Automobile e visione artificiale

AUTOMOTIVE –

L’elaborazione delle immagini raccolte dalla telecamere è alla base dei sistemi avanzati di assistenza alla guida. Uno sguardo ai circuiti integrati offerti da due importanti player attivi in questo mercato.

Forse alcuni anni fa sarebbe stato difficile immaginare che le più sofisticate tecnologie di “visione artificiale” avrebbero potuto trovare applicazione in un prodotto di largo consumo come l'automobile. Oggi, invece, appare evidente che l'elaborazione delle immagini raccolte dalle telecamere è una delle tecnologie più importanti per lo sviluppo dei sistemi avanzati di assistenza alla guida o Adas (Advanced Driver Assistance Systems). In questi ultimi anni i progressi su questo fronte sono stati davvero significativi, e le prospettive future promettono sviluppi impressionanti. Un esempio interessante giunge dalla collaborazione tra STMicroelectronics e Mobileye, società olandese che occupa una posizione di rilievo in questo settore. Le due società hanno recentemente annunciato lo sviluppo congiunto della prossima generazione del loro processore System-on-Chip rivolto ai sistemi Adas. La notizia, oltre a fornire indicazioni sulle future prestazioni di questi sistemi, offre lo spunto per ripercorrere le tappe dell'evoluzione di questi ultimi anni.

La prima e la seconda generazione
Il primo frutto della collaborazione tra STMicroelectronics e Mobileye, che ha avuto inizio nel 2005, è stato il processore EyeQ1, che viene già utilizzato regolarmente da diversi produttori di automobili. Il dispositivo offre una varietà di funzioni tra cui la segnalazione di allontanamento dalla corsia di marcia o Ldw (Lane-departure warning), il controllo adattativo dei fari o Ahc (Adaptive-headlight control), il riconoscimento dei segnali stradali o Tsr (Traffic-sign recognition), la prevenzione di urti e collisioni grazie all'unione delle informazioni derivate da radar e videocamera, la segnalazione del pericolo di urti frontali o Fcw (Forward collision warning). Il chip di seconda generazione, denominato ovviamente EyeQ2, offre una potenza di calcolo sei volte superiore al precedente. Ciò ha permesso a STMicroelectronics e Mobileye di aggiungere al sistema ulteriori funzioni che sfruttano l'unione delle informazioni provenienti da radar e videocamera e - soprattutto - la capacità di segnalare l'eventuale presenza di pedoni. Quest'ultima caratteristica offre ai produttori di automobili la possibilità di realizzare la funzione di frenata automatica di emergenza, adatta soprattutto alla guida in città. EyeQ2 è già stato adottato da Volvo per la nuova serie S60 berlina; STMicroelectronics ha preannunciato che altri costruttori si aggiungeranno alla lista degli utilizzatori nei prossimi mesi.

Il chip di terza generazione
Veniamo quindi al chip di terza generazione, oggetto del recente annuncio di STMicroelectronics e Mobileye: il nuovo EyeQ3 offrirà ovviamente una potenza di calcolo ancora superiore al suo predecessore, con un ulteriore aumento di un fattore 6. Ciò consentirà di trattare immagini a risoluzione più alta, di distinguere gli oggetti con maggiore precisione e di realizzare contemporaneamente diverse funzioni che richiedono una serie di videocamere poste su tutti i lati del veicolo. Il nuovo dispositivo permetterà quindi di potenziare le funzioni svolte dalle versioni precedenti (segnalazione di allontanamento dalla corsia di marcia; supporto al mantenimento del veicolo in carreggiata; riconoscimento dei segnali stradali, gestione della fanaleria, rilevamento di veicoli per segnalare possibili urti frontali incipienti, monitoraggio e segnalazione di ostacoli frontali, possibilità di unire dati provenienti da sistemi radar e di visione) e, in più, di offrire anche alcune funzioni particolarmente innovative. Tra esse, il controllo adattativo della velocità di crociera basato solo sull'elaborazione dell'immagine; la riduzione delle possibilità di collisione, basata solo sull'elaborazione dell'immagine, tramite frenata a bassa velocità di marcia; il rilevamento di pedoni tramite telecamere non solo frontali ma anche posteriori; e il rilevamento di ostacoli generici.

Otto core di elaborazione
Il processore EyeQ3 utilizzerà quattro core MIPS32 multi-threaded, associati a quattro core della nuova generazione dei processori Vector Microcode Processors (VMP) di Mobileye. Questa architettura ha lo scopo di garantire un bilanciamento ottimale tra elaborazione dei dati e controllo, in architetture studiate appositamente per la gestione di sistemi di visione. Il dispositivo potrà accettare in ingresso diversi segnali da videocamere di sistemi Surround-View-Systems. STMicroelectronics e Mobileye hanno già pianificato anche la creazione di una versione ridotta del processore, denominata EyeQ3-Lite, che condividerà con il fratello maggiore una porzione dell'architettura dell'unità centrale e permetterà di realizzare un numero limitato di funzioni. Le due società intendono infatti offrire un'intera famiglia di processori EyeQ3, per consentire ai costruttori di auto di realizzare una soluzione hardware scalabile in termini di potenza di calcolo, mantenendo la compatibilità a livello software. Ciò consentirà di ridurre i costi delle verifiche necessarie. Il progetto di EyeQ3 è già stato avviato e i test per la certificazione AecQ100 sono pianificati per il 2013. Stando alle informazioni diffuse dalla due società, il nuovo EyeQ3 è già stato adottato in un paio di progetti da importanti costruttori di automobili. La produzione del dispositivo è prevista a partire dal 2014.

Anche Toshiba tra i player
La lunga partnership tra una grande società come STMicroelectronics e la piccola Mobileye può essere interpretata come un'indicazione della natura estremamente specialistica delle applicazioni Adas. Presidente e co-fondatore di Mobileye è il professor Amnon Shashua, docente di informatica presso l'Università Ebraica di Gerusalemme; sempre a Gerusalemme ha sede il centro di ricerca e sviluppo della società, che ha il suo quartier generale in Olanda. Le tecnologie sviluppate da Mobileye sono state scelte da vari importanti produttori di automobili; oltre alla già citata Volvo, anche Bmw e GM. D'altro canto, nel settore Adas è attivo direttamente anche un colosso come Toshiba, che ha recentemente annunciato la nuova generazione dei propri dispositivi rivolti a questo tipo di applicazioni. I processori della serie Visconti2 (TMPV7500) incorporano uno speciale acceleratore di elaborazione grafica sviluppato da Toshiba, basato sulla tecnologia Hog (Histogram of oriented gradients), che consente il rilevamento in tempo reale dei pedoni di giorno e di notte. A differenza dei dispositivi della precedente generazione, i nuovi Visconti2 possono inoltre sfruttare le immagini di telecamere a colori ad alta risoluzione; uno dei chip della serie è in grado di gestire fino a quattro telecamere e può quindi essere utilizzato per sintetizzare una vista “a volo d'uccello” nei sistemi di assistenza al parcheggio. Gli esempi di STMicroelectronics e Toshiba mostrano come l'industria microelettronica sia attivamente impegnata nella realizzazione di sistemi finalizzati ad aumentare la sicurezza stradale, in un percorso che potrà forse portare a soluzioni di guida automatica.

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