神經(jīng)擬態(tài)視覺傳感器 未來可期

神經(jīng)擬態(tài)視覺（Neuromorphic vision）傳感器是一種基于仿生學(xué)原理的攝像頭，它可以捕捉到一個場景中的關(guān)鍵信息，降低數(shù)據(jù)冗余和延遲。這種基于事件驅(qū)動的傳感器使自主化更接近現(xiàn)實，已經(jīng)在高速視覺應(yīng)用中找到用武之地，如工業(yè)自動化、消費電子和自動駕駛汽車等領(lǐng)域。

“為什么說基于事件驅(qū)動的視覺傳感器是神經(jīng)擬態(tài)的呢？”Yole Développement（位于法國里昂）首席分析師Pierre Cambou表示?！坝捎诿總€像素都是一個神經(jīng)元，因而將AI引入像素處理是有道理的?！?/p>

沉寂多年的神經(jīng)擬態(tài)視覺傳感器行業(yè)在最近幾個月開始卷土重來。去年11月，三星為其面向移動設(shè)備和平板應(yīng)用的動態(tài)視覺傳感器（DVS）技術(shù)提交了商標申請。 Cambou認為：“這有點出乎意料，因為三星開發(fā)DVS技術(shù)主要是針對汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)的。”

去年12月，索尼不動聲色地收購了總部位于蘇黎世的Insightness公司，該公司的視覺傳感器可以在毫秒級別內(nèi)進行運動檢測，即使傳感器本身在移動的場景下也可以檢測。今年2月，位于巴黎的Prophesee公司在籌集了額外的2800萬美元后，在國際固態(tài)電路會議（ISSCC）上宣布與索尼公司共同開發(fā)新型一種傳感器，即基于事件驅(qū)動的堆疊式視覺傳感器。

神經(jīng)擬態(tài)感應(yīng)源起于“硅視網(wǎng)膜”的發(fā)展，它模仿人類視網(wǎng)膜，最初由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）和神經(jīng)信息學(xué)研究所的Misha Mahowald于1991年提出。Mahowald解釋說，“這種硅視網(wǎng)膜從圖像中減去平均強度水平并僅報告時空變化，從而可以節(jié)省帶寬?！边@一靈感啟發(fā)了動態(tài)視覺傳感器（DVS）的概念，并驅(qū)使近年來無數(shù)的初創(chuàng)公司參與其中。瑞士的iniVation公司就是其中的一員。

位于蘇黎世的iniVation公司由事件驅(qū)動視覺領(lǐng)域的先行者于2015年創(chuàng)立，現(xiàn)已開發(fā)出一個動態(tài)視覺平臺，集成了高性能機器視覺系統(tǒng)的硬件與軟件。其神經(jīng)擬態(tài)DVS芯片（型號為DAVIS346）模仿人類視網(wǎng)膜的特征，只有當局部像素級別的變化發(fā)生時才有數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)微秒級時間精度的事件流，這相當于傳統(tǒng)的視覺傳感器，但數(shù)據(jù)量卻少得多。該公司聲稱，由于采用了本地處理的理念，該芯片大大降低了功耗（最高降低90%）、數(shù)據(jù)存儲和算力要求，同時還提高了傳感器的動態(tài)范圍（超過120 dB）。

iniVation已經(jīng)建立了一個有300多家客戶的網(wǎng)絡(luò)，與賓夕法尼亞大學(xué)、蘇黎世大學(xué)和美國國防高級研究計劃局的研究人員在IBM TrueNorth類腦芯片上展開了合作。這項研究致力于實現(xiàn)無人機自主飛行。而歐盟的一項計劃則著重于可持續(xù)發(fā)展的智慧城市項目。

構(gòu)想智能工廠

與此同時，工廠里也正在進行一場無聲的革命。自主與自動化攜手并進，而機器視覺正是制造業(yè)自動化不斷發(fā)展背后的支撐力量。與簡單的傳感器不同，機器視覺傳感器會生成大量數(shù)據(jù)，以識別有缺陷的系統(tǒng)、了解其缺陷并進行快速干預(yù)。其結(jié)果是成本節(jié)省和生產(chǎn)率提升。

iniVation聲稱，其動態(tài)視覺平臺非常適合工業(yè)視覺，它可進行高速3D基礎(chǔ)架構(gòu)掃描，用于預(yù)測性維護、高速生產(chǎn)檢查、顆粒檢測，以及熒光成像和人體運動分析的顯微鏡。換句話說，它可以高速、高精度和高一致性地執(zhí)行平?；驈?fù)雜的重復(fù)性任務(wù)。

iniVation的CEO Kynan Eng在接受采訪時表示：“我們花了不少時間才制定出一個合適的策略?！碑斊渌径贾铝τ诟咚儆嫈?shù)時，Eng卻認為“高速計數(shù)對象并不是很難”，因為傳統(tǒng)相機可以達到每秒“捕捉一千幀甚至更多”。如果一個應(yīng)用不需要立即響應(yīng)，那“使用我們的傳感器將毫無意義?！?/p>

至關(guān)重要的是延遲，而不是數(shù)據(jù)吞吐量，“我們的傳感器具有快速的響應(yīng)時間”。例如，“如果您有一個機器人需要不斷移動地完成某項任務(wù)，那它就必須實時調(diào)整其路線。調(diào)整得越快，就可以移動得越快，并越快檢測到自己的錯誤?！?/p>

“我認為工業(yè)視覺是風(fēng)險相對較低、但市場規(guī)模較小的市場，”Eng說道。因此，風(fēng)投機構(gòu)對此興趣不高。但iniVation看到了有機增長的潛力，并從規(guī)模經(jīng)濟的角度來思考。通過2019年與三星建立的合作伙伴關(guān)系，iniVation已經(jīng)從制造和銷售芯片轉(zhuǎn)向為機器視覺行業(yè)提供攝像頭。 Yole分析師Cambou指出，“你可以賣100美元的芯片，也可以將芯片封裝在攝像頭中，賣1，000美元的攝像頭。”

通過往系統(tǒng)方向發(fā)展，iniVation正在提升其價值鏈的地位。

“我們意識到，做一家芯片公司對我們沒有任何意義，”Eng說。“我們可以籌集到十億美元的資金，但仍然不夠自己開發(fā)芯片的開支。有人想知道，為什么我們的攝像頭很貴，怎么才能讓它更便宜？”通過與三星的合作，我們“解決了這個問題?！?/p>

不斷提高的質(zhì)量要求，加速了食品、包裝、消費電子、航空航天和汽車行業(yè)中的機器視覺發(fā)展。Eng說，iniVation’s的目標是進入更大規(guī)模的市場。