大牛在人間！電風(fēng)扇也能人臉識(shí)別

每當(dāng)?shù)搅搜谉岬南奶欤藗兛倳?huì)想出各種招數(shù)試圖給自己降溫。電風(fēng)扇大家都見(jiàn)過(guò)，但能實(shí)現(xiàn)“人臉跟蹤”的智能電風(fēng)扇，估計(jì)您聞所未聞吧？日前，在中國(guó)科學(xué)院大學(xué)懷柔雁棲湖校區(qū)舉辦的北京青少年科技創(chuàng)新大賽上，來(lái)自中國(guó)地質(zhì)大學(xué)附屬中學(xué)、北京一零一中學(xué)、首都師范大學(xué)附屬中學(xué)的三位高二男生王南、鄒文澤、李澤朋，就帶來(lái)了一個(gè)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(lái)‘貼身’涼意。”

隨著人們對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提高，家具和電器智能化已經(jīng)成為一個(gè)主流趨勢(shì)。電風(fēng)扇從問(wèn)世以來(lái)，智能化也在不斷提高。從最初的只能實(shí)現(xiàn)固定方向送風(fēng)，到自動(dòng)擺頭，再到目前的遠(yuǎn)程遙控、變頻靜音等功能都變成了現(xiàn)實(shí)，但目前市場(chǎng)上電風(fēng)扇的自動(dòng)跟隨功能卻鮮有實(shí)現(xiàn)。

在介入課題的研究之前，三個(gè)男生就當(dāng)前市場(chǎng)上智能電風(fēng)扇的功能做了充分調(diào)研。據(jù)他們介紹，北京信息科技大學(xué)曾有團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款以單片機(jī)為控制單元并結(jié)合嵌入式技術(shù)的具有溫控調(diào)速、自動(dòng)追蹤人體位置、智能啟停、液晶顯示時(shí)間和溫度等信息的智能電風(fēng)扇。“這款風(fēng)扇電源穩(wěn)定性好、操作方便、運(yùn)行可靠，但是不具備自動(dòng)跟隨人臉的功能。”此外，國(guó)外有學(xué)者設(shè)計(jì)了一種智能電風(fēng)扇，包括風(fēng)扇體、供電電路、控制電路、生物紅外傳感器以及用于使風(fēng)扇體擺動(dòng)的擺動(dòng)電機(jī)，“這款智能電風(fēng)扇具有多點(diǎn)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，能避免誤動(dòng)作，可對(duì)人體進(jìn)行靜態(tài)檢查，但不具備人臉識(shí)別的功能。”

基于這樣的市場(chǎng)情況，三個(gè)男生組成的小團(tuán)隊(duì)提出了一種能夠自動(dòng)跟隨人臉的智能電風(fēng)扇，希望為人們的生活提供一些便利。“它從人臉識(shí)別為切入點(diǎn)，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)識(shí)別人臉，并利用舵機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟隨的功能。”

據(jù)三位男生介紹，他們研制的這款智能電風(fēng)扇具有三大功能：首先是自動(dòng)識(shí)別人臉，并且風(fēng)扇朝向會(huì)跟隨人的位置變化，保證風(fēng)始終吹到人；第二大功能是根據(jù)人距離風(fēng)扇的遠(yuǎn)近，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量，“離得遠(yuǎn)風(fēng)量就調(diào)大，離得近風(fēng)量就調(diào)小，保證人的體感風(fēng)量是基本穩(wěn)定的”；第三大功能是當(dāng)吹風(fēng)的對(duì)象離開(kāi)了電風(fēng)扇的檢測(cè)范圍，風(fēng)扇將自動(dòng)關(guān)機(jī)，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

男生們?yōu)檫@款智能風(fēng)扇預(yù)設(shè)了一些適合使用的場(chǎng)景。首先是健身房，“我們?nèi)齻€(gè)都是健身愛(ài)好者，在健身房一般不開(kāi)空調(diào)，因?yàn)樾枰鲃?dòng)性體表散熱。但是，一般的電風(fēng)扇又沒(méi)有‘指向性’，很難讓每個(gè)人都達(dá)到散熱的目的。”這時(shí)候這款智能電風(fēng)扇就能“大顯神通”了。其次是在公共的車(chē)間里，“這樣的空間一般存在工業(yè)碎屑或機(jī)油，如果使用沒(méi)有指向性的電風(fēng)扇，容易造成環(huán)境污染。而如果電風(fēng)扇可以捕捉工人的移動(dòng)，‘追’著工人吹風(fēng)散熱，必然能提升工作效率。”第三種情景是在人群較為復(fù)雜的公共場(chǎng)所或家庭環(huán)境，“既有年輕人，又有年長(zhǎng)者，他們對(duì)風(fēng)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(zhì)弱，風(fēng)吹大了又容易感冒。這時(shí)候這款可以‘追著人’吹風(fēng)的電風(fēng)扇就派上了用場(chǎng)。”

鄒文澤向記者介紹這款智能電風(fēng)扇的運(yùn)作原理：把攝像頭捕捉到的信息發(fā)送給視覺(jué)板，在其上運(yùn)行卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的人臉識(shí)別程序，并把人臉信息實(shí)時(shí)反饋給微控制器，通過(guò)決策規(guī)則來(lái)控制舵機(jī)和電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。“攝像頭是眼睛，用來(lái)捕捉位置和圖像；單片機(jī)像是大腦用來(lái)決策，它將指令傳遞給舵機(jī)和電機(jī)；它們像是四肢，可以跟隨人臉的位置轉(zhuǎn)動(dòng)。”

為了完成這個(gè)項(xiàng)目，三個(gè)在單片機(jī)方面沒(méi)什么基礎(chǔ)的男生來(lái)到了北京理工大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，向自動(dòng)化學(xué)院的老師求教。老師向他們普及了很多電學(xué)知識(shí)以及將要用到的一些零部件的工作原理，例如單片機(jī)的作用、代碼的編寫(xiě)、舵機(jī)的原理等。

確定了項(xiàng)目的主題之后，他們每個(gè)人回家都對(duì)風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)、功能、樣式提出了構(gòu)想。統(tǒng)一意見(jiàn)并確定這款風(fēng)扇的三大主要功能后，大家一拍即合說(shuō)干就干。

“這個(gè)項(xiàng)目說(shuō)簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單，說(shuō)難也難。它需要很多基礎(chǔ)的搭建組裝操作以及c++語(yǔ)言的編寫(xiě)，這也是個(gè)不錯(cuò)的鍛煉機(jī)會(huì)。”王南說(shuō)，他以前并沒(méi)有接觸過(guò)c++的編寫(xiě)，“沒(méi)想到編程這么麻煩，我以前只是接觸過(guò)一些簡(jiǎn)單的編程，一下子跳躍到這種高度還真受不了。”他們利用課余時(shí)間自學(xué)和請(qǐng)教老師，慢慢地照著視覺(jué)處理框架把人臉識(shí)別的程序搞定了。

經(jīng)過(guò)近半年的時(shí)間，這款智能電風(fēng)扇終于基本完成了。根據(jù)他們的設(shè)想，未來(lái)這款電風(fēng)扇還將加入特定個(gè)體的人臉識(shí)別功能，“根據(jù)不同人接受風(fēng)量程度的差異，輸入不同用戶的身體參數(shù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)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(fēng)扇識(shí)別的“基準(zhǔn)”，未來(lái)它還可以設(shè)定風(fēng)量和吹風(fēng)的部位。“將它與手機(jī)端連接，用戶就能自主設(shè)定和調(diào)整信息，像‘私人訂制’服務(wù)一樣。”