14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 1/9 PEA CALADIOM « Capteur intelligent À Longue Autonomie pour la Détection et lIdentification

14 juin 2007Unité Electronique InformatiqueConseil de la Recherche

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PEA CALADIOMPEA CALADIOM

« Capteur intelligent À Longue Autonomie pour la « Capteur intelligent À Longue Autonomie pour la Détection et l’Identification d’Objets Mobiles »Détection et l’Identification d’Objets Mobiles »

Présentation – Conseil de la RecherchePrésentation – Conseil de la Recherche

Thierry Bernard & Antoine Manzanera


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CALADIOMCALADIOMle contexte du PEAle contexte du PEA

Origine : 98/99 : DGA/DCE/CTA et Aérospatiale Missiles élaboration poursuivie à l’ENSTA en 01/02

Objectifs : Réaliser un prototype de système de vision à très faible consommation d’énergie, répondant à un besoin optronique de Défense en détection/identification, grâce au développement d’une nouvelle génération de rétine programmable.

Avancement du projet : Tranche 1 terminée (2005) : Prototype visible (rétine ENSTA CMOS standard) Tranche 2 en cours : Prototype infrarouge (rétine mixte ENSTA-CEA)

Client : DGA/DSA/SPART

Maître d’œuvre : Bertin Technologies

Partenaires : CEA Leti (conception détecteurs IR) – ULIS (production rétines IR)

Prix CHANSON (2007) : récompense succès tranche visible + faisabilité prototype IR.


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CALADIOMCALADIOMles enjeux scientifiques et technologiquesles enjeux scientifiques et technologiques

Balise de renseignement : système de vidéo surveillance abandonné capable de fonctionner en autonomie pendant plusieurs semaines.


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CALADIOMCALADIOMpourquoi des rétines dans CALADIOM ?pourquoi des rétines dans CALADIOM ?


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CALADIOMCALADIOMSystème de vision traditionnel Système de vision traditionnel vsvs traitement en plan focal traitement en plan focal

(x,y)

(20-02)2+4112

p(B/Ai)p(Ai)

∑jp(B/Aj)p(Aj)

xk/k = xk/k-1 + Kkyk^ ^ ~

···

···

···

···

(x,y)

(20-02)2+4112

p(B/Ai)p(Ai)

∑jp(B/Aj)p(Aj)

xk/k = xk/k-1 + Kkyk^ ^ ~

···

···

···

···

Imageur Calculateur

Rétine « Cortex »

···

Agitation de données consommation d’énergie

Approche classique


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Bio-inspiration ?

Polyvalence programmabilité Un processeur programmable dans le pixel, plutôt numérique, pour réaliser une large

classe de traitements rétinotopiques en plan focal.

CALADIOMCALADIOMRétines bio-inspirées Rétines bio-inspirées vsvs rétines programmables rétines programmables

VoutVcas

Vb

Rémanence du mouvement

Détection de changement temporel [Delbrück 94]

5 MOS

Flot optique 1-D 40 MOS

[Özalevli 06]

• analogique• ingénieux• très faible conso.• précision limitée• figé, cloisonné

photo-capteur

conversion analogique numérique

processeur numérique

Rétine


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Vision sur puceVision sur puceSystème de vision à base de rétine artificielle programmableSystème de vision à base de rétine artificielle programmable

Rétine : grille SIMD cellulaire de processeurs produit des descripteurs d’image

Cortex opérations non rétinotopiques pilotage de la rétine

Atouts Rapidité Capture active Faible consommation Compacité (VSOC)

Limitations Autonomie mémoire

concision algorithmique Rigidité du mode SIMD

pb taux d’occupation

Des-crip-teurs

Code

Rétine Cortex

ASIC COTS, IP

datapath image / UC

• parallélisme spatial massif• sans transfert d’image• déplacements surtout locaux• processeur pixellique simple booléen, sans décodeur• calculs bit-série• fréquence modérée (10MHz)

Ptransport ≈ Pcalcul

Pcontrôle ≈ Pcalcul

Gain de 2 / 3 ordres degrandeur par rapport à un

microprocesseur / PC

QuickTime™ et un décompresseurCinepak sont requis pour visualiser

cette image.


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Système de surveillance très basse consommation Client : DGA Partenaires : Bertin Technologies (MO), CEA/LETI, ULIS

Nouvelle génération de rétine Pvlsar34 :

200x200 pixels CMOS 0,35µm pitch 37,5µm 45 bits/pixel basse consommation capture/CAN de qualité

Innovations : mémorisation, calcul, communication exotiques éclectisme « design for yield » (DFY)

Cortex embarqué

Vision sur puceVision sur puceContrat CALADIOMContrat CALADIOM

64k32k16k8k4k

5

10

20

40

80

nombre de pixels

Positionnement par rapport à la

concurrence Pvlsar34Pvlsar34-IR

SévilleACE16k

Tokyo Vision Chip

ArcueilPvlsar2.2

nombre de bits/pixel

i/i (%)

© BertinTechnologies

30µm2/bit


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CALADIOMCALADIOMAlgorithmique plan focal : détection d’objets mobilesAlgorithmique plan focal : détection d’objets mobiles


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11

max

)(

)(

tt

tt

ttt MI

Mf

If

111

ttt

ttmoyt MIM

1exp 1 ttt MIM 1,0

),( 1 tttt MIIMt


11/9


)(2

)(exp 1

1

21

max

tt

t

ttt MI

V

MI

s

s

sk kx

ksxZ

)(2

)1()(

1

),,(

),( kt H

)(

)(

)()(

max

),(

sk

x

xxH


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Vision sur puceVision sur puceA la conquête du moyen niveauA la conquête du moyen niveau

Reconstruction géodésique Propagation asynchrone via

des connexions programmables bidirectionnelles

Pb du taux d’utilisation résolu pleine efficacité énergétique rapide car asynchrone

Calcul régionaux Primitive symétrique fondamentale : la somme Calcul sur un arbre couvrant orienté

connexions monodirectionnelles Racine = pixel représentant la région Additionneur bit-série distribué,

opérant en // sur les régions Utilisé dans MAO (en 8-connexité)

et en partie dans Tokyo Vision Chip Trop coûteux dans une rétine

arité arbre couvrant : jusqu’à 3 ou 4

Manipulation de régions, d’ensembles de pixels


cette image.


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Vision sur puceVision sur puceStructures asynchrones cellulaires légères [Thèse V. Gies]Structures asynchrones cellulaires légères [Thèse V. Gies]

Recours au micropipeline de Y. Sutherland propagation par jetons, conservative de la somme version arborescente du micropipeline valorisation des ressources nécessaires (arbitre) à l’installation de l’arbre couvrant

Calcul explicite de la somme ramené dans le domaine synchrone fusion de paires de jetons de poids 2k en jetons de poids 2k+1

multiplication par environ 4 du nombre de phases asynchrones suppression additionneur et autre opérateur superflu

Allègement considérable du coût matériel : 52 MOS/pixel, contre ≈2500 pour la MAO et même ≈30 par connexité accrue pour réduire à 2 l’arité maximale de l’arbre couvrant


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Collab. A. Mérigot (Paris XI)

Documents

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