Visual Inertial Odometry (VIO) is one of the most established state estimation methods for mobile platforms. However, when visual tracking fails, VIO algorithms quickly diverge due to rapid error accumulation during inertial data integration. This error is typically modeled as a combination of additive Gaussian noise and a slowly changing bias which evolves as a random walk. In this work, we propose to train a neural network to learn the true bias evolution. We implement and compare two common sequential deep learning architectures: LSTMs and Transformers. Our approach follows from recent learning-based inertial estimators, but, instead of learning a motion model, we target IMU bias explicitly, which allows us to generalize to locomotion patterns unseen in training. We show that our proposed method improves state estimation in visually challenging situations across a wide range of motions by quadrupedal robots, walking humans, and drones. Our experiments show an average 15% reduction in drift rate, with much larger reductions when there is total vision failure. Importantly, we also demonstrate that models trained with one locomotion pattern (human walking) can be applied to another (quadruped robot trotting) without retraining.


翻译:视觉不透度测量(VIO)是移动平台最成熟的状态估算方法之一。 但是,当视觉跟踪失败时,VIO算法会因惯性数据整合过程中的快速错误积累而迅速出现差异。 这个错误通常以添加高斯噪音和缓慢变化的偏差相结合的形式进行,这种偏差会随着随机行走而演变。 在这项工作中,我们提议训练神经网络来了解真实的偏差演变。 我们实施并比较了两个共同的相继深学习结构:LSTMS和变异器。 我们的方法来自最近的学习惯性测算器,但是,我们没有学习运动模型,而是将IMU偏差明确定位为目标,这使我们能够在培训中将看不到的移动模式加以概括化。 我们表明,我们拟议的方法改善了四肢机器人、行走人类和无人机等一系列运动对具有视觉挑战性的情况的估计。 我们的实验显示,漂浮率平均下降15%,在视力完全失灵时减少幅度要大得多。 我们还表明,可以将受过一种移动模式训练的模型(人类行走)应用到另一个机器人。

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