天津大學(xué)

潘 成，王康年

1 作品簡(jiǎn)介

文中設(shè)計(jì)了一款基于Computer Vision與人眼仿生的可實(shí)現(xiàn)智能化交互操作的跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）解決了視頻通話或者自拍過(guò)程中人物始終需要保持在攝像頭前方的問(wèn)題，更靈活、更輕便，擴(kuò)大了視野范圍。

（2）采用camera+伺服裝置的人體結(jié)構(gòu)仿生，用低成本的硬件與更具效能的算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行智能追蹤以簡(jiǎn)化傳統(tǒng)算法。

（3）還可以實(shí)現(xiàn)更快、更準(zhǔn)確、更平滑的手勢(shì)識(shí)別來(lái)控制智能生活時(shí)代的相關(guān)設(shè)備（燈泡、家用電器、窗簾等），達(dá)到智能交互的目的。

（4）可用于AR/VR中HMD頭顯設(shè)備攝像頭結(jié)構(gòu)中，使SLAM算法中諸如PTAM算法獲取更多信息，完成新型的注冊(cè)跟蹤技術(shù)。并作為一種從未出現(xiàn)的新型交互設(shè)備，實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)自拍功能并解決超大范圍空間交互問(wèn)題。

以人機(jī)交互技術(shù)角度切入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代正是我們對(duì)智能生活的理解與期待，具有一定的前瞻性和很好的市場(chǎng)前景。系統(tǒng)實(shí)物如圖1所示。

2 工作原理

系統(tǒng)工作流程如圖2所示。在Visual Studio平臺(tái)下，采用普通攝像頭RGB采集信息數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)字圖像處理的一系列算法先提取膚色HSI空間進(jìn)行簡(jiǎn)單分割，然后降采樣，去噪（平滑噪點(diǎn)、刪除小面積、孔洞填充+開(kāi)閉運(yùn)算等），根據(jù)SIFT算法匹配特征點(diǎn)尋找跟蹤區(qū)域，包括人臉識(shí)別功能采用的級(jí)聯(lián)分類器。訓(xùn)練Haar分類器的步驟如下：

（1）準(zhǔn)備正負(fù)樣本；

（2）用CreateSamples 程序建立正樣本集；

（3）用HaarTraining程序訓(xùn)練得到最終的分類器模型（xml文件）。

（4）采用訓(xùn)練好的人臉識(shí)別harr級(jí)聯(lián)分類器對(duì)人臉進(jìn)行識(shí)別跟蹤，特征匹配或者模板匹配（不同應(yīng)用感興趣區(qū)域提取不同）是針對(duì)不同跟蹤目標(biāo)，將攝像頭捕捉的畫(huà)面始終對(duì)著需要跟蹤的物體中心，將中心附件坐標(biāo)擬合通過(guò)串口發(fā)給下位機(jī)、舵機(jī)采用模糊集合論中的模糊PID應(yīng)用來(lái)控制偏轉(zhuǎn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。此處上下位機(jī)的通訊調(diào)試方便，目前在嵌入式系統(tǒng)如Linux和手機(jī)移動(dòng)登錄端上已實(shí)現(xiàn)了完整開(kāi)發(fā)。

圖1 系統(tǒng)實(shí)物

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心思想是通過(guò)生物仿生技術(shù)，促使攝像頭的靈活程度最大限度接近人的眼球，從結(jié)構(gòu)方面改善新的特定算法，應(yīng)用于特定場(chǎng)合。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

本設(shè)計(jì)的核心思想來(lái)源于生物人眼系統(tǒng)仿生，假設(shè)人觀察一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體脖子無(wú)法扭動(dòng)，眼球也不允許轉(zhuǎn)動(dòng)，只能通過(guò)大腦的思考來(lái)判斷這個(gè)物體的軌跡，可想而知，這樣的方法極不科學(xué)。之前的攝像頭等傳感器觀察一個(gè)物體就會(huì)因?yàn)檫@種不科學(xué)而產(chǎn)生諸多缺陷，比如視場(chǎng)過(guò)小，對(duì)跟蹤目標(biāo)物體效果差等。本產(chǎn)品通過(guò)采用較低成本的硬件與特定的算法便可以改善這些問(wèn)題，作為一種獨(dú)立研發(fā)的市面上還看不到的全新跟蹤設(shè)備，具有一定的創(chuàng)新性！

圖2 系統(tǒng)工作流程

4 市場(chǎng)前景

本產(chǎn)品采用生物仿生思想，研制出一種更智能的擁有更高靈活性與更大視野范圍的新型物體、人體、動(dòng)作等捕捉設(shè)備，在特定場(chǎng)合如特殊監(jiān)控環(huán)境下，可以達(dá)到無(wú)死角的全自動(dòng)智能監(jiān)控。而自拍、視頻通話一直都占有很大的市場(chǎng)空間，不論是企業(yè)級(jí)或民用級(jí)視頻通話設(shè)備，還是APP榜單上一直作為翹楚的自拍軟件，甚至是當(dāng)下十分火爆的與自拍相關(guān)的硬件產(chǎn)品，在自拍、視頻通話方面，讓用戶擺脫需要一直拿著的僵硬不便，以及必須保持在攝像頭前的問(wèn)題。作為具有一定前瞻性的產(chǎn)品擁有很大的市場(chǎng)前景。

陜西物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ASII）

陜西物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟是由陜西地區(qū)從事物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)研究、產(chǎn)品生產(chǎn)的企事業(yè)單位和團(tuán)體自愿組成，于2011年3月由陜西省工業(yè)和信息化廳批復(fù)正式成立，聯(lián)盟秘書(shū)處設(shè)在西安光電子專業(yè)孵化器，西安中星測(cè)控有限公司為第二屆理事會(huì)理事長(zhǎng)單位。

聯(lián)盟致力于推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，服務(wù)于企業(yè)、服務(wù)于政府，促進(jìn)交流合作，努力形成產(chǎn)、學(xué)、研、用開(kāi)放式的合作機(jī)制。聯(lián)盟通過(guò)搭建關(guān)鍵技術(shù)及公共服務(wù)平臺(tái)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用的協(xié)同發(fā)展。積極開(kāi)展產(chǎn)業(yè)調(diào)研與政策研究，協(xié)助實(shí)施重大項(xiàng)目，承接政府有關(guān)產(chǎn)業(yè)促進(jìn)服務(wù)工作。開(kāi)展行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)研究，積極參與國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。承擔(dān)國(guó)家和省、市科技計(jì)劃項(xiàng)目，通過(guò)聯(lián)盟促進(jìn)科技成果的快速有效轉(zhuǎn)化，促進(jìn)聯(lián)盟成員間的技術(shù)合作與共同進(jìn)步，使聯(lián)盟成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)重大技術(shù)創(chuàng)新的重要平臺(tái)。

聯(lián)盟將在政府相關(guān)政策引導(dǎo)和行業(yè)主管部門(mén)指導(dǎo)下，建設(shè)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向、以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)核心企業(yè)為主體、跨行業(yè)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的創(chuàng)新平臺(tái)，不斷整合行業(yè)優(yōu)勢(shì)科技資源，融匯技術(shù)研發(fā)能力，組織關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新攻關(guān)，加快研究成果共享與轉(zhuǎn)化，推動(dòng)陜西物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。