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神經(jīng)形態(tài)的嵌入式視覺與人形機器人

  由意大利理工學(xué)院開發(fā)的人形機器人,利用神經(jīng)形態(tài)的嵌入式視覺來幫助其觀察。它已被全球20多個實驗室采用。iCub看起來像個小孩,有53個電機,可移動其頭,臂,手,腰和腿。除了能夠看到之外,還可以聽到。它在加速度計和陀螺儀的幫助下移動。甚至還添加了電容式皮膚系統(tǒng),該系統(tǒng)將測量接觸并實施安全的抓握策略。iCub

  專為iCub設(shè)計的嵌入式視覺系統(tǒng)受到哺乳動物視覺系統(tǒng)生物學(xué)的啟發(fā)。刺激驅(qū)動的傳感器,專用的嵌入式處理器以及用于處理視覺刺激的基于事件的軟件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了系統(tǒng)。這些組件與機器視覺模塊集成在一起。高分辨率,彩色,基于幀的視覺和神經(jīng)形態(tài)的低冗余相輔相成。

  嵌入式視覺與生物學(xué)

  主流嵌入式視覺使用數(shù)字化幀,這些幀是通過以固定的固定速率采樣并處理快照序列而獲得的。數(shù)據(jù)傳輸,存儲和處理需要大量時間和CPU性能。對于動物而言簡單的任務(wù),例如對象表征,運動估計和注意方向,在此模型中需要大量的計算資源。該模型的另一個問題是感覺到的是嘈雜的和模棱兩可的。

  生物神經(jīng)系統(tǒng)的計算受刺激驅(qū)動。進行神經(jīng)計算以增強變化和不連續(xù)性并丟棄冗余。典型的機器視覺系統(tǒng)不具備這些功能。因此,研究人員向生物系統(tǒng)尋求關(guān)于如何利用類似于大腦的感知和計算的想法。像iCub這樣的機器人將需要這些功能與世界實時互動并自主行動。

  研究人員開發(fā)解決方案

  異步視覺的使用在魯棒和自適應(yīng)信號編碼方面具有優(yōu)勢。它還允許在不同的環(huán)境和條件(例如照明條件,快速移動的物體)中高效運行。稀疏的時間和空間信息的使用導(dǎo)致更快,更輕便的計算,還導(dǎo)致更低的功耗。

  復(fù)雜的類人動物的形式挑戰(zhàn)具有復(fù)雜任務(wù)和動作(例如轉(zhuǎn)動頭部或軀干)的視覺系統(tǒng)。在硬件級別,研究人員集成了攝像頭,定制處理器和FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)。對于軟件,他們開發(fā)了異步人工視覺算法的開發(fā),評估和調(diào)試所需的基本處理模塊。

  iCub在其開源平臺上的異步視覺系統(tǒng)是驗證神經(jīng)形態(tài)方法并將其優(yōu)勢提供給廣大社區(qū)的關(guān)鍵。