Aggressive motions from agile flights or traversing irregular terrain induce motion distortion in LiDAR scans that can degrade state estimation and mapping. Some methods exist to mitigate this effect, but they are still too simplistic or computationally costly for resource-constrained mobile robots. To this end, this paper presents Direct LiDAR-Inertial Odometry (DLIO), a lightweight LiDAR-inertial odometry algorithm with a new coarse-to-fine approach in constructing continuous-time trajectories for precise motion correction. The key to our method lies in the construction of a set of analytical equations which are parameterized solely by time, enabling fast and parallelizable point-wise deskewing. This method is feasible only because of the strong convergence properties in our nonlinear geometric observer, which provides provably correct state estimates for initializing the sensitive IMU integration step. Moreover, by simultaneously performing motion correction and prior generation, and by directly registering each scan to the map and bypassing scan-to-scan, DLIO's condensed architecture is nearly 20% more computationally efficient than the current state-of-the-art with a 12% increase in accuracy. We demonstrate DLIO's superior localization accuracy, map quality, and lower computational overhead as compared to four state-of-the-art algorithms through extensive tests using multiple public benchmark and self-collected datasets.


翻译:快速飞行或穿行不规则地形的快速飞行或超常地形的反动动作会使LiDAR扫描中的运动扭曲,从而降低国家估计和绘图的精确度。我们的方法的关键在于构建一套分析方程式,这些方程式仅按时间进行参数化,能够快速和平行地进行点对齐。对于资源受限制的移动机器人来说,这些方程式仍然过于简单化或计算成本高昂。为此,本文件展示了直接的LiDAR-Inertial Odography(DLIO),这是一个轻巧的LIDAR-IAR-Intern-indoratimation 算法,以及一个新的粗略到粗略的方法,用来为精确的动作校正。DLIO的精度校准只能由时间来进行,这一系列分析方程式对于资源受限制的移动机器人来说,之所以可行,是因为我们的非线性地理测量观察者具有很强的趋同性。此外,通过进行运动校正的每次扫描和绕扫描到扫描,DLIO的精度结构,比目前水平的精确度要近20%,并且通过四度地计算,以更精确地计算。</s>

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