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VIOarXiv:2601.00702

DefVINS: 変形シーン向け視覚慣性オドメトリ

DefVINS: Visual-Inertial Odometry for Deformable Scenes

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変形する環境でも動作する初の視覚慣性オドメトリ手法を提案し、剛体運動と非剛体変形を分離して推定することでカメラ姿勢のドリフトを抑える。実画像と正解姿勢を含む新ベンチマークVIMandalaも構築した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 変形するシーンに対応した初のvisual-inertial odometry (VIO) パイプライン「DefVINS」を提案。 - 剛体でIMUに固定されたオドメトリ状態と、embedded deformation graphで表現される非剛体シーンワープに分解してモデル化。 - 実画像と正解カメラポーズを含む変形シーンVIOベンチマーク「VIMandala」を初めて構築。 - 合成Drunkard'sベンチマークに慣性計測を追加し、制御条件下での評価も実施。 - 可観測性解析を行い、IMUが変形下でカメラ運動を拘束し、未観測モードを識別可能にすることを示す。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のVIOは剛体仮定に基づき、変形シーンでは局所非剛体運動への過適合やカメラポーズドリフトが生じる。 - DefVINSは変形環境で動作する初のVIOパイプラインであり、剛体VIOや非剛体VOベースラインを上回る性能を実現。 - 変形シーンVIOの実画像ベンチマークVIMandalaを初めて提供し、評価基盤を確立。 - 可観測性解析により、IMUが変形下で未観測モードを識別可能にすることを特徴づけ、条件数ベースの活性化戦略を導出。

3. 技術・手法の肝は?

- オドメトリ状態を剛体でIMUに固定された成分と、embedded deformation graphによる非剛体シーンワープに分解。 - IMUアンカリングを採用し、変形下での可観測性を向上。 - 可観測性解析に基づき、励起が不十分な場合の不適切な更新を避ける条件数ベースの活性化戦略を導入。 - 合成Drunkard'sベンチマークに慣性計測を追加し、制御条件下で評価可能に。

4. どうやって有効だと検証した?

- 合成Drunkard'sベンチマーク(慣性計測を追加)と実画像VIMandalaベンチマークで実験。 - 剛体visual-inertialおよび非剛体visual odometryベースラインと比較し、DefVINSが優位であることを示す。 - 可観測性解析により、IMUが変形下でカメラ運動を拘束し未観測モードを識別可能にすることを理論的に検証。

5. 議論はある?

- 変形シーンにおけるVIOの可観測性解析を提供し、IMUアンカリングの有効性を議論。 - 条件数ベースの活性化戦略により、励起不足時の不適切な更新を回避することを議論。 - ソースコードとデータは採択後に公開予定。 - その他の議論や限界については要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究:rigid visual-inertial odometry, non-rigid visual odometry, Drunkard's benchmark。 - 関連手法:embedded deformation graph, IMU anchoring, observability analysis。 - 同分野の定番:VINS-Mono, ORB-SLAM3, DSO, OKVISなど。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Samuel Cerezo, Javier Civera

分類: cs.RO, cs.CV

原文アブストラクト

Deformable scenes violate the rigidity assumptions underpinning classical visual--inertial odometry (VIO), often leading to over-fitting to local non-rigid motion or to severe camera pose drift when deformation dominates visual parallax. In this paper, we introduce DefVINS, the first visual-inertial odometry pipeline designed to operate in deformable environments. Our approach models the odometry state by decomposing it into a rigid, IMU-anchored component and a non-rigid scene warp represented by an embedded deformation graph. As a second contribution, we present VIMandala, the first benchmark containing real images and ground-truth camera poses for visual-inertial odometry in deformable scenes. In addition, we augment the synthetic Drunkard's benchmark with simulated inertial measurements to further evaluate our pipeline under controlled conditions. We also provide an observability analysis of the visual-inertial deformable odometry problem, characterizing how inertial measurements constrain camera motion and render otherwise unobservable modes identifiable in the presence of deformation. This analysis motivates the use of IMU anchoring and leads to a conditioning-based activation strategy that avoids ill-posed updates under poor excitation. Experimental results on both the synthetic Drunkard's and our real VIMandala benchmarks show that DefVINS outperforms rigid visual--inertial and non-rigid visual odometry baselines. Our source code and data will be released upon acceptance.

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