İçeriğe geç

Görsel odometri (VO) ile VIO arasındaki fark nedir?

Yayın:

Görsel odometri (VO), bir aracın hareketini yalnızca kamera görüntülerinden kestirir. Görsel-ataletsel odometri (VIO) ise bu kestirimi ataletsel ölçüm biriminden (IMU) gelen ivme ve açısal hız verisiyle birleştirir. Kısacası VIO, VO'nun kamera tek başına yetmediğinde zorlandığı durumları IMU ile telafi eden hâlidir.

Görsel odometri nasıl çalışır?

Görsel odometri, ardışık kamera kareleri arasında sahnenin nasıl değiştiğine bakarak kameranın, dolayısıyla aracın ne kadar döndüğünü ve hangi yöne ilerlediğini hesaplar. Küçük adımlar art arda eklenerek bir yol (trajektori) elde edilir.

İki ana yaklaşım vardır. Özellik tabanlı yöntemler görüntüde köşe gibi ayırt edici noktalar bulur, bunları sonraki karede eşleştirir ve geometriden hareketi çözer. Doğrudan (direct) yöntemler ise nokta çıkarmak yerine piksel parlaklıklarını doğrudan karşılaştırır.

Tek kameralı (monoküler) VO'nun bilinen bir sınırı vardır: tek kamera mesafeyi doğrudan ölçmediği için hareketin yönü bulunur ama gerçek ölçeği bilinmez. Stereo kamera ya da ek sensörler bu sorunu çözer.

VIO nedir, VO'ya ne ekler?

IMU, ivmeölçer ve jiroskoptan oluşur; aracın ivmesini ve dönüş hızını yüksek frekansta ölçer. VIO bu ölçümleri kamera verisiyle birleştirir.

Birleştirme iki şekilde yapılabilir. Gevşek bağlı (loosely coupled) sistemler kamera ve IMU'dan ayrı ayrı kestirim yapıp sonuçları birleştirir. Sıkı bağlı (tightly coupled) sistemler ise ham görsel gözlemleri ve IMU ölçümlerini tek bir kestirim probleminde birlikte kullanır; genellikle daha doğru ama daha karmaşıktır. Uygulamada hem filtre tabanlı (örneğin MSCKF) hem de kayan pencere optimizasyonuna dayalı VIO yöntemleri yaygındır.

  • Ölçek: IMU'nun ivme ölçümleri, yeterli hareket olduğunda gerçek mesafenin kestirilmesini sağlar.
  • Hızlı hareket: kameranın takip edemediği ani hareketlerde ve kısa süreli görüntü kayıplarında IMU boşluğu doldurur.
  • Yatay referans: IMU yerçekiminin yönünü ölçtüğü için aracın yatış ve yunuslama açıları gözlemlenebilir hâle gelir.

İkisinin ortak sınırları

Hem VO hem VIO göreli yöntemlerdir: her adımda küçük bir hata yapılır ve bu hatalar zamanla birikir. VIO'da özellikle yatay konum ve yön (yaw) mutlak olarak gözlemlenemez, bu yüzden uzun sürede kayma kaçınılmazdır.

Görsel kısım hâlâ kameraya bağlıdır: dokusuz yüzeyler, düşük ışık, parlama ve hareket bulanıklığı her iki yöntemi de zorlar. VIO'nun iyi çalışması için kamera ile IMU arasındaki kalibrasyonun ve zaman senkronizasyonunun doğru olması da gerekir.

Hangisi ne zaman tercih edilir?

Yalnızca kamera bulunan, yavaş hareket eden ya da işlem gücünün çok kısıtlı olduğu sistemlerde VO yeterli olabilir. Drone gibi hızlı manevra yapan ve zaten bir IMU taşıyan araçlarda ise VIO genellikle daha dayanıklı bir sonuç verir.

Uzun mesafelerde biriken hatayı sınırlamak için her iki yöntem de çoğu zaman döngü kapatma yapan SLAM, arazi referanslı navigasyon ya da sahne eşleştirme gibi mutlak referans sağlayan kaynaklarla birlikte kullanılır.

iris'in sabit kanatlı İHA'lar için geliştirdiği GPS'siz navigasyon kiti IRA-2 de VIO üzerine kuruludur: kamera görüntüsünü ataletsel ölçümlerle tamamen araç üzerinde birleştirir.

IRA-2: VIO tabanlı GPS'siz navigasyon →

Sık sorulan sorular

Kısa sürelerde GPS kesintisini köprüleyebilir, ancak hatası zamanla birikir. Bu yüzden uzun süreli GPS'siz navigasyonda VIO genellikle mutlak konum sağlayan başka kaynaklarla birleştirilir.

Görsel odometri yalnızca aracın hareketini adım adım kestirir ve geçmişi unutur. SLAM ise ayrıca bir harita tutar; daha önce görülen bir yere dönüldüğünde biriken hatayı döngü kapatma ile düzeltebilir.

IMU ölçümlerindeki küçük sapma ve gürültülerin, konum hesaplanırken defalarca toplanması sonucu hatanın zamanla büyümesidir. Bu nedenle IMU tek başına uzun süre doğru konum veremez ve kamera gibi başka sensörlerle desteklenir.

Görünür ışık kamerası kullanan sistemler düşük ışıkta zorlanır, çünkü izlenecek ayrıntılar kaybolur ve görüntü gürültüsü artar. Kızılötesi ya da termal kameralarla çalışan yöntemler üzerine çalışmalar vardır; performans kullanılan sensöre ve koşullara bağlıdır.