20190723_CVPR2019_[優(yōu)化SLAM]VITAMIN-E

文章:VITAMIN-E: VIsual Tracking And MappINgwith Extremely Dense Feature Points
鏈接https://arxiv.org/abs/1904.10324
視頻https://www.youtube.com/watch?v=yfKccCmmMsM
作者:Masashi Yokozuka雄卷,……,Atsuhiko Banno
機構(gòu):National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)今膊,JSPS KAKENHI
摘要的摘要:基于經(jīng)典優(yōu)化SLAM框架下操禀,改進或提升兩點:
(1)Tracking的特征點數(shù)量大幅增加;
(2)BA使用Jacobi迭代法縮減求解時間和復(fù)雜度翎苫。

1. Dense Feature Point Tracking

1.1 Feature Point Tracking

VITAMIN-E tracks the local extrema of curvature (\kappa) in incoming images (f(x,y))缀拭。
\kappa=f_y^{2}f_{xx}-2f_xf_yf_{xy}+f_x^{2}f_{yy} \tag{1}

1.2 Dominant Flow Estimation

使用光流法+匹配提供匹配點對的位置初始值犬耻,設(shè)前后幀的點匹配2D點對為\boldsymbol{x}\boldsymbol{y},然后最小化仿射變換的cost function:
E=\sum_i^N{\rho \left( \lVert \boldsymbol{y}_i-\left( A\boldsymbol{x}_i+\boldsymbol勋乾 \right) \rVert _2 \right)} \tag{2}
得到一個穩(wěn)定的A\boldsymbol宋下

1.3 Curvature Extrema Tracking

經(jīng)過1.2辑莫,可以計算特定追蹤點\boldsymbol{x}_{t_0}的預(yù)測值\boldsymbol{\hat{x}}_{t_1}
\boldsymbol{\hat{x}}_{t_1}=A \boldsymbol{x}_{t_0} + \boldsymbol学歧 \tag{4}
再最大化evaluation function:
F=\kappa \left( \boldsymbol{x}_{t_1},t_1 \right) +\lambda \omega \left( \lVert \boldsymbol{x}_{t_1}-\boldsymbol{\hat{x}}_{t_1} \rVert _2 \right) \tag{5}
得到校正后的點\boldsymbol{x}_{t_1}

2. Bundle Adjustment for Dense Tracking

2.1 Bundle Adjustment

BA原理就不說了各吨,Model一下求解方程:
H\delta \boldsymbol{x}=-\boldsymbol{g},\,\,\,\, \boldsymbol{x}=\boldsymbol{x}+\delta\boldsymbol{x} \tag{7}
經(jīng)典方法是基于稀疏矩陣的Schur消元將問題分解:
H=\left[ \begin{matrix} H_{cc}& H_{cp}\\ H_{pc}& H_{pp}\\ \end{matrix} \right] ,\,\,\,\,\boldsymbol{g}=\left[ \begin{array}{c} \boldsymbol{g}_{\boldsymbol{c}}\\ \boldsymbol{g}_{\boldsymbol{p}}\\ \end{array} \right] \tag{8}
其中枝笨,下標(biāo)為c的為camera相關(guān),camera相關(guān)變量為M個揭蜒,下標(biāo)為p的為point相關(guān)横浑,point相關(guān)變量為N個,然后進行Schur消元求解屉更,具體不表了伪嫁。但是文章的H的size是100,000 \times 100,000甚至更大,這樣求解的復(fù)雜度和代價很大偶垮。

2.2 Subspace Gauss–Newton Method

我理解其實就是雅克比迭代法张咳,并不是什么子空間方法帝洪。關(guān)于這類方法之后再整理一篇筆記出來。
此時方程(8)的求解可分解為如下形式:
H_{c_ic_i}\delta \boldsymbol{x}_{c_i}=-\left( \boldsymbol{g}_{c_i}+\sum_{l=1}^{i-1}{H_{c_lc_i}\delta \boldsymbol{x}_{c_l}}+\sum_{r=i+1}^M{H_{c_ic_r}\delta \boldsymbol{x}_{c_r}}+\sum_{j=1}^N{H_{c_ip_j}\delta \boldsymbol{x}_{p_j}} \right) \tag{11}
H_{p_jp_j}\delta \boldsymbol{x}_{p_j}=-\left( \boldsymbol{g}_{p_j}+\sum_{l=1}^{j-1}{H_{p_lp_j}\delta \boldsymbol{x}_{p_l}}+\sum_{r=j+1}^N{H_{p_ip_r}\delta \boldsymbol{x}_{p_r}}+\sum_{i=1}^M{H_{p_jc_i}\delta \boldsymbol{x}_{c_i}} \right) \tag{12}

3. Experimental Results

ATE詳見paper脚猾,看起來比DSO葱峡、ORB、LSD好不少龙助。
時間上砰奕,在論文的CPU上:
-- Feature tracking:36 msec/frame
-- Localization & mapping :25 msec/frame
建圖方面就沒有細(xì)看了。

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