概述

當前，全球各野生動物官方機構(gòu)都在借助強大的數(shù)字技術(shù)來保護瀕危物種、對抗偷獵者帶來的威脅，而由電池供電的攝相機則成為了支持這一創(chuàng)新舉措的核心工具。然而，對于龐大且多元化的生態(tài)環(huán)境來說，所需的監(jiān)測量是無比巨大的。而許多相機設(shè)備并不具備無線連接功能，這意味著野生動物官方機構(gòu)需要人為干預(yù)，徒步數(shù)英里提取其中的信息。此外，攝像機經(jīng)常被喚醒捕捉任何觸發(fā)傳感器的動作，因此這也會導致電池電量的快速消耗。

簡介

動物保護的進程可能因偶然游玩國家公園的一家人而改變。Grovety 首席執(zhí)行官 Antony Vasiliev 最近搬到了亞美尼亞，他帶著家人去國家公園觀看野生動物。在那里，他和 11 歲的兒子發(fā)現(xiàn)了瀕臨滅絕的雪豹，這讓他們驚訝且興奮。這的確很罕見，根據(jù)世界自然保護聯(lián)盟瀕危物種 (IUCN) 紅色名錄顯示，全球僅存約 1,000 只雪豹，其中亞美尼亞的雪豹數(shù)量可能不到 10 只。

Vasiliev 與公園管理員聊起來，公園管理員介紹說，官方組織在整個園區(qū)內(nèi)部署了多個遠程相機來跟蹤動物并收集數(shù)據(jù)，以促進種群增長。但結(jié)果卻不盡如人意，因為攝相機拍攝的照片數(shù)以百計，而管理員必須人工審核每一張照片，并且相機本身也存在諸多問題，如誤報、電池快速耗盡和數(shù)字存儲限制等。

Vasiliev 想到了一個主意，并隨后與 Grovety 的同事聯(lián)系。Grovety 是一家軟件設(shè)計公司，也是 Arm 的合作伙伴，專門從事于研究嵌入式固件、SDK、驅(qū)動程序、協(xié)議和底層軟件。

Vasiliev 表示：我與公司首席技術(shù)官展開探討，是否能夠利用我們的人工智能 (AI) 專業(yè)知識提供幫助。一開始，我們對攝相機陷阱所知甚少，但我們決定創(chuàng)建一個附加組件，為現(xiàn)有的攝相機陷阱提供附加價值，而不是與相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)備制造商競爭。

Vasiliev 還總結(jié)了面臨的現(xiàn)有挑戰(zhàn)：

起初缺少對攝相機陷阱領(lǐng)域?qū)I(yè)知識：他們必須開展大量研究，了解現(xiàn)有攝相機陷阱的工作原理及其局限性。

電池使用壽命和功耗：確保 AI 模塊具有高能效并延長電池使用壽命是主要考慮因素。

誤報：為了簡化管理員的工作并延長電池使用壽命，減少動態(tài)捕捉型攝相機的誤報是主要目標。

處理能力：選擇具有足夠計算資源和機器學習 (ML) 能力的處理器進行目標檢測至關(guān)重要。

調(diào)整模型：對 ML 模型進行微調(diào)，使其適用于野生動物目標檢測的過程充滿了技術(shù)挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)稀缺：關(guān)于雪豹等瀕危物種的數(shù)據(jù)有限，這加大了 AI 模型的訓練難度。

測試和原型設(shè)計：在概念開發(fā)和原型設(shè)計階段，需要進行多次實驗和迭代。

實際環(huán)境條件：務(wù)必確保解決方案在偏遠的野外條件下能夠可靠地運行。

解決方案

Grovety 的任務(wù)很明確：通過結(jié)合 AI 技術(shù)來提升目標檢測和分類準確性，從而優(yōu)化野生動物攝相機陷阱的效率和有效性。于是，他們啟動了一個多階段項目，其中包括概念開發(fā)、概念驗證和 ML 模塊原型設(shè)計。為完成該項目，他們需要開展大量研發(fā)工作，包括進行多次實驗和迭代。

硬件方面，Grovety 選擇了 Alif Semiconductor E7 處理器，它是 Ensemble 系列嵌入式融合處理器與微控制器中的一款產(chǎn)品。該產(chǎn)品搭載時鐘速度高達 800MHz 的高性能 Arm Cortex-A32 處理器，以及時鐘速度為 400MHz 和 160MHz 的 Cortex-M55 處理器。E7 系列旨在提高能效并延長電池使用壽命，提供強大的計算和 ML/AI 能力、多層安全性、計算機視覺和高度交互的人機界面。該系列采用安全飛地系統(tǒng)、防火墻控制安全單元以及運行嵌入式 ML 任務(wù)的專用 Arm Ethos-U55 microNPU。

充分利用 Apache TVM 和協(xié)作開發(fā)

Grovety 利用 Apache TVM 對其 ML 模型進行微調(diào)，其中，TVM 是面向 CPU、GPU 和 ML 加速器的開源 ML編譯器框架。為將 TVM 與 Ethos-U55 集成，他們付出了巨大努力，增強了 NPU 的浮點計算能力。他們的目標是創(chuàng)建能夠根據(jù)各種野生動物進行調(diào)整的自主 AI 設(shè)備，以實現(xiàn)目標檢測和分類，而該協(xié)作方法正是實現(xiàn)其目標的關(guān)鍵。Grovety 使用開源 Vela 編譯器將適用于微控制器的 TensorFlow Lite 編譯成在 Ethos-U NPU 上運行的優(yōu)化版本。

能效和電池使用壽命

Grovety 預(yù)計在 Alif SoC 上的 AI 模塊功耗應(yīng)該是最小的，一塊 2200 毫安時的典型 18650 鋰離子電池將至少足以為模塊供電三周。他們所做的一切都是為了大幅減少野生動物攝相機陷阱的誤報，為自然保護主義者提高效率并延長電池使用壽命。

結(jié)論

Grovety 憑借其在軟件設(shè)計和 AI 集成領(lǐng)域的深厚專業(yè)知識，以及為野生動物保護解決實際難題的堅定信念，并結(jié)合 Arm 先進的處理器技術(shù)，成功地為野生動物攝相機陷阱面臨的技術(shù)難題打造了一款創(chuàng)新原型設(shè)計。他們的解決方案旨在大幅減少誤判，提高效率并延長電池使用壽命，從而幫助自然保護主義者更輕松地監(jiān)測和保護瀕危物種。

審核編輯：劉清