智能硬件與嵌入式系統(tǒng)和英特爾Real Sense技術(shù)

摘要：本文基于全國(guó)嵌入式學(xué)術(shù)研討會(huì)，對(duì)智能硬件與嵌入式系統(tǒng)內(nèi)容分析、回顧及對(duì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能硬件應(yīng)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(yīng)用。

智能硬件與嵌入式系統(tǒng)

　　復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授陳章龍：第一智能硬件背景，總結(jié)一下后智能手機(jī)的計(jì)算機(jī)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(guó)考察說(shuō)，“中國(guó)在搞互聯(lián)網(wǎng)+，美國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了新硬件時(shí)代”。今天的內(nèi)容是這三個(gè)東西結(jié)合在一起，合成一個(gè)話題。

　　在集成電路領(lǐng)域有摩爾定律，那么在計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)有一個(gè)重大演變，就是它的業(yè)態(tài)的一個(gè)轉(zhuǎn)變。實(shí)際上現(xiàn)在的情況，的確朝這個(gè)方向在走。

　　1946年，有了房間大小的計(jì)算機(jī);17年之后，IBM推出IBM 360系列計(jì)算機(jī);80年代IBM出現(xiàn)了PC臺(tái)式計(jì)算機(jī)，1994年開(kāi)始，開(kāi)始出現(xiàn)筆記本電腦。2000年開(kāi)始有智能手機(jī)?，F(xiàn)在開(kāi)始提出后智能手機(jī)時(shí)代。2014年，CES(國(guó)際消費(fèi)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(jī)想法。

　　平均每10年，計(jì)算機(jī)要發(fā)生一次變化。那么后智能手機(jī)的時(shí)代以后，計(jì)算機(jī)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(guó)在互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)背景下，提出了以創(chuàng)客、極客為主要?jiǎng)?chuàng)業(yè)對(duì)象和新的硬件東西。這個(gè)所謂的硬件，不是常規(guī)的、國(guó)內(nèi)可以復(fù)制的，而是指可以用節(jié)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。換句話說(shuō)，建模式的創(chuàng)客，是創(chuàng)不出什么東西的。

　　現(xiàn)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(guó)，工業(yè)4.0是以實(shí)體的經(jīng)濟(jì)加上互聯(lián)網(wǎng)，就是+互聯(lián)網(wǎng)的形式;美國(guó)是互聯(lián)網(wǎng)+的方式。

　　以前互聯(lián)網(wǎng)都是碎片化，現(xiàn)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(duì)于嵌入式系統(tǒng)提出了很高的要求。黃昌詳教授在國(guó)內(nèi)首先提出一個(gè)新型“信念-物理融合系統(tǒng)”的CPS。那么什么是CPS呢?實(shí)際上是要對(duì)計(jì)算機(jī)的體系架構(gòu)要有一個(gè)根本性的革命，舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，第一代計(jì)算機(jī)是46年誕生，現(xiàn)如今已有70年歷史，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)做什么呢?就是做數(shù)字計(jì)算氣象預(yù)報(bào)，方程計(jì)算?，F(xiàn)如今，所謂物聯(lián)網(wǎng)世界等，物理世界的架構(gòu)對(duì)象已經(jīng)變了。

　　前一個(gè)階段，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的人，在平板手機(jī)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(jì)算機(jī)，是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，現(xiàn)在是面向APP角色變化。其實(shí)是我們的對(duì)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(jié)構(gòu)化的。那么計(jì)算機(jī)，特別是嵌入式系統(tǒng)怎么去適應(yīng)這樣的變化。對(duì)于當(dāng)前來(lái)講，陳章龍教授認(rèn)為這兩個(gè)主題應(yīng)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(zhǎng)做起。第二是安全相關(guān)基礎(chǔ)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)。

Real Sense技術(shù)與IoT應(yīng)用

　　Intel亞太研發(fā)公司湯迪遜：Real Sense是英特爾針對(duì)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(xiàn)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，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(shì)、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?yàn)槊娌烤嚯x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(duì)于整個(gè)Camera，產(chǎn)品線是包括兩類(lèi)FRONT-FANING和 REAR-FANING。但這兩類(lèi)其實(shí)在分法上只是針對(duì)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，F(xiàn)RONT-FANING是對(duì)著前面的一個(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(duì)著外面拍的，特別是戶外的場(chǎng)景，需要有比較長(zhǎng)的感知距離?，F(xiàn)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?yàn)榫嚯x越長(zhǎng)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(yīng)用場(chǎng)景就可以豐富很多。因?yàn)?-3米還是非常近景的環(huán)境。而分成F系列和R系列，相對(duì)來(lái)說(shuō)，內(nèi)部的技術(shù)有細(xì)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(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單并不不復(fù)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(xiàng)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(jī)這些場(chǎng)景去切入的，希望能夠在這些消費(fèi)類(lèi)場(chǎng)合中，有更好的應(yīng)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(fèi)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，這里就舉了一些例子，它可以對(duì)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(shè)計(jì)把家庭做成什么樣子。還有在電子商務(wù)，現(xiàn)在比如流行O2O，改善在線購(gòu)物體驗(yàn)，可以在很多場(chǎng)合考慮使用Real Sense 3D Camera技術(shù)去使購(gòu)物的人更加有臨場(chǎng)感。因?yàn)橛猩疃刃畔?，所以它可以借用深度信息?lái)調(diào)整曝光，甚至你可以對(duì)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(xiàn)。

　　Real Sense 3D Camera技術(shù)可以和虛擬的現(xiàn)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(xí)場(chǎng)景，學(xué)習(xí)和游戲是非常接近的兩種應(yīng)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(shí)。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(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)，可以給到用戶比較方便的應(yīng)用場(chǎng)景和開(kāi)發(fā)環(huán)境。但這塊的話，就現(xiàn)有的條件來(lái)說(shuō)，一個(gè)是相對(duì)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(duì)相對(duì)比較長(zhǎng)距離感知。同時(shí)這兩個(gè)硬件產(chǎn)品上，從系統(tǒng)上現(xiàn)在是支持Windows和安卓的，其實(shí)對(duì)于嵌入式來(lái)說(shuō)，也在計(jì)劃對(duì)Linux系統(tǒng)的支持。因?yàn)楹芏嗟那度胧降沫h(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(yīng)用場(chǎng)景，比如在手勢(shì)或在面部表情識(shí)別上，在SDK里面是有專(zhuān)門(mén)算法內(nèi)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(shì)，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(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，通過(guò)各種不同的手勢(shì)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(yīng)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(yīng)用的話，可以有一些不同的體驗(yàn)。但是現(xiàn)在在游戲類(lèi)上面，有一些不同的應(yīng)用可以去嘗試。(本文根據(jù)第13屆全國(guó)嵌入式系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議錄音整理，未經(jīng)演講者確認(rèn))