Алгоритм открывает миллиард возможностей

Инициативная группа Analog Garage, разрабатывающая времяпролетную технологию, вошла в бизнес-подразделение по разработке потребительской электроники

«Часто говорят, что если мы начинаем работать над задачей только тогда, когда заказчик указывает нам на нее, то это значит, что мы приступили к ней слишком поздно. Но смелая инициатива объединения ноу-хау алгоритма, созданного в Analog Garage, и ноу-хау схем и устройств, разработанных в бизнес-подразделении, специализирующемся на потребительской электронике, позволила ускорить вывод новой продукции на рынок. Совместными усилиями была решена важная задача заказчика, а продукт получил отличительное преимущество».

Времяпролетная (ToF) технология представляет собой инновационный метод определения глубины пространства, обладающий значительным потенциалом. Вы видели, как геймеры управляют персонажами в играх, размахивая руками в воздухе? Именно благодаря времяпролетным датчикам все это возможно. В автомобилях класса люкс и в большегрузных автомобилях, используемых дальнобойщиками, датчики ToF используются для выявления усталости или сонливости водителя. Благодаря результатам измерения расстояния в пространстве, полученных от датчиков ToF, эти системы могут различать мимику и жесты. Также эта технология позволяет беспилотникам и роботам перемещаться в сложных условиях. А дополненная реальность и виртуальная реальность становятся более реалистичными.

tof-agi-team

 

Инициативная группа Analog Garage, разрабатывающая времяпролетные системы (ToF AGI): (первый ряд) Эван Семле, Томо Фунабаши, Николас Ле Дорц, Дхрувеш Гаджария, Чарльз Мэти, (средний ряд) Эрик Барнс, Кайнан Ван, Атуля Еллепедди, Сефа Демирташ, Тао Ю, (последний ряд) Бин Хо, Брайан Доннелли, Рик Халтмайер, Юзо Шида.

Переход от простого к сложному

Основной принцип времяпролетной технологии довольно прост. Система излучает свет и измеряет время, за которое фотоны отражаются от объекта и возвращаются обратно к датчику. Поскольку это время и скорость света являются известными величинами, то можно вычислить расстояние до объекта.

point-cloud-headset

 

Облако точек представляет собой трехмерное изображение глубины для каждого пикселя, вычисленной с помощью времяпролетной камеры. ToF является технологией определения глубины, в рамках которой источник инфракрасного света освещает сцену с помощью множества точно рассчитанных световых лучей. Датчик изображения, расположенный максимально близко к источнику света, принимает отраженные фотоны со всех поверхностей освещаемой сцены в том же порядке, в котором поверхности находятся к датчику, начиная с ближней. Расстояние или глубина, соответствующая каждому пикселю, рассчитывается с использованием известной скорости света и времени, которое требуется фотонам, чтобы вернуться к каждому пикселю датчика.

Точная синхронизация световых лучей, выполнение расчетов для миллионов пикселей каждую секунду и корректировка в соответствии с условиями эксплуатации являются важными задачами, связанными с проектированием схем и устройств. ADI входит в небольшой список компаний, обладающих опытом создания высококачественных и экономичных решений ToF, причем решение Analog Devices присутствует на рынке уже несколько лет. Однако, столкнувшись с задачей одновременного использования нескольких камер ToF (как минимум 10, а в будущем до 64 камер, работающих одновременно в непосредственной близости), отдел маркетинга и применения обратился к Analog Garage.

«Чтобы решить задачу минимизации помех, нужно было бы сделать много проб и ошибок, при этом существовала большая вероятность того, что имеющаяся технология просто не будет полноценно работоспособной» – сказал инженер по разработке систем для потребительской электроники Бинь Хо: «Мы подумали, что алгоритмический подход позволит проводить итерации и эксперименты намного быстрее по сравнению с подходом проектирования схем».

Процесс развития идеи

Многие из инновационных идей, которые инкубирует Analog Garage, порождают новые бизнесы, в связи с чем выявление заказчиков и прогнозирование доходов может быть рискованным, но случай с инициативной группой Analog Garage, работавшей с времяпролетной технологией, (ToF AGI) был другим. Здесь было четкое соответствие между потребностями заказчиков и потенциальным решением.

«Мы работали с бизнес-подразделением несколько месяцев. У них было очень глубокое понимание принципов применения технологии и аппаратной части» – объяснил ведущий исследователь и руководитель отдела разработки алгоритмов обработки сигналов в Analog Garage Сефа Демиртас: «С одной стороны в бизнес-подразделении обладали ценной информацией и постоянно передавали реальные отзывы заказчиков. Это было чрезвычайно ценно. Но, с другой стороны, они поднимали множество вопросов от помех до энергопотребления и динамического диапазона. Нам нужно было решать эти задачи в приоритетном порядке».

Научный сотрудник Analog Garage Атуля Йеллепедди добавил: «На стороне решения было явное ограничение: мы знали, что должны использовать модуль датчика и камеры с ADI AFE, но нам нужно было также ограничить задачу, которую необходимо было решить. Благодаря рабочему процессу Analog Garage наши команды получили структуру, необходимую для эффективного сотрудничества».

Процесс Analog Garage также помог команде продумать кадровую стратегию. Команда предложила сформировать группу из пяти человек, работающих только половину рабочего дня, вместо 2 или 3 человек, работающих полный рабочий день. «Для разработки алгоритмов необходим мозговой штурм» – сказал Сефа: «Когда предлагаемые решения критикует большее количество человек, то быстрее появляются хорошие идеи, а плохие идеи, наоборот, быстрее исчезают». Сефа также отметил, что не менее важно заранее заручиться поддержкой людей. Ученые-исследователи Чарльз Мэти, Николя Ле Дорц, Тао Ю, Атуля и Сефа посвятили 50% своего рабочего времени инициативной группе Analog Garage. И команда стала очень продуктивно работать с самого начала.


Алгоритмы уменьшения помех

interference-reduction-algorithms-new

Чтобы обеспечить возможность проведения экспериментов и ускорить изучение с использованием модулей датчиков и камер ADI Тао и Николас углубились в изучение предназначенного для тестирования и отладки графического интерфейса бизнес-подразделения и создали инструмент для проведения экспериментов в лаборатории ToF в Analog Garage. Этот инструмент был важен для команды, поскольку он позволял проверять идеи, моделировать работу многокамерных систем в различных средах и исследовать влияние алгоритмов на помехи и энергопотребление.

Команда предложила два подхода к решению этой задачи: предотвращение возникновения помех и подавление помех. Эти два подхода были объединены на последнем этапе проектирования, что позволило одновременно работать большему количеству камер, чем это было возможно только с применением одного лишь алгоритма.


Создание и получение полезного инструмента

Вице-президент подразделения перспективных бизнес-направлений и глава Analog Garage Пэт О’Догерти сказал: «Алгоритмы уменьшения помех, появившиеся в результате работы группы ToF AGI, являются ярким примером создания и получения полезного инструмента, не связанного с кремниевыми структурами. Важно отметить, что такая инновационная разработка стала результатом объединения глубокого понимания бизнес-подразделением всех аспектов применения технологии и архитектуры устройства с опытом ученых Analog Garage в области алгоритмов».

Analog Garage