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Event-based Vision: A Survey
Event cameras are bio-inspired sensors that differ from conventional frame
cameras: Instead of capturing images at a fixed rate, they asynchronously
measure per-pixel brightness changes, and output a stream of events that encode
the time, location and sign of the brightness changes. Event cameras offer
attractive properties compared to traditional cameras: high temporal resolution
(in the order of microseconds), very high dynamic range (140 dB vs. 60 dB), low
power consumption, and high pixel bandwidth (on the order of kHz) resulting in
reduced motion blur. Hence, event cameras have a large potential for robotics
and computer vision in challenging scenarios for traditional cameras, such as
low-latency, high speed, and high dynamic range. However, novel methods are
required to process the unconventional output of these sensors in order to
unlock their potential. This paper provides a comprehensive overview of the
emerging field of event-based vision, with a focus on the applications and the
algorithms developed to unlock the outstanding properties of event cameras. We
present event cameras from their working principle, the actual sensors that are
available and the tasks that they have been used for, from low-level vision
(feature detection and tracking, optic flow, etc.) to high-level vision
(reconstruction, segmentation, recognition). We also discuss the techniques
developed to process events, including learning-based techniques, as well as
specialized processors for these novel sensors, such as spiking neural
networks. Additionally, we highlight the challenges that remain to be tackled
and the opportunities that lie ahead in the search for a more efficient,
bio-inspired way for machines to perceive and interact with the world
Event-Driven Technologies for Reactive Motion Planning: Neuromorphic Stereo Vision and Robot Path Planning and Their Application on Parallel Hardware
Die Robotik wird immer mehr zu einem Schlüsselfaktor des technischen Aufschwungs. Trotz beeindruckender Fortschritte in den letzten Jahrzehnten, übertreffen Gehirne von Säugetieren in den Bereichen Sehen und Bewegungsplanung
noch immer selbst die leistungsfähigsten Maschinen. Industrieroboter sind sehr schnell und präzise, aber ihre Planungsalgorithmen sind in hochdynamischen Umgebungen, wie sie für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) erforderlich sind, nicht leistungsfähig genug. Ohne schnelle und adaptive Bewegungsplanung kann sichere MRK nicht garantiert werden. Neuromorphe Technologien, einschließlich visueller Sensoren und Hardware-Chips, arbeiten asynchron und verarbeiten so raum-zeitliche Informationen sehr effizient. Insbesondere ereignisbasierte visuelle Sensoren sind konventionellen, synchronen Kameras bei vielen Anwendungen bereits überlegen. Daher haben ereignisbasierte Methoden
ein großes Potenzial, schnellere und energieeffizientere Algorithmen zur Bewegungssteuerung in der MRK zu ermöglichen. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur flexiblen reaktiven Bewegungssteuerung eines Roboterarms vorgestellt. Dabei
wird die Exterozeption durch ereignisbasiertes Stereosehen erreicht und die Pfadplanung ist in einer neuronalen Repräsentation des Konfigurationsraums implementiert. Die Multiview-3D-Rekonstruktion wird durch eine qualitative Analyse in Simulation evaluiert und auf ein Stereo-System ereignisbasierter Kameras übertragen. Zur Evaluierung der reaktiven kollisionsfreien Online-Planung wird ein Demonstrator mit einem industriellen Roboter genutzt. Dieser wird auch für eine vergleichende Studie zu sample-basierten Planern verwendet. Ergänzt wird
dies durch einen Benchmark von parallelen Hardwarelösungen wozu als Testszenario Bahnplanung in der Robotik gewählt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagenen neuronalen Lösungen einen effektiven Weg zur Realisierung einer Robotersteuerung für dynamische Szenarien darstellen. Diese Arbeit schafft eine Grundlage für neuronale Lösungen bei adaptiven Fertigungsprozesse, auch in Zusammenarbeit mit dem Menschen, ohne Einbußen bei Geschwindigkeit und Sicherheit. Damit ebnet sie den Weg für die Integration von dem Gehirn nachempfundener Hardware und Algorithmen in die Industrierobotik und MRK