全球200支戰(zhàn)隊(duì)參賽揭秘廣州學(xué)子衛(wèi)冕2018機(jī)甲大賽冠軍秘籍圖像識別讓機(jī)器人“火眼金睛”
圖像識別、AI、無人駕駛、機(jī)器人等未來趨勢技術(shù)，被一班年輕大學(xué)生玩出新高度。作為國際性的大學(xué)生機(jī)器人賽事，第十七屆全國大學(xué)機(jī)器人大賽2018RoboMaster機(jī)甲大賽日前圓滿落幕，本屆大賽共吸引了全世界近200支戰(zhàn)隊(duì)和近萬名學(xué)生參加，經(jīng)過近5個月激烈比賽，廣州本地高校華南理工大學(xué)華南虎戰(zhàn)隊(duì)，憑借過硬的實(shí)力成為衛(wèi)冕冠軍。
每屆機(jī)甲大賽的最大亮點(diǎn)就是體現(xiàn)高端制造業(yè)發(fā)展趨勢，今年圖像識別的應(yīng)用成為決勝的重要因素之一。目前，圖像識別是除語音識別外，人機(jī)交互的重要手段之一。蘋果、微軟、谷歌、英特爾、華為等企業(yè)都紛紛致力于讓機(jī)器具備深度學(xué)習(xí)能力，讓圖形識別更智能，讓計(jì)算機(jī)、機(jī)器人看世界。
文/廣州日報(bào)全媒體記者文靜
圖、視頻拍攝/廣州日報(bào)全媒體記者蘇俊杰
視頻剪輯/廣州日報(bào)全媒體記者羅知鋒
《王者》的機(jī)器人現(xiàn)實(shí)版
參賽機(jī)器人均由團(tuán)隊(duì)親手研發(fā)
今年的RoboMaster（以下簡稱RM）機(jī)甲大賽類似于手機(jī)游戲《王者榮耀》的模式，被稱為《王者》的機(jī)器人版。一支團(tuán)隊(duì)分為英雄機(jī)器人、步兵機(jī)器人、工程機(jī)器人、空中機(jī)器人、哨兵機(jī)器人共5個角色，其中，步兵機(jī)器人有三個，其他角色機(jī)器人均有一個。對戰(zhàn)雙方通過機(jī)器人之間的協(xié)同工作、射擊等進(jìn)行對抗，最后擊毀對方基地或基地血量高者勝利，而且每局限制在7分鐘之內(nèi)。
機(jī)甲大賽的科技含量在于參賽戰(zhàn)隊(duì)需要操作團(tuán)隊(duì)親自研發(fā)的機(jī)器人，從一個細(xì)小的零件開始，焊接、裝拼、核心主板裝嵌、無人機(jī)改裝、寫程序、調(diào)試到最后完成和操控一支機(jī)器人隊(duì)伍。近日，全媒體記者來到位于華南理工大學(xué)五山校區(qū)的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，里面放置著零件焊接的機(jī)器、無數(shù)的裝配工具、排線、電路板等，還有用于寫程序的電腦。
要制作如此高比賽級別的機(jī)器人，過程是漫長的，經(jīng)歷無數(shù)次反復(fù)制作與測試。例如步兵機(jī)器人頂端是一個云臺，包含了子彈發(fā)射器，底部是四個輪子組成、能靈活轉(zhuǎn)向的車輛。隊(duì)員李佩佩表示，目前這款參加比賽的步兵機(jī)器人，不是團(tuán)隊(duì)做出來的唯一步兵機(jī)器人，之前有機(jī)器人已經(jīng)做出來了，因?yàn)橹挥凶龀鰧?shí)物，并且達(dá)到較為完整的程度，才能進(jìn)行測試。雖然比如今這輛更加小巧和靈活，但由于車速以及穩(wěn)定性沒有后者快與良好，所以被放棄了。一臺步兵機(jī)器人從機(jī)械加工到電控上電，完成出來大概半個月時間。據(jù)介紹，庫卡機(jī)器人何服電機(jī)維修，制造出一臺英雄機(jī)器人大概需要6位成員共同完成。整個戰(zhàn)隊(duì)中，工程與英雄機(jī)器人復(fù)雜性相對較高，其中，英雄機(jī)器人的難點(diǎn)在需要快速取彈，這是比賽決勝因素之一，我們的優(yōu)勢就在于英雄機(jī)器人取彈快，一次性能取兩個彈藥箱，時間在2~3秒之間。隊(duì)員李佩佩說。
衛(wèi)冕秘籍：
視覺研發(fā)幫助機(jī)器人自動瞄準(zhǔn)更精確
盡管RM大賽每年的規(guī)則都有所更新，今年采用的技術(shù)和零件明年不能用，但是由于大賽有一項(xiàng)固定規(guī)則就是射擊，因此打擊、識別、發(fā)射等項(xiàng)目都是一眾強(qiáng)隊(duì)鉆研的方向。
根據(jù)賽制，發(fā)射出的子彈必須打在對方機(jī)器人身上規(guī)定的裁判系統(tǒng)位置才算有效讓對方扣掉血量。射擊技術(shù)的一個核心是機(jī)器人射擊子彈的彈道要穩(wěn)定與精準(zhǔn)，RM官方對子彈的射速有上限規(guī)定，每個具備射擊能力的機(jī)器人的子彈發(fā)射口都有一個測速的裝置，假如檢測到子彈超速就會扣掉血量。所以，參賽隊(duì)伍都會盡量在限速的情況下做到高速。
視覺組成員楊澤霖對此解釋道，比如RM官方的限速是25米/秒，團(tuán)隊(duì)就要做到每顆子彈的速度均是24~25米/秒，并且一顆子彈都不超過上限。另外，子彈不能卡住槍管，若是卡住了就全場都不能發(fā)彈了這亦是眾多隊(duì)伍遇到的難題之一。楊澤霖介紹，今年的機(jī)器人采用了較多的氣動結(jié)構(gòu)，相比用電機(jī)而言，前者取彈速度更快，而且也加入了眾多的自動輔助技術(shù)，例如使用相機(jī)自動對位，相比人工對位，前者更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確和快速。據(jù)了解，上屆賽事中僅有極個別隊(duì)伍采用了自動瞄準(zhǔn)技術(shù)，到了本屆比賽，這一技術(shù)已成機(jī)器人的標(biāo)配。據(jù)視覺組隊(duì)員楊澤霖表示，團(tuán)隊(duì)機(jī)器人身上裝載的攝像頭能自動識別對方，自動跟隨過去，這也是圖形識別技術(shù)的應(yīng)用。
機(jī)器人擁有眼睛
視覺測試需要反復(fù)多次調(diào)試
據(jù)了解，華工戰(zhàn)隊(duì)今年主要將圖像識別運(yùn)用到了各機(jī)器人的自動瞄準(zhǔn)、步兵機(jī)器人激活大小能量機(jī)關(guān)、工程和英雄機(jī)器人自動取箱、補(bǔ)給機(jī)器人自動給子彈這4個方面，今年所有機(jī)器人都加載視覺識別程序，例如補(bǔ)給站機(jī)器人就是自動識別并跟機(jī)器人對接進(jìn)行補(bǔ)彈的，視覺組隊(duì)員解釋，圖像識別技術(shù)使機(jī)器人的速度和穩(wěn)定性有很大提升。
然而，為機(jī)器人裝上攝像頭，寫入自動圖像識別程序后，讓它能準(zhǔn)確地識別圖像并不簡單。因?yàn)閷?shí)際環(huán)境與工業(yè)試驗(yàn)環(huán)境是兩回事，視覺組成員成斌告訴全媒體記者，團(tuán)隊(duì)有一個獨(dú)立的視覺實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)器人視覺測試，測試并非一兩次就能完成，需要多次反復(fù)調(diào)試。因?yàn)閷?shí)際場景的光照強(qiáng)度、光照方向、曝光時間和增益等，都會影響機(jī)器人的視覺能力。例如在賽場上復(fù)雜的光線或者突如其來的光照，都會給機(jī)器人戰(zhàn)隊(duì)的視覺系統(tǒng)帶來困難。視覺組隊(duì)員表示，他們需要做足夠多的實(shí)驗(yàn)測試，模擬實(shí)際環(huán)境較為充分，我們會模擬不同的光線情況，KUKA機(jī)器人示教器維修，將眾多的實(shí)際情況考慮進(jìn)去。
據(jù)了解，目前團(tuán)隊(duì)所研究的識別技術(shù)，優(yōu)勢在于延時低、轉(zhuǎn)換回來的坐標(biāo)較為精準(zhǔn)，這讓機(jī)器人打擊的準(zhǔn)確率很高。
讓機(jī)器像人類一樣觀察和理解世界
未來：除了圖像還有視頻識別
作為機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要組成部分之一的圖像處理應(yīng)用，相當(dāng)于人的大腦對系統(tǒng)獲取的圖像，做出正確判斷。除了在攝像頭中加入圖形識別功能外，據(jù)了解，今年華工戰(zhàn)隊(duì)的機(jī)器人換上了麒麟970，這個人工智能移動計(jì)算平臺最大的特點(diǎn)之一是AI場景識別，因?yàn)槌薈PU外，更擁有具有獨(dú)立神經(jīng)處理單元（NPU），AI運(yùn)算相比CPU處理能效提升50倍，性能提升25倍。據(jù)了解，從去年全球科技廠商蘋果在iPhoneX上使用了具備神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎的A11仿生處理器后，機(jī)器人維修，目前，眾多科技廠商的高端處理器都帶有了深度學(xué)習(xí)能力，并且集中火力在圖像識別上。高通、英特爾、谷歌、英偉達(dá)等都專門開發(fā)針對圖像識別的平臺。
圖像識別，被認(rèn)為是人工智能科技領(lǐng)域中，除語音交互外，人機(jī)交互中的重要手段之一，例如目前消費(fèi)者們經(jīng)常在中高端手機(jī)產(chǎn)品上看到的人臉識別技術(shù)，就是圖像識別功能之一。另外，目前眾多智能終端擁有AI拍照功能、相冊篩選等等，同樣是圖像識別發(fā)揮著重要的作用。
根據(jù)科技行業(yè)最新的消息稱，日前，谷歌拋出了新的黑科技：視頻內(nèi)容識別。通過這一技術(shù)，能夠識別視頻當(dāng)中的各種動物、物體、風(fēng)景等內(nèi)容，例如你要在視頻當(dāng)中搜索一只狗，搜索引擎很快就能為用戶找出視頻中包括狗的畫面。業(yè)界解釋，其中可以通過圖像識別的原理來理解視頻識別。實(shí)際上，國內(nèi)有物聯(lián)網(wǎng)團(tuán)隊(duì)亦致力于這一方面，正把圖形識別、視頻識別的研究用于在城市交通監(jiān)測當(dāng)中。
記者觀察
科技技術(shù)有應(yīng)用場景，才得以深入發(fā)展以及發(fā)掘新的研究方向。華南虎戰(zhàn)隊(duì)的指導(dǎo)老師、來自華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院講師張東認(rèn)為，只有通過動手實(shí)踐，知識才能真正掌握，成為有價值有意義的知識。