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VLAarXiv:2512.09898

自律飛行体のための視覚的方位予測

Visual Heading Prediction for Autonomous Aerial Vehicles

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単眼カメラ映像からYOLOv5で地上車両を検出し、軽量ニューラルネットでUAVの方位角を予測するGPS不要の協調フレームワークを提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- UAVとUGVの統合による自律システム向けの、視覚ベース・データ駆動型フレームワーク - 目的はGPS/GNSSが使えない/劣化した環境でのUAV-UGV協調 - 中核はUGV検出とheading angle予測 - fine-tuned YOLOv5でUGVを検出しbounding box特徴を抽出 - 軽量ANNでUAVの必要heading angleを推定 - monocular camera入力のみで動作するインフラ非依存の手法

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 外部localization基盤(GPS/GNSS)に依存しない点が特徴 - 先行研究との具体的比較は要旨からは不明 - 単眼カメラのみでheading angle予測を実現 - 制御されたlab環境で13,000枚超のannotated画像データセットを構築 - VICON motion capture systemでground-truthを生成 - 検出95%精度、heading予測MAE 0.1506°、RMSE 0.1957°を報告

3. 技術・手法の肝は?

- fine-tuned YOLOv5によるUGV検出 - 検出結果のbounding box featuresを抽出 - 軽量artificial neural network (ANN)が特徴からheading angleを回帰推定 - 学習時のground-truthはVICON motion capture systemで取得 - 入力はmonocular cameraのみ - リアルタイム動作を想定したパイプライン構成

4. どうやって有効だと検証した?

- 制御されたlab環境で13,000枚超のannotated画像を収集 - VICON motion capture systemによるground-truthで学習 - ANNのheading予測をMAE 0.1506°、RMSE 0.1957°で評価 - UGV検出は95% accuracyを達成 - 動的条件下でのUGV検出・heading予測・UAV alignmentを含むdemo videoを公開

5. 議論はある?

- GPS/GNSS-denied環境での展開可能性を主張 - リアルな動的条件下での信頼性あるmulti-agent coordinationへの寄与を述べる - 制御されたlab環境でのデータ収集であり、実環境での検証は要旨からは不明 - 検出・予測精度の限界や失敗事例の議論は要旨からは不明 - 計算資源やリアルタイム性の詳細評価は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- YOLOv5 (fine-tuned object detection) - artificial neural network (ANN)による回帰 - VICON motion capture systemを用いたground-truth生成 - GPS/GNSS-denied環境でのUAV-UGV coordinationに関する関連研究 - 要旨で参照されている[1]の文献(詳細は要旨からは不明)

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Reza Ahmari, Ahmad Mohammadi, Vahid Hemmati, Mohammed Mynuddin, Parham Kebria, Mahmoud Nabil Mahmoud, Xiaohong Yuan, Abdollah Homaifar

分類: cs.RO, cs.AI, cs.CV, cs.MA, cs.SY, eess.SY

原文アブストラクト

The integration of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and Unmanned Ground Vehicles (UGVs) is increasingly central to the development of intelligent autonomous systems for applications such as search and rescue, environmental monitoring, and logistics. However, precise coordination between these platforms in real-time scenarios presents major challenges, particularly when external localization infrastructure such as GPS or GNSS is unavailable or degraded [1]. This paper proposes a vision-based, data-driven framework for real-time UAV-UGV integration, with a focus on robust UGV detection and heading angle prediction for navigation and coordination. The system employs a fine-tuned YOLOv5 model to detect UGVs and extract bounding box features, which are then used by a lightweight artificial neural network (ANN) to estimate the UAV's required heading angle. A VICON motion capture system was used to generate ground-truth data during training, resulting in a dataset of over 13,000 annotated images collected in a controlled lab environment. The trained ANN achieves a mean absolute error of 0.1506{\deg} and a root mean squared error of 0.1957{\deg}, offering accurate heading angle predictions using only monocular camera inputs. Experimental evaluations achieve 95% accuracy in UGV detection. This work contributes a vision-based, infrastructure- independent solution that demonstrates strong potential for deployment in GPS/GNSS-denied environments, supporting reliable multi-agent coordination under realistic dynamic conditions. A demonstration video showcasing the system's real-time performance, including UGV detection, heading angle prediction, and UAV alignment under dynamic conditions, is available at: https://github.com/Kooroshraf/UAV-UGV-Integration

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