14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 1/9 PEA CALADIOM « Capteur intelligent À Longue Autonomie pour la Détection et lIdentification dObjets Mobiles » Présentation – Conseil de la Recherche Thierry Bernard & Antoine Manzanera

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 2/9 CALADIOM le contexte du PEA Origine : 98/99 : DGA/DCE/CTA et Aérospatiale Missiles élaboration poursuivie à lENSTA en 01/02 Objectifs : Réaliser un prototype de système de vision à très faible consommation dénergie, répondant à un besoin optronique de Défense en détection/identification, grâce au développement dune 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 dœuvre : Bertin Technologies Partenaires : CEA Leti (conception détecteurs IR) – ULIS (production rétines IR) Prix CHANSON (2007) : récompense succès tranche visible + faisabilité prototype IR.

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 3/9 CALADIOM les enjeux scientifiques et technologiques Balise de renseignement : système de vidéo surveillance abandonné capable de fonctionner en autonomie pendant plusieurs semaines.

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 4/9 CALADIOM pourquoi des rétines dans CALADIOM ?

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 5/9 CALADIOM Système de vision traditionnel vs traitement en plan focal (x,y) ( ) p(B/A i )p(A i ) j p(B/A j )p(A j ) x k/k = x k/k-1 + K k y k ^ ^ ~ ··· (x,y) ( ) p(B/A i )p(A i ) j p(B/A j )p(A j ) x k/k = x k/k-1 + K k y k ^ ^ ~ ··· ImageurCalculateur Rétine« Cortex » ··· Agitation de données consommation dénergie Approche classique

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 6/9 Bio-inspiration ? Polyvalence programmabilité Un processeur programmable dans le pixel, plutôt numérique, pour réaliser une large classe de traitements rétinotopiques en plan focal. CALADIOM Rétines bio-inspirées vs rétines programmables Vout Vcas 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

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 7/9 Vision sur puce Système de vision à base de rétine artificielle programmable Rétine : grille SIMD cellulaire de processeurs produit des descripteurs dimage 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 doccupation Des- crip- teurs Code RétineCortex ASIC COTS, IP datapath image / UC parallélisme spatial massif sans transfert dimage déplacements surtout locaux processeur pixellique simple booléen, sans décodeur calculs bit-série fréquence modérée (10MHz) Ptransport Pcalcul Pcontrôle Pcalcul Gain de 2 / 3 ordres de grandeur par rapport à un microprocesseur / PC

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 8/9 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 puce Contrat CALADIOM 64k32k16k8k4k nombre de pixels Positionnement par rapport à la concurrence Pvlsar34 Pvlsar34-IR Séville ACE16k Tokyo Vision Chip Arcueil Pvlsar2.2 nombre de bits/pixel i/i (%) © Bertin Technologies 30µm 2 /bit

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 9/9 CALADIOM Algorithmique plan focal : détection dobjets mobiles

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 10/9 CALADIOM Algorithmique plan focal : détection dobjets mobiles

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 11/9 CALADIOM Algorithmique plan focal : détection dobjets mobiles

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 12/9 Vision sur puce A la conquête du moyen niveau Reconstruction géodésique Propagation asynchrone via des connexions programmables bidirectionnelles Pb du taux dutilisation 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 : jusquà 3 ou 4 Manipulation de régions, densembles de pixels

14 juin 2007 Unité Electronique Informatique Conseil de la Recherche 13/9 Vision sur puce 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 linstallation de larbre couvrant Calcul explicite de la somme ramené dans le domaine synchrone fusion de paires de jetons de poids 2 k en jetons de poids 2 k+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 larité maximale de larbre couvrant Collab. A. Mérigot (Paris XI)