This study presents a theoretical structure for the monocular pose estimation problem using the total least squares. The unit-vector line-of-sight observations of the features are extracted from the monocular camera images. First, the optimization framework is formulated for the pose estimation problem with observation vectors extracted from unit vectors from the camera center-of-projection, pointing towards the image features. The attitude and position solutions obtained via the derived optimization framework are proven to reach the Cram\'er-Rao lower bound under the small angle approximation of the attitude errors. Specifically, The Fisher Information Matrix and the Cram\'er-Rao bounds are evaluated and compared to the analytical derivations of the error-covariance expressions to rigorously prove the optimality of the estimates. The sensor data for the measurement model is provided through a series of vector observations, and two fully populated noise-covariance matrices are assumed for the body and reference observation data. The inverse of the former matrices appear in terms of a series of weight matrices in the cost function. The proposed solution is simulated in a Monte-Carlo framework with 10,000 samples to validate the error-covariance analysis.


翻译:此项研究用最小方形来提出单方形表面估计问题的理论结构。 对特征的单位-矢量直线观测是从单方相机图像中提取的。 首先,制定优化框架是为了解决从摄像中心投射的单位矢量中提取的观测矢量造成的估计问题,以图象特征为指针。通过衍生优化框架获得的态度和位置解决方案已证明能够到达在姿态差错小角度近似下拉奥的低端的Cram\'er-Rao。具体地说,对渔业信息矩阵和Cram\'er-Rao界限进行了评估,并将其与错误和差异表达的分析结果进行比较,以严格证明估计数的最佳性。测量模型的传感器数据通过一系列矢量观测提供,为身体和参考观察数据假定了两个完全有人居住的噪音-共变矩阵。前矩阵在成本函数中以一系列重力矩阵的形式出现。提议的解决办法在蒙特卡洛框架模拟,有10,000个样本,用以验证误差分析。

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