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全国大学生电子设计竞赛作品,是如何利用AI技术的?

时间:2020-12-28 作者:黄烨锋 阅读:
我们来看看其中几个给评委留下了相对印象比较深刻的参赛作品。其一是拿下了本次“瑞萨杯”的作品,来自杭州电子科技大学黄崇君、陈俊煜、叶露娜小组的“基于V2X的车路协同系统构建”。还有个印象比较深刻的作品是‘未来超市’。电子秤+摄像头,用视频观测、识别被称商品类型,主要是蔬菜和水果;重量和价格一下就自动生成了……
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去年这个时间,我们参加过一次上海大学的电子科技竞赛。参与这类竞赛,可大致了解大学在电子科技行业人才培养方面的发展程度。今年观察这一信息的窗口在“全国大学生电子设计竞赛”,“瑞萨杯”信息科技前沿专题邀请赛(以下简称“瑞萨杯”)。

从竞赛组委会的介绍来看,每年全国大学生电子设计竞赛会有不同的赛事。“单数年”是国赛,“偶数年”则主要包含企业赞助的各种邀请赛。这类形式的邀请赛,除了这次的瑞萨杯信息科技前沿专题邀请赛,另外还有Intel赞助的嵌入式系统专题邀请赛,以及TI赞助的模拟电子系统专题邀请赛。

“瑞萨杯”的这场比赛,就我们看到的得奖作品来说,是采用瑞萨提供的IoT开发板和更多周边,偏向应用端的一个赛事。全国大学生电子设计竞赛更早在2008-2017这10年的比赛阶段,瑞萨每隔一年给予了总共5届的支持。瑞萨电子中国总经理荒山伸男介绍说,此前这10年的比赛集合了中国1100所高校,总计超过17万人次参加。

获得今年“瑞萨杯”的参赛队

从2018年开始则是“新的10年”,今年的“瑞萨杯”算是“新10年”的第二届。“新10年”相比过去10年的赛事,更倾向于以开放命题的方式进行比赛。今年的“瑞萨杯”从4月份开始发出邀请,因为疫情的关系,比赛以线上线下的方式同步开展,到9月份有43个学校的71支队伍提交作品报告。通过远程评审的方式,9月14日竞赛组委会公布结果;并于近期在杭州电子科技大学举行颁奖典礼。

这次比赛的报名作品涵盖了测量、无人机/自动驾驶、图像、机器人/控制、智能家居、语音识别等领域。获奖队伍一等奖6个(包括一个瑞萨杯),二等奖11个,三等奖26个。我们来简单看看今年的一些得奖作品,并从中理解此类赛事带来了何种价值。

比赛用到的工具

全国大学生电子设计竞赛组委会委员、专家组常务副组长、同济大学岳继光教授表示,本次比赛的评审过程主要有两个原则,其一是考量参赛作品的意义,“对现代社会经济、未来人类生活等,作品创意还是很重要的”;第二则是对瑞萨RZ/A2M资源的利用程度如何。

其中的第二个原则所说的产品,即本次“瑞萨杯”竞赛硬件基础主体的RZ/A2M。从瑞萨电子官网来看,RZ/A2M定位于“带DRP技术的高速嵌入式基于AI的图像处理微处理器”。

上面这张图是RZ/A2M在设计上的理念,即“像使用MCU一样去使用MPU”。瑞萨电子中国战略市场部高级经理于涛在介绍这款MPU的时候提到了:“这是个500MHz主频的MPU,集成度比较高,包含了片上RAM,以及瑞萨的DRP硬件处理单元,还有一些摄像头接口电路等。”

“集成度高的优点主要包括,第一外围电路比较简单,不用外扩DDR,DDR的供电也省了。而且对设计者来说,DDR也面临高速布线的问题,需要一些高度技巧,这些就可以省略掉了。”也就更便于实现低功耗、可降低BOM成本。从瑞萨电子官方介绍页来看,RZ/A2M集成了至多4MB SRAM;另外支持MIPI-CSI接口,以及有集成的硬件图像失真校正单元。

另一个重点是DRP加速器,这项技术我们曾在去年的文章中着重提到过。瑞萨电子对DRP的描述是,DRP(动态可配置处理器)在性能、设计弹性方面都优于FPGA。简单说,这是个用于AI inference的专用硬件,并且具备可编程性。这很像是软件定义芯片SDC结构的实践。作为专用硬件,执行类似图像预处理的时间,会比通用处理器明显更快,瑞萨此前的数据是快10倍——对比的应该是RZ/A1;而且更节能。

DRP加速单元主要擅长的工作是“加速图像的预处理,比如说基于摄像头把图像信息采集过来做一些预处理,包括灰度的变化、二值化等。另外图像裁剪,以及包括神经网络的推论算法在DRP单元加速运行。”于涛表示,“应用A2M的芯片做物体识别方案,首先摄像头把数据采集进来,针对点阵图像比如要把二维码找出来,还需要执行扫描。利用DRP,时间大概是70多毫秒;如果靠CPU去跑,大概就要300多毫秒才能跑下来了。”

所以RZ/A2M整体上,目标应用有两个方向。“一是嵌入式的图像识别功能设备”,“另外一个是图形化的人机界面GUI”。更具体地说,在工业监控、智能家电、服务机器人等领域,RZ/A2M都比较适合。这次“瑞萨杯”,学生作品针对RZ/A2M比较多见的项目,还是一些基于图像识别的创意。

几个比较有趣的参赛项目

岳继光教授在颁奖典礼开场前,提及针对参赛作品的建议时说道,“希望参赛同学能够进一步总结经验,深刻理解和体会RZ/A2M MPU结合了专有的DPR技术,进一步提升这些先进技术的利用率。”我们来看看其中几个给评委留下了相对印象比较深刻的参赛作品。

其一是拿下了本次“瑞萨杯”的作品,来自杭州电子科技大学黄崇君、陈俊煜、叶露娜小组的“基于V2X的车路协同系统构建”。岳继光教授在接受采访时提到:“做个作品做了自动小车的编队功能,有个头车——作为主车就应用了瑞萨的开发板,后面还有3-4个从车。主车能够根据路况做出驾驶行为的判断,让从车跟踪、后退、转弯或者避让等。”

“这个作品之所以给我留下比较深刻的印象,是在于无人车未来一段时间可能就要走入百姓生活了,很多城市都在做。”岳继光教授表示,“当然这个项目也有稚嫩的一面,比如说并未涉及对面来车的避让和互闪,就只能用在单一车道上。但从创意和应用瑞萨开发板的理念来看,还是能够投射当代大学生关心未来的精神风貌。”


“还有个印象比较深刻的作品是‘未来超市’。电子秤+摄像头,用视频观测、识别被称商品类型,主要是蔬菜和水果;重量和价格一下就自动生成了。超市如果采用借鉴这项技术,可以加速结账和商品流通的速度。虽然也有稚嫩的一面,不同水果要分开称,同价格的商品其实是没有必要分着称的。”

这个作品来自西安交通大学的胡嘉豪、吴俊杰和高明豪。项目介绍中提到了“通过RZ/A2M读取摄像头的贝尔图像,经由DRP技术的图像加速处理后获得RGBG的四通道图像,并将GRY图像输出到显示器上做显示。获得的四通道图像上传至上位机,进行深度学习模型的训练和识别。基于EAItranslator的转换的模型可以在RZ/A2M上离线运行。”

此前我们也介绍过e-AI方案系统框架,当终端设备脱离云时,仍可收集数据,并在内部进行数据整理和学习,最终通过AI inference来实现终端人工智能。

来自西安理工大学的“强激光束的高精度自动随焦系统”展示

于涛另外还介绍了两个参赛项目。其一是“辅助穿刺”,“我们去打点滴,遇到的一个问题可能是找不到血管。有参赛队伍利用成像的方式,帮助辅助分辨静脉的位置。这个思路也给我们开拓了利用成像、检测辅助做一些穿刺的定位。”于涛谈到。

“另外有个物体空间姿态检测的项目。我们都知道用摄像头去抓取图像,X轴、Y轴的位置分辨肯定没问题,能够分析出来,但Z轴信息很难采集出来。他们是利用一个类似魔方——六个面贴上二维码,通过算法加上DRP加速,把三维坐标标出来,给我们提供了解决问题很好的思路,这个给我留下的印象也很深刻。”听起来有些类似于结构光的3D感知原理。

这类比赛能带来什么?

全国大学生电子设计竞赛这样的比赛本身,当然是电子产业深入教育的一个体现,培养人才、激发学生的学习兴趣等自然是不必多谈的活动意义。就比赛意义这一个话题来谈,实际上可切分为对瑞萨电子这类赞助商的意义,对学校教学的意义,以及对电子科技行业本身的意义几个方面来谈——而人才培养实际是对行业本身的价值。

对瑞萨而言,用瑞萨电子中国业务发展部副总监冯新华的话来说,“首先是实现了公司践行社会责任的理念;另一个则是通过比赛来支持教育,能够让更多同学了解我们公司,熟悉公司产品,在今后的工作过程中,能够利用这样先进的技术为社会发展做出贡献。”

另外,于涛还提到,在为参赛队伍提供技术支持时,“有同学需要用到的资源,是瑞萨原本DRP标准库中没有的。这也是从同学们的角度出发,给我们提出的一些新的要求。那么我们也会把这些问题汇总,向公司总部提出需求,并在下一个版本的DRP库中做一些改进。”

而且,“同学们的很多创意都非常好,我们也会向客户介绍竞赛中的这些创意,将同学们的创意传达到产业中去,促进产业对相应产品的完善——当然知识产权是同学们的。从产业角度来说,如果有客户希望跟同学们有更多交流,我们也愿意促成这种产业化的合作。”这两点可说是对瑞萨本身产品完善起到的作用,以及将创意带到产业中去的价值。

对高校和教学来说,岳继光教授提到了教学改革推进:其一是教学仪器换新方面的推动作用。“在购置仪器方面,很多学校缺乏仪器,仅示波器这一项就能看到仪器换新在推进,大赛至少能够起到催化剂和推动作用。”

“第二,教学理念方面,有好的学校、赛区出辅导书,这些教材,包括论坛上的课程,课内课外的都在推动教材建设。”“2013年我们有做三维运动控制的,比如说四旋翼飞行器。当时四旋翼飞行器很少进入教材、课堂和学校。也是自此之后,大量课程和教材就进来了。”

“第三,同学们的水平也在逐渐提高。1100所高校、17万学生,这是很大的影响力。参加过大赛的同学,不管作品是否得奖,至少比其他人多学习了课外先进的电子技术。”“教学和企业需求间还是有比较大的差异”,而“竞赛补充了现在很多教学中的不足”。

于涛则补充说,“我们部门每年社招,简历上如果有参加竞赛获奖的,我一定会高看一眼。因为这些年接触下来,有这类经历的学生确实能力就会比较出色。这也是我们坚持赞助竞赛的原因。”

颁奖典礼上,“瑞萨杯”获奖代表发言

事实上,大学生参赛作品的许多创意和作品还是相对青涩的,而且某些创意在市场上已经有成熟化解决方案的,不过岳继光教授说:“这些作品能够透露出我们的同学,将来有潜力成为研究者或科学家。通过竞赛有了对社会的责任,以及对未来经济、科技发展的意识,我个人认为这个意义可能更大一些,倒不在于作品的成熟度或者其实用性。”

责编:Luffy Liu

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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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