IROS 2021 | 具有挑战性的Hilti SLAM数据集

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作者丨paopaoslam

来源泡泡机器人SLAM

标题：The Hilti SLAM Challenge Dataset

作者：Michael Helmberger, Kristian Morin, Nitish Kumar, Danwei Wang, Yufeng Yue,Giovanni Cioffi, Davide Scaramuzza

来源：2021 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)

编译：李雨昊

审核:王靖淇，柴毅

摘要

据估计，无人驾驶系统在导航、建图等任务中具有非常基本的能力。但环境的多样性SLAM算法带来了场景稀疏、光照条件变化、动态目标干扰等巨大挑战。目前在SLAM该领域的学术研究主要集中在利用多模态数据构建更准确的鲁棒系统上。因此，本文提出了一个新的数据集Hilti，采集中使用的传感器（e.g.视觉、激光、IMU等)已经严格校准。处理所有原始数据。每个数据都包含准确的真实值，可以用来做不同的事情SLAM算法测试。数据集涵盖12种不同的场景，并提供相应的内外参考。数据集地址：https://hilti-challenge.com/dataset.html 。

Hilti本数据集中使用的传感器及相应的技术指标和数据质量，以及几种算法的测试如下：

数据采集设备包括三类7小种，统一集成在一个类中Phasma stick分别是：

1.Sevensense的AlphaSense

2.激光雷达分别是Ouster OS0-64和Livox MID70

3.IMU设备分别为：Analog Devices ADIS16445（内嵌于AlphaSense在相机系统模块中，帧率为800Hz）、Bosch BMI085(也嵌入AlphaSense在系统中，但精度稍差，时间同步严密，帧率为200Hz），以及InvenSense ICM-20948（内嵌于Ouster在雷达中，噪声和偏置稳定性比ADIS16445差，比Bosch BMI085好，于与Ouster雷达时间同步严密，帧率100Hz）

同时地面真值采用的是Hilti PLT全站仪采集300，精度可达3mm；6自由度的位置真值是Optical Tacking精度优于1mm，帧率可达200Hz。

硬件链接如下：

https://www.sevensense.ai/product/alphasense-position https://ouster.com/products/os0-lidar-sensor/

https://www.livoxtech.com/mid-70

https://www.analog.com/en/products/adis16445.html

https://www.bosch-sensortec.com/products/motion-sensors/imus/bmi085/ https://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/9-axis/icm-20948

https://www.hilti.com/c/CLS MEA TOOL INSERT 7127

时间同步是在不同设备之间进行的。

相机内参由厂家校准，外参由标准棋盘格校准；激光雷达校准采用适当的校准模型，数据采集时已校正。整个Phasma stick系统载体坐标系的参考点是AlphaSense Bosch IMU在系的中心，所有数据都转换为坐标系。Phasma stick空间偏移通过CAD测量模型并校准旋转。运动捕捉系统标志和AlphaSense Bosch IMU手眼标定工具箱完成外参标定。

存在的问题：

虽然经过严密的标定和安装，但是数据集中还是存在额外的问题：运动捕捉系统和数据记录系统之间存在时差；由于控制器过载导致丢帧现象。

图1. 所有设备集成在一起Phasma stick上。

图2.地下室、大学校园、建筑工地、办公室、实验室、办公室Mitte、公园和RPG跟踪区域主要是室内场景和室内外混合场景。数据集中在SLAM算法提供了光变化等特征缺失\高反射\透明表面等挑战。

图3.不同设备之间有严格的时间同步:AlphaSense, Bosch IMU and ADIS IMU之间通过FPGA硬件同步后，时差小于1ms；Ouster lidar and Invensense IMU之间通过Ouster硬件同步是内部时钟，时间差小于1ms；不同模块之间的同步是通过PTP完成网络时间协议后，时差小于1ms。

图4。实验室场景中不同传感器采集的数据。

表I：本数据集中不同方法的表现

表II：每个传感器都在ROS中的Topic

Abstract

Accurate and robust pose estimation is a fundamental capability for autonomous systems to navigate, map and perform tasks. Particularly, construction environments pose challenging problem to Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) algorithms due to sparsity, varying illumination conditions, and dynamic objects. Current academic research in SLAM is focused on developing more accurate and robust algorithms for example by fusing different sensor modalities. To help this research, we propose a new dataset, the Hilti SLAM Challenge Dataset. The sensor platform used to collect this dataset contains a number of visual, lidar and inertial sensors which have all been rigorously calibrated. All data is temporally aligned to support precise multi-sensor fusion. Each dataset includes accurate ground truth to allow direct testing of SLAM results. Raw data as well as intrinsic and extrinsic sensor calibration data from twelve datasets in various environments is provided. Each environment represents common scenarios found in building construction sites in various stages of completion.

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