Loam livox: A fast, robust, high-precision LiDAR odometry and mapping package for LiDARs of small Fo

Loam livox: A fast, robust, high-precision LiDAR odometry and mapping package for LiDARs of small FoV

Points Selection And Feature Extraction 选点和提取特征

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A. Points selection 选点

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B. Feature extraction 提取特征

Iterative Pose Optimization 迭代位姿优化

A. Residual of edge-to-edge 边到边

我们使用ξk\xi_kξkξm\xi_mξm分别表示所有的在当前帧和地图的所有边线特征。对于每一个ξk\xi_kξk中的点,我们在ξm\xi_mξm中找到最近的5个点。为了加速搜索的速度,我们建立了一个ξm\xi_mξm的kdtree。而且,这个kd-tree的线程是一旦收到上一针registered 帧或者子帧就会被另一个并行的线程构建。这样做的话当接收到新数据的时候,KD-tree就可以立马被用上。

我们用符号PlP_lP

<think>嗯,用户想了解LOAM算法的详细信息及其在实时环境中的应用,特别是2014年Ji Zhang的那篇论文。首先,我需要回忆一下LOAM的基本原理和结构。根据引用[1],LOAM分为前端里程计和后端建图两个部分,前端负责高频低精度的运动估计,后端低频高精度优化。这样分工降低了计算复杂度,实现实时性。 用户可能想知道LOAM是如何解决激光雷达在快速移动中的点云畸变问题的。引用[5]提到LOAM处理雷达快速移动导致的畸变,通过分两个算法来处理。需要解释前端和后端的具体步骤,比如特征提取、运动估计和地图匹配。可能还需要提到时间戳补偿,如引用[2]中提到的匀速运动假设,这样可以在不同时间接收的数据中进行运动补偿,减少畸变。 另外,用户可能对LOAM的创新点感兴趣,比如特征分类(边缘和平面特征)以及扫描匹配策略。引用[4]对比了其他方法,指出LOAM不需要IMU或高精度里程计,实时性更好。这里需要强调LOAM如何利用激光雷达的扫描模式,优化特征匹配,从而在保证精度的同时降低计算量。 实时应用方面,引用[1]和[3]提到LOAM在KITTI基准测试中的表现,说明其可以达到离线批处理的精度。可能需要举例说明实际应用场景,比如自动驾驶中的导航和环境建模。此外,引用[4]提到Bosse和Zlot的方法需要批处理,而LOAM实时生成地图,适合需要即时反馈的场景。 用户可能还想了解LOAM的优缺点。优点包括低漂移、实时性,缺点可能是对运动假设的依赖,比如假设匀速运动,这在有突变的情况下可能影响精度。此外,特征提取在不同环境下的稳定性也是一个考量点。 最后,生成相关问题时要覆盖算法原理、优化、对比、应用场景和挑战。比如询问如何处理动态环境,或者与其他传感器融合的方法。需要确保问题能引导用户更深入理解LOAM的各个方面。</think>### LOAM激光雷达里程计与建图算法详解 LOAMLidar Odometry and Mapping)是Ji Zhang等人于2014年提出的实时激光SLAM算法,通过特征匹配和双频架构解决运动畸变问题[^1]。其核心思想是将复杂的SLAM问题分解为高频低精度的里程计和低频高精度的建图两个模块(图8)[^3]。 #### 一、算法核心架构 1. **前端(Lidar Odometry)** - **特征提取**:根据曲率筛选边缘特征(sharp edge)和平面特征(planar surface) - **运动估计**:以10Hz频率通过ICP匹配相邻帧特征,建立点-线/点-面约束方程 - **时间戳补偿**:利用匀速运动假设修正点云畸变[^2] 2. **后端(Lidar Mapping)** - **地图匹配**:以1Hz频率将累积的点云与全局地图配准 - **位姿优化**:使用Levenberg-Marquardt算法求解非线性最小二乘问题 - **地图更新**:保留稀疏特征点云降低存储需求 $$ \min_{T} \sum_{i=1}^{n}||d(T\cdot p_i, \mathcal{M})||^2 $$ 其中$T$为变换矩阵,$p_i$为特征点,$\mathcal{M}$为地图模型[^1] #### 二、实时性实现关键 1. **双频架构**:通过前端的快速响应(200ms/帧)和后端的精细优化(1s/帧)平衡计算负载 2. **特征选择策略**:保留2%边缘特征和4%平面特征,减少匹配计算量 3. **运动模型约束**:假设车辆匀速运动简化状态估计[^2] 4. **数据结构优化**:采用k-d树加速最近邻搜索 #### 三、性能评估 在KITTI数据集测试中,LOAM的平移误差小于1%,旋转误差小于0.01deg/m,达到离线批处理方法精度(表1)[^1]。相比需要IMU辅助的Zebedee系统[^4],LOAM仅用单线激光雷达即可实现相同建图质量。 #### 四、实际应用场景 1. 自动驾驶车辆定位导航(KITTI测试场景) 2. 无人机室内外环境建模 3. 工业机器人动态路径规划 4. 地下矿井三维重建[^4] ```cpp // 特征提取伪代码示例 for each laser scan line: calculate point curvature c = Σ|p_i - p_j|^2 sort c in descending order select top 2% as edge features select top 4% flat regions as plane features ```
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