In this paper, we propose a tightly-coupled, multi-modal simultaneous localization and mapping (SLAM) framework, integrating an extensive set of sensors: IMU, cameras, multiple lidars, and Ultra-wideband (UWB) range measurements, hence referred to as VIRAL (visual-inertial-ranging-lidar) SLAM. To achieve such a comprehensive sensor fusion system, one has to tackle several challenges such as data synchronization, multi-threading programming, bundle adjustment (BA), and conflicting coordinate frames between UWB and the onboard sensors, so as to ensure real-time localization and smooth updates in the state estimates. To this end, we propose a two stage approach. In the first stage, lidar, camera, and IMU data on a local sliding window are processed in a core odometry thread. From this local graph, new key frames are evaluated for admission to a global map. Visual feature-based loop closure is also performed to supplement loop edges to the global factor graph. When the global factor graph satisfies a condition on spatial diversity, the BA process will be started, and the coordinate transform between UWB and onboard SLAM systems can be estimated. The system then seamlessly transitions to the second stage where all sensors are tightly integrated in the odometry thread. The capability of our system is demonstrated via several experiments on high-fidelity graphical-physical simulation and public datasets.


翻译:在本文中,我们提出一个紧密结合的多模式同步本地化和绘图框架(SLAM),将一系列广泛的传感器(IMU、照相机、多利达和超大波段(UWB)的测距仪)纳入其中:IMU、照相机、多利达和超大波的测距仪(UWB),因此称之为VIRAL(视觉-内皮-范围-利达)。为了实现这样一个全面的传感器聚合系统,我们必须应对若干挑战,例如数据同步、多读编程、捆绑调整(BA)以及UWB和机载传感器之间相互冲突的协调框架,以确保实时本地定位和州估计数的平稳更新。为此,我们建议采取两个阶段的方法:第一阶段,Lidar、摄像和本地滑动窗口的IMUMUM(U)数据以核心食量测量线进行处理。从这个本地图中,对新的关键框架进行评估,以纳入全球地图。基于视觉特征的环路关闭也是为了补充全球要素图的循环边缘。当全球要素图能够满足空间多样性的条件时,BA进程将开始,然后通过公共系统开始,并且协调地表系统在不断转换。

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