實戰(zhàn)樹莓派人工智能攝像頭

牟曉東

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

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

1.人臉識別——“看臉唱歌機”

實現對多位明星的人臉識別，根據識別顯示該明星的簡要信息并且播放其成名歌曲片段。

（1）素材準備

首先從網絡上分別搜索并下載張學友、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（長度約為7秒），通過“Windows遠程桌面連接”程序登錄進入樹莓派系統(tǒng)，點擊“文件管理器”進入/home/pi/temp目錄，將處理好的MP3文件復制粘貼進去。

（2）“人臉識別”的訓練學習

首先，長按“二哈”的左上角圓形齒輪狀的功能按鍵，直到出現“人臉識別”項;接著，短按一下進入“學習多個”模式，將開關項設置為藍色有效狀態(tài)，進行“保存并返回”操作;依次打開四張明星圖片，對準照片進行訓練學習，按一下右上角按鍵，“二哈”就將該人臉保存進自己的記憶庫（同時將它標注為“人臉：ID1”）;然后根據屏幕提示再按一下學習按鍵，進入第二張人臉的學習模式，成功后會標注“人臉：ID2”（如圖2）。

（3）古德微機器人平臺“積木”編程

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

（4）測試“看臉唱歌機”

打開LOG顯示區(qū)后點擊“運行”按鈕，然后分別對照各個明星臉讓“二哈”識別，LOG顯示區(qū)會進行對應的提示信息顯示，同時音箱中也會“唱”他的歌曲。

2.顏色識別——“盲人紅綠燈提醒器”

實現對十字路口紅燈、綠燈等信號的實時檢測，并做出“紅燈等待”、“綠燈通行”的語音提醒。

（1）素材處理與訓練學習

首先到路口拍攝一段紅綠燈信號的視頻，導入視頻編輯軟件如AE中進行紅燈和綠燈的燈光均勻度微調，因為真實紅綠燈是由許多LED燈組合而成，光點間距較大，“二哈”識別時容易出錯——比如紅燈包含白光、紅光和黃光等。

與“人臉識別”類似，同樣需要操作“二哈”功能鍵和學習鍵來記憶紅燈和綠燈——紅燈被標注為“顏色：ID1”、綠燈被標注為“顏色：ID2”（如圖4）。

（2）古德微機器人平臺“積木”編程

建立“HuskyLens攝像頭切換到‘顏色識別算法”模塊;接著建立一個“重復當‘真”的循環(huán)結構，再建立一個二分支“如果…否則如果…執(zhí)行”，分別用來匹配紅燈和綠燈兩種識別結果，并控制輸出不同的調試信息和播放語音提醒（如圖5）。

（3）測試“盲人紅綠燈提醒器”

點擊“連接設備”，打開LOG顯示區(qū)后運行程序;讓“二哈”對準視頻中出現的紅燈和綠燈進行測試，LOG區(qū)會有信息輸出，同時音箱中也會進行“紅燈等待”、“綠燈通行”語音提醒。

3.標簽識別——“超市自助收銀機”

實現對多個商品標簽的識別，并將其價格計入“總價”，進行商品單價顯示和總價顯示及語音播報。

（1）素材處理與訓練學習

“二哈”的“標簽識別”是指“AprilTag視覺基準系統(tǒng)”，主要應用于AR、機器人和相機校準等領域，是一種降低了復雜度以滿足實時性要求的二維碼?？梢允褂肕aixPy IDE軟件來自定義生成，然后插入Word中調節(jié)好大小，打印粘貼到商品上（如圖6）。

確?！岸钡摹皹撕炞R別”為“學習多個”模式，分別對四件示例商品進行識別學習;識別成功的商品會標注為“標簽：ID1”、“標簽：ID2”……

（2）古德微機器人平臺“積木”編程

建立一個“HuskyLens攝像頭切換到‘標簽識別算法”模塊;接著，建立五個變量：大寶蜜、蚊藥膏、藍牙音箱、安全刀架和總價，并分別為其賦值為對應商品的單價（總價的初始值為0）;然后，建立一個“重復當‘真”的循環(huán)結構，再建立一個“如果…執(zhí)行…”和三個“否則如果…執(zhí)行…”的四分支選擇結構，分別用來匹配四個商品的標簽信息;在LOG顯示區(qū)輸出該商品的單價，并把它合計至總價中;最后，以語音和文字兩種方式輸出所購買的商品的總價，保存程序（如圖7）。

（3）測試“超市自助收銀機”

點擊“連接設備”，打開LOG顯示區(qū)，運行程序;讓“二哈”分別對準四件商品進行掃描測試，可順序測試也可多次重復測試，LOG區(qū)都會有信息輸出，同時音箱中也會進行語音提醒。