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揭秘机器视觉技术,如何花式助力这场冰雪之约

2021年04月01日

从“同一个梦想”到“一起向未来”,双奥之城北京即将在这个冬天再次迎来奥运火种。然而,同14年前大不相同,2022年的中国已然是全球新一波人工智能浪潮的领导者,自动驾驶、自然语言处理NLP、机器视觉CV、深度学习DL、数据挖掘DM,一系列眼花缭乱的人工智能概念都将在为期两周的冰雪盛事大显神通。机器视觉技术将在冬奥会中扮演怎样的角色呢?


1.AI 裁判

022年北京冬奥会引入的AI评分系统,可将转瞬即逝的动作转化为空间坐标上量化的数据指标,无论是动作纠偏还是参考模拟示范对动作打分,都可以达到极高精度,除了能在赛前帮助运动员训练,还能在比赛中辅助人类裁判,完成评分工作。“同场竞技” 轻松看懂冠亚军之争


冰雪竞技中顶尖运动员的表现往往不分伯仲。在一些单人比赛中,选手会以不同的翻转、腾空动作完成赛程,在观众大呼“过瘾”的同时,如何能更直观地了解到选手的技术差异?实际上,这其中运用的目标识别与目标跟踪早已是计算机视觉(CV)领域的研究已久的问题。作为人工智能的重要组成部分,它自然也对GPU和内存有很高要求。


机器视觉 冬奥会

近日,在 CCTV-16奥林匹克频道播出的《奥秘无穷-首钢滑雪大跳台》节目中,技术人员解释说:“通过“3D+AI”技术解决了高速度、高难度动作还原的难题,将单人比赛项目变成“多人比赛”,实现了冠、亚军比赛画面的三维恢复和虚拟叠加,让观众通过一个赛道,看到不同选手的实时动作。”


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“时空定格” 每个动作都抓得“稳又准”

对于观众来说,不仅要看懂同场竞技选手的技术差异,更想看懂、看清每个选手在空中的比赛动作。跳台滑雪运动员的高速运动状态达到每秒16米,还需要在空中完成复杂的翻腾和转体动作,凭借肉眼很难捕捉到每个动作。


专家介绍:“通过时空定格技术把时序的连续动作定格到3D 空间,不仅让观众看清动作,还实现了360度多角度观看。通俗点说,就好像实现了一个3D 版本的“频闪照相机”,通过多次“频闪”捕捉高速连续的运动,让观众全方位看到选手的每一个动作细节。”


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不同于以往以人力为主的服务方式,“智慧化”将成为本届冬奥会场馆最大的亮点。本届冬奥会,场馆赛时将“开启智慧化运行”,呈现一系列“智慧化应用”。


上百台机器人将上岗服务承担起疫情防控和服务的重任,提供巡游、送餐、导引、清废等服务。疫情防控工作准备方面,冬奥会场馆防疫在人防的基础上,引入了智慧运营平台、消毒机器人、数字哨点机器人、巡检机器人等各类机器人助力疫情防控。


2.哈工大冰壶机器人

一款“冰壶机器人”将在北京冬奥会亮相,它不仅将在冰壶比赛期间进行表演,还将在群众体验场与海内外观众进行互动。这款机器人通过远程操作完成冰壶游戏,并与其他机器人协同竞技,有效提升冰壶运动的观赏性和娱乐性,帮助更多人了解冰壶、喜爱冰壶。


这款机器人是如何研制的呢?由哈工大牵头研制的冰壶机器人,利用人工智能、图像识别、自动控制等先进技术,可以弥补冰壶战术分析手段的不足,辅助运动员进行训练,为我国“科技冬奥”计划提供重要保障。


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据哈工大计算机学院副院长刘鹏介绍,“首先我们在机器人冰壶上架设相机以及场地这个相机来感知场地的状态以及整个比赛态势的信息,得到这些信息之后,我们把这些信息放到一个仿真系统当中进行推演,通过博弈和决策来推导出决策的策略,驱动机器人去执行这个动作。”


冰壶运动对人体感知有着特别细腻的要求,从赛道的浇筑开始,专业的制冰师需要精细修整冰面,然后喷洒温热的小水滴,凝结后形成一层具有磨砂感的赛道。


不同温度、不同颗粒、不同的制冰师都会让冰壶赛道呈现不同质感,并且随着冰壶和赛道的每一次亲密接触,这种质感都在发生细微的变化。运动员需要在有限的投掷回合中感知、体会和利用这种变化,进而完成有针对性的战术动作,这也是冰壶运动的魅力之一。怎样才能让机器人也体会到这种不确定的艺术魅力?学校团队在“博弈策略”和“投掷控制”两个层面进行了攻关。


“不确定性主要分为技战术设计和实时投掷两个方面。技战术设计方面我们通过人工智能方法,通过强化学习来模拟决策过程,搜索出最优的策略。在投掷过程中为了克服冰壶投掷的不确定性,我们实时追踪冰壶的运动速度,并且进行在线学习实时调整我们的模型,来获得一个最佳的效果。”哈工大计算学部主任刘挺说。


3.消毒机器人上岗

作为防疫的利器,消毒机器人理所当然也被应用在冬奥会场馆之中。雾化消毒机器人,一次雾化!消毒超1000平米


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雾化消毒机器人和UV紫外线消毒机器人将为大家服务啦。雾化消毒机器人采用化学消毒的方式,一次能装16升消毒水,通过头顶上的四向喷头将液化出来的气物喷洒至空气中,一分钟消毒面积可达36平方米,单台机器人消毒面积最多可覆盖1000平方米以上,续航时间4-5小时,将被用于进行冬奥会场馆大场景的消杀工作。


UV紫外线消毒机器人通过紫外254纳米紫外线波长的光波对区域进行消毒,将被应用于冬奥会场馆核心区域进行小场景消杀工作。机器人可定时、定量启动自动消杀,突破了传统消毒设备无法移动的局限。


4.无人巡检机器人智能“小白”巡检机器人此次入选冬奥会场馆负责人场馆内主要进场区域日常巡视工作。


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防疫小精灵实现了可移动的公共空间巡控、防火门检测和实时视觉检测,同时还具备口罩检测预警、热红外测温和循环宣讲功能。通过巡检工作,无人巡检机器人可及时提醒工作人员戴好口罩防疫防护工作。在机器人头部还装有全自动感应喷头,在需要的时候,工作人员也可到小白机器人跟前汲取洗手液进行手部消毒。


5.物流机器人上岗

除了防疫工作之外,在冬奥会的准备和进行中物资的运送也是必不可少的。为了物品运送更加高效,同时也为了减少人员接触,冬奥会组委会针对不同的物品运送场景选取了几个不同类型的智能物流机器人。


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在冬奥会场馆闭环内外两层铁马之间4米的缓冲区,室外智能物流机器人承担起运送大件物品,保障闭环内人员所需物资的职责。据了解,室外智能物流机器人承重能力在30-300kg,可实现无人接触式的单项终端配送,可以自由移动、自主避障、自动回充,还可以智能规划路径,工作人员只需要将他们想要交付的货物放在物流机器人的顶部,机器人就会运送到交付站并根据预设的路线卸载货物,这将极大减少人员接触。


6.智慧媒体餐厅

冬奥会将启用智慧餐厅,通过对餐厅进行智慧化改造,机器替代人成为服务的主力军。这家智慧餐厅位于国家会议中心二期项目——冬奥会主媒体中心,所在位置是北京奥林匹克中心区。


智慧餐厅面积达到5400平方米,能同时容纳1700余人用餐。餐厅内的智能、自动餐饮设备,均由碧桂园千玺机器人集团研发制造,所有设备均能够24小时运作,保证点餐、制餐、出餐全流程自动化完成。大型智慧餐饮设备包括可以自己大炒特炒爆炒的智能炒锅。会自己开盖、加油的智能煲仔饭机。


20秒就可以制作一个新鲜热乎的汉堡包的智能汉堡机。


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这些设备自动化运行保障了出品丰富、品质稳定,也大大提高了供餐效率。食物制作完成之后,由可爱的粉红小机器出场了——云轨小车,前来传菜。


食物通过空中云轨自动送达对应餐桌上空,下菜机让美食“从天而降”,一份美食就呈现在各国媒体朋友眼前啦!


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享用美食之余,还可以再来杯喝的,因为这里有左右逢源、翩跹起舞的智能调酒机呀!


7.咖啡机器人

智能咖啡设备(大白机器人)也被安置于媒体中心提供服务。智能咖啡设备其实是一个双臂协作机器人。据了解,大白机器人由两条六轴协作式机械臂组成,左右机械臂可以同时开工,能精准执行各种不同的动作。可完成取豆、称重、取水、上水、冲泡等一系列咖啡制作工艺。大白机器人复刻了大师级手冲咖啡的流程,能像咖啡大师一样在进行拉花工艺展示的同时保证每一杯都能达到最好效果。只需4分钟,冲咖啡“大师”大白机器人就可制作一杯醇香的咖啡。


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冬奥期间,咖啡机器人将主要用于服务媒体和大家庭等客户。通过这种机器人的操作,在减少人与人之间交互的同时,也能降低疫情传染的风险。可以看到,从智慧防疫到智慧物流、智慧服务、智慧餐厅、智慧媒体,在冬奥会中,机器视觉技术的运用已经随处可见。在科技的加持下,冬奥会将不仅仅是运动健儿的战场。各有所长的各类机器人将为我们带来一场关于未来科技生活的全新体验。

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