系统工程与电子技术 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (10): 3207-3217.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2023.10.25

• 制导、导航与控制 • 上一篇    

一种基于结构特征的单目视觉惯性里程计

闫莉萍1,*, 李程伟1, 徐柏凯1, 夏元清1, 肖波2   

  1. 1. 北京理工大学自动化学院, 北京 100081
    2. 北京邮电大学人工智能学院, 北京 100876
  • 收稿日期:2022-08-17 出版日期:2023-09-25 发布日期:2023-10-11
  • 通讯作者: 闫莉萍
  • 作者简介:闫莉萍(1979—), 女, 教授, 博士, 主要研究方向为数据融合、故障诊断、目标跟踪、组合导航与智能导航
    李程伟(1997—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为视觉同时定位与建图
    徐柏凯(2000—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为视觉同时定位与建图
    夏元清(1971—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为云控制、云数据中心优化调度管理、智能交通、模型预测控制、自抗扰控制、飞行器控制、空天地一体化网络协同控制
    肖波(1975—), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为模式识别、机器学习、数据挖掘、网络搜索、网络管理、网络应用研发、信息融合
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(62073036);国家自然科学基金(62076031);北京市自然科学基金(4202071)

A monocular visual inertial odometry based on structural features

Liping YAN1,*, Chengwei LI1, Bokai XU1, Yuanqing XIA1, Bo XIAO2   

  1. 1. School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
    2. School of Artificial Intelligence, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
  • Received:2022-08-17 Online:2023-09-25 Published:2023-10-11
  • Contact: Liping YAN

摘要:

针对传统的仅依赖点特征的视觉里程计鲁棒性较差的问题,提出了一种结合点特征、线特征以及结构特征的视觉-惯性里程计。结构特征是一个满足曼哈顿世界假设的正交基, 可用于描述结构物体包含的平行与正交信息。结构特征的引入为视觉惯性里程计提供了一个全局的约束, 可有效减少旋转误差的累计。与此同时, 为了保证引入结构特征后系统的实时性, 基于线特征匹配关系以及重力方向, 提出了一种鲁棒且高效的结构特征提取算法。实验结果表明, 相比现有的开源系统, 所提出的系统在保证实时性的同时, 有效减少了旋转累计误差。

关键词: 同时定位与建图, 点特征, 线特征, 结构特征, 惯性测量单元

Abstract:

In response to the problem of poor robustness of traditional visual odometers that only rely on point features, a monocular visual inertial odometry that utilize point features, line features and structural features are deduced. The structural feature is an orthonormal basis that satisfy the Manhattan world hypothesis. This feature contains the parallel and orthogonal information of the structural object. The introduction of structural feature provide an overall constrain for visual inertial odometry and can reduce the accumulative error of rotation effectively. Meanwhile, to ensure the real-time performance of the system after the introduction of structural features, a robust and efficient algorithm is proposed to extract structural feature, which is based on the matching relationship of line features and the direction of gravity vector. The experimental results demonstrate that, compared with the existing open source systems, the proposed system can effectively reduce the accumulated rotation error while maintaining the real-time performance.

Key words: simultaneous localization and mapping, point feature, line feature, structural feature, inertial measurement unit

中图分类号: