视觉SLAM:旋转平均优化法替代BA

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"本文探讨了视觉SLAM中bundle adjustment(BA)的传统作用以及其存在的问题,并提出了一种替代的优化方法,即通过旋转平均来仅优化相机的定向,从而避免传统BA的一些难题。" 在视觉SLAM(Simultaneous Localization And Mapping,同时定位与建图)系统中,bundle adjustment是关键步骤,用于从特征轨迹中估计相机的6自由度(6DOF)运动轨迹和3D地图。在现代SLAM管道中,BA通常在每次新数据帧加入时执行,以提高估计的精度。然而,这种方法存在两个主要缺陷:首先,对BA的良好初始化要求对所有变量,尤其是地图,进行精确估计并随时间维护,这使得整个算法变得复杂;其次,BA内在地需要足够的基线来估计3D结构,因此在缓慢移动或纯旋转运动期间,SLAM算法可能会遇到困难。 作者Alvaro Parra Bustos、Tat-Jun Chin、Anders Eriksson和Ian Reid提出了一种不同的SLAM优化核心策略。他们建议用旋转平均代替传统的bundle adjustment。旋转平均允许系统逐步优化相机的方向,而不是同时优化方向和位置。通过这种方式,他们可以避免在低速或纯旋转运动中遇到的问题,因为这些情况下的基线可能不足。 在优化相机方向后,他们利用一种准凸形式来估算相机位置和3D点。这种方法的优点在于它能够解决BA中的部分难题,尤其是在动态变化的环境或困难的运动条件下。通过只优化旋转,可以减少计算负担,同时仍然能够获得准确的定位和地图重建结果。 此外,这种方法还有可能提高SLAM系统的实时性能和鲁棒性。由于不需要像BA那样维护和更新复杂的3D地图,因此在资源受限的设备上,如无人机或移动机器人,这种优化方法可能更具优势。 该研究提供了一个有前景的SLAM优化策略,它可以改进当前依赖于bundle adjustment的SLAM系统的性能,特别是在处理低速和旋转运动场景时。通过专注于相机定向的优化,该方法有望简化SLAM算法,提高其在实际应用中的效率和可靠性。