In this paper, we present a comprehensive investigation of the challenges of Monocular Visual Simultaneous Localization and Mapping (vSLAM) methods for underwater robots. While significant progress has been made in state estimation methods that utilize visual data in the past decade, most evaluations have been limited to controlled indoor and urban environments, where impressive performance was demonstrated. However, these techniques have not been extensively tested in extremely challenging conditions, such as underwater scenarios where factors such as water and light conditions, robot path, and depth can greatly impact algorithm performance. Hence, our evaluation is conducted in real-world AUV scenarios as well as laboratory settings which provide precise external reference. A focus is laid on understanding the impact of environmental conditions, such as optical properties of the water and illumination scenarios, on the performance of monocular vSLAM methods. To this end, we first show that all methods perform very well in in-air settings and subsequently show the degradation of their performance in challenging underwater environments. The final goal of this study is to identify techniques that can improve accuracy and robustness of SLAM methods in such conditions. To achieve this goal, we investigate the potential of image enhancement techniques to improve the quality of input images used by the SLAM methods, specifically in low visibility and extreme lighting scenarios in scattering media. We present a first evaluation on calibration maneuvers and simple image restoration techniques to determine their ability to enable or enhance the performance of monocular SLAM methods in underwater environments.


翻译:本文对用于水下机器人的单目视觉同步定位与建图方法所面临的挑战进行了全面研究。尽管过去十年中,利用视觉数据的状态估计方法取得了显著进展,但大多数评估仅限于可控的室内和城市环境,并在这些环境中展示了令人瞩目的性能。然而,这些技术尚未在极端挑战性条件下得到广泛测试,例如水下场景——其中水况、光照条件、机器人路径和深度等因素会极大地影响算法性能。因此,我们的评估在真实的AUV场景以及能够提供精确外部参考的实验室环境中进行。重点在于理解环境条件(如水的光学特性和光照场景)对单目vSLAM方法性能的影响。为此,我们首先展示所有方法在空气中表现极佳,随后揭示其在挑战性水下环境中性能的退化。本研究的最终目标是识别能够在此类条件下提升SLAM方法精度与鲁棒性的技术。为实现这一目标,我们探究了图像增强技术改善SLAM方法输入图像质量的潜力,特别是在散射介质中低可见度和极端光照场景下。我们首次对校准操作和简单图像恢复技术进行了评估,以确定它们在使单目SLAM方法能够在增强水下环境中发挥作用或提升其性能的能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
1+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
1+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
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
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月8日
VIP会员
最新内容
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
0+阅读 · 21分钟前
加沙、乌克兰和伊朗冲突:人工智能如何改变冲突
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
4+阅读 · 6月9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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
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
1+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
1+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员