每當到了炎熱的夏天, 人們總會想出各種招數試圖給自己降溫. 電風扇大家都見過, 但能實現 '人臉跟蹤' 的智能電風扇, 估計您聞所未聞吧?日前, 在中國科學院大學懷柔雁棲湖校區舉辦的北京青少年科技創新大賽上, 來自中國地質大學附屬中學, 北京一零一中學, 首都師範大學附屬中學的三位高二男生王南, 鄒文澤, 李澤朋, 就帶來了一個這樣 '高端' 的玩意兒. '我們的目的就是讓它能跟蹤人臉, 從而一直為人們帶來 '貼身' 涼意. '
人臉識別風扇此前從未面市
隨著人們對生活品質要求的不斷提高, 傢具和電器智能化已經成為一個主流趨勢. 電風扇從問世以來, 智能化也在不斷提高. 從最初的只能實現固定方向送風, 到自動擺頭, 再到目前的遠程遙控, 變頻靜音等功能都變成了現實, 但目前市場上電風扇的自動跟隨功能卻鮮有實現.
在介入課題的研究之前, 三個男生就當前市場上智能電風扇的功能做了充分調研. 據他們介紹, 北京資訊科技大學曾有團隊設計了一款以單片機為控制單元並結合嵌入式技術的具有溫控調速, 自動追蹤人體位置, 智能啟停, 液晶顯示時間和溫度等資訊的智能電風扇. '這款風扇電源穩定性好, 操作方便, 運行可靠, 但是不具備自動跟隨人臉的功能. ' 此外, 國外有學者設計了一種智能電風扇, 包括風扇體, 供電電路, 控制電路, 生物紅外感測器以及用於使風扇體擺動的擺動電機, '這款智能電風扇具有多點檢測的優點, 能避免誤動作, 可對人體進行靜態檢查, 但不具備人臉識別的功能. '
基於這樣的市場情況, 三個男生組成的小團隊提出了一種能夠自動跟隨人臉的智能電風扇, 希望為人們的生活提供一些便利. '它從人臉識別為切入點, 利用卷積神經網路來識別人臉, 並利用舵機實現自動跟隨的功能. '
三大功能實現個性化服務
據三位男生介紹, 他們研製的這款智能電風扇具有三大功能: 首先是自動識別人臉, 並且風扇朝向會跟隨人的位置變化, 保證風始終吹到人;第二大功能是根據人距離風扇的遠近, 自動調節風量, '離得遠風量就調大, 離得近風量就調小, 保證人的體感風量是基本穩定的' ;第三大功能是當吹風的對象離開了電風扇的檢測範圍, 風扇將自動關機, 以達到節能環保的目的.
男生們為這款智能風扇預設了一些適合使用的場景. 首先是健身房, '我們三個都是健身愛好者, 在健身房一般不開空調, 因為需要流動性體表散熱. 但是, 一般的電風扇又沒有 '指向性' , 很難讓每個人都達到散熱的目的. ' 這時候這款智能電風扇就能 '大顯神通' 了. 其次是在公共的車間裡, '這樣的空間一般存在工業碎屑或機油, 如果使用沒有指向性的電風扇, 容易造成環境汙染. 而如果電風扇可以捕捉工人的移動, '追' 著工人吹風散熱, 必然能提升工作效率. ' 第三種情景是在人群較為複雜的公共場所或家庭環境, '既有年輕人, 又有年長者, 他們對風量的承受能力都不同. 有的人不耐熱, 容易心煩意亂;有的人體質弱, 風吹大了又容易感冒. 這時候這款可以 '追著人' 吹風的電風扇就派上了用場. '
鄒文澤向記者介紹這款智能電風扇的運作原理: 把攝像頭捕捉到的資訊發送給視覺板, 在其上運行卷積神經網路演算法的人臉識別程序, 並把人臉資訊即時反饋給微控制器, 通過決策規則來控制舵機和電機, 從而實現相關功能. '攝像頭是眼睛, 用來捕捉位置和映像;單片機像是大腦用來決策, 它將指令傳遞給舵機和電機;它們像是四肢, 可以跟隨人臉的位置轉動. '
未來將加入 '私人訂製' 服務
為了完成這個項目, 三個在單片機方面沒什麼基礎的男生來到了北京理工大學的實驗室, 向自動化學院的老師求教. 老師向他們普及了很多電學知識以及將要用到的一些零部件的工作原理, 例如單片機的作用, 代碼的編寫, 舵機的原理等.
確定了項目的主題之後, 他們每個人回家都對風扇的結構, 功能, 樣式提出了構想. 統一意見並確定這款風扇的三大主要功能後, 大家一拍即合說幹就幹.
'這個項目說簡單也簡單, 說難也難. 它需要很多基礎的搭建組裝操作以及c++語言的編寫, 這也是個不錯的鍛煉機會. ' 王南說, 他以前並沒有接觸過c++的編寫, '沒想到編程這麼麻煩, 我以前只是接觸過一些簡單的編程, 一下子跳躍到這種高度還真受不了. ' 他們利用課餘時間自學和請教老師, 慢慢地照著視覺處理框架把人臉識別的程序搞定了.
經過近半年的時間, 這款智能電風扇終於基本完成了. 根據他們的設想, 未來這款電風扇還將加入特定個體的人臉識別功能, '根據不同人接受風量程度的差異, 輸入不同用戶的身體參數, 實現個性化, 保證工作效率的精確和最大化. ' 此外, 人臉只是這款電風扇識別的 '基準' , 未來它還可以設定風量和吹風的部位. '將它與手機端連接, 用戶就能自主設定和調整資訊, 像 '私人訂製' 服務一樣. '