Raspberry Piとサーボを使って自分で人体を追跡する

監視画面の隅で人影があなたの前を静かに点滅しているのに、カメラがフリーズして反応しなくなっているように見え、何もない壁の半分しか録画していないのを見たことがありますか?よく考えてみれば、この世の「知性のある」目なんて、灯をともさない盲目な人間ばかりですから、やみくもに働いても意味がありません。しかし今日、あなたと私は別の方法を見つけました。私が尋ねているのは、小さな Raspberry Pi にフレキシブルな機能を与えたらどうかということです。キロパワーギアステアリングサーボは人間の姿を認識してしっかり追従できるのでしょうか？?よく考えてください、答えはあなたの手の中にあります。

この小さなプラットフォームから始めましょう。 Raspberry Pi は手のひらほどの大きさしかありませんが、システム全体の中で重要な役割を果たす「頭脳」の部分です。それはテーブルの中央に静かに置かれ、その周りにケーブルが接続されており、特に小さなカメラに向かって伸びています。そのカメラはいわゆる「目」です。目の上にサーボがあります。サーボは、カメラをしっかりと構える非常に忠実な戦士のようなものです。左右に回転して周囲を見渡すことができ、上下に傾けて天と地の状況を観察することもできます。ご存知のとおり、この世界の配置と組み合わせは非常にシンプルです。脳が中心にあり、目は脳の上にあり、関節は脳と目の間にあります。よく考えてみると、この取り決めは密かに何らかの摂理に沿ったものなのでしょうか？ある若者がこれを窓枠に置いたという話を聞いたことがあります。鳥が素早く飛んでいくたびに、カメラは追いかけました。鳥たちは怖がっていましたが、その人は微笑みました。この機械にも、わずかに温もりのように流れる感情があることが判明しました。

しかし、骸骨だけでは、魂が付加されていない状況にどうやって抵抗できるのでしょうか？ 「追跡」とは何ですか?追跡は力任せではなく、ビジョンと決断力の組み合わせに依存します。カメラは連続した光と影を捉え、そこにいわゆる「人間の姿」が存在します。では、多くのピクセルから人物を識別するにはどうすればよいでしょうか? 「人体追跡アルゴリズム」を利用しています。このアルゴリズムは、古代に馬を判断することに長けていた人々が、混沌とした状態の千マイルの馬の骨格の特徴を識別できるのと同じです。現在、このアルゴリズムは Raspberry Pi チップ内で眠っています。写真の中に人が立っていると、アルゴリズムがすぐに起動し、座標を指して「ほら、そこがそこです」と言います。！ 「音を聞いたサーボは、人間の腕が指を動かすように柔軟に動き始め、その座標位置にカメラを向けます。人が動けば座標も動き、座標が動けばサーボも追従します。このサイクルを行ったり来たり、止めても際限がありません。よく考えてみると、世の中の知的属性を持つものは、まさに「知覚・判断・行動」の六文字そのものです。青年は後にこう語った、「それは私の影の3倍の速さで私を見つめた。。 「それは間違いではありません。電子の速度には規則性がないからです。

じっと見つめる視線と機敏な視線の間で、誰が有利で誰がわずかに劣っているのか疑問に思う人はいますか?いくつか比較してみましょう。固定カメラは井の底の蛙のようなものです。見えるのは狭いエリアだけです。ひとたびその限定された領域を離れると、それは泥沼にはまった牛のようなもので、跡形もなく消えてしまいます。しかし、サーボによる追尾の目は空を旋回する鷲のようなもので、その視野は広大な世界全体をカバーすることができます。夜市で屋台の店主がこのようなものを使って火の番をしているのを見かけました。誰かが近づくと、それに応じてカメラが回転します。人が離れるとカメラは元の位置に戻ります。一晩中、火の周りに避難場所はなく、泥棒には隠れる場所がありませんでした。これはおとぎ話だと思いますか？いいえ、これは「監視されるのを待つ」を「積極的に探索する」に変えるだけです。よく考えてみると、アクティブとパッシブの違いは、ステアリング ギア 1 つ分の距離だけではありません。クローズドループフィードバック、これら 4 つの単純な単語は、紙に書くとほんの少しのインクにすぎませんが、実際に実行すると、世界規模の違いがあることがわかります。人物が画面の中心から外れると、システムは間違いを犯したことを認識します。間違いを犯したことを知っていれば、すぐに修正します。この修正の速度はまばたきの速度よりも速いです。屋台の店主は後に「うちのウェイターよりも勤勉だ」と嘆いた。乱暴な表現ではありましたが、重要な点は明確になりました。

では、この重要なことを達成するには、頭が 3 つ、腕が 6 本あるのと同じくらい強力なスキルが必要なのでしょうか?私の謙虚な意見では、この考えは非常に間違っており、まったく真実ではありません。必要なのは、Raspberry Pi、PWM 信号をサポートできるサーボ、およびオープンソースのビジョン ライブラリだけです。ジグソーパズルをする子供のように、赤と赤、茶色と茶色でそれらを接続します。しかし、最も難しいことは、最も単純に見えること、つまり忍耐です。少年が初めてプログラムを開始したとき、サーボは狂ったように回転し、ティーカップをひっくり返しそうになりました。コード内のピン番号の 1 つが間違って書かれていることが判明しました。変更を加えた後、再起動すると、世界は平和に戻ります。ご存知のとおり、Raspberry Pi のように賢くても、心が混乱することがあります。よく考えてみれば、間違いは障害ではなく、人がより高みへ登るための階段なのです。この観点から見ると、すべてのデバッグは人間とマシンの間の秘密の会話です。

ここに書くときは、その真実性を証明するためにいくつかの例を引用するようにしてください。通常よく見られる最も典型的なケースは、教室の監視です。クラス全体の黒板への書き込みや歩き回った様子を記録したいと考えている教師がいます。固定カメラ位置を使用する場合、教師が画面から出ると、空の椅子だけが残ります。そこで、Raspberry Piとサーボを使ってトラッキングジンバルを自作してみました。教師が黒板の左側に歩くと、カメラは左を向きます。先生が右に歩くとカメラも右を向きます。完成した映画では、先生は常に画面の真ん中にいて、あたかもプロのカメラマンが後を追っているかのように見えます。もう一つの例はホームセキュリティです。老人は居間で活発に活動しており、子供たちは外で心配していました。カメラが静止していて老人が隅に落ちた場合、写真にはソファの一角しか映らないでしょう。追跡の目により、老人が動くと、カメラは彼をしっかりと追跡します。老人が倒れたときの姿勢と助けを求める声はたとえ助けられなくてもすぐにわかった。もう一つの例は、インタラクティブアート展示です。展示会場にはスクリーンが設置されており、その後ろにトラッキングジンバルが隠されています。聴衆が左に歩くと、画面上のコンテンツもそれに応じて回転し、常に聴衆の最も正面の方向を向きます。。観客は自分たちが“監視されている”ことに驚き、思わず笑顔になった。よく考えてみると、テクノロジーには人間味が反映されているのではないでしょうか？

もしかしたら、この頃にはすでに感動しているかもしれません。しかし、結局のところ、鼓動は行動には及ばず、行動には戦略的な方法が必要です。最初の戦略は、完璧を求めないことです。代わりに、最初にマウスの動きに応じてサーボを回転できるようにしてから、ゆっくりと人型検出を追加します。 2 番目の戦略は、目標を細分化することです。一晩飛行するように追跡できるとは考えないでください。まず、カラフルなボールを追跡できなければなりません。その後、人間の形を追跡できるようになります。。 3 番目の戦略は、何度もテストすることです。サーボの動きは速度が異なります。 Raspberry Piの計算能力も異なります。自分のハードウェアの「コンフォートゾーン」を見つける必要があります。若者の最終的な計画は、最速の追跡ではなく、最も安定した追跡でした。1 秒あたりわずか 10 回の判断が行われましたが、毎回の判断は正確でした。慎重に考えて選択するときにのみ、知恵を発揮できます。

質問: サーボが揺れたり、ランダムに回転した場合はどうすればよいですか?

答えは、電源が安定した状態にあるかどうかを確認する必要があるということです。 Raspberry Pi の USB ポートの電力供給が不十分です。サーボに電力を供給するには独立した電源を使用する必要があります。

質問: 人々がより速く歩くと、私は追いつけません。どうすれば改善できますか?

回答：画像の解像度を下げるか、アルゴリズムの計算量を減らすか、トルクの大きいアルゴリズムに切り替えてください。キロパワーサーボの方式。

質問: 夜、明かりが暗いときは、人を追いかけることはできませんか?

回答: 赤外線補助光を設置し、熱画像または赤外線モーション検出アルゴリズムに切り替えます。

よく考えてみると、世の中にあるたくさんの機械の中には、動ける機械もたくさんありますし、見える機械もたくさんあります。しかし、「あなた」のおかげで動く機械は極めて稀です。。これからは、カメラが鈍く見えると嘆く必要はもうありません。手元の Raspberry Pi を取り出して小さなサーボに接続すると、ダイナミックな魂が与えられます。回転し始めた瞬間、あなたをじっと見つめた瞬間、それはもはや感情のない冷たいレコードではなく、愛情に満ちた視線であることがわかります。よく言われるように、機械には独特の世界があり、一つの動作が一日に及ぶようです。さあ、機械に目で見ることを学習させましょう。