orb单目初始化过程

最近在整理关于tracking中单目初始化的过程感觉没有之前自己想象的那么简单 所以在次记录一下

tracking中初始化分为单目和双目 但因为双目中有深度信息所以他的初始化较为简单,而单目相机因为无法自己获得深度信息所以需要一系列的过程来获得深度信息以恢复位姿R,t

1.选取可以作为起始两帧的初始帧,选取如下

(1)先要构建单目初始器 若第一帧所观测到的特征点的个数>100则构建单目初始器

(2)若第二帧所观察到的特征点数>100则开始初始化过程否则返回(1)重新构建单目初始器

(3)在满足了(1)(2)之后要将第一帧和第二帧找到的特征点进行匹配如果匹配点数<100则需要回到(1)重新开始

2.计算两帧之间的位姿

通过H或F模型来进行单目的初始化,得到两帧之间的相对运动R,t 初始地图点初始化第一帧作为世界坐标

(1)通过两个线程并行的计算F和H矩阵并选择其中的一个模型恢复出两帧之间的相对位姿以及点云(F用于非平面,H用于平面)

(2)根据RH的的得分RH>0.45选择单应矩阵否则选择基础矩阵从H或F中恢复出位姿R,t

(3)将初始化成功的第一帧作为世界坐标系,第一帧变换矩阵为单位阵,由Rcw和tcw构造出Tcw,Tcw为世界坐标系到该帧的变换矩阵即第一帧到第二帧的相对位姿

3.三角化获得点云深度,得到地图点

(1)姿通过三角化获得匹配点对的点云深度,获得3D点(删除不能三角化的匹配特征点对同时遍历匹配的特征点对得到3D点)用获得的3D点构造地图

 

(2)将初始化成功的第一帧和第二帧即初始关键帧和当前关键帧的描述子转换为BOW,并将关键帧(第一二帧)插入地图中

4.更新关键帧之间的连接关系在3D点和关键帧之间建立边,然后BA优化

 

每个边都有一个权重,边的权重是该关键帧与当前帧共视的3D点的个数
5.将地图点的中值深度归一化为1并归一化两帧之间的变换
6.将初始化关键帧和当前关键帧插入到局部地图和局部关键帧中同时将关键帧设为参考帧
以上初始化完成

同时也整理了几个对于单目初始化有帮助理解的博客 在此也感谢博主们!

 

 

 

https://blog.youkuaiyun.com/try_again_later/article/details/84098510

https://blog.youkuaiyun.com/zhubaohua_bupt/article/details/78560966

### ORB-SLAM3 初始化指南及相关问题 ORB-SLAM3 是一种先进的视觉 SLAM 系统,支持单目、双目和 RGB-D 输入,并扩展到多地图管理和回环检测等功能。其初始化过程对于系统的稳定运行至关重要,因为初始姿态估计的质量直接影响后续的跟踪性能和地图构建精度。 #### 初始姿态估计的重要性 在 ORB-SLAM3 中,初始化阶段的主要目标是从输入帧中提取特征并计算相机的姿态以及场景中的稀疏三维点位置[^1]。如果初始化失败,则可能导致整个系统无法正常工作或进入错误状态。因此,理解初始化过程及其潜在问题是非常重要的。 #### 单目初始化的特点与挑战 对于单目摄像头而言,由于缺乏深度信息,ORB-SLAM3 需要通过三角化多个视图之间的匹配点来恢复尺度信息。这一过程依赖于足够的运动(即摄像机需移动一定距离),以便能够观察到同一组特征的不同视角下的投影变化。如果没有足够的相对位移或者光照条件不佳造成特征提取困难,都可能引发初始化失败的情况。 #### 多传感器融合的优势 相比单纯的视觉方法,ORB-SLAM3 还提供了IMU辅助选项,在这种配置下利用惯性测量单元的数据可以帮助改善低纹理环境下难以完成的初始化操作。这是因为加速度计和陀螺仪可以直接提供关于设备方向改变的信息,即使是在几乎没有视觉特征的情况下也能维持较好的定位能力。 以下是针对一些常见初始化问题的具体分析: - **问题一:初始化时间过长** 解决方案通常涉及调整参数设置以适应具体应用场景的需求。例如增加最小追踪特征数量阈值可提高可靠性但也延长等待周期;减少该数值则加快启动速度但牺牲了一定程度上的精确度。 - **问题二:弱纹理区域处理** 当面对墙壁等单调表面时,传统算法往往表现欠佳。为此引入语义分割技术识别特定类别物体作为额外线索有助于克服此类难题。 ```python def initialize_orb_slam(config_file, vocabulary_path): """ Initialize the ORB_SLAM3 system with given configuration and vocabulary. Args: config_file (str): Path to YAML file containing settings. vocabulary_path (str): Filepath pointing towards .txt vocab resource. Returns: object: Instance of initialized SLAM framework ready for processing frames. """ import pyorb_slam slam_system = pyorb_slam.System(config_file=config_file, voc_file=vocabulary_path, sensor_type='MONOCULAR') return slam_system ``` 上述代码片段展示了如何使用 Python 接口调用 ORB_SLAM3 库创建实例的方法之一。
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