We propose a novel type of map for visual navigation, a renderable neural radiance map (RNR-Map), which is designed to contain the overall visual information of a 3D environment. The RNR-Map has a grid form and consists of latent codes at each pixel. These latent codes are embedded from image observations, and can be converted to the neural radiance field which enables image rendering given a camera pose. The recorded latent codes implicitly contain visual information about the environment, which makes the RNR-Map visually descriptive. This visual information in RNR-Map can be a useful guideline for visual localization and navigation. We develop localization and navigation frameworks that can effectively utilize the RNR-Map. We evaluate the proposed frameworks on camera tracking, visual localization, and image-goal navigation. Experimental results show that the RNR-Map-based localization framework can find the target location based on a single query image with fast speed and competitive accuracy compared to other baselines. Also, this localization framework is robust to environmental changes, and even finds the most visually similar places when a query image from a different environment is given. The proposed navigation framework outperforms the existing image-goal navigation methods in difficult scenarios, under odometry and actuation noises. The navigation framework shows 65.7% success rate in curved scenarios of the NRNS dataset, which is an improvement of 18.6% over the current state-of-the-art.


翻译:我们提出一种新型的视觉导航地图——可渲染神经辐射场地图(RNR-Map),其设计旨在包含三维环境的完整视觉信息。RNR-Map采用网格形式,每个像素点存储潜在编码。这些潜在编码从图像观测中嵌入,并可转换为神经辐射场,从而能够根据相机位姿进行图像渲染。记录的潜在编码隐式包含环境的视觉信息,使RNR-Map具有视觉描述能力。该地图中的视觉信息可为视觉定位与导航提供有效指导。我们开发了能够充分利用RNR-Map的定位与导航框架,并在相机跟踪、视觉定位及图像目标导航任务上评估了所提框架。实验结果表明,基于RNR-Map的定位框架能通过单张查询图像快速定位目标位置,在速度与精度上均优于其他基线方法。此外,该定位框架对环境变化具有鲁棒性,即使面对不同环境的查询图像,也能找到最相似的视觉位置。所提出的导航框架在存在里程计与执行器噪声的困难场景中优于现有图像目标导航方法,在NRNS数据集的曲线场景中达到65.7%的成功率,较当前最优方法提升18.6%。

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