第九届集创赛职业技能赛项杯赛题目——依元素职业技能杯
依元素职业技能杯
一、杯赛题目：基于图像信号处理的目标实时追踪系统芯片设计
二、赛题背景
在图像处理领域，图像信号处理器（ISP）作为一种专用集成电路（IC），在各类影像设备中起着至关重要的作用。ISP芯片能够优化图像质量、加速图像处理过程，是现代数码相机、智能手机、视频监控等设备中不可或缺的核心部件。
本题目要求参赛者设计一个基于FPGA的目标追踪系统，并借鉴ISP芯片设计的思想，将图像处理任务在硬件级别加速。该系统需要集成多个图像处理模块，如色彩空间转换、颜色提取、去噪处理和目标追踪等，模拟ISP芯片中的图像处理功能。同时，参赛者需在FPGA上实现低延迟、高效能的图像处理和实时追踪，设计出符合ISP功能的硬件模块，展示ISP芯片的设计理念在FPGA平台上的应用。
三、赛题任务
基于EGO模式识别平台，通过其上摄像头与VGA显示器，设计一个摄像头目标追踪系统，并控制其上舵机，实现FPGA上实现图像采集处理与目标追踪，依元素提供如下设计的原始参考工程、参赛者需基于此进行差异化设计或性能优化。
集成摄像头、显示、舵机与FPGA主控的模式识别模块 锁定演示视觉追踪系统演示
考核点：
1. 设计需要能够完成摄像头实时采集、图像实时处理、视频流输出。
2. 系统需自动识别并追踪目标，要求对单一颜色物体（如乒乓球）的精准追踪。
3. 设计并实现色彩空间转换（RGB到HSV）功能，进行颜色提取和目标检测。
4. 设计形态学处理来去除噪点并优化图像质量。
5. 参赛者可基于同类型系统叠加应用扩展（例如目标追踪转换为目标瞄准设计、智能安防跟踪摄像头、移动物体侦测、智能消防等）
优化指标：
1. 图像处理速度：设计应能够流畅运行，无明显卡顿或延时。系统应能够稳定处理实时图像流，保证图像处理任务和追踪任务高效进行。
2. 功耗及资源消耗：提供Vivado的资源消耗、静态功耗分析和动态功耗数据，确保系统在处理图像任务时能够实现低功耗设计，适用于低功耗应用场景。
3. 图像处理精度：图像追踪精度应达到**90%**以上（10个物体能够追踪，按照成功追踪数量），确保摄像头能够准确追踪小球的运动轨迹，减少误差和延迟，确保系统在动态环境下的准确性与可靠性。
附加题或进阶指标：
创新性：
1. 设计应在现有ISP设计理念基础上进行创新，尤其是在集成度方面。考虑将多个功能模块（如色彩转换、噪声去除、图像追踪等）集成到单一芯片中，提升系统集成度，优化性能。
2. 展示创新性，通过展示方式的差异化（如机械臂抓取、射击气球等）来体现所设计图像信号处理算法的性能，强调其在实际应用中的效果。
应用性：
结合实际应用进行验收展示（例如：追踪火焰灭火，追踪垃圾清扫）
四、杯赛阶段及提交内容
1. 初赛方式:
以下方式2选1，具体方式后续公布
1） 线上提交项目立项书、设计思路、初步代码
2） 线上考试
2. 初赛企业技术评分：
1） 技术文档
2） 知识点考试
3） 设计数据
3. 初赛提交内容：
1) 汇报PPT：项目介绍、关键技术介绍、性能指标
2) 详细设计方案：系统架构分析、关键技术原理分析及电路指标要求
3) 仿真验证说明文档：前后仿结果
4) 原理图，版图及验证说明文档
4. 总决赛提交内容：
1) 汇报PPT：项目介绍、关键技术介绍、性能指标
2) 详细设计方案：系统架构分析、关键技术原理分析及电路指标要求
3) 仿真验证说明文档：前后仿结果
4) 原理图，版图及验证说明文档
5) 实际演示现成效果
五、评分标准
大项 | 内容 | 分值 | 评分要求 |
性能指标（60分） | 图像处理速度 | 20分 | 设计应能够流畅运行，无明显卡顿或延时。系统应能够稳定处理实时图像流，保证图像处理任务和追踪任务高效进行。 处理系统主频：100Mhz 处理系统主频：150Mhz 处理系统主频：200Mhz |
功耗及资源利用 | 20分 | 提供资源利用表格和静态功耗表格：5分 提供资源利用表格和动态高分析：10分 在保证功能前提下提供优化前/后的资源利用率表格和静态功耗表格： 未有优化：5分 有明显优化（功耗降低或资源降低）：10分 | |
图像处理精度 | 10分 | 连续识别10个目标物体： 目标全识别：10分 未识别目标低于2：8分 未识别目标低于4：6分 未识别目标低于6：4分 未识别目标低于8：2分 未识别目标低于10：0分 | |
颜色识别精度精度 | 10分 | 连续识别10个不同颜色物体： 目标全识别：10分 未识别颜色低于2：8分 未识别颜色低于4：6分 未识别颜色低于6：4分 未识别颜色低于8：2分 未识别颜色低于10：0分 | |
优化指标（20分） | 创新性 | 10分 | 1. 是否将图像信号处理算法集成到单一模块 2. 特色展示效果（例如目标追踪转换为目标瞄准设计、智能安防跟踪摄像头、移动物体侦测等） 3. 是否额外对图像采集显示效果优化（分辨率提升） 4. 是否额外对图像采集显示效果优化（帧率提升提升） 5. 是否增加过图像信号处理算法 是否过增加识别模式 |
应用性 | 10分 | 与实际应用相结来体现工程性 | |
文档与现场表现（20分） | 1.现场答辩和演示 | 10分 | 1.答辩和问答表现 2.现场演示效果 |
2.文档质量 | 10分 | 1. 汇报PPT重点突出、条理清晰。 | |
2. 设计方案原理分析合理、逻辑清晰。 | |||
3. 仿真验证报告内容详细充分。 | |||
附加题（20分） | 进阶指标 | 20分 | 高瞬态响应设计能满足不同工作模式下的负载输出要求 |
六、参赛资源说明：
1. 根据初赛作品成绩提供企业开发板，具体申请方案请根据组委会通知执行；
2. 申请开发板的团队需要提交押金，并保证赛事结束后完整归还。
七、注意事项：
1. 参赛所选用的FPGA开发平台限定于企业制定的EGO模式识别套件。
2. 参加企业命题杯赛的作品，杯赛出题企业有权在同等条件下优先购买参加本企业杯赛及单项奖获奖团队作品的知识产权。
3. 大赛组委会和杯赛企业对参赛作品提交的材料，在大赛相关环节中有使用权和展示权。
4. 参赛项目可以参考现有公开发表的文献和论文内容，但应当在技术论文和答辩PPT中注明来源，且不能将参考的内容作为自己作品的创新部分。
大赛设有通知QQ群和杯赛QQ群：
通知大群用于赛事赛制等问题的咨询、答疑，同步更新大赛相关通知。
杯赛群用于赛题相关问题咨询、答疑，赛事资料、工具发放。
杯赛QQ群：959547699
通知QQ群：1044457141
