每当到了炎热的夏天, 人们总会想出各种招数试图给自己降温. 电风扇大家都见过, 但能实现 '人脸跟踪' 的智能电风扇, 估计您闻所未闻吧?日前, 在中国科学院大学怀柔雁栖湖校区举办的北京青少年科技创新大赛上, 来自中国地质大学附属中学, 北京一零一中学, 首都师范大学附属中学的三位高二男生王南, 邹文泽, 李泽朋, 就带来了一个这样 '高端' 的玩意儿. '我们的目的就是让它能跟踪人脸, 从而一直为人们带来 '贴身' 凉意. '
人脸识别风扇此前从未面市
随着人们对生活品质要求的不断提高, 家具和电器智能化已经成为一个主流趋势. 电风扇从问世以来, 智能化也在不断提高. 从最初的只能实现固定方向送风, 到自动摆头, 再到目前的远程遥控, 变频静音等功能都变成了现实, 但目前市场上电风扇的自动跟随功能却鲜有实现.
在介入课题的研究之前, 三个男生就当前市场上智能电风扇的功能做了充分调研. 据他们介绍, 北京信息科技大学曾有团队设计了一款以单片机为控制单元并结合嵌入式技术的具有温控调速, 自动追踪人体位置, 智能启停, 液晶显示时间和温度等信息的智能电风扇. '这款风扇电源稳定性好, 操作方便, 运行可靠, 但是不具备自动跟随人脸的功能. ' 此外, 国外有学者设计了一种智能电风扇, 包括风扇体, 供电电路, 控制电路, 生物红外传感器以及用于使风扇体摆动的摆动电机, '这款智能电风扇具有多点检测的优点, 能避免误动作, 可对人体进行静态检查, 但不具备人脸识别的功能. '
基于这样的市场情况, 三个男生组成的小团队提出了一种能够自动跟随人脸的智能电风扇, 希望为人们的生活提供一些便利. '它从人脸识别为切入点, 利用卷积神经网络来识别人脸, 并利用舵机实现自动跟随的功能. '
三大功能实现个性化服务
据三位男生介绍, 他们研制的这款智能电风扇具有三大功能: 首先是自动识别人脸, 并且风扇朝向会跟随人的位置变化, 保证风始终吹到人;第二大功能是根据人距离风扇的远近, 自动调节风量, '离得远风量就调大, 离得近风量就调小, 保证人的体感风量是基本稳定的' ;第三大功能是当吹风的对象离开了电风扇的检测范围, 风扇将自动关机, 以达到节能环保的目的.
男生们为这款智能风扇预设了一些适合使用的场景. 首先是健身房, '我们三个都是健身爱好者, 在健身房一般不开空调, 因为需要流动性体表散热. 但是, 一般的电风扇又没有 '指向性' , 很难让每个人都达到散热的目的. ' 这时候这款智能电风扇就能 '大显神通' 了. 其次是在公共的车间里, '这样的空间一般存在工业碎屑或机油, 如果使用没有指向性的电风扇, 容易造成环境污染. 而如果电风扇可以捕捉工人的移动, '追' 着工人吹风散热, 必然能提升工作效率. ' 第三种情景是在人群较为复杂的公共场所或家庭环境, '既有年轻人, 又有年长者, 他们对风量的承受能力都不同. 有的人不耐热, 容易心烦意乱;有的人体质弱, 风吹大了又容易感冒. 这时候这款可以 '追着人' 吹风的电风扇就派上了用场. '
邹文泽向记者介绍这款智能电风扇的运作原理: 把摄像头捕捉到的信息发送给视觉板, 在其上运行卷积神经网络算法的人脸识别程序, 并把人脸信息实时反馈给微控制器, 通过决策规则来控制舵机和电机, 从而实现相关功能. '摄像头是眼睛, 用来捕捉位置和图像;单片机像是大脑用来决策, 它将指令传递给舵机和电机;它们像是四肢, 可以跟随人脸的位置转动. '
未来将加入 '私人订制' 服务
为了完成这个项目, 三个在单片机方面没什么基础的男生来到了北京理工大学的实验室, 向自动化学院的老师求教. 老师向他们普及了很多电学知识以及将要用到的一些零部件的工作原理, 例如单片机的作用, 代码的编写, 舵机的原理等.
确定了项目的主题之后, 他们每个人回家都对风扇的结构, 功能, 样式提出了构想. 统一意见并确定这款风扇的三大主要功能后, 大家一拍即合说干就干.
'这个项目说简单也简单, 说难也难. 它需要很多基础的搭建组装操作以及c++语言的编写, 这也是个不错的锻炼机会. ' 王南说, 他以前并没有接触过c++的编写, '没想到编程这么麻烦, 我以前只是接触过一些简单的编程, 一下子跳跃到这种高度还真受不了. ' 他们利用课余时间自学和请教老师, 慢慢地照着视觉处理框架把人脸识别的程序搞定了.
经过近半年的时间, 这款智能电风扇终于基本完成了. 根据他们的设想, 未来这款电风扇还将加入特定个体的人脸识别功能, '根据不同人接受风量程度的差异, 输入不同用户的身体参数, 实现个性化, 保证工作效率的精确和最大化. ' 此外, 人脸只是这款电风扇识别的 '基准' , 未来它还可以设定风量和吹风的部位. '将它与手机端连接, 用户就能自主设定和调整信息, 像 '私人订制' 服务一样. '