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^ ^ ~
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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
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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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CALADIOMCALADIOMAlgorithmique plan focal : détection d’objets mobilesAlgorithmique plan focal : détection d’objets mobiles
11
max
)(
)(
tt
tt
ttt MI
Mf
If
111
ttt
ttmoyt MIM
1exp 1 ttt MIM 1,0
),( 1 tttt MIIMt
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CALADIOMCALADIOMAlgorithmique plan focal : détection d’objets mobilesAlgorithmique plan focal : détection d’objets mobiles
)(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
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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)