AlignMiF: Geometry-Aligned Multimodal Implicit Field for LiDAR-Camera Joint Synthesis

Neural implicit fields have been a de facto standard in novel view synthesis. Recently, there exist some methods exploring fusing multiple modalities within a single field, aiming to share implicit features from different modalities to enhance reconstruction performance. However, these modalities often exhibit misaligned behaviors: optimizing for one modality, such as LiDAR, can adversely affect another, like camera performance, and vice versa. In this work, we conduct comprehensive analyses on the multimodal implicit field of LiDAR-camera joint synthesis, revealing the underlying issue lies in the misalignment of different sensors. Furthermore, we introduce AlignMiF, a geometrically aligned multimodal implicit field with two proposed modules: Geometry-Aware Alignment (GAA) and Shared Geometry Initialization (SGI). These modules effectively align the coarse geometry across different modalities, significantly enhancing the fusion process between LiDAR and camera data. Through extensive experiments across various datasets and scenes, we demonstrate the effectiveness of our approach in facilitating better interaction between LiDAR and camera modalities within a unified neural field. Specifically, our proposed AlignMiF, achieves remarkable improvement over recent implicit fusion methods (+2.01 and +3.11 image PSNR on the KITTI-360 and Waymo datasets) and consistently surpasses single modality performance (13.8% and 14.2% reduction in LiDAR Chamfer Distance on the respective datasets).Comment: CVPR202

Robust and Fast 3D Scan Alignment using Mutual Information

This paper presents a mutual information (MI) based algorithm for the estimation of full 6-degree-of-freedom (DOF) rigid body transformation between two overlapping point clouds. We first divide the scene into a 3D voxel grid and define simple to compute features for each voxel in the scan. The two scans that need to be aligned are considered as a collection of these features and the MI between these voxelized features is maximized to obtain the correct alignment of scans. We have implemented our method with various simple point cloud features (such as number of points in voxel, variance of z-height in voxel) and compared the performance of the proposed method with existing point-to-point and point-to- distribution registration methods. We show that our approach has an efficient and fast parallel implementation on GPU, and evaluate the robustness and speed of the proposed algorithm on two real-world datasets which have variety of dynamic scenes from different environments

Multi-environment Georeferencing of RGB-D Panoramic Images from Portable Mobile Mapping – a Perspective for Infrastructure Management

Hochaufgelöste, genau georeferenzierte RGB-D-Bilder sind die Grundlage für 3D-Bildräume bzw. 3D Street-View-Webdienste, welche bereits kommerziell für das Infrastrukturmanagement eingesetzt werden. MMS ermöglichen eine schnelle und effiziente Datenerfassung von Infrastrukturen. Die meisten im Aussenraum eingesetzten MMS beruhen auf direkter Georeferenzierung. Diese ermöglicht in offenen Bereichen absolute Genauigkeiten im Zentimeterbereich. Bei GNSS-Abschattung fällt die Genauigkeit der direkten Georeferenzierung jedoch schnell in den Dezimeter- oder sogar in den Meterbereich. In Innenräumen eingesetzte MMS basieren hingegen meist auf SLAM. Die meisten SLAM-Algorithmen wurden jedoch für niedrige Latenzzeiten und für Echtzeitleistung optimiert und nehmen daher Abstriche bei der Genauigkeit, der Kartenqualität und der maximalen Ausdehnung in Kauf. Das Ziel dieser Arbeit ist, hochaufgelöste RGB-D-Bilder in verschiedenen Umgebungen zu erfassen und diese genau und zuverlässig zu georeferenzieren. Für die Datenerfassung wurde ein leistungsstarkes, bildfokussiertes und rucksackgetragenes MMS entwickelt. Dieses besteht aus einer Mehrkopf-Panoramakamera, zwei Multi-Beam LiDAR-Scannern und einer GNSS- und IMU-kombinierten Navigationseinheit der taktischen Leistungsklasse. Alle Sensoren sind präzise synchronisiert und ermöglichen Zugriff auf die Rohdaten. Das Gesamtsystem wurde in Testfeldern mit bündelblockbasierten sowie merkmalsbasierten Methoden kalibriert, was eine Voraussetzung für die Integration kinematischer Sensordaten darstellt. Für eine genaue und zuverlässige Georeferenzierung in verschiedenen Umgebungen wurde ein mehrstufiger Georeferenzierungsansatz entwickelt, welcher verschiedene Sensordaten und Georeferenzierungsmethoden vereint. Direkte und LiDAR SLAM-basierte Georeferenzierung liefern Initialposen für die nachträgliche bildbasierte Georeferenzierung mittels erweiterter SfM-Pipeline. Die bildbasierte Georeferenzierung führt zu einer präzisen aber spärlichen Trajektorie, welche sich für die Georeferenzierung von Bildern eignet. Um eine dichte Trajektorie zu erhalten, die sich auch für die Georeferenzierung von LiDAR-Daten eignet, wurde die direkte Georeferenzierung mit Posen der bildbasierten Georeferenzierung gestützt. Umfassende Leistungsuntersuchungen in drei weiträumigen anspruchsvollen Testgebieten zeigen die Möglichkeiten und Grenzen unseres Georeferenzierungsansatzes. Die drei Testgebiete im Stadtzentrum, im Wald und im Gebäude repräsentieren reale Bedingungen mit eingeschränktem GNSS-Empfang, schlechter Beleuchtung, sich bewegenden Objekten und sich wiederholenden geometrischen Mustern. Die bildbasierte Georeferenzierung erzielte die besten Genauigkeiten, wobei die mittlere Präzision im Bereich von 5 mm bis 7 mm lag. Die absolute Genauigkeit betrug 85 mm bis 131 mm, was einer Verbesserung um Faktor 2 bis 7 gegenüber der direkten und LiDAR SLAM-basierten Georeferenzierung entspricht. Die direkte Georeferenzierung mit CUPT-Stützung von Bildposen der bildbasierten Georeferenzierung, führte zu einer leicht verschlechterten mittleren Präzision im Bereich von 13 mm bis 16 mm, wobei sich die mittlere absolute Genauigkeit nicht signifikant von der bildbasierten Georeferenzierung unterschied. Die in herausfordernden Umgebungen erzielten Genauigkeiten bestätigen frühere Untersuchungen unter optimalen Bedingungen und liegen in derselben Grössenordnung wie die Resultate anderer Forschungsgruppen. Sie können für die Erstellung von Street-View-Services in herausfordernden Umgebungen für das Infrastrukturmanagement verwendet werden. Genau und zuverlässig georeferenzierte RGB-D-Bilder haben ein grosses Potenzial für zukünftige visuelle Lokalisierungs- und AR-Anwendungen

An Effective Multi-Cue Positioning System for Agricultural Robotics

The self-localization capability is a crucial component for Unmanned Ground Vehicles (UGV) in farming applications. Approaches based solely on visual cues or on low-cost GPS are easily prone to fail in such scenarios. In this paper, we present a robust and accurate 3D global pose estimation framework, designed to take full advantage of heterogeneous sensory data. By modeling the pose estimation problem as a pose graph optimization, our approach simultaneously mitigates the cumulative drift introduced by motion estimation systems (wheel odometry, visual odometry, ...), and the noise introduced by raw GPS readings. Along with a suitable motion model, our system also integrates two additional types of constraints: (i) a Digital Elevation Model and (ii) a Markov Random Field assumption. We demonstrate how using these additional cues substantially reduces the error along the altitude axis and, moreover, how this benefit spreads to the other components of the state. We report exhaustive experiments combining several sensor setups, showing accuracy improvements ranging from 37% to 76% with respect to the exclusive use of a GPS sensor. We show that our approach provides accurate results even if the GPS unexpectedly changes positioning mode. The code of our system along with the acquired datasets are released with this paper.Comment: Accepted for publication in IEEE Robotics and Automation Letters, 201

Traffic Danger Recognition With Surveillance Cameras Without Training Data

We propose a traffic danger recognition model that works with arbitrary traffic surveillance cameras to identify and predict car crashes. There are too many cameras to monitor manually. Therefore, we developed a model to predict and identify car crashes from surveillance cameras based on a 3D reconstruction of the road plane and prediction of trajectories. For normal traffic, it supports real-time proactive safety checks of speeds and distances between vehicles to provide insights about possible high-risk areas. We achieve good prediction and recognition of car crashes without using any labeled training data of crashes. Experiments on the BrnoCompSpeed dataset show that our model can accurately monitor the road, with mean errors of 1.80% for distance measurement, 2.77 km/h for speed measurement, 0.24 m for car position prediction, and 2.53 km/h for speed prediction.Comment: To be published in proceedings of Advanced Video and Signal-based Surveillance (AVSS), 2018 15th IEEE International Conference on, pp. 378-383, IEE

iDriving: Toward Safe and Efficient Infrastructure-directed Autonomous Driving

Autonomous driving will become pervasive in the coming decades. iDriving improves the safety of autonomous driving at intersections and increases efficiency by improving traffic throughput at intersections. In iDriving, roadside infrastructure remotely drives an autonomous vehicle at an intersection by offloading perception and planning from the vehicle to roadside infrastructure. To achieve this, iDriving must be able to process voluminous sensor data at full frame rate with a tail latency of less than 100 ms, without sacrificing accuracy. We describe algorithms and optimizations that enable it to achieve this goal using an accurate and lightweight perception component that reasons on composite views derived from overlapping sensors, and a planner that jointly plans trajectories for multiple vehicles. In our evaluations, iDriving always ensures safe passage of vehicles, while autonomous driving can only do so 27% of the time. iDriving also results in 5x lower wait times than other approaches because it enables traffic-light free intersections