An improved feature extractor for the lidar odometry and mapping algorithm

Abstract

La extracción de características es una tarea crítica en la localización y mapeo simultáneo o Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) basado en características, que es uno de los problemas más importantes de la comunidad robótica. Un algoritmo que resuelve SLAM utilizando características basadas en LiDAR es el algoritmo LiDAR Odometry and Mapping (LOAM). Este algoritmo se considera actualmente como el mejor algoritmo SLAM según el Benchmark KITTI. El algoritmo LOAM resuelve el problema de SLAM a través de un enfoque de emparejamiento de características y su algoritmo de extracción de características detecta las características clasifican los puntos de una nube de puntos como planos o agudos. Esta clasificación resulta de una ecuación que define el nivel de suavidad para cada punto. Sin embargo, esta ecuación no considera el ruido de rango del sensor. Por lo tanto, si el ruido de rango del LiDAR es alto, el extractor de características de LOAM podría confundir los puntos planos y agudos, lo que provocaría que la tarea de emparejamiento de características falle. Esta tesis propone el reemplazo del algoritmo de extracción de características del LOAM original por el algoritmo Curvature Scale Space (CSS). La elección de este algoritmo se realizó después de estudiar varios extractores de características en la literatura. El algoritmo CSS puede mejorar potencialmente la tarea de extracción de características en entornos ruidosos debido a sus diversos niveles de suavizado Gaussiano. La sustitución del extractor de características original de LOAM por el algoritmo CSS se logró mediante la adaptación del algoritmo CSS al Velodyne VLP-16 3D LiDAR. El extractor de características de LOAM y el extractor de características de CSS se probaron y compararon con datos reales y simulados, incluido el dataset KITTI utilizando las métricas Optimal Sub-Pattern Assignment (OSPA) y Absolute Trajectory Error (ATE). Para todos estos datasets, el rendimiento de extracción de características de CSS fue mejor que el del algoritmo LOAM en términos de métricas OSPA y ATE.