                dx = target_x - image_w / 2
                dy = image_h / 2 - target_y  # 注意Y轴方向取反

                # 2. 设置死区（偏移小于50像素时不动作）
                if abs(dx) < 100:
                    yaw = 0
                else:
                    yaw = dx * 0.2  # 比例系数0.2（与原逻辑一致）

                if abs(dy) < 100:
                    pitch = 0
                else:
                    pitch = dy * 0.2  # 比例系数0.2（与原逻辑一致）

                # 3. 四舍五入取整（符合接口int类型要求）
                pitch = int(round(pitch))
                yaw = int(round(yaw))
                print(f"Sent command: pitch={pitch}, yaw={yaw}")
                if pitch == 0 and yaw == 0:
                    continue
                elif pitch == 0:
                    message = {
                        "gimbal":
                        {
                            "yaw": yaw
                        }
                    }
                elif yaw == 0:
                    message = {
                        "gimbal":
                        {
                            "pitch": pitch
                        }
                    }
                else:
                    message = {
                        "gimbal":
                        {
                            "pitch": pitch,
                            "yaw": yaw
                        }
                    }
                # 发布消息
                plaintext_json = json.dumps(message, ensure_ascii=False, separators=(',', ':'))
                cipher = aes_encrypt_ecb(plaintext_json, key)
                print("Encrypted:", cipher)
                publish_result = self.mqtt_client_payload.on_publish(TOPIC, cipher)
        except Exception as e:
            print(f"处理异常: {str(e)}")

小结

简单实现基于目标检测的云台自动跟踪系统，实时计算目标与画面中心的偏移量，通过比例控制生成云台转动指令。设置±100像素死区避免抖动，单轴指令优化减少数据传输，采用AES加密保障通信安全。适用于无人机追踪、安防监控等需要实时目标跟随的系统。

参考文档：
https://developer.dji.com/cn/onboard-sdk/documentation/sample-doc/advanced-sensing-target-tracking.html

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2025年7月24日15:15:03