vSLAM重讀(4): OKVIS--KeyFrame-based Visual-Inertial SLAM

1. 摘要

視覺傳感器與IMU傳感器互補 == > VIO系統;

由最初的以濾波爲主題,現在逐漸轉換爲非線性優化來實現SLAM;

提出一種方法將視覺信息與IMU測量數據緊密結合,將IMU的誤差與路標點的投影誤差結合在一個概率成本函數中,實現一種聯合非線性優化。

使用“關鍵幀”的概念,我們將一部分舊狀態邊緣化以維持有一定邊界的優化窗口,從而確保實時操作。

與只有視覺和松耦合的視覺慣性算法相比,我們的實驗正式了緊耦合在精度和魯棒性方法的好處!

2. 松耦合和緊耦合

在這裏插入圖片描述

  • 松耦合

    松耦合是指, IMU和相機分別進行自身的運動估計,然後對其位姿結果進行融合

松耦合也可以分爲: 基於濾波和基於優化兩個方向(松耦合的方法則簡單的多)

	1. 在濾波方向: Ethz的Stephen Weiss研究較多,ssf和msf都是比較不錯的開源算法。
	2. 在優化方向: 松耦合的工作不多, Gabe Sibley在iros2016的一篇文章
  	《Inertial Aided Dense & Semi-Dense Methods for Robust Direct Visual Odometry》提到了這個方法。
  	簡單來說就是把vo計算產生的位姿變換添加到imu的優化框架裏面去
  • 緊耦合

緊耦合是指,IMU和相機的狀態合併在一起,共同構建運動方程和觀測方程,然後進行狀態估計。

緊耦合也可以分爲: “基於濾波和基於優化兩個方向”

	1.  在濾波方向: EKF和MSCKF, ROVIO是代表作。
	2.  在優化方向: OKVIS是代表作, orbslam2 + imu 緊耦合, 緊耦合 VINS-Mono

3. 主要貢獻

1.當相機移動較慢甚至停止不動時,我們採用關鍵幀範例來進行無漂移估計,而不是使用時間連續的優化窗口。我們公式化一個關鍵幀的相對不確定性,而不表示全局姿態的不確定性(from RSLAM)。

2.提供一個完整的IMU誤差項概率推到,包括相關連續圖像幀的信息矩陣,而沒有以IMU速率明確引入狀態;

3.在系統層面上,我們開發了用於實時精確的SLAM的硬件和算法,包括使用“慣性提示”的穩定關鍵點匹配以及額外點剔除。

最後,在II-B引入了視覺SLAM中的慣性誤差項, II-C中的實時立體聲圖像處理和關鍵幀選擇, II-D中的邊緣化形式。

4.測試結果圖

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