okvis 基于关键帧视觉惯性传感器非线性优化SLAM 论文翻译+博客总结
OKVIS 是紧耦合的,视觉和 IMU 的误差项和状态量在一起优化。
博客:https://fzheng.me/cn/
摘要:
视觉和惯性传感器数据融合越来越普遍,它们在传感器感知特征上互补。大部分的融合策略主要是靠滤波器的设计,视觉机器人最近大量采用非线性优化方法处理SLAM,对这个领域内的性能和计算复杂度进行了大量改进。跟随这一趋势,我们在SLAM技术中,从惯性传感器中读取数据,将视觉测量和惯性传感器紧密结合。惯性传感器的误差用概率方法集成到路标的重投影误差里面,这样就可以用一个合成的非线性函数进行优化。利用“关键帧”这一强有力的方式,我们部分地忽略之前的状态,维护一个有限大小的优化窗口,以确保操作的实时性。对比单纯视觉算法和松耦合的视觉-惯性传感器算法,我们的紧耦合方法被证明精度和鲁棒性非常好。
一 简介:
二 紧耦合视觉与惯性传感器融合:
A. 名词和定义
1) 名词:
2) 坐标系
3) 状态
B. 包含惯性变量的分批视觉SLAM
C. 关键点匹配和关键帧选择
D. 部分挑选方法
1)非线性优化中挑选方法的数学推导:
在这里,无穷远处(或接近无穷远处)挑选的节点组成路标,或者路标只在相机的某个位姿可见,与那些路标关联的海塞矩阵块往往是等级比较低的。因此,我们采用伪倒置矩阵 ,
2)挑选方法应用于基于关键帧的视觉-惯性传感器SLAM
三 结论
A. Vicon:绕着圈子走
图9. 与Vicon基准的对比。所有情况的关键帧测量。第5个和第95个百分数,还有10米内的平均值。
B. 汽车:室外长距离轨迹
传感器在汽车顶部,同步捕捉6D GPS-INS基准工作频率100Hz,轨迹8公里。图10 是带有基准的估计轨迹顶视图对比。图11是平移和旋转误差的定量对比,反映了视觉和惯性传感器观测值紧融合状态下显著增强。与预计的情况一样,松耦合方法和视觉方法性能相似。主要因为松耦合方法在长时间水平运动状态下而不是在重力方向上,没有增强位姿估计。
C. 建筑:长期室内回环
最后一个实验是手持传感器长时间作室内回环上5层楼。没有基准,我们只能做定性评估,用我们算好的方法做室内3D重构,叠加视觉轨迹作对比。这显示了走廊和楼梯上光照和纹理条件下的挑战。图12的顶视图演示了回环误差0.6米和视觉误差2.2米的对比。
四 结论
本文演示了基于关键帧视觉SLAM集成惯性传感器的紧耦合方法。非线性优化中的误差估计包括关键点检测和IMU数据读取,优于参数调整。使用这些方法,可以获得重力方向全局一致性和采用IMU运动模型的鲁棒的离群点去除方法。同时,也使用了关键帧非线性优化,比如位姿不动时。采用实时立体相机和IMU融合,精度和鲁棒性优于视觉或松耦合方法。
参考文献
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