Robust Visual-Inertial Odometry Based on a Kalman Filter and Factor Graph

里程计 惯性测量装置 卡尔曼滤波器 人工智能 扩展卡尔曼滤波器 计算机视觉 计算机科学 同时定位和映射 稳健性(进化) 移动机器人 机器人 生物化学 化学 基因
作者
Zhiwei Wang,Bao Pang,Yong Song,Xianfeng Yuan,Qingyang Xu,Yibin Li
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (7): 7048-7060 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tits.2023.3258526
摘要

We present a real-time, high-accuracy, robust, tightly coupled visual-inertial odometry (VIO) algorithm, including monocular-inertial odometry and stereo-inertial odometry, and uses inertial measurement unit (IMU) pre-integration that is based on fourth-order Runge–Kutta (PK4) and IMU initialization based on maximum a posteriori (MAP) estimation. In particular, we used the multi-state constraint Kalman filter (MSCKF) to fuse vision and IMU measurement data for state estimation. In the optimization stage, we simultaneously considered and optimized all of the historical constraints, and performed multiple iterations to reduce the linearity errors. For further reducing the cumulative error and improving the relocation accuracy, we used a bag-of-words model for global optimization. To lower the computational cost and increase the real-time performance, we set keyframe insertion mechanism and introduced sliding window, and used a new form of Kalman gain that converts the Kalman gain in multi-state constraint Kalman filtering into the inverse of the state dimension. We validated the proposed method by using the EuRoC MAV dataset and KITTI dataset. We performed physics experiments in an outdoor environment with unstable light, to further validate the accuracy and robustness of our method.

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