基于RaspberryPi的智能“魔鏡”

李丹　陳潼升　楊國文　莫朝勝

摘要：隨著科技的進步，物聯網產業的快速發展，人們對身邊的各種硬件設備的智能化需求與日俱增，傳統鏡子的智能化也是一種需求。文中采用雙面鏡、液晶屏和Raspberry Pi開發板等，并利用圖像分析、人工智能接口、ZigBee和WiFi無線傳輸等技術，搭建一個既可以照鏡子，并與特定用戶進行互動，又可以對住宅內的各種智能設備和家庭環境的智能管理、遠程監控等，還可以通過手機APP對其進行遠程控制以及遠程視頻聊天等的智能“魔鏡”。研究結果表明，該系統讓人們的生活更加方便化、智能化。

關鍵詞：魔鏡 智能化 圖像識別 語音文字互動 遠程管理 網關

中圖分類號：TP3681文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2017）06-0034-02

隨著現代科技的進步、生活質量水平的提高，我們從數字信息時代進入物聯網時代。身邊的電燈、電視、吸塵器甚至是馬桶等日常物品都擁有了我們此前從未想過的各項功能，自然而然的，人們對智能硬件的需求也與日俱增。

傳統的鏡子，常被人們利用來整理儀容，功能單一。因此，若有一種鏡子在普通照鏡子功能的基礎上，可以應用圖像分析技術來識別照鏡子的人，并根據特定人與其進行針對性服務，如：語音文字互動（備忘信息提示、問候等）、遠程視頻聊天、美顏自拍、顯示天氣、日程、備忘錄等信息等，還可以使用手機APP通過它遠程控制家居照明、門禁以及視頻監控防盜，這樣具有創新智能的“魔鏡”將大大提高人們的生活質量水平。

一、基于Raspberry Pi的智能“魔鏡”系統設計方案

該系統主要由Raspberry Pi主控板組成的智能硬件平臺、手機APP端以及服務器端三大部分組成的。其中，智能硬件平臺是由Raspberry Pi開發板、液晶顯示屏、觸摸屏、雙面鏡、攝像頭以及麥克風等硬件改造組合而成的。該智能平臺——“魔鏡”作為用戶交互平臺通過人臉識別識別用戶，并通過語音識別用戶指令，通過連接云端服務器獲取相關數據為用戶提供現針對性天氣顯示、著裝建議、日程安排、備忘錄記錄與提示、遠程視頻聊天等服務。當用戶外出時，又可作為家里的網關實現家居設備遠程訪問與控制；手機APP端則主要為Android應用，可供用戶通過因特網遠程控制智能魔鏡、遠程視頻聊天以及查看相關信息等功能；服務器端通過數據庫對用戶數據進行備份記錄，并作為中介，提供智能魔鏡硬件平臺和手機APP端通訊互訪。系統整體架構圖如圖1所示。

二、Raspberry Pi端設計

Raspberry Pi具有傳統鏡子功能模塊、信息顯示、用戶互動功能模塊、圖像分析、監控功能模塊、家居網關功能模塊等。整體模型的鏡面顯示圖如圖2-1所示，硬件平臺實物圖如圖2-2所示。

1.傳統鏡子功能模塊

對Raspberry Pi開發板、雙面鏡、液晶顯示器以及USB攝像頭等材料進行改造組合成一個普通鏡子形狀的智能魔鏡，利用雙面鏡具有對可見光具有很高反射比來實現傳統鏡子擁有的功能模塊。

2.信息顯示、用戶互動功能模塊

備忘錄、日程安排等提醒信息可直接在本地數據庫提取，語音互動功能可聯網利用圖靈機器人等人工智能應用接口來實現，天氣數據則可通過中國天氣API來獲取顯示在液晶屏上。

3.圖像分析、監控功能模塊

根據攝像頭獲取的數據，并采用C/C++、Python編程等，并且結合OpenCV開源計算機視覺庫實現人臉識別、圖像中物體的運動檢測分析功能（防盜監控）等。

4.家居網關功能模塊

通過ZigBee通信模塊、WiFi通信模塊，使其又可充當嵌入式家庭網關的核心，從而對家居智能設備進行控制。

其軟件主要架構圖如圖2-3所示。

三、手機APP端

利用Android Studio開發環境來設計安卓應用，同時通過云端服務器提供的相關API來獲取智能魔鏡硬件平臺上的相關信息并且遠程控制智能魔鏡。與智能魔鏡平臺進行視頻聊天則結合AnyChat音視頻互動開發平臺來開發，其程序主要流程如圖3所示。

四、云服務器端

基于AMP（Apache+MySQL+PHP）開源框架，并且結合開放的通用物聯網平臺Yeelink與人工智能接口來架構服務器端，給Raspberry Pi端和手機APP端提供相關接口。

五、結語

利用雙面鏡、液晶屏和Raspberry Pi開發板等，并利用Face++圖像分析、人工智能接口、ZigBee和WiFi無線傳輸等技術，搭建一個既可以照鏡子，并與用戶進行互動，又可以對住宅內的各種智能設備和家庭環境的智能管理、遠程監控等，還可以通過手機APP對其進行遠程控制以及遠程視頻聊天等的智能“魔鏡”。經過測試和運行，該系統讓人們的生活更加方便化、智能化，具有較大的實用價值。

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Abstract： With the rapid development of technology as well as Internet of things（IOT）， peoples needs of the smart hardware such as smart mirror have increased greatly. In order to meet these needs， Raspberry Pi based smart mirror project try to build a smart mirror which is not only able to provide people with simple mirror function but also able to provide various functions such as communicating with specific users， providing remote management of domestic smart hardware and remote control over home environment and so on， using the technology of image analysis， artificial intelligence interface， ZigBee and Wi-Fi and materials like double sided mirror， LCD， Raspberry Pi development board，etc. Whats more， through app installed in mobile phone， users are able to control their smart mirror remotely and launch a video chat. Studies indicate that the Raspberry Pi based smart mirror project contributes to the convenience and intelligentialization of human life.

Keywords： smart mirror； intelligentialize； image recognition； speech interaction； remote control； gateway

責任編輯：孫瑤