Bundle Adjustment (BA) refers to the problem of simultaneous determination of sensor poses and scene geometry, which is a fundamental problem in robot vision. This paper presents an efficient and consistent bundle adjustment method for lidar sensors. The method employs edge and plane features to represent the scene geometry, and directly minimizes the natural Euclidean distance from each raw point to the respective geometry feature. A nice property of this formulation is that the geometry features can be analytically solved, drastically reducing the dimension of the numerical optimization. To represent and solve the resultant optimization problem more efficiently, this paper then proposes a novel concept {\it point clusters}, which encodes all raw points associated to the same feature by a compact set of parameters, the {\it point cluster coordinates}. We derive the closed-form derivatives, up to the second order, of the BA optimization based on the point cluster coordinates and show their theoretical properties such as the null spaces and sparsity. Based on these theoretical results, this paper develops an efficient second-order BA solver. Besides estimating the lidar poses, the solver also exploits the second order information to estimate the pose uncertainty caused by measurement noises, leading to consistent estimates of lidar poses. Moreover, thanks to the use of point cluster, the developed solver fundamentally avoids the enumeration of each raw point (which is very time-consuming due to the large number) in all steps of the optimization: cost evaluation, derivatives evaluation and uncertainty evaluation. The implementation of our method is open sourced to benefit the robotics community and beyond.
翻译:Bundle 调整 (BA) 指的是同时确定传感器配置和场景几何的问题,这是机器人视觉中的一个基本问题。 本文为利达尔传感器提供了一个高效和一致的捆绑调整方法。 该方法使用边缘和平面功能来代表场景几何学, 并直接将自然的 Euclidean 距离从每个生点到各自的几何特征的距离降到最小。 这个公式的一个优点是, 几何特征可以分析解决, 大幅降低数字优化的维度。 为了更有效地代表并解决由此产生的优化问题, 本文随后提出了一个新颖的概念 ~点群集}, 它将所有与同一特征相关的原始点编码为一组参数集, 即 ~点组群集坐标 。 我们根据点群集坐标得出封闭式的衍生物衍生物, 显示其理论特性, 如空隙和紧张性。 根据这些理论结果, 本文开发了一个高效的第二级 BA 解算器 。 除了估算 lidar 外, 解算器还利用了与同一特性相关的所有原始点的原始点值值值 。 ~, 度评估过程的精度 使得 度的精确度的精确度的计算法的计算法 使得 使得 走向 走向 度的精确度的计算法的计算法 走向 至 走向 至 至 至 至 至 阶值的计算法的精确度的计算法 至 至 至 至 至 至 至 的计算法 至 至 至 的精确度 至 的计算法 度 至 至 至 至 至 至 至 度 至 至 至 至 至 至 度 至 至 至 至 至 至 度 度 度 的 度 的 的 的 度 度 度 度 度 度 度 至 度 度 度 至 度 度 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 的 的 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 至 的 的