Nano quadcopters are small, agile, and cheap platforms that are well suited for deployment in narrow, cluttered environments. Due to their limited payload, these vehicles are highly constrained in processing power, rendering conventional vision-based methods for safe and autonomous navigation incompatible. Recent machine learning developments promise high-performance perception at low latency, while dedicated edge computing hardware has the potential to augment the processing capabilities of these limited devices. In this work, we present NanoFlowNet, a lightweight convolutional neural network for real-time dense optical flow estimation on edge computing hardware. We draw inspiration from recent advances in semantic segmentation for the design of this network. Additionally, we guide the learning of optical flow using motion boundary ground truth data, which improves performance with no impact on latency. Validation results on the MPI-Sintel dataset show the high performance of the proposed network given its constrained architecture. Additionally, we successfully demonstrate the capabilities of NanoFlowNet by deploying it on the ultra-low power GAP8 microprocessor and by applying it to vision-based obstacle avoidance on board a Bitcraze Crazyflie, a 34 g nano quadcopter.


翻译:纳米象形计算机是小型、灵活和廉价的平台,非常适合在狭窄、杂乱的环境中部署。由于这些飞行器的有效载荷有限,因此在加工能力方面受到高度限制,使常规的视觉方法在安全和自主导航方面互不相容。最近的机器学习发展使低悬浮状态的高度性能感知得到保证,而专门的边缘计算机硬件则有可能增强这些有限装置的处理能力。在这项工作中,我们介绍了纳诺弗洛网,这是一个轻量级的神经网络,用于对边缘计算机硬件进行实时密集光学流动估计。我们从这个网络的设计的语义分解最近的进展中汲取灵感。此外,我们利用移动边界地面真象数据指导光学流动学习,这些数据可以提高性能,对悬浮度没有影响。对MPI-Sintel数据集的验证结果显示,鉴于其结构受限,拟议网络的性能很高。此外,我们成功地展示了纳诺福罗网的能力,将它部署在超低能GAP8微处理器上,并将它应用到Bitracracze Grapter Gragoplie上避免视觉障碍。

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