Efficient and Accurate Downfacing Visual–Inertial Odometry

Jonas Kühne

doi:10.1109/JIOT.2025.3609011

Efficient and Accurate Downfacing Visual–Inertial Odometry

2025-11-07

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DOI：10.1109/JIOT.2025.3609011

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视觉-惯性里程计（VIO）是一种广泛使用的计算机视觉方法，通过相机和IMU传感器确定代理的运动。本文提出了一种高效且准确的VIO流水线，针对微型和纳米UAV的应用进行了优化。所提出的设计集成了先进的特征检测和跟踪方法[SuperPoint (SP)、PX4FLOW和oriented FAST and rotated BRIEF (ORB)]，所有方法均针对新兴的基于RISC-V的超低功耗片上系统（SoC）进行了优化和量化。此外，通过采用刚体运动模型，该流水线减少了估计误差，并在平面运动场景中实现了更高的精度。在超低功耗SoC上，通过计算需求和量化后的跟踪精度评估了该流水线实时VIO的适用性。该流水线，包括三种特征跟踪方法，已在SoC上实现以进行实际验证。该设计弥合了传统上运行在计算能力强大系统上的高精度VIO流水线与适用于微控制器的轻量化实现之间的差距。在GAP9低功耗SoC上运行的优化流水线在使用ORB特征跟踪器时，其RMSE平均减少了高达 $3.65\times $ 。对特征跟踪器计算复杂性的分析进一步表明，PX4FLOW在运动速度低于24像素/帧时，以更低的运行时间实现了与ORB相当的跟踪精度。

Keyword:

Constrained devices

cyber-physical systems

embedded devices

energy-efficient devices

mobile and ubiquitous systems

real-time systems

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