我们提供了一种基于因子图优化的多摄像性视觉惯性内径系统，该系统通过同时使用所有相机估计运动，同时保留固定的整体特征预算。我们专注于在挑战环境中的运动跟踪，例如狭窄的走廊，具有侵略性动作的黑暗空间，突然的照明变化。这些方案导致传统的单眼或立体声测量失败。在理论上，使用额外的相机跟踪运动，但它会导致额外的复杂性和计算负担。为了克服这些挑战，我们介绍了两种新的方法来改善多相机特征跟踪。首先，除了从一体相机移动到另一个相机时，我们连续地跟踪特征的代替跟踪特征。这提高了准确性并实现了更紧凑的因子图表示。其次，我们选择跨摄像机的跟踪功能的固定预算，以降低反向结束优化时间。我们发现，使用较小的信息性功能可以保持相同的跟踪精度。我们所提出的方法使用由IMU和四个摄像机（前立体网和两个侧面）组成的硬件同步装置进行广泛测试，包括：地下矿，大型开放空间，以及带狭窄楼梯和走廊的建筑室内设计。与立体声最新的视觉惯性内径测量方法相比，我们的方法将漂移率，相对姿势误差，高达80％的翻译和旋转39％降低。

Visual Inertial Odometry (VIO) is one of the most established state estimation methods for mobile platforms. However, when visual tracking fails, VIO algorithms quickly diverge due to rapid error accumulation during inertial data integration. This error is typically modeled as a combination of additive Gaussian noise and a slowly changing bias which evolves as a random walk. In this work, we propose to train a neural network to learn the true bias evolution. We implement and compare two common sequential deep learning architectures: LSTMs and Transformers. Our approach follows from recent learning-based inertial estimators, but, instead of learning a motion model, we target IMU bias explicitly, which allows us to generalize to locomotion patterns unseen in training. We show that our proposed method improves state estimation in visually challenging situations across a wide range of motions by quadrupedal robots, walking humans, and drones. Our experiments show an average 15% reduction in drift rate, with much larger reductions when there is total vision failure. Importantly, we also demonstrate that models trained with one locomotion pattern (human walking) can be applied to another (quadruped robot trotting) without retraining.

A monocular visual-inertial system (VINS), consisting of a camera and a low-cost inertial measurement unit (IMU), forms the minimum sensor suite for metric six degreesof-freedom (DOF) state estimation. However, the lack of direct distance measurement poses significant challenges in terms of IMU processing, estimator initialization, extrinsic calibration, and nonlinear optimization. In this work, we present VINS-Mono: a robust and versatile monocular visual-inertial state estimator. Our approach starts with a robust procedure for estimator initialization and failure recovery. A tightly-coupled, nonlinear optimization-based method is used to obtain high accuracy visual-inertial odometry by fusing pre-integrated IMU measurements and feature observations. A loop detection module, in combination with our tightly-coupled formulation, enables relocalization with minimum computation overhead. We additionally perform four degrees-of-freedom pose graph optimization to enforce global consistency. We validate the performance of our system on public datasets and real-world experiments and compare against other state-of-the-art algorithms. We also perform onboard closed-loop autonomous flight on the MAV platform and port the algorithm to an iOS-based demonstration. We highlight that the proposed work is a reliable, complete, and versatile system that is applicable for different applications that require high accuracy localization. We open source our implementations for both PCs 1 and iOS mobile devices 2 .

农业行业不断寻求农业生产中涉及的不同过程的自动化，例如播种，收获和杂草控制。使用移动自主机器人执行这些任务引起了极大的兴趣。耕地面向同时定位和映射（SLAM）系统（移动机器人技术的关键）面临着艰巨的挑战，这是由于视觉上的难度，这是由于高度重复的场景而引起的。近年来，已经开发了几种视觉惯性遗传（VIO）和SLAM系统。事实证明，它们在室内和室外城市环境中具有很高的准确性。但是，在农业领域未正确评估它们。在这项工作中，我们从可耕地上的准确性和处理时间方面评估了最相关的最新VIO系统，以便更好地了解它们在这些环境中的行为。特别是，该评估是在我们的车轮机器人记录的大豆领域记录的传感器数据集中进行的，该田间被公开发行为Rosario数据集。评估表明，环境的高度重复性外观，崎terrain的地形产生的强振动以及由风引起的叶子的运动，暴露了当前最新的VIO和SLAM系统的局限性。我们分析了系统故障并突出观察到的缺点，包括初始化故障，跟踪损失和对IMU饱和的敏感性。最后，我们得出的结论是，即使某些系统（例如Orb-Slam3和S-MSCKF）在其他系统方面表现出良好的结果，但应采取更多改进，以使其在某些申请中的农业领域可靠，例如作物行的土壤耕作和农药喷涂。 。

同时定位和映射（SLAM）对于自主机器人（例如自动驾驶汽车，自动无人机），3D映射系统和AR/VR应用至关重要。这项工作提出了一个新颖的LIDAR惯性 - 视觉融合框架，称为R $^3 $ LIVE ++，以实现强大而准确的状态估计，同时可以随时重建光线体图。 R $^3 $ LIVE ++由LIDAR惯性探针（LIO）和视觉惯性探测器（VIO）组成，均为实时运行。 LIO子系统利用从激光雷达的测量值重建几何结构（即3D点的位置），而VIO子系统同时从输入图像中同时恢复了几何结构的辐射信息。 r $^3 $ live ++是基于r $^3 $ live开发的，并通过考虑相机光度校准（例如，非线性响应功能和镜头渐滴）和相机的在线估计，进一步提高了本地化和映射的准确性和映射接触时间。我们对公共和私人数据集进行了更广泛的实验，以将我们提出的系统与其他最先进的SLAM系统进行比较。定量和定性结果表明，我们所提出的系统在准确性和鲁棒性方面对其他系统具有显着改善。此外，为了证明我们的工作的可扩展性，{我们基于重建的辐射图开发了多个应用程序，例如高动态范围（HDR）成像，虚拟环境探索和3D视频游戏。}最后，分享我们的发现和我们的发现和为社区做出贡献，我们在GitHub上公开提供代码，硬件设计和数据集：github.com/hku-mars/r3live

事件摄像机是运动激活的传感器，可捕获像素级照明的变化，而不是具有固定帧速率的强度图像。与标准摄像机相比，它可以在高速运动和高动态范围场景中提供可靠的视觉感知。但是，当相机和场景之间的相对运动受到限制时，例如在静态状态下，事件摄像机仅输出一点信息甚至噪音。尽管标准相机可以在大多数情况下，尤其是在良好的照明条件下提供丰富的感知信息。这两个相机完全是互补的。在本文中，我们提出了一种具有鲁棒性，高智能和实时优化的基于事件的视觉惯性镜（VIO）方法，具有事件角度，基于线的事件功能和基于点的图像功能。提出的方法旨在利用人为场景中的自然场景和基于线路的功能中的基于点的功能，以通过设计良好设计的功能管理提供更多其他结构或约束信息。公共基准数据集中的实验表明，与基于图像或基于事件的VIO相比，我们的方法可以实现卓越的性能。最后，我们使用我们的方法演示了机上闭环自动驾驶四极管飞行和大规模室外实验。评估的视频在我们的项目网站上介绍：https：//b23.tv/oe3qm6j

近几十年来，Camera-IMU（惯性测量单元）传感器融合已经过度研究。已经提出了具有自校准的运动估计的许多可观察性分析和融合方案。然而，它一直不确定是否在一般运动下观察到相机和IMU内在参数。为了回答这个问题，我们首先证明，对于全球快门Camera-IMU系统，所有内在和外在参数都可以观察到未知的地标。鉴于此，滚动快门（RS）相机的时间偏移和读出时间也证明是可观察到的。接下来，为了验证该分析并解决静止期间结构无轨滤波器的漂移问题，我们开发了一种基于关键帧的滑动窗滤波器（KSWF），用于测量和自校准，它适用于单眼RS摄像机或立体声RS摄像机。虽然关键帧概念广泛用于基于视觉的传感器融合，但对于我们的知识，KSWF是支持自我校准的首先。我们的模拟和实际数据测试验证了，可以使用不同运动的机会主义地标的观察来完全校准相机-IMU系统。实际数据测试确认了先前的典故，即保持状态矢量的地标可以弥补静止漂移，并显示基于关键帧的方案是替代治疗方法。

在本文中，我们展示了一个4.5km步行距离的多摄像头惯性数据集作为向较新的大学数据集的扩展。全局快门多摄像机设备与IMU和LIDAR同步。该数据集还提供了六程度的自由（DOF）地理位作为10Hz的LIDAR频率。描述了三个数据收集，并说明了多相机视觉惯性内径测定的示例使用。该扩展数据集包含小型和狭窄的通道，大规模开放空间以及植被区域来测试本地化和映射系统。此外，一些序列存在具有挑战性的情况，例如突然的照明变化，织地表面和侵略性运动。数据集可用于：https：//ori-drs.github.io/newer-college-dataset

现代视觉惯性导航系统（VINS）面临着实际部署中的一个关键挑战：他们需要在高度动态的环境中可靠且强大地运行。当前最佳解决方案仅根据对象类别的语义将动态对象过滤为异常值。这样的方法不缩放，因为它需要语义分类器来包含所有可能移动的对象类;这很难定义，更不用说部署。另一方面，许多现实世界的环境以墙壁和地面等平面形式表现出强大的结构规律，这也是至关重要的。我们呈现RP-VIO，一种单眼视觉惯性内径系统，可以利用这些平面的简单几何形状，以改善充满活力环境的鲁棒性和准确性。由于现有数据集具有有限数量的动态元素，因此我们还提供了一种高动态的光致态度合成数据集，用于更有效地对现代VINS系统的功能的评估。我们评估我们在该数据集中的方法，以及来自标准数据集的三个不同序列，包括两个真实的动态序列，并在最先进的单眼视觉惯性内径系统上显示出鲁棒性和准确性的显着提高。我们还显示在模拟中，通过简单的动态特征掩蔽方法改进。我们的代码和数据集是公开可用的。

This paper presents ORB-SLAM3, the first system able to perform visual, visual-inertial and multi-map SLAM with monocular, stereo and RGB-D cameras, using pin-hole and fisheye lens models.The first main novelty is a feature-based tightly-integrated visual-inertial SLAM system that fully relies on Maximum-a-Posteriori (MAP) estimation, even during the IMU initialization phase. The result is a system that operates robustly in real time, in small and large, indoor and outdoor environments, and is two to ten times more accurate than previous approaches.The second main novelty is a multiple map system that relies on a new place recognition method with improved recall. Thanks to it, ORB-SLAM3 is able to survive to long periods of poor visual information: when it gets lost, it starts a new map that will be seamlessly merged with previous maps when revisiting mapped areas. Compared with visual odometry systems that only use information from the last few seconds, ORB-SLAM3 is the first system able to reuse in all the algorithm stages all previous information. This allows to include in bundle adjustment co-visible keyframes, that provide high parallax observations boosting accuracy, even if they are widely separated in time or if they come from a previous mapping session.Our experiments show that, in all sensor configurations, ORB-SLAM3 is as robust as the best systems available in the literature, and significantly more accurate. Notably, our stereo-inertial SLAM achieves an average accuracy of 3.5 cm in the EuRoC drone and 9 mm under quick hand-held motions in the room of TUM-VI dataset, a setting representative of AR/VR scenarios. For the benefit of the community we make public the source code.

在这封信中，我们提出了一个可靠的实时，实时的，惯性导航系统（INS） - 中心的GNSS-视觉惯性导航系统（IC-GVIN），用于轮式机器人，其中在两个状态估计中都可以完全利用精确的INS和视觉过程。为了改善系统的鲁棒性，通过严格的离群策略，在整个基于关键帧的视觉过程中采用了INS信息。采用GNSS来执行IC-GVIN的准确和方便的初始化，并进一步用于在大规模环境中实现绝对定位。 IMU，Visual和GNSS测量值紧密地融合在因子图优化的框架内。进行了专用的实验，以评估轮式机器人上IC-GVIN的鲁棒性和准确性。 IC-GVIN在带有移动对象的各种视觉降低场景中表现出卓越的鲁棒性。与最先进的视觉惯性导航系统相比，所提出的方法在各种环境中都能提高鲁棒性和准确性。我们开源的代码与GitHub上的数据集结合在一起

由于它们对运动模糊和在弱光和高动态范围条件下的高度鲁棒性的韧性，事件摄像机有望成为对未来火星直升机任务的基于视觉探索的传感器。但是，现有的基于事件的视觉惯性进程（VIO）算法要么患有高跟踪误差，要么是脆弱的，因为它们无法应对由于无法预料的跟踪损失或其他效果而导致的显着深度不确定性。在这项工作中，我们介绍了EKLT-VIO，该工作通过将基于事件的最新前端与基于过滤器的后端相结合来解决这两种限制。这使得不确定性的准确和强大，超过了基于事件和基于框架的VIO算法在挑战性基准上的算法32％。此外，我们在悬停的条件（胜过现有事件的方法）以及新近收集的类似火星和高动态范围的新序列中表现出准确的性能，而现有的基于框架的方法失败了。在此过程中，我们表明基于事件的VIO是基于视觉的火星探索的前进道路。

视觉惯性化学测定法吸引了自主驾驶和机器人技术领域的广泛关注。视场（FOV）的大小在视觉播音（VO）和视觉惯性二次测量法（VO）中起着重要作用，作为大型FOV，可以感知各种周围的场景元素和特征。但是，当摄像机的字段到达负半平面时，就不能简单地使用[u，v，1]^t来表示图像特征点。为了解决这个问题，我们建议LF-VIO，这是一个具有极大FOV的相机的实时VIO框架。我们利用具有单位长度的三维矢量来表示特征点，并设计一系列算法来克服这一挑战。为了解决带有地位的位置和姿势的全景视觉探针数据集的稀缺性，我们介绍了Palvio数据集，该数据集用具有360 {\ deg} x的整个FOV的全景环形镜头（PAL）系统收集（40 {\ deg}） -120 {\ deg}）和IMU传感器。有了全面的实验，在已建立的Palvio基准和公共Fisheye摄像机数据集上验证了建议的LF-VIO，其FOV为360 {\ deg} x（0 {\ deg} -93.5 {\ deg}）。 LF-VIO优于最先进的视觉惯性 - 调节法。我们的数据集和代码可在https://github.com/flysoaryun/lf-vio上公开提供。

本文通过讨论参加了为期三年的SubT竞赛的六支球队的不同大满贯策略和成果，报道了地下大满贯的现状。特别是，本文有四个主要目标。首先，我们审查团队采用的算法，架构和系统；特别重点是以激光雷达以激光雷达为中心的SLAM解决方案（几乎所有竞争中所有团队的首选方法），异质的多机器人操作（包括空中机器人和地面机器人）和现实世界的地下操作（从存在需要处理严格的计算约束的晦涩之处）。我们不会回避讨论不同SubT SLAM系统背后的肮脏细节，这些系统通常会从技术论文中省略。其次，我们通过强调当前的SLAM系统的可能性以及我们认为与一些良好的系统工程有关的范围来讨论该领域的成熟度。第三，我们概述了我们认为是基本的开放问题，这些问题可能需要进一步的研究才能突破。最后，我们提供了在SubT挑战和相关工作期间生产的开源SLAM实现和数据集的列表，并构成了研究人员和从业人员的有用资源。

Event cameras that asynchronously output low-latency event streams provide great opportunities for state estimation under challenging situations. Despite event-based visual odometry having been extensively studied in recent years, most of them are based on monocular and few research on stereo event vision. In this paper, we present ESVIO, the first event-based stereo visual-inertial odometry, which leverages the complementary advantages of event streams, standard images and inertial measurements. Our proposed pipeline achieves temporal tracking and instantaneous matching between consecutive stereo event streams, thereby obtaining robust state estimation. In addition, the motion compensation method is designed to emphasize the edge of scenes by warping each event to reference moments with IMU and ESVIO back-end. We validate that both ESIO (purely event-based) and ESVIO (event with image-aided) have superior performance compared with other image-based and event-based baseline methods on public and self-collected datasets. Furthermore, we use our pipeline to perform onboard quadrotor flights under low-light environments. A real-world large-scale experiment is also conducted to demonstrate long-term effectiveness. We highlight that this work is a real-time, accurate system that is aimed at robust state estimation under challenging environments.

去中心化的国家估计是GPS贬低的地区自动空中群体系统中最基本的组成部分之一，但它仍然是一个极具挑战性的研究主题。本文提出了Omni-swarm，一种分散的全向视觉惯性-UWB状态估计系统，用于解决这一研究利基市场。为了解决可观察性，复杂的初始化，准确性不足和缺乏全球一致性的问题，我们在Omni-warm中引入了全向感知前端。它由立体宽型摄像机和超宽带传感器，视觉惯性探测器，基于多无人机地图的本地化以及视觉无人机跟踪算法组成。前端的测量值与后端的基于图的优化融合在一起。所提出的方法可实现厘米级的相对状态估计精度，同时确保空中群中的全球一致性，这是实验结果证明的。此外，在没有任何外部设备的情况下，可以在全面的无人机间碰撞方面支持，表明全旋转的潜力是自动空中群的基础。

尽管密集的视觉大满贯方法能够估计环境的密集重建，但它们的跟踪步骤缺乏稳健性，尤其是当优化初始化较差时。稀疏的视觉大满贯系统通过将惯性测量包括在紧密耦合的融合中，达到了高度的准确性和鲁棒性。受这一表演的启发，我们提出了第一个紧密耦合的密集RGB-D惯性大满贯系统。我们的系统在GPU上运行时具有实时功能。它共同优化了相机姿势，速度，IMU偏见和重力方向，同时建立了全球一致，完全密集的基于表面的3D重建环境。通过一系列关于合成和现实世界数据集的实验，我们表明我们密集的视觉惯性大满贯系统对于低纹理和低几何变化的快速运动和时期比仅相关的RGB-D仅相关的SLAM系统更强大。

我们提出了一种系统解决方案，以实现使用热图像和惯性测量的飞行机器人团队的数据效率，分散的状态估计。每个机器人可以独立飞行，并在可能的情况下交换数据以完善其状态估计。我们的系统前端应用在线光度校准以完善热图像，从而增强功能跟踪并放置识别。我们的系统后端使用协方差融合策略来忽略代理之间的互相关，以降低内存使用和计算成本。通信管道使用本地汇总的描述符（VLAD）的向量来构建需要较低带宽使用情况的请求响应策略。我们在合成数据和现实世界数据上测试我们的协作方法。我们的结果表明，相对于个人代理方法，该提出的方法最多可提高46％的轨迹估计，同时减少多达89％的通信交换。数据集和代码将发布给公众，扩展了已经发布的JPL XVIO库。

在本文中，我们提出了用于滚动快门摄像机的概率连续时间视觉惯性频道（VIO）。连续的时轨迹公式自然促进异步高频IMU数据和运动延伸的滚动快门图像的融合。为了防止棘手的计算负载，提出的VIO是滑动窗口和基于密钥帧的。我们建议概率地将控制点边缘化，以保持滑动窗口中恒定的密钥帧数。此外，可以在我们的连续时间VIO中在线校准滚动快门相机的线曝光时间差（线延迟）。为了广泛检查我们的连续时间VIO的性能，对公共可用的WHU-RSVI，TUM-RSVI和Sensetime-RSVI Rolling快门数据集进行了实验。结果表明，提出的连续时间VIO显着优于现有的最新VIO方法。本文的代码库也将通过\ url {https://github.com/april-zju/ctrl-vio}开源。

The field of autonomous mobile robots has undergone dramatic advancements over the past decades. Despite achieving important milestones, several challenges are yet to be addressed. Aggregating the achievements of the robotic community as survey papers is vital to keep the track of current state-of-the-art and the challenges that must be tackled in the future. This paper tries to provide a comprehensive review of autonomous mobile robots covering topics such as sensor types, mobile robot platforms, simulation tools, path planning and following, sensor fusion methods, obstacle avoidance, and SLAM. The urge to present a survey paper is twofold. First, autonomous navigation field evolves fast so writing survey papers regularly is crucial to keep the research community well-aware of the current status of this field. Second, deep learning methods have revolutionized many fields including autonomous navigation. Therefore, it is necessary to give an appropriate treatment of the role of deep learning in autonomous navigation as well which is covered in this paper. Future works and research gaps will also be discussed.