12,077 research outputs found

    The artificial retina processor for track reconstruction at the LHC crossing rate

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    We present results of an R&D study for a specialized processor capable of precisely reconstructing, in pixel detectors, hundreds of charged-particle tracks from high-energy collisions at 40 MHz rate. We apply a highly parallel pattern-recognition algorithm, inspired by studies of the processing of visual images by the brain as it happens in nature, and describe in detail an efficient hardware implementation in high-speed, high-bandwidth FPGA devices. This is the first detailed demonstration of reconstruction of offline-quality tracks at 40 MHz and makes the device suitable for processing Large Hadron Collider events at the full crossing frequency.Comment: 4th draft of WIT proceedings modified according to JINST referee's comments. 10 pages, 6 figures, 2 table

    Sparse Attentive Backtracking: Temporal CreditAssignment Through Reminding

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    Learning long-term dependencies in extended temporal sequences requires credit assignment to events far back in the past. The most common method for training recurrent neural networks, back-propagation through time (BPTT), requires credit information to be propagated backwards through every single step of the forward computation, potentially over thousands or millions of time steps. This becomes computationally expensive or even infeasible when used with long sequences. Importantly, biological brains are unlikely to perform such detailed reverse replay over very long sequences of internal states (consider days, months, or years.) However, humans are often reminded of past memories or mental states which are associated with the current mental state. We consider the hypothesis that such memory associations between past and present could be used for credit assignment through arbitrarily long sequences, propagating the credit assigned to the current state to the associated past state. Based on this principle, we study a novel algorithm which only back-propagates through a few of these temporal skip connections, realized by a learned attention mechanism that associates current states with relevant past states. We demonstrate in experiments that our method matches or outperforms regular BPTT and truncated BPTT in tasks involving particularly long-term dependencies, but without requiring the biologically implausible backward replay through the whole history of states. Additionally, we demonstrate that the proposed method transfers to longer sequences significantly better than LSTMs trained with BPTT and LSTMs trained with full self-attention.Comment: To appear as a Spotlight presentation at NIPS 201

    Topological place recognition for life-long visual localization

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    Premio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2016-2017La navegación de vehículos inteligentes o robots móviles en períodos largos de tiempo ha experimentado un gran interés por parte de la comunidad investigadora en los últimos años. Los sistemas basados en cámaras se han extendido ampliamente en el pasado reciente gracias a las mejoras en sus características, precio y reducción de tamaño, añadidos a los progresos en técnicas de visión artificial. Por ello, la localización basada en visión es una aspecto clave para desarrollar una navegación autónoma robusta en situaciones a largo plazo. Teniendo en cuenta esto, la identificación de localizaciones por medio de técnicas de reconocimiento de lugar topológicas puede ser complementaria a otros enfoques como son las soluciones basadas en el Global Positioning System (GPS), o incluso suplementaria cuando la señal GPS no está disponible.El estado del arte en reconocimiento de lugar topológico ha mostrado un funcionamiento satisfactorio en el corto plazo. Sin embargo, la localización visual a largo plazo es problemática debido a los grandes cambios de apariencia que un lugar sufre como consecuencia de elementos dinámicos, la iluminación o la climatología, entre otros. El objetivo de esta tesis es enfrentarse a las dificultades de llevar a cabo una localización topológica eficiente y robusta a lo largo del tiempo. En consecuencia, se van a contribuir dos nuevos enfoques basados en reconocimiento visual de lugar para resolver los diferentes problemas asociados a una localización visual a largo plazo. Por un lado, un método de reconocimiento de lugar visual basado en descriptores binarios es propuesto. La innovación de este enfoque reside en la descripción global de secuencias de imágenes como códigos binarios, que son extraídos mediante un descriptor basado en la técnica denominada Local Difference Binary (LDB). Los descriptores son eficientemente asociados usando la distancia de Hamming y un método de búsqueda conocido como Approximate Nearest Neighbors (ANN). Además, una técnica de iluminación invariante es aplicada para mejorar el funcionamiento en condiciones luminosas cambiantes. El empleo de la descripción binaria previamente introducida proporciona una reducción de los costes computacionales y de memoria.Por otro lado, también se presenta un método de reconocimiento de lugar visual basado en deep learning, en el cual los descriptores aplicados son procesados por una Convolutional Neural Network (CNN). Este es un concepto recientemente popularizado en visión artificial que ha obtenido resultados impresionantes en problemas de clasificación de imagen. La novedad de nuestro enfoque reside en la fusión de la información de imagen de múltiples capas convolucionales a varios niveles y granularidades. Además, los datos redundantes de los descriptores basados en CNNs son comprimidos en un número reducido de bits para una localización más eficiente. El descriptor final es condensado aplicando técnicas de compresión y binarización para realizar una asociación usando de nuevo la distancia de Hamming. En términos generales, los métodos centrados en CNNs mejoran la precisión generando representaciones visuales de las localizaciones más detalladas, pero son más costosos en términos de computación.Ambos enfoques de reconocimiento de lugar visual son extensamente evaluados sobre varios datasets públicos. Estas pruebas arrojan una precisión satisfactoria en situaciones a largo plazo, como es corroborado por los resultados mostrados, que comparan nuestros métodos contra los principales algoritmos del estado del arte, mostrando mejores resultados para todos los casos.Además, también se ha analizado la aplicabilidad de nuestro reconocimiento de lugar topológico en diferentes problemas de localización. Estas aplicaciones incluyen la detección de cierres de lazo basada en los lugares reconocidos o la corrección de la deriva acumulada en odometría visual usando la información proporcionada por los cierres de lazo. Asimismo, también se consideran las aplicaciones de la detección de cambios geométricos a lo largo de las estaciones del año, que son esenciales para las actualizaciones de los mapas en sistemas de conducción autónomos centrados en una operación a largo plazo. Todas estas contribuciones son discutidas al final de la tesis, incluyendo varias conclusiones sobre el trabajo presentado y líneas de investigación futuras

    TrIMS: Transparent and Isolated Model Sharing for Low Latency Deep LearningInference in Function as a Service Environments

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    Deep neural networks (DNNs) have become core computation components within low latency Function as a Service (FaaS) prediction pipelines: including image recognition, object detection, natural language processing, speech synthesis, and personalized recommendation pipelines. Cloud computing, as the de-facto backbone of modern computing infrastructure for both enterprise and consumer applications, has to be able to handle user-defined pipelines of diverse DNN inference workloads while maintaining isolation and latency guarantees, and minimizing resource waste. The current solution for guaranteeing isolation within FaaS is suboptimal -- suffering from "cold start" latency. A major cause of such inefficiency is the need to move large amount of model data within and across servers. We propose TrIMS as a novel solution to address these issues. Our proposed solution consists of a persistent model store across the GPU, CPU, local storage, and cloud storage hierarchy, an efficient resource management layer that provides isolation, and a succinct set of application APIs and container technologies for easy and transparent integration with FaaS, Deep Learning (DL) frameworks, and user code. We demonstrate our solution by interfacing TrIMS with the Apache MXNet framework and demonstrate up to 24x speedup in latency for image classification models and up to 210x speedup for large models. We achieve up to 8x system throughput improvement.Comment: In Proceedings CLOUD 201

    Casually Evolving Creative Technology Systems

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    Delta Descriptors: Change-Based Place Representation for Robust Visual Localization

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    Visual place recognition is challenging because there are so many factors that can cause the appearance of a place to change, from day-night cycles to seasonal change to atmospheric conditions. In recent years a large range of approaches have been developed to address this challenge including deep-learnt image descriptors, domain translation, and sequential filtering, all with shortcomings including generality and velocity-sensitivity. In this paper we propose a novel descriptor derived from tracking changes in any learned global descriptor over time, dubbed Delta Descriptors. Delta Descriptors mitigate the offsets induced in the original descriptor matching space in an unsupervised manner by considering temporal differences across places observed along a route. Like all other approaches, Delta Descriptors have a shortcoming - volatility on a frame to frame basis - which can be overcome by combining them with sequential filtering methods. Using two benchmark datasets, we first demonstrate the high performance of Delta Descriptors in isolation, before showing new state-of-the-art performance when combined with sequence-based matching. We also present results demonstrating the approach working with four different underlying descriptor types, and two other beneficial properties of Delta Descriptors in comparison to existing techniques: their increased inherent robustness to variations in camera motion and a reduced rate of performance degradation as dimensional reduction is applied. Source code is made available at https://github.com/oravus/DeltaDescriptors.Comment: 8 pages and 7 figures. Published in 2020 IEEE Robotics and Automation Letters (RA-L
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