Consistent solid-state LiDAR-inertial estimator that replaces frame-to-map registration with direct frame-to-frame point-to-plane factors between the newest keyframe and INS-accumulated keyframe point-cloud maps in a sliding-window factor graph, with online LiDAR-IMU extrinsic and time-delay calibration.

技術屬性

欄位內容為文獻擷取紀錄的原文用語(英文),以原文為據;「未查證」表示本研究尚未讀到該資訊,不代表該方法不具備此能力。

FF-LINS 的技術屬性
感測輸入solid-state non-repetitive LiDAR (Livox Mid-70 in the Robot dataset; Livox Horizon and Livox AVIA in public datasets)、MEMS IMU (ADI ADIS16465 in the Robot dataset; built-in Livox IMUs in public datasets)
原文測試平台wheeled UGV (low-speed robot, about 1.5 m/s)、原文未報告 (LiLi-OM and R3LIVE public datasets; carrier not described in this paper)
狀態估計sliding-window factor graph (10 IMU preintegration intervals) solved with Levenberg-Marquardt in Ceres, tightly coupling LiDAR frame-to-frame point-to-plane factors with IMU preintegration and marginalization prior; LiDAR-IMU extrinsics and time delay estimated online; INS-centric update only at LiDAR keyframes (Sec. II, III-C)
資料關聯direct frame-to-frame: each point of the newest keyframe is projected into the accumulated keyframe point-cloud maps of the other keyframes in the window; plane fitted to 5 nearest points and accepted if all lie within 0.1 m; Huber loss plus chi-square rejection between two optimizations (Sec. III-B, III-C-4)
時間表示discrete keyframe states with IMU preintegration and an estimated LiDAR-IMU time delay (Sec. III-C-1)
去畸變interpolated INS poses from mechanization undistort each frame before 0.5 m voxel downsampling (Sec. III-A-2)
迴圈閉合none (authors state it could be added for large-scale mapping, Sec. V)
全域最佳化none
地圖表示per-keyframe point-cloud maps accumulated from all frames since the previous keyframe with INS poses, voxel-downsampled at 0.5 m; no global map is used for state estimation (Sec. III-A-3)
先驗資訊INS initialization with zero position and yaw, roll and pitch from accelerometers; extrinsics and time delay assumed uncalibrated and estimated online (Sec. II, IV-A)
可輸出幾何continuous INS-rate poses between keyframes, keyframe states, online LiDAR-IMU extrinsics and time delay; keyframe point clouds
計算需求real time on a desktop AMD R7-3700X: about 0.6 ms preprocessing per frame, 2.6 to 2.7 ms frame-to-frame association and 32.6 to 45.6 ms factor-graph optimization per keyframe (keyframes every 300 to 370 ms); runs at 4 to 6 times real-time speed (Table IV, Sec. IV-D)

使用設備

原文使用的感測器、運算硬體與載具(equipment)。型號保留原文寫法,連結到設備頁中同一型號的歸併名稱;角色依原文用途分為方法輸入、資料集感測器、執行運算平台、參考或真值量測(reference or ground truth)與比較對象設備。

原文使用的設備
類別型號(原文寫法)角色資料集原文規格出處
LiDARLivox Mid-70歸入:Livox MID70方法輸入FF-LINS Robot datasetsolid-state LiDAR, 10 Hz; described as containing only one scanning line(Tang et al., 2023, Sec. IV-A; Fig. 5)
LiDARLivox Horizon資料集感測器LiLi-OM datasetwith built-in IMU(Tang et al., 2023, Sec. IV-A)
LiDARLivox AVIA歸入:Livox Avia資料集感測器R3LIVE datasetwith built-in IMU(Tang et al., 2023, Sec. IV-A)
慣性量測單元(IMU)ADI ADIS16465方法輸入FF-LINS Robot datasetindustrial-grade MEMS IMU, gyroscope bias instability 2 deg/hr, 200 Hz; hardware-triggered synchronization with the LiDAR(Tang et al., 2023, Sec. IV-A)
GNSS 接收器GNSS/INS integrated navigation system with GNSS-RTK and a navigation-grade IMU (models not stated)參考或真值量測FF-LINS Robot datasetpost-processed ground truth, 0.02 m position and 0.01 deg attitude(Tang et al., 2023, Sec. IV-A)
載具平台low-speed wheeled robot方法輸入FF-LINS Robot datasetaverage speed around 1.5 m/s(Tang et al., 2023, Sec. IV-A; Fig. 5)
運算硬體AMD R7-3700X執行運算平台未標示desktop PC, ROS, multi-threaded(Tang et al., 2023, Sec. IV-A; Sec. IV-D)

作者報告的優勢與限制

優勢

限制

營建工程相關證據

論文未涉及營建場域;自建資料是約 1.5 m/s 低速輪式機器人在校園、建物周邊、操場與公園的序列,參考為 GNSS-RTK 加導航級 IMU 後處理軌跡(0.02 m、0.01 deg)。PA-LVIO (Tang et al., 2026)在 i2Nav-Robot 與 MARS-LVIG 資料上以 FF-LINS 為比較基準。其一致性估計與線上外參及時間延遲校正,對需要再融合 GNSS 或 BIM 等絕對資訊的工地機器人有參考價值(推論)。

原文驗證環境:公開基準、獨立參考量測、跨場域

報告的性能數據

以下是原文作者報告的性能數值(author-reported results),不是本研究重新量測的結果。每張圖只並列同一個比較組(comparison group,同一張表、同一組實驗設定)內的方法;不同比較組之間的數值不可直接比較,也不構成排名。

本方法共出現在 4 個比較組,合計 37 筆紀錄。

Tang et al., 2023 · Table III 本方法 16 筆

表格設定(擷取紀錄原文):Private Robot dataset (Livox Mid-70, ADIS16465) with post-processed GNSS-RTK/INS ground truth; ARE and ATE; LiLi-OM and LIO-SAM could not be run (Tang et al., 2023, Table III)

ATE,FF-LINS Robot dataset · campus (1.33 km, 934 s)

只並列這張表在相同設定下報告的方法;以「本方法:」開頭者為本頁方法。失敗、未執行與未報告以標記呈現,不是 0。

按 Tab 進入圖表後,用上下方向鍵逐一瀏覽各類別,Esc 關閉提示框;也可開啟表格檢視閱讀全部數值。

這些是 Tang et al., 2023 在此表設定下報告的數值(author-reported results),只能在同一個比較組內對照,不代表方法在其他資料或設定下的表現。

統計量:原文未報告;對齊方式:原文未報告;單位:m;場景:campus, building surroundings, playground and park with pedestrians, bicycles and vehicles; wheeled robot

資料來源作者報告值(Tang et al., 2023, Table III)

數值與出處
方法(原文寫法)報告值出處
FAST-LIO24.42 m(Tang et al., 2023, Table III)
FF-LINS-WO (without online calibration)本方法2.17 m(Tang et al., 2023, Table III)
FF-LINS本方法原文提出1.51 m(Tang et al., 2023, Table III)

Tang et al., 2023 · Table IV 本方法 12 筆

表格設定(擷取紀錄原文):Average running times of FF-LINS on the Robot dataset; frame preprocessing about 0.6 ms per frame (text) (Tang et al., 2023, Table IV)

Keyframe interval,FF-LINS Robot dataset · campus

這張表在此指標與資料序列只列出本方法一筆,沒有可並列的其他方法,因此不畫圖,數值與出處見下表。這是 Tang et al., 2023 在此表設定下報告的數值(author-reported results),不代表方法在其他資料或設定下的表現。

統計量:平均值(mean);對齊方式:不適用;單位:ms;場景:per keyframe

數值與出處
方法(原文寫法)報告值出處
FF-LINS本方法原文提出硬體:AMD R7-3700X desktop300 ms(Tang et al., 2023, Table IV)

Tang et al., 2023 · Table II 本方法 6 筆

指標end-to-end error

表格設定(擷取紀錄原文):R3LIVE dataset (Livox AVIA) end-to-end errors; LiLi-OM could not be run; FF-LINS-WO disables online extrinsic and time-delay calibration (Tang et al., 2023, Table II)

end-to-end error,R3LIVE dataset · hku_main_building

只並列這張表在相同設定下報告的方法;以「本方法:」開頭者為本頁方法。失敗、未執行與未報告以標記呈現,不是 0。

  • 失敗

按 Tab 進入圖表後,用上下方向鍵逐一瀏覽各類別,Esc 關閉提示框;也可開啟表格檢視閱讀全部數值。

這些是 Tang et al., 2023 在此表設定下報告的數值(author-reported results),只能在同一個比較組內對照,不代表方法在其他資料或設定下的表現。

統計量:原文未報告;對齊方式:未對齊;單位:m;場景:HKU main building narrow indoor passages and HKUST campus

資料來源作者報告值(Tang et al., 2023, Table II)

數值與出處
方法(原文寫法)報告值出處
LIO-SAM無數值失敗註記(擷取紀錄):failed(Tang et al., 2023, Table II)
FAST-LIO22.5 m(Tang et al., 2023, Table II)
FF-LINS-WO (without online calibration)本方法12.18 m(Tang et al., 2023, Table II)
FF-LINS本方法原文提出1.2 m(Tang et al., 2023, Table II)

Tang et al., 2023 · Table I 本方法 3 筆

指標distance error of starting-ending distance versus GPS

表格設定(擷取紀錄原文):LiLi-OM dataset without ground truth: error of the estimated starting-ending distance relative to meter-level GPS start and end fixes; LiLi-OM and LIO-SAM without loop closure; extrinsics and time delay treated as uncalibrated (Tang et al., 2023, Table I)

distance error of starting-ending distance versus GPS,LiLi-OM dataset · Schloss-1

只並列這張表在相同設定下報告的方法;以「本方法:」開頭者為本頁方法。失敗、未執行與未報告以標記呈現,不是 0。

按 Tab 進入圖表後,用上下方向鍵逐一瀏覽各類別,Esc 關閉提示框;也可開啟表格檢視閱讀全部數值。

這些是 Tang et al., 2023 在此表設定下報告的數值(author-reported results),只能在同一個比較組內對照,不代表方法在其他資料或設定下的表現。

統計量:原文未報告;對齊方式:未對齊;單位:m;場景:outdoor sequences (Schloss and East)

資料來源作者報告值(Tang et al., 2023, Table I)

數值與出處
方法(原文寫法)報告值出處
LiLi-OM1.36 m(Tang et al., 2023, Table I)
LIO-SAM0.47 m(Tang et al., 2023, Table I)
FAST_LIO21.1 m(Tang et al., 2023, Table I)
FF-LINS本方法原文提出0.23 m(Tang et al., 2023, Table I)

來源

  • Tang et al., 2023

    Hailiang Tang, Tisheng Zhang, Xiaoji Niu, Liqiang Wang, Linfu Wei, Jingnan Liu(2023)FF-LINS: A Consistent Frame-to-Frame Solid-State-LiDAR-Inertial State EstimatorIEEE Robotics and Automation Letters, 8(12):8525-8532

    同儕審查已出版已讀全文近十年查證後修正

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