Asynchronous multi-LiDAR inertial odometry that uses IMU propagation with B-spline interpolation to deskew and time-align points from LiDARs with different scan patterns, propagates point-wise uncertainty from acquisition-time state covariance and range to weight point-to-plane residuals and filter map insertion, and applies a degeneracy-dependent localization weight within an iterated error-state Kalman filter with ikd-Tree mapping.

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。

MA-LIO 的技術屬性
感測輸入multiple asynchronous 3D LiDARs of different makes and scan patterns (Ouster OS0-64 plus Livox; Velodyne HDL-32E, VLP-16 and LS-16C; Ouster OS2-128 plus Livox Avia and Livox Tele)、IMU (100 to 400 Hz; models not stated)
原文測試平台handheld (Hilti SLAM Dataset 2021)、vehicle (UrbanNav Hong Kong; authors' city dataset up to about 50 km/h)
狀態估計iterated error-state Kalman filter on manifold (FAST-LIO2 style) whose state includes each LiDAR-IMU extrinsic; measurement residuals weighted by point-wise uncertainty rescaled with fixed interval conversion, and a localization weight from the singular values of measurement normals that shifts weight to the IMU prior in degenerate scenes (Sec. II-A, II-E, II-F)
資料關聯direct point-to-plane: five nearest neighbours in the ikd-Tree define a local plane whose covariance is a weighted sum of neighbour point covariances (Sec. II-E)
時間表示discrete IMU propagation with covariance, plus cumulative B-spline interpolation over four propagated poses to obtain pose and covariance at any point time (Sec. II-B)
去畸變B-spline interpolated IMU poses undistort every LiDAR's points to its latest point time and then compensate inter-LiDAR temporal offsets by transforming them to the latest point of the latest LiDAR (Sec. II-C)
迴圈閉合none
全域最佳化none
地圖表示ikd-Tree point map storing only points whose propagated uncertainty trace is below a threshold, with downsampling that keeps low-uncertainty points near voxel centres (Sec. II-G)
先驗資訊LiDAR-IMU extrinsics in the state; a set of LiDARs chosen to minimize arrival-time differences (Sec. II-A, II-C)
可輸出幾何odometry and a merged multi-LiDAR point map (Figs. 1, 6)
計算需求real time: 28.1 to 47.7 ms per scan on Whampoa with 1 to 3 LiDARs and 46.4 to 79 ms on City01 with 1 to 3 LiDARs on an Intel i7 CPU at 2.50 GHz with 48 GB RAM; point-wise uncertainty at most 5 ms (Table VI, Sec. III-F)

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
LiDAROuster OS0-64資料集感測器Hilti SLAM Dataset 2021原文未報告(Jung et al., 2023, Table I; Sec. III-A)
LiDARLivox Horizon (as written in Table I)歸入:Livox Horizon資料集感測器Hilti SLAM Dataset 2021limited FOV(Jung et al., 2023, Table I; Fig. 4)
LiDARVelodyne HDL-32E資料集感測器UrbanNavcentral LiDAR(Jung et al., 2023, Table I; Table VI)
LiDARVelodyne VLP-16資料集感測器UrbanNavinclined side LiDAR(Jung et al., 2023, Table I; Sec. III-C)
LiDARLS-16C (written LS-C16 in Table VI)資料集感測器UrbanNavinclined side LiDAR(Jung et al., 2023, Table I; Table VI)
LiDAROuster OS2-128方法輸入MA-LIO city dataset (City01-03)central LiDAR(Jung et al., 2023, Table I; Table VI)
LiDARLivox Avia方法輸入MA-LIO city dataset (City01-03)原文未報告(Jung et al., 2023, Table I)
LiDARLivox Tele方法輸入MA-LIO city dataset (City01-03)原文未報告(Jung et al., 2023, Table I)
慣性量測單元(IMU)IMU at 200 Hz (model not stated)資料集感測器Hilti SLAM Dataset 2021200 Hz(Jung et al., 2023, Table I)
慣性量測單元(IMU)IMU at 400 Hz (model not stated)資料集感測器UrbanNav400 Hz(Jung et al., 2023, Table I)
慣性量測單元(IMU)IMU at 100 Hz (model not stated)方法輸入MA-LIO city dataset (City01-03)100 Hz; sensors time-referenced with PTP but not fired simultaneously(Jung et al., 2023, Table I; Sec. III-A)
GNSS 接收器Inertial Navigation System (model not stated)參考或真值量測MA-LIO city dataset (City01-03)ground truth using only positions with status INS SOLUTION FREE(Jung et al., 2023, Sec. III-A)
載具平台vehicle方法輸入MA-LIO city dataset (City01-03)up to about 50 km/h, U-turns and a 400 m tunnel(Jung et al., 2023, Sec. III-A; Sec. III-D)
載具平台hand-held system (Hilti SLAM Dataset 2021)資料集感測器Hilti SLAM Dataset 2021small-scale indoor and outdoor environments(Jung et al., 2023, Sec. III-A-1)
運算硬體Intel i7 CPU @ 2.50 GHz (model not stated)執行運算平台未標示48 GB RAM(Jung et al., 2023, Table VI)

作者報告的優勢與限制

優勢

限制

營建工程相關證據

Hilti SLAM Dataset 2021 的 Construct 序列(依名稱對應資料集中的 Construction Site 序列,推論)為營建工地,MA-LIO 在此的 ATEt 為 0.063 m,優於只用 Ouster 的 FAST-LIO2(0.088 m)與其他多 LiDAR 方法(Table II);該評估使用資料集提供的評分器與參考點(Helmberger et al., 2022)。作者自建資料含約 400 m 隧道,定位權重可在退化段降低 LiDAR 殘差比重。多顆不同廠牌 LiDAR 非同步融合、以不確定度過濾地圖點,對需要擴大視野以涵蓋天花板、樓板與牆面的工地掃描平台有直接參考價值(推論)。

原文驗證環境:公開基準、施工中工地、地下或隧道、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 5 個比較組,合計 65 筆紀錄。以下列出本方法紀錄最多的 4 組,其餘 1 組列在最後,並連到性能比較頁。

Jung et al., 2023 · Table V 本方法 30 筆

指標ATEt

表格設定(擷取紀錄原文):Component ablation with ATEt: RAW (IMU discrete model, equal point weights), CNT (B-spline interpolation), F-UNC (single state covariance as in M-LOAM), UNC (point-wise uncertainty with localization weight), FULL (CNT + UNC) (Jung et al., 2023, Table V)

ATEt,MA-LIO city dataset (City01-03) · City01

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 Jung 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:均方根誤差(RMSE);對齊方式:原文未報告;單位:m;場景:vehicle, urban

資料來源作者報告值(Jung et al., 2023, Table V)

數值與出處
方法(原文寫法)報告值出處
MA-LIO RAW本方法7.345 m(Jung et al., 2023, Table V)
MA-LIO CNT本方法7.28 m(Jung et al., 2023, Table V)
MA-LIO F-UNC本方法7.001 m(Jung et al., 2023, Table V)
MA-LIO UNC本方法6.831 m(Jung et al., 2023, Table V)
MA-LIO FULL本方法原文提出6.538 m(Jung et al., 2023, Table V)

Jung et al., 2023 · Table III 本方法 12 筆

表格設定(擷取紀錄原文):UrbanNav (HDL-32E central, VLP-16 and LS-16C inclined, 400 Hz IMU); RMSE of ATE and RTE via evo (Jung et al., 2023, Table III)

ATEt (RMSE via evo),UrbanNav · Mongok

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 Jung 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:均方根誤差(RMSE);對齊方式:原文未報告;單位:m;場景:urban; repeated traversal of a single loop, dynamic objects (Sec. III-C)

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

數值與出處
方法(原文寫法)報告值出處
Fast-LIO2 (central LiDAR only)5.917 m(Jung et al., 2023, Table III)
M-LOAM25.899 m(Jung et al., 2023, Table III)
LOCUS 2.06.846 m(Jung et al., 2023, Table III)
Ours本方法原文提出2.579 m(Jung et al., 2023, Table III)

Jung et al., 2023 · Table IV 本方法 12 筆

表格設定(擷取紀錄原文):Authors' city dataset (OS2-128, Livox Avia, Livox Tele, 100 Hz IMU, PTP time reference); INS ground truth; RMSE of ATE and RTE via evo (Jung et al., 2023, Table IV)

ATEt (RMSE via evo),MA-LIO city dataset (City01-03) · City01

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 Jung 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:均方根誤差(RMSE);對齊方式:原文未報告;單位:m;場景:urban with many rotations and U-turns, vehicle

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

數值與出處
方法(原文寫法)報告值出處
Fast-LIO2 (central LiDAR only)9.97 m(Jung et al., 2023, Table IV)
M-LOAM33.907 m(Jung et al., 2023, Table IV)
LOCUS 2.023.998 m(Jung et al., 2023, Table IV)
Ours本方法原文提出6.538 m(Jung et al., 2023, Table IV)

Jung et al., 2023 · Table VI 本方法 6 筆

指標Total time per scan

表格設定(擷取紀錄原文):Average processing time per scan versus number of LiDARs (0.4 m downsampling); totals only stored (Jung et al., 2023, Table VI)

Total time per scan,UrbanNav · Whampoa, 1 LiDAR (HDL-32E, 4045 points after downsampling)

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 Jung 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 scan

數值與出處
方法(原文寫法)報告值出處
MA-LIO本方法原文提出硬體:Intel i7 CPU @ 2.50 GHz, 48 GB RAM28.1 ms(Jung et al., 2023, Table VI)

其他比較組

列出其餘 1 個比較組

來源

  • Jung et al., 2023

    Minwoo Jung, Sangwoo Jung, Ayoung Kim(2023)Asynchronous Multiple LiDAR-Inertial Odometry Using Point-Wise Inter-LiDAR Uncertainty PropagationIEEE Robotics and Automation Letters, 8(7):4211-4218

    同儕審查已出版已讀全文近十年查證後修正

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