[讨论] 2008年英特尔杯大学生电子设计竞赛—嵌入式系统专题邀请赛一等奖作品

参赛学校杭州电子科技大学 　　指导教师申兴发 　　参赛队员张斌吴积冰陈宁 　　作品题目 　　(中英文对照)嵌入式自主跟踪系统-球童机器人 　　Embedded Autonomous Tracking System -Caddie Robot 　　作品 　　简介 　　随着人工智能和计算机视觉技术的发展与成熟，服务型机器人已出现在各个领域。由于高尔夫独特的运动方式和复杂的场地条件，因而对高尔夫球场的球童机器人研究具有一定的价值。目前，国内外已有一些厂商推出了相应的产品，这些产品大多应用GPS导航遥控或是无线射频控制技术，取得了一定的成功。 　　本作品基于Intel双核处理器的开发平台，综合运用RF无线通信，超声测距，计算机视觉，模式识别等技术，实现了机器人对运动目标的识别与跟踪。当前，国内外对静止背景下的目标跟踪，已经有大量的成熟的研究成果，但是对于前景和背景都是运动情况下的目标跟踪的研究还处于起步阶段，尚没有成熟的技术来解决此问题。本作品是对计算机视觉跟踪技术的一次大胆应用，采用多传感器协同工作的方式，尝试解决摄像头运动情况下的目标跟踪，取得了不错的效果。 　　为了充分发挥开发平台的双核优势，本作品中还加入了基于OpenMP标准的双核多线程优化技术，使作品的鲁棒性和实时性得到了提高。另外，本作品的研究成果可以很容易地引用到其他领域，如智能玩具，智能监控护理，军事上的自动巡逻等等。所以有理由相信，本作品具有很好的应用前景和扩展推广价值。

 

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参赛学校上海交通大学 　　指导教师蒋乐天 　　参赛队员王臣崔高金鑫 　　作品题目基于多点触控技术的办公桌 　　A multi-touch desk 　　作品 　　简介多点触控技术作为一项新技术，完全改变了人与电脑的交互方式。但基于此技术的软件产品和应用还较少。本作品基于多点触控技术，利用“嵌入之星”嵌入式开发平台，构建了一个集个人信息处理与多人会议功能的办公桌平台，面向广大的办公室人群。此办公桌最大的特点是同时支持多个输入，即多人交互可以在一个办公桌上完成，极大的方便了办公室人群。 　　本系统搭建了基于DI技术的办公桌，内嵌高分辨率摄像头捕捉多指触控的图像信息，再利用酷睿双核CPU的高性能特点进行图像处理，得到一系列用户操作消息。办公桌内嵌的投影仪使得桌面可实时显示用户操作的内容，整个桌面就相当于一个超大的触摸屏。软件部分，本小组自行设计了基于多点触控消息操作的办公软件，支持四人同时操作。软件包含了绘图、写字、日程表、通讯录、发电邮等办公功能，也包含了图片浏览、视频浏览、小游戏等娱乐功能。这些软件听名字都很常规，但是用户操作方式的创新使其拥有更多易用的特性，以前多次的鼠标点击的效果现在也许只要两个手指的拖动就能实现。

 

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参赛学校西北工业大学 　　指导教师邵舒渊 　　参赛队员冯晓强贺 莹邵 楠 　　作品题目 　　(中英文对照)基于EC5-1719CLDNA(嵌入之星)的单目视觉反馈运动平衡系统研究 　　Research of the Visual Feedback Movement Balance System 　　Based on EC5-1719CLDNA(Embedded Star) 　　作品 　　简介视觉反馈平面坐标运动平衡系统是一个典型的多变量、非线性控制系统，是杆球系统的二维扩展。其控制对象是具有2个相互垂直的旋转轴的板，目的是让一个自由滚动的球能够平衡在板上的特定位置，或使其沿着特定轨迹运动。本作品的硬件设计包括电源的放置，数字摄像头的架设，基于1394总线的图像采集卡，基于PCI总线的交流伺服电机控制卡以及物理模型与“嵌入之星”工业控制板间的电路连接，机械部分的三维设计及加工等;软件设计主要是开发了系统控制软件，包括图像实时处理及目标识别，电机控制驱动设计，以及友好的用户接口界面等。模型算法分析主要建立了小球在平板上的动力学模型，以及基于灰度二值化的小球质心计算模型，同时利用经典PID控制算法对小球位置进行控制，并在此基础上探索了PID控制算法与模糊控制算法相结合的控制模式，通过MATLAB仿真工具SIMULINK的仿真，表现出了较好的动态和静态特性。本系统的工作过程为：数字摄像头将采集到的图像存入计算机内存，通过程序读取内存中小球与平板的图像数据，分析获取小球位置偏差和偏差变化率，并传送给PID控制器，驱动电机使小球在平板上滚动。本作品在理论仿真的基础上，借助“嵌入之星”工业控制板强大的数据处理能力对实际物理系统进行了调试开发，并且实现了小球的定点控制、直线运动以及走矩形轨迹等。

 

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参赛学校西安电子科技大学 　　指导教师谢 楷 　　参赛队员张静静徐嘉祥李志高 　　作品题目 　　(中英文对照)广 告 炫 轮 　　Glaring Wheel For Advertisement 　　作品 　　简介 　　本作品突破了传统广告只能以静态平面为载体的限制，利用人眼视觉暂留效应，将高速旋转的车轮作为全新的广告的载体，解决了传统车体广告无法吸引路人目光、夜间失效、更新周期过长等问题。特别是为夜间广告提供了一种全新的平台，并带来新颖的视觉体验。 　　本系统基于“嵌入之星”平台，采用极坐标变换、RLE压缩、蓝牙传输、差错重传等技术将平面广告素材变换并传输至旋转车轮上的LED线列，并通过实时测速、双缓冲同步等技术保证图像的稳定。同时，提供了编辑与播放的专用软件，还可实现广告共享、无线下载等功能。 　　本系统还可用于汽车个性化改装行业、车队巡展等领域，具有较高的商业价值。并且可以应用于一切可旋转物体，将其作为广告载体。

 

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参赛学校北京大学 　　指导教师陈启美 　　参赛队员孙文秀 孙召敏顾昊 　　作品题目 　　(中英文对照)H.264 转码·视频检测·CS/BS 景区监控与导游多网融合系统 H.264 Transcoding ·Video Detection ·CS/BS based Scenic Spots 　　作品 　　简介 　　作品以中山陵为应用背景，构建了 H.264 转码平台+BS/CS混合模式+ WiFi/WiMAX 无线网络的监控与导游系统，实现了智能移动视频监控(事件检测、报警发布)、移动导游(移动视频、互动地图界面)、高清播放等功能。 　　系统以H.264 转码平台统一视频格式，兼容异构图像，降低约4 倍码率， 无需更换摄像机等前端设备，获得了可观经济效益。 　　针对无线IP 网络带宽受限、易受干扰，采取了图像细节/运动的内容检测， 自H.264 的NAL 层动态调整视频帧率或分辨率，这一穿层视频QoS 控制。 　　针对景区监控特点，综合采用自适应背景消除与三帧差相结合的混合算 法、改进模板匹配等算法，在监控中心对“逆行”及“越界”等视频事件进行 检测分析预警，提高了监控效率。 　　为适于地理视频环境的导游和监控，构建BS/CS 混合网络架构。利用客户 端手持PDA 上SVG 地图浏览器和ViewBox 视窗播放器，实现移动导游和媒体 播放，分别发挥BS 的易操作及跨平台性、CS 的响应实时的各自优点。 　　针对视频事件检测、H.264 实时转码、高清视频再现等复杂运算，充分利 用 Intel 双核嵌入之星开发平台，及 IPP、MMX、Pthread 等手段进行优化，获 作品 得了成倍性能提升。 　　这在高清数字电视，高速公路联网智能监控，城市社区服务，水文检测、 简介电子政务等领域也有广泛应用。

 

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参赛学校湖南大学

　　指导教师徐成

　　参赛队员何军陈超马翌伦

　　作品题目

　　(中英文对照)互动视窗

　　Interactive window

　　作品

　　简介

　　图像、声音等媒体识别技术的发展与应用正在悄然地给人们生活带来变革。互动视窗针对博物馆文物展示等类似应用场合，以对参观者手势、意念行为、语音等信息的识别和处理为技术基础，设计一个方便、自然和人性化的嵌入式互动平台。

　　作品在EC5-1719CLDNA上，针对展品和参观者行为扩展了摄像头、拾声器、可控展品台等硬件装置;研究了手势识别与跟踪、人脸检测与跟踪、非特定人中英文连续语音识别等可用于人机交互的新方法和算法;研究并改进了基于手形结构特征的识别算法，建立了手势缺陷图的判断方法;在Linux上实现了具有物品展示、多媒体评论、娱乐等功能的互动平台。

　　作品还针对平台双核的特点，对识别算法进行并行化处理。图像识别使用多线程的方式，对手势识别、人脸检测进行并行处理;手势识别的手势分割和识别过程采用了OpenMP优化计算，有效地提高了系统的运行速度。

　　全息物品展示功能可以理解参观者意图，让参观者立体而真实的观看所展物品，随心所欲的观看每个细节;多媒体评论功能获取参观者的音频和绘制的图像，为参观者提供了交流平台;对展示物品的手势拼图游戏丰富了物品展示的功能，增加了娱乐性。

　　互动视窗中所实现的基于音、视频识别的多种人机交互方式还可以有更广阔的应用。

参赛学校武汉大学

　　指导教师陈小桥

　　参赛队员冯浩刘小兵苏磊

　　作品题目

　　(中英文对照)车载实时图像全景拼接系统

　　(Vehicle Real-time Image Panorama System)

　　作品

　　简介

　　摘要：本文主要介绍了一套实时图像全景拼接系统.该系统以研祥公司推出的EC5-1719CLDNA嵌入式开发板为基础平台，基于WinXP操作系统，通过视频采集卡采集CMOS摄像头摄取的外界数据，采用SIFT核心算法来实现对周围环境的实时全景拼接功能.整个软件部分采用了多线程的技术，并且运用了Intel提供的优化工具进行优化，使核心功能达到实时的效果;同时通过无线网卡，平台还可以实现将拼接好的视频以无线的方式传给客户终端.整体功能强大，界面友好，车载的定位使得系统具有更加机动灵活的特点.

参赛学校华中科技大学

　　指导教师尹仕

　　参赛队员曾凯文梁虎尹海帆

　　作品题目

　　(中英文对照)残疾人助理

　　Assistant For The Disabled

　　作品

　　简介

　　本作品设计了一种基于嵌入式技术的智能型残疾人轮椅，此系统以Intel core duo 2微处理器为核心，以Window XP为开发平台，运用语音识别与合成、图像处理与特征提取、基于代数算法神经网络的模式识别等技术，实现了智能轮椅的语音控制与交互、障碍物检测、任意物体识别等功能。该智能轮椅使得残疾人可以通过语音来控制轮椅的运动状态;使用激光测距，使得智能轮椅在规定距离内有效避开障碍物;通过基于纹理的图像分割算法对图像进行区域分割，实现对分割区域颜色特征和形状特征的提取。再将提取的颜色特征和形状特征作为神经网络输入，完成对物体的识别。给严重视力障碍的人“看见”物体带来一线希望。

　　其中所使用的图像分割算法是应用自创的基于纹理特征和边缘特征的图像分割算法，较大精度地将图像中的物体分割出来并对每个区域进行颜色特征和形状特征的提取。

　　运用一门前沿的计算科学——人工神经网络来实现模式识别，将提取到的图像区域的颜色特征和形状特征当作神经网络的输入，从而识别物体。在算法的选择上，摒弃了在应用中占统治地位的BP神经网络算法，将近年提出的基于代数算法的神经网络理论成功的用程序实现，并且证明了这个理论的可行性和优越性，是一次大胆而且成功的尝试。

　　该智能轮椅给残疾人用户带来行动上的更大灵活性，具有较高的实用价值和广阔的应用前景。

参赛学校华南理工大学

　　指导教师秦华标

　　参赛队员周贵斌陈昌能李佳明

　　作品题目

　　(中英文对照)基于视觉跟踪技术的残疾人辅助系统

　　The Disabled persons Assistant System Based on eye Tracking

　　作品

　　简介

　　本辅助系统是基于非接触式视觉跟踪技术构建的。系统首先利用摄像头采集眼睛角膜上反射的红外光源图像，然后根据屏幕四个边角的参考坐标和瞳孔中心的坐标计算出用户注视到屏幕上的位置;同时，系统通过图像处理的方法识别是否闭眼从而判断出用户的意图并执行相应操作。

　　本辅助系统是针对残疾人在行动上的缺陷而设计的，通过本辅助系统，残疾人可以获得行动上的自由;同时，本系统还为残疾人提供一定的娱乐功能，使残疾人能享受正常人的生活。系统的主要功能如下：

　　1. 用户可以通过眼睛注视屏幕上相应的按钮，实现轮椅动力系统的前进、左转、右转、停止等操作，从而实现自由“移动”;

　　2. 用户可以通过眼睛注视相应的音乐播放按钮，启动音频播放器，享受美妙的音乐;

　　3. 用户可以通过视线的移动和眼睛的眨动的，实现电子文档或网页的翻阅。

　　用户只需通过短时间的适应性训练即可掌握系统的操作，轻松自由地通过眼睛来控制整个系统。

参赛学校北京理工大学

　　指导教师吴琼之

　　参赛队员邓磊薛源海代明月

　　作品题目

　　(中英文对照)基于人体动作识别与语音识别的舞蹈机器人

　　A dancing robot based on human motion recognition

　　and speech recognition

　　作品

　　简介

　　本作品是一个以EC5主板为平台构建的多功能智能舞蹈机器人DDX-08。它具备单目视觉能力，通过人脸识别算法和跟踪算法，实现了人体动作的识别和跟踪。在开源的语音开发包SAPI的支持下，通过语音识别，语音合成和图形界面完成友好的人机交互。通过自行设计的驱动电路控制执行机构协调地完成了机器人的动作。安装了履带底盘和电池后，DDX-08实现可移动性。自制的机器人框架不但使结构稳定，而且保证了各硬件模块的良好散热。

　　复杂背景下无任何传感器的人体手臂动作的识别和跟踪是本作品最大的特色和创新。改进的CAMSHIFT算法在其中起了关键性作用。DDX-08的创新在于通过控制伺服电机将识别的结果直观地展现在用户眼前。分层结构设计是本作品机械部分的主要特色。此外DDX-08还实现了非特定人语音的识别。

　　使用时，用户需穿长袖。用户需要先做一个初始动作对DDX-08进行标定，随后DDX-08便可模仿表演者的手臂平面动作。结合语音，它可以实现智能学习功能。用户将语言和舞蹈教给机器人后，便可通过语音控制DDX-08表演学会的动作。

参赛学校北京理工大学

　　指导教师杜娟

　　参赛队员刘中金梁琦贾挺祥

　　作品题目

　　(中英文对照)基于手部动作感应和即时音频合成的虚拟演奏系统

　　Hypothesized musical performance system based on the hand movement induction and the immediate audio synthesis

　　作品

　　简介

　　我们以EC5-1719CLDNA平台为基础开发了一套虚拟的音乐演奏系统。所谓虚拟，是指这套系统展示在你面前的只有一个虚拟的场景，而在你手中的也不再是沉重的吉他、笛子，而只有一副手套。这副手套允许你在空气中进行乐器的演奏。

　　系统从音乐演奏的客观需求出发，综合考虑各种乐器的演奏特点，提出了吉他、钢琴、笛子三种类型乐器在同一双手套上实现的“一体化”演奏方案。该方案利用多种传感器和机器视觉对手部动作和位置进行感应，并辅以ZigBee模块实现了信号的无线传输。系统还发挥了平台双核处理器的并行处理优势和多媒体功能，在Visual Studio 2005下利用DirectX SDK开发了它的核心部分——3D演奏场景以及音频合成引擎。系统最终实现了自由演奏，乐谱引导下演奏以及演奏过程中乐谱实时创作的功能。此外系统还加入了基于TCP/IP协议的网络功能，完成了乐谱的远程创作及传输。

参赛学校北京大学

　　指导教师李文新

　　参赛队员戴阳刚马晟厚李 灿

　　作品题目

　　(中英文对照)基于手指血管图像识别的身份认证终端

　　An Authentication Terminal Based on

　　作品

　　简介

　　身份认证技术是维持现代社会运行的一项重要技术，目前常用的认证技术 如密码、指纹、签名等存在容易遗忘和伪造的缺点，因而需要加以改进。

　　我们利用手指血管图像识别这一新型的生物特征识别技术，通过自制手指 血管图像采集装置，实现了模块化、多用途的基于手指血管图像识别的身份识 别终端。我们在终端上加上磁卡读卡器、屏幕、票据打印机等外设，制作了以 手指血管图像为密钥的POS 机。

　　用该终端实现的POS 机具有以下功能：

　　1. 读取银行借记卡、贷记卡中的卡号等信息

　　2. 通过手指血管图像识别验证用户身份

　　3. 输入消费金额并打印凭条

　　4. 通过网络与远程数据库交换数据

　　5. 新用户的注册功能

参赛队作品简介

　　参赛学校 南京大学

　　指导教师 袁杰

　　参赛队员 曹晟辰 陈俊挺 蔡野锋

　　作品题目

　　远距离智能虹膜身份验证系统

　　Intelligent Identification System Based on

　　Remote Iris Recognition

　　作品

　　简介

　　本设计提出的远距离智能虹膜采集及识别系统，可以在一个超过120°的较大工作范围内，远距离全智能地跟踪用户，自动地采集虹膜图像并进行识别。工作距离达到1-2 米，弥补了传统虹膜识别系统图像采集距离短、需要用户主动协助的缺，无需用户主动协助，给用户提供了一种轻松便捷的使用体验。

　　系统架构于酷睿双核处理器开发平台，充分利用了“嵌入之星”开发板的硬件资源，集语音提示、触摸控制、无线通信、远程数据库于一体，具备智能化、人性化的细节设计，灵活实用。系统采用Direct show 图形显示接口，应用了基于联合图像分析的人眼定位和基于Gabor 滤波的虹膜识别算法，并通过Intel 性能包IPP 优化和OpenMP 线程优化，效率高，速度快，实时性强。整个系统性能优越，成本低廉，可应用于安防、反恐领域。

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