特徴ベース相対ナビゲーションのためのFPGAハードウェアアクセラレーション
FPGA Hardware Acceleration for Feature-Based Relative Navigation Applications
画像特徴を用いた点群間の相対姿勢推定をFPGA上で高速化するハードウェア・ソフトウェア協調設計を提案し、数値誤差7%未満でリアルタイム推定を実現した。
著者: Ramchander Rao Bhaskara, Manoranjan Majji
分類: cs.RO, cs.AR, cs.CV, eess.IV
原文アブストラクト
Estimation of rigid transformation between two point clouds is a computationally challenging problem in vision-based relative navigation. Targeting a real-time navigation solution utilizing point-cloud and image registration algorithms, this paper develops high-performance avionics for power and resource constrained pose estimation framework. A Field-Programmable Gate Array (FPGA) based embedded architecture is developed to accelerate estimation of relative pose between the point-clouds, aided by image features that correspond to the individual point sets. At algorithmic level, the pose estimation method is an adaptation of Optimal Linear Attitude and Translation Estimator (OLTAE) for relative attitude and translation estimation. At the architecture level, the proposed embedded solution is a hardware/software co-design that evaluates the OLTAE computations on the bare-metal hardware for high-speed state estimation. The finite precision FPGA evaluation of the OLTAE algorithm is compared with a double-precision evaluation on MATLAB for performance analysis and error quantification. Implementation results of the proposed finite-precision OLTAE accelerator demonstrate the high-performance compute capabilities of the FPGA-based pose estimation while offering relative numerical errors below 7%.
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