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。

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 .

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。

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。

视觉惯性进程（VIO）是当今大多数AR/VR和自主机器人系统的姿势估计主链，无论是学术界和工业的。但是，这些系统对关键参数的初始化高度敏感，例如传感器偏见，重力方向和度量标准。在实际场景中，很少满足高parallax或可变加速度假设（例如，悬停空中机器人，智能手机AR用户不使用电话打手机的智能手机AR），经典的视觉惯性初始化配方通常会变得不良条件和/或未能有意义地融合。在本文中，我们专门针对这些低兴奋的场景针对野生用法至关重要的视觉惯性初始化。我们建议通过将新的基于学习的测量作为高级输入来规避经典视觉惯性结构（SFM）初始化的局限性。我们利用学到的单眼深度图像（单深度）来限制特征的相对深度，并通过共同优化其尺度和偏移来将单深度升级到度量标尺。我们的实验显示出与视觉惯性初始化的经典配方相比，问题条件有显着改善，并且相对于公共基准的最先进，尤其是在低兴奋的情况下，相对于最先进的表现，具有显着的准确性和鲁棒性提高。我们进一步将这种改进扩展到现有的探射系统中的实现，以说明我们改进的初始化方法对产生跟踪轨迹的影响。

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.

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

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。

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。 。

在本文中，我们提出了一个紧密耦合的视觉惯性对象级多效性动态大满贯系统。即使在极其动态的场景中，它也可以为摄像机姿势，速度，IMU偏见并构建一个密集的3D重建对象级映射图。我们的系统可以通过稳健的传感器和对象跟踪，可以强牢固地跟踪和重建任意对象的几何形状，其语义和运动的几何形状，其语义和运动的几何形状，并通过逐步融合相关的颜色，深度，语义和前景对象概率概率。此外，当对象在视野视野外丢失或移动时，我们的系统可以在重新观察时可靠地恢复其姿势。我们通过定量和定性测试现实世界数据序列来证明我们方法的鲁棒性和准确性。

在本文中，我们提出了一个与RGB，深度，IMU和结构化平面信息融合的紧密耦合的大满贯系统。传统的基于稀疏点的大满贯系统始终保持大量地图点以建模环境。大量的地图点使我们具有很高的计算复杂性，因此很难在移动设备上部署。另一方面，平面是人造环境中的常见结构，尤其是在室内环境中。我们通常可以使用少量飞机代表大型场景。因此，本文的主要目的是降低基于稀疏点的大满贯的高复杂性。我们构建了一个轻巧的后端地图，该地图由几个平面和地图点组成，以相等或更高的精度实现有效的捆绑捆绑调整（BA）。我们使用统计约束来消除优化中众多平面点的参数，并降低BA的复杂性。我们将同构和点对平面约束的参数和测量分开，并压缩测量部分，以进一步有效地提高BA的速度。我们还将平面信息集成到整个系统中，以实现强大的平面特征提取，数据关联和全球一致的平面重建。最后，我们进行消融研究，并用模拟和真实环境数据中的类似方法比较我们的方法。我们的系统在准确性和效率方面具有明显的优势。即使平面参数参与了优化，我们也可以使用平面结构有效地简化后端图。全局捆绑捆绑调整的速度几乎是基于稀疏点的SLAM算法的2倍。

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。

动态对象感知的SLAM（DOS）利用对象级信息以在动态环境中启用强大的运动估计。现有方法主要集中于识别和排除优化的动态对象。在本文中，我们表明，基于功能的视觉量大系统也可以通过利用两个观察结果来受益于动态铰接式对象的存在：（1）随着时间的推移，铰接对象的每个刚性部分的3D结构保持一致； （2）同一刚性零件上的点遵循相同的运动。特别是，我们提出了Airdos，这是一种动态的对象感知系统，该系统将刚度和运动限制引入模型铰接对象。通过共同优化相机姿势，对象运动和对象3D结构，我们可以纠正摄像头姿势估计，防止跟踪损失，并为动态对象和静态场景生成4D时空图。实验表明，我们的算法改善了在挑战拥挤的城市环境中的视觉大满贯算法的鲁棒性。据我们所知，Airdos是第一个动态对象感知的大满贯系统，该系统表明可以通过合并动态铰接式对象来改善相机姿势估计。

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

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。

通过实现复杂场景实现长期漂移相机姿势估计的目标，我们提出了一种全球定位框架，融合了多层的视觉，惯性和全球导航卫星系统（GNSS）测量。不同于以前的松散和紧密耦合的方法，所提出的多层融合允许我们彻底校正视觉测量仪的漂移，并在GNSS降解时保持可靠的定位。特别地，通过融合GNSS的速度，在紧紧地集成的情况下，解决视觉测量测量测量测量率和偏差估计中的尺度漂移和偏差估计的问题的问题，惯性测量单元（IMU）的预集成以及紧密相机测量的情况下 - 耦合的方式。在外层中实现全局定位，其中局部运动进一步与GNSS位置和基于长期时期的过程以松散耦合的方式融合。此外，提出了一种专用的初始化方法，以保证所有状态变量和参数的快速准确估计。我们为室内和室外公共数据集提供了拟议框架的详尽测试。平均本地化误差减少了63％，而初始化精度与最先进的工程相比，促销率为69％。我们已将算法应用于增强现实（AR）导航，人群采购高精度地图更新等大型应用。

高保真大满贯系统的开发过程取决于它们对可靠数据集的验证。为了实现这一目标，我们提出了IBiscape，这是一种模拟基准，其中包括来自异质传感器的数据同步和获取API：立体声 - RGB/DVS，深度，IMU和GPS，以及地面真相场景场景细分和车辆自我摄入量。我们的基准是建立在卡拉模拟器上的，后端是虚幻的引擎，呈现出模拟现实世界的高动态风景。此外，我们提供34个适用于自动驾驶汽车导航的多模式数据集，包括用于场景理解等情况，例如事故等，以及基于与API集成的动态天气模拟类别的广泛框架质量。我们还将第一个校准目标引入了Carla图，以解决CARLA模拟DVS和RGB摄像机的未知失真参数问题。最后，使用IBISCAPE序列，我们评估了四个ORB-SLAM 3系统（单眼RGB，立体RGB，立体声视觉惯性（SVI）和RGB-D）的性能和玄武岩视觉惯性轴测计（VIO）系统，这些系统在模拟的大型大型序列上收集的各种序列 - 规模动态环境。关键字：基准，多模式，数据集，探针，校准，DVS，SLAM

我们介绍了基于两种称为延迟边缘化的新技术的单眼视觉惯性径流系统和姿势图束调节。 DM-VIO使用动态重量进行光度束调节，可视于可视残留。我们采用边缘化，这是一种流行的策略，以保持更新时间约束，但它不易颠倒，连接变量的线性化点必须固定。为了克服这一点，我们提出了延迟边缘化：这个想法是维持第二个因素图，其中边缘化被延迟。这允许我们稍后再读这种延迟图，在新的和一致的线性化点之前产生更新的边缘化。此外，延迟边缘化使我们能够将IMU信息注入已经边缘化的状态。这是所提出的姿势图束调整的基础，我们用于IMU初始化。与先前的IMU初始化的工作相比，它能够捕获完整的光度不确定性，从而提高规模估计。为了应对最初的不可观察的规模，在IMU初始化完成后，我们将继续优化主系统中的比例和重力方向。我们在EUROC，TUM-VI和4SEASONS数据集中评估我们的系统，该数据集包括飞行无人机，大规模手持设备和汽车场景。由于建议的IMU初始化，我们的系统超过了视觉惯性内径测量仪的最新状态，即使仅使用单个摄像头和IMU的同时表现出立体惯性方法。该代码将在http://vision.in.tum.de/dm-vio发布

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.