一个SLAM系统可以分为前端和后端,其中前端称为视觉里程计,其作用是根据相邻图像的信息估计出粗略的相机运动,给后端提供较好的初始值
视觉里程计的算法主要有两大类:特征点法(主流方法)、直接法
1、特征点
视觉里程计的核心问题是根据图像估计相机运动。特征点法是从各个图像中选取相同的有代表性的点(相机视角发生少量变化时,这些点保持不变),在这些点的基础上讨论相机位姿估计问题以及这些点的定位问题。在经典SLAM模型中,这些点是路标;在视觉SLAM中,这些点是图像特征
数字图像在计算机中以灰度值矩阵方式存储。在视觉里程计中,希望特征点在相机运动后保持稳定,而灰度值容易受光照、形变、物体材质等影响,在不同图像之间变化很大,不稳定。因此仅凭灰度值不够,需要对图像提取特征点
特征点是图像里一些特别的地方,一般可以分为角点、边缘、区块。区分同一个角点最简单,区分一个区块最难。在大多数应用中,单纯的角点不能满足需求。例如,从远处看是角点的地方,当相机靠近或者旋转,可能就不显示为角点了。因此,研究者们设计了许多更稳定的局部图像特征,如:SIFT、SURF、ORB,它们比一般的角点有更好的特性:
1、可重复性:相同特征可以在不同图像中找到
2、可区别性:不同特征有不同表达
3、高效率:同一个图像中,特征点数量远小于像素点数量
4、本地性:特征只与一小片图像区域相关
特征点由关键点和描述子组成。关键点是特征点在图像中的位置,有些特征点还具有朝向、大小等信息。描述子描述了这个关键点周边像素的信息。只要两个特征点的描述子在向量空间上距离很近,就认为它们是同一个特征点
SIFT(尺度不变特征变换)是一种很精确的表达,但计算量较大。一般CPU无法实时计算SIFT特征,因此SLAM比较少采用
FAST关键点(不是特征点,没有描述子)适当降低精度和鲁棒性,提升计算速度<

本文详细介绍了SLAM系统中的前端视觉里程计,它通过相邻图像估计相机运动。主要讨论了特征点法,特别是ORB特征,包括FAST角点检测和BRIEF描述子。ORB特征结合了尺度不变性和旋转不变性,适用于实时视觉SLAM。特征匹配是解决数据关联的关键,而误匹配问题则需要高效的匹配算法来克服。
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