Aplicação da Visão Computacional 22 - Com base no campo da visão computacional e dos óculos de realidade virtual VR, é concebida a aplicação do atendimento remoto no cotidiano de idosos que moram sozinhos.

Olá a todos, sou Weixue AI. Hoje vou apresentar a vocês a aplicação da visão computacional 22 - baseada na área de visão computacional e óculos de realidade virtual VR, idealizei e considerei a aplicação da assistência remota no dia a dia dos idosos viver sozinho.No atual contexto social de rápido desenvolvimento da tecnologia da informação Hoje em dia, o problema do envelhecimento tornou-se cada vez mais proeminente. Cada vez mais idosos optam por viver sozinhos, mas não conseguem cuidar de si próprios por motivos físicos. Para resolver este problema, precisamos encontrar soluções inovadoras. Este artigo apresentará um novo método baseado em óculos de realidade virtual (VR) e robôs controlados remotamente, com o objetivo de ajudar os idosos a melhorar sua qualidade de vida.

Ponto de inovação 1: óculos de realidade virtual VR

Primeiro, vamos dar uma olhada em como usar óculos de realidade virtual VR para assistência remota. Nesse sistema, os trabalhadores de enfermagem podem operar o robô em um espaço tridimensional simulando o ambiente real por meio de equipamentos de VR. Isso pode ajudar os idosos a segurar copos de água, despejar água fervente, retirar o lixo, cortar frutas, arrumar o ambiente, etc.

Os princípios matemáticos da realidade virtual VR envolvem múltiplas disciplinas e campos, incluindo geometria, gráficos, física, ciência da computação, etc. Entre eles, princípios matemáticos importantes incluem transformação de projeção, recorte de tronco, conversão de sistema de coordenadas tridimensionais, modelo de iluminação, etc.

A transformação da projeção é o processo de projetar uma cena em um espaço tridimensional em uma tela bidimensional. As transformações de projeção comumente usadas incluem projeção em perspectiva e projeção ortogonal. A projeção em perspectiva simula como o olho humano vê um objeto, enquanto a projeção ortográfica projeta objetos em um plano paralelo à tela.

O recorte do tronco de visualização refere-se à necessidade de recortar apenas parte dos objetos na cena para melhorar o desempenho de renderização da tela. Uma abordagem comum é pegar a visão em tronco e interceptar objetos na frente da tela e convertê-los em uma perspectiva ou projeção ortográfica. A conversão do sistema de coordenadas tridimensional consiste em converter o sistema de coordenadas tridimensional do objeto no sistema de coordenadas bidimensional da tela. Este processo precisa considerar operações como rotação, dimensionamento e translação do objeto.

O modelo de iluminação refere-se à simulação dos efeitos de iluminação no mundo real, calculando a reflexão e a refração da luz na superfície de um objeto. Os modelos de iluminação comumente usados ​​incluem o modelo Phong e o modelo Blinn-Phong. Esses princípios matemáticos e tecnologias podem ser integrados para modelagem, interação e renderização de cenas tridimensionais em realidade virtual VR. Fórmula de transformação de projeção:

Padrão:
$$\left[\begin{array}{c}{x}_{}\\ {sim}_{}\\ z_{}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}f& 0& 0& 0\\ 0& f& 0& 0\\ 0& 0& A& B\\ & & -& \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_{}\\ {sim}_{}\\ z_{}\\ \end{array}\right]$$

正交投影:
$$\left[\begin{array}{c}{x}_{}\\ {sim}_{}\\ z_{}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\frac{}{r-eu}& 0& 0& -\frac{r+}{r-eu}\\ 0& \frac{}{t-b}& 0& -\frac{t+}{t-b}\\ 0& 0& \frac{-}{f-n}& -\frac{f+}{f-n}\\ & & & \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_{}\\ {sim}_{}\\ z_{}\\ \end{array}\right]$$

Detalhes técnicos: visão computacional e aprendizagem profunda

Para que o equipamento VR capture com precisão os movimentos do usuário e os converta em comandos executáveis ​​para o robô, precisamos usar visão computacional e tecnologia de aprendizagem profunda.

A visão computacional é um campo científico dedicado a permitir que dispositivos de computação "vejam" e compreendam informações de imagens. Neste projeto, usamos principalmente visão computacional para identificar e rastrear os movimentos das mãos do usuário. Com base na tecnologia de reconhecimento de imagem de ação, geramos instruções correspondentes para o robô operado remotamente. Por fim, transmitimos as instruções de informações de ação ao braço robótico para completar o ambiente VR.Ações do usuário em tempo real.

Podemos construir, treinar e testar rapidamente modelos de redes neurais baseados na estrutura PyTorch.

Exemplo de trecho de código principal:

import torch
import torchvision.transforms as transforms
from torchvision.models import resnet50 

# 加载预训练模型
model = resnet50(pretrained=True)

# 定义变换函数
transform = transforms.Compose([
    transforms.Resize(256),
    transforms.CenterCrop(224),
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225]),
])

# 加载图片并进行预处理
image = Image.open("hand.jpg")
image = transform(image).unsqueeze(0)

# 进行推理
model.eval()
with torch.no_grad():
    output = model(image)

Ponto de inovação 2: Controle remoto de robôs

Após o dispositivo VR receber as instruções de movimento do usuário, essas instruções serão transmitidas ao robô remoto através da Internet. O robô cuida dos idosos imitando os movimentos do usuário com base nas instruções que recebe.

Detalhes técnicos: controle remoto e feedback em tempo real

Para que o robô execute comandos com precisão e forneça feedback em tempo real, precisamos utilizar tecnologias de controle remoto (Controle Remoto) e feedback em tempo real (Feedback em tempo real).

Usamos óculos de realidade virtual VR para controlar remotamente o robô. Os procedimentos operacionais específicos e os principais pontos técnicos são os seguintes:

1. Capture ações do usuário

Primeiro, precisamos capturar os movimentos do usuário através de equipamentos VR. Esta etapa depende principalmente do sensor de movimento dentro do dispositivo VR e do sistema de posicionamento externo.

Sensores de movimento (como giroscópios, acelerômetros, etc.) podem detectar mudanças na posição e atitude do próprio dispositivo no espaço, enquanto sistemas de posicionamento externos (como rastreamento óptico, rastreamento eletromagnético, etc.) podem determinar a posição e orientação do dispositivo em relação ao meio ambiente.

2. Reconhecimento e conversão de ações

Depois de obtermos os dados de ação do usuário, precisamos processar os dados e convertê-los em instruções que o robô possa compreender e executar. Este processo consiste principalmente em duas etapas: reconhecimento de gestos e geração de comandos.

O reconhecimento de gestos é uma etapa complexa e crítica. Nesse processo, usamos modelos de aprendizado profundo (como a rede neural convolucional CNN) para extrair recursos dos dados brutos e determinar qual gesto o usuário está fazendo com base nesses recursos. A geração de comandos consiste em gerar instruções correspondentes para o robô executar com base nos gestos reconhecidos. Por exemplo, “fechar o punho” pode ser traduzido como um comando “agarrar”.

3. Transmissão de comunicação

Após concluir o reconhecimento e conversão da ação, o próximo passo é enviar as instruções geradas ao robô remoto através da rede. Neste processo podem ser utilizados diversos protocolos e tecnologias de comunicação, como Wi-Fi, Bluetooth, LTE, 5G, etc. Para garantir desempenho e confiabilidade em tempo real, precisamos escolher um protocolo de transporte adequado (como TCP ou UDP) e pode ser necessário realizar alguma otimização de rede (como qualidade de serviço QoS).

4. Execução do robô

Quando o robô receber a instrução, ele executará a ação correspondente de acordo com seu sistema de controle interno. Este processo envolve muita tecnologia mecânica e eletrônica complexa. Por exemplo, em uma tarefa de preensão, o robô precisa primeiro calcular a posição e a forma do objeto alvo (o que pode exigir o uso de tecnologia de visão computacional) e, em seguida, planejar um caminho que possa agarrar o objeto com sucesso sem colidir com outros obstáculos. (o que pode exigir o uso de tecnologia de visão computacional). Usando um algoritmo de planejamento de caminho) e, finalmente, realizando esse caminho acionando cada junta (pode ser necessária tecnologia de controle de servo motor).

5. Informações de feedback

Ao executar tarefas, o robô também fornece informações de status ao usuário. Essas informações podem incluir localização atual, velocidade, força e outros dados, ou podem ser imagens capturadas por câmeras ou dados detectados por sensores ambientais. Ao exibir essas informações de feedback por meio de equipamentos VR, os usuários podem operar e perceber o robô como se estivessem em um ambiente remoto. Por exemplo, exibir imagens de câmeras em óculos VR permite que os usuários vejam o ambiente remoto; simular o toque por meio de dispositivos de feedback de vibração permite que os usuários sintam as vibrações geradas ao segurar ferramentas nas mãos, etc.

Trecho de código principal:

import socket

def send_command_to_robot(command):
    # 创建socket对象
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 连接目标IP和端口
    s.connect(('192.168.1.100', 8888))

    # 发送数据
    s.sendall(command.encode())

    # 接收返回数据 
    data = s.recv(1024)

    print('Received', repr(data))

send_command_to_robot("move forward")

para concluir

Cenários de aplicação para robôs controlados por óculos VR:

1. Serviços de telemedicina:
Através de óculos VR, os médicos podem operar robôs remotamente para realizar cirurgias ou outros procedimentos de tratamento. Esta é uma tecnologia importante para áreas geograficamente remotas ou onde os recursos médicos avançados são escassos.
2. Resgate em desastres:
Em desastres naturais, como incêndios e terremotos, robôs controlados por óculos VR podem entrar em ambientes perigosos para realizar trabalhos de busca e resgate, reduzindo o número de vítimas.
3. Exploração do mar profundo/espaço:
Robôs controlados por óculos VR podem entrar no fundo do mar ou no espaço para pesquisa e exploração científica. Esses ambientes são muito perigosos ou mesmo inacessíveis para os humanos.
4. Aplicações militares:
No campo de batalha, drones ou robôs terrestres controlados por óculos VR podem realizar tarefas como reconhecimento e ataque, ao mesmo tempo que reduzem os riscos para os soldados no campo de batalha.
5. Educação e treinamento:
Através de robôs controlados por óculos VR, os alunos podem realizar experimentos ou simular operações remotamente. Isso é útil para profissões como medicina, engenharia, etc., que exigem muita prática.
6. Construção e engenharia:
Em ambientes de construção complexos e perigosos, os robôs controlados por óculos VR podem realizar tarefas como medição precisa e inspeção de qualidade, melhorando a eficiência e a segurança do trabalho.
7. Automação agrícola:
Use óculos VR para controlar remotamente robôs agrícolas para realizar diversas operações em terras agrícolas, como semeadura, colheita e fertilização, reduzindo a intensidade de trabalho dos agricultores e melhorando a eficiência da produção.
8. Pesquisa da vida selvagem:
Os pesquisadores podem usar óculos VR para controlar remotamente robôs para observar e estudar animais selvagens na natureza, para evitar perturbar suas atividades normais.
9. Indústria energética:
Em usinas nucleares ou outros ambientes perigosos, os robôs controlados por óculos VR podem realizar manutenção, revisão e outras tarefas para evitar a exposição direta do pessoal a ambientes perigosos.
10. Indústria do entretenimento:
Na produção de filmes ou no desenvolvimento de jogos, os óculos VR são usados ​​para controlar remotamente robôs para criar efeitos especiais ou cenas realistas. Por exemplo, utilizar veículos aéreos não tripulados em sets de filmagem para obter uma perspectiva aérea.

As considerações do sistema acima ainda estão em fase preliminar e ainda há muitos problemas técnicos a serem resolvidos, mas nos mostraram uma nova possibilidade - usando a mais recente tecnologia de RV e robótica, podemos cuidar melhor daqueles que não podem Idosos pessoas que podem cuidar completamente de sua vida diária. Espera-se que, com o avanço da ciência e da tecnologia, esse método possa ser mais amplamente utilizado na vida social.