皮影藝術 凌動舞臺 (英特爾杯作品)

The Art of Shadow Puppet based on Intel(R) Atom(TM) Processor

王浩然 劉 鑫 朱 萌 

西安電子科技大學（Xidian University） 

摘要：針對皮影戲這一國家非物質文化遺產逐步淡出人們視線的現狀，以喚回人們對皮影的關注為目的，設計了皮影表演系統。系統將現代計算機技術與傳統皮影藝術相結合，使用高效能的基于Intel(R) Atom(TM)處理器的嵌入式平臺，結合自主設計的數字控制機械系統，實現了皮影戲的錄制、皮影機器人自動演出等功能。針對皮影戲的編排與錄制，系統軟件提供了動作編輯播放器與劇本編輯播放器，并在其中使用2D物理引擎、BPM探測算法以及動作自耦合算法提高皮影戲編排效率。系統在控制皮影機器人自動演出時，使用空間點對點映射算法保證其運動準確性。系統還提供了普通劇本表演模式與智能即興表演模式，提高了系統的娛樂性和趣味性。在皮影表演舞臺使用高清投影機投射WPF背景動畫使得皮影戲的演出效果更為出色。本系統在繼承發揚中國傳統文化的同時為人們提供了一種全新的視聽娛樂方式。本系統可以應用于博物館、展覽廳等各類文化宣傳場所。

關鍵詞：皮影戲，數字控制，2D物理引擎，BPM探測宣傳場所。

Abstract：Shadow Puppet，one of the national intangible cultural heritage, is phasing out of people's attention. To regain people's attention to the Shadow Puppet we designed the shadow puppet play system, which combines the modern computer technology with the traditional shadow puppet art. Using the high-performance embedded platform based on Intel(R) Atom(TM) processor, combine with self-designed digital control mechanical system, the system implemented features including recording the shadow puppet and shadow puppet automatically playing. For arranging and recording the shadow puppet，the system provides action edit player and drama edit player, and uses 2D physical engine，BPM detection algorithm and action coupling algorithm to improve the efficiency of shadow puppet editing . When the system controls shadow puppet robot play automatically，we uses spatial point to point maping algorithm to ensure the accuracy of system. The system also provides normal drama play mode and intelligent improvisation performance mode to make the system more entertaining and interesting. On the shadow puppet play stage the system uses high definition projector casts WPF background animation which makes play effect more outstanding. This system inherits and carries forward the Chinese traditional culture，it also provides people with a new audio-visual entertainment.

Keywords: Shadow puppet，Digital control，2D physical engine，BPM detecton 

帶有語音同步功能的拓紙式手寫板 (一等獎作品)

A Rubbing Tablet with the Synchronous Phonic Synthesization

趙青靚 趙耀環 王宇鷺 

北京大學（Peking University） 

摘要：現代生活中，方便、高效、完整的記錄信息變得越來越重要。常用的錄音筆等工具無法與筆記實現一一對應，常見的寫字板由于采用專用的書寫工具書寫過程不夠自然。為此我們設計了一種帶有同步語音功能的拓紙式手寫板。將普通紙張置于該手寫板之上，用戶可以使用普通筆在其上書寫，書寫結果可以同時通過紙介質和電子文檔兩種形式保存。電子文檔輔助語音同步輸入，書寫內容與語音實現直觀的圖像與語音的同步對應存儲和重現。系統具有使用自然、攜帶方便、成本低廉等優點。該系統在教學與培訓、工業設計、醫學診療以及日常生活和工作交流等領域具有良好的實用價值。

關鍵詞：手寫板，同步語音合成，筆鋒形成算法，反走樣算法

Abstract：Nowadays，information is becoming more and more important. People are constantly striving to find faster and convenient ways of recording important data and messages completely. Common digital recording tools，such as Digital Voice Recorder can only record voice, and those who uses handwriting pad may find it inconvenient to use a special pen to write. So we designed a new kind of handwriting pad called "Rubbing Tablet with the Synchronous Phonic Synthesization". Users can put a piece of paper over the pad，and use a common pen to write on it. Our pad will store the message in a digital way，and record the user's voice at the same. When he wants to review his notes，he will find three forms of message: notes on paper，digital data in hard disk and the words he spoke. Convenience is the main attraction of our pad，and that means more than simple portability. It will have high application value in education，industrial design，medical treatment and other areas in daily life.

Keywords：Handwriting pad, Synchronous Phonic Synthesization, Hard brush stoke simulation, Anti-aliasing processing 

新一代投影演示系統 (一等獎作品)

Design of a Novel Embedded-system-based Presentation Device

廖泥樂 李 聰 劉孟奇 

北京大學（Peking University） 

摘要：基于嵌入式系統，通過引入擴展接口、添加記錄設備并提出新穎的工作方式來對傳統的投影設備進行改進。利用改進后的系統，講演者不僅可以通過網絡交互地控制幻燈片的播放，擺脫頻繁插拔VGA線的不便，還可以只通過一支普通廉價的激光筆就控制整個講演過程以及對幻燈片內容添加注解。除此之外，我們的系統僅利用很小的存儲空間，即可記錄包括講演者聲音、激光點的移動、添加的注解和幻燈片播放進度在內的整個報告講演的過程，同時在占用較小網絡帶寬的情況下將整個過程向遠程的客戶端直播。

關鍵詞：投影演示系統，手勢識別，人機交互，遠程控制

Abstract：This design adopts embedded-system design to upgrade the traditional projector，by introducing extended ports and recording devices，as well as brand-new operating method. With the upgraded design，projector user can interactively play PowerPoint slides over LAN/WLAN linkwithout plugging and dragging the awkward VGA cable， and control presentation progress as well as annotate directly using a cheap laser-pointer. Besides， the new device can record the whole presentation with high-quality (including voice，pointer movement，annotation，and presentation progress) into a very small file，or concurrently broadcast the presentation over the internet to remote client PCs using limited bandwidth. 

Keywords：Presentation device, Gesture recogination, Human-machine interaction, remote control 

具有觸覺反饋機制的增強現實體驗平臺 (一等獎作品)

Augmented reality experience platform with force-feedback mechanism

張新禹 趙 晨 許昌達 

北京理工大學（Beijing Institute of Technology） 

摘要：本文介紹了一個結合增強現實、慣性導航和力反饋技術的體驗平臺。該平臺在功能上以實現人手的握力感為基礎，構建了一個可操作的增強現實環境。在硬件上，本平臺充分利用基于Intel(R) Atom(TM) 處理器的嵌入式平臺的多媒體處理能力，將其作為數據處理的核心單元，配合為此平臺專門研制的具備全方位數據采集功能的外骨骼式力反饋機構和局部外圍電路，保障了平臺穩定流暢的運行；在軟件上，以捷聯導航系統算法、基于視覺的三維空間注冊算法等為基礎，高效地實現了虛擬裝配、體感游戲和具有觸感桌面應用等功能。相比市面上現有的類似系統，具有成本低、用戶體驗性好、功耗低等優點，為將來實現消費級的可移動增強現實系統鋪墊了一定基礎。

關鍵詞：增強現實，力反饋，慣性導航

Abstract：The paper introduces a new experience platform which is based on the combination of the augmented reality technology，strapdown inertial navigating system and force-feedback technology. It builds an operational augmented-reality environment. On the hardware aspect，the platform uses the Intel Menlow embedded platform as the central data handling units and fully exerts its powerful ability to handle multimedia data. The platform contains a Force-back exoskeleton attached with local peripheral circuits which can collect and process the comprehensive data of the tester's hand. On the software aspect，the platform based on the strapdown navigation algorithm and the three-dimensional registration algorithm can effectively realize the feature including virtual assembly, and experience games or movable desktop with feeling of grip.Compared with some existing similar system，this system has the advantages of low cost，good experience and low power consumption. These advantages will lay a foundation for future implementation of portable augmented-reality embedded product. 

Keywords：Augmented Reality，Force-back，Inertial Navigation 

基于Intel(R) Atom(TM) 處理器的紙幣清分鑒偽系統 (一等獎作品)

The banknote Counting and Sorting system based on Intel(R) Atom(TM) Processor

范振亞 解加華 林宇晗 

東北大學（North Eastern University） 

摘要：本作品是基于基于Intel(R) Atom(TM) 處理器的嵌入式紙幣清分、鑒偽系統。該系統基于Intel(R) Atom(TM)處理器，擴展PCI數據采集卡、模擬前端（AFE）信號調理板等外圍硬件，應用磁、紅外、圖像信息進行判斷，具有紙幣真偽、殘缺、新舊和面額識別功能。軟件部分使用PLXSDK開發了PCI驅動，使用C#開發了GUI，使用OpenCV設計了清分算法，并通過Ingegrated Performance Primitives(IPP)和Thread Building Block(TBB)工具進行優化，實現了紙幣識別功能。最后，通過合理的測試方案，對系統的性能進行了評估。本作品在金融等行業具有實際應用價值。

關鍵詞：紙幣清分，PCI采集與傳輸，IPP, TBB, OpenCV

Abstract：This is a system that counts and sorts banknote based on Intel(R) Atom(TM) processor. The system is based on the Atom processor，expanded with PCI data acquisition card，signal conditioning board at Analog Front-End(AFE) and other peripheral hardware. The system sorts banknotes with magnetism，infrared ray and image information, and can distinguish fake banknotes，incomplete banknotes， new vs old banknotes and their face value. The software of the system utilizes the modular design method， develops PCI driver modules using PLXSDK， develops GUI in C# language，designs the counting and sorting algorithm with OpenCV and optimizes it with Intel's IPP and TBB，thus realizes the function of banknotes recognition. Finally，the functions of the system are evaluated through an appropriate test scheme. This design is of high practical application value in the financial and other industries.

Keywords：Banknote counting and sorting, PCI, IPP, TBB, OpenCV 

基于顏色識別的手指多點觸控系統 (一等獎作品)

Multi Point Control System Based on Color Recognition

黃 睿 王銘偉 王鵬程 

東華大學（Donghua University） 

摘要：本系統使用基于Intel(R) Atom(TM)處理器的嵌入式平臺和WindowsXP操作系統，以OpenCV庫為圖形識別處理基礎，運用顏色識別、膚色識別、動作識別等算法實現非接觸式跟蹤技術，構建了一個基于手指動作的多點"觸控"系統。能夠根據四個手指的動作實現類似多點控制，如圖片拉伸放大縮小、拖拽移動圖片、單擊等動作，并擴展了電視頻道的換臺和音量控制、畫圖、PDF文件瀏覽等功能，提出了一種全新的人機交互概念。

關鍵詞：手指多點觸控，顏色識別，OpenCV，人機交互

Abstract：This system uses the embedded platform based on Intel(R) Atom(TM) processor and Windows operating system.Based on the OpenCV1.1 lib for the graphics and color recognition，we use color recognition， color recognition， action recognition algorithm to achieve non-contact track technology. and construct a multi-touch system based on fingers movements. With the action of the four fingers we can achieve multi-point stretch，single click action，television channel switch and volume control， pictures preview，PDF browsing capabilities. The system gives people a new concept of the interpersonal interaction.

Keywords：fingers multi-control recognition， color recognition， OpenCV， Human-Computer Interaction. 

便攜式三維重建系統 (一等獎作品)

Portable Three-dimensional Profiler

郭明宇 鄒 潤 張 波 

南京大學（Nanjing University） 

摘要：本作品設計實現了一種嵌入式的便捷實時的非接觸三維重建系統，以Intel(R) Atom(TM) 處理器為核心，運用結構光以及圖像處理相結合的方法，將二維信息轉換到三維空間中。對點云進行拼接、融合、精簡、三維Delaunay三角剖分，在OpenGL中顯示。系統成像細節豐富，可交互操作，在傳統以及新興的3D技術領域有廣泛應用前景。與時下的三維重建系統相比，克服了體積大、功耗高、成本昂貴、操作復雜等缺陷。采用Intel C++編譯庫編譯，并采用IPP、OpenMP優化，CPU負載平衡，使得重建速度快，實時性良好。 

關鍵詞：三維測量，三維重建，結構光，點云拼接，便攜式

Abstract：This work designs a convenient non-contact 3D reconstruction system based on embedded technology which depends on Intel(R) Atom(TM) processor. By the combination of structured light and the method of image processing，the two-dimensional information can be converted into3D space. Through the processing of slicing ，integration ，retrenchment for the point cloud，the image can be displayed by the algorithm called 3D Delaunay triangulation. This imaging system with rich detail can be operatedinteractively and has extensive application prospect. Compared to the other recent product，the system can overcome the disadvantages of large size，high power consumption，expensive cost，the complexity of operation. Programs are compiled through Intel C + + compiler libraries and optimized by IPPand OpenMP for full CPU utilization and a higher speed.

Keywords：3D Measurement, 3D Reconstruction, Structural light, Point clouds Registratiion, Portable 

Improving Exercise Bike Experience with Google Street View and Virtual Reality (一等獎作品)

Multi Point Control System Based on Color Recognition

Chan Chun Wing，Chan Hiu Yu，Zhang Qi 

The Chinese University of Hong Kong 香港中文大學 

摘要：Cycling is one of the best forms of exercise available. As cycling is often affected by the weather and available places， many people prefer cycling at home on exercise bikes. However， prolonged cycling on an exercise bike could be very boring. The aim of this project is to provide a better exercise bike experience. The user can cycle on any road around the world with the Google Street View scene updating according to the cycling speed detected by the rotary encoder. With the digital compass and the accelerometer working together， the computer can detect the movement and orientation of the user's head and update the scene in real time. Together with the video eye-wear， a virtual reality experience is achieved. 

關鍵詞：Exercise bike, Virtual reality, Accelerometer, Gyroscope, Compass

基于增強現實的3D辦公系統—IFFICE (一等獎作品)

3D Office System Based on Augmented Reality—IFFICE

李 浩 弋 方 靳瀟杰 

西安電子科技大學（Xidian University） 

摘要：該系統基于Intel(R) Atom(TM) 處理器的嵌入式平臺開發，以增強現實技術為核心。通過將虛擬物體疊加到真實場景中，創建了一個3D可視化的辦公環境，用戶可直接操作這些虛擬物體。本系統實現了多種辦公功能，如文本閱讀編輯、電話呼叫、音視頻播放、在線會議等。本系統旨在為用戶提供一個移動辦公環境，為用戶節省了空間，提高了硬件設備的共享率，實現了全新的人機交互方式，為用戶帶來了輕松便捷的辦公體驗。在教育、商務、娛樂等諸多領域有較好的應用前景。該系統充分發揮嵌入式平臺功耗低和移動性強的優勢，使得貼身辦公室的設想成為現實。 

關鍵詞：嵌入式平臺，增強現實，計算機視覺，移動辦公

Abstract：This thesis introduces an Augmented Reality (AR) system named IFFICE， which is developed on Intel(R) Atom(TM) based embedded platform with Moblin operating system. AR technology is the overlay of virtual computer graphic images on the real world， with which IFFICE builds a 3D office enviroment for users to work in through a Head-Mounted Display (HMD). IFFICE accomplishes document handling，telephone calling，video playing，online conference and other office applications. This system aims to create a brand-new Human-Computer Interface，under which users can work more efficiently and comfortably，and the mobility of Atom platform ensures that users can work anywhere. IFFICE reflects the future office concept, and can also be applied into many other fields，such as education，business，entertainment etc. The system fully utilizes the advantage of the low power consumption and strong mobility characteristics of the embedded platform，and provides an office environment for users to work anywhere and anytime. 

Keywords：Embedded Platform，Augmented Reality，Computer vision，Mobile Office 

幻境漫步者——基于體態感知與3D立體顯示的趣味漫步系統 (一等獎作品)

Wonderland Roamer——the Interesting Walking System Based on Body Posture Sensing and Stereo Display 

聶 勤 徐 銘 孫鵬冬 

西安交通大學 Xi'an Jiaotong University 

摘要：本文介紹了基于體態感知與立體顯示的虛擬漫游系統，充分利用嵌入式平臺的系統資源與特點，擴展外圍傳感器、無線網卡、數字頭盔等硬件設備，以開源的OpenSceneGraph三維圖形引擎為開發工具，結合3DStudioMax建模，設計實現出利用身體姿態進行虛擬漫游控制，并且具有3D立體顯示功能的趣味健步系統，有很強的沉浸感，使用者能在運動健身的同時享受到幻境漫游的無限樂趣。同時，系統有監視保護功能，提醒使用者避開現實中的障礙。

關鍵詞：虛擬漫游，體態感知，立體顯示

Abstract：This paper introduces a virtual roaming system based on body posture sensing and stereo display. The system makes full use of the resources and features of the embedded platform to extend hardware devices，such as sensors，wireless network card，and head-mounted display. OpenSceneGraph，an open source software development tool，is used as the graphics engine，and incorporates 3DStudio Max as model designing tool to complete the interesting walking system. This system not only takes advantage of body posture to control virtual roaming accordingly，but also has the function of displaying 3D stereo scene. Moreover，it has strong sense of immersion，making the user enjoy infinite pleasure while exercising for fitness. In addition，the surveillance and protection functions remind form the user to avoid obstacles in reality.

Keywords：Virtual roaming，Body posture sensing，Stereo display 

工業園區安防監測衛士凌靈狗

——基于Intel(R) Atom(TM)處理器的輪式機器人 (一等獎作品)

Watchdog-The Security Monitoring Guard in the Industrial Park

—The Wheeled Robot Based on Intel(R) Atom(TM) Processor

王 舉 趙一凱 張東東 

西北大學 Northwest University 

摘要：本作品使用基于Intel(R) Atom(TM) 處理器的嵌入式平臺，采用Moblin嵌入式操作系統，應用多線程技術，實現具有遠程實時視頻監測、運動目標監測、傳感數據采集分析、監測信息短信提示等功能的安防監測機器人。本作品使用低功耗的Intel(R) Atom(TM) 處理器，延長了系統的監測時間，并且可擴展多種傳感器以滿足不同安防監測的需求。本作品能夠實現靜態目標偵測和動態無人巡邏，在系統方案設計上具有一定的創新性和實用性，能有效提高工業園區安防監測的準確性、快速性、實時性。

關鍵詞：Intel(R) Atom(TM) processor，Moblin，低功耗，多線程，工業園區安防監測

Abstract：This wheeled robot utilizes Intel(R) Atom(TM) processor based platform and Moblin OS. With multi-threading technology, the project implemented the features including real-time video capture and compression，data acquisition by sensors，moving target tracking, and has met the need of security monitoring In addition，the low-power Intel? Atom? processor used in the design can greatly extends the monitoring time, and expand a variety of sensors to meet the need of different security monitoring. Our design is innovative and practical，and can improve the industrial park's security monitoring more effeciently.

Keywords： Intel(R) Atom(TM) processor，Moblin，Low-power，Multi-threading technology，Security monitoring in the industrial park 

基于智能視覺技術醫用藥劑中可見異物自動化檢測系統 (一等獎作品)

Automatic Injection Impurity Detecting System Based on Intelligent visual technology 

肖 亮 李俊杰 桑延奇 

中南大學 Central South University） 

摘要：針對國內人工藥品檢測低效率、低準確率的不足，按照國家行業標準設計了一套基于智能機器視覺的可見異物自動化檢測系統。該系統主要包括機械傳動模塊、電氣控制模塊和圖像識別與處理模塊。根據異物運動連續性和噪聲運動無序性等特點，作品使用改進的二次差分算法從圖像中提取運動雜質，然后采用基于SIFT特征的MeanShift算法對雜質進行跟蹤，最后檢測出雜質情況，并由此判斷產品質量是否合格。測試表明，系統的檢測分辨率達40μm，準確率達90%以上，滿足企業要求，基本能替代人工檢測。

關鍵詞：機器視覺，可見異物檢測，序列圖像二次差分，異物跟蹤

Abstract：According to the national standards of production，our team designs an automatic impurity detecting system based on intelligent visual technology to address the low efficiency and low accuracy of domestic manual detection. The system mainly includes mechanical transmission module，electrical control system module and image processing module. According to the feature-continuity of impurities movement and discontinuity of noise movement，we propose an improved second-difference algorithm in order to extract movement impurities，then use the SIFT features and MeanShift algorithm to track impurities，finally detect the extracted impurities，and find out whether the product is qualified. Experimental results show that the system can detect impurity whose diameter is above 40 microns，and the system accuracy rate can reach 90%. It meets the requirements of most enterprise，and in most cases can replace the original manual testing. 

Keywords：Machine vision，Visible impurity inspection，Image sequences second-difference，Impurity tracking 

全國大學生電子設計競賽組委會

2011年11月9日