A Comprehensive Introduction of Visual-Inertial Navigation

惯性测量装置 计算机科学 计算机视觉 人工智能 稳健性(进化) 惯性导航系统 初始化 因子图 离群值 惯性参考系 计量单位 模式 算法 生物化学 化学 物理 解码方法 量子力学 程序设计语言 基因 社会科学 社会学
作者
Yangyang Ning
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2307.11758
摘要

In this article, a tutorial introduction to visual-inertial navigation(VIN) is presented. Visual and inertial perception are two complementary sensing modalities. Cameras and inertial measurement units (IMU) are the corresponding sensors for these two modalities. The low cost and light weight of camera-IMU sensor combinations make them ubiquitous in robotic navigation. Visual-inertial Navigation is a state estimation problem, that estimates the ego-motion and local environment of the sensor platform. This paper presents visual-inertial navigation in the classical state estimation framework, first illustrating the estimation problem in terms of state variables and system models, including related quantities representations (Parameterizations), IMU dynamic and camera measurement models, and corresponding general probabilistic graphical models (Factor Graph). Secondly, we investigate the existing model-based estimation methodologies, these involve filter-based and optimization-based frameworks and related on-manifold operations. We also discuss the calibration of some relevant parameters, also initialization of state of interest in optimization-based frameworks. Then the evaluation and improvement of VIN in terms of accuracy, efficiency, and robustness are discussed. Finally, we briefly mention the recent development of learning-based methods that may become alternatives to traditional model-based methods.
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