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논문 상세정보

달 탐사 로버의 적응형 움직임 가중치에 따른 스테레오 준직접방식 비주얼 오도메트리

Stereo Semi-direct Visual Odometry with Adaptive Motion Prior Weights of Lunar Exploration Rover

초록

위성항법시스템이 없는 달 표면에서 탐사 로버의 신뢰성 있는 항법성능을 확보하기 위해 관성측정장치나 카메라와 같은 추가적인 센서를 활용한 항법 알고리즘이 필수적이다. 일례로 미국의 화성 탐사 로버에 스테레오 카메라를 이용한 비주얼 오도메트리(VO)가 성공적으로 사용된 바 있다. 본 논문에서는 달 유사환경의 스테레오 흑백 이미지를 입력받아 달 탐사 로버의 6 자유도 움직임을 추정하였다. 제안하는 알고리즘은 희소 이미지 정렬 기반의 준직접방식 VO를 통해 연속된 이미지간의 상대 움직임을 추정한다. 또한 비선형성에 취약한 직접방식 VO를 보완하고자 최적화 시 로버의 움직임에 따른 가중치를 비용 함수에 고려하였고, 그 가중치는 이전 단계에서 계산된 포즈의 선형 함수로 제안한다. 본 논문에서 제안하는 로버의 움직임에 따른 가중치를 통해 실제 달 환경의 특성을 반영하는 토론토 대학의 달 유사환경 데이터셋에서 VO 성능이 향상됨을 확인하였다.

Abstract

In order to ensure reliable navigation performance of a lunar exploration rover, navigation algorithms using additional sensors such as inertial measurement units and cameras are essential on lunar surface in the absence of a global navigation satellite system. Unprecedentedly, Visual Odometry (VO) using a stereo camera has been successfully implemented at the US Mars rovers. In this paper, we estimate the 6-DOF pose of the lunar exploration rover from gray images of a lunar-like terrains. The proposed algorithm estimates relative pose of consecutive images by sparse image alignment based semi-direct VO. In order to overcome vulnerability to non-linearity of direct VO, we add adaptive motion prior weights calculated from a linear function of the previous pose to the optimization cost function. The proposed algorithm is verified in lunar-like terrain dataset recorded by Toronto University reflecting the characteristics of the actual lunar environment.

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