[論文レビュー] A survey on non-filter-based monocular Visual SLAM systems.

Georges Younes, Daniel Asmar+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2016

Robotics and Sensor-Based Localization参考文献 28被引用数 32

ひとこと要約

この論文は、非フィルタベースの単眼Visual SLAMシステムのサーベイを実施し、効率性および正確性の向上のためのコンponentsと戦略を分析している。SfMにインspiredされたアプローチの包括的レビューを提供し、現代のVisual SLAMシステムにおける主要な設計選択とパフォーマンスのトレードオフを強調している。

ABSTRACT

Extensive research in the field of Visual SLAM for the past fifteen years has yielded workable systems that found their way into various applications, such as robotics and augmented reality. Although filter-based (e.g., Kalman Filter, Particle Filter) Visual SLAM systems were common at some time, non-filter based (i.e., akin to SfM solutions), which are more efficient, are becoming the de facto methodology for building a Visual SLAM system. This paper presents a survey that covers the various non-filter based Visual SLAM systems in the literature, detailing the various components of their implementation, while critically assessing the specific strategies made by each proposed system in implementing its components.

研究の動機と目的

• 過去15年間に開発された非フィルタベースの単眼Visual SLAMシステムについて包括的なレビューを提供すること。
• さまざまな非フィルタベースシステムにおける設計選択と実装戦略を分析すること。
• 効率性および耐障害性の向上のため、これらのシステムで用いられるコンponentsと手法を批判的に評価すること。
• SfMにインスパイアされたVisual SLAMアーキテクチャにおけるトレンドとパフォーマンスのトレードオフを特定すること。

提案手法

• 文献に登場する非フィルタベースの単眼Visual SLAMシステムを体系的にサーベイする。
• 特徴抽出、トラッキング、バンドル調整、初期化などの主要コンponentsを分類し分析する。
• 各システムがスケールのあいまいさ、ドリフト、リアルタイム性能の処理に用いる戦略を評価する。
• インクリメンタルまたはグローバル最適化に基づくSfMの原則への依存度に応じて、システムアーキテクチャを比較する。
• フィルタの代わりに用いられる最適化技術、非線形最小二乗法やインクリメンタルバンドル調整をレビューする。
• システム間でのリロケーション、ループクロージャー、外れ値の除外の処理の違いを強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非フィルタベースの単眼Visual SLAMシステム間の、コアなアーキテクチャ的およびコンponentsレベルの違いは何か？
• RQ2 非フィルタベースのシステムは、フィルタベースの対比と比較して、スケールのあいまいさとドリフトをどのように扱っているか？
• RQ3 これらのシステムは、特徴トラッキング、初期化、バンドル調整にどのような戦略を採用しているか？
• RQ4 非フィルタベースのVisual SLAMシステムの設計選択に顕在するパフォーマンスのトレードオフは何か？
• RQ5 SfMにインスパイアされた最適化技術は、現代のVisual SLAMにおける効率性および正確性にどのように寄与しているか？

主な発見

• 非フィルタベースのVisual SLAMシステムは、その効率性とスケーラビリティのおかげで、事実上の標準となった。
• SfMにインスパイアされた最適化技術は、大規模環境におけるより高い正確性と耐障害性を実現している。
• インクリメンタルバンドル調整を用いるシステムは、長時間のシーケンスや動的シーンの処理において優れたパフォーマンスを示している。
• フィルタの欠如により、大多数の実装で計算オーバーヘッドが低減され、リアルタイム性能が向上している。
• 初期化や外れ値の除外におけるコンponentsレベルの設計選択が、システムの安定性と正確性に顕著な影響を与えている。
• 非フィルタシステムにおけるグローバル最適化戦略は、時間経過に伴う整合性の向上とドリフトの低減に寄与している。