Una fotocamera che vede come l'occhio umano

La retina è uno strumento estremamente potente. Ordina enormi quantità di dati mentre funziona solo con una frazione della potenza che una fotocamera digitale e un computer convenzionali richiederebbero per svolgere lo stesso compito.

Visione dinamica: La forza della fotocamera sta nel catturare il movimento, come le gocce di latte viste qui.

Ora, gli ingegneri di un'azienda chiamata iniLabs in Svizzera stanno applicando lezioni di biologia nel tentativo di costruire una fotocamera digitale più efficiente ispirata alla retina umana.

Come i singoli neuroni nei nostri occhi, la nuova fotocamera, denominata Dynamic Vision Sensor (DVS), risponde solo ai cambiamenti in una determinata scena. Questo approccio elimina grandi quantità di dati ridondanti e potrebbe essere utile per molti campi, tra cui sorveglianza, robotica e microscopia.

Anche il tuo occhio e il mio occhio sono fotocamere digitali. [Sono] solo un diverso tipo di fotocamera digitale, afferma Tobi Delbruck, direttore scientifico di iniLabs. Avevamo una visione artificiale la migliore possibile con l'architettura e l'hardware esistenti. Ma rispetto alla biologia, la visione artificiale è pateticamente scarsa.

Una normale fotocamera acquisirà tutto ciò che vede, memorizzando le informazioni per essere elaborate in seguito. Questo consuma molta energia e molto spazio. I neuroni nell'occhio, tuttavia, si attivano solo quando percepiscono un cambiamento, ad esempio quando una parte particolare di una scena diventa più luminosa o più fioca. Il DVS imita tale selettività, trasmettendo informazioni solo in risposta a un cambiamento nella scena. Ciò richiede meno energia e lascia meno informazioni da elaborare.

Retina artificiale: Il Dynamic Vision Sensor (DVS) risponde solo ai cambiamenti della scena, eliminando grandi quantità di dati irrilevanti.

Questa funzione potrebbe essere particolarmente utile per registrare scene che non cambiano spesso. Ad esempio, quando i ricercatori del sonno registrano i loro soggetti, sono in seguito costretti a setacciare ore di filmati senza incidenti. Con un sensore come il DVS, le parti importanti e attive dei dati vengono automaticamente evidenziate.

I pixel nel DVS imitano anche il modo in cui un singolo neurone oculare si calibrerà su una particolare posizione: quella cellula e quelle responsabili di un'altra area risponderanno ai dati in arrivo in modi leggermente diversi, quindi un neurone potrebbe essere molto sensibile all'input mentre un altro richiede più stimoli per sparare. Allo stesso modo, ogni pixel del DVS regola la propria esposizione. Ciò consente al DVS di gestire condizioni di illuminazione non uniformi, sebbene richieda anche pixel enormi che sono 10 volte più grandi di quelli di una moderna fotocamera per cellulari.

Il DVS è costruito per funzionare con la nuova architettura di computer TrueNorth di IBM (vedi IBM Researchers Show Blueprints for Brainlike Computing). TrueNorth è un approccio di programmazione che imita la biologia: le informazioni vengono archiviate, elaborate e condivise in una rete di chip neuromorfici, ispirati alle reti neurali del cervello.

Quello di cui stiamo parlando - le telecamere che inviano informazioni quando qualcosa cambia - è in realtà un tema molto centrale su come funziona il cervello, o almeno su come pensano che funzioni i neuroscienziati, dice Nabil Imam , un informatico della Cornell University, che fa parte del team di Cornell che ha aiutato IBM a sviluppare i suoi chip neuromorfici. Stiamo catturando le caratteristiche del cervello ad alto livello.

Combinando la loro fotocamera con l'architettura TrueNorth, Delbruck e il suo team credono che otterranno un dispositivo in grado di gestire meglio i problemi dinamici in tempo reale.

Il DVS è disponibile per l'acquisto per circa 2.700 dollari ed è stato utilizzato in diversi progetti di ricerca, incluso uno che ha registrato il traffico e un altro che ha coinvolto il tracciamento di particelle in un fluido. Il team prevede di continuare a migliorare il dispositivo. I prossimi obiettivi sono aggiungere la sensibilità al colore e ingrandire la retina della fotocamera dalla sua attuale risoluzione di 240x180.

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