王家班的驕傲─智慧型控制與影像處理實驗室 (ICIP Lab.)

文/張翔皓（電機四）、莊淳富（電機博四）、劉欣宇（電機博三）

試想：除了乒乓球練習機之外，還有可以和你一起打曲棍球的機器人；當你在大賣場購物時，有一個機器人自動跟隨著你，不用再煩惱推車該往哪裡放；腦海中浮現一段旋律時，可以讓打擊樂器機器人記住你所敲打的旋律；螢幕上的影像不再一成不變，隨著你的視角改變，能夠讓你置身3D的世界中。

這些都已經不是科幻電影中的情節，在王文俊教授所主持的智慧型控制與影像處理實驗室 (ICIP Lab.) 已逐步成真，作品不但在在饒富趣味，同時也屢屢獲得各大獎項鼓勵。在校園中，王教授的團隊有個響噹噹的名號─王家班。對整個實驗室團隊而言，這塊金字招牌可是歷屆學長用心努力打造的成果。

王文俊教授於中央大學任教，匆匆已經22個年頭了。他秉持著凡事盡心盡力的理念，因此不但獲頒2008年美國電機電子工程師學會會士IEEE Fellow，還拿過三次國科會研究傑出獎、二次的龍騰論文獎、六次旺宏金矽獎，以及六次的旺宏金矽獎最佳指導教授獎等獎項。同樣的，他所帶領的學生也在他的指導下，亦時常獲得獎項與肯定，如：歷年旺宏金矽獎、2009校園創意節電大賽第一名與佳作等。王教授帶學生時，注重學生實作與理論兼具，同時與國外學術單位和學術團體也有密切的交流關係。他深知做研究是不能閉門造車，因此經常鼓勵學生參加競賽，觀摩其他學校的研究。

王教授曾經擔任過台北科技大學研發長，以及國立暨南大學科技學院院長，他認為中央雖然人數不多，但這也是其優點，老師因此可以花更多的時間在每個學生身上。身為電機系的教授，王教授認為電機系學生略顯自信心不足，但在求學的態度方面則是實事求是，在分析事情上條理都很清楚明確。

實驗室介紹
王文俊教授所帶領的實驗室名為智慧型控制與影像處理實驗室 (Intelligent Control and Image Processing Lab，簡稱ICIP Lab)，主要研究領域為模糊控制與系統 (Fuzzy Control and Systems)、機器人 (Robots)、影像處理 (Image Processing) 等相關理論或應用研究。該研究室團隊約有博士班學生八名，碩士班學生九名。王教授一直以嚴格帶學生出名，給學生充分的資源與設備，但也要學生盡全力作出最好的研究成果。王教授當初攻讀研究所是走純理論的研究，而「王家班」為何會注重實作機器人，是因為現在的碩士班學生較喜愛做實作，喜歡多些實作經驗，然而現今社會也逐漸重視實作能力；此外，機器人是目前當紅的發展方向之一，可以橫跨很多領域，如結合影像、嵌入式系統、Chip設計、控制器設計、演算法設計等。雖然也許沒有辦法像其他專門系所之研究專精，但是在跨領域方面的學習則可以很快上手。即使將來未於控制領域發展，但在其他領域之專業，如機械、半導體、軟體或是影像處理，仍可迅速銜接。加上研究成果往往會有實際成品，相對較能給予學生成就感，因此王教授在該領域上始終樂此不疲。這是王家班的實驗室網址：http://www.ee.ncu.edu.tw/~fuzzylab/

研究靈感來源
王文俊教授是如何與學生討論出研究題目的呢？王教授舉了個例子，現今網路發達，像是 YoutTube 這類的網站，學生可以自己上去看看各國機器人的影片，藉由觀察其他機器人的開發方向而觸類旁通，將是個很好的開發方法。此外，所選的參考影片，最好是可以跟就業市場接軌，而不只是純娛樂。同時，也把自己的成果作品也放上YouTube讓大家觀看，藉由點閱率及瀏覽者的評論，而知道所設計的作品是否得到大家的喜愛。若點閱反應冷落，則表示該作品是否不夠吸引人，是否還有改進空間；若有相關評論，也將其納為參考意見。隨時隨地「看看別人，想想自己」，研究靈感將源源不絕。這是王家班的 Youtube 網址http://www.youtube.com/user/ncufuzzylab

實驗成果
具跟隨與搭乘電梯之機器人─小跟班

此機器人於2009年旺宏金矽獎擊敗了兩百多組參賽隊伍，獲得了金獎的榮耀，小跟班主要具備了兩項功能：

1、跟隨主人功能：

此機器人利用主人身上配帶的紅外線光源裝置鎖定主人位置、再利用紅外線距離感測器偵測與主人之間的距離，以達成跟隨的功能。此外，當主人轉彎或是繞圓柱時，機器人也能緊緊地跟在主人後面。若主人消失不見，機器人則會依照主人消失的方向搜尋。而在跟隨過程中，靠著配置在下方的紅外線感測器，使機器人遇到障礙物時，會做橫向平移避障的動作。王文俊教授表示：「像這樣的機器人就可以加裝載物的機構，跟在主人後面達到載運重物的功能，可以帶給人們不少便利。」
機器人的硬體設計（機器人機構、驅動版、控制板、電源版等）、程式以及板子電路的安排（洗板子）、電源、馬達驅動皆為實驗室自行設計。首先尋找適合的IC測試，再寫進程式控制，像是控制馬達或是紅外線光源裝置的功能，都是自已從無到有製作而成。
在實驗的過程中曾經遇到機器人跟不上人類速度的問題，因為人走路速度很隨機，也很快，如何準確及快速跟隨人是最需克服的部分，因此馬達的選擇與演算法的撰寫便格外重要。

2、搭乘電梯功能：

除了跟隨主人外，小跟班還具備了搭乘電梯的功能。許多輪型機器人的活動範圍通常都只限於一個空間，而小跟班能利用身上的機器手臂自主壓按電梯按鈕達到搭乘電梯的功能。因此，小跟班除了可以在同一樓層跟隨主人外，主人也可以指定其它樓層，讓小跟班自動搭乘電梯前去服務其它人。
因此小跟班身上配有一隻機器手臂，該機器手臂上裝有一個CCD。小跟班會利用CCD擷取電梯的影像並進行影像處理，抓取電梯門外上下樓的按鈕、電梯門開關的判斷與電梯內部樓層的按鈕，模仿人類搭乘電梯的流程並完成整個搭乘電梯的動作。在整個過程中，電梯按鈕的辨識與機器手臂壓按按鈕的準確度就非常重要，些許的誤差都會導致影像辨識錯誤與按鈕壓按失敗。
但由於每棟大樓電梯規格都不盡相同，因此目前小跟班的設計是為特定的大樓量身訂做，在未來的研究裡，王家班會朝著讓小跟班能搭乘各式各樣的電梯而努力。


智慧型撿乒乓球機

此機器人在2009年旺宏金矽獎也獲得了銅獎。機器人主要可自行辨識乒乓球的顏色，然後搜尋乒乓球並收集之。機器人本身有避障機制，在碰撞到牆壁或是障礙物時，會自行退開並離開障礙物範圍，並且不會闖進貼有黑線的打球區裡。而當收集完乒乓球後，會自動的回到乒乓球收集站，將乒乓球倒入收球盒中後繼續執行撿球工作。
機器人的整體架構是市面上的吸塵器，自行加裝單晶片、影像模組與感測器，並改裝機器人身上的馬達與集球機構。由於整個演算法則都是在單晶片上執行，在寫程式的部份曾遇到不少困難，有時候要得靠經驗法則來解決。將來是希望能加快機器人的撿球速度，讓機器人能更有效率地為打球者服務。

具模仿學習與旋律辨識之打擊樂器機器人

顧名思義，機器人會聆聽演奏者彈奏完後的音階與旋律，進行聲音辨識後彈奏出一樣的歌曲。旋律辨識的部份，演奏者只需要彈出歌單中隨意的兩個小節，機器人會根據內建歌單中的曲目，找出該演奏歌曲為何，並演奏出來。由於機器人是兩手彈奏，因此它能自行辨識出雙部的曲目並演奏。而在彈奏雙部曲目的過程，機器人會依最短的路徑敲打音磚以配合曲目的節拍。
機器人硬體部份是購買現成的機器人，再依照需求自行組合出想要的部份，再配合音磚組合成一台可敲打音磚之機器人。而整套演算法的設計都是在電腦上自行選寫而成。


影像偵測技術應用於3D互動環境

主要設計了一個3D環境，利用影像偵測的技術讓使用者彷彿身處於3D環境之中。其方法利用了影像偵測抓取人臉的位置，可以讓3D的視野跟著改變，藉以模擬前方物體存在，譬如說一般的3D影像，當觀者視角改變時，該物體之視角並不會跟著改變，而運用此技術則可以達到改變物體視角的效果。
此機器人主要測定依據是人臉嘴唇的位置(利用眉心到嘴巴的距離)，因為人臉靠近螢幕的時候，眉心到嘴巴的長度會變長，遠離會變短，以此作為判定人與螢幕是靠近或是遠離螢幕。至於需要克服的地方則是Z軸的位移，因為以單一鏡頭很難做深度的判斷，所以在這方面目前無法判斷前進或後退的位移是多少。除此之外，影像結合3D要傳遞訊號是較為困難的部份。
機器人應用不只是在電玩上，也可以應用在虛擬博物館或是3D電影等。本專題強調花費要低，也不用配戴任何的感測器。王文俊教授表示：「像Wii要感測感應器，且價格不便宜，而以Webcam來設計，則可以較低的價格實現，在市場較具有價值。」


王家班還有個獨特點，便是學生向心力極強。王家班實驗室網頁，經常有「王老師的話」為題的文章，那是王教授藉此語重心長的囑咐同學作事、作研究的基本態度，令學生感受他的關心與期許，而學生也的確戰戰兢兢地回應王老師的要求。如果說王家班研究突出，那是王教授與實驗室的每一位同學共同經營的成果。

大量閱讀的重要性─李家同榮譽教授演講

10月13日李家同榮譽教授親臨中央大學演講，題為：「大量閱讀的重要性」。現場座無虛席，亦有外系學生、教職員以及校外人士到場親睹風采。

儘管李教授已在其他場合就此題目發表他個人見解，然而，台灣學生普遍缺乏閱讀習慣與品味的問題仍須持續關注，李教授盡一己之力，大聲疾呼，希望能夠喚起所有人對於閱讀的重視。
李教授於演講中開宗明義地表示，我國學童存有嚴重的教育程度落差，除了城鄉差距之外，沒有培養閱讀習慣以及學校教育也是原因。缺乏閱讀習慣，容易造成生活常識不足，造成理解困難或表達能力不足，從而使學生成績低落，學習意願不振。有些學生數學、理化成績欠缺理想，究其原因是題目理解困難；同樣的，研究生雖然實驗做得好，但因為表達能力差，影響了成績。他認為學校鼓勵學生抓重點的教學方式，使得學生無法清楚表達自己思想，因此思慮無法連貫，缺乏中心思想。唯有透過大量的閱讀，才能得到改善。

然，就算有閱讀習慣，還得有閱讀的品味。時下年輕人愛看的網路文章，容易有邏輯不通的問題，影響年輕人的表達能力。李教授建議，不妨多讀社論等方塊文章，或是法官判決與偵探小說。他笑稱，法官判決是因為邏輯夠強，有辦法自圓其說。偵探小說邏輯也強。他特別推薦英國作家阿嘉莎克莉絲蒂的偵探系列。他表示，克莉絲蒂的作品幾乎毫無邏輯破綻。除了閱讀之外，瀏覽國外新聞網站，接觸國際消息也能豐富學生常識，增進理解力與表達內容。
李教授亦特別推薦幾本經典著作，如一個都不留(克莉絲蒂)、蒼蠅王(高汀)、白鯨記(梅維爾)、深河(遠藤周作)、隱形人（H. G. 威爾斯）等，以及幾部經典電影，如「單車失竊記」、「天涯一孤雛」等。

李教授表示，國內的國文教育太奇怪，總強調經典的重要性，令他頗不以為然。他提醒，大師的話不一定經得起考驗；而我國教育往往過於強調「咬文嚼字」，常常摘出經典文章中的一兩句，要學生闡釋作者的原意。他以自己的經驗表示，有時作者的用字遣詞並不一定有特別的意思。硬是要揣摩作者原意太過勉強。他引用「作者已死」的理論，表示作品不應淪入咬文嚼字，而是該交由讀者自由詮釋。他鼓勵老師該讓學生表達對文章的看法。

於演講尾聲，他提出對現今出版品品質與媒體暴力的擔憂，並且勉勵同學閱讀。李教授強調，閱讀的習慣得在孩提時培養，否則就太遲。他認為，該強迫小孩子從小看經典，聽古典樂，從而使之變成習慣。同學於開放提問時間，發言踴躍，而李教授也以輕鬆坦然的態度面對同學各種提問─甚至包括對他文章的質疑，以及對於國語文教育的失望。他妙語如珠的回答，讓會場充滿了笑聲。90分鐘的演講，在熱烈的氣氛中圓滿結束。