High-precision, consistent EKF-based visual-inertial odometry

扩展卡尔曼滤波器 可观测性 里程计 惯性测量装置 计算机视觉 计算机科学 人工智能 卡尔曼滤波器 同时定位和映射 惯性参考系 状态向量 控制理论(社会学) 机器人 数学 移动机器人 经典力学 物理 量子力学 应用数学 控制(管理)
作者
Mingyang Li,Anastasios I. Mourikis
出处
期刊:The International Journal of Robotics Research [SAGE]
卷期号:32 (6): 690-711 被引量:560
标识
DOI:10.1177/0278364913481251
摘要

In this paper, we focus on the problem of motion tracking in unknown environments using visual and inertial sensors. We term this estimation task visual–inertial odometry (VIO), in analogy to the well-known visual-odometry problem. We present a detailed study of extended Kalman filter (EKF)-based VIO algorithms, by comparing both their theoretical properties and empirical performance. We show that an EKF formulation where the state vector comprises a sliding window of poses (the multi-state-constraint Kalman filter (MSCKF)) attains better accuracy, consistency, and computational efficiency than the simultaneous localization and mapping (SLAM) formulation of the EKF, in which the state vector contains the current pose and the features seen by the camera. Moreover, we prove that both types of EKF approaches are inconsistent, due to the way in which Jacobians are computed. Specifically, we show that the observability properties of the EKF’s linearized system models do not match those of the underlying system, which causes the filters to underestimate the uncertainty in the state estimates. Based on our analysis, we propose a novel, real-time EKF-based VIO algorithm, which achieves consistent estimation by (i) ensuring the correct observability properties of its linearized system model, and (ii) performing online estimation of the camera-to-inertial measurement unit (IMU) calibration parameters. This algorithm, which we term MSCKF 2.0, is shown to achieve accuracy and consistency higher than even an iterative, sliding-window fixed-lag smoother, in both Monte Carlo simulations and real-world testing.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
luffy完成签到 ,获得积分10
刚刚
Cold-Drink-Shop完成签到,获得积分10
3秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
4秒前
外向的芒果完成签到 ,获得积分10
13秒前
单小芫完成签到 ,获得积分10
17秒前
22秒前
自然代亦完成签到 ,获得积分10
25秒前
28秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
29秒前
活力立诚完成签到,获得积分10
30秒前
银河里完成签到 ,获得积分10
35秒前
隐形曼青应助橙子采纳,获得10
39秒前
whitepiece完成签到,获得积分10
42秒前
木雨亦潇潇完成签到,获得积分10
51秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
52秒前
Fayth完成签到,获得积分10
52秒前
燕儿完成签到 ,获得积分10
57秒前
小亮哈哈完成签到,获得积分10
59秒前
研友_nqv5WZ完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
wangji_2017完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
Nothing完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
1分钟前
1分钟前
刻苦的白曼完成签到 ,获得积分10
1分钟前
刁内谁完成签到 ,获得积分10
1分钟前
cq_2完成签到,获得积分0
1分钟前
留胡子的扬完成签到,获得积分10
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
1分钟前
沈惠映完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
1分钟前
鹅鹅大王发布了新的文献求助10
1分钟前
迷路冰颜完成签到 ,获得积分10
1分钟前
英俊的铭应助武雨寒采纳,获得10
1分钟前
畅快海云完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Predation in the Hymenoptera: An Evolutionary Perspective 1800
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1561
Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition 1200
Holistic Discourse Analysis 600
Beyond the sentence: discourse and sentential form / edited by Jessica R. Wirth 600
Atlas of Liver Pathology: A Pattern-Based Approach 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5510136
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4604778
关于积分的说明 14490122
捐赠科研通 4539787
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2487706
邀请新用户注册赠送积分活动 1469989
关于科研通互助平台的介绍 1442439