FAST-LIVO2

Odometria LiDAR-inerziale-visiva veloce e diretta di HKU-MARS, pubblicata su IEEE T-RO

Licenza

GPL-2.0

Panoramica

FAST-LIVO2, del MaRS Lab dell'Università di Hong Kong (il gruppo dietro FAST-LIO), è un sistema di odometria LiDAR-inerziale-visiva veloce e diretto, pubblicato su IEEE Transactions on Robotics. Fonde strettamente tutti e tre i flussi di sensori in un filtro di Kalman iterato sullo stato d'errore usando metodi diretti (punti LiDAR grezzi e fotometria delle immagini, senza estrazione di feature), ottenendo una stima robusta in tempo reale in ambienti in cui i sistemi solo LiDAR o solo visivi degenerano, ed è stato dimostrato a bordo di droni per il volo autonomo aggressivo.

Il principio progettuale del sistema è l'approccio diretto: le misure LiDAR contribuiscono con residui piano-punto sui punti grezzi, e la telecamera con errori fotometrici sui punti della mappa, con una compensazione dell'esposizione stimata online. Saltare del tutto il rilevamento delle feature mantiene bassa la latenza e alta la robustezza nelle scene povere di texture o di struttura, in cui una delle modalità fallisce. Una mappa a voxel unificata contiene insieme geometria e aspetto; l'ordine di aggiornamento sequenziale (prima LiDAR, poi visione) all'interno di un unico filtro di Kalman iterato sullo stato d'errore permette a ogni sensore di correggere lo stato alla propria frequenza. Il risultato funziona in tempo reale su computer embedded, gestisce LiDAR a stato solido con campo visivo ridotto (Livox) e si degrada con gradualità: il LiDAR tiene in vita il sistema nell'oscurità visiva, la visione lo porta attraverso le degenerazioni geometriche come i lunghi corridoi. Il repository include l'integrazione ROS, dataset e configurazioni, insieme allo stack hardware/software FAST-LIVO2 complementare usato nel lavoro del laboratorio sui droni. Accanto a FAST-LIO2, è il cardine della famiglia HKU-MARS, diventata la linea aperta di riferimento per l'odometria a fusione LiDAR strettamente accoppiata.

Perché è importante

FAST-LIVO2 è il fiore all'occhiello della linea aperta di fusione LiDAR più influente della robotica (HKU-MARS): un sistema pubblicato su T-RO che ha reso pratica la fusione diretta di tre sensori su hardware embedded, e il punto di riferimento con cui si misura ogni nuovo articolo LIVO.

Il problema che risolve

L'odometria LiDAR muore nelle degenerazioni geometriche; l'odometria visiva muore nell'oscurità e nelle scene povere di texture. FAST-LIVO2 fonde LiDAR, telecamera e IMU in modo abbastanza stretto da far sì che ciascun modo di guasto sia coperto dall'altro sensore, in tempo reale su piccoli computer di bordo.

Punti chiave

• Fusione LiDAR-inerziale-visiva strettamente accoppiata in un unico filtro di Kalman iterato sullo stato d'errore
• Metodi diretti su punti grezzi e fotometria: nessuna estrazione di feature
• Mappa a voxel unificata che contiene geometria e aspetto, con stima online dell'esposizione
• In tempo reale su computer embedded; collaudato a bordo di droni per il volo autonomo
• Pubblicato su IEEE T-RO dal laboratorio della famiglia FAST-LIO (HKU-MARS)

A chi si rivolge

• Ricercatori di SLAM e stima dello stato
• Ingegneri dell'autonomia di droni e robot mobili
• Team che fondono LiDAR a stato solido con telecamere
• Dottorandi in fusione multisensore

Limiti

• La licenza GPL-2.0 limita l'uso closed source
• Una sincronizzazione e una calibrazione accurate dei sensori sono prerequisiti
• Messo a punto principalmente per LiDAR a stato solido di classe Livox