無人機(jī)裝調(diào)檢修技術(shù)與人工智能應(yīng)用課件：人工智能基礎(chǔ)

人工智能基礎(chǔ)動(dòng)腦思考探索新知8.1人工智能概念動(dòng)腦思考探索新知8.1人工智能概念

人工智能源于1956年夏季，以麥卡賽、明斯基、羅切斯特和申農(nóng)等為首的一批有遠(yuǎn)見卓識(shí)的年輕科學(xué)家一起聚會(huì)，共同研究和探討用機(jī)器模擬智能問題時(shí)，首次在全球提出了“人工智能”的概念。動(dòng)腦思考探索新知8.1人工智能概念

人工智能就其本質(zhì)而言，是對(duì)人的思維的信息過程的模擬。人工智能是是一門新型交叉型學(xué)科，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支。

以人類智能相似的方式作出反應(yīng)的智能無人系統(tǒng)，能夠指揮、操控機(jī)器勝任原來需要普通人類智能才能完成的部分簡(jiǎn)單或者復(fù)雜工作。動(dòng)腦思考探索新知8.1人工智能概念

人工智能融?了各個(gè)領(lǐng)域，涉及到了各?各業(yè)，悄然改變這我們的?活?式和我們的?活習(xí)慣：造就了龐大的無人系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景：智能家居、智能導(dǎo)航、無人售票、無人運(yùn)輸、無人安防（指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別、虹膜識(shí)別、掌紋識(shí)別）、掃描翻譯（機(jī)器人的視覺）、語音翻譯（機(jī)器人聽力）、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、無人工廠（黑燈工廠）、無人槍、無人車、無人機(jī)、反制無人機(jī)、無人船、無人潛艇、控制平臺(tái)、星鏈衛(wèi)星等等。動(dòng)腦思考探索新知8.2無人系統(tǒng)人工智能造就了無人系統(tǒng)，這將是改變未來社會(huì)生活方式、生產(chǎn)模式乃至戰(zhàn)爭(zhēng)形勢(shì)的生力軍。（1）無人系統(tǒng)的應(yīng)用1）隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,以機(jī)器人、無人駕駛汽車和無人機(jī)為代表無人系統(tǒng)開始代替人類從事各種場(chǎng)景中簡(jiǎn)單或者復(fù)雜的工作。動(dòng)腦思考探索新知8.2無人系統(tǒng)

①無人售貨柜和無人銷售機(jī)器人。

②無人汽車、人車對(duì)話、輔助駕駛、智能座艙。

③無人機(jī)測(cè)繪、空地協(xié)同。

2）機(jī)器人代替人類從事部分危險(xiǎn)工作：動(dòng)腦思考探索新知8.2無人系統(tǒng)2）機(jī)器人代替人類從事部分危險(xiǎn)工作。①當(dāng)發(fā)生水災(zāi)、地震、火災(zāi)等災(zāi)情時(shí)，無人機(jī)可以前往事故地進(jìn)行空中偵察。②當(dāng)發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，無人機(jī)、無人戰(zhàn)車、無人戰(zhàn)船可以代替人去前線作戰(zhàn)。動(dòng)腦思考探索新知8.2無人系統(tǒng)

（2）無人系統(tǒng)既可以是：“控制芯片+任務(wù)載荷”等組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，也可以是：“平臺(tái)+任務(wù)載荷+指揮控制系統(tǒng)+天+空+地信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”等組成的復(fù)雜系統(tǒng)組成。動(dòng)腦思考探索新知8.2無人系統(tǒng)1）6G網(wǎng)絡(luò)將以“地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)+衛(wèi)星+無人機(jī)+空中平臺(tái)+多種非地面通信”，實(shí)現(xiàn)“空+天+地一體化通訊網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋”。動(dòng)腦思考探索新知8.2無人系統(tǒng)2）遙感+衛(wèi)星+地面監(jiān)控+移動(dòng)監(jiān)測(cè)+在線監(jiān)測(cè)+動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)+指揮中心，實(shí)現(xiàn)環(huán)保無鏠監(jiān)測(cè)+治理系統(tǒng)，如圖8-1所示。

圖8-1智慧環(huán)保無人系統(tǒng)動(dòng)腦思考探索新知8.2無人系統(tǒng)

（3）無人系統(tǒng)技術(shù)

就是無人系統(tǒng)方面的人工智能化的技術(shù)。無人系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，將使未來的戰(zhàn)爭(zhēng)演變成智能化的戰(zhàn)爭(zhēng)。

低成本無人機(jī)正在改變傳統(tǒng)鋼鐵洪流（坦克+大炮）的作戰(zhàn)模式，朝向以“無人機(jī)+有人機(jī)+無人戰(zhàn)車+無人戰(zhàn)船”等智能化、立體化為主的未來戰(zhàn)爭(zhēng)模式發(fā)展。動(dòng)腦思考探索新知8.3無人系統(tǒng)的人工智能化動(dòng)腦思考探索新知8.3無人系統(tǒng)的人工智能化

無人系統(tǒng)的人工智能化主要研究如何運(yùn)用

人工的方法和技術(shù)，通過各種自動(dòng)化設(shè)備或智

能化機(jī)器（計(jì)算機(jī)）來模仿、延伸和擴(kuò)展人的

智能，在實(shí)際的工作場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)部分設(shè)備、系

統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行。動(dòng)腦思考探索新知8.3無人系統(tǒng)的人工智能化

人的智力——是人認(rèn)識(shí)、理解客觀事物，并運(yùn)用知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等解決問題的能力，包括理解、判斷、解決問題，抽象思維，表達(dá)意念以及語言和學(xué)習(xí)的能力。對(duì)人工智能來說：其算力就是智力。動(dòng)腦思考探索新知8.3無人系統(tǒng)的人工智能化

人工智能的四大要素：大數(shù)據(jù)、算力、算法、場(chǎng)景。

人工智能中的智能都蘊(yùn)含在大數(shù)據(jù)中；算力是為人工智能提供了基本的計(jì)算能力；算法是實(shí)現(xiàn)人工智能的基本途徑；作為輸入端的大數(shù)據(jù)、算力、算法，只有輸出到實(shí)際的工作場(chǎng)景，才能體現(xiàn)人工智能的實(shí)際價(jià)值。動(dòng)腦思考探索新知8.3無人系統(tǒng)的人工智能化

人工智能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)無人化系統(tǒng)時(shí)，

有兩種不同的編程方式：動(dòng)腦思考探索新知8.3無人系統(tǒng)的人工智能化

1）傳統(tǒng)的編程技術(shù)，要讓系統(tǒng)出現(xiàn)智能效果，需要人工詳細(xì)規(guī)定程序的邏輯，如果事件復(fù)雜，角色數(shù)量和活動(dòng)空間增加，相應(yīng)的邏輯會(huì)很復(fù)雜（呈指數(shù)增長(zhǎng)），人工編程就很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤；一旦出錯(cuò)誤，就必須重新修改原程序，重新調(diào)試。動(dòng)腦思考探索新知8.3無人系統(tǒng)的人工智能化

2）模擬法，要求實(shí)現(xiàn)的方法和人類所用的方法相同或相類似；編程者要為事件的每一個(gè)角色設(shè)計(jì)一個(gè)智能系統(tǒng)來進(jìn)行控制，這個(gè)智能系統(tǒng)開始什么也不懂，就像初生嬰兒那樣懵懂，但它能夠進(jìn)行機(jī)器式的學(xué)習(xí)，漸漸地適應(yīng)環(huán)境，應(yīng)付各種復(fù)雜情況；系統(tǒng)開始時(shí)也常會(huì)犯錯(cuò)誤，但它能吸取教訓(xùn)，下一次運(yùn)行時(shí)就可能改正，至少不會(huì)永遠(yuǎn)錯(cuò)下去，直到完全勝任為止。動(dòng)腦思考探索新知8.4智能機(jī)器人動(dòng)腦思考探索新知8.4智能機(jī)器人

智能機(jī)器人可以模仿人的手臂，如機(jī)器臂機(jī)器人；

可以模仿人的行走，如人型機(jī)器人；可以模仿人

類的視覺，如人臉識(shí)別技術(shù)；可以模仿人的聲音：

如語音機(jī)器人；可以模仿人類的學(xué)習(xí)：如AlphaGo(阿爾法狗)等。動(dòng)腦思考探索新知8.4智能機(jī)器人

智能機(jī)器人具有五大感知系統(tǒng)：

視覺系統(tǒng)，聽覺系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)，

本地系統(tǒng)，云端大腦系統(tǒng)。動(dòng)腦思考探索新知8.5視覺系統(tǒng)動(dòng)腦思考探索新知8.5.1機(jī)器視覺系統(tǒng)1）機(jī)器視覺——人工智能的眼睛，使用機(jī)器視覺來代替人眼進(jìn)行識(shí)別、檢測(cè)和判斷。動(dòng)腦思考探索新知8.5.1機(jī)器視覺系統(tǒng)2）機(jī)器視覺系統(tǒng)由工業(yè)相機(jī)或攝像機(jī)（獲取圖像）+圖像采集卡+計(jì)算機(jī)（圖像處理、分析）組成。動(dòng)腦思考探索新知8.5.1機(jī)器視覺系統(tǒng)3）

機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作原理：工業(yè)相機(jī)的感光元器件CCD、CMOS和輔助照明；→獲得檢測(cè)目標(biāo)→模擬圖像信號(hào)→圖像處理系統(tǒng)（轉(zhuǎn)化為目標(biāo)的形態(tài)信息——像素分布和亮度、顏色等）→轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)→圖像系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算→提取圖像特征→圖像分割→圖像辨識(shí)→判別結(jié)果，如圖8-2所示。動(dòng)腦思考探索新知8.5.1機(jī)器視覺系統(tǒng)

圖8-2機(jī)器視覺系統(tǒng)動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用（1）識(shí)別1）人體。

①人臉識(shí)別——機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠直接識(shí)別到每個(gè)人面部11個(gè)以上的特征點(diǎn)或關(guān)鍵點(diǎn)，把識(shí)別到的人臉特征點(diǎn)或關(guān)鍵點(diǎn)與人臉庫進(jìn)行比對(duì)，確定人的性別、年齡及身份，如圖8-3所示；人臉識(shí)別在單位考勤、社區(qū)出入門禁等應(yīng)用場(chǎng)景中較為普及。動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用（1）識(shí)別

②指紋識(shí)別——機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠在讀取指紋和比對(duì)指紋時(shí)，確定的人的身份；指紋識(shí)別在指紋鎖、單位指紋考勤機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)景中較為普及，如圖8-4所示。動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用圖8-3人臉識(shí)別

圖8-4指紋識(shí)別動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用（1）識(shí)別

③虹膜識(shí)別——虹膜識(shí)別通過對(duì)人眼虹膜5個(gè)特征點(diǎn)或關(guān)鍵點(diǎn)的識(shí)別，與人眼的虹膜庫進(jìn)行比對(duì)，確定人的性別、年齡及身份，如圖8-5所示；虹膜識(shí)別常用于高級(jí)安防系統(tǒng)。動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用

2）物體

①物體識(shí)別——行駛中的無人車輛裝有機(jī)器視覺系統(tǒng)，在行駛過程中，機(jī)器視覺系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別到道路上行人、車輛及交通信號(hào)燈顏色，通過圖像處理，迅速作出判斷和處理，如圖8-6所示。動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用圖8-5虹膜識(shí)別圖8-6行駛中的車輛自動(dòng)識(shí)別紅綠燈動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用

②二維碼（能儲(chǔ)存數(shù)字、字符、漢字、圖像）識(shí)別——通過二維碼掃描器（如圖8-7所示），掃描二維碼，能準(zhǔn)確、自動(dòng)識(shí)別二維碼或條形碼內(nèi)含的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，可以獲取二維碼中包含的信息，如圖8-8所示。動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用圖8-7二維碼掃描器

圖8-8二維碼動(dòng)腦思考探索新知8.5.2主要應(yīng)用圖8-9場(chǎng)景識(shí)別3）場(chǎng)景識(shí)別——機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠直接識(shí)別出大型建設(shè)工地，正在使用中工程機(jī)械的類型及數(shù)量，進(jìn)行記錄，如圖8-9所示。閱讀教材章節(jié)8.1--8.5書寫課后習(xí)題1-22作業(yè)

再見動(dòng)腦思考探索新知8.6聽覺系統(tǒng)動(dòng)腦思考探索新知8.6聽覺系統(tǒng)

視覺是人工智能的眼睛，聽覺就是人工智能的耳朵。動(dòng)腦思考探索新知8.6.1機(jī)器聽覺系統(tǒng)的工作流程（語音交互，識(shí)別）

1）拾?。?/p>

自然的語音信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。2）前處理：對(duì)采集到的語音信號(hào)進(jìn)行降噪、消回聲、去混響處理，形成音頻信號(hào)。動(dòng)腦思考探索新知8.6.1機(jī)器聽覺系統(tǒng)的工作流程（語音交互，識(shí)別）

3）使用本地或云端的語音識(shí)別，對(duì)音頻信號(hào)識(shí)別和語義分析。4）最后機(jī)器智能反饋。動(dòng)腦思考探索新知

8.6.2應(yīng)用1）語音識(shí)別與自然語言理解，語音交互服務(wù)形式，如圖8-10所示。

圖8-10語音交互服務(wù)形式動(dòng)腦思考探索新知

8.6.2應(yīng)用2）聽覺系統(tǒng)應(yīng)用范圍示意如圖8-11所示。

圖8-11聽覺系統(tǒng)應(yīng)用范圍示意動(dòng)腦思考探索新知

8.6.2應(yīng)用3）典型應(yīng)用

①導(dǎo)航：運(yùn)用語音識(shí)別系統(tǒng)，可以設(shè)置目的地進(jìn)行導(dǎo)航，安全又便捷。

②翻譯：運(yùn)用語音識(shí)別系統(tǒng)，可以把中文翻譯成英文、英文翻譯成中文等。

動(dòng)腦思考探索新知

8.6.2應(yīng)用3）典型應(yīng)用

③輸入：通過語音識(shí)別系統(tǒng)，可以在手機(jī)和計(jì)算機(jī)上能進(jìn)行文字性輸入。

④電話：通過語音識(shí)別系統(tǒng)，能夠理解人類語言，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)呼叫，自動(dòng)應(yīng)答，用人類語言與應(yīng)答者進(jìn)行溝通、對(duì)話。

動(dòng)腦思考探索新知8.7傳感器系統(tǒng)動(dòng)腦思考探索新知8.7.1識(shí)別傳感器

圖8-12二維視覺傳感器1）二維視覺傳感器是使用攝像機(jī)、攝像頭或者相機(jī)進(jìn)行拍攝、識(shí)別，如圖8-12所示。

動(dòng)腦思考探索新知8.7.1識(shí)別傳感器2）三維視覺傳感器是使用兩個(gè)攝像機(jī)在不同角度進(jìn)行拍攝、識(shí)別，如圖8-13所示。

圖8-13三維視覺傳感器動(dòng)腦思考探索新知8.7.1識(shí)別傳感器圖8-14激光雷達(dá)傳感器3）

激光雷達(dá)、激光掃描傳感器，用于識(shí)別圖像、避障、定高、測(cè)距，如圖8-14所示。動(dòng)腦思考探索新知8.7.2測(cè)溫傳感器

圖8-15溫度傳感器1）

溫度傳感器能感受溫度，并將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)，如圖8-15所示。動(dòng)腦思考探索新知8.7.2測(cè)溫傳感器圖8-16紅外傳感器圖9-3

機(jī)器視覺系統(tǒng)圖9-3

機(jī)器視覺系統(tǒng)2）

紅外傳感器是利用紅外線探測(cè)器中探測(cè)元件接收到輻射能后，引起溫度升高的傳感器，如圖8-16所示。動(dòng)腦思考探索新知8.7.3聲音傳感器圖8-17聲音傳感器

聲音傳感器作用通過一個(gè)話筒接收聲波，并據(jù)此顯示聲音的振動(dòng)圖像，如圖8-17所示。動(dòng)腦思考探索新知8.7.4光電傳感器

圖8-18光電傳感器

光電傳感器是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，如圖8-18所示。動(dòng)腦思考探索新知8.7.5陀螺儀傳感器

圖8-19陀螺儀傳感器

陀螺儀傳感器簡(jiǎn)單易用，相當(dāng)于電子陀螺，能用于自由空間移動(dòng)、手勢(shì)的定位、控制系統(tǒng)等，如圖8-19所示。動(dòng)腦思考探索新知8.7.6壓力傳感器圖8-20微型壓力傳感器

壓力傳感器常用于各種工業(yè)人工智能自動(dòng)控控環(huán)境，微型壓力傳感器，如圖8-20所示。動(dòng)腦思考探索新知8.7.7聲吶

圖8-21聲吶

聲吶是用于對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、分類、定位和跟蹤;并且進(jìn)行水下通信和導(dǎo)航的電子設(shè)備，如圖8-21所示。動(dòng)腦思考探索新知8.8本地系統(tǒng)

本地系統(tǒng)包括主板和控制面板動(dòng)腦思考探索新知8.8.1主板

主板是機(jī)器人的大腦，完成接受信息、處理信息、發(fā)出指令的指揮中心。根據(jù)用途不同，主板的復(fù)雜程度可以分為以下幾種：動(dòng)腦思考探索新知8.8.1主板

（1）簡(jiǎn)易主板+控制面板

簡(jiǎn)易主板，能進(jìn)行圖形化編程、演示，如圖8-22所示。

（2）專業(yè)加工主板

計(jì)算機(jī)數(shù)字控制CNC雕刻機(jī)專用主板，專門用于CNC雕刻機(jī)自動(dòng)編程加工，如圖8-23所示。動(dòng)腦思考探索新知圖8-22簡(jiǎn)易主板+控制面板圖8-23CNC雕刻機(jī)專用主板動(dòng)腦思考探索新知圖8-24庫卡機(jī)器人專用主板（3）機(jī)器人主板

庫卡機(jī)器人專用主板，專門用于庫卡機(jī)器人操作控制，如圖8-24所示。動(dòng)腦思考探索新知8.8.2控制面板1）按鈕式控制面板，如圖8-25所示。

圖8-25按鈕式控制面板動(dòng)腦思考探索新知8.8.2控制面板2）按鍵式控制面板，如圖8-26所示。

圖8-26按鍵式控制面板動(dòng)腦思考探索新知8.8.2控制面板3）數(shù)字化控制面板，如圖8-27所示。

圖8-27數(shù)字化控制面板動(dòng)腦思考探索新知8.9云端大腦系統(tǒng)動(dòng)腦思考探索新知8.9.1云端大腦系統(tǒng)概念

云端大腦系統(tǒng)——通過5G專用通信網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)云端大腦比人腦運(yùn)算快的目標(biāo)。