Humans race drones faster than neural networks trained for end-to-end autonomous flight. This may be related to the ability of human pilots to select task-relevant visual information effectively. This work investigates whether neural networks capable of imitating human eye gaze behavior and attention can improve neural network performance for the challenging task of vision-based autonomous drone racing. We hypothesize that gaze-based attention prediction can be an efficient mechanism for visual information selection and decision making in a simulator-based drone racing task. We test this hypothesis using eye gaze and flight trajectory data from 18 human drone pilots to train a visual attention prediction model. We then use this visual attention prediction model to train an end-to-end controller for vision-based autonomous drone racing using imitation learning. We compare the drone racing performance of the attention-prediction controller to those using raw image inputs and image-based abstractions (i.e., feature tracks). Our results show that attention-prediction based controllers outperform the baselines and are able to complete a challenging race track consistently with up to 88% success rate. Furthermore, visual attention-prediction and feature-track based models showed better generalization performance than image-based models when evaluated on hold-out reference trajectories. Our results demonstrate that human visual attention prediction improves the performance of autonomous vision-based drone racing agents and provides an essential step towards vision-based, fast, and agile autonomous flight that eventually can reach and even exceed human performances.


翻译:人类种族无人机比为端到端自动飞行而训练的神经网络更快。 这也许与人类飞行员有效选择与任务相关的视觉信息的能力有关。 这项工作调查能够模仿人类眼视行为和注意力的神经网络能否提高神经网络的性能, 以应对基于愿景的自主无人机比赛这一具有挑战性的任务。 我们假设基于凝视的注意预测可以成为模拟无人机竞赛任务中视觉信息选择和决策的有效机制。 我们用18个人类无人机飞行员的目视和飞行轨迹数据测试这一假设,以训练视觉关注预测模型。 我们然后使用这个视觉关注预测模型来训练一个基于愿景的自主无人机比赛的终端到终端控制器。 我们把无人机关注定位控制器的性能与那些使用原始图像输入和基于图像的一步抽象(即地貌轨道)的性能对比。 我们的结果表明,基于关注的监控控制器比基线更符合基线,并且能够以88 %的成功率来完成具有挑战性的种族轨迹。 此外, 视觉关注定位和地轨线预测模型为基于愿景的自主性无人机的自动计算模型, 展示了比一般图像的快速图像评估更能更能显示, 。 直径定位模型可以改进了人类直径对基于的运行的运行的运行的性模型进行更精确的目。

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