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11月18日，第十五届“挑战杯”中国银行全国大学生课外学术科技作品竞赛决赛落下帷幕。上海交通大学电子信息与电气工程学院以作品《基于视觉信号分解与融合的单屏多通道显示技术及应用》夺得信息技术组特等奖，助力交大以打破历史纪录的总分510分取得团体总分第一，捧得象征最高荣誉的“挑战杯”。这是电院学子在近四届“挑战杯”（2011年、2013年、2015年、2017年）全国决赛中的第五件特等奖作品，同时，电院也再次打破了自己创造的历史记录，一个学院在连续四届“挑战杯”全国决赛中均获得特等奖。
本次“挑战杯”决赛中，上海交通大学共有6件作品入围终审，4项荣获特等奖，1项荣获一等奖，1项荣获二等奖，1项“一带一路”国际专项赛作品荣获特等奖，这是上海交通大学代表队继2007年、2011年、2013年、2015年四届冠军之后，第五次捧起“挑战杯”，实现了第四次卫冕。
本届“挑战杯”大赛，参加初赛的共有32个省（区、市）、1739所高校的28594件作品（不含港澳地区）；经过层层选拔，共有303所高校的715件作品以及来自香港科技大学、香港中文大学、澳门大学等11所著名港澳高校的40件参赛作品进入决赛。另有6个台湾地区学生创新创业项目通过7月份举行的海峡两岸创新挑战训练营活动，获得大赛直通券，在本届“挑战杯”上进行展示交流。上海交通大学选送的6件作品全部入围决赛。
项目简介
基于视觉信号分解与融合的单屏多通道
显示技术及应用
项目成员：
陈远春、李想、陈琦、曾益、
张浩翔、杨泽锐、王鹏博
指导教师：
翟广涛、王延峰
随着科技的发展，当前市场上的显示设备普遍拥有着较高的刷新率和分辨率，但这些高性能却早已超出了人眼的感知极限，从而存在着时域和空域上的冗余信号。目前不少公司和研究机构利用这些冗余信号，使用时分复用的技术，实现了单屏多通道的显示功能。然而，传统的时分复用技术只是简单的画面叠加，并没有考虑到视觉信号之间的相关性，导致裸眼用户（即不佩戴任何观看设备的用户）看到的是毫无意义的画面，同时显示通道的个数还受到了显示设备刷新率的限制。
为了解决这些问题，该项目首创基于时域和空域的视觉信号分解与融合技术，利用人眼的视觉融合特性，通过多限定非负矩阵分解的算法，实现对视觉信号的分解与融合，从而在实现单屏多通道显示的基本功能之上，首次为裸眼用户提供了有意义的画面，同时突破了显示设备刷新率对显示通道个数的限制，从而使同一台显示设备能够发挥更大的功能。利用该项目的技术，可以实现多种应用，包括信息安全显示系统、信息嵌入（影院防偷拍和隐藏式二维码）、2D/3D兼容显示系统、多字幕显示系统等应用。
应用领域
信息安全显示
现存的信息隐藏显示方案有3M公司所提出的“Switchable privacy filter”（可调节隐私过滤器技术）。通过在屏幕前加装光控制薄膜控制光的传输，使光只能垂直通过（观看角度为0度），而随着观看角度的增加，光控制薄膜的透光率下降。即只有垂直于屏幕的用户才能够观看到屏幕上的内容，而随着观看角度变大，屏幕变暗，直到一个特定角度光线被完全阻隔，用户将完全看不到信息。同时该方法在实际的显示效果中也存在着信息隐藏不完全的问题；
影院防偷拍
该作品提供一种基于视觉信号分解与融合的防摄像偷拍的视频播放方法，所述方法利用人眼和数字视频采集设备之间成像机制的差异性，在电影里植入一标志信息，该标志信息在视频播放时不能被人眼视觉系统看到，但能够被数字视频采集设备采集；如果这些电影被数字视频采集设备偷拍记录，这个植入的标志信息可以被提取出来作为识别盗版的源头的依据。
二维码嵌入
随着智能手机的爆炸性发展，在移动市场和广告宣传方面，二维码提供一种快速而有效的方式。虽然二维码给用户提供了独特的线下和线上体验，但是其在视觉上意义不大，且在公共宣传材料上占据了有效的空间。 基于视觉信号分解与融合的显示技术，可以将二维码隐藏，即对于裸眼用户而言不可见，只有用户使用智能手机等扫描时才可见。
2D、3D兼容显示
随着电影制片技术的不断发展，越来越多的电影被制作成3D版本，但由于播放技术所限，对于老人和孩子等人群观看3D时往往会造成眩晕。而当观看者摘下眼镜时只能看到一个重影的画面，影响正常观影。基于空域视觉信号分解与融合技术，该系统设计出一套2D、3D兼容显示系统，使得用户在观看3D电影并摘下眼睛时，也能看到2D效果。
影院多字幕显示
为了使得各国人士能够看到各国对应的字幕，现存的解决方案是在某国语言字幕的上方堆叠英语等其它语言的字幕。然而这种方案存在如下弊端，即当需要同时显示的字幕语言数量较多时，堆叠的字幕可能遮蔽近半个屏幕，影响观众的观影体验。针对上述问题，本组设计了一套影院多字幕显示系统，其实现效果如图22所示。该系统可以同时向佩戴不同调制眼镜的用户提供英文、中文和韩文三种字幕，同时针对不戴眼镜的用户提供一个清晰的裸眼画面，不受干扰。
项目部分成果
■ 以第一作者在包括IEEE、ICIP等国际顶级会议上发表EI索引论文8篇；
■ 以第一作者申请国家发明专利7项；
■ 与4所企业签订合作协议，部分开发的产品已投入使用。
近四届挑战杯获奖作品汇总
一直以来电院坚持高度重视学生科技创新的人才培养体系，电院学子秉持着探求真理，追求卓越的科创精神不断攀登科技高峰。本次比赛的胜利是全体电院人的胜利和荣誉，将鼓舞和激励电院人在科研的道路上一往无前，再创新高。
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