基于人工智能技術(shù)的大尺寸工業(yè)平板電腦系統(tǒng)研究與應用

近幾年隨著大屏智能手機的快速發(fā)展及消費類小尺寸工業(yè)平板電腦市場的趨近飽和，消費類小尺寸工業(yè)平板電腦逐漸被大屏智能手機所替代。而大尺寸（10英寸及以上尺寸屏幕）工業(yè)平板電腦將廣泛應用于設(shè)備自動化、智能醫(yī)療、智能零售、智能樓宇、智能家居、戶外廣告、智能健身、智能教育、智能會議、智能物流等行業(yè)。文章介紹大尺寸工業(yè)平板電腦如何結(jié)合人工智能關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)大尺寸工業(yè)平板電腦在以上各行業(yè)的智能化廣泛應用。

《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出發(fā)展自然人機交互技術(shù)，重點是智能感知與認知、虛擬融合與自然交互、語義理解和智慧決策、云端融合交互等技術(shù)研發(fā)及應用。伴隨著寬帶無線接入技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)、NFC近場感應技術(shù)、AI人工智能技術(shù)和5G移動通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，大尺寸工業(yè)平板電腦智能終端綜合以上技術(shù)將成為移動互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和應用的重要載體，有著廣闊的發(fā)展前景。

充分利用智能語音識別技術(shù)、智能視覺識別技術(shù)、高性能移動通訊技術(shù)、對大尺寸工業(yè)平板電腦主體控制系統(tǒng)及配套硬件平臺、軟件系統(tǒng)研發(fā)、整機穩(wěn)定性可靠性、智能制造等方面開展研究。最終實現(xiàn)大尺寸工業(yè)平板電腦主體控制系統(tǒng)對智能語音識別系統(tǒng)、視覺識別系統(tǒng)、顯示觸控系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、跑步機電機控制系統(tǒng)的良好控制。

2.1 智能語音識別技術(shù)及其終端集成研究

（1）進行智能語音識別聲學研究：包括麥克風系統(tǒng)設(shè)計（麥克風型號選型、麥克風拾音孔腔體設(shè)計、麥克風陣型選擇），揚聲器系統(tǒng)設(shè)計（揚聲器單體選擇、揚聲器腔體結(jié)構(gòu)），電路系統(tǒng)設(shè)計（回采電路設(shè)計、信號質(zhì)量要求）。

（2）進行智能語音識別消噪算法研究：包括ANC主動噪聲控制技術(shù)、ENC環(huán)境降噪技術(shù)、DSP數(shù)字信號處理降噪技術(shù)、CVC通話軟件降噪技術(shù)。

（3）進行智能語音識別語音模型研究。

（4）進行云端語音識別研究：云端語音識別優(yōu)勢在于它能通過各種復雜算法提供更高的精度，云端易于獲得大量有標簽的訓練樣本、語音數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)，云端可以提供實時的互聯(lián)網(wǎng)信息。

2.2 智能視覺識別技術(shù)其終端集成研究

（1）研究智能視覺識別技術(shù)硬件系統(tǒng)：適用視覺識別的攝像頭選型、AI NPU嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器芯片選型、攝像頭安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路系統(tǒng)設(shè)計（電源供電系統(tǒng)、信號采集處理系統(tǒng)）。

（2）人臉識別算法研究：包括基于幾何特征的方法、局部特征分析方法、特征臉方法、基于彈性模型的方法、CNN卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學習方法。

（3）人臉識別模型研究：在消費市場已經(jīng)出現(xiàn)需求減少情況的背景下，大尺寸平板電腦可以將增長點放眼于商用市場，充分發(fā)揮其在安裝簡單方便、高清的優(yōu)勢。現(xiàn)如今，無論是對數(shù)字化、系統(tǒng)化趨勢發(fā)展的政府機關(guān)、事業(yè)單位而言，還是對無紙化、信息化發(fā)展的醫(yī)療與金融行業(yè)而言，或者是其他在大數(shù)據(jù)、信息時代發(fā)展的行業(yè)中，大尺寸工業(yè)平板的應用優(yōu)勢都非常明顯，可以提高該行業(yè)的發(fā)展速度。

在人們生活水平日益提升的今天，各種智能設(shè)備、電子設(shè)備廣泛分布且被應用于人們生活，對這些設(shè)備進行統(tǒng)一控制是非常必要的舉措。大尺寸工業(yè)電腦不僅可以與智能音箱連用，也可以充分發(fā)揮顯示優(yōu)勢，有利于“懶人生活”的實現(xiàn)，方便語音控制。

可識別不同的音色，在人發(fā)出的語音依據(jù)時間的變化對其特征進行提取;按照聲學模型、模式進行匹配，通過學習算法對發(fā)出的語音特征進行獲取，再通過與聲學模型進行匹配、分析，識別出最佳語音特征。（采取大量數(shù)據(jù)訓練的方式，通過分析變化的訓練數(shù)據(jù)來了解人臉表征）。

對人的面部特征進行數(shù)學模型建立，得到眼耳口鼻的模型，在對各個面部特征的間距進行數(shù)值分析，從而做出對應調(diào)整。在與圖像相互作用的情況下，可調(diào)整上述特征動態(tài)參數(shù)，取出最小函數(shù)值，可得出特征參數(shù)值。第一步是先將處理過的圖片用訓練分類器進行分類，識別出各種姿態(tài)下的人臉變化。第二步是將識別出的結(jié)果向中心系統(tǒng)發(fā)送，從而得到識別指令。

（4）人體姿態(tài)識別研究：包括人體骨骼關(guān)鍵點檢測、靜態(tài)幀特征提取、幀間特征提取、特征編碼、特征分類、姿態(tài)識別。姿態(tài)識別依據(jù)模式識別技術(shù)，視頻逐幀分析，采用連續(xù)的動作識別出人物動作，如走路、跑步、蹲下等。

2.3 大尺寸工業(yè)平板電腦高品質(zhì)液晶顯示屏集成技術(shù)

大尺寸工業(yè)平板電腦采用MiniLED實現(xiàn)超多分區(qū)局部動態(tài)調(diào)光，在保證背光模組出光效果合格的情況下，為了獲得大面積、高動態(tài)對比度的2D Dimming區(qū)域動態(tài)調(diào)光的背光模組，通過光學仿真軟件TracePro或Lighttools對大面積、高密度的MiniLED陣列進行光學特性的分析（如出光亮度、出光照度、出光均勻性、色溫、色坐標以及光效利用率等），并且仿真其通過光學膜片調(diào)制后的光傳輸過程。基于光學特性的綜合評價，分析Dimming區(qū)域個數(shù)增多對光效利用率的影響、對出光均勻性的影響、對出光亮度的影響;同時在保證光效利用率和出光均勻性以及出光亮度的情況下，研究區(qū)域個數(shù)和背光模組膜片間的內(nèi)在關(guān)系。根據(jù)LED的分區(qū)數(shù)量和大小能夠分別調(diào)節(jié)對應區(qū)域的背光亮度變化，實現(xiàn)比高畫質(zhì)和低動態(tài)功耗。進一步研究3D Dimming區(qū)域動態(tài)調(diào)光的方法，采用MiniLED背光照明灰階Cell的方法組成3D Dimming背光模組，實現(xiàn)超高動態(tài)對比度的顯示，3D Dimming在空間維度對LCD背光源作不同區(qū)域、不同深度的明暗變化調(diào)節(jié)，進一步可大幅降低耗電量，提高顯示畫面對比度，增加灰階數(shù)，減少殘影，提升LCD顯示器畫質(zhì)[3]。

2.4 大尺寸工業(yè)平板電腦高靈敏度電容式觸摸技術(shù)

大尺寸工業(yè)平板電腦LCD屏功耗大、發(fā)熱量大、干擾大，對電容式觸摸屏觸摸產(chǎn)生嚴重影響，如影響觸摸屏的觸摸靈敏度，影響觸控體驗，如LCD屏發(fā)熱大，梅雨天氣，LCD屏與電容屏間隙間產(chǎn)生的含水分子熱氣冷凝在電容屏內(nèi)側(cè)產(chǎn)生水霧，影響終端使用，高靈敏度、低水霧聚集的電容屏是系統(tǒng)研究重點。

2.5 大尺寸工業(yè)平板電腦主體控制系統(tǒng)及配套硬件平臺研究

研究基于高性能嵌入式四核處理器的主體控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各指令集及數(shù)據(jù)流的高速處理，實現(xiàn)主體控制系統(tǒng)對智能語音識別系統(tǒng)、視覺識別系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的高效處理。大尺寸平板電腦集成21英寸LED背光IPS LCD液晶屏，分辨率1920*1080;采用高靈敏度觸控技術(shù)的21英寸電容式電容屏。機器內(nèi)置2GB DDR3內(nèi)存和32GB eMMC ROM存儲器;內(nèi)置802.11a/b/g/n WIFI無線通訊系統(tǒng)、RJ45以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊接口、BT4.2藍牙通訊系統(tǒng);內(nèi)置GPS全球定位接收系統(tǒng)、北斗全球定位接收系統(tǒng)、NFC近場通訊系統(tǒng);內(nèi)置2×5W高保真揚聲器、跑步機電機控制系統(tǒng);內(nèi)置智能語音識別系統(tǒng)、智能視覺識別系統(tǒng)。

2.6 大尺寸工業(yè)平板電腦智能制造技術(shù)研究

研究通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集數(shù)據(jù)并通過人工智能算法處理數(shù)據(jù)的智能化制造技術(shù)在大尺寸工業(yè)平板電腦上的應用。研究智能質(zhì)檢，借助機器視覺識別，快速掃描產(chǎn)品外觀，檢出產(chǎn)品缺陷。通過以上研究開發(fā)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，從而全面提升生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

（1）工裝測試點設(shè)計：PCBA采用工裝測試治具，具有測試時間短、測試精度高、測試范圍全面等優(yōu)點，在提高工作效率的同時又能降低人力和時間成本。

（2）工裝夾具設(shè)計：工裝夾具的測試判定標準是通過設(shè)定條件來判定，不存在人為干擾因素，能夠保證產(chǎn)品的一致性。如大尺寸工業(yè)平板電腦液晶屏、觸摸屏通過工裝夾具貼合可以提高貼合精度。

（3）自動化測試設(shè)計：基于工裝測試點、自動化測試工裝夾具設(shè)計自動化測試軟件，實現(xiàn)對PCBA進行自動化功能測試。借助機器視覺識別，快速掃描產(chǎn)品外觀，檢出產(chǎn)品外觀缺陷。

（4）MES系統(tǒng)應用：充分利用MES系統(tǒng)，正確掌握在制品數(shù)量、不良品的追蹤，及時反映產(chǎn)品質(zhì)量問題，追溯品質(zhì)歷史，提高產(chǎn)品品質(zhì)。