吳向星++胡文磊++李雯雯++林旭珠++莫怡燦

摘要：針對(duì)目前市場(chǎng)上基于圖像識(shí)別的人機(jī)交互設(shè)備在使用過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題，如人臉識(shí)別準(zhǔn)確率低、算法執(zhí)行效率低，功能簡(jiǎn)單且分散等，本文提出一種智能信息化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法。該設(shè)備以STM32單片機(jī)為管理核心，組建以wifi通信協(xié)議為主的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，使用多種信息化，智能化如語(yǔ)音控制、體感測(cè)試、智能定位算法、數(shù)據(jù)采集等手段達(dá)到精準(zhǔn)、使用舒適的目的。

關(guān)鍵詞：定位算法；stm32；體感測(cè)試

中圖分類號(hào)：TM301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）10-0066-01

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求刺激，近年來(lái)，基于圖像識(shí)別的人機(jī)交互技術(shù)走進(jìn)了人們的生活。為了適應(yīng)人們逐漸轉(zhuǎn)變的眼部護(hù)理習(xí)慣，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展下的商品要求，研發(fā)高智能化、精準(zhǔn)便攜、使用舒適的眼部護(hù)理產(chǎn)品，對(duì)實(shí)現(xiàn)改變?nèi)藗兊淖o(hù)眼習(xí)慣、智能便捷的護(hù)理眼睛具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體框架

本系統(tǒng)由眼部按摩器模塊、Kinect體感測(cè)視力模塊、云服務(wù)系統(tǒng)模塊、APP顯示模塊、放松娛樂(lè)模塊組成。本系統(tǒng)通過(guò)“智能控制中心”對(duì)整個(gè)眼部護(hù)理系統(tǒng)進(jìn)行控制，該“智能控制中心”由STM32主控模塊和APP顯示模塊構(gòu)成。在本系統(tǒng)中，“智能控制中心”主要負(fù)責(zé)連接互聯(lián)網(wǎng)，收集其他模塊信息和發(fā)送控制指令。為了使系統(tǒng)更加貼近用戶需求，本系統(tǒng)采用了wifi協(xié)議進(jìn)行通訊。由于該協(xié)議的特性，當(dāng)部分模塊損壞時(shí)，系統(tǒng)的其他功能不會(huì)受影響。另外，系統(tǒng)還設(shè)有檢查模塊能否正常工作的功能，主要由“智能控制中心”發(fā)送檢查指令給其他模塊，其他模塊接收指令后進(jìn)行回應(yīng)。若“智能控制中心”沒(méi)收到回應(yīng)，則表明該模塊處于非正常狀態(tài)，相應(yīng)信息將會(huì)直接顯示在用戶的APP上。

2 項(xiàng)目基本功能及流程

2.1 主控芯片的選取

本系統(tǒng)采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103xx芯片作為主控芯片。該芯片以Cortex-M3為內(nèi)核，提供開發(fā)所需的低成本的平臺(tái)、縮減的管腳數(shù)、降低的系統(tǒng)功耗，卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)，是一款高性能的32位芯片[1]。該芯片豐富的外設(shè)配置，可用于本系統(tǒng)硬件電路的搭建以及實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能，能夠滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需。

2.2 電源模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的各個(gè)模塊需要不同的供電電壓，主要由常見(jiàn)的LM7812和LM7805三端穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的電路提供。具體為，使用變壓器及相關(guān)電路，將220V交流電進(jìn)行降壓。降壓電路輸出端接整流濾波電路，使交流電變?yōu)槠街钡闹绷麟?。此時(shí)輸出的直流電經(jīng)過(guò)LM7812模塊、LM7805模塊后，即可給各模塊提供合適的電壓。

2.3 眼睛的精定位

眼睛的定位是在人臉區(qū)域檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果上進(jìn)行的。主要分為眼睛區(qū)域的定位以及眼睛的精確定位。眼睛區(qū)域的定位可根據(jù)人臉的“三庭五眼”和眼睛灰度較小的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)人臉結(jié)構(gòu)具有“三庭五眼”的特點(diǎn)，可把人臉從發(fā)際線到下頦三等分；從左到右分為五等分，其中長(zhǎng)度約為人眼長(zhǎng)度。根據(jù)人臉眼部灰度比其他部位小的特點(diǎn)，可通過(guò)基于積分圖的計(jì)算，尋找滿足條件的兩個(gè)區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域即包含眼睛的區(qū)域。其中，這兩個(gè)區(qū)域必須滿足灰度接近，且灰度小于中間區(qū)域的條件。

得到包含眼睛的區(qū)域后，還需要進(jìn)行眼睛的精確定位，該操作實(shí)際是對(duì)虹膜進(jìn)行定位。虹膜定位需要確定虹膜的邊界，即虹膜與鞏膜的邊界，虹膜與瞳孔的邊界，是虹膜信息提取的關(guān)鍵步驟。具體為，使圖像中虹膜的邊界像素點(diǎn)的灰度盡可能趨向一致，但不能消除邊界的灰度差異，從而利用在確定邊界時(shí)，將虹膜和鞏膜之間、虹膜和瞳孔之間的模糊邊帶剔除[2]。

2.4 Kinect體感測(cè)視力

Kinect是微軟公布的XBOX360體感周邊外設(shè)，具有3D體感攝影、即時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識(shí)、麥克風(fēng)輸入、語(yǔ)音辨識(shí)、社群互動(dòng)等功能。Kinect可以捕捉三維空間中運(yùn)動(dòng)軌跡、辨識(shí)人臉，辨認(rèn)聲音和接受命令。并且可以設(shè)計(jì)程序去識(shí)別、記憶、分析處理這些動(dòng)作，同時(shí)還有一個(gè)傳感器負(fù)責(zé)探測(cè)力度和深度、四個(gè)麥克風(fēng)負(fù)責(zé)采集聲音，形成一個(gè)綜合的控制系統(tǒng)[3]。

Kinect基礎(chǔ)源程序是開源的，非常適合開發(fā)者的二次開發(fā)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)將使用kinect作為采集人體基本信息和實(shí)時(shí)動(dòng)作的硬件平臺(tái)。測(cè)視力分為裸眼測(cè)試和矯正測(cè)試（帶上眼鏡），APP逐個(gè)顯示視力表“E”，Kinect獲取肢體動(dòng)作，識(shí)別是否正確，數(shù)據(jù)發(fā)至云端，測(cè)試結(jié)束后，發(fā)回測(cè)試結(jié)果。APP顯示結(jié)果和提出的建議（用眼建議、視力變化、是否需要更換眼鏡等），Kinect采集人體的基本信息和實(shí)時(shí)動(dòng)作，根據(jù)用戶的習(xí)慣通過(guò)視力表來(lái)測(cè)試視力，增加測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性。同時(shí)，語(yǔ)音播報(bào)，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)存到云端，通過(guò)APP可查詢，可統(tǒng)計(jì)多次視力測(cè)試結(jié)果，生成報(bào)表或圖表。

2.5 提醒

根據(jù)用戶按摩時(shí)間、測(cè)視力時(shí)間，智能提醒用戶按摩或測(cè)視力。能定期提醒用戶做眼保健操，播放眼保健操視頻，將時(shí)間和次數(shù)等數(shù)據(jù)存到云端，通過(guò)APP可查詢，可統(tǒng)計(jì)多次數(shù)據(jù)，生成報(bào)表或圖表。

2.6 放松娛樂(lè)

為了增加生活的趣味性，并且達(dá)到放松的目的，應(yīng)用平臺(tái)增加了基于Kinect的體感小游戲，用戶可以在按摩完眼部后適當(dāng)?shù)胤潘?。此外，還可以播放讓人舒適的輕音樂(lè)，護(hù)眼的圖片以及播報(bào)保護(hù)眼睛愛(ài)護(hù)眼睛的小知識(shí)，在放松娛樂(lè)的過(guò)程中，也不忘養(yǎng)護(hù)眼睛、增進(jìn)知識(shí)。為了更加符合眼睛的醫(yī)療保健，還可以增加眼控的小游戲，通過(guò)游戲鍛煉眼睛，讓疲勞的眼睛“動(dòng)”起來(lái)。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證該項(xiàng)目切實(shí)可行，該系統(tǒng)不但可以有效的對(duì)用戶的眼部進(jìn)行按摩，測(cè)試視力，還可以將每次測(cè)試的數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式反饋到用戶的手機(jī)，用戶下載一款A(yù)PP就能查看自己的眼部健康情況，極大地改善了用戶對(duì)眼部護(hù)理的方式。

本項(xiàng)目開發(fā)受到2017年“攀登計(jì)劃”廣東省大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金資助，在此項(xiàng)目全體成員表示衷心的感謝。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘科.基于STM32的溫度測(cè)量系統(tǒng).微處理機(jī)，2015，（2）：64-66.

[2]郭永彩，徐梅宣，高潮.一種快速虹膜定位算法[J].光電工程，2005，07：33-37.

[3]石曼銀.Kinect技術(shù)與工作原理的研究[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，03：83-86.