智能硬件與嵌入式系統和英特爾Real Sense技術

摘要：本文基于全國嵌入式學術研討會，對智能硬件與嵌入式系統內容分析、回顧及對物聯網時代智能硬件應該如何發展做出思考。同時文中介紹了英特爾Real Sense技術和應用。

智能硬件與嵌入式系統

　　復旦大學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態是怎樣的。第二，在2011年，IDC曾經提出來一個Smart System，實際上它也是在探討這一個過程。第三，2015年5月交大的有EMBA到美國考察說，“中國在搞互聯網+，美國已經進入了新硬件時代”。今天的內容是這三個東西結合在一起，合成一個話題。

　　在集成電路領域有摩爾定律，那么在計算機里面，有一個貝爾定律。貝爾定律是什么呢?意思是每10到15年，計算機技術有一個重大演變，就是它的業態的一個轉變。實際上現在的情況，的確朝這個方向在走。

　　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年開始，開始出現筆記本電腦。2000年開始有智能手機。現在開始提出后智能手機時代。2014年，CES(國際消費類電子產品展覽會nternational Consumer Electronics Show，簡稱CES)的會議上，Intel提出來后智能手機想法。

　　平均每10年，計算機要發生一次變化。那么后智能手機的時代以后，計算機是怎么樣的呢?這是業界都在考慮的問題。2011年之際，有人提出了一個Smart System。這個概念提了以后，沒有在業界普及，很快被其他的聲音淹沒了，與此同時美國在互聯網大數據背景下，提出了以創客、極客為主要創業對象和新的硬件東西。這個所謂的硬件，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客呢?創客首先要有創意的理念，沒有創意的理念去搞創客，這是沒意思。換句話說，建模式的創客，是創不出什么東西的。

　　現在很受大家歡迎的，工業4.0或者工業物聯網等是兩種不同的叫法。在德國，工業4.0是以實體的經濟加上互聯網，就是+互聯網的形式;美國是互聯網+的方式。

　　以前互聯網都是碎片化，現在逐步晉升到行業化。大家也比較關注可穿戴的市場，那么這些巨大的市場，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新型“信念-物理融合系統”的CPS。那么什么是CPS呢?實際上是要對計算機的體系架構要有一個根本性的革命，舉個例子來說，第一代計算機是46年誕生，現如今已有70年歷史，當時計算機做什么呢?就是做數字計算氣象預報，方程計算。現如今，所謂物聯網世界等，物理世界的架構對象已經變了。

　　前一個階段，嵌入式系統開發應用的人，在平板手機的沖擊下迷失了方向，無論是互聯網、物聯網，找不到自己的角色，就不能實行這個東西、很迷盲。比如大家一提到CPS，首先是變化，原來都是面向計算機，是面向對象的設計，現在是面向APP角色變化。其實是我們的對象是動態的，一直在變，而以前都是靜態的變化，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。對于當前來講，陳章龍教授認為這兩個主題應該是可以很好地去考慮的。第一迷失了方向，無論是工業4.0、物聯網，我們都要從我做起，從自我做起，把這個行業去融合進去，從自我特長做起。第二是安全相關基礎的硬件和軟件的設計。

Real Sense技術與IoT應用

　　Intel亞太研發公司湯迪遜：Real Sense是英特爾針對攝像頭開發的一種技術，3D攝像頭簡單。英特爾Real Sense其實是一種交互的手段，能夠更好地體現立體的場景。從原理上來說是一模塊上兩個攝像頭，通過兩個攝像頭的位置差別，判斷出具體的場景深度的信息。深度的話，就有三維的概念在里邊，這樣可以通過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來。因為面部距離和背景的距離是不一樣的，利用這樣的場景，可以更好地為場景中的物體建模。

　　對于整個Camera，產品線是包括兩類FRONT-FANING和 REAR-FANING。但這兩類其實在分法上只是針對這個筆記本和平板類的分法，最大差別就是感知的距離不太一樣，FRONT-FANING是對著前面的一個攝像頭，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攝像頭對著外面拍的，特別是戶外的場景，需要有比較長的感知距離。現在能夠做到比較精確的深度判斷是3米左右，那么過了3米之后它還能判斷，因為距離越長它誤差就會越大，那希望今后能夠做到10米的比較精確的判斷，這樣它應用場景就可以豐富很多。因為2-3米還是非常近景的環境。而分成F系列和R系列，相對來說，內部的技術有細微差別，最大的差別就是它們的感知距離會不太一樣。

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

　　英特爾開始研發這項技術，并沒有考慮到嵌入式的場景，更多的是從筆記本包括手機這些場景去切入的，希望能夠在這些消費類場合中，有更好的應用場景。但其實廣闊來看，不單單是在一些個人的消費類場景中，而且在一些公共場合，甚至在一些工業場合都是有非常多用戶，這里就舉了一些例子，它可以對一個人體三維進行建模，比如說你在家里裝修，或者工作中，如果你用3D攝像頭把你整個家里的環境做個掃描之后，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，現在比如流行O2O，改善在線購物體驗，可以在很多場合考慮使用Real Sense 3D Camera技術去使購物的人更加有臨場感。因為有深度信息，所以它可以借用深度信息來調整曝光，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量，這些都可以用算法來實現。

　　Real Sense 3D Camera技術可以和虛擬的現實去聯系起來，如圖2你可以在一個游戲場景中把一個玩家的頭像摳出來，然后把它實時放到游戲的界面里去。還有學習場景，學習和游戲是非常接近的兩種應用場景，只是一個更多的是為了娛樂，一個更多的是為了知識。還有在在線的聊天中，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，整個聊天更加能夠和游戲的場合去做一個融合。所以3D技術本身并不是非常有突破性的，但它已經到了非常實用的階段，可以從整個硬件形成一個整體的模塊，然后在軟件上面提供一個完整的SDK(Software Development Ki，軟件開發工具包)，可以給到用戶比較方便的應用場景和開發環境。但這塊的話，就現有的條件來說，一個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，還有一個是R系列(R200和R100)，這兩種都是針對相對比較長距離感知。同時這兩個硬件產品上，從系統上現在是支持Windows和安卓的，其實對于嵌入式來說，也在計劃對Linux系統的支持。因為很多的嵌入式的環境下面，Linux的使用場景是非常豐富的，甚至于超過了安卓。

　　3D攝像頭應用場景，比如在手勢或在面部表情識別上，在SDK里面是有專門算法內置，它可以通過你捕捉你手上大概很多個不同點的信息，來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手的運動趨勢，通過各種不同的手勢可以去做控制。通過面部表情，通過找到78個控制點去提取特征，勾勒出整個面部的表情變化。Real Sense技術上是有一個類似APP Shop這樣一個Online的市場，里邊有能夠支持到Real Sense技術應用，包括樂高、McAfee等，可以通過攝像頭，比如筆記本，或者說平板類產品，必須要支持Real Sense的技術，再加上這些應用的話，可以有一些不同的體驗。但是現在在游戲類上面，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術會議錄音整理，未經演講者確認)