实验室建设项目方案.docx
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实验室建设项目方案
实验室建设项目
项目名称信息采集与处理实训平台建设
一、项目情况
项目名称：
信息采集与处理实训平台建设
项目内容及目标
1.项目目标
总体目标是满足我院电子信息科学与技术专业学生专业课实验教学，使本专业能够顺利完成本科生的实验任务及实习实训，使我院电子信息科学与技术专业的教学和实践步入正轨，进而把该实验室建设成为学生实验以及开展第二课堂的实践与创新场所；成为本专业教师实施指导实验、科研创新的基地；成为学院培养高层次专门人才，推动科技创新的重要基地。
本系统的设计首先目标是要将现实的应用场景再现，通过再现的应用场景中软件、硬件的互动来激发、提高学生对于信息采集及处理实验的兴趣，这样在具体模拟出来的实际场景中进行指定内容的算法验证，使学生真正看到自己所验证的算法在实际项目中所起到的作用；
其次是要满足本科学生的现状，目前的学生编程能力尚有欠缺，如果完整地用真实的环境进行信息的获取、硬件结构架设、图像信息算法处理，那么对于很多学生来说，很难在限定的有限实验时间内完成，所以本系统的另外一个目标就是要在实验环境中可以完全屏蔽很多具体的技术难点，突出展现、实验在本科实验中对于经典算法的验证和体验；
第三个目标是系统的设计具有科研开发实用效果，本平台的设计中，完整体现的从信息多模式获取到信息处理的完整过程，完全可以将在印染工业、印刷工业、高速公路超速测定管理等场景从技术角度真实再现在平台上，满足实际的科研项目开发需求；
第四个目标是系统的设计具有较高的拓展性，平台融合了前期的多通道数据采集，可以将一些环境参数进行采集，并融入中间的数据综合处理过程，还可以利用ARM实验平台和DSP实验平台的资源，利用已有部分的实验设备完成扩展的综合数据处理分析，加上后端模拟了工业现场的标准输出,总体上使得系统具有较高的拓展性，很好地从输入、处理到输出完整模拟了工业现场以及其他应用中的实际项目环境，使学生能够在本平台上由很清晰的认识和感知。
第五个是目标是通过综合性的管理平台提高对于实验的全方位管理水平，同时，通过互动平台实现在学生实验阶段对于设备访问技术细节的屏蔽，让
学生通过平台提供的功能达到简单的对于设备的驱动和访问过程，在简单验证实验中仅仅关注算法处理细节，同时又能清楚体验完全吻合现场应用环境下的具体实现模式。
2.项目内容
系统主要由五个部分组成，一个是信息和图像获取单元，二是实验对象的模拟平台，三是信息和图像的处理单元如图像工作站，四是工业现场的输出展示单元；五是将整个综合数据处理平台从实验资料到学生实验数据等进行全方位管理的综合管理平台；
系统的整体在实验室部署需要实验室有完整的内部计算机网络，网络总体拓扑结构如下，在下面的结构中，学生机担任图像采集和本地的图像处理过程，教师机提供给实验指导教师给学生下发实验要求以及试验资料等，服务器上存放教学的全部资源以及在学生是实验过程中的中间数据，方便统一管理；
二、项目论证
1.项目建设必要性
电子信息科学与技术专业主要涉及信号传感检测、分析处理、数据信息传输等方面的理论与工程实践教学、科研开发及相关应用研究。
要求电子信息科学与技术专业实验室能够培养学生熟练掌握信息传感与检测技术、信号采样与信号分析处理技术、计算机通信与网络技术、电子产品设计开发与系统集成技术等方面基本理论知识与工程实践能力。
通过对国内部分高校电子信息科学与技术专业的考察，我们了解到，完整的电子信息科学与技术专业实验室一般包括由电路实验室和机房组成的基础实验室，由传感器与检测技术实验室、单片机实验室、数字图像采集与处理实验室和数据通信与计算机网络实验室及综合实训处理平台组成电子信息科学与技术专业实验室。
对于该专业的学生来说，实践课程的训练与理论教育具有同等的重要意义，专业实验室的建设对学生实际动手能力的培养具有至关重要的作用，直接影响到本专业学生的培养质量及分配情况。
建立本专业的专业综合实训平台势在必行。
2、建设目标及主要建设内容
1、建设目标
电子信息科学与技术实训综合处理平台的总体目标是：
首先满足我院电子信息科学与技术专业学生专业课实验教学，使本专业能够顺利完成本科生的实验任务，使我院电子信息科学与技术专业的教学和实践得到进一步的完善；第二，把该实验室建设成为学生实验以及开展第二课堂的实践与创新场所，使得综合性设计性实验逐步得到提高；第三，使得本专业教师实施指导实验、学生进行实训创新的基地，成为学院培养较高层次专门人才，推动科技创新的重要基地，为实现学院建设的总体目标奠定坚实的基础。
2、主要建设内容
a）信息获取平台
信息获取平台
前置多通道信息采集卡
ARM\DSP数据处理接口
信息获取平台分为两个不同的方法，一种模式是采用图像获取，一种是通过检测获取。
检测获取的过程中，通过多通道信息采集卡可以将实验平台周围的温度湿度压力等环境参数进行获取，这组数据获取之后，可以进入数据处理中进行综合的数据处理，参与整体项目的业务逻辑控制；
本检测获取的过程实际上并不是独立的，平台本身对于现有的一些系统“传感器应用综合实验系统BDXSE-1A”以及图像、语音、网络多媒体综合系统实验箱（ICETEK-DM642-IDK-M）进行了有效的融合，能够通过数据对接模式完成数据共享和传输，这样，数据检测过程中，不仅仅可以利用本平台提供的数据采集，同时，也可以采用上述已配套的实验设备来完成各类数据的采集；
图像获取平台主要包含系统中的图像采集设备，包括摄像头、照相机、视频采集卡等硬件设备以及为了获取不同设备中图像信息所使用的采集软件两部分；
本系统是为了让学生掌握图像处理的算法和技巧的实验平台，由于学生对于硬件设备接口了解有可能不足，所以本平台中带有通用的软件采集模块，利用本模块，学生通过参数选择就能方便获得所需设备上的图像，该软件能将所获得的图片以图片文件的方式传送给学生，这样，学生在简单验证试验中就仅仅关注自己所要调试的图像处理算法的核心程序即可，无需处理硬件设备和接口，即保留了具体应用现场中的真实场景又屏蔽了设备的接口；
b）实验对象模拟平台
实验对象模拟平台主要包括皮带传送机、变频器、光电编码器以及不同类型的光源，这些设备中，变频器主要负责控制皮带传送器的运行速度，光电编码盘是为了获得传送器上被拍对象的位置，不同的光源主要是为了模拟工业现场中照明环境，让学生清晰认识光照差别在图像处理应用中的影响；
c）综合信息的处理单元
综合信息的处理单元在本系统中是一个开放的平台，本平台中已经提供了一些标准的、经典的图像处理算法源代码和演示的例子，包含了部分检测输入设备的数据传入接口，同时，可将新的数据、图像处理资源也加入本单元，这样后期学生在实验过程中便有了更多可以借鉴参考的内容；
信息处理单元，由于处理模式的不同，本平台提供了与DSP和ARM系统的接口单元，系统容许从平台获取数据，并将数据传送至现有的DSP开发实验平台和ARM实验平台上进行数据的中后期处理，这样，不仅仅面对计算机模式的图像处理过程，同时将现在较为超前的ARM处理技术以及DSP处理技术也融入到了整个系统，完成卓越的数据中期处理过程；
d）输出展示单元
图像处理在工业现场中应用很广泛，无论在印刷或者是纺织，所有的检测都需要有输出，工业中常规的输出往往是一个声光警报或者是一个开关信号，本输出单元便给学生提供一个可以进行声光报警的输出展示单元，当检测到指定的信号便可以方便进行报警等展示，完全真实模拟图像处理的应用现场；
例如，模拟印染行业印染质量检测时，当检测到印染出的花纹缺色时立刻进行声光警报或者直接控制印染机停机，这种实验与工业现场的环境是完全吻合的，而其中学生需要考虑的仅仅是图像处理的基本算法；
e）综合管理平台
数据库与资源服务器主要提供实验相关资源的存储，屏幕管理与分发等教学功能，实验、教学服务器提供对实验教学以及实验操作的支持功能：
实验教学功能由门户与实验教学课程系统构成，可以实现基本的认证与授权，教师对课程相关信息发布，课件资源的上传，在线考试，作业批改，学生与教师之间的交流互动以及学生间的协作，是开展图像处理实验教学的在线学习平台。
实验操作功能是实现对实验设备进行访问与操作的系统平台，通过实验平台可以实现实验环境的加载、配置，实验设备与各类实验基础资源的访问，实验的开发、实验以及实验结果的获取等功能，是开展图像处理实验教学的操作平台。
三、预期效益分析
建设项目顺利完成后，将初步满足我院电子信息科学与技术专业学生系统设计及实践课程的硬件要求，为提高本专业学生的实践创新能力提供可靠保障，同时也将为本专业教师从事科研提供良好的条件。
1、初步建立起我院电子信息科学与技术专业课程及实验培养框架
电子信息科学与技术专业实验室建设将初步满足我院电子信息科学与技术专业学生系统设计及实践课程的硬件要求，使本专业能够顺利完成本科生的教学上课和实验任务，使我院电子信息科学与技术专业的教学和实践步入正轨，初步建立起我院电子信息科学与技术专业课程及实验培养框架。
2、提高本专业学生的实践创新能力
本实验室的建设将给电子信息科学与技术专业学生提供基本的系统设计实践及创新的场所和基地，给学生提供尽可能多的理论联系实际的机会，为学生将来更好地走向社会、服务社会提供坚实的基础和保障。
3、为教师科研提供良好条件
结合我院电子信息科学与技术专业教师研究专长及电子信息科学与技术专业特点，规划以下3个方向为学科研究方向：
（1）数据挖掘、融合的理论与应用；
（2）图像处理与模式识别；（3）现场总线与工业过程信息交换中的应用研究。
本实验室的建设将直接对以上研究提供设备和环境方面的支持。
实验平台可提供丰富的底层程序和教学实验程序，说明完整，程序源代码开放，可支持基础以及综合性的图像教学实验。
4.可完成的实验
a.信息采集教学基础实验
b.图像教学基础实验
c.多系统联动综合（开发）试验
d.综合（开发）试验
场景一：
档案馆资料归档
档案馆在进行纸质材料入库的时候需要保留一份电子档案入库，做法是将纸质档案进行拍照，然后入库，一般A4幅面的纸张在照相机拍下无法做到尺寸恰当，所以，需要将照片中纸张有效区域之外的部分裁切，利用本平台中的照相机和图像采集模块，学生仅仅掌握图像的投影和剪切算法，就能实现本场景的模拟；
场景二：
印染（印刷）缺色检测
印刷过程中对于彩色的印刷来说，都是分色进行印刷的，例如先印红色，然后印蓝色等，至于中间色也是用基本色搭配混合形成的，利用本平台中的照相机和图像采集模块，学生仅仅掌握图像二值化的算法就可以完成相应的场景的模拟；
场景三：
高速公路测超速
高速公路超速的检测利用摄像机来实现其思路也是很直观的，主要检测该车辆在两幅图像中的位移就能计算出来（前提是摄像机采集速率确定），利用本平台中的摄像机和图像采集模块，学生仅仅掌握图像腐蚀算法就可以完成相应的场景的模拟；
场景四：
安全防卫检测
视频监控现在在很多场景下都在使用，而目前很多视频监控的录像功能是长期开启的，如果能检测画面，当画面中没有出现异动就不录像，那将会节省很多存储成本的，目前的新监控系统中已经有这样的应用；该应用在本平台上的模拟仅仅使用摄像头也能完成，学生利用连续从视频中截取的图像，进行合理的比对，有较大差异（阈值待定）时给出信号，这样，学生便能很方便地在平台上测试效果；
场景五：
印刷定屏检测
印刷过程中，由于印刷机上的纸张在连续高速通过，所以，纸张上所印的画面无法看清，本场景模拟在印刷机器上高速通过的图像的定格技术，画面上总是定格地显示当前通过的画面，就能让人直观地查看印刷质量；本场景模拟需要利用本平台中的线阵摄像机（或者高速照相机）和编码盘（光电检测器），当有信号到达则启动图像采集，所以每次纸张通过的时候都是从第一行开始采集，这样，所采集出来的图像始终是完整的图像，仅仅进行图像筛选然后显示即可。
四、保障措施
1、人员条件
负责人：
副教授，主要从事网络及通信工程的研究
主要参加人员：
教授博士主要从事计算机网络技术与应用的研究
教授，主要从事智能信息处理及网络应用研究
副教授，主要从事分布式数据库的研究
副教授，主要从事系统工程研究
高级工程师，主要从事控制系统的研究
副教授，主要从数据采集集图像处理研究
副教授，主要从数据采集集图像处理研究
副教授，主要从事计算机接口及应用研究
工程师，主要从事计算机机房管理工作的研究
2、基础条件
计算机学院承担着全院电专业、非电专业基础课的教学与实验（全院本专科共13253人），学院现有教授5人，副教授8人，讲师12人，实验技术人员12人，师资配置已初具规模，在广大师生中受到好评。
电子信息科学与技术专业实验室工程面积共100平方米。
三、主要设备清单
项目名称
序号
仪器名称
型号规格
数量
单价
（万元）
总价
（万元）
备注
1
图形工作站
ThinkStationE31（2555A29）
----------------------
CPU类型：
Intel至强E3-1200
CPU主频：
3.2GHz
CPU型号：
XeonE3-1225v2
最大CPU数量：
1颗
主板芯片组：
IntelC216
内存类型：
DDR3
内存大小：
4GB
最大内存容量：
32GB
硬盘容量：
500GB
网卡描述：
Intel82579千兆网卡
电源描述：
240W，100-127/200-240V
机箱类型：
塔式机箱
2
2
线阵相机
北京威视MMC1024-DLMC-35，
1K分辨率,35K行/S，千兆接口
C口12.5MM,1英寸
2
3
高速照相机
台湾显泰SunTimeT920D
---------------
放大倍率：
20X-133X（连续变倍）
放大倍数：
10X-65X
视场范围：
最大36MM----最小3.5MM
工作高度：
100MM-190MM
相机像素：
硬件200万像素
感光器型号：
1/2.5"CMOS彩色
扫描方式：
逐行扫描
支持最大分辨率：
60帧@1920X1080
2
4
摄像机
HDR-CX510E
------------------------
液晶屏尺寸：
3英寸
最大像素：
543万
有效像素：
约223万（16:
9），167万（4:
3）
光学变焦：
30倍
防抖性能：
平稳光学防（增强模式）
存储容量：
64GB
传感器类型：
ExmorRCMOS
存储介质：
SD/SDHC卡/MS记忆棒
录制格式：
图片：
JPEG视频：
AVCHD，MPEG-...
产品重量：
315g（仅机身），约370g（包含标...
传感器尺寸：
（1/3.91）英寸
2
5
视频采集卡
HD200-HDMI
-----------------
视频输入格式:
480i、480p、576i、576p、720p、1080i
图像分辨率:
1920x1080
产品特性：
视频输入接口:
HDMI、色差、AV、SV等输入接口
2
6
传感器接口卡
PNC_SPMM
COM*4
2
7
ARM试验箱连接卡
PNC-ARM
USB-COMM*1
2
8
DSP试验箱连接卡
PNC_DSP
USB-COMM*1
2
9
传送皮带（含电机）
定制
600MM*250MM
2
10
1024光电编码盘
瑞普ZSF6205
-----------------
类型：
光电编码器
读出方式：
接触式
工作原理：
增量式
2
11
光电检测器
欧姆龙E6C2
2
12
LED光源
北京华视
2
13
日光灯光源
philip40W
2
14
护眼灯光源
25W
2
15
变频器
春日500W
2
16
教师实验桌
160*60定制
2
17
实验控制矩阵操作台
PN_ALL_IN_One
2
18
声光报警输出控制器
定制
2
19
设备安装架
铝合金定制
2
B1
节点处理机
联想启天
M4350（i53470/4GB/500GB/1GB独显）
显示器尺寸：
19英寸CPU型号：
Intel酷睿i53470CPU频率：
3.2GHz内存容量：
4GBDDR31333MHz硬盘容量：
500GB7200转显卡芯片：
AMDRadeonHD6450光驱类型：
DVD刻录机操作系统：
DOS产品类型：
商用台式机显卡类型：
独立显卡
20
B2
照相机
工业CCD
SONYXC-ES301/3CCD
20
B3
摄像头
C270，高清720p,USB
20
B4
视频采集卡
天创恒达HD200-HDMI采集卡
-----------------
视频输入格式:
480i、480p、576i、576p、720p、1080i
图像分辨率:
1920x1080
产品特性：
视频输入接口:
HDMI、色差、AV、SV等输入接口
20
B5
传送皮带
定制40*90含点电机和安装座
20
B6
光电检测器
欧姆龙E6C2,接触式光电编码
20
B8
多通道数据采集卡
PNC-DATA,8路数据采集
20
B9
ARM试验箱连接卡
PNC-ARM
USB-COMM*1
20
B10
DSP试验箱连接卡
PNC_DSP
USB-COMM*1
20
B11
LED光源
北京华视
20
B12
日光灯光源
philip40W
20
B13
护眼灯光源
25W
20
B14
直流调速电机（含调速控制器）
定制
20
B15
学生实验桌
定制120*50CM
20
B16
声光报警输出控制器
定制
20
B17
实验控制矩阵操作台
PN_ALL_IN_One
20
B17
设备安装架
铝合金定制
20
C1
数据资源服务器
IBMSystemx3850X5（7143i20）
产品类别：
机架式CPU型号：
XeonE7-48202GHz标配CPU数量：
2颗内存容量：
16GBDDR3标配硬盘容量：
标配不提供内部硬盘架数：
最大支持8块串行连网络控制器：
双千兆网卡电源类型：
热插拔电源产品结构：
4U散热系统：
热插拔风扇RAID模式：
RAID0，1，5扩展槽：
7×半长PCI-E
1
C2
网络机柜
图腾42U标准机柜
1
C3
48口网络交换机
H3CS5048E
产品类型：
智能交换机应用层级：
二层传输速率：
10/100/1000Mbps端口数量：
48个背板带宽：
96GbpsVLAN：
最多支持512个符合IEE网络管理：
支持Web网管支持通包转发率：
71.42Mpps
2
D1
辅助材料（缆线、耗材等）
施工安装施工线缆耗材
1
D2
系统安装调试费用
设备安装调试费用
1
合计
四、主要设备论证（设备功能、选型理由、运行条件、配套性等）
序号
品名
配置说明
教师平台
1
图形工作站
Intel至强E3-1200\3.2GHz\XeonE3-1225v2\IntelC216\DDR3\4GB\500GB\Intel82579千兆\40W\塔式
2
线阵相机
北京威视2048点线阵相机，USB,带工业镜头
3
高速照相机
高品质CMOS1280x1024传感器速度高达2,000帧/秒的全分辨率录制最高录制速度为150,000帧/秒单色或多色选择;用户可选的速度为1微秒的总体快门4GB/8GB/16GB可升级内存千兆位以太网连接;可选触发器类型0.5VTTL/普通/BROC/ROC/活动视频;F型镜头安装支架
4
摄像机
高清摄像机、无线摄像机、液晶屏尺寸3英寸、最大像素：
543万、有效像素：
约223万（16:
9），167万（4:
3）、光学变焦：
30倍、防抖性能：
平稳光学防（增强模式）、存储容量：
64GB、传感器类型：
ExmorRCMOS、存储介质：
SD/SDHC卡/MS记忆棒、15g（仅机身）、约370g、1/3.91）英寸
5
视频采集卡
视频输入格式：
480i、480p、576i、576p、720p、1080i图像分辨率：
1920x1080、产品特性：
产品特性1、视频输入接口:
HDMI、色差、AV、SV等输入接口
6
传感器接口卡
RS232接口和USB接口转接上位信号
7
ARM试验箱连接卡
RS232\usb\Mbus
8
DSP试验箱连接卡
RS232\usb\Mbus
9
传送皮带（含电机）
800*400，60到300米自适应
10
1024光电编码盘
11
光电检测器
2048点，TTL电平对接
12
LED光源
20W,白色
13
日光灯光源
14
护眼灯光源
15
变频器
150W,10倍频可变
16
教师实验桌
100*150定制
17
实验控制矩阵操作台
18
声光报警输出控制器
工业现场的声光报警输出机构
19
设备安装架
学生平台
1
节点处理机
18.5英寸\AMDTrinityAPUA4-5300B\3.4GHz\2GBDDR31600MHz\500GB\AMDRadeonHD8470512MB\DVD刻录机\集成\1000Mbps以太网卡\双核心
2
照相机
800万像素以上工业CCD照相机
3
摄像头
工业摄像头480+320
4
视频采集卡
5
传送皮带
定制40*90含点电机和安装座、常规
6
光电检测器
2048点，TTL电平对接
8
多通道数据采集卡
9
ARM试验箱连接卡
10
DSP试验箱连接卡
11
LED光源
12
日光灯光源
13
护眼灯光源
14
直流调速电机（含调速控制器）
15
学生实验桌
16
声光报警输出控制器
17
实验控制矩阵操作台
17
设备安装架
公共平台
1
数据资源服务器
机架式\eonE7-48202GHz\16GBDDR3\无硬盘、双千兆网卡\4U\RAID5\7扩展槽×半长PCI-E最大CPU数量：
4颗
2
网络机柜
3
48口网络交换机
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