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摘要：通過對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控產(chǎn)品的調(diào)查，分析各類設(shè)備所具備的功能和特征，得到了目前市場產(chǎn)品存在的功能空缺，說明了設(shè)計(jì)家用智能監(jiān)控的必要性。智能監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了在虛擬場景中實(shí)時(shí)查看三維監(jiān)控畫面。同時(shí)，所設(shè)計(jì)的智能監(jiān)控還具備物品的識(shí)別和尋找，人和動(dòng)物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的識(shí)別以及輔助調(diào)整人的肢體動(dòng)作準(zhǔn)確度等功能，并將部分被準(zhǔn)許上傳的數(shù)據(jù)共享于服務(wù)平臺(tái)，以優(yōu)化監(jiān)控功能。最終，通過結(jié)合模塊化的設(shè)計(jì)理念，使用Rhino三維設(shè)計(jì)軟件和渲染軟件完成了家用雙目智能監(jiān)控產(chǎn)品的外觀工業(yè)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：家用；雙目攝像頭；智能監(jiān)控；工業(yè)設(shè)計(jì)

引言

隨著我國生產(chǎn)力水平的快速提高，經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，醫(yī)療設(shè)備不斷更新迭代，潛在的市場需求，以及年輕人口比例的下降，綜合導(dǎo)致了照顧新生兒和高齡人口的問題難以解決。其中，近年來出現(xiàn)的“嬰兒無人照看事件”屢屢發(fā)生，例如嬰兒在缺乏父母照顧的情況下出現(xiàn)意外。因此，在該方面的保育監(jiān)控設(shè)備成為潛在的市場需求之一。此外，老年群體易出現(xiàn)家庭空巢的社會(huì)現(xiàn)象和趨勢而衍生出一系列健康類可穿戴產(chǎn)品。然而該類產(chǎn)品由于使用周期短，便捷性差，存在使用個(gè)體差異以及造價(jià)高昂，因此該類產(chǎn)品無法普及和有效實(shí)施。因而，健康監(jiān)測類產(chǎn)品的研發(fā)成為市場研究的對(duì)象。隨著各類安全事故的頻發(fā)和人們安全意識(shí)的不斷加強(qiáng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為一種有效的解決方法。然而傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)操作均是依靠監(jiān)控人員對(duì)采集的視頻進(jìn)行分類和處理，不具備自動(dòng)識(shí)別圖像和處理等功能。同時(shí)，該工作模式的工作量大、耗時(shí)長、錯(cuò)誤率高、人力成本高，且容易出現(xiàn)篩選的信息不準(zhǔn)確等問題。此外，傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)僅使用單目攝像頭，存在監(jiān)控視野狹窄、清晰度不足等缺陷。在過去，圖像的捕捉和傳輸需要一定的時(shí)間，但是現(xiàn)代技術(shù)可以讓用戶立即檢查和報(bào)警。本研究將利用雙目攝像頭對(duì)圖像進(jìn)行采集，且由于兩攝像頭間的間距接近人眼間距，而可以結(jié)合新興的VR技術(shù)，把攝像頭所采集到的畫面?zhèn)鬏斨罺R頭戴式顯示器中，實(shí)現(xiàn)類似于在虛擬現(xiàn)實(shí)中查看所得畫面，從而能夠更真實(shí)地反映現(xiàn)實(shí)狀況，同時(shí)利于人工獲取所需關(guān)鍵信息。此外，本文設(shè)計(jì)的家用雙目智能監(jiān)控產(chǎn)品采用了圖像識(shí)別、目標(biāo)跟蹤、人機(jī)交互功能，而該產(chǎn)品的系統(tǒng)需要重點(diǎn)采集外部開環(huán)系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)，例如用戶的生活場景、行為習(xí)慣、文化環(huán)境等。因此，在設(shè)計(jì)過程中需依據(jù)不同用戶數(shù)據(jù)逐步優(yōu)化該智能監(jiān)控產(chǎn)品的使用體驗(yàn)。

1設(shè)計(jì)目標(biāo)和思路

在家用方面，現(xiàn)有家用攝像頭的外觀和設(shè)計(jì)思路如圖1所示。根據(jù)圖1內(nèi)容，可知其通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與使用環(huán)境內(nèi)其他傳感器實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家用環(huán)境的安全管控。因此，本文做出了如下設(shè)計(jì)思路。

1.1產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)

該家用雙目智能監(jiān)控產(chǎn)品的外觀除了需要融入到周圍環(huán)境，使其不易被察覺外，還需安裝在非敏感區(qū)域，從而使之不侵犯用戶的隱私權(quán)。同時(shí)外觀需要圓潤，避免出現(xiàn)對(duì)人身造成傷害，例如安置于居室環(huán)境內(nèi)，且嬰兒易接觸到的位置時(shí)，容易出現(xiàn)安全隱患。此外，該產(chǎn)品還可進(jìn)行自定義顏色及噴涂圖案等外觀涂裝。該家用雙目智能監(jiān)控提供了2種固定方式，①為普適的方法，即使用粘附于固定表面的方式進(jìn)行固定；②為固定于室內(nèi)墻體表面的方式，即借助膨脹螺絲固定于墻體表面。通過膨脹螺絲與墻體內(nèi)孔之間的摩擦力，達(dá)到緊固的目的，從而將螺絲外端固定件與產(chǎn)品進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)墻體表面固定。針對(duì)其使用壽命，該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基于模塊化設(shè)計(jì)理念，可實(shí)現(xiàn)多零部件的快速拆卸和更換，例如攝像頭、電路和電源模塊可單獨(dú)安裝和拆卸。

1.2產(chǎn)品功能

該家用雙目智能監(jiān)控不但具有實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，即用戶可實(shí)時(shí)查看監(jiān)控畫面，且該產(chǎn)品還具備自動(dòng)圖像識(shí)別和目標(biāo)追蹤的功能。此外，該產(chǎn)品由于利用了雙目攝像頭采集圖像，因此可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再利用新興的VR技術(shù)，將處理后的圖像傳輸至VR設(shè)備中，通過VR與該產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像交互，以方便用戶身臨其境的觀看采集到的畫面。進(jìn)而基于交互理論設(shè)計(jì)手機(jī)APP，從而實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)與該產(chǎn)品的數(shù)據(jù)共享功能。

1.3產(chǎn)品使用范圍

該產(chǎn)品的使用范圍廣闊，例如通過該產(chǎn)品的基本功能，用于自動(dòng)監(jiān)護(hù)嬰幼兒和高齡人群。此外，可借助該產(chǎn)品的記錄和識(shí)別目標(biāo)圖像的功能，結(jié)合手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與監(jiān)護(hù)人進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。還可利用該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)寵物的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，指定物品的監(jiān)控以及指定使用環(huán)境內(nèi)的目標(biāo)物體追蹤和定位。同時(shí)，該產(chǎn)品還可通過攝像頭采集的環(huán)境光，及比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的數(shù)據(jù)，預(yù)測出使用環(huán)境內(nèi)或目標(biāo)物體的大致溫度及表面亮度范圍。因此，還可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自定義設(shè)置，例如該產(chǎn)品識(shí)別到使用環(huán)境內(nèi)的電視、微波爐、電腦顯示器、臺(tái)燈等家用電器設(shè)備在一定時(shí)間范圍內(nèi)未被關(guān)閉，將通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送提醒至用戶手機(jī)。

2設(shè)計(jì)模塊

2.1雙目攝像頭

為滿足其使用于VR設(shè)備而將使用不同于普通數(shù)據(jù)采集方法的要求，攝像頭的采集間距與人眼距相似，約為35mm。此外，為滿足不同用戶使用需求，提供了多種分辨率和不同級(jí)別的感光元器件。

2.2整體外殼

表面光滑圓潤，外殼堅(jiān)固，采用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）塑料，即一種穩(wěn)定性高、無污染但不易降解的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)用材料。此外，用戶還可以對(duì)整體外殼進(jìn)行自定義設(shè)置，例如自定義產(chǎn)品外殼的顏色及圖案等。

2.3安裝組件和控制硬件

安裝組件：膨脹螺釘用于室內(nèi)墻壁，粘鉤用于將產(chǎn)品固定水平物體表面。控制硬件：采用模塊化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)快速拆換，同時(shí)具備通信模塊，可與使用環(huán)境內(nèi)具備網(wǎng)絡(luò)的通信模塊傳感器及各類可接入互聯(lián)網(wǎng)的家用設(shè)備進(jìn)行簡易的數(shù)據(jù)互聯(lián)，例如，與室內(nèi)家用空調(diào)進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)最佳室內(nèi)體感溫度的調(diào)節(jié)。此外，該產(chǎn)品的制造、使用成本低廉，可靠性高，例如該產(chǎn)品的記錄和識(shí)別目標(biāo)圖像的功能，結(jié)合手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與監(jiān)護(hù)人進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。還可利用該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)寵物的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、指定物品的監(jiān)控以及指定使用環(huán)境內(nèi)的目標(biāo)物體追蹤和定位，極大地方便了用戶的生活。

3產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案及說明

本文所使用的Rhino軟件是由美國RobertMcNeel&Assoc開發(fā)的一款工業(yè)設(shè)計(jì)三維建模軟件。該軟件廣泛應(yīng)用于三維模型制作、工業(yè)制造、科學(xué)研究及機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。本文家用雙目智能監(jiān)控產(chǎn)品的安裝和使用說明過程如下。

3.1產(chǎn)品的安裝過程

本產(chǎn)品通過使用膨脹螺絲，將該產(chǎn)品固定于室內(nèi)墻壁上，同時(shí)也可使用黏附粘鉤，實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品水平放置于指定位置。但二者的共同點(diǎn)是均利用滑槽固定底座實(shí)現(xiàn)固定接觸面和產(chǎn)品之間的連接。

3.2產(chǎn)品的使用說明

在產(chǎn)品實(shí)用性方面，攝像頭的視野范圍為高度上下30°范圍，滿足了500mm距離最大視角高度約為126mm，如圖2的最左側(cè)圖所示；而該產(chǎn)品的周向角度范圍為360°，即可沿著轉(zhuǎn)軸中心進(jìn)行全向旋轉(zhuǎn)。在外觀設(shè)計(jì)方面，如圖2右側(cè)3幅圖所示，本產(chǎn)品由于外觀圓滑，從而極大降低產(chǎn)品外殼對(duì)人身造成物理傷害的可能。此外，本產(chǎn)品具備隱藏式雙目攝像頭，能夠使其能夠融入到家用使用環(huán)境中，從而更方便地為用戶提供服務(wù)。在維修和維護(hù)方面，針對(duì)其使用壽命，該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基于模塊化設(shè)計(jì)理念，可實(shí)現(xiàn)多零部件的快速拆卸和更換，例如攝像頭、電路和電源模塊可單獨(dú)安裝和拆卸。如果只有一個(gè)攝像頭損壞只需將其快速拆卸、更換，而無須以新產(chǎn)品作為替換。在用戶體驗(yàn)方面，本產(chǎn)品需結(jié)合手機(jī)APP，利用網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)挖掘算法，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后對(duì)用戶展示處理、分析、歸類后的數(shù)據(jù)。最終，本文完成的產(chǎn)品渲染圖如圖3所示。4結(jié)論綜上所述，本文通過Rhino三維設(shè)計(jì)軟件完成了家用雙目智能監(jiān)控產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)，該產(chǎn)品具有自主監(jiān)控、圖像識(shí)別、目標(biāo)跟蹤和數(shù)據(jù)處理等多種功能，同時(shí)其還可與用戶間通過手機(jī)進(jìn)行自定義設(shè)置，并增加了VR的功能實(shí)現(xiàn)其與用戶的深度交互。此外，該產(chǎn)品所需采集的數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)品功能在不同領(lǐng)域方面的深度優(yōu)化，從而可用于實(shí)現(xiàn)不同用戶更多方面的個(gè)性化需求，例如滿足了嬰幼兒、高齡人群，甚至是寵物和指定物品在指定環(huán)境內(nèi)的準(zhǔn)確、高效監(jiān)護(hù)、追蹤等。在未來，還在其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和硬件基礎(chǔ)上，添加額外功能，即在功能方面，可增加紅外攝像頭模塊，以獲取監(jiān)護(hù)對(duì)象的表面溫度分布特征，以及增加夜成像攝像頭模塊用于識(shí)別特殊環(huán)境下的目標(biāo)對(duì)象。此外，還可添加自動(dòng)監(jiān)測使用環(huán)境內(nèi)環(huán)境光和用戶肢體動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)用戶的全方位、自定義監(jiān)護(hù)。此外，未來還可將其所限制的家用使用范圍擴(kuò)展至學(xué)校、商場等公共區(qū)域，實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的模塊化和多樣化設(shè)計(jì)。在外觀方面，還可推出多種自定義外形，以提供更多的用戶自定義選項(xiàng)。

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作者：邱子熠 單位：福建省福州第二中學(xué)