Robust Visual Inertial Odometry Using a Direct EKF-Based Approach

里程计 计算机视觉 初始化 人工智能 稳健性(进化) 计算机科学 扩展卡尔曼滤波器 视觉里程计 同时定位和映射 地标 卡尔曼滤波器 机器人 移动机器人 基因 化学 程序设计语言 生物化学
作者
Michael Bloesch,Sammy Omari,Marco Hutter,Roland Siegwart
标识
DOI:10.3929/ethz-a-010566547
摘要

In this paper, we present a monocular visual-inertial odometry algorithm which, by directly using pixel intensity errors of image patches, achieves accurate tracking performance while exhibiting a very high level of robustness. After detection, the tracking of the multilevel patch features is closely coupled to the underlying extended Kalman filter (EKF) by directly using the intensity errors as innovation term during the update step. We follow a purely robocentric approach where the location of 3D landmarks are always estimated with respect to the current camera pose. Furthermore, we decompose landmark positions into a bearing vector and a distance parametrization whereby we employ a minimal representation of differences on a corresponding σ-Algebra in order to achieve better consistency and to improve the computational performance. Due to the robocentric, inverse-distance landmark parametrization, the framework does not require any initialization procedure, leading to a truly power-up-and-go state estimation system. The presented approach is successfully evaluated in a set of highly dynamic hand-held experiments as well as directly employed in the control loop of a multirotor unmanned aerial vehicle (UAV).
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