We propose fast and communication-efficient optimization algorithms for multi-robot rotation averaging and translation estimation problems that arise from collaborative simultaneous localization and mapping (SLAM), structure-from-motion (SfM), and camera network localization applications. Our methods are based on theoretical relations between the Hessians of the underlying Riemannian optimization problems and the Laplacians of suitably weighted graphs. We leverage these results to design a collaborative solver in which robots coordinate with a central server to perform approximate second-order optimization, by solving a Laplacian system at each iteration. Crucially, our algorithms permit robots to employ spectral sparsification to sparsify intermediate dense matrices before communication, and hence provide a mechanism to trade off accuracy with communication efficiency with provable guarantees. We perform rigorous theoretical analysis of our methods and prove that they enjoy (local) linear rate of convergence. Furthermore, we show that our methods can be combined with graduated non-convexity to achieve outlier-robust estimation. Extensive experiments on real-world SLAM and SfM scenarios demonstrate the superior convergence rate and communication efficiency of our methods.


翻译:我们提出快速且通信高效的多机器人旋转平均与平移估计算法,这些算法源自协同同时定位与建图(SLAM)、运动恢复结构(SfM)以及相机网络定位应用。我们的方法基于底层黎曼优化问题的海森矩阵与适当加权图拉普拉斯矩阵之间的理论关系。利用这些结果,我们设计了一种协同求解器,其中机器人与中央服务器协作,通过每轮迭代求解一个拉普拉斯系统来执行近似二阶优化。关键之处在于,我们的算法允许机器人在通信前使用谱稀疏化对中间稠密矩阵进行稀疏化,从而提供一种在精度与通信效率之间进行权衡并具有可证明保证的机制。我们对方法进行了严格的理论分析,证明了其具有(局部)线性收敛速度。此外,我们展示了这些方法可以与渐进非凸性相结合以实现鲁棒的离群值抑制。在真实世界的SLAM和SfM场景上的大量实验证明了我们方法优越的收敛速度和通信效率。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月3日
VIP会员
最新内容
刚刚!Jev中文教程项目发布了
专知会员服务
0+阅读 · 今天12:14
《人工智能赋能的适应性多功能电磁战》
专知会员服务
12+阅读 · 9月29日
俄乌战场实验室:全面战争如何重塑现代作战
专知会员服务
8+阅读 · 9月29日
2026年美空军协会会议上的无人机系统趋势
专知会员服务
11+阅读 · 9月28日
反制无人机:乌克兰提供的五点启示
专知会员服务
16+阅读 · 9月23日
《各指挥层级均亟需红队能力》报告
专知会员服务
11+阅读 · 9月23日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员