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自然場(chǎng)景視覺感知與理解是人工智能的前沿?zé)狳c(diǎn)，其主要任務(wù)是對(duì)場(chǎng)景中的視覺要素進(jìn)行認(rèn)知，進(jìn)而推斷出其中包含的場(chǎng)景語(yǔ)義。IMAGINE實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)相繼從場(chǎng)景構(gòu)成分析、場(chǎng)景內(nèi)容推理、場(chǎng)景結(jié)構(gòu)建模等角度對(duì)這一問(wèn)題展開了系統(tǒng)研究，著重探索了融合先驗(yàn)建模與深度學(xué)習(xí)的自然場(chǎng)景視覺理解這一問(wèn)題。大數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、種類多、產(chǎn)生速度快、有價(jià)值數(shù)據(jù)密度低等特點(diǎn)。對(duì)大數(shù)據(jù)信息分析具有重要意義，也是目前研究的熱點(diǎn)，其主要任務(wù)是利用數(shù)據(jù)分析的方法從大數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值信息。IMAGINE實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)結(jié)合深度學(xué)習(xí)前沿技術(shù)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，并在海關(guān)大數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目和國(guó)網(wǎng)電力冰風(fēng)災(zāi)害預(yù)測(cè)項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用

01. 成果簡(jiǎn)介 本成果涉及一種多模態(tài)觸覺感知裝置，屬于機(jī)器人傳感器技術(shù)領(lǐng)域。與人類相似，機(jī)器人感知外界環(huán)境最真實(shí)、穩(wěn)定、便捷的方式便是通過(guò)機(jī)器人手觸摸，機(jī)器人手的感知能力決定了機(jī)器人是否能夠正確認(rèn)知外界環(huán)境以及機(jī)器人的操作精度、成功率等。在新一代機(jī)器人手中，傳感裝置已逐漸趨于陣列化、多功能化和集成化。目前常見的觸覺傳感器有壓阻式、電容式、光電式等，它們都存在密度難以提高、電路處理復(fù)雜等問(wèn)題。為了克服以上不足，近年出現(xiàn)了基于視覺的觸覺傳感裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信息豐富等優(yōu)勢(shì)。目前基于視覺的觸感裝置仍存在性能提升空間。 本項(xiàng)目將感溫變色油墨材料應(yīng)用于觸感裝置，感知機(jī)器人操作過(guò)程中的溫度[1]。同時(shí)提出一種基于微視覺的觸覺三維力檢測(cè)方法，通過(guò)采集觸覺接觸區(qū)域內(nèi)彈性體的形變圖像的變化，采用一系列圖像處理方法，并且使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合的技巧，定性并且定量的刻畫物理世界中的觸覺、滑覺等，從而提供了一種多模態(tài)觸覺感知裝置，可以得到三維接觸力、接觸物體表面的溫度及紋理等多種模態(tài)信息[2]。本裝置打破了傳統(tǒng)觸覺感知裝置單模態(tài)信息采集的現(xiàn)狀，可在同一感知裝置中集成受力、紋理、溫度等信息的測(cè)量，檢測(cè)觸覺、滑覺、壓覺三維接觸力，獲得高精度的接觸紋理信息，實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)信息的測(cè)量，并將這些信息綜合到對(duì)一個(gè)物體的識(shí)別、抓取操作中，使機(jī)器人更加智能化、人性化。本裝置具有實(shí)時(shí)性好，檢測(cè)穩(wěn)定，檢測(cè)誤差小，檢測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)。 圖1. 基于微視覺的多模態(tài)觸覺感知裝置結(jié)構(gòu)圖圖2. 結(jié)合多模態(tài)觸感裝置的機(jī)械手02. 應(yīng)用前景 本成果技術(shù)可應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人、人機(jī)協(xié)作、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣泛。03. 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 本成果核心技術(shù)已申請(qǐng)發(fā)明專利3項(xiàng)。04. 團(tuán)隊(duì)介紹 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)致力于研究具備自主決策和學(xué)習(xí)能力的機(jī)器人操作技能學(xué)習(xí)系統(tǒng)。團(tuán)隊(duì)包括孫富春、方斌、劉華平、宋亦旭四位教師，專注智能機(jī)器人靈巧精準(zhǔn)操作研究，研制了擬人觸覺的傳感裝置、多模態(tài)穿戴交互裝置、殘疾人假肢靈巧手、仿人感知靈巧手和變剛度軟體手，在本領(lǐng)域發(fā)表論文40余篇，申請(qǐng)專利20余項(xiàng)，獲得IROS2016機(jī)器人靈巧操作比賽冠軍、IROS2017服務(wù)機(jī)器人操作比賽亞軍、WRC2016最佳科技創(chuàng)新獎(jiǎng)等。同時(shí)團(tuán)隊(duì)和河北清華發(fā)展研究院合作成立了人工智能及機(jī)器人研究中心，共同推動(dòng)智能機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。05. 合作方式 技術(shù)許可。06. 聯(lián)系方式 郵箱：liuyi2017@tsinghua.edu.cn， fangbin@tsinghua.edu.cn

研究意義1. 視覺感知是高鐵、自動(dòng)駕駛車輛、無(wú)人航行器等自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的重要手段。2. 對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生的圖像模糊進(jìn)行復(fù)原是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。3. 運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)于基于視覺的目標(biāo)檢測(cè)算法的檢測(cè)能力具有顯著影響。 研究目標(biāo) 本研究相機(jī)在直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下前進(jìn)速度與目標(biāo)檢測(cè)算法在產(chǎn) 生的模糊圖像上檢測(cè)能力的關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行具體關(guān)系的 研究與分析。對(duì)模糊圖像應(yīng)用合適的去模糊算法，觀察并分 析去模糊后目標(biāo)檢測(cè)能力的變化。

Anter是以安全協(xié)作、自主運(yùn)動(dòng)、智能感知、行為決策為核心功能的多模態(tài)感知復(fù)合機(jī)器人。她開創(chuàng)了機(jī)器人協(xié)作、運(yùn)動(dòng)、感知決策的柔性工作模式，擺脫傳統(tǒng)機(jī)器人位置固定、任務(wù)固定的結(jié)構(gòu)化環(huán)境工作方式，適用于科研教育、工業(yè)移動(dòng)作業(yè)、物流分揀、倉(cāng)儲(chǔ)管理、安防巡檢、醫(yī)療服務(wù)、智慧零售等領(lǐng)域。

基于圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行人眼特征提取與分析，建 立基于特征模型與外觀模型融合的智能視覺感知機(jī)制，并通過(guò) 海量大數(shù)據(jù)分析和建模計(jì)算，提出了智能視覺感知驅(qū)動(dòng)的眼動(dòng) 注視點(diǎn)計(jì)算方法，解決了跨設(shè)備坐標(biāo)系空間無(wú)縫轉(zhuǎn)換和多用戶 標(biāo)定模型共享等關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題。此外，提出基于深 度學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)想象腦電分類方法，面向人-機(jī)器人交互開發(fā)了 智能腦機(jī)接口與應(yīng)用系統(tǒng)。 ：

"自然場(chǎng)景視覺感知與理解是人工智能的前沿?zé)狳c(diǎn)，其主要任務(wù)是對(duì)場(chǎng)景中的視覺要素進(jìn)行認(rèn)知，進(jìn)而推斷出其中包含的場(chǎng)景語(yǔ)義。 IMAGINE實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)相繼從場(chǎng)景構(gòu)成分析、場(chǎng)景內(nèi)容推理、場(chǎng)景結(jié)構(gòu)建模等角度對(duì)這一問(wèn)題展開了系統(tǒng)研究，著重探索了融合先驗(yàn)建模與深度學(xué)習(xí)的自然場(chǎng)景視覺理解這一問(wèn)題。"

微創(chuàng)機(jī)器人外科及觸覺感知國(guó)家自然科學(xué)基金課題 微創(chuàng)外科(MIS)與開放外科手術(shù)相比，具有切口小、疼痛輕、出血少和恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于胸腹、脊柱、心血管和泌尿外科等領(lǐng)域 微創(chuàng)機(jī)器人外科(MIRS)由機(jī)器人替代醫(yī)生操控手術(shù)器械，克服醫(yī)生人為因素帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)的安全性和靈巧性，改善手術(shù)精度和質(zhì)量 觸覺力信息缺失導(dǎo)致過(guò)大的操作力和器官組織創(chuàng)傷，是當(dāng)前微創(chuàng)機(jī)器人外科面臨的共同問(wèn)題。項(xiàng)目利用光纖技術(shù)，研究微型觸覺力傳感器及其在器官組織類型和邊界鑒定、機(jī)器人反饋控制應(yīng)用中涉及到的一系列挑戰(zhàn)性問(wèn)題。獲得的相關(guān)理論與技術(shù)，有望消除觸覺缺失引起的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高微創(chuàng)機(jī)器人外科手術(shù)的精度、穩(wěn)定性和質(zhì)量。

本技術(shù)采用大數(shù)據(jù)智能分析算法，處理高速列車運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，智能辨識(shí)高速列車運(yùn)行狀態(tài)。以高速列車外部受流裝備為對(duì)象，從受電弓狀態(tài)實(shí)時(shí)感知與能耗分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)兩個(gè)角度，展示非侵入式智能感知技術(shù)在高速列車的最新應(yīng)用。 1.受電弓狀態(tài)實(shí)時(shí)感知 獲取受電弓的原始信號(hào)并進(jìn)行預(yù)處理，獲取多個(gè)原始數(shù)據(jù)向量；對(duì)原始數(shù)據(jù)向量進(jìn)行多尺度分解，從每個(gè)子頻帶提取特征量并構(gòu)建時(shí)序特征向量；將特征向量和受電弓故障的分類標(biāo)記作為特征映射數(shù)據(jù)，訓(xùn)練故障識(shí)別預(yù)判機(jī)制；以原始數(shù)據(jù)向量和故障類型分別作為輸入輸出數(shù)據(jù)，訓(xùn)練故障識(shí)別模型。對(duì)受電弓的實(shí)時(shí)電流信號(hào)進(jìn)行處理，得到原始數(shù)據(jù)向量和特征向量，故障識(shí)別預(yù)判模型根據(jù)特征向量對(duì)受電弓進(jìn)行故障預(yù)判，若有故障，故障識(shí)別模型根據(jù)原始數(shù)據(jù)向量對(duì)受電弓的故障類型進(jìn)行識(shí)別。實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)受電弓進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與故障類型識(shí)別，且無(wú)需在列車外部及路網(wǎng)沿線另外加裝硬件設(shè)備。 2.列車能耗分項(xiàng)統(tǒng)計(jì) 通過(guò)大數(shù)據(jù)智能分析方法，結(jié)合位于電路關(guān)鍵位置部分傳感器提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、廚衛(wèi)系統(tǒng)、用戶交互系統(tǒng)等不同功能模塊，提供非侵入式能耗分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果能為鐵路管理部門提供參考，優(yōu)化列車運(yùn)行管理模式，改進(jìn)各系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，降低高速列車運(yùn)行能耗。 圖1 高速列車受電裝置 圖2 受流裝置故障特征映射及辨識(shí)方法 圖3 不同功能模塊設(shè)備的提取特征 圖4 不同設(shè)備的分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)

圍繞無(wú)人駕駛、智能制造領(lǐng)域，本項(xiàng)目針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器視覺難以同時(shí)兼顧大視場(chǎng)、高分辨、實(shí)時(shí)性的技術(shù)瓶頸，從源頭打破常規(guī)成像規(guī)則，鑒于昆蟲復(fù)眼具有大視場(chǎng)高靈敏的優(yōu)勢(shì)，以及人眼視覺具有變分辨率和冗余數(shù)據(jù)壓縮的優(yōu)勢(shì)，將兩者相結(jié)合，提出一種復(fù)合仿生三維成像感知方法，通過(guò)突破變分辨掃描發(fā)射、多通道并行接收、圖像重構(gòu)與成像感知算法等關(guān)鍵技術(shù)，形成了具有體系化的前沿技術(shù)成果，研發(fā)出了諸如收發(fā)探測(cè)模塊，多通道仿生曲面相機(jī)系統(tǒng)、在線光電檢測(cè)系統(tǒng)等實(shí)物成果。核心技術(shù)受到國(guó)家、省部級(jí)項(xiàng)目資助5項(xiàng)。