CEA-Leti ha rivendicato il primo imager autonomo del settore che attiva smartphone e piccoli elettrodomestici attraverso il riconoscimento facciale. Questo imager combina l'esposizione automatica per tutte le condizioni di illuminazione, il rilevamento del movimento, l'estrazione di funzionalità per il funzionamento basato sugli eventi e il rilevamento degli oggetti basato sull'intelligenza artificiale.
L'imager autonomo, chiamato µWAI (micro-WAY), è piccolo come una moneta da 1€ e presenta una nuova architettura di lettura ed elaborazione co-progettata con una pipeline algoritmica ottimizzata, che si dice fornisca un risveglio a bassissima potenza modalità e implementazione del silicio compatto per risparmi sui costi.
Che cos'è un imager autonomo? È una nuova classe di immagine sensore con la stretta co-progettazione dell'acquisizione e dell'elaborazione delle immagini autonome, ha affermato Antoine Dupret, responsabile della partnership industriale di CEA-Leti. “In effetti, è piuttosto un sensore di visione poiché analizza la scena per estrarre le informazioni rilevanti”.
L'istituto di ricerca tecnologica ha affermato che è il primo sensore di immagine intelligente a combinare l'esposizione automatica per tutte le condizioni di illuminazione (per un riconoscimento accurato in condizioni variabili) e la gamma dinamica di 88 dB, insieme al rilevamento del movimento, all'estrazione delle funzionalità per il funzionamento basato su eventi e Riconoscimento di oggetti basato sull'intelligenza artificiale che attiva un'identificazione altamente affidabile (con una precisione del 95%).
Dispositivo imager autonomo di CEA-Leti µWAI (Immagine: CEA-Leti)
Il riconoscimento basato sull'intelligenza artificiale offre due vantaggi chiave. “L'intelligenza artificiale ha due caratteristiche importanti che vengono sfruttate nell'imager autonomo. Innanzitutto, l'intelligenza artificiale consente di ottenere un elevato rapporto di riconoscimento. Alla fine riduce ulteriormente il consumo di energia riducendo il numero di falsi allarmi", ha affermato Dupret. “In secondo luogo, l'intelligenza artificiale è, in una certa misura, versatile, ovvero lo stesso algoritmo e/o hardware può essere utilizzato per il riconoscimento di oggetti diversi semplicemente modificando i 'pesi', le caratteristiche apprese. L'imager autonomo può quindi essere utilizzato per riconoscere altri oggetti”.
Risparmio energetico
Insieme, le caratteristiche chiave dell'imager - esposizione automatica per tutte le condizioni di illuminazione, rilevamento del movimento, estrazione delle funzionalità per il funzionamento basato su eventi e riconoscimento di oggetti basato sull'intelligenza artificiale - consentono un processo decisionale altamente affidabile per poche decine di pJ/pixel/ frame, superando i sistemi standard esistenti, secondo CEA-Leti.
"Le cifre derivano dal consumo energetico, dal frame rate e dalla risoluzione del sensore di immagine", ha affermato Dupret. "Considerando un sensore di immagine VGA funzionante a 15 fps con un consumo energetico di 100 mW, l'energia per pixel e frame è 100e-3/310e3/15=21 nJ/pixel/frame, senza alcuna elaborazione."
Il ricercatore ha affermato che un'implementazione tipica che utilizza una fotocamera a bassa potenza più un processore richiede circa 10,000 volte più energia di un imager µWAI.
Dupret ha affermato che un'implementazione COTS richiede come minimo un sensore di immagine e un microcontrollore. “Un tipico sensore di immagine a bassa risoluzione consuma alcune decine di milliwatt. Richiede un microcontrollore per adattare il suo funzionamento, ad esempio per regolare il tempo di esposizione. Quindi, l'immagine deve essere analizzata. Tutto sommato, il budget energetico minimo è dell'ordine delle centinaia di milliwatt".
CEA-Leti garantisce il funzionamento a 3-6 µW per l'imager, che soddisfa i requisiti per le applicazioni IoT e può funzionare con una cella a bottone che dura cinque anni.
Tuttavia, il guadagno non è così drammatico per quanto riguarda l'area o il volume, ha affermato Dupret. “L'imager autonomo ha lo scopo di risvegliare un sistema più complesso. Quindi, sono necessari altri processori per sfruttare ulteriormente le immagini".
L'imager offre anche un riconoscimento basato sull'intelligenza artificiale conforme alla privacy perché le immagini vengono elaborate all'interno del sensore di immagine stesso. “Il sensore di immagine µWAI esegue l'elaborazione dei dati al volo all'interno del sensore di immagine (senza alcuna memoria di fotogramma). Quindi il contenuto della scena non viene inviato al di fuori del chip e lo sono solo una serie di funzionalità".
Le applicazioni per il sensore di immagine µWAI includono la commutazione automatica e l'identificazione del volto nei dispositivi mobili, la commutazione intelligente senza contatto degli elettrodomestici e i dispositivi per lo sport e l'intrattenimento nelle case intelligenti. Il sensore di immagine intelligente può essere utilizzato anche per il riconoscimento facciale, il conteggio delle persone, l'attivazione di allarmi negli edifici intelligenti, la consapevolezza della situazione all'interno del veicolo, l'identificazione del conducente, la consapevolezza della situazione di parcheggio e un sistema di sblocco intelligente nelle automobili.
Il team di CEA-Leti sta lavorando fianco a fianco con STMicroelectronics per sviluppare specifici prodotti smart-imager con l'obiettivo di estendere la la tecnologia ad altri casi d’uso, ha affermato Dupret. Attualmente, CEA-Leti sta sfruttando la tecnologia CIS all'avanguardia di STMicroelectronics e il pixel BIS.
"La prossima applicazione dipenderà da ciò che i nostri partner industriali prenderanno di mira", ha affermato Dupret. “CEA-Leti lavora a stretto contatto con i partner industriali per sviluppare innovazioni su misura.”
La tecnologia µWAI sarà presentata all'evento digitale di CEA-Leti, Leti Innovation Days, il 22 e 23 giugno 2021.