Integrating Global Navigation Satellite Systems (GNSS) in Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) systems draws increasing attention to a global and continuous localization solution. Nonetheless, in dense urban environments, GNSS-based SLAM systems will suffer from the Non-Line-Of-Sight (NLOS) measurements, which might lead to a sharp deterioration in localization results. In this paper, we propose to detect the sky area from the up-looking camera to improve GNSS measurement reliability for more accurate position estimation. We present Sky-GVINS: a sky-aware GNSS-Visual-Inertial system based on a recent work called GVINS. Specifically, we adopt a global threshold method to segment the sky regions and non-sky regions in the fish-eye sky-pointing image and then project satellites to the image using the geometric relationship between satellites and the camera. After that, we reject satellites in non-sky regions to eliminate NLOS signals. We investigated various segmentation algorithms for sky detection and found that the Otsu algorithm reported the highest classification rate and computational efficiency, despite the algorithm's simplicity and ease of implementation. To evaluate the effectiveness of Sky-GVINS, we built a ground robot and conducted extensive real-world experiments on campus. Experimental results show that our method improves localization accuracy in both open areas and dense urban environments compared to the baseline method. Finally, we also conduct a detailed analysis and point out possible further directions for future research. For detailed information, visit our project website at https://github.com/SJTU-ViSYS/Sky-GVINS.


翻译:在同时定位与地图构建系统中(SLAM),将全球导航卫星系统(GNSS)与系统集成的研究越来越受到关注,因为可以提供一种全球和连续的定位解决方案。然而,在密集的城市环境中,GNSS基于SLAM系统将受到非视距测量的影响,从而可能导致定位结果急剧恶化。在本文中,我们提出从朝上的摄像机中检测天空区域,以提高GNSS测量的可靠性,实现更精确的位置估计。我们提出了一种基于最新工作GVINS的天空感知GNSS-视觉-惯性系统Sky-GVINS。具体而言,我们采用全局阈值法对鱼眼天空指向图像中的天空区域和非天空区域进行分割,然后使用卫星和相机之间的几何关系将卫星投影到图像中。然后,我们拒绝非天空区域中的卫星以消除NLOS信号。我们调查了各种用于天空检测的分割算法,发现尽管算法简单且易于实现,但Otsu算法具有最高的分类率和计算效率。为了评估Sky-GVINS的有效性,我们建立了地面机器人,并在校园内进行了广泛的实际实验。实验结果表明,与基线方法相比,我们的方法提高了开放区域和密集城市环境中的定位精度。最后,我们还进行了详细的分析,并指出了未来研究的可能方向。有关详细信息,请访问我们的项目网站https://github.com/SJTU-ViSYS/Sky-GVINS。

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