Liu, Yu, Yvan Petillot, David Lane, and Sen Wang. “Global Localization with Object-Level Semantics and Topology.” In 2019 International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 4909–15. Montreal, QC, Canada: IEEE, 2019. https://doi.org/10.1109/ICRA.2019.8794475.

1 Introduction

本文作者研究了使用3D 物体级语义信息来实现基于视觉的全局定位技术，主要贡献如下：

1. 综合利用现有的稠密语义、3D 拓扑、图匹配以及3D 对齐技术，实现一个新颖的物体级全局定位算法；
2. 展现了物体级语义信息对于鲁棒地点识别与全局定位的作用，对于光强变化、场景改变等具有较强的鲁棒性；
3. 证明了物体级对齐技术可以处理具有挑战性的3D 点对齐，并在没有完整观察数据的情况下实现精确定位。

Liao, Ziwei, Yutong Hu, Jiadong Zhang, Xianyu Qi, Xiaoyu Zhang, and Wei Wang. “SO-SLAM: Semantic Object SLAM With Scale Proportional and Symmetrical Texture Constraints.” IEEE Robotics and Automation Letters 7, no. 2 (April 2022): 4008–15. https://doi.org/10.1109/LRA.2022.3148465.

1 Introduction

本文主要解决单目 Object SLAM 的两个挑战：

1. 单目相机包含较少的物体约束信息，特别是在部分观测、遮挡等情况下更为严重，使得单目 Object SLAM 较为脆弱；
2. 当前的 Object SLAM 主要用于约束物体的占用空间，没有充分利用物体的朝向信息。

针对以上两个挑战，作者提出了单目 Semantic Object SLAM (SO-SLAM) 系统，如Fig. 1 所示，除了物体的语义信息，作者还引入了三种代表性的物体空间约束：尺寸比例约束、对称纹理约束以及平面支撑约束，作者推导约束模型并同时应用于前端初始化与后端优化中。

本文的贡献如下：

1. 提出一个面向室内环境的完全耦合三种空间约束的单目 Object SLAM；
2. 基于空间约束提出两个新方法：单帧物体初始化方法和物体朝向优化方法；
3. 在两个公开数据集与自采数据集上验证了本算法的有效性。

Bowman, Sean L., Nikolay Atanasov, Kostas Daniilidis, and George J. Pappas. “Probabilistic Data Association for Semantic SLAM.” In 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 1722–29. Singapore, Singapore: IEEE, 2017. https://doi.org/10.1109/ICRA.2017.7989203.

1 Introduction

本文做出的贡献：

• 第一个将惯性、几何以及语义观测信息紧耦合至一个优化框架的定位算法；
• 将联合metric-semantic SLAM 问题分解为连续（位姿）和离散（数据关联DA和语义标签）优化子问题；
• 在包含光照变化的杂乱场景中利用里程计和视觉测量信息进行室内外真实场景的长轨迹测试实验。

Cui, Linyan, and Chaowei Ma. “SOF-SLAM: A Semantic Visual SLAM for Dynamic Environments.” IEEE Access 7 (2019): 166528–39. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2952161.

简介

无论是DynaSLAM还是DS-SLAM，它们都是简单地将先验语义信息和几何一致性信息进行“松组合”，即利用语义信息和几何信息分别确定出各自认定的动态特征点，然后采用投票机制对最终的动态特征点进行确认；其中，DynaSLAM 认为只要有一种方法判定一个点属于动态点就认为该点是动态点（OR操作），而DS-SLAM 认为只有两种方法同时认定该点属于动态点才将该点视为动态点（AND操作）。由于动态语义先验信息的不确定性，如人或汽车存在静止的情况，而DynaSLAM所代表的方法会剔除掉大量静态特征点，导致位姿估计精度下降，甚至在部分场景中由于特征点的缺少导致解算失败；同时，语义分割存在准确度不够的情况，如物体边缘部分的分割效果较差，DS-SLAM 代表的方法可能会保留实际的动态特征点，从而导致位姿估计精度下降。

针对以上存在的问题，Cui 等人提出了 SOF-SLAM——Semantic Optical Flow SLAM，一种将语义信息和几何信息进行“紧组合”来实现动态目标检测和剔除的鲁棒SLAM方法；所谓的紧组合指的是利用语义信息来辅助几何信息进行动态物体的探测：作者首先利用语义分割结果去除掉场景中动态物体和潜在动态物体上的特征点，仅利用高可能性静态物体上的特征点进行基础矩阵的求解，进而利用该可靠性更高的基础矩阵应用对极几何理论实现对动态特征点的剔除，从而实现更为鲁棒可靠的动态特征点剔除方法；最终，作者在公开数据集和真实场景中进行了测试，证明了本方法较ORB-SLAM2以及其他语义SLAM算法的优势。

Yu, Chao, Zuxin Liu, Xin-Jun Liu, Fugui Xie, Yi Yang, Qi Wei, and Qiao Fei. “DS-SLAM: A Semantic Visual SLAM towards Dynamic Environments.” In 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 1168–74. Madrid: IEEE, 2018. https://doi.org/10.1109/IROS.2018.8593691.

1 Introduction

本文的贡献：

1. 提出一个基于ORB-SLAM2 应用于动态环境中的语义SLAM 系统——DS-SLAM，在公开数据集上进行测试，证明了本系统在动态环境中的精度与鲁棒性；
2. 添加一个实时语义分割网络线程，结合语义分割和运动一致性检验来滤除场景中的动态区域；
3. 创建了一个构建稠密3D 语义八叉树地图的线程。

Brasch, Nikolas, Aljaz Bozic, Joe Lallemand, and Federico Tombari. “Semantic Monocular SLAM for Highly Dynamic Environments.” In 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 393–400. Madrid: IEEE, 2018. https://doi.org/10.1109/IROS.2018.8593828.

1 Introduction

作者通过结合基于特征法与直接法，来实现动态环境中的鲁棒性。

本文的贡献：

• 利用语义分割获取场景的语义信息，可检测潜在动态物体，并在后续跟踪中避免使用潜在动态物体上的特征点；
• 提出一个概率模型，考虑观测到某个地图点的所有帧的语义信息来更新该地图点的语义类别；
• 除了使用语义信息，还是用临时动作信息temporal dynamic information 来判断地图点是否是静态的；
• 为了实现实时性能，作者设计了一个高效的在线概率更新方法；
• 作者在合成和实际场景中测试了本算法，证明了本算法在高动态场景中可以获取更稳定的结果。

Li, Jimmy, David Meger, and Gregory Dudek. “Semantic Mapping for View-Invariant Relocalization.” In 2019 International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 7108–15. Montreal, QC, Canada: IEEE, 2019. https://doi.org/10.1109/ICRA.2019.8793624.

1 Introduction

本文使用了基于外观的几何特征与物体级语义特征的混合策略，主要贡献就是将传统视觉SLAM 和语义地标进行协同集成。

Yang, Shichao, and Sebastian Scherer. “CubeSLAM: Monocular 3-D Object SLAM.” IEEE Transactions on Robotics 35, no. 4 (August 2019): 925–38. https://doi.org/10.1109/TRO.2019.2909168.

1 Introduction

本文作者提出了一个可以同时应用于静态与动态场景中，将2D、3D 物体检测与SLAM 位姿估计相结合的系统，如Fig. 1所示。前提假设：物体立方体经投影后会与2D bbox 相吻合；在此假设下，当给定检测到的2D 物体时，作者利用vanishing point (VP) 产生3D 立方体 proposals，然后通过多视角BA ，利用点和相机对立方体进行进一步的优化。

Schreiber, Markus, Carsten Knoppel, and Uwe Franke. “LaneLoc: Lane Marking Based Localization Using Highly Accurate Maps.” In 2013 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), 449–54. Gold Coast City, Australia: IEEE, 2013. https://doi.org/10.1109/IVS.2013.6629509.

Abstract

作者利用双目立体相机系统和包含路沿与道路标志的先验高精度地图实现车辆定位。定位过程中，GNSS 位置只是用来进行初始化，后续的定位解算不需要GNSS。作者在长约50 km的郊区道路进行测试，最终的定位精度在分米级。

Qin, Tong, Peiliang Li, and Shaojie Shen. “VINS-Mono: A Robust and Versatile Monocular Visual-Inertial State Estimator.” IEEE Transactions on Robotics 34, no. 4 (August 2018): 1004–20. https://doi.org/10.1109/TRO.2018.2853729.

1 Introduction

集成IMU 观测可通过减少由于光照变化、纹理稀少区域或运动模糊造成的视觉跟踪精度损失，来大幅提高运动跟踪的表现。但是，单目VINS (Visual-Inertial System) 在使用中也有一些问题需要解决：

1. 第一个问题是初始化困难：由于缺失直接的距离观测，很难直接将单目视觉结构与惯性测量进行融合；
2. 其次是VINS 严重的非线性问题：这会在估计器初始化过程中带来巨大的挑战，再大部分场景中系统需要放置在一个位置已知的静态区域，然后缓慢小心地移动，这会极大限制系统的应用场景；
3. 另一个问题是VIO 的长期漂移问题：为了消除累积漂移，会使用回环检测、重定位及全局优化技术；
4. 此外还有对于地图保存与重使用的需求正在不断增长。