1 系统简介
VINS-Mono: A Robust and Versatile Monocular Visual-Inertial State Estimator,是香港科技大学沈劭劼团队在2017年开源的VIO系统,也是视觉SLAM中非常经典的一个开源框架。一作是华为的天才少年秦通。
文章主要提出了一个紧耦合、基于非线性优化的单目惯导里程计。主要工作包括:
- 鲁棒初始化:能够从未知的初始状态引导系统。
- 视觉惯导里程计:完成了一个紧耦合、基于非线性优化的VIO,包括视觉惯导外参标定和IMU bias估计
- 在线的回环检测和紧耦合的重定位
- 四自由度全局位姿图优化
整个系统完整且易于使用。它已经被成功应用于小规模AR场景、中型无人机导航和大规模状态估计任务。
2 系统框架
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由上面的系统框架图并结合论文来看,整个系统主要包括五个模块:
- Measuremen Preprocessing(数据预处理模块)
- Initialization(初始化模块)
- Local Visual-Inertial Odometry(局部VIO里程计模块)
- Relocalization(重定位模块)
- Global Pose Graph Optimization(全局位姿图优化模块)
3 坐标系和符号定义
坐标系定义:
- (⋅)w(\cdot)^{w}(⋅)w——世界坐标系
- (⋅)b(\cdot)^{b}(⋅)b——body坐标系(也称作IMU坐标系)
- (⋅)c(\cdot)^{c}(⋅)c——相机坐标系
旋转由两种方式表示:
- 旋转矩阵 R\mathbf{R}R
- Hamilton 四元数 q\mathbf{q}q
符号说明:
- qbw\mathbf{q}_{b}^{w}qbw——表示从IMU坐标系到世界坐标系的旋转
- pbw\mathbf{p}_{b}^{w}pbw——表示从IMU坐标系到世界坐标系的平移
- bkb_{k}bk——表示在拍摄第k张图片时刻下的IMU坐标系
- ckc_{k}ck——表示在拍摄第k张图片时刻下的相机坐标系
- ⊗\otimes⊗——表示两个四元数的乘法操作
- gw=[0,0,g]T\mathbf{g}^{w}=[0,0, g]^{T}gw=[0,0,g]T——表示世界坐标系下的重力向量
- (⋅)^\hat{(\cdot)}(⋅)^——表示某个特定量的包含噪声的测量或者估计

VINS-Mono是由香港科技大学团队开源的视觉惯导里程计系统,由秦通等提出。该系统实现了紧耦合的非线性优化VIO,包含鲁棒初始化、视觉惯导外参标定、在线回环检测和全局位姿图优化。适用范围广泛,如AR、无人机导航和大规模状态估计。系统分为数据预处理、初始化、局部VIO、重定位和全局优化五个模块。
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