CN109920347B - 一种基于磁性液体的动作或表情模拟装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁性液体的动作或表情模拟装置和方法，其中，模拟装置包括摄像机，用于拍摄人体动作或表情；磁性液体演示仪，包括主演示区和多个围绕所述主演示区沿环向均匀分布的外部演示区；上位机，其信号连接所述摄像机与磁性液体演示仪的控制器；模拟方法包括以下步骤：s1.通过所述摄像机拍摄人体动作或表情的图像，并将图像传到所述上位机；s2.所述上位机识别拍摄到的动作或表情图像，将识别出的动作或表情进行编码，并将编码传输到磁性液体演示仪的控制器；s3.所述磁性液体演示仪的控制器根据所述编码产生相应的控制信号，使所述主演示区和外部演示区的磁性液体产生表征该编码所对应的动作或表情的起伏变化。

Description

一种基于磁性液体的动作或表情模拟装置和方法

技术领域

本发明涉及演示仪器领域，尤其涉及一种基于磁性液体的动作或表情模拟装置和方法。

背景技术

人工智能是计算机科学的一个分支，它试图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。随着智能机器和人工智能的发展，计算机情感分析已越来越重要。其中人脸表情识别作为情感信息交流的感知手段在教学认知状态分析等领域有广泛应用潜力。目前，基于深度学习的表情及动作识别方法日趋成熟，可实现较高的识别率。

磁性液体是一种新型的功能材料，它通常是由纳米级的磁性颗粒、添加剂和载液组成的胶体溶液。施加磁场时，磁性液体迅速被磁化，发生从液态到类固态的相变，去掉磁场后，又恢复到原来的状态(即液态)。磁性液体在宏观上形成类固态圆锥状结构的“磁丘”(又名“山状结构”)。因为它的磁致相变特性，磁性液体在实际中有着广泛的应用，在理论上具有很高的学术价值。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。

此方法通过人工智能算法识别动作与表情，并将识别到的动作或表情通过磁性液体的起伏表现出来，适用于科普演示、高端娱乐装置。此方法基于深度学习的图像识别算法和智能材料技术，实现了科普装置与用户的实时互动，有助于使用者直观感受和理解这两种先进技术，具有良好的科普演示效果，有助于提高我国青少年儿童和普通民众在该领域的科学素养。此外，磁性液体在磁场控制下的起伏律动具有独特的形态，兼具观赏性与娱乐性，可用于高端娱乐。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是利用面部识别技术实现一种磁性液体演示仪的互动演示，通过识别不同的人体动作或表情对应磁性液体演示仪做出不同的演示效果。

本发明的基于磁性液体的动作或表情模拟装置，包括：

摄像机，用于拍摄人体动作或表情；

磁性液体演示仪，包括主演示区和多个围绕所述主演示区沿环向均匀分布的外部演示区；

上位机，其信号连接所述摄像机与磁性液体演示仪的控制器。

进一步，所述主演示区的磁性液体起伏高度可控。

本发明还公开了一种利用上述装置进行动作或表情模拟的方法，包括以下步骤：

s1.通过所述摄像机拍摄人体动作或表情的图像，并将图像传到所述上位机；

s2.所述上位机识别拍摄到的动作或表情图像，将识别出的动作或表情进行编码，并将编码传输到磁性液体演示仪的控制器；

s3.所述磁性液体演示仪的控制器根据所述编码产生相应的控制信号，使所述主演示区和外部演示区的磁性液体产生表征该编码所对应的动作或表情的起伏变化。

进一步，当上位机识别出的动作为摇头时，所述主演示区的磁性液体起伏，同时各个外部演示区的磁性液体绕主演示区依次往复起伏；

当上位机识别出的动作为点头时，所述主演示区的磁性液体起伏，同时各个外部演示区的磁性液体同步起伏；

当上位机识别出的动作为眨眼时，所述主演示区和各个外部演示区的磁性液体同步起伏。

进一步，当上位机识别出的表情为喜悦时，所述主演示区的磁性液体快速起伏，同时各个外部演示区的磁性液体随机起伏；

当上位机识别出的表情为愤怒时，所述主演示区和各个外部演示区的磁性液体同步快速升起，维持设定时段后同步快速落下；

当上位机识别出的表情为哀伤时，所述主演示区和各个外部演示区的磁性液体同步缓慢起伏；

当上位机识别出的表情为恐惧时，所述主演示区的磁性液体升起至设定高度后快速抖动，同时各个外部演示区的磁性液体全部升起并保持。

进一步，当上位机识别出的动作为眨眼时，所述主演示区和外部演示区的磁性液体同步起伏的频率与眨眼动作的频率正相关。

进一步，所述主演示区的磁性液体的起伏高度由通过主演示区的电磁线圈的PWM电流波形占空比控制。

进一步，可预先设定一个或多个人体动作或表情；当所述上位机识别到设定的动作或表情时，将与该动作或表情对应的编码传输到磁性液体演示仪的控制器。

进一步，所述上位机每隔设定时段进行一次识别，取多次识别结果中出现次数最多的表情或动作为最终识别结果，并将最终结果编码传输给磁性液体演示仪的控制器。

本发明的有益效果是：本发明的基于磁性液体的动作或表情模拟装置，其在现有的磁性液体演示仪基础上，围绕演示台增加小型起伏区域，原有的面积较大的演示区域为主演示区，位于演示台中心位置，在主演示区周围设置数个呈均匀分布的小型磁性液体起伏区域，称为外部演示区，通过对不同的主演示区和外部演示区的磁性液体动作进行组合，可形象的模拟出人体不同动作或表情，大大提高磁性液体演示仪的趣味性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明中演示仪演示区的示意图；

图2为本发明中“摇头动作”所对应的磁性液体起伏形态示意图；

图3为本发明中“点头动作”所对应的磁性液体起伏形态示意图；

图4为本发明中“眨眼动作”所对应的磁性液体起伏形态示意图；

图5为本发明中“喜悦表情”所对应的磁性液体起伏形态示意图；

图6为本发明中“愤怒表情”所对应的磁性液体起伏形态示意图；

图7为本发明中“哀伤表情”所对应的磁性液体起伏形态示意图；

图8为本发明中“恐惧表情”所对应的磁性液体起伏形态示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例的人体动作或表情的模拟装置，包括：

摄像机，用于拍摄使用者的表情及动作；

磁性液体演示仪，包括主演示区和多个围绕所述主演示区沿环向均匀分布的外部演示区，其中主演示区的面积较大，位于演示台中心位置，外部演示区在主演示区周围设置数个并呈中心对称分布。主演示区可以对磁性液体的起伏高度进行控制，外部演示区只能实现落下、升起两种状态的控制。磁性液体演示仪的详细构造为现有技术，在此不赘述。

上位机，利用基于深度学习的图像处理算法，对摄像机拍摄到的图像进行处理，识别表情及动作，并将表情及动作的编码传送给演示仪的控制器。

实施例二：

本实施例的人体动作或表情的模拟方法，包括以下步骤：

s1.利用摄像机拍摄人的动作与表情，并将拍摄到的图像传给上位机；

s2.上位机利用基于深度学习的图像识别算法对图像进行处理，演示仪具有动作模拟或表情模拟两种模式，使用者可以自主选择表情识别模式或动作识别模式，表情识别模式可以识别“喜、怒、哀、惧”四种表情，动作识别模式可以识别“摇头、点头、眨眼”三种动作。图像识别算法实时处理拍摄到的图像，每0.25秒可以输出一次识别结果，取四次结果为一组，以一组中出现次数最多的表情或动作为最终识别结果，将最终结果编码，传输给磁性液体演示仪的控制部分，即上位机每秒输出一次编码到演示仪的控制器。

s3.磁性液体演示仪的控制器检测到动作或表情编码后，产生相应的控制信号。演示仪的演示区域示意图如图1所示。主演示区由一个较大的电磁线圈控制，通过PWM电流波形占空比控制电磁线圈的磁场强度，磁场强度控制磁性液体升起高度。PWM波占空比越大，对应电磁线圈的磁场强度越大，对应磁性液体升起高度越高，PWM波占空比越小，对应电磁线圈的磁场强度越小，对应磁性液体升起高度越低。外部演示区为8个，其由一一对应的8个位于载液盘下方的小型电磁线圈控制，当对电磁线圈施加直流电压时，磁性液体升起，未施加电压时，磁性液体落下。

s4.磁性液体演示仪演示台部分在接收到控制信号后，同步产生相应的磁性液体的起伏变化。

以“摇头动作”为例，“摇头动作”所对应的磁性液体起伏形态示意图如图2所示，主演示区的磁性液体上下起伏，外部演示区周向往复起伏。

实施案例二：

本实施例中，通过磁性液体模拟人体动作或表情的方法，包括以下步骤：

s1.利用摄像机拍摄人的动作与表情，并将拍摄到的图像传给上位机；

s2.上位机利用基于深度学习的图像识别算法对图像进行处理。使用者需要预先选择想要识别的表情或动作，包括“喜、怒、哀、惧”四种表情，和“摇头、点头、眨眼”三种动作，选择某一表情或动作后，若检测到该表情或动作则输出是，未检测到该表情或动作则输出否。图像识别算法实时处理拍摄到的图像，每0.25秒可以输出一次识别结果，取四次结果为一组，以一组中出现次数最多的结果为最终识别结果，将最终结果编码，传输给磁性液体演示仪的控制部分，即上位机每秒输出一次编码到演示仪的控制部分。

s3.磁性液体演示仪的控制部分检测到动作或表情编码后，产生相应的控制信号。演示仪的演示区域示意图如图1所示。主演示区由一个较大的电磁线圈控制，通过PWM电流波形占空比控制电磁线圈的磁场强度，磁场强度控制磁性液体升起高度。PWM波占空比越大，对应电磁线圈的磁场强度越大，对应磁性液体升起高度越高，PWM波占空比越小，对应电磁线圈的磁场强度越小，对应磁性液体升起高度越低。外部演示区由载液盘下方的八个小型永磁铁控制，当磁铁在电机的驱动下接近载液盘时，磁性液体升起，远离载液盘时，磁性液体落下。

s4.磁性液体演示仪演示台部分在接收到控制信号后，同步产生相应的磁性液体的起伏变化。

以“点头动作”为例，“点头动作”所对应的磁性液体起伏形态示意图如图3所示，主演示区的磁性液体上下起伏，外部演示区全部同步起伏。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种利用基于磁性液体的动作或表情模拟装置进行模拟的方法，其特征在于：所述基于磁性液体的动作或表情模拟装置包括：

摄像机，用于拍摄人体动作或表情；

磁性液体演示仪，包括主演示区和多个围绕所述主演示区沿环向均匀分布的外部演示区；

上位机，其信号连接所述摄像机与磁性液体演示仪的控制器；

主演示区由一个电磁线圈控制，通过PWM电流波形占空比控制电磁线圈的磁场强度，磁场强度控制磁性液体升起高度；外部演示区为8个，其由一一对应的8个位于载液盘下方的电磁线圈控制；

所述方法包括以下步骤：

s1.通过所述摄像机拍摄人体动作或表情的图像，并将图像传到所述上位机；

s2.所述上位机识别拍摄到的动作或表情图像，将识别出的动作或表情进行编码，并将编码传输到磁性液体演示仪的控制器；

s3.所述磁性液体演示仪的控制器根据所述编码产生相应的控制信号，使所述主演示区和外部演示区的磁性液体产生表征该编码所对应的动作或表情的起伏变化；

当上位机识别出的动作为摇头时，所述主演示区的磁性液体起伏，同时各个外部演示区的磁性液体绕主演示区依次往复起伏；

当上位机识别出的动作为点头时，所述主演示区的磁性液体起伏，同时各个外部演示区的磁性液体同步起伏；

当上位机识别出的动作为眨眼时，所述主演示区和各个外部演示区的磁性液体同步起伏。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当上位机识别出的表情为喜悦时，所述主演示区的磁性液体快速起伏，同时各个外部演示区的磁性液体随机起伏；

当上位机识别出的表情为愤怒时，所述主演示区和各个外部演示区的磁性液体同步快速升起，维持设定时段后同步快速落下；

当上位机识别出的表情为哀伤时，所述主演示区和各个外部演示区的磁性液体同步缓慢起伏；

当上位机识别出的表情为恐惧时，所述主演示区的磁性液体升起至设定高度后快速抖动，同时各个外部演示区的磁性液体全部升起并保持。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当上位机识别出的动作为眨眼时，所述主演示区和外部演示区的磁性液体同步起伏的频率与眨眼动作的频率正相关。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述主演示区的磁性液体的起伏高度由通过主演示区上方的电磁线圈的PWM电流波形的占空比控制。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：可预先设定一个或多个人体动作或表情；当所述上位机识别到设定的动作或表情时，将与该动作或表情对应的编码传输到磁性液体演示仪的控制器。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述上位机每隔设定时段进行一次识别，取多次识别结果中出现次数最多的表情或动作为最终识别结果，并将最终结果编码传输给磁性液体演示仪的控制器。

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