1. IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)
典型6轴IMU以较高频率(≥100Hz)返回被测量物体的角速度与加速度。受自身温度、零偏、振动等因素干扰,积分得到的平移和旋转容易漂移。IMU本身由一个陀螺仪和一个加速度计组成,分别测量自身的角速度和加速度。常用的6轴惯性测量单元类型为MEMS IMU,例如MPU 6050。
2. Visual Odometry(视觉里程计)
以图像形式记录数据,频率较低(15−60Hz 居多),通过图像特征点或像素推断相机运动。
3. VIO (Visual-Inertial Odometry,视觉惯性里程计)
(1)优劣势对比
视觉和IMU定位方案存在一定互补性质:
• IMU适合计算短时间、快速的运动; • 视觉适合计算长时间、慢速的运动;
同时,可利用视觉定位信息来估计IMU的零偏,减少IMU由零偏导致的发散和累积误差;反之,IMU可以为视觉提供快速运动时的定位。
方案 | IMU | 视觉 |
优势 | 快速响应 不受成像质量影响 角速度普遍比较准确 可估计绝对尺度 | 不产生漂移 直接测量旋转与平移 |
劣势 | 存在零偏 低精度IMU积分位姿分散 高精度价格昂贵 | 受图像遮挡,运动物体干扰 单目视觉无法测量尺度 单目纯旋转运动无法估计 快速运动时易丢失 |
(2)融合方案
紧耦合
融合过程本身会影响视觉和 IMU中的参数(如IMU的零偏和视觉的尺度)。典型方案为MSCKF和非线性优化。
松耦合
将 IMU 定位与视觉/GNSS 的位姿直接进行融合,融合过程对二者本身不产生影响,作为后处理方式输出。典型方案为卡尔曼滤波器。
使用紧耦合原因
• 单纯凭(单目)视觉或IMU都不具备估计Pose的能力:视觉存在尺度不确定性、IMU存在零偏导致漂移。
• 松耦合中,视觉内部BA没有IMU的信息,在整体层面来看不是最优的。
• 紧耦合可以一次性建模所有的运动和测量信息,更容易达到最优。
4. 其他
由于SE(3)李代数性质复杂,在VIO中,我们通常使用SO(3)+t的形式表达旋转和平移。对平移部分使用矢量更新而非SE(3)上的更新。
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