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Un nouveau capteur de caméra emprunte la technologie de la rétine humaine pour capturer des images à plus de 1000 FPS – High-teK.ca

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Acquérir des images sous la forme d’une succession d’images est une façon de faire le travail, mais ce n’est pas la meilleure façon. Un problème avec cette approche est que chaque pixel d’un capteur est exposé pendant la même durée, ce qui rend difficile la capture simultanée des régions claires et sombres d’une scène. IniLabs, une spin-off de l’Institut de neuroinformatique de l’Université de Zurich, a développé un nouveau capteur, connu sous le nom de VS128 DVS, qui élimine bon nombre des limitations des caméras conventionnelles.

Les images pixellisées nécessitent relativement beaucoup de temps et d’énergie pour le traitement en raison de toutes les informations redondantes qu’elles collectent. Le VS128 élimine le besoin de post-traitement et de compression coûteux en n’acquérant jamais d’informations redondantes en premier lieu. La clé pour y parvenir est de supprimer les cadres conventionnels et de convertir à la place les informations d’une scène visuelle en une devise plus souple – les pointes.

Nous avons récemment couvert un sujet intrigant nouvelle conception de caméra connu sous le nom de Curvace, qui utilise une conception neuromorphique pour répondre aux besoins des drones de surveillance. Le Curvace a un champ de vision énorme et une résolution assez élevée, mais en l’absence de véritables « pixels de pointe », il n’a pas la vitesse nécessaire pour dont le VS128 est capable de. La vidéo ci-dessus montre une mise en œuvre de la nouvelle caméra dans laquelle elle contrôle un robot gardien de but. Le cerveau du robot utilise moins de 4 % de charge CPU maximale pour atteindre une latence de réaction inférieure à 3 ms et une fréquence d’images équivalente de 550 FPS. Vous pouvez trouver plus de détails sur la façon dont le le gardien est contrôlé au projet open source jAER, et tout le code est disponible gratuitement.

Encore plus étonnant, sous un éclairage intense, une précision de synchronisation de 1 μs et une latence de seulement 15 μs peuvent être atteintes. Des performances comparables aux systèmes de vision à grande vitesse conventionnels nécessiteraient une acquisition à des milliers d’images par seconde. La clé est que seuls les changements locaux au niveau des pixels, comme ceux causés par le mouvement, sont transmis en utilisant un traitement similaire à celui trouvé dans la rétine. Un principe conservé utilisé sur le front-end de nombreux systèmes de vision biologique consiste à construire des détecteurs dits «centre-entourage» utilisant la structure synaptique. Lorsqu’ils sont organisés en réseaux à grande échelle, ils constituent des capteurs de bord ou de mouvement très efficaces. Les cellules de la rétine qui sont interposées entre les détecteurs photorécepteurs et les cellules émettrices (ganglionnaires) se moulent en machines spatialement étendues optimisées de manière unique qui intègrent des signaux lumineux à toutes les échelles spatiales de la rétine. Le calcul que l’on pourrait dire que chacune de ces cellules effectue est en fait leur structure – nous n’avons tout simplement pas encore entièrement décodé la façon dont elle est cartographiée.

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Le VS128 a également été conçu pour fonctionner avec L’architecture informatique « True North » d’IBM, qui tente de capturer les principes hypothétiques de la fonction cérébrale dans un logiciel. Bien que potentiellement puissantes, des applications claires pour cette plate-forme n’ont pas encore émergé. Un domaine où les capacités de réaction rapide de ce type de système pourraient être mises à profit est la microscopie, voire l’imagerie du cerveau lui-même. La vitesse de balayage a été une limitation traditionnelle des techniques telles que la microscopie à fluorescence à deux photons et submilliseconde. La caméra standard utilisée dans ces applications a été le dispositif à couplage de charge multiplicateur d’électrons (EMCCD) ou, pour les applications à balayage ponctuel, les tubes photomultiplicateurs. De nouveaux concepts de caméra, y compris des méthodes sans balayage, seraient inestimables pour les transitoires de tension rapides enregistrés à haute résolution à l’intérieur des cellules cérébrales individuelles.

Le VS128 coûte maintenant 2700 $ pour son appareil de résolution 240 × 180 actuel. IniLabs s’efforce d’agrandir cela et d’ajouter également une sensibilité aux couleurs. Il est intégré à une interface USB 2.0 haut débit et le logiciel hôte compte actuellement plus de 200 classes Java. En tant que système asynchrone, la vitesse de lecture est découplée de tout débit spécifique et sous le contrôle total de l’utilisateur. En tant que l’un des jouets de vision les plus avancés jamais mis sur le marché, ce nouvel appareil pourrait être idéal pour de nombreuses applications où vous souhaitez capturer des choses qui se passent rapidement, dans des conditions d’éclairage variables avec une haute résolution – à condition que nous sachions comment l’atteler.

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