We propose a novel compute-in-memory (CIM)-based ultra-low-power framework for probabilistic localization of insect-scale drones. The conventional probabilistic localization approaches rely on the three-dimensional (3D) Gaussian Mixture Model (GMM)-based representation of a 3D map. A GMM model with hundreds of mixture functions is typically needed to adequately learn and represent the intricacies of the map. Meanwhile, localization using complex GMM map models is computationally intensive. Since insect-scale drones operate under extremely limited area/power budget, continuous localization using GMM models entails much higher operating energy -- thereby, limiting flying duration and/or size of the drone due to a larger battery. Addressing the computational challenges of localization in an insect-scale drone using a CIM approach, we propose a novel framework of 3D map representation using a harmonic mean of "Gaussian-like" mixture (HMGM) model. The likelihood function useful for drone localization can be efficiently implemented by connecting many multi-input inverters in parallel, each programmed with the parameters of the 3D map model represented as HMGM. When the depth measurements are projected to the input of the implementation, the summed current of the inverters emulates the likelihood of the measurement. We have characterized our approach on an RGB-D indoor localization dataset. The average localization error in our approach is $\sim$0.1125 m which is only slightly degraded than software-based evaluation ($\sim$0.08 m). Meanwhile, our localization framework is ultra-low-power, consuming as little as $\sim$17 $\mu$W power while processing a depth frame in 1.33 ms over hundred pose hypotheses in the particle-filtering (PF) algorithm used to localize the drone.


翻译:我们提议一个基于昆虫规模无人机概率本地化的新计算模型。 常规概率本地化方法依赖于基于三维的( 3D) 高斯Mixture 模型( GMMM) 3D 地图。 一个具有数百个混合功能的 GMM 模型通常需要充分学习并代表地图的复杂。 与此同时, 使用复杂的 GMM 地图模型的本地化方法在计算上非常密集。 由于昆虫规模无人机在极其有限的地区/ 电力预算下运行, 使用GMM 模型的连续本地化需要更高的运行能量, 从而限制无人机的飞行时间和(或)大小。 使用 CIM 方法来解决昆虫规模无人机本地化的计算挑战, 我们建议一个3D 地图代表的新框架, 使用“ 类似于 Gaussilian 的” 混合物( HMMMM ) 模型。 软件对本地本地化有用, 通过将许多多数字值的市际化数据框架连接到当前深度的R25 。

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