智能硬件与嵌入式系统和英特尔Real Sense技术

摘要：本文基于全国嵌入式学术研讨会，对智能硬件与嵌入式系统内容分析、回顾及对物联网时代智能硬件应该如何发展做出思考。同时文中介绍了英特尔Real Sense技术和应用。

智能硬件与嵌入式系统

　　复旦大学计算机系教授陈章龙：第一智能硬件背景，总结一下后智能手机的计算机业态是怎样的。第二，在2011年，IDC曾经提出来一个Smart System，实际上它也是在探讨这一个过程。第三，2015年5月交大的有EMBA到美国考察说，“中国在搞互联网+，美国已经进入了新硬件时代”。今天的内容是这三个东西结合在一起，合成一个话题。

　　在集成电路领域有摩尔定律，那么在计算机里面，有一个贝尔定律。贝尔定律是什么呢?意思是每10到15年，计算机技术有一个重大演变，就是它的业态的一个转变。实际上现在的情况，的确朝这个方向在走。

　　1946年，有了房间大小的计算机;17年之后，IBM推出IBM 360系列计算机;80年代IBM出现了PC台式计算机，1994年开始，开始出现笔记本电脑。2000年开始有智能手机。现在开始提出后智能手机时代。2014年，CES(国际消费类电子产品展览会nternational Consumer Electronics Show，简称CES)的会议上，Intel提出来后智能手机想法。

　　平均每10年，计算机要发生一次变化。那么后智能手机的时代以后，计算机是怎么样的呢?这是业界都在考虑的问题。2011年之际，有人提出了一个Smart System。这个概念提了以后，没有在业界普及，很快被其他的声音淹没了，与此同时美国在互联网大数据背景下，提出了以创客、极客为主要创业对象和新的硬件东西。这个所谓的硬件，不是常规的、国内可以复制的，而是指可以用节能的东西能够得出来的一些硬件，用一些与众不同的硬件。那么什么样的人才叫创客呢?创客首先要有创意的理念，没有创意的理念去搞创客，这是没意思。换句话说，建模式的创客，是创不出什么东西的。

　　现在很受大家欢迎的，工业4.0或者工业物联网等是两种不同的叫法。在德国，工业4.0是以实体的经济加上互联网，就是+互联网的形式;美国是互联网+的方式。

　　以前互联网都是碎片化，现在逐步晋升到行业化。大家也比较关注可穿戴的市场，那么这些巨大的市场，对于嵌入式系统提出了很高的要求。黄昌详教授在国内首先提出一个新型“信念-物理融合系统”的CPS。那么什么是CPS呢?实际上是要对计算机的体系架构要有一个根本性的革命，举个例子来说，第一代计算机是46年诞生，现如今已有70年历史，当时计算机做什么呢?就是做数字计算气象预报，方程计算。现如今，所谓物联网世界等，物理世界的架构对象已经变了。

　　前一个阶段，嵌入式系统开发应用的人，在平板手机的冲击下迷失了方向，无论是互联网、物联网，找不到自己的角色，就不能实行这个东西、很迷盲。比如大家一提到CPS，首先是变化，原来都是面向计算机，是面向对象的设计，现在是面向APP角色变化。其实是我们的对象是动态的，一直在变，而以前都是静态的变化，是非结构化的。那么计算机，特别是嵌入式系统怎么去适应这样的变化。对于当前来讲，陈章龙教授认为这两个主题应该是可以很好地去考虑的。第一迷失了方向，无论是工业4.0、物联网，我们都要从我做起，从自我做起，把这个行业去融合进去，从自我特长做起。第二是安全相关基础的硬件和软件的设计。

Real Sense技术与IoT应用

　　Intel亚太研发公司汤迪逊：Real Sense是英特尔针对摄像头开发的一种技术，3D摄像头简单。英特尔Real Sense其实是一种交互的手段，能够更好地体现立体的场景。从原理上来说是一模块上两个摄像头，通过两个摄像头的位置差别，判断出具体的场景深度的信息。深度的话，就有三维的概念在里边，这样可以通过三维信息去做很多事情。比如可以捕捉手势、捕捉面部表情，或者把更好的把面部和背景分离开来。因为面部距离和背景的距离是不一样的，利用这样的场景，可以更好地为场景中的物体建模。

　　对于整个Camera，产品线是包括两类FRONT-FANING和 REAR-FANING。但这两类其实在分法上只是针对这个笔记本和平板类的分法，最大差别就是感知的距离不太一样，FRONT-FANING是对着前面的一个摄像头，所以可能只需要1.5米左右的距离就足够了。但是REAR-FANING是在平板后面有一个摄像头对着外面拍的，特别是户外的场景，需要有比较长的感知距离。现在能够做到比较精确的深度判断是3米左右，那么过了3米之后它还能判断，因为距离越长它误差就会越大，那希望今后能够做到10米的比较精确的判断，这样它应用场景就可以丰富很多。因为2-3米还是非常近景的环境。而分成F系列和R系列，相对来说，内部的技术有细微差别，最大的差别就是它们的感知距离会不太一样。

　　3D Camera是个母模块，整个内部构造简单并不不复杂。它其中是左右两个红外的摄像头，利用两个摄像头的位置差，射到同样一个场景之外，用距离的差异来判断距离。中间还有一个摄像头，用来捕捉人眼可以看到;其他有一些处理模块信息，包括里面有简单ASeck，用来处理这些所有信息的。

　　英特尔开始研发这项技术，并没有考虑到嵌入式的场景，更多的是从笔记本包括手机这些场景去切入的，希望能够在这些消费类场合中，有更好的应用场景。但其实广阔来看，不单单是在一些个人的消费类场景中，而且在一些公共场合，甚至在一些工业场合都是有非常多用户，这里就举了一些例子，它可以对一个人体三维进行建模，比如说你在家里装修，或者工作中，如果你用3D摄像头把你整个家里的环境做个扫描之后，可以去建模，然后去模拟，或者去设计把家庭做成什么样子。还有在电子商务，现在比如流行O2O，改善在线购物体验，可以在很多场合考虑使用Real Sense 3D Camera技术去使购物的人更加有临场感。因为有深度信息，所以它可以借用深度信息来调整曝光，甚至你可以对于不同的背景和前景、曝光度量改善整体一照片质量，这些都可以用算法来实现。

　　Real Sense 3D Camera技术可以和虚拟的现实去联系起来，如图2你可以在一个游戏场景中把一个玩家的头像抠出来，然后把它实时放到游戏的界面里去。还有学习场景，学习和游戏是非常接近的两种应用场景，只是一个更多的是为了娱乐，一个更多的是为了知识。还有在在线的聊天中，你可以用自己的头像去代替以前的卡通头像，甚至你可以把背景去掉，完全只是用自己的面部信息聊天，整个聊天更加能够和游戏的场合去做一个融合。所以3D技术本身并不是非常有突破性的，但它已经到了非常实用的阶段，可以从整个硬件形成一个整体的模块，然后在软件上面提供一个完整的SDK(Software Development Ki，软件开发工具包)，可以给到用户比较方便的应用场景和开发环境。但这块的话，就现有的条件来说，一个是相对比较短距离的F系列的，大概在1.5米到2米的摄像头，还有一个是R系列(R200和R100)，这两种都是针对相对比较长距离感知。同时这两个硬件产品上，从系统上现在是支持Windows和安卓的，其实对于嵌入式来说，也在计划对Linux系统的支持。因为很多的嵌入式的环境下面，Linux的使用场景是非常丰富的，甚至于超过了安卓。

　　3D摄像头应用场景，比如在手势或在面部表情识别上，在SDK里面是有专门算法内置，它可以通过你捕捉你手上大概很多个不同点的信息，来判断做什么样的手势，特别是在家里比较近距离，你可以非常精确地看出来手的运动趋势，通过各种不同的手势可以去做控制。通过面部表情，通过找到78个控制点去提取特征，勾勒出整个面部的表情变化。Real Sense技术上是有一个类似APP Shop这样一个Online的市场，里边有能够支持到Real Sense技术应用，包括乐高、McAfee等，可以通过摄像头，比如笔记本，或者说平板类产品，必须要支持Real Sense的技术，再加上这些应用的话，可以有一些不同的体验。但是现在在游戏类上面，有一些不同的应用可以去尝试。(本文根据第13届全国嵌入式系统学术会议录音整理，未经演讲者确认)