Estudio y aplicación del codiseño en los sistemas pulsantes basados en Address-event-representation para la visión estereoscópica.

Resumen

Uno de los mayores retos de la humanidad se ha centrado en conseguir artificialmente solucionar determinados problemas que estaban solventados en la naturaleza; con el fin de poder utilizar dichos mecanismos para fines propios o para facilitar determinadas tareas más pesadas; por ejemplo, la capacidad de volar. En el último escalón de esta evolución de aprendizaje se sitúa la capacidad de dotar de cierta autonomía a elementos artificiales, con el fin de automatizar procesos sin la necesidad de la intervención del ser humano. Más concretamente, el ámbito de la visión artificial ha centrado la atención de numerosos estudios y proyectos de investigación. Sin embargo, la tendencia de investigación en este ámbito se ha focalizado en aplicar técnicas derivadas de la geometría espacial y de las matemáticas; todo ello aplicado sobre cámaras, cuyo funcionamiento no se asemeja al del sistema humano. En este trabajo se realiza un estudio de los mecanismos clásicos de visión artificial para el tratamiento de sistemas estereoscópicos; así como del funcionamiento biológico del sistema binocular humano en conjunción con el cerebro. A partir de dichos estudios, y haciendo uso de componentes hardware dedicados que imitan el funcionamiento de la retina humana, se adaptan dichos mecanismos al procesamiento pulsante del cerebro humano. Esta filosofía, que forma parte de la denominada Ingeniería Neuromórfica, se basa en amplios estudios llevados a cabo por una gran comunidad de investigadores a lo largo del mundo. Dentro de este campo, la codificación Address-Event-Representation (AER) supone un mecanismo de comunicación pulsante entre componentes hardware dedicados a determinados procesamientos. Así pues, en este trabajo, aplicando técnicas derivadas de la visión artificial y utilizando elementos neuromórficos hardware diseñados para entornos bio-inspirados pulsantes, se evalúan y exponen una serie de sistemas pulsantes basados en la codificación AER para transmisión de información, que imitan parcialmente el funcionamiento del sistema binocular humano y atacan tres aspectos fundamentales en el proceso de tratamiento de la visión estereoscópica: la calibración del sistema, el mecanismo de correspondencia entre ambas retinas y la estimación de distancias de diversos objetos de la escena. Tras el desarrollo del trabajo, se obtienen las siguientes conclusiones: - Se ha realizado un estudio en profundidad del funcionamiento y procesamiento del sistema binocular humano, que ha servido para comprender el funcionamiento biológico de la fusión de la visión y para elaborar mecanismos no dependientes de la visión artificial clásica. - Se ha propuesto, diseñado, implementado y probado un nuevo mecanismo de calibración para la visión estereoscópica en sistemas neuro-inspirados pulsantes. El procedimiento utilizado es genérico para un número cualquiera de sensores de visión neuro-inspirados, pudiendo extenderse a otros sistemas más complejos. - Se ha propuesto, diseñado, implementado y probado un nuevo mecanismo de correspondencia para la visión estereoscópica en sistemas neuro-inspirados pulsantes. El procedimiento utilizado parte de las restricciones de la visión artificial clásica y se ha visto reducido en complejidad a medida que se ha ido exponiendo con el fin de poder implementarlo en una FPGA. - Se ha propuesto, diseñado, implementado y probado un nuevo mecanismo de estimación de distancias para la visión estereoscópica en sistemas neuro-inspirados pulsantes. El procedimiento se basa en la especialización neuronal llevada a cabo por el sistema binocular humano y supone una gran efectividad y semejanza al procesamiento del córtex visual. - De manera general, se han obtenido resultados que certifican que el procesamiento llevado a cabo por el sistema binocular humano se distancia de la visión artificial clásica. La visión por computador requiere de una capacidad de cómputo que no es capaz de afrontar el cerebro humano para su procesamiento en tiempo real. - Se ha corroborado que mecanismos más cercanos al procesamiento del córtex visual, tales como el sistema de estimación de distancias implementado en este trabajo, suponen una mayor simplicidad en cómputo y una mayor efectividad para su aplicación a sistemas de tiempo real. La elaboración de mecanismos simples y efectivos en este punto es una aportación muy importante al área. - A partir de las aportaciones aquí descritas se han propuesto estructuras de procesamiento más avanzado para mejorar el funcionamiento de los mecanismos implementados. Entre ellas, las más interesantes desde el punto de vista de los sistemas neuro-inspirados pulsantes radican en la evolución del sistema de estimación de distancias; centrándose en la especialización neuronal realizada en el núcleo geniculado lateral, diferenciando entre neuronas cercanas y lejanas que simplifican el proceso de focalización bonicular. - Todas las aportaciones aquí indicadas son novedosas, ya sea completamente o parcialmente, partiendo de trabajos previos en el área cuyas referencias han sido indicadas a lo largo del documento.