L'intelligenza artificiale, combinata con una nuova telecamera basata sulla biotecnologia, permette di rilevare i pedoni sulla strada 100 volte più velocemente rispetto alle attuali telecamere per auto. Questa importante innovazione nella visione artificiale, realizzata dai ricercatori dell'Università di Zurigo, potrebbe migliorare significativamente la sicurezza dei sistemi di assistenza alla guida e delle auto a guida autonoma.
Una situazione in cui un pedone attraversa improvvisamente la strada davanti a un'auto, lasciando al conducente solo una frazione di secondo per reagire, è un incubo per qualsiasi guidatore. Gli attuali sistemi di telecamere per auto possono avvisare il conducente o attivare la frenata di emergenza, ma non sono ancora sufficientemente veloci o affidabili per essere utilizzati nei veicoli a guida autonoma, dove non c'è un essere umano al volante.
Cosa offre la nuova invenzione
Daniel Gehrig e David Scaramuzza del Dipartimento di Informatica dell'Università di Zurigo hanno combinato una nuova telecamera ispirata ai processi biologici con l'intelligenza artificiale per creare un sistema in grado di rilevare gli ostacoli intorno a un'auto molto più velocemente rispetto ai sistemi attuali e con una minore potenza di calcolo.
La maggior parte delle fotocamere moderne sono a intervalli di tempo, ovvero scattano foto a intervalli regolari. Le telecamere utilizzate per assistere i conducenti nelle automobili sono in genere in grado di catturare da 30 a 50 fotogrammi al secondo, e una rete neurale artificiale può essere addestrata a riconoscere oggetti – pedoni, ciclisti e altre auto – molto più velocemente.
Sebbene stiano migliorando, se qualcosa accade alle telecamere standard nei 20-30 millisecondi tra due fotogrammi, la telecamera potrebbe rilevarlo troppo tardi. Un'opzione è aumentare la frequenza dei fotogrammi, ma ciò richiede una maggiore elaborazione dei dati in tempo reale e una maggiore potenza di calcolo. "Il nuovo sistema è un rilevatore visivo in grado di individuare oggetti alla stessa velocità di una telecamera che scatta 5,000 fotogrammi al secondo, ma richiede la stessa larghezza di banda di una telecamera standard da 50 fotogrammi al secondo.
Le nuove telecamere adottano un approccio innovativo basato su un principio diverso. Invece di una frequenza di fotogrammi costante, utilizzano pixel intelligenti che catturano informazioni quando vengono rilevati movimenti rapidi.
"In questo modo, non ci sono punti ciechi tra i fotogrammi, il che consente loro di rilevare gli ostacoli più rapidamente. Sono anche chiamate telecamere neuromorfiche perché imitano il modo in cui l'occhio umano percepisce le immagini", afferma Scaramuzza, responsabile del gruppo di robotica e percezione.
Tuttavia, presentano anche degli svantaggi, in quanto possono non rilevare oggetti in movimento lento e le loro immagini sono difficili da convertire in dati utilizzabili per addestrare algoritmi di intelligenza artificiale.
L'innovazione degli scienziati consiste nello sviluppo di un sistema ibrido che combina il meglio di entrambe le tecnologie:
Il primo sistema include una telecamera standard che cattura 20 immagini al secondo, una frequenza di fotogrammi relativamente bassa rispetto a quelle attuali. Le immagini vengono elaborate da un sistema di intelligenza artificiale, una cosiddetta rete neurale convoluzionale, addestrata per riconoscere auto e pedoni.
I dati provenienti dalla telecamera di evento vengono combinati con un altro tipo di sistema di intelligenza artificiale, una rete neurale grafica asincrona, particolarmente adatta all'analisi di dati tridimensionali che cambiano nel tempo. I rilevamenti della telecamera di evento vengono utilizzati per prevedere i rilevamenti della telecamera standard e migliorarne le prestazioni.
Le prospettive sono enormi
Durante i test, il team ha confrontato il proprio sistema con le migliori telecamere e algoritmi di visione attualmente disponibili sul mercato automobilistico, scoprendo che rileva gli oggetti 100 volte più velocemente. Ciò riduce la quantità di dati che devono essere trasferiti tra la telecamera e il computer di bordo, nonché la potenza di calcolo necessaria per elaborare le immagini, senza compromettere la precisione. È importante sottolineare che il sistema rileva efficacemente auto e pedoni che entrano nel campo visivo tra due fotogrammi consecutivi della telecamera standard, garantendo maggiore sicurezza sia per il conducente che per gli altri utenti della strada. Questo è particolarmente importante alle alte velocità. Gli scienziati ritengono che in futuro questo metodo possa essere ulteriormente migliorato integrando le telecamere con sensori LiDAR, simili a quelli utilizzati nelle auto a guida autonoma. Sistemi ibridi di questo tipo potrebbero diventare un elemento fondamentale per la sicurezza della guida autonoma.
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