第三单元 智能生活 学习目标 （1）体会人工智能给人们带来的便利。 （2）能结合案例理解扫码乘车、刷脸乘车和车牌识别的基本工作原理。 （3）能在生活中寻找应用人工智能的案例，分析其工作过程。 随着人工智能的发展，人工智能的很多产品进入了人们的生活。智能家居、 智能机器人、智能设备和在线生活方式时时刻刻都在影响着人们。如图3-1 所 示，从早上起床开始，人们的出行方 式、学习方式、工作方式和生活方式方 方面面都受到人工智能的影响。车牌识 别、扫码乘车、刷脸解锁、刷脸乘车、 购物推送、远程家电控制等节省了人们 的时间和精力，让大家有更好的生活体 验。同学们想过这些智能产品的工作原 理吗？是否想尝试设计一种？ 图3-1　智能生活 Rgnzw五册.indd 37 2023/5/5 9:13:57 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 第一课　扫码乘车 周末图图和妈妈计划乘公交车去奶奶家，公交车到达后，妈妈发现忘记带 公交卡了，身上还没有零钱，图图妈妈正在犯愁如何解决时，发现身边的年轻 人都在用手机扫码上车。原来在现在移动支付的时代，每天都有许多不带现金、 没有零钱或没有公交卡的“新乘客”乘车，于是就出现了公交和地铁的扫码支 付系统，大家只要携带手机，打开小程序或App 就可以乘车，非常便捷，如图3-2 所示。 图3-2　扫码乘车 聪明的大脑 图图帮助妈妈下载了App，顺利完成了扫码乘车。在公交车上，他联想到 Rgnzw五册.indd 38 2023/5/5 9:14:50 第三单元 智能生活 了自动售卖机，自动售卖机是扫码支付、出货物，跟扫码乘车原理类似。他想 到自己学习的人工智能知识，自己也想设计一台可以扫码乘车的系统。他在脑 海里构想了系统所需的零件、整体结构和程序流程图。 AI 大挑战 研究扫码乘车的原理；准备所需要的零件；构思系统整体的结构；绘制程 序流程图；完成扫码乘车系统的设计与制作。 准备好了 （1）工具（设备）：AI9 编程软件和计算机。 （2）材料：AI9 主控器、AI 视觉模块、中型电机、结构零件。 奇思妙想 大家了解了扫码乘车在生活中的应用，也来动手做一个可以扫码乘车的机 器人吧，将方案设计图画在表3-1 中。 表3-1　方案设计 方案设计图创意想法 Rgnzw五册.indd 39 2023/5/5 9:15:41 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 大显身手 1. 实践案例 扫码乘车系统需要选择视觉传感器，视觉传感器的主要功能是获取足够的 机器视觉系统要处理的最原始图像，由一个或者两个图形传感器组成，有时还 要配以光投射器及其他辅助设备。在项目模拟过程中，选择AI9 视觉模块、AI9 电机和结构件进行设计和搭建硬件结构。在软件中实现二维码的识别。 2. 实践流程图 请同学们思考该项目制作调试的顺序是怎样的，尝试写出制作调试的流程 图，如表3-2 所示。 表3-2　制作调试流程图 制作调试流程图备注 请根据程序流程图尝试编写扫码乘车系统的程序，并进行调试。程序流程 图如图3-3 所示。 3. 实践步骤 （1）搭建扫码乘车系统主框架结构。扫码乘车硬件结构如图3-4 所示。 （2）安装扫码乘车系统的控制器和视觉模块。 Rgnzw五册.indd 40 2023/5/5 9:15:41 第三单元 智能生活 图3-3　程序流程图 图3-4　扫码乘车硬件结构 （3）编写控制程序，参考程序如图3-5 所示。 小贴士 制作过程中注意结构设计的合理性，避免出现倾倒等问题。 Rgnzw五册.indd 41 2023/5/5 9:15:44 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 图3-5　参考程序 我的小成就 通过本节课的学习，大家了解了扫码乘车，快来体验一下并评价它的相关 内容。填写五星指标来完成表3-3。 表3-3　扫码乘车评价表 评价内容评价 人工智能对人类生活的影响☆☆☆☆☆ 扫码乘车系统的工作过程理解☆☆☆☆☆ 视觉传感器的原理☆☆☆☆☆ 扫码乘车系统的设计与制作☆☆☆☆☆ AI 爱创新 扫码在生活中有很多应用，思考生活中有哪些事情可以通过扫码来解决。 Rgnzw五册.indd 42 2023/5/5 9:15:44 第三单元 智能生活 第二课　刷脸乘车 周末灵灵准备乘坐公交车去科技馆参加期待已久的科技活动，活动时间快到 了，灵灵急急忙忙赶到公交站，准备上车时她才发现自己忘记带公交卡。灵灵出 来时没有带零钱，正在灵灵不知道怎么办时，一位阿姨了解情况后帮她付了公交 费。灵灵非常感激阿姨对自己的帮助，心想自己以后也要向阿姨学习多帮助身边 有困难的人。这件事情也引发了灵灵关于乘车问题的思考，她想起和妈妈去银行 取钱时忘记带银行卡但能通过刷脸来办理业务，那能不能通过刷脸来乘车呢？ 聪明的大脑 灵灵与AI 小博士交流了自己的想法，AI 小博士夸奖灵灵越来越善于思考 了，他告诉灵灵随着科技的快速发展，生活中很多事情都可以通过刷脸来解决， AI 小博士建议灵灵先思考刷脸时是怎样进行人脸识别的，然后再去设计制作刷 脸乘车装置。灵灵找来图图，两人对着镜子你看看我、我看看你，灵灵发现自 己是圆脸而图图是长脸，图图观察到灵灵比自己眼睛大，看着看着两个人突然 恍然大悟，人脸识别是要采集人脸特征来进行的，他们又查找了相关资料，并 开始设计、制作刷脸乘车装置。 AI 大挑战 为了更好地完成这种刷脸乘车装置的制作，灵灵决定先弄清刷脸乘车装置 的工作原理，再进行硬件的搭建和程序控制，并对整个完成过程进行设计。设 计过程如图3-6 所示。 Rgnzw五册.indd 43 2023/5/5 9:15:44 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 图3-6　设计过程 首先要弄清楚刷脸乘车装置的工作原理。亲爱的同学们，来和灵灵一起完 成吧！ （1）用（）能够检测人脸特征，从而实现人脸识别。 （2）人脸识别后，用（）打开道闸。 准备好了 工具（设备）：AI9 主控器、AI 视觉模块、中型电机、计算机等。 奇思妙想 灵灵用结构图的形式从机械原理、模块编程两方面构思了刷脸乘车装置的 设计，如图3-7 所示。 图3-7　设计结构图 Rgnzw五册.indd 44 2023/5/5 9:15:48 第三单元 智能生活 图图总结出刷脸乘车装置的工作步骤，如表3-4 所示。 表3-4　刷脸乘车装置的工作步骤 步骤说明 步骤1 刷脸乘车装置检测到人脸 步骤2 刷脸乘车装置提取人脸特征 步骤3 刷脸乘车装置将提取到的人脸特征与模型对比 步骤4 刷脸乘车装置对比后做出判断 步骤5 判断后打开道闸或保持其关闭状态 步骤6 循环模块保持程序重复执行 大显身手 1. 实践案例 人脸识别技术是基于人的脸部特征，对输入的人脸图像或者视频流首先判 断其是否存在人脸，如果存在人脸，则进一步给出每张脸的位置、大小和各个 主要面部器官的位置信息。依据这些信息，进一步提取每个人脸中所蕴含的身 份特征，并将其与已知的人脸进行对比，从而识别每个人脸的身份。人脸识别 系统识别流程如图3-8 所示。 图3-8　人脸识别系统识别流程 Rgnzw五册.indd 45 2023/5/5 9:15:50 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 2. 实践流程图 人脸识别程序设计流程图如图3-9 所示。 图3-9　人脸识别程序设计流程图 3. 实践步骤 （1）刷脸乘车装置硬件搭建如图3-10 所示。 （2）编写程序，开启人脸检测模式，设置人脸检测阈值为50，识别录入 至少三张人脸，命名为1、2、3，程序图如图3-11 所示。 小贴士 制作过程中需要设置人脸检测阈值。 Rgnzw五册.indd 46 2023/5/5 9:15:57 第三单元 智能生活 图3-10　刷脸乘车装置硬件搭建 图3-11　刷脸乘车装置程序图 Rgnzw五册.indd 47 2023/5/5 9:15:58 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 （3）新建变量name，将初始值设为0，执行while-true 循环，将name 设 为检测到最大人脸的名称，当name 为1 时开启道闸，当name 为2 时开启 道闸，当name 为3 时开启道闸；否则，当name 不等于1、2、3 时保持道闸 关闭。 我的小成就 通过本节课的学习，大家了解了刷脸乘车，快来体验一下并填写表3-5。 注：五角星的数量越多代表知识的掌握程度越好，同学们，快来比一比谁能获 得更多的五角星吧！ 表3-5　刷脸乘车装置评价表 评价内容评价 我弄清楚了刷脸乘车装置的工作原理☆☆☆☆☆ 我能搭建出符合要求的刷脸乘车装置☆☆☆☆☆ 我学会了使用编程的视觉模块☆☆☆☆☆ 我搭建的刷脸乘车装置能快速、准确地实现刷脸功能☆☆☆☆☆ AI 爱创新 今天大家学习制作了刷脸乘车机器人，你知道识别人脸时需要提取哪些特 征吗？请同学们准备一张人脸图片或照片，在上面标记出人像特征点。 人脸识别技术具有精准识别、直观性好、适用性强、安全性好和功能强大 等功能特点，它融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理于一体，利用计 算机图像处理技术从视频中提取人像特征点，利用生物统计学的原理进行分析， 建立数学模型，即人脸特征模板。利用已建成的人脸特征模板与被测者的人的 Rgnzw五册.indd 48 2023/5/5 9:15:58 第三单元 智能生活 面像进行特征分析，根据分析的结果给出一个相似值，通过这个值即可确定是 否为同一人。人脸特征提取如图3-12 所示。 图3-12　人脸特征提取 Rgnzw五册.indd 49 2023/5/5 9:16:01 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 第三课　车牌识别 图图最近发现爸爸妈妈的手机银行很多时候需要刷脸验证，他跟爸爸妈妈 请教了刷脸验证的原理。从爸爸妈妈那里听到了图像识别、语音识别和文本识 别这些文字。他非常好奇，就在网上查找了图像识别的相关内容，发现原来生 活中有这么多的应用。在网上看着人工智能的应用视频，他心想如果我也能用 人工智能解决一些生活问题就好了，他开始细心观察生活，寻找需要解决的问 题。刷脸验证如图3-13 所示。 图3-13　刷脸验证 聪明的大脑 图图所住的小区行人和车辆进入是由门卫遥控放行的，有时候车辆到位后 Rgnzw五册.indd 50 2023/5/5 9:16:04 第三单元 智能生活 门卫没有及时开门，车辆需要等待，这样很容易造成多辆汽车等待。图图想如 果小区的大门能够自动识别车牌号码，这样就不会出现类似情景了。图图开始 计划设计一套车牌自动识别系统，他在跟家人一起去停车场时仔细观察了车牌 识别系统的工作过程，发现车辆偶尔角度比较大时，自动识别系统有时候就不 工作。图图通过跟长辈请教和查阅资料，了解了车牌识别系统的工作原理，他 开始尝试设计自己的车牌识别系统。车牌识别如图3-14 所示。 图3-14　车牌识别 AI 大挑战 任务一：设计并制作一个车牌识别机器人。 任务二：选择视觉传感器来完成车牌文本信息识别。 任务三：检测到指定车牌文本信息，开启智能闸机。 准备好了 （1）工具（设备）：AI9 编程软件和计算机。 （2）材料：AI9 主控器、AI 视觉模块、中型电机、结构零件。 Rgnzw五册.indd 51 2023/5/5 9:16:07 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 奇思妙想 大家学习了车牌识别的原理，完成表3-6 中的方案设计图。 表3-6　方案设计 方案设计图创意想法 大显身手 1. 实践案例 车牌识别系统需要选择视觉传感器，视觉传感器的主要功能是获取足够的 机器视觉系统要处理的最原始图像，主要由一个或者两个图形传感器组成，有 时还要配以光投射器及其他辅助设备。在项目模拟过程中选择AI9 视觉模块、 AI9 电机和结构件进行设计和搭建硬件结构。在软件中实现车牌字符分割和车 牌字符识别。车牌识别硬件结构如图3-15 所示。 图3-15　车牌识别硬件结构 Rgnzw五册.indd 52 2023/5/5 9:16:07 第三单元 智能生活 2. 实践流程图 请同学们思考该项目制作调试的顺序是怎样的，尝试写出制作调试的流程 图，并填入表3-7 中。 表3-7　制作调试的流程图 制作调试流程图备注 请根据程序流程图（见图3-16）尝试编写车牌识别系统的程序，并进行 调试。 图3-16　程序流程图 Rgnzw五册.indd 53 2023/5/5 9:16:14 人工智能教育（第五册）人工智能与社会 3. 实践步骤 （1）搭建车牌识别系统主框架结构。 （2）安装车牌识别系统的控制器和视觉模块。 （3）编写控制程序，参考程序如图3-17 所示。 图3-17　参考程序 小贴士 制作过程中注意结构设计的合理性，避免出现倾倒等问题。 Rgnzw五册.indd 54 2023/5/5 9:16:14 第三单元 智能生活 我的小成就 通过本节课的学习，大家了解了车牌识别，快来体验一下并评价它的相关 内容。根据体验，利用五星指标完成表3-8。 表3-8　车牌识别评价表 评价内容评价 人工智能对人类生活的影响☆☆☆☆☆ 车牌识别的工作过程理解☆☆☆☆☆ 视觉传感器的原理☆☆☆☆☆ 车牌识别系统的设计与制作☆☆☆☆☆ AI 爱创新 单摄像头车牌识别系统存在车牌角度问题，是否能设计双摄像头的车牌识 别系统，请查阅资料了解双摄像头识别系统的原理，并尝试设计与制作。 Rgnzw五册.indd 55 2023/5/5 9:16:14 Rgnzw五册.indd 56 2023/5/5 9:16:37