无初始条件的视觉惯性导航:高动态环境下构建环境中的定位与技术实现

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本文主要探讨了"视觉惯性辅助导航在高动态运动环境中无初始条件的应用"(Visual-Inertial-Aided Navigation for High-Dynamic Motion in Built Environments Without Initial Conditions)。作者是Todd Lupton和Salah Sukkarieh,发表于2012年2月的IEEE Transactions on Robotics,卷28,第1期。研究的核心是提出了一种新颖的方法,旨在融合来自惯性测量单元(IMU)和视觉传感器的数据,以便快速且线性地恢复惯性集成的初始条件,如重力估计,无需专门的初始化步骤。这种方法采用图形化的同时定位与建图(SLAM)策略,确保了输出的实时性和稳定性。 文章的技术重点在于解决高动态环境下的导航问题,其中关键技术包括: 1. 无初始条件融合:通过算法设计,能够迅速和连续地处理IMU数据和视觉输入,即使在运动初态不确定的情况下也能提供即时的导航信息,避免了传统方法中对初始状态的依赖。 2. 可观性分析:文中深入探讨了系统的可观性问题,即如何保证在复杂的室内环境中,传感器组合能够提供足够的信息来确定位置、速度和姿态等关键参数。 3. 实时尺度估计:论文还讨论了如何实现实时的系统尺度估计,这对于导航的准确性至关重要,特别是在建筑物内复杂的三维空间中。 4. 传感器校准与校正:系统能在线进行IMU的校准和视觉传感器的对齐,保证了数据的精确性。 5. 融合方式:两种视觉传感器技术——立体视觉和单眼视觉都被应用到实时数据融合中,以提高鲁棒性和适应性。 实验结果展示了该系统在实际建筑环境中的性能,包括平台的位置、速度、姿态以及重力向量和传感器校准的实时估计。整体而言,这项工作为解决高动态环境中的导航问题提供了一种创新且实用的解决方案,具有重要的理论和实践价值。