智能硬件與嵌入式系統和英特爾Real Sense技術(shù)

摘要：本文基于全國嵌入式學(xué)術(shù)研討會(huì )，對智能硬件與嵌入式系統內容分析、回顧及對物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能硬件應該如何發(fā)展做出思考。同時(shí)文中介紹了英特爾Real Sense技術(shù)和應用。

智能硬件與嵌入式系統

　　復旦大學(xué)計算機系教授陳章龍：第一智能硬件背景，總結一下后智能手機的計算機業(yè)態(tài)是怎樣的。第二，在2011年，IDC曾經(jīng)提出來(lái)一個(gè)Smart System，實(shí)際上它也是在探討這一個(gè)過(guò)程。第三，2015年5月交大的有EMBA到美國考察說(shuō)，“中國在搞互聯(lián)網(wǎng)+，美國已經(jīng)進(jìn)入了新硬件時(shí)代”。今天的內容是這三個(gè)東西結合在一起，合成一個(gè)話(huà)題。

　　在集成電路領(lǐng)域有摩爾定律，那么在計算機里面，有一個(gè)貝爾定律。貝爾定律是什么呢?意思是每10到15年，計算機技術(shù)有一個(gè)重大演變，就是它的業(yè)態(tài)的一個(gè)轉變。實(shí)際上現在的情況，的確朝這個(gè)方向在走。

　　1946年，有了房間大小的計算機;17年之后，IBM推出IBM 360系列計算機;80年代IBM出現了PC臺式計算機，1994年開(kāi)始，開(kāi)始出現筆記本電腦。2000年開(kāi)始有智能手機?，F在開(kāi)始提出后智能手機時(shí)代。2014年，CES(國際消費類(lèi)電子產(chǎn)品展覽會(huì )nternational Consumer Electronics Show，簡(jiǎn)稱(chēng)CES)的會(huì )議上，Intel提出來(lái)后智能手機想法。

　　平均每10年，計算機要發(fā)生一次變化。那么后智能手機的時(shí)代以后，計算機是怎么樣的呢?這是業(yè)界都在考慮的問(wèn)題。2011年之際，有人提出了一個(gè)Smart System。這個(gè)概念提了以后，沒(méi)有在業(yè)界普及，很快被其他的聲音淹沒(méi)了，與此同時(shí)美國在互聯(lián)網(wǎng)大數據背景下，提出了以創(chuàng )客、極客為主要創(chuàng )業(yè)對象和新的硬件東西。這個(gè)所謂的硬件，不是常規的、國內可以復制的，而是指可以用節能的東西能夠得出來(lái)的一些硬件，用一些與眾不同的硬件。那么什么樣的人才叫創(chuàng )客呢?創(chuàng )客首先要有創(chuàng )意的理念，沒(méi)有創(chuàng )意的理念去搞創(chuàng )客，這是沒(méi)意思。換句話(huà)說(shuō)，建模式的創(chuàng )客，是創(chuàng )不出什么東西的。

　　現在很受大家歡迎的，工業(yè)4.0或者工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等是兩種不同的叫法。在德國，工業(yè)4.0是以實(shí)體的經(jīng)濟加上互聯(lián)網(wǎng)，就是+互聯(lián)網(wǎng)的形式;美國是互聯(lián)網(wǎng)+的方式。

　　以前互聯(lián)網(wǎng)都是碎片化，現在逐步晉升到行業(yè)化。大家也比較關(guān)注可穿戴的市場(chǎng)，那么這些巨大的市場(chǎng)，對于嵌入式系統提出了很高的要求。黃昌詳教授在國內首先提出一個(gè)新型“信念-物理融合系統”的CPS。那么什么是CPS呢?實(shí)際上是要對計算機的體系架構要有一個(gè)根本性的革命，舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，第一代計算機是46年誕生，現如今已有70年歷史，當時(shí)計算機做什么呢?就是做數字計算氣象預報，方程計算?，F如今，所謂物聯(lián)網(wǎng)世界等，物理世界的架構對象已經(jīng)變了。

　　前一個(gè)階段，嵌入式系統開(kāi)發(fā)應用的人，在平板手機的沖擊下迷失了方向，無(wú)論是互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，找不到自己的角色，就不能實(shí)行這個(gè)東西、很迷盲。比如大家一提到CPS，首先是變化，原來(lái)都是面向計算機，是面向對象的設計，現在是面向APP角色變化。其實(shí)是我們的對象是動(dòng)態(tài)的，一直在變，而以前都是靜態(tài)的變化，是非結構化的。那么計算機，特別是嵌入式系統怎么去適應這樣的變化。對于當前來(lái)講，陳章龍教授認為這兩個(gè)主題應該是可以很好地去考慮的。第一迷失了方向，無(wú)論是工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)，我們都要從我做起，從自我做起，把這個(gè)行業(yè)去融合進(jìn)去，從自我特長(cháng)做起。第二是安全相關(guān)基礎的硬件和軟件的設計。

Real Sense技術(shù)與IoT應用

　　Intel亞太研發(fā)公司湯迪遜：Real Sense是英特爾針對攝像頭開(kāi)發(fā)的一種技術(shù)，3D攝像頭簡(jiǎn)單。英特爾Real Sense其實(shí)是一種交互的手段，能夠更好地體現立體的場(chǎng)景。從原理上來(lái)說(shuō)是一模塊上兩個(gè)攝像頭，通過(guò)兩個(gè)攝像頭的位置差別，判斷出具體的場(chǎng)景深度的信息。深度的話(huà)，就有三維的概念在里邊，這樣可以通過(guò)三維信息去做很多事情。比如可以捕捉手勢、捕捉面部表情，或者把更好的把面部和背景分離開(kāi)來(lái)。因為面部距離和背景的距離是不一樣的，利用這樣的場(chǎng)景，可以更好地為場(chǎng)景中的物體建模。

　　對于整個(gè)Camera，產(chǎn)品線(xiàn)是包括兩類(lèi)FRONT-FANING和 REAR-FANING。但這兩類(lèi)其實(shí)在分法上只是針對這個(gè)筆記本和平板類(lèi)的分法，最大差別就是感知的距離不太一樣，FRONT-FANING是對著(zhù)前面的一個(gè)攝像頭，所以可能只需要1.5米左右的距離就足夠了。但是REAR-FANING是在平板后面有一個(gè)攝像頭對著(zhù)外面拍的，特別是戶(hù)外的場(chǎng)景，需要有比較長(cháng)的感知距離?，F在能夠做到比較精確的深度判斷是3米左右，那么過(guò)了3米之后它還能判斷，因為距離越長(cháng)它誤差就會(huì )越大，那希望今后能夠做到10米的比較精確的判斷，這樣它應用場(chǎng)景就可以豐富很多。因為2-3米還是非常近景的環(huán)境。而分成F系列和R系列，相對來(lái)說(shuō)，內部的技術(shù)有細微差別，最大的差別就是它們的感知距離會(huì )不太一樣。

　　3D Camera是個(gè)母模塊，整個(gè)內部構造簡(jiǎn)單并不不復雜。它其中是左右兩個(gè)紅外的攝像頭，利用兩個(gè)攝像頭的位置差，射到同樣一個(gè)場(chǎng)景之外，用距離的差異來(lái)判斷距離。中間還有一個(gè)攝像頭，用來(lái)捕捉人眼可以看到;其他有一些處理模塊信息，包括里面有簡(jiǎn)單ASeck，用來(lái)處理這些所有信息的。

　　英特爾開(kāi)始研發(fā)這項技術(shù)，并沒(méi)有考慮到嵌入式的場(chǎng)景，更多的是從筆記本包括手機這些場(chǎng)景去切入的，希望能夠在這些消費類(lèi)場(chǎng)合中，有更好的應用場(chǎng)景。但其實(shí)廣闊來(lái)看，不單單是在一些個(gè)人的消費類(lèi)場(chǎng)景中，而且在一些公共場(chǎng)合，甚至在一些工業(yè)場(chǎng)合都是有非常多用戶(hù)，這里就舉了一些例子，它可以對一個(gè)人體三維進(jìn)行建模，比如說(shuō)你在家里裝修，或者工作中，如果你用3D攝像頭把你整個(gè)家里的環(huán)境做個(gè)掃描之后，可以去建模，然后去模擬，或者去設計把家庭做成什么樣子。還有在電子商務(wù)，現在比如流行O2O，改善在線(xiàn)購物體驗，可以在很多場(chǎng)合考慮使用Real Sense 3D Camera技術(shù)去使購物的人更加有臨場(chǎng)感。因為有深度信息，所以它可以借用深度信息來(lái)調整曝光，甚至你可以對于不同的背景和前景、曝光度量改善整體一照片質(zhì)量，這些都可以用算法來(lái)實(shí)現。

　　Real Sense 3D Camera技術(shù)可以和虛擬的現實(shí)去聯(lián)系起來(lái)，如圖2你可以在一個(gè)游戲場(chǎng)景中把一個(gè)玩家的頭像摳出來(lái)，然后把它實(shí)時(shí)放到游戲的界面里去。還有學(xué)習場(chǎng)景，學(xué)習和游戲是非常接近的兩種應用場(chǎng)景，只是一個(gè)更多的是為了娛樂(lè )，一個(gè)更多的是為了知識。還有在在線(xiàn)的聊天中，你可以用自己的頭像去代替以前的卡通頭像，甚至你可以把背景去掉，完全只是用自己的面部信息聊天，整個(gè)聊天更加能夠和游戲的場(chǎng)合去做一個(gè)融合。所以3D技術(shù)本身并不是非常有突破性的，但它已經(jīng)到了非常實(shí)用的階段，可以從整個(gè)硬件形成一個(gè)整體的模塊，然后在軟件上面提供一個(gè)完整的SDK(Software Development Ki，軟件開(kāi)發(fā)工具包)，可以給到用戶(hù)比較方便的應用場(chǎng)景和開(kāi)發(fā)環(huán)境。但這塊的話(huà)，就現有的條件來(lái)說(shuō)，一個(gè)是相對比較短距離的F系列的，大概在1.5米到2米的攝像頭，還有一個(gè)是R系列(R200和R100)，這兩種都是針對相對比較長(cháng)距離感知。同時(shí)這兩個(gè)硬件產(chǎn)品上，從系統上現在是支持Windows和安卓的，其實(shí)對于嵌入式來(lái)說(shuō)，也在計劃對Linux系統的支持。因為很多的嵌入式的環(huán)境下面，Linux的使用場(chǎng)景是非常豐富的，甚至于超過(guò)了安卓。

　　3D攝像頭應用場(chǎng)景，比如在手勢或在面部表情識別上，在SDK里面是有專(zhuān)門(mén)算法內置，它可以通過(guò)你捕捉你手上大概很多個(gè)不同點(diǎn)的信息，來(lái)判斷做什么樣的手勢，特別是在家里比較近距離，你可以非常精確地看出來(lái)手的運動(dòng)趨勢，通過(guò)各種不同的手勢可以去做控制。通過(guò)面部表情，通過(guò)找到78個(gè)控制點(diǎn)去提取特征，勾勒出整個(gè)面部的表情變化。Real Sense技術(shù)上是有一個(gè)類(lèi)似APP Shop這樣一個(gè)Online的市場(chǎng)，里邊有能夠支持到Real Sense技術(shù)應用，包括樂(lè )高、McAfee等，可以通過(guò)攝像頭，比如筆記本，或者說(shuō)平板類(lèi)產(chǎn)品，必須要支持Real Sense的技術(shù)，再加上這些應用的話(huà)，可以有一些不同的體驗。但是現在在游戲類(lèi)上面，有一些不同的應用可以去嘗試。(本文根據第13屆全國嵌入式系統學(xué)術(shù)會(huì )議錄音整理，未經(jīng)演講者確認)