實(shí)戰(zhàn)樹(shù)莓派人工智能攝像頭

牟曉東

人工智能HuskyLens攝像頭（俗稱“二哈”）具備多種物體識(shí)別及追蹤功能，將它連接到樹(shù)莓派上，再借助古德微機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行“積木”編程，我們可以開(kāi)發(fā)出功能豐富的智能應(yīng)用。在此以“二哈”的人臉識(shí)別、顏色識(shí)別和標(biāo)簽識(shí)別為例，分別開(kāi)發(fā)“看臉唱歌機(jī)”、“盲人紅綠燈提醒器”和“超市自助收銀機(jī)”。

三個(gè)應(yīng)用所使用的實(shí)驗(yàn)器材及連接方法相同，需要配有古德微擴(kuò)展板的樹(shù)莓派一套，人工智能“二哈”攝像頭一個(gè)，有源音箱一個(gè)，杜邦線若干。首先通過(guò)紅、黑、藍(lán)、綠四根杜邦線將“二哈”與古德微擴(kuò)展板連接：一端接“二哈”的傳感器接口（標(biāo)注有+、-、R和T），另一端接擴(kuò)展板I2C的UP列（標(biāo)注有VCC、GND、CLK和DATA）;然后將有源音箱插入樹(shù)莓派的音頻輸出圓孔，插入電源線通電啟動(dòng)樹(shù)莓派系統(tǒng)（如圖1）。

1.人臉識(shí)別——“看臉唱歌機(jī)”

實(shí)現(xiàn)對(duì)多位明星的人臉識(shí)別，根據(jù)識(shí)別顯示該明星的簡(jiǎn)要信息并且播放其成名歌曲片段。

（1）素材準(zhǔn)備

首先從網(wǎng)絡(luò)上分別搜索并下載張學(xué)友、劉德華、郭富城和黎明的照片備用。接著，下載并剪輯幾位歌手的成名曲片段MP3文件（長(zhǎng)度約為7秒），通過(guò)“Windows遠(yuǎn)程桌面連接”程序登錄進(jìn)入樹(shù)莓派系統(tǒng)，點(diǎn)擊“文件管理器”進(jìn)入/home/pi/temp目錄，將處理好的MP3文件復(fù)制粘貼進(jìn)去。

（2）“人臉識(shí)別”的訓(xùn)練學(xué)習(xí)

首先，長(zhǎng)按“二哈”的左上角圓形齒輪狀的功能按鍵，直到出現(xiàn)“人臉識(shí)別”項(xiàng);接著，短按一下進(jìn)入“學(xué)習(xí)多個(gè)”模式，將開(kāi)關(guān)項(xiàng)設(shè)置為藍(lán)色有效狀態(tài)，進(jìn)行“保存并返回”操作;依次打開(kāi)四張明星圖片，對(duì)準(zhǔn)照片進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，按一下右上角按鍵，“二哈”就將該人臉保存進(jìn)自己的記憶庫(kù)（同時(shí)將它標(biāo)注為“人臉：ID1”）;然后根據(jù)屏幕提示再按一下學(xué)習(xí)按鍵，進(jìn)入第二張人臉的學(xué)習(xí)模式，成功后會(huì)標(biāo)注“人臉：ID2”（如圖2）。

（3）古德微機(jī)器人平臺(tái)“積木”編程

在瀏覽器中訪問(wèn)古德微機(jī)器人網(wǎng)站（http：//www.gdwrobot.cn/），進(jìn)入“積木”編程區(qū)進(jìn)行程序的編寫：拖放“智能硬件→HuskyLens攝像頭→HuskyLens攝像頭切換到‘人臉識(shí)別算法”模塊;接著建立一個(gè)“重復(fù)當(dāng)‘真”的循環(huán)結(jié)構(gòu)，再建立一個(gè)“如果”和三個(gè)“否則如果”的四分支選擇結(jié)構(gòu)，判斷條件為“從結(jié)果中獲取ID‘1的‘方框是否在畫面中”，成立的話則輸出調(diào)試信息并且播放他的歌曲ZhangXueYou.mp3（即復(fù)制到樹(shù)莓派/home/pi/temp/目錄中的MP3音頻文件）;再加一個(gè)等待7秒的模塊，作用是將歌曲播放完畢。其他三個(gè)分支結(jié)構(gòu)與此一致，只須修改ID號(hào)、調(diào)試信息和音頻播放文件（如圖3）。

（4）測(cè)試“看臉唱歌機(jī)”

打開(kāi)LOG顯示區(qū)后點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，然后分別對(duì)照各個(gè)明星臉讓“二哈”識(shí)別，LOG顯示區(qū)會(huì)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的提示信息顯示，同時(shí)音箱中也會(huì)“唱”他的歌曲。

2.顏色識(shí)別——“盲人紅綠燈提醒器”

實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口紅燈、綠燈等信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并做出“紅燈等待”、“綠燈通行”的語(yǔ)音提醒。

（1）素材處理與訓(xùn)練學(xué)習(xí)

首先到路口拍攝一段紅綠燈信號(hào)的視頻，導(dǎo)入視頻編輯軟件如AE中進(jìn)行紅燈和綠燈的燈光均勻度微調(diào)，因?yàn)檎鎸?shí)紅綠燈是由許多LED燈組合而成，光點(diǎn)間距較大，“二哈”識(shí)別時(shí)容易出錯(cuò)——比如紅燈包含白光、紅光和黃光等。

與“人臉識(shí)別”類似，同樣需要操作“二哈”功能鍵和學(xué)習(xí)鍵來(lái)記憶紅燈和綠燈——紅燈被標(biāo)注為“顏色：ID1”、綠燈被標(biāo)注為“顏色：ID2”（如圖4）。

（2）古德微機(jī)器人平臺(tái)“積木”編程

建立“HuskyLens攝像頭切換到‘顏色識(shí)別算法”模塊;接著建立一個(gè)“重復(fù)當(dāng)‘真”的循環(huán)結(jié)構(gòu)，再建立一個(gè)二分支“如果…否則如果…執(zhí)行”，分別用來(lái)匹配紅燈和綠燈兩種識(shí)別結(jié)果，并控制輸出不同的調(diào)試信息和播放語(yǔ)音提醒（如圖5）。

（3）測(cè)試“盲人紅綠燈提醒器”

點(diǎn)擊“連接設(shè)備”，打開(kāi)LOG顯示區(qū)后運(yùn)行程序;讓“二哈”對(duì)準(zhǔn)視頻中出現(xiàn)的紅燈和綠燈進(jìn)行測(cè)試，LOG區(qū)會(huì)有信息輸出，同時(shí)音箱中也會(huì)進(jìn)行“紅燈等待”、“綠燈通行”語(yǔ)音提醒。

3.標(biāo)簽識(shí)別——“超市自助收銀機(jī)”

實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)商品標(biāo)簽的識(shí)別，并將其價(jià)格計(jì)入“總價(jià)”，進(jìn)行商品單價(jià)顯示和總價(jià)顯示及語(yǔ)音播報(bào)。

（1）素材處理與訓(xùn)練學(xué)習(xí)

“二哈”的“標(biāo)簽識(shí)別”是指“AprilTag視覺(jué)基準(zhǔn)系統(tǒng)”，主要應(yīng)用于AR、機(jī)器人和相機(jī)校準(zhǔn)等領(lǐng)域，是一種降低了復(fù)雜度以滿足實(shí)時(shí)性要求的二維碼?？梢允褂肕aixPy IDE軟件來(lái)自定義生成，然后插入Word中調(diào)節(jié)好大小，打印粘貼到商品上（如圖6）。

確保“二哈”的“標(biāo)簽識(shí)別”為“學(xué)習(xí)多個(gè)”模式，分別對(duì)四件示例商品進(jìn)行識(shí)別學(xué)習(xí);識(shí)別成功的商品會(huì)標(biāo)注為“標(biāo)簽：ID1”、“標(biāo)簽：ID2”……

（2）古德微機(jī)器人平臺(tái)“積木”編程

建立一個(gè)“HuskyLens攝像頭切換到‘標(biāo)簽識(shí)別算法”模塊;接著，建立五個(gè)變量：大寶蜜、蚊藥膏、藍(lán)牙音箱、安全刀架和總價(jià)，并分別為其賦值為對(duì)應(yīng)商品的單價(jià)（總價(jià)的初始值為0）;然后，建立一個(gè)“重復(fù)當(dāng)‘真”的循環(huán)結(jié)構(gòu)，再建立一個(gè)“如果…執(zhí)行…”和三個(gè)“否則如果…執(zhí)行…”的四分支選擇結(jié)構(gòu)，分別用來(lái)匹配四個(gè)商品的標(biāo)簽信息;在LOG顯示區(qū)輸出該商品的單價(jià)，并把它合計(jì)至總價(jià)中;最后，以語(yǔ)音和文字兩種方式輸出所購(gòu)買的商品的總價(jià)，保存程序（如圖7）。

（3）測(cè)試“超市自助收銀機(jī)”

點(diǎn)擊“連接設(shè)備”，打開(kāi)LOG顯示區(qū)，運(yùn)行程序;讓“二哈”分別對(duì)準(zhǔn)四件商品進(jìn)行掃描測(cè)試，可順序測(cè)試也可多次重復(fù)測(cè)試，LOG區(qū)都會(huì)有信息輸出，同時(shí)音箱中也會(huì)進(jìn)行語(yǔ)音提醒。