2. 无人机平台与传感器基础

目标检测与实时跟踪算法的效果，最终受限于“平台能飞到哪里、相机能看到什么、算力能跑多快”这三个物理条件。同一套 YOLO 权重，装在 250 g 穿越机上与装在 6 kg 多旋翼上，可用分辨率、稳定性和续航完全不同。本节从平台构型、机载相机与云台、红外与多光谱传感器、图传与计算平台选型四条线索，建立后续算法部署的硬件坐标系。

一、常见无人机类型与任务适配

工程上通常按“升力方式 + 续航 + 载荷能力”划分平台。多旋翼（四旋翼、六旋翼）可悬停、起降场地小，是目标检测最常用的平台；固定翼航时长、覆盖广，但无法悬停，适合大范围巡检与灾情普查；复合翼（垂直起降固定翼）兼顾两者，代价是结构复杂、成本高；无人直升机载荷大、振动强，多用于重载挂载。选型的第一原则不是“哪个先进”，而是任务是否需要悬停凝视。

平台参数直接决定算法约束。以常见的两类平台为例：250 g 级微型机续航约 15～20 min，只能挂载 1/2.3 英寸小底相机与 5～10 TOPS 边缘算力，适合室内或近距检测；6 kg 级行业机续航 40～55 min，可挂载 1 英寸甚至 APS-C 画幅相机、三轴云台与 100 TOPS 级机载计算机，适合电力巡检、人员搜救等场景。

二、机载相机与云台：把“看得清”变成可控量

相机选型关注四个量：传感器尺寸、有效像素、快门方式与镜头视场角。传感器尺寸决定单像素进光量与动态范围，1/2.3 英寸在逆光下噪点明显，1 英寸以上更适合远距小目标。卷帘快门在高速飞行时会产生果冻效应，导致运动目标几何畸变，影响跟踪框稳定性；全局快门更适合高速运动场景。

视场角与地面采样距离（GSD）的关系是部署时的核心公式：

GSD = (像元尺寸 × 飞行高度) / 镜头焦距
例：像元 2.4 μm，焦距 24 mm，高度 100 m
GSD = (2.4e-6 × 100) / 0.024 ≈ 0.01 m/px = 1 cm/px
目标 0.5 m 时约占 50 px，满足检测下限

云台的作用是把机体姿态扰动与相机光轴解耦。三轴云台（俯仰、横滚、航向）可将抖动抑制到 0.01°～0.05° 量级，使连续帧间目标位移主要来自真实运动而非抖动，显著降低跟踪漂移。云台还提供俯仰角、航向角遥测，可与图像坐标联合解算目标地理位置。

三、红外与多光谱传感器

红外热成像按工作波段分为长波红外（8～14 μm）与中波红外（3～5 μm）。长波红外适合常温目标（人体、车辆发动机余热），在夜间与烟雾条件下仍能成像，是搜救与夜巡的关键传感器。其代价是分辨率普遍低于可见光（常见 640×512），且为灰度图，纹理信息少，检测模型需要针对热特征重新训练或微调。

多光谱相机通常包含 4～10 个窄带通道（如蓝、绿、红、红边、近红外），用于计算 NDVI 等植被指数，服务于农业监测、水体识别。它与目标检测的结合点在于：可见光难以区分的伪装目标或植被遮挡目标，可通过红边与近红外通道的反射差异增强。工程上常采用“双光载荷”——可见光 + 红外同轴安装，通过配准实现像素级融合。

四、图传与计算平台选型

图传决定“数据能不能及时回来”。模拟图传时延低但画质差；数字图传（如 OcuSync、Lightbridge 类方案）在 1080p 下时延约 50～200 ms；4G/5G 公网图传距离远，但时延抖动大，不适合闭环控制。若检测在机载完成，图传只需回传检测框与少量关键帧，带宽需求可下降一个数量级。

计算平台选型看三个指标：算力（TOPS）、功耗（W）与软件生态。下表给出典型组合：

五、典型场景与常见误区

以电力线路巡检为例：平台选六旋翼，挂载 1 英寸可见光 + 640×512 红外双光云台，机载 Jetson Orin NX 运行绝缘子缺陷检测，图传仅回传告警帧与坐标。该配置下 GSD 控制在 3～5 mm/px，可分辨绝缘子破损；红外通道用于发现发热异常。

常见误区有三：其一，只看相机像素不看传感器尺寸，导致高像素小底在弱光下噪声淹没目标；其二，忽略云台增稳，把跟踪漂移误判为算法问题；其三，算力选型只看 TOPS 峰值，忽略实际推理中的内存带宽与预处理开销，导致实测帧率远低于预期。