家用雙目智能監(jiān)控工業(yè)設(shè)計研究范文

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摘要：通過對現(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)計家用智能監(jiān)控的必要性。智能監(jiān)控實現(xiàn)了在虛擬場景中實時查看三維監(jiān)控畫面。同時，所設(shè)計的智能監(jiān)控還具備物品的識別和尋找，人和動物運動狀態(tài)的識別以及輔助調(diào)整人的肢體動作準(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，以優(yōu)化監(jiān)控功能。最終，通過結(jié)合模塊化的設(shè)計理念，使用Rhino三維設(shè)計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。

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

引言

隨著我國生產(chǎn)力水平的快速提高，經(jīng)濟水平的不斷提升，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，存在使用個體差異以及造價高昂，因此該類產(chǎn)品無法普及和有效實施。因而，健康監(jiān)測類產(chǎn)品的研發(fā)成為市場研究的對象。隨著各類安全事故的頻發(fā)和人們安全意識的不斷加強，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)控人員對采集的視頻進行分類和處理，不具備自動識別圖像和處理等功能。同時，該工作模式的工作量大、耗時長、錯誤率高、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間，但是現(xiàn)代技術(shù)可以讓用戶立即檢查和報警。本研究將利用雙目攝像頭對圖像進行采集，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，實現(xiàn)類似于在虛擬現(xiàn)實中查看所得畫面，從而能夠更真實地反映現(xiàn)實狀況，同時利于人工獲取所需關(guān)鍵信息。此外，本文設(shè)計的家用雙目智能監(jiān)控產(chǎn)品采用了圖像識別、目標(biāo)跟蹤、人機交互功能，而該產(chǎn)品的系統(tǒng)需要重點采集外部開環(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。

1設(shè)計目標(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)實現(xiàn)與使用環(huán)境內(nèi)其他傳感器實現(xiàn)了互聯(lián)，實現(xiàn)了對家用環(huán)境的安全管控。因此，本文做出了如下設(shè)計思路。

1.1產(chǎn)品外形設(shè)計

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)。同時外觀需要圓潤，避免出現(xiàn)對人身造成傷害，例如安置于居室環(huán)境內(nèi)，且嬰兒易接觸到的位置時，容易出現(xiàn)安全隱患。此外，該產(chǎn)品還可進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)品進行連接實現(xiàn)墻體表面固定。針對其使用壽命，該產(chǎn)品的設(shè)計基于模塊化設(shè)計理念，可實現(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)控不但具有實時監(jiān)控的功能，即用戶可實時查看監(jiān)控畫面，且該產(chǎn)品還具備自動圖像識別和目標(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，因此可對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，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)品進行實時圖像交互，以方便用戶身臨其境的觀看采集到的畫面。進而基于交互理論設(shè)計手機APP，從而實現(xiàn)智能手機與該產(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，用于自動監(jiān)護嬰幼兒和高齡人群。此外，可借助該產(chǎn)品的記錄和識別目標(biāo)圖像的功能，結(jié)合手機APP，實現(xiàn)實時與監(jiān)護人進行數(shù)據(jù)共享。還可利用該產(chǎn)品實現(xiàn)寵物的遠(yuǎn)程監(jiān)護，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，該產(chǎn)品還可通過攝像頭采集的環(huán)境光，及比對標(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，還可對產(chǎn)品進行自定義設(shè)置，例如該產(chǎn)品識別到使用環(huán)境內(nèi)的電視、微波爐、電腦顯示器、臺燈等家用電器設(shè)備在一定時間范圍內(nèi)未被關(guān)閉，將通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送提醒至用戶手機。

2設(shè)計模塊

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別的感光元器件。

2.2整體外殼

表面光滑圓潤，外殼堅固，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，用戶還可以對整體外殼進行自定義設(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，從而實現(xiàn)快速拆換，同時具備通信模塊，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)備進行簡易的數(shù)據(jù)互聯(lián)，例如，與室內(nèi)家用空調(diào)進行互聯(lián)，實現(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)品的記錄和識別目標(biāo)圖像的功能，結(jié)合手機APP，實現(xiàn)實時與監(jiān)護人進行數(shù)據(jù)共享。還可利用該產(chǎn)品實現(xiàn)寵物的遠(yuǎn)程監(jiān)護、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)研究及機械設(shè)計等領(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，同時也可使用黏附粘鉤，實現(xiàn)該產(chǎn)品水平放置于指定位置。但二者的共同點是均利用滑槽固定底座實現(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)軸中心進行全向旋轉(zhuǎn)。在外觀設(shè)計方面，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)。在維修和維護方面，針對其使用壽命，該產(chǎn)品的設(shè)計基于模塊化設(shè)計理念，可實現(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安裝和拆卸。如果只有一個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。在用戶體驗方面，本產(chǎn)品需結(jié)合手機APP，利用網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)挖掘算法，進行數(shù)據(jù)處理，最后對用戶展示處理、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)計軟件完成了家用雙目智能監(jiān)控產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計，該產(chǎn)品具有自主監(jiān)控、圖像識別、目標(biāo)跟蹤和數(shù)據(jù)處理等多種功能，同時其還可與用戶間通過手機進行自定義設(shè)置，并增加了VR的功能實現(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，從而可用于實現(xiàn)不同用戶更多方面的個性化需求，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、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)護對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別特殊環(huán)境下的目標(biāo)對象。此外，還可添加自動監(jiān)測使用環(huán)境內(nèi)環(huán)境光和用戶肢體動作，實現(xiàn)用戶的全方位、自定義監(jiān)護。此外，未來還可將其所限制的家用使用范圍擴展至學(xué)校、商場等公共區(qū)域，實現(xiàn)該產(chǎn)品的模塊化和多樣化設(shè)計。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。

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作者：邱子熠 單位：福建省福州第二中學(xué)