最新论文]体感识别技术应用

　　摘要：本文提出的体感识别技术在电网中的应用在企业展示和人员培训中有着举足轻重的作用。通过虚拟全息成像技术与体感识别技术的推广应用可以丰富电力信息系统的展现方式及互动方式，促进电网公司在智能电网方面的发展，通过虚拟现实将电力信息展示直观化、智能化：能够充分展现企业概况、企业文化、专家介绍，全方位提升企业品牌形象；能够让用户互动体验公司重点科技项目成果，突出企业工作亮点；能够让用户参与虚拟现实互动培训，提升培训效果；能够为企业节约大量的时间和经济成本，带来良好的经济效益与社会效益。

　　提供方便、快捷的操作和控制功能之间互动展示。通过智能虚拟全息投影实现了信息立体显示与体感交互。实现对智能电网的真实体验，利用信息化手段促发展，提升沉浸感和操纵感的人机交互技术新概念，适应南网公司提出“电网发展向更加智能、高效、可靠、绿色方向转变，企业管理向精益化方向转变”的要求。

　　计算机体感识别技术通过辅助传感设备给人提供一个观察并与虚拟环境进行交互作用的多维接口，使操作人员可以进入虚拟环境中直接观察事物的内在变化并与事物发生交互作用，通过手把手的操作模式能给人一种身临其境的真实感觉，提升操作逻辑的记忆。实现系统性、多方位的安全培训，牢固树立作业员工的安全责任意识，避免在生产作业中因安全意识淡薄、责任不到位和心理影响而引发安全责任事故，切实保障在生产作业过程中的电网安全、设备安全和作业人员的人身安全。

　　本文提出的就是体感识别技术在电力系统中的应用方向的研究与设计。在对体感识别技术的研究基础上，研究并设计了体感识别技术在电力系统中的企业展示与人员培训方向的应用。

　　体感技术，在于人们可以很直接地使用肢体动作，与周边的装置或环境互动，而无需使用任何复杂的控制设备。便可让人们身历其境地与内容做互动。随着机器智能领域的迅猛发展，人体作为一个人机交互的媒介，得到了越来越多的应用。因此，基于体感识别技术的各种应用也是层出不穷。体感识别技术也理所应当的成为新一代人机交互不可缺少的一项关键技术。

　　本文提出的体感识别技术在电网中的应用是基于微软于2010年推出的Kinect来实现的。Kinect是微软于2010年推出XBOX360游戏机体周边外设的正式名称，起初名为Natal，意为初生。它实际上是一种3D体感摄像机，利用即时动态捕捉、影像识别、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能让使用者脱离传统游戏操作设备的束缚，通过自己的肢体控制游戏。从而提高参与性和直观性，使用户体验更具沉浸感ued体育和操纵感。基于这些特点，体感识别技术在电网系统中的应用值得尝试。本文即是通过对体感识别技术的分析，探讨体感识别技术在电网系统中的应用方向的研究与设计。

　　本文提出的体感识别技术在电网中的应用是基于微软于2010年推出的Kinect来实现的。Kinect是微软于2010年推出的XBOX360游戏机体周边外设的正式名称。它实际上是一种3D体感摄像机，利用即时动态捕捉、影像识别、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能让使用者脱离传统游戏操作设备的束缚，通过自己的肢体控制游戏。从而提高参与性和直观性，使用户体验更具沉浸感和操纵感。

　　Kinect在硬件上采用了CMOS红外感应设备，可以提供关于人的骨骼图和整个镜头下的深度图像，在体感识别准确度上有很大作用

　　Kinect采用的是基于光编码理论的技术，可以直接获取物体与摄像头之间的距离，其基本思想是通过连续光（近红外线）对测量空间进行编码，再经过感应器得到编码的光线，再将数据传递给芯片进行运算解码后，产生一张具有深度的图像。其核心之一就是结构光技术，它与传统的技术有很大的差异性。它的光源打出去的并不是一幅周期性变化的二维的图像编码，而是一个具有三维纵深的“体编码”。这种光源叫做激光散斑（laserspeck.le），是当激光照射到粗糙物体或穿透毛玻璃后形成的随机衍射斑点。这些散斑具有高度的随机性，而且会随着距离的不同变换图案，空间中任何两处的散斑都会是不同的图案，等于是将整个空间加上了标记，所以任何物体进入该空间以及移动时，都可确切记录物体的位置。

　　Kinect另一核心技术在于光源标定，测量前对原始空间的散斑图案做记录，先做一次光源的标定，其采用的方法是每隔一段距离，取一个参考平面，然后把参考平面上的散斑图案记录下来；假设Kinect规定的用户活动范围是距离摄像头1-4m，每隔10cm取一个参考平面，标定后保存了30幅散斑图像；测量时拍摄一幅待测场景的散斑图案，将这幅图像和保存的30幅参考图像依次做互相关运算，得到30幅相关度图像；空间中有物体存在的位置，在相关度图像上就会显示出峰值。把这些峰值一层层叠在一起，经过插值运算，即可得到整个场景的三维形状。

　　Kinect骨架追踪处理流程的核心是一个不受周围环境的光照影响的CMOS红外传感器。该传感器通过黑白光谱的方式来感知环境：纯黑代表无穷远，纯白代表无穷近。黑白间的灰色地带对应物体到传感器的物理距离。它收集视野范围内的每一点，并形成一幅代表周围环境的景深图像。传感器以每秒30帧的速度生成景深图像流，实时3D地再现周围环境。

　　骨骼点追踪采用了机器学习技术，通过建立了庞大的图像资料库，形成智慧辨识能力，尽可能理解使用者的肢体动作所代表的涵义。Kinect对深度图像进行像素级评估，来辨别人体的不同部位，其基本思想是先采用分割策略将人体从背景环境中区分出来，得到追踪对象背景物体剔除后的深度图，然后把深度图像传进一个可辨别人体部位的机器学习系统中，该系统将给出某个特定像素属于身体某个部位的可能，然后将这些数据输入到集群系统中，从而训练Kinect像素级辨认身体部位的能力。Kinect会评估Exemplar输出的每一个可能的像素来确定关节点，然后根据追踪到的20个关节点来生成一幅人体骨骼图。两幅经辨识的人体动态骨骼如图1所示。

　　体感技术，在于人们可以很直接地使用肢体动作，与周边的装置或环境互动，而无需使用任何复杂的控制设备。便可让人们身历其境地与内容做互动。随着机器智能领域的迅猛发展，人体作为一个人机交互的媒介，得到了越来越多的应用。因此，基于体感识别技术的各种应用也是层出不穷。体感识别技术也理所应当的成为新一代人机交互不可缺少的一项关键技术。而现在，随着电力系统的不断扩大，技术的不断地进步，为了迎合市场的需要，体感技术理所当然的被引入了电力系统中，在人员培训和企业形象展示中，提高变电运行人员的安全规程意识，支撑电网的安全稳定运行。提供方便、快捷的操作和控制功能之间互动展示。通过智能虚拟全息投影技术的结合实现了信息立体显示与体感交互。实现对智能电网的真实体验，利用信息化手段促发展，提升沉浸感和操纵感的人机交互技术新概念，适应南网公司提出“电网发展向更加智能、高效、可靠、绿色方向转变，企业管理向精益化方向转变”的要求。

　　随着科学技术进步和投影技术的发展，人们对视觉感官效果的要求也越来越高。全息投影技术在这种大环境下应运而生，近年来以快速的发展模式应用到各个行业。全息投影技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像。全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至一种国外进口的全息膜上，让你看不到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的全息立体影像。但这仍有一定的局限性，全息投影技术仅仅是在视觉传达功能上达到了一个新的高度，但在用户互动环节上与以往的媒体传播手段没有区别。

　　但在与体感识别技术结合之后，通过智能电网运行的虚拟全息成像互动，可以提供方便、快捷的操作和控制功能之间互动展示。通过智能虚拟全息投影实现了信息立体显示。通过体感识别技术实现对智能电网的真实体验，结合利用信息化手段促发展，得到提升沉浸感和操纵感的人机交互技术新概念，适应南网公司提出“电网发展向更加智能、高效、可靠、绿色方向转变，企业管理向精益化方向转变”的要求。

　　虚拟全息成像互动技术的推广应用可以丰富电力信息系统的展现方式及互动方式，促进电网公司在智能电网方面的发展，通过虚拟现实将电力信息展示直观化、智能化：能够充分展现企业概况、企业文化、专家介绍，全方位提升企业品牌形象；能够让用户互动体验公司重点科技项目成果，突出企业工作亮点；能够让用户参与虚拟现实互动培训，提升培训效果；能够为企业节约大量的时间和经济成本，带来良好的经济效益与社会效益。

　　随着电力系统的模不断扩大，非技术技能因素引发的电力安全事故越来越受到重视，如何通过训练更好的提高工作人员的安全意识，是当前安全培训的重要课题。为此，需要开发一套符合变电站安全要求、能够有效进行安全培训的安规仿真培训系统。目前变电安全规程大多通过理念学习及考试的方式对变电运行人员进行培训，培训模式过于呆板，学员从培训中感受不到操作的逻辑记忆，从而可能使得培训工作过于形式而失去培训的兴趣导致培训效果降低。这使加入体感识别技术显得非常必要。

　　体感识别技术通过辅助传感设备给人提供一个观察并与虚拟环境进行交互作用的多维接口，使操作人员可以进入虚拟环境中直接观察事物的内在变化并与事物发生交互作用，通过手把手的操作模式能给人一种身临其境的真实感觉，提升操作逻辑的记忆。通过计算机虚拟现实技术、电力系统仿真技术与计算机体感识别技术安规互动仿真培训系统通过体感设备识别真人动作行为驱动虚拟人在虚拟场景中进行虚拟作业，评估在虚拟作业过程中周围环境对虚拟人物角色的安全影响，实现系统性、多方位的安全培训，牢固树立作业员工的安全责任意识，避免在生产作业中因安全意识淡薄、责任不到位和心理影响而引发安全责任事故，切实保障在生产作业过程中的电网安全、设备安全和作业人员的人身安全。

　　目前国内还没有建立一套专业的面向变电站安全规程培训的变电运行仿真培训系统，现在变电站安全规程培训主要是依靠书本的形式进行自我学习或者强制性学习，以考试的形式检验掌握变电站安全规程的力度。这种传统的变电站安规培训方式注重变电运行人员对变电站安全规程的被动记忆，没有考虑到如何把变电站安全规程应用到实际的变电运行操作中，存在很大的弊端：学习过程苦涩，学习积极性低，不能理解安全规程意义。而引入基于体感识别技术的安规培训平台则可以实际解决这些问题。

　　体感识别技术是放弃现阶段鼠标、键盘操作模式，真实演练手把手操作的过程，通过真实的动手实现对三维虚拟变电设备的操作，加深对现实变电设备的操作意识，能够更全面的掌握变电设备的操作过程。变电运行人员通过真实的手势（拿、捏）操作，使用安规仿真培训系统提供的工具，亲自动手去解决设备故障，通过手把手的操作模式能给人一种身临其境的真实感觉，提升操作逻辑的记忆。抛弃古老的通过鼠标和键盘操作模型的方式，加深变电运行人员的培训效果。通过体感培训平台实现系统性、多方位的安全培训，牢固树立作业员工的安全责任意识，避免在生产作业中因安全意识淡薄、责任不到位和心理影响而引发安全责任事故，切实保障在生产作业过程中的电网安全、设备安全和作业人员的人身安全。

　　综上所述，本文提出的体感识别技术在电网中的应用在企业展示和人员培训中有着举足轻重的作用。通过虚拟全息成像技术与体感识别技术的推广应用可以丰富电力信息系统的展现方式及互动方式，促进电网公司在智能电网方面的发展，通过虚拟现实将电力信息展示直观化、智能化：能够充分展现企业概况、企业文化、专家介绍，全方位提升企业品牌形象；能够让用户互动体验公司重点科技项目成果，突出企业工作亮点；能够让用户参与虚拟现实互动培训，提升培训效果；能够为企业节约大量的时间和经济成本，带来良好的经济效益与社会效益。通过基于体感识别技术的安规培训平台实现系统性、多方位的安全培训，牢固树立作业员工的安全责任意识，避免在生产作业中因安全意识淡薄、责任不到位和心理影响而引发安全责任事故，切实保障在生产作业过程中的电网安全、设备安全和作业人员的人身安全。体感识别技术在电网中的应用方向不止这些。随着对此研究的深入相信还会有更多基于这项技术的应用方向将被发掘出来，让我们拭目以待吧。

　　[1]董勤伟，变电运行仿真培训系统开发方向探讨，电力设备2006，2（7）：50-52.

　　[2]白彪，基于体感识别技术的安规互动仿真系统研究与设计，云南电网公司普洱供电局

　　[3]淦创，基3D体感技术的动态手势识别，光电技术应用 ，2012，27（4）

　　[4]江芳芳，虚拟现实在变电站仿真培训系统中的应用[J]，高电压技术，2005，7（31）

　　[5]侯俊，李蔚清，林昌年.变电站三维交互场景仿真关键技术研究[J]，电网技术ued体育2005，29（9）