This paper presents ORB-SLAM, a feature-based monocular SLAM system that operates in real time, in small and large, indoor and outdoor environments. The system is robust to severe motion clutter, allows wide baseline loop closing and relocalization, and includes full automatic initialization. Building on excellent algorithms of recent years, we designed from scratch a novel system that uses the same features for all SLAM tasks: tracking, mapping, relocalization, and loop closing. A survival of the fittest strategy that selects the points and keyframes of the reconstruction leads to excellent robustness and generates a compact and trackable map that only grows if the scene content changes, allowing lifelong operation. We present an exhaustive evaluation in 27 sequences from the most popular datasets. ORB-SLAM achieves unprecedented performance with respect to other state-of-the-art monocular SLAM approaches. For the benefit of the community, we make the source code public.

a) Stereo input: trajectory and sparse reconstruction of an urban environment with multiple loop closures. (b) RGB-D input: keyframes and dense pointcloud of a room scene with one loop closure. The pointcloud is rendered by backprojecting the sensor depth maps from estimated keyframe poses. No fusion is performed.

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.

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 .

由于其对环境变化的鲁棒性，视觉猛感的间接方法是受欢迎的。 ORB-SLAM2 \ CITE {ORBSLM2}是该域中的基准方法，但是，除非选择帧作为关键帧，否则它会消耗从未被重用的描述符。轻量级和高效，因为它跟踪相邻帧之间的关键点而不计算描述符。为此，基于稀疏光流提出了一种两个级粗到微小描述符独立的Keypoint匹配方法。在第一阶段，我们通过简单但有效的运动模型预测初始关键点对应，然后通过基于金字塔的稀疏光流跟踪鲁棒地建立了对应关系。在第二阶段，我们利用运动平滑度和末端几何形状的约束来改进对应关系。特别是，我们的方法仅计算关键帧的描述符。我们在\ texit {tum}和\ texit {icl-nuim} RGB-D数据集上测试Fastorb-Slam，并将其准确性和效率与九种现有的RGB-D SLAM方法进行比较。定性和定量结果表明，我们的方法实现了最先进的准确性，并且大约是ORB-SLAM2的两倍。

在这项工作中，我们探讨了对物体在看不见的世界中同时本地化和映射中的使用，并提出了一个对象辅助系统（OA-Slam）。更确切地说，我们表明，与低级点相比，物体的主要好处在于它们的高级语义和歧视力。相反，要点比代表对象（Cuboid或椭圆形）的通用粗模型具有更好的空间定位精度。我们表明，将点和对象组合非常有趣，可以解决相机姿势恢复的问题。我们的主要贡献是：（1）我们使用高级对象地标提高了SLAM系统的重新定位能力； （2）我们构建了一个能够使用3D椭圆形识别，跟踪和重建对象的自动系统； （3）我们表明，基于对象的本地化可用于重新初始化或恢复相机跟踪。我们的全自动系统允许对象映射和增强姿势跟踪恢复，我们认为这可以极大地受益于AR社区。我们的实验表明，可以从经典方法失败的视点重新定位相机。我们证明，尽管跟踪损失损失，但这种本地化使SLAM系统仍可以继续工作，而这种损失可能会经常发生在不理会的用户中。我们的代码和测试数据在gitlab.inria.fr/tangram/oa-slam上发布。

本文介绍了一种用于水下车辆机械手系统（UVMS）的新型视野映射方法，具有特定强调自然海底环境中的鲁棒映射。水下场景映射的先前方法通常会离线处理数据，而实时运行的现有水下SLAM方法通常会集中在本地化上而不是映射。我们的方法使用GPU加速SIFT功能在图形优化框架中构建一个特征映射。地图刻度由车辆安装的立体声相机的特征约束，我们通过将机械手系统的动态定位能力从手腕安装的Fisheye摄像机融合到地图中，以将其延伸到车辆安装摄像机的有限视点之外。我们的混合SLAM方法是在Costa rican Continental Shelf级别的自然深海环境中采用UVMS收集的挑战性图像序列，我们还在浅礁调查数据集中评估立体声的立体声。这些数据集的结果证明了我们的系统的高准确性，适合于在不同的自然海底环境中运营。

在本文中，我们考虑了视觉同时定位和映射（SLAM）的实际应用中的问题。随着技术在广泛范围中的普及和应用，SLAM系统的可实用性已成为一个在准确性和鲁棒性之后，例如，如何保持系统的稳定性并实现低文本和低文本和中的准确姿势估计动态环境以及如何在真实场景中改善系统的普遍性和实时性能。动态对象在高度动态的环境中的影响。我们还提出了一种新型的全局灰色相似性（GGS）算法，以实现合理的钥匙扣选择和有效的环闭合检测（LCD）。受益于GGS，PLD-SLAM可以在大多数真实场景中实现实时准确的姿势估计，而无需预先训练和加载巨大的功能词典模型。为了验证拟议系统的性能，我们将其与公共数据集Kitti，Euroc MAV和我们提供的室内立体声数据集的现有最新方法（SOTA）方法进行了比较。实验表明，实验表明PLD-SLAM在大多数情况下确保稳定性和准确性，具有更好的实时性能。此外，通过分析GGS的实验结果，我们可以发现它在关键帧选择和LCD中具有出色的性能。

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。 。

结合同时定位和映射（SLAM）估计和动态场景建模可以高效地在动态环境中获得机器人自主权。机器人路径规划和障碍避免任务依赖于场景中动态对象运动的准确估计。本文介绍了VDO-SLAM，这是一种强大的视觉动态对象感知SLAM系统，用于利用语义信息，使得能够在场景中进行准确的运动估计和跟踪动态刚性物体，而无需任何先前的物体形状或几何模型的知识。所提出的方法识别和跟踪环境中的动态对象和静态结构，并将这些信息集成到统一的SLAM框架中。这导致机器人轨迹的高度准确估计和对象的全部SE（3）运动以及环境的时空地图。该系统能够从对象的SE（3）运动中提取线性速度估计，为复杂的动态环境中的导航提供重要功能。我们展示了所提出的系统对许多真实室内和室外数据集的性能，结果表明了对最先进的算法的一致和实质性的改进。可以使用源代码的开源版本。

We propose a direct (feature-less) monocular SLAM algorithm which, in contrast to current state-of-the-art regarding direct methods, allows to build large-scale, consistent maps of the environment. Along with highly accurate pose estimation based on direct image alignment, the 3D environment is reconstructed in real-time as pose-graph of keyframes with associated semi-dense depth maps. These are obtained by filtering over a large number of pixelwise small-baseline stereo comparisons. The explicitly scale-drift aware formulation allows the approach to operate on challenging sequences including large variations in scene scale. Major enablers are two key novelties: (1) a novel direct tracking method which operates on sim(3), thereby explicitly detecting scale-drift, and (2) an elegant probabilistic solution to include the effect of noisy depth values into tracking. The resulting direct monocular SLAM system runs in real-time on a CPU.

This paper presents a method of estimating camera pose in an unknown scene. While this has previously been attempted by adapting SLAM algorithms developed for robotic exploration, we propose a system specifically designed to track a hand-held camera in a small AR workspace. We propose to split tracking and mapping into two separate tasks, processed in parallel threads on a dual-core computer: one thread deals with the task of robustly tracking erratic hand-held motion, while the other produces a 3D map of point features from previously observed video frames. This allows the use of computationally expensive batch optimisation techniques not usually associated with real-time operation: The result is a system that produces detailed maps with thousands of landmarks which can be tracked at frame-rate, with an accuracy and robustness rivalling that of state-of-the-art model-based systems.

我们提出了一种新颖的方法，可用于快速准确的立体声视觉同时定位和映射（SLAM），独立于特征检测和匹配。通过优化3D点的规模，将单眼直接稀疏的内径术（DSO）扩展到立体声系统，以最小化立体声配置的光度误差，从而与传统立体声匹配相比产生计算有效和鲁棒的方法。我们进一步将其扩展到具有环路闭合的完整SLAM系统，以减少累积的错误。在假设前向相机运动中，我们使用从视觉径管中获得的3D点模拟LIDAR扫描，并适应LIDAR描述符以便放置识别以便于更有效地检测回路封闭件。之后，我们通过最小化潜在环封闭件的光度误差来估计使用直接对准的相对姿势。可选地，通过使用迭代最近的点（ICP）算法来实现通过直接对准的进一步改进。最后，我们优化一个姿势图，以提高全球的猛烈精度。通过避免在我们的SLAM系统中的特征检测或匹配，我们确保高计算效率和鲁棒性。与最先进的方法相比，公共数据集上的彻底实验验证展示了其有效性。

在面对低纹理的场景时，视觉测距算法倾向于降解 - 从例如时。人造环境 - 往往难以找到足够数量的点特征。替代的几何视觉提示，例如可以在这些场景中找到的线，这可能会特别有用。此外，这些场景通常存在结构规律，例如并行性或正交性，并持有曼哈顿世界的假设。在这些场所，在这项工作中，我们介绍了MSC-VO，这是一个RGB-D基的视觉测量方法，它结合了点和线条特征和利用，如果存在，那些结构规律和场景的曼哈顿轴。在我们的方法中，这些结构约束最初用于精确地估计提取线的3D位置。这些约束也与估计的曼哈顿轴相结合，并通过本地地图优化将相机姿势改进的点和线路的重新注入误差。这种组合使我们的方法能够在不存在上述约束的情况下操作，允许该方法用于更广泛的方案。此外，我们提出了一种新颖的多视图曼哈顿轴估计程序，主要依赖于线特征。使用几个公共数据集进行评估MSC-VO，优于其他最先进的解决方案，并且即使使用一些SLAM方法也是有利的。

Visual odometry is crucial for many robotic tasks such as autonomous exploration and path planning. Despite many progresses, existing methods are still not robust enough to dynamic illumination environments. In this paper, we present AirVO, an illumination-robust and accurate stereo visual odometry system based on point and line features. To be robust to illumination variation, we introduce the learning-based feature extraction and matching method and design a novel VO pipeline, including feature tracking, triangulation, key-frame selection, and graph optimization etc. We also employ long line features in the environment to improve the accuracy of the system. Different from the traditional line processing pipelines in visual odometry systems, we propose an illumination-robust line tracking method, where point feature tracking and distribution of point and line features are utilized to match lines. In the experiments, the proposed system is extensively evaluated in environments with dynamic illumination and the results show that it achieves superior performance to the state-of-the-art algorithms.

完全自主移动机器人的现实部署取决于能够处理动态环境的强大的大满贯（同时本地化和映射）系统，其中对象在机器人的前面移动以及不断变化的环境，在此之后移动或更换对象。机器人已经绘制了现场。本文介绍了更换式SLAM，这是一种在动态和不断变化的环境中强大的视觉猛烈抨击的方法。这是通过使用与长期数据关联算法结合的贝叶斯过滤器来实现的。此外，它采用了一种有效的算法，用于基于对象检测的动态关键点过滤，该对象检测正确识别了不动态的边界框中的特征，从而阻止了可能导致轨道丢失的功能的耗竭。此外，开发了一个新的数据集，其中包含RGB-D数据，专门针对评估对象级别的变化环境，称为PUC-USP数据集。使用移动机器人，RGB-D摄像头和运动捕获系统创建了六个序列。这些序列旨在捕获可能导致跟踪故障或地图损坏的不同情况。据我们所知，更换 - 峰是第一个对动态和不断变化的环境既有坚固耐用的视觉大满贯系统，又不假设给定的相机姿势或已知地图，也能够实时运行。使用基准数据集对所提出的方法进行了评估，并将其与其他最先进的方法进行了比较，证明是高度准确的。

在这项研究中，我们提出了一种新型的视觉定位方法，以根据RGB摄像机的可视数据准确估计机器人在3D激光镜头内的六个自由度（6-DOF）姿势。使用基于先进的激光雷达的同时定位和映射（SLAM）算法，可获得3D地图，能够收集精确的稀疏图。将从相机图像中提取的功能与3D地图的点进行了比较，然后解决了几何优化问题，以实现精确的视觉定位。我们的方法允许使用配备昂贵激光雷达的侦察兵机器人一次 - 用于映射环境，并且仅使用RGB摄像头的多个操作机器人 - 执行任务任务，其本地化精度高于常见的基于相机的解决方案。该方法在Skolkovo科学技术研究所（Skoltech）收集的自定义数据集上进行了测试。在评估本地化准确性的过程中，我们设法达到了厘米级的准确性；中间翻译误差高达1.3厘米。仅使用相机实现的确切定位使使用自动移动机器人可以解决需要高度本地化精度的最复杂的任务。

本文提出了Kimera-Multi，第一个多机器人系统，（i）是强大的，并且能够识别和拒绝由感知混叠产生的不正确和内部机器人循环闭合，（ii）完全分布，仅依赖于本地（点对点）通信实现分布式本地化和映射，（iii）实时构建环境的全球一致的度量标准三维网状模型，其中网格的面部用语义标签注释。 Kimera-Multi由配备有视觉惯性传感器的机器人团队实现。每个机器人都构建了局部轨迹估计和使用Kimera的本地网格。当通信可用时，机器人基于一种基于新型分布式刻度非凸性算法发起分布式地点识别和鲁棒姿态图优化协议。所提出的协议允许机器人通过利用机器人间循环闭合而鲁棒到异常值来改善其局部轨迹估计。最后，每个机器人使用其改进的轨迹估计来使用网格变形技术来校正本地网格。我们在光逼真模拟，SLAM基准测试数据集中展示了Kimera-Multi，以及使用地机器人收集的靠户外数据集。真实和模拟实验都涉及长轨迹（例如，每个机器人高达800米）。实验表明，在鲁棒性和准确性方面，kimera-multi（i）优于现有技术，（ii）在完全分布的同时实现与集中式大满贯系统相当的估计误差，（iii）在通信带宽方面是显着的（iv）产生精确的公制语义3D网格，并且（v）是模块化的，也可以用于标准3D重建（即，没有语义标签）或轨迹估计（即，不重建3D网格）。

Compared to regular cameras, Dynamic Vision Sensors or Event Cameras can output compact visual data based on a change in the intensity in each pixel location asynchronously. In this paper, we study the application of current image-based SLAM techniques to these novel sensors. To this end, the information in adaptively selected event windows is processed to form motion-compensated images. These images are then used to reconstruct the scene and estimate the 6-DOF pose of the camera. We also propose an inertial version of the event-only pipeline to assess its capabilities. We compare the results of different configurations of the proposed algorithm against the ground truth for sequences of two publicly available event datasets. We also compare the results of the proposed event-inertial pipeline with the state-of-the-art and show it can produce comparable or more accurate results provided the map estimate is reliable.

在本文中，我们开发了一个健壮，有效的视觉大满贯系统，该系统利用了低阈值，基线线和闭环钥匙帧功能的空间抑制。使用ORB-SLAM2，我们的方法包括立体声匹配，框架跟踪，本地捆绑包调整以及线路和点全局捆绑捆绑调整。特别是，我们根据基线贡献了重新注射。融合系统中的线路会消耗巨大的时间，我们减少了从分布点到利用特征点的空间抑制的时间。此外，低阈值关键点在处理低纹理方面可能更有效。为了克服跟踪钥匙帧的冗余问题，提出了有效且可靠的闭环跟踪钥匙框架。所提出的SLAM在Kitti和Euroc数据集中进行了广泛的测试，表明所提出的系统在各种情况下都优于最新方法。