本發明涉及智能家居，具體為一種擬人化情感交流陪伴型智能臺燈。

背景技術：

1、隨著人們對智能家居需求的不斷提升，期望臺燈不僅能提供照明，還能像智能伙伴一樣，理解人的需求、情緒，做出更自然、人性化的反饋。

2、而現有技術中的臺燈功能較為單一，大多僅具備基本的照明調節功能，如亮度、色溫調節等，部分智能臺燈雖能通過手機app進行遠程控制，但人機交互方式局限于簡單的指令操作，缺乏情感互動和智能感知能力。

3、為此，推出一種擬人化情感交流陪伴型智能臺燈。

技術實現思路

1、本發明的目的就在于為了解決背景技術中所指出的問題，而提出一種擬人化情感交流陪伴型智能臺燈。

2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：一種擬人化情感交流陪伴型智能臺燈，包括智能組件，智能組件包括交互分析模塊、擬人化交互模塊以及用戶指令模塊；

3、交互分析模塊用于設定圖像采集的時間間隔；由用戶進行設定；在到達用戶所設定的時間間隔后，采集用戶在當前時間點的圖像信息預處理后進行綜合評估，判定用戶在當前時間點的情緒狀態；情緒狀態包括開心、悲傷以及疲憊；

4、其中預處理包括格式轉換、歸一化以及增強等；

5、擬人化臺燈具備可靈活轉動的燈臂，采用獨特的多自由度機械結構設計，例如可實現上下、左右轉動，方便調整光線角度，同時保證靈活且穩定的轉動，燈體上配備高清攝像頭，用于捕捉用戶的面部表情、肢體動作；內置高靈敏度麥克風和揚聲器，用于語音識別、聲音采集和交流；搭載led燈源，可實現多種燈光效果，如模擬自然光變化、根據氛圍調節色彩等。攝像頭與麥克風進行精準布局，確保全方位、無死角的信息采集；

6、具體為：

7、收集包含不同面部表情的圖像數據；不同面部表情包括開心、悲傷以及疲憊等；這些數據可以來自公開數據集，也可以通過臺燈自身的攝像頭在實際使用場景中收集。

8、對收集到的圖像進行預處理，包括圖像縮放(將所有圖像統一縮放到固定尺寸，如224x224像素)、歸一化(將圖像像素值歸一化到[0,1]范圍)、數據增強(如隨機旋轉、翻轉、亮度調整等，以增加數據的多樣性，提高模型的泛化能力)；

9、構建cnn模型，可采用經典的架構如vgg、resnet等，也可以根據實際需求進行自定義設計。例如，一個簡單的cnn模型可以包含多個卷積層、池化層和全連接層。

10、使用預處理后的數據對cnn模型進行訓練，采用交叉熵損失函數來衡量模型預測結果與真實標簽之間的差異，通過隨機梯度下降更新模型的參數，并獲取cnn模型的準確率、精確率以及召回率；

11、將cnn模型的準確率、精確率以及召回率分別與對應設定的權重系數相乘，然后求和得到cnn模型在訓練過程中的綜合評估指數；若綜合評估指數高于預設的參考指數，則判定cnn模型性能達到了預期，反之則進行對cnn模型進行訓練直至綜合評估指數高于預設的參考指數；

12、將訓練好的cnn模型集成至交互分析模塊中，通過臺燈的攝像頭實時采集用戶的面部圖像，對采集到的圖像進行預處理后輸入到cnn模型中，得到用戶情緒狀態的判定結果；

13、精準的情緒識別：通過構建和訓練cnn模型，能夠準確識別用戶的面部表情和情緒狀態，如開心、悲傷、疲憊等。這使得擬人化臺燈不再僅僅是一個照明設備，而是具備了感知用戶情感的能力，為后續的擬人化交互提供了堅實基礎；

14、穩定且高效的模型性能：在模型訓練過程中，通過計算綜合評估指數(將準確率、精確率和召回率分別與對應權重系數相乘后求和)來判斷模型性能。只有當綜合評估指數高于預設參考指數時，才認為模型性能達到預期，否則持續訓練。這種方式確保了模型在實際應用中的可靠性和有效性，能夠穩定地為用戶提供準確的情緒識別服務；

15、適應不同場景的能力：通過數據增強技術(如隨機旋轉、翻轉、亮度調整等)增加了訓練數據的多樣性，提高了模型的泛化能力；這意味著模型能夠在不同的光照條件、拍攝角度等實際使用場景下，依然保持良好的識別性能，增強了臺燈在各種環境中的適用性；

16、先進的深度學習應用：采用卷積神經網絡(cnn)進行圖像識別，結合交叉熵損失函數和隨機梯度下降優化算法進行模型訓練，是深度學習技術在智能家居領域的有效應用，這種先進的技術方案使得臺燈能夠具備強大的圖像識別和情緒分析能力，推動了智能家居產品向智能化、擬人化方向發展。

17、情感互動模塊用于接收用戶情緒狀態的判定結果，并執行相應的操作；

18、設定不同情緒狀態分別對應一個臺燈的燈臂動作、燈光效果以及語音輸出內容，基于用戶的情緒狀態結果，輸出對應的燈臂動作、燈光效果以及語音輸出內容；

19、用戶處于開心情緒：

20、燈臂動作接收到用戶開心的判定結果后，向燈臂控制單元發送指令，使燈臂進行歡快的動作；例如，燈臂快速左右擺動，幅度逐漸增大，模擬跳舞的姿態；或者燈臂進行有節奏的旋轉，轉速適中且富有韻律，仿佛在與用戶一同慶祝喜悅。

21、燈臂動作的頻率和幅度可以根據用戶開心的程度進行動態調整，如果模型判定用戶處于極度開心狀態，燈臂動作會更加劇烈和頻繁；若只是輕微開心，動作則相對柔和、緩慢。

22、控制led燈源切換到明亮且色彩鮮艷的燈光模式。例如，發出五彩斑斕的光芒，燈光顏色可以按照一定的順序循環變換，如紅-橙-黃-綠-藍-紫，營造出歡快、活潑的氛圍。

23、燈光的閃爍頻率也可以與燈臂動作相配合，形成協同的視覺效果。例如，當燈臂擺動到最高點時，燈光閃爍一次，增強整體的互動感。

24、語音輸出通過揚聲器播放歡快的語音內容，如“看起來你心情很不錯呀，希望這份快樂一直延續下去！”或者播放一些幽默風趣的笑話、輕松的問候語，進一步提升用戶的愉悅感。

25、還可以根據用戶的歷史偏好，選擇用戶喜歡的音樂風格進行播放，如流行音樂、歡快的兒歌等，讓用戶在聽覺上也能享受到愉悅的體驗。

26、用戶處于悲傷情緒：

27、控制燈臂緩慢下垂，并且微微顫抖，仿佛在表達對用戶的同情和安慰。燈臂的下垂角度可以根據用戶悲傷的程度進行調整，悲傷程度越深，下垂角度越大。

28、同時，燈臂可以進行輕柔的左右擺動，幅度較小且頻率較低，給用戶一種溫柔安撫的感覺。

29、燈光效果將led燈源調整為柔和、溫暖的光線，如淡黃色或淡粉色的光，避免強光刺激用戶的情緒，燈光的亮度可以逐漸降低，營造出安靜、舒緩的氛圍。

30、燈光可以以一種緩慢的呼吸式變化，即亮度逐漸增強再逐漸減弱，模擬人類的呼吸節奏，給用戶帶來一種平靜、放松的感覺。

31、語音輸出揚聲器發出溫柔、安慰的語音，如“別難過啦，我會一直陪著你的。”或者分享一些勵志的故事、溫暖的話語，幫助用戶緩解悲傷情緒。

32、還可以通過語音引導用戶進行深呼吸、放松肌肉等簡單的放松練習，幫助用戶調整情緒狀態。

33、用戶處于疲憊情緒：

34、控制燈臂緩慢地調整到一個合適的角度，例如將燈臂向下傾斜，使光線聚焦在桌面的特定區域，為用戶提供更舒適的照明環境。同時，燈臂可以輕微地前后晃動，仿佛在輕輕地為用戶按摩。

35、燈光效果把led燈源調整為暖黃色的光線，亮度適中且穩定，減少眼睛的疲勞感。可以適當降低燈光的飽和度，使光線更加柔和。

36、燈光可以設置為定時閃爍的模式，例如每隔幾分鐘閃爍一次，提醒用戶適當休息，但閃爍的頻率不宜過高，以免打擾用戶。

37、語音輸出揚聲器發出溫馨的提醒語音，如“你已經辛苦了很久啦，休息一下吧，喝口水，放松放松眼睛。”同時，還可以提供一些簡單的緩解疲勞的建議，如伸展運動、眼部按摩等；

38、用戶指令模塊用于設定初始喚醒詞，用戶在通過設定的初始喚醒詞喚醒臺燈后，臺燈通過預先布設的麥克風采集用戶所發出的語音指令并發送至擬人化交互模塊；

39、擬人化交互模塊用于接收用戶所發出的指令并進行解析，基于解析的結果執行相應的操作；

40、具體為：

41、首先使用預訓練的語音識別模型將數字音頻數據轉換為文本信息；該模型經過大量語音數據的訓練，能夠適應不同的口音和語速；將轉換后的文本信息輸入預先構建的數據庫內進行匹配；

42、數據庫對文本信息進行預處理，預處理包括分詞和去除停留詞，預處理完成后統計每個詞語在文本中出現的頻率，構建一個向量，向量的每個維度對應一個詞語，維度的值為該詞語在文本中出現的頻率；

43、對于轉換后的文本向量和數據庫中每個指令向量，使用余弦相似度公式計算它們之間的相似度，并選擇余弦相似度最高的指令作為解析的結果；

44、基于解析的結果執行相應的操作，具體為：

45、若解析結果為查詢明天的天氣，擬人化交互模塊會通過網絡接口訪問天氣查詢api，獲取相關天氣信息，然后，控制揚聲器將天氣情況告知用戶，同時可能會配合燈臂轉向窗戶方向的動作；

46、當用戶詢問某個知識點，如“地球的直徑是多少”，擬人化交互模塊會調用在線知識平臺進行查詢，并將查詢結果以設定語言反饋給用戶；

47、若指令為調整燈光亮度，擬人化交互模塊會根據預設的亮度調節規則，向燈光控制單元發送指令；

48、當用戶發出“把燈臂向左轉”的指令時，擬人化交互模塊會控制燈臂的驅動電機，使燈臂按照指定的方向轉動到合適的角度；

49、如果用戶要求播放某首歌曲，擬人化交互模塊會連接到音樂播放平臺，搜索并播放該歌曲。同時，控制燈光隨著音樂的節奏進行閃爍變化，燈臂也可以做出相應的舞動動作，營造出歡快的氛圍。

50、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

51、本發明借助交互分析模塊構建并訓練cnn模型，臺燈能夠精準識別用戶開心、悲傷、疲憊等情緒狀態，情感互動模塊依據這些結果，匹配相應的燈臂動作、燈光效果和語音輸出，實現深度情感交互，用戶開心時，臺燈燈臂歡快舞動、燈光五彩閃爍并播放歡快語音及音樂；用戶悲傷或疲憊時，臺燈通過柔和燈光、安撫語音和舒適照明環境給予關懷，真正成為用戶的情感陪伴伙伴；

52、本發明通過用戶指令模塊設定喚醒詞并采集語音指令，擬人化交互模塊運用預訓練語音識別模型和余弦相似度匹配算法解析指令，進而執行多樣化操作，滿足用戶多種日常需求，極大地拓展了臺燈的功能邊界；

53、本發明通過多自由度機械結構設計的燈臂、高清攝像頭、高靈敏度麥克風、揚聲器以及可實現多種效果的led燈源，共同構建起全方位的交互硬件基礎。