Stereo Plane SLAM Based on Intersecting Lines

基於相交線的雙目平面SLAM

摘要

平面特徵是SLAM系統中減小漂移誤差的一種穩定標誌。從密集點雲中提取平面是一種簡單、快速的方法，常用於RGB-D相機或鐳射雷達。但是對於立體相機來說，密集點雲的精確高效計算是一個難點。本文提出了一種從立體影象中提取相交線計算平面引數的新方法。平面特徵普遍存在於人造物體和構築物的表面，具有規則的形狀和直線的線條。在三維空間中，兩條相交的直線可以確定這樣一個平面。因此，我們從立體左、右影象中提取直線段。通過立體匹配，計算出三維空間中的端點和直線方向，進而計算出平面。在立體SLAM系統中加入這樣的計算平面特徵可以減小漂移誤差，提高系統性能。我們在公共資料集上測試了我們提出的系統，並與最先進的SLAM系統進行了比較，證明了它的魯棒性和精確性。

概況

Line 和 plane 特徵對SLAM的作用

現實環境中有豐富的線，面特徵，他們能在SLAM中作為比較穩定的路標幫助SLAM提高穩定性和準確性。與線特徵相比，平面具有簡單、魯棒的資料關聯性，因而更加穩定。此外，平面甚至可以在大距離的幀中進行匹配，這有助於減小漂移誤差。

Line and plane 提取

線特徵提取：Line Segment Detector 先用LBD從影象提取然後追蹤

**面特徵提取：**通常從RGBD或鐳射雷達中提取，從雙目匹配提取但是雙目匹配效率太低(可以從當前的雙目匹配入手增加效率)

本文研究問題與貢獻

本文提出了一種從立體影象中計算平面特徵的新方法。平面特徵普遍存在於人造物體和結構的表面。這些平面通常有規則的形狀和直線。在三維空間幾何中，兩條相交的直線可以確定一個平面。因此，用直線來計算平面特徵是合理和可行的。立體匹配可以從立體影象中計算出三維直線[4]。(作者避免雙目匹配，改用雙目中的線特徵來計算平面特徵

與直接使用線特徵相比，平面特徵避免了複雜的引數化，實現了簡單而穩健的資料關聯。此外，平面也是更精確的地標：

• 基於相交線從立體影象計算平面特徵的新方法。
• 使用提取點和計算平面的立體重擊系統。
• 在公共資料集上進行評估，我們的系統得到了穩健和準確的估計結果，並實現了最先進的效能。

方法

從線特徵提取面特徵

符號表示

線特徵提取計算

Line Segment Detector 提取線特徵，LBD 匹配線特徵，根據端點的立體匹配，基於視差 D u D_u Du​計算出它們的3D位置 p p p。線方向nl也由其兩個端點 ( p e − p s ) (p_e-p_s) (pe​−ps​)（pe−ps）定義。

面計算

從相交線中，找滿足面特徵的直線

• 兩條直線之間的角度大於閾值（在我們的實驗中為10°）
• 中心點之間的距離小於線長度。
• 這兩條直線的四個端點位於同一平面上。

計算過程：

黑點是從立體影象中提取的特徵點。紅線是從立體影象中提取的線段，其三維位置由匹配的端點計算。請注意，我們在SLAM系統中沒有使用這些線段，我們在圖中繪製它們只是為了顯示計算平面特徵的過程。我們通過展開相應的相交線來繪製計算平面，它們以不同的顏色繪製。由於線段的錯誤，圖中的紫色平面似乎不正確，我們將在稍後的檢查中將此平面標記為無效。但其他飛機似乎是正確的，將被用作我們的大滿貫系統的有效地標。

系統結構

優化

結果