IGE-LIO: Intensity Gradient Enhanced Tightly Coupled LiDAR-Inertial Odometry

激光雷达 里程计 强度(物理) 遥感 惯性参考系 物理 环境科学 地质学 光学 计算机科学 人工智能 机器人 移动机器人 经典力学
作者
Ziyu Chen,Hui Zhu,Biao Yu,Chunmao Jiang,Chen Hua,Xuhui Fu,Xinkai Kuang
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73: 1-11 被引量:21
标识
DOI:10.1109/tim.2024.3427795
摘要

Simultaneous localization and mapping (SLAM) plays an important role in the state estimation of mobile robots. Most popular LiDAR SLAM (L-SLAM) methods extract feature points only from the geometric structure of the environment, which can result in inaccurate localization in degenerated scenarios. In this article, we present a novel framework for LiDAR intensity gradient enhanced tightly coupled LiDAR-inertial odometry (IGE-LIO). The framework proposes a novel LiDAR intensity gradient-based feature extraction approach for accurate pose estimation, overcoming the challenges faced by L-SLAM in degenerated environments. After computing the intensity gradient of each LiDAR point, we dynamically extract intensity edge points (IEPs) from texture information. In addition, we extract geometric planar points (GPPs) and geometric edge points (GEPs) based on geometric information. Then, the error analysis is performed on each type of feature points, and the weighting functions are designed to correct measurement noise and mitigate biases introduced by the additional uncertainty in feature extraction. Subsequently, an iterative extended Kalman filter (IEKF) framework is constructed by combining residuals from point-to-plane and point-to-edge associations. Finally, extensive experiments are conducted in indoor, outdoor, and LiDAR degenerated scenarios. The results demonstrate the significantly improved robustness and accuracy of our proposed method compared with the existing geometric-only methods, especially in LiDAR degenerated scenarios.
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