本文提出了一种用于在线增量同时本地化和映射（SLAM）的强大优化方法。由于在存在感知混叠的情况下数据关联的NP硬度，可拖动（大约）数据关联方法将产生错误的测量。我们需要猛烈的后端，在达到在线效率限制的同时，在存在异常值的情况下，可以在存在异常值的情况下将其收敛到准确的解决方案。现有的强大SLAM方法要么对离群值敏感，对初始化越来越敏感，要么无法提供在线效率。我们提出了强大的增量平滑和映射（RISAM）算法，这是一种基于渐变的非跨识别性的稳健后端优化器，用于增量大满贯。我们在基准测试数据集上证明了我们的算法实现在线效率，优于现有的在线方法，并匹配或改善现有的离线方法的性能。
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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）。
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我们为平面姿势图优化提供了一个强大的框架，该框架被环闭合离群值污染。我们的框架首先将截短的最小二乘内核包裹的强大的PGO问题拒绝了异常值，从而拒绝了异常值。然后，该框架引入了线性角度表示，以重写最初用旋转矩阵配制的第一个子问题。该框架配置为渐变的非凸度（GNC）算法，以连续解决两个非凸子问题，而无需初始猜测。得益于两个子问题的线性属性，我们的框架只需要线性求解器才能最佳地解决GNC中遇到的优化问题。我们在平面PGO基准中广泛验证了所提出的框架，称为Degnc-Laf（脱钩的非跨性别量均具有线性角度公式）。事实证明，它比标准和通用GNC的速度显着（有时达到30倍以上），同时导致高质量的估计值。
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本文介绍了一种在同时定位和映射（SLAM）框架中进行可靠测量的方法。现有方法在成对的基础上检查一致性或兼容性，但是在成对场景中，许多测量类型都没有足够的约束，以确定是否与其他测量不一致。本文介绍了组-K $一致性最大化（G $ K $ cm），该估计最大的测量值是内部组的一致性。可以为最大的组$ k $一致测量的求解作为广义图上最大集团问题的实例，并可以通过调整电流方法来解决。本文使用模拟数据评估了G $ K $ CM的性能，并将其与以前工作中介绍的成对一致性最大化（PCM）进行比较。
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本文介绍了用于增量平滑和映射（NF-ISAM）的归一化流，这是一种新型算法，用于通过非线性测量模型和非高斯因素来推断SLAM问题中完整的后验分布。NF-ISAM利用了神经网络的表达能力，并将正常的流量训练以建模和对完整的后部进行采样。通过利用贝叶斯树，NF-ISAM启用了类似于ISAM2的有效增量更新，尽管在更具挑战性的非高斯环境中。我们证明了NF-ISAM使用数据关联模棱两可的仅范围的SLAM问题来证明NF-ISAM比最先进的点和分布估计算法的优势。NF-ISAM在描述连续变量（例如位置）和离散变量（例如数据关联）的后验信仰方面提出了卓越的准确性。
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我们提出了Theseus，这是一个有效的应用程序不合时宜的开源库，用于在Pytorch上构建的可区分非线性最小二乘（DNL）优化，为机器人技术和视觉中的端到端结构化学习提供了一个共同的框架。现有的DNLS实施是特定应用程序的，并且并不总是纳入许多对效率重要的成分。 Theseus是应用程序不可静止的，正如我们使用的几个示例应用程序所用的，这些应用程序是使用相同的基础可区分组件构建的，例如二阶优化器，标准成本功能和Lie组。为了提高效率，TheseUS纳入了对稀疏求解器，自动矢量化，批处理，GPU加速度和梯度计算的支持，并具有隐式分化和直接损耗最小化。我们在一组应用程序中进行了广泛的性能评估，显示出这些功能时显示出明显的效率提高和更好的可扩展性。项目页面：https：//sites.google.com/view/theseus-ai
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我们描述了一种使用机器人应用程序中常见的一类离散连续因子图进行平滑和映射的通用方法。虽然有公开可用的工具提供灵活且易于使用的接口，以指定和解决以离散或连续图形模型提出的优化问题，但目前尚无类似的一般工具，可以为混合离散性问题提供相同的功能。我们旨在解决这个问题。特别是，我们提供了一个库DC-SAM，将现有的工具扩展为以因子图定义的优化问题，以设置离散模型的设置。我们工作的关键贡献是一种新颖的解决方案，用于有效地回收离散连续优化问题的近似解决方案。我们方法的关键见解是，虽然对连续和离散状态空间的共同推断通常很难，但许多通常遇到的离散连续问题自然可以分为“离散部分”，并且可以轻松地解决的“连续部分” 。利用这种结构，我们以交替的方式优化离散和连续变量。因此，我们提出的工作可以直接表示离散图形模型的直接表示和近似推断。我们还提供了一种方法来恢复离散变量和连续变量的估计值的不确定性。我们通过应用于三个不同的机器人感知应用程序的应用来证明我们的方法的多功能性：点云注册，健壮的姿势图优化以及基于对象的映射和本地化。
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在这封信中，我们通过学习两个参数而不是一个以更好地适合剩余分布来提高现有可靠估计算法的适应性。我们的方法使用这两个参数来计算迭代重新加权最小二乘（IRL）的权重。在噪声水平在测量中有所不同的情况下，权重的这种适应性性质被证明是有帮助的，并且显示出可提高异常值的鲁棒性。我们首先在综合数据集的点云注册问题上测试算法，其中已知真相转换。接下来，我们还使用开源激光惯性持续式SLAM软件包评估了该方法，以证明所提出的方法比现有版本的算法更有效，用于应用增量激光持续性探针测定法。我们还分析了从数据集中学到的两个参数的关节变异性。
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姿势图优化是在机器人感知的许多领域遇到的非凸优化问题。它的收敛到准确的解决方案由两个因素来调节：使用成本函数的非线性和姿势变量的初始配置。在本文中，我们提出了Hipe，这是一种用于姿势图初始化的新型分层算法。我们的方法利用了一个粗粒图，该图编码了问题几何形状的抽象表示。我们通过结合来自输入本地区域的最大似然估计来构建此图。通过利用这种表示的稀疏性，我们可以以非线性方式初始化姿势图，而无需与现有方法相比，没有计算开销。最终的初始猜测可以有效地引导用于获得最终解决方案的细粒优化。此外，我们对不同成本函数对最终估计的影响进行了经验分析。我们的实验评估表明，HIPE的使用导致更有效，更健壮的优化过程，与最先进的方法相比。
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2022-08-22
Outier-bubust估计是一个基本问题，已由统计学家和从业人员进行了广泛的研究。在过去的几年中，整个研究领域的融合都倾向于“算法稳定统计”，该统计数据的重点是开发可拖动的异常体 - 固定技术来解决高维估计问题。尽管存在这种融合，但跨领域的研究工作主要彼此断开。本文桥接了有关可认证的异常抗衡器估计的最新工作，该估计是机器人技术和计算机视觉中的几何感知，并在健壮的统计数据中并行工作。特别是，我们适应并扩展了最新结果对可靠的线性回归（适用于<< 50％异常值的低外壳案例）和列表可解码的回归（适用于>> 50％异常值的高淘汰案例）在机器人和视觉中通常发现的设置，其中（i）变量（例如旋转，姿势）属于非convex域，（ii）测量值是矢量值，并且（iii）未知的异常值是先验的。这里的重点是绩效保证：我们没有提出新算法，而是为投入测量提供条件，在该输入测量值下，保证现代估计算法可以在存在异常值的情况下恢复接近地面真相的估计值。这些条件是我们所谓的“估计合同”。除了现有结果的拟议扩展外，我们认为本文的主要贡献是（i）通过指出共同点和差异来统一平行的研究行，（ii）在介绍先进材料（例如，证明总和证明）中的统一行为。对从业者的可访问和独立的演讲，（iii）指出一些即时的机会和开放问题，以发出异常的几何感知。
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因子图最近被出现为GNSS定位的替代解决方法。在本文中，我们审查了因素图在GNSS中实施了，它们与卡尔曼滤波器的一些优点，以及它们在使定位解决方案更强大地降解测量方面的重要性。我们还讨论了因子图如何成为现场无线电导航社区的重要工具。
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Spatial perception is a key task in several robotics applications. In general, it involves the nonlinear estimation of hidden variables that represent the state of the robot/environment. However, in the presence of outliers the standard nonlinear least squared formulation results in poor estimates. Several methods have been considered in the literature to improve the reliability of the estimation process. Most methods are based on heuristics since guaranteed global robust estimation is not generally practical due to high computational costs. Recently general purpose robust estimation heuristics have been proposed that leverage existing non-minimal solvers available for the outlier-free formulations without the need for an initial guess. In this work, we propose two similar heuristics backed by Bayesian theory. We evaluate these heuristics in practical scenarios to demonstrate their merits in different applications including 3D point cloud registration, mesh registration and pose graph optimization.
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In recent years, aerial swarm technology has developed rapidly. In order to accomplish a fully autonomous aerial swarm, a key technology is decentralized and distributed collaborative SLAM (CSLAM) for aerial swarms, which estimates the relative pose and the consistent global trajectories. In this paper, we propose $D^2$SLAM: a decentralized and distributed ($D^2$) collaborative SLAM algorithm. This algorithm has high local accuracy and global consistency, and the distributed architecture allows it to scale up. $D^2$SLAM covers swarm state estimation in two scenarios: near-field state estimation for high real-time accuracy at close range and far-field state estimation for globally consistent trajectories estimation at the long-range between UAVs. Distributed optimization algorithms are adopted as the backend to achieve the $D^2$ goal. $D^2$SLAM is robust to transient loss of communication, network delays, and other factors. Thanks to the flexible architecture, $D^2$SLAM has the potential of applying in various scenarios.
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This paper presents an accurate, highly efficient, and learning-free method for large-scale odometry estimation using spinning radar, empirically found to generalize well across very diverse environments -- outdoors, from urban to woodland, and indoors in warehouses and mines - without changing parameters. Our method integrates motion compensation within a sweep with one-to-many scan registration that minimizes distances between nearby oriented surface points and mitigates outliers with a robust loss function. Extending our previous approach CFEAR, we present an in-depth investigation on a wider range of data sets, quantifying the importance of filtering, resolution, registration cost and loss functions, keyframe history, and motion compensation. We present a new solving strategy and configuration that overcomes previous issues with sparsity and bias, and improves our state-of-the-art by 38%, thus, surprisingly, outperforming radar SLAM and approaching lidar SLAM. The most accurate configuration achieves 1.09% error at 5Hz on the Oxford benchmark, and the fastest achieves 1.79% error at 160Hz.
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定位移动机器人的一种常见方法是测量已知位置点的距离，称为锚点。从距离测量值中定位设备通常是由于测量模型的非线性而作为非凸优化问题。当使用局部迭代求解器（如高斯 - 牛顿）时，非凸优化问题可能会产生次优的解决方案。在本文中，我们为连续范围的本地化设计了最佳证书。我们的公式可以整合运动，从而确保溶液的平滑度，并且对于仅从几个距离测量值进行定位至关重要。拟议的证书几乎没有额外的成本，因为它的复杂性与稀疏本地求解器本身的复杂性相同：位置数量的线性。我们在仿真和现实世界数据集中显示，有效的本地求解器通常会找到全球最佳解决方案（通过我们的证书确认），而当没有证书确认时，简单的随机重新初始化最终会导致可认证的最佳选择。
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我们考虑了一个类别级别的感知问题，其中给定的2D或3D传感器数据描绘了给定类别的对象（例如，汽车），并且必须重建尽管级别的可变性，但必须重建对象的3D姿势和形状（即，不同的汽车模型具有不同的形状）。我们考虑了一个主动形状模型，其中 - 对于对象类别 - 我们获得了一个潜在的CAD模型库，描述该类别中的对象，我们采用了标准公式，其中姿势和形状是通过非非2D或3D关键点估算的-convex优化。我们的第一个贡献是开发PACE3D*和PACE2D*，这是第一个使用3D和2D关键点进行姿势和形状估计的最佳最佳求解器。这两个求解器都依赖于紧密（即精确）半决赛的设计。我们的第二个贡献是开发两个求解器的异常刺激版本，命名为PACE3D＃和PACE2D＃。为了实现这一目标，我们提出了Robin，Robin是一种一般的图理论框架来修剪异常值，该框架使用兼容性超图来建模测量的兼容性。我们表明，在类别级别的感知问题中，这些超图可以是通过关键点（以2D）或其凸壳（以3D为单位）构建的，并且可以通过最大的超级计算来修剪许多异常值。最后的贡献是广泛的实验评估。除了在模拟数据集和Pascal数据集上提供消融研究外，我们还将求解器与深关键点检测器相结合，并证明PACE3D＃在Apolloscape数据集中在车辆姿势估算中改进了最新技术，并且其运行时间是兼容的使用实际应用。
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近年来我们目睹了巨大进展的动机，本文提出了对协作同时定位和映射（C-SLAM）主题的科学文献的调查，也称为多机器人猛击。随着地平线上的自动驾驶车队和工业应用中的多机器人系统的兴起，我们相信合作猛击将很快成为未来机器人应用的基石。在本调查中，我们介绍了C-Slam的基本概念，并呈现了彻底的文献综述。我们还概述了C-Slam在鲁棒性，通信和资源管理方面的主要挑战和限制。我们通过探索该地区目前的趋势和有前途的研究途径得出结论。
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我们解决了学习观察模型的问题，用于估计的结束到底。在部分可观察环境中运行的机器人必须使用捕捉潜在状态和观察之间的联合分布的观测模型来推断潜在的状态。该推理问题可以作为使用所有先前测量的最可能的状态序列优化的图表中的目标。前工作使用观察模型，即已知先验，或者独立于图形优化器的代理损耗培训。在本文中，我们提出了一种方法，通过在循环中使用图形优化器学习观察模型来直接优化端到端跟踪性能。然而，可能出现这种直接方法，要求推断算法完全可分辨率，这很多最先进的图表优化器不是。我们的主要洞察力是推出作为基于能源学习的问题。我们提出了一种新颖的方法，Leo，用于学习观察模型的结束，具有可能是不可差异的图优化器。 Leo在从图形后面的采样轨迹之间交替，并更新模型以将这些样本与地面真相轨迹匹配。我们建议使用增量高斯牛顿溶剂有效地生成这些样品。我们将Leo与来自两个独特任务的数据集上的基线进行比较：导航和现实世界的平面推动。我们表明Leo能够学习具有较低误差和更少样本的复杂观测模型。补充视频：https://youtu.be/yqzlupudfka
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我们考虑分布式姿势图优化（PGO）的问题，该问题在多机器人同时定位和映射（SLAM）中具有重要的应用。我们提出了用于分布式PGO（$ \ mathsf {mm \！\！\！\！\！pgo} $）的大量最小化方法（mm）方法，该方法适用于一类宽类强大的损失内核。 $ \ mathsf {mm \！\！ - \！\！pgo} $方法可以在轻度条件下收敛到一阶关键点。此外，请注意$ \ mathsf {mm \！\！ - ！ - \！\！pgo} $方法是让人联想到近端方法，我们利用Nesterov的方法并采用自适应重启来加速收敛。生成的分布式PGO的加速MM方法 - 既有网络中的主节点（$ \ Mathsf {amm \！\！\！\！\！\！ ！ - \！\！pgo}^{＃} $） - 与$ \ mathsf {mm \！\！\！ - \！\！pgo} $相比，收敛速度更快，而无需牺牲理论保证。特别是，$ \ mathsf {amm \！\！\！ - \！\！ $ \ mathsf {amm \！\！\！\！pgo}^*$使用主节点从所有其他节点汇总信息。这项工作的功效通过对2D和3D SLAM基准数据集的广泛应用以及与现有最新方法的全面比较来验证，这表明我们的MM方法更快地收敛，并为分布式PGO提供更好的解决方案。
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3D点云登记在遥感，摄影测量，机器人和几何计算机视觉中排名最基本的问题。由于3D特征匹配技术的准确性有限，因此可能存在异常值，有时即使在非常大的数字中，则在该对应中也是如此。由于现有的强大的求解器可能会遇到高计算成本或限制性的稳健性，因此我们提出了一种名为VoCra（具有成本函数和旋转平均的投票的新颖，快速，高度强大的解决方案，为极端异常率的点云注册问题。我们的第一款贡献是聘请Tukey的双重强大的成本来引入新的投票和对应分类技术，这证明是在异常值中区分真正的入世性，即使是极端（99％）的异常率。我们的第二次贡献包括基于强大的旋转平均设计时效的共识最大化范例，用于在通信中寻求Inlier候选人。最后，我们使用Tukey的Biweight（GNC-TB）应用毕业的非凸性，以估计所获得的Inlier候选者的正确变换，然后使用它来找到完整的Inlier集。进行了应用于两个实体数据问题的标准基准和现实实验，并且我们表明我们的求解器VORCA对超过99％的异常值较高，而且比最先进的竞争对手更多的时间效率。
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