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

1. 摘要

视觉传感器与IMU传感器互补 == > VIO系统;

由最初的以滤波为主题,现在逐渐转换为非线性优化来实现SLAM;

提出一种方法将视觉信息与IMU测量数据紧密结合,将IMU的误差与路标点的投影误差结合在一个概率成本函数中,实现一种联合非线性优化。

使用“关键帧”的概念,我们将一部分旧状态边缘化以维持有一定边界的优化窗口,从而确保实时操作。

与只有视觉和松耦合的视觉惯性算法相比,我们的实验正式了紧耦合在精度和鲁棒性方法的好处!

2. 松耦合和紧耦合

vSLAM重读(4): OKVIS--KeyFrame-based Visual-Inertial SLAM_第1张图片

  • 松耦合

    松耦合是指, IMU和相机分别进行自身的运动估计,然后对其位姿结果进行融合

松耦合也可以分为: 基于滤波和基于优化两个方向(松耦合的方法则简单的多)

	1. 在滤波方向: Ethz的Stephen Weiss研究较多,ssf和msf都是比较不错的开源算法。
	2. 在优化方向: 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》提到了这个方法。
  	简单来说就是把vo计算产生的位姿变换添加到imu的优化框架里面去
  • 紧耦合

紧耦合是指,IMU和相机的状态合并在一起,共同构建运动方程和观测方程,然后进行状态估计。

紧耦合也可以分为: “基于滤波和基于优化两个方向”

	1.  在滤波方向: EKF和MSCKF, ROVIO是代表作。
	2.  在优化方向: OKVIS是代表作, orbslam2 + imu 紧耦合, 紧耦合 VINS-Mono

3. 主要贡献

1.当相机移动较慢甚至停止不动时,我们采用关键帧范例来进行无漂移估计,而不是使用时间连续的优化窗口。我们公式化一个关键帧的相对不确定性,而不表示全局姿态的不确定性(from RSLAM)。

2.提供一个完整的IMU误差项概率推到,包括相关连续图像帧的信息矩阵,而没有以IMU速率明确引入状态;

3.在系统层面上,我们开发了用于实时精确的SLAM的硬件和算法,包括使用“惯性提示”的稳定关键点匹配以及额外点剔除。

最后,在II-B引入了视觉SLAM中的惯性误差项, II-C中的实时立体声图像处理和关键帧选择, II-D中的边缘化形式。

4.测试结果图

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