This paper introduces 2Fast-2Lamaa, a lidar-inertial state estimation framework for odometry, mapping, and localization. Its first key component is the optimization-based undistortion of lidar scans, which uses continuous IMU preintegration to model the system's pose at every lidar point timestamp. The continuous trajectory over 100-200ms is parameterized only by the initial scan conditions (linear velocity and gravity orientation) and IMU biases, yielding eleven state variables. These are estimated by minimizing point-to-line and point-to-plane distances between lidar-extracted features without relying on previous estimates, resulting in a prior-less motion-distortion correction strategy. Because the method performs local state estimation, it directly provides scan-to-scan odometry. To maintain geometric consistency over longer periods, undistorted scans are used for scan-to-map registration. The map representation employs Gaussian Processes to form a continuous distance field, enabling point-to-surface distance queries anywhere in space. Poses of the undistorted scans are refined by minimizing these distances through non-linear least-squares optimization. For odometry and mapping, the map is built incrementally in real time; for pure localization, existing maps are reused. The incremental map construction also includes mechanisms for removing dynamic objects. We benchmark 2Fast-2Lamaa on 250km (over 10h) of public and self-collected datasets from both automotive and handheld systems. The framework achieves state-of-the-art performance across diverse and challenging scenarios, reaching odometry and localization errors as low as 0.27% and 0.06 m, respectively. The real-time implementation is publicly available at https://github.com/clegenti/2fast2lamaa.


翻译:本文介绍了2Fast-2Lamaa,一种用于里程计、建图与定位的激光雷达-惯性状态估计框架。其首个关键组件是基于优化的激光雷达扫描去畸变方法,该方法利用连续的IMU预积分对每个激光点时间戳的系统位姿进行建模。超过100-200毫秒的连续轨迹仅由初始扫描条件(线速度与重力方向)和IMU偏差参数化,产生十一个状态变量。这些变量通过最小化激光雷达提取特征之间的点-线距离和点-面距离进行估计,无需依赖先前的估计结果,从而形成一种无先验的运动畸变校正策略。由于该方法执行局部状态估计,可直接提供扫描到扫描的里程计。为维持更长时间内的几何一致性,去畸变后的扫描用于扫描到地图的配准。地图表示采用高斯过程构建连续距离场,支持在空间任意位置进行点-面距离查询。通过非线性最小二乘优化最小化这些距离,对去畸变扫描的位姿进行精细化处理。对于里程计与建图任务,地图以增量方式实时构建;对于纯定位任务,则复用现有地图。增量式地图构建还包含动态对象移除机制。我们在总计250公里(超过10小时)的公开数据集与自主采集数据集上对2Fast-2Lamaa进行基准测试,数据集涵盖车载与手持系统。该框架在多样化的挑战性场景中均达到最先进性能,里程计与定位误差分别低至0.27%和0.06米。实时实现代码已在https://github.com/clegenti/2fast2lamaa公开。

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