无人驾驶之slam十四讲考试卷

本文深入解析SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技术的核心概念,包括定义、地图类型、数学模型、正交矩阵、刚体运动、欧拉角、群论、李群、李代数、相机畸变、位姿估计、MAP思想、优化方法、光流法、直接法等,涵盖视觉SLAM的基本框架、特征点匹配、运动估计、建图、后端优化等关键环节。

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注:本卷可结合博文的考纲使用

一、填空题(63分,定义,区别,作用2分,其他1分)
1.slam的定义是________________________________________________________________。
2.度量地图和拓扑地图的区别是________________________________________________。
3.运动方程的抽象数学模型函数式为________________,对wk的建模我们常用_____________模型。观测方程的抽象数学模型函数式为_______________________,对v(k,j)建模时我们经常不能直接用参数滤波算,而用__________________滤波。
4.正交矩阵的定义是_____________,它可以用来表示______________。
5.刚体运动中使用齐次坐标得到的矩阵被称为___________矩阵。里面的元素包括
一个______矩阵,一个_______向量。
6.欧拉角包含______角_______角________角,缺陷是会产生______锁,为此我
们可以用两个互为相反的________表示旋转,其一般形式为_________________。
7.群的四大性质是___________, 幺元_______________m_____________。李群是具有_____________的群。幺元的实际意义是_____________________________________。
8.SO(3)群的性质有____________m___________,实质是由________组成的群,SE(3)群
的性质有_________m__________其实质是由_________组成的群。
9.李代数的性质有_________m m__________m_。矩阵一般表示一种变换,相当于映射函数,将一些点映射到另一些点,所以李代数的实际意义是___________________________________________________________________________,
算术意义是__________________________________________________________________。
10.相机畸变分为____________m____________。两者在物理上的矫正方法有____________m_____________。在数学上的矫正方程为___________m__________
11.相机内参是在我们计算____________________的时候用到的,实际上内参也会变化,如______________________________________影响时内参就会变化。
12.相机位姿估计为什么使用非线性优化?把非线性优化拆分成分段线性优化是否可行?m____________________________________________________________________。
13.MAP的基本思想是__________________________________________________________。
14.一阶二阶梯度法的计算式为___________________,高斯牛顿法(GN)的计算式为____________________m列文伯格马夸尔特法(LM)的计算式为________________。
LM比起GN的优势在于_____________________________________________________。
15.光流法的基本假设是_________________。其定义式为_________________________。
16.直接法的优点是_____________________,缺点是_______________________________。

二、简答题(10分)
1.请画出视觉slam的基本框架并解释各个部分的作用。(10分)

三、计算题(25分)
1.左扰动模型是slam优化中一个非常重要的模型,在估计相机运动误差上有着
重要的应用。(25分)
(1)写出SO(3),SE(3)到其对应李代数及其李代数到他们自己的转换关系式。(6分)

(2)写出四元数与旋转向量的转换关系式及四元数到旋转矩阵的转换关系式。(4分)

(3)写出BCH公式的线性近似表达关系式,并写出左扰动模型近似的思想原理,由其推导SE(3)上的求导模型。(15分)

四、综合题(52分)
现在要求你设计一个标准的ORB-slam系统,(单目)请回答如下问题。(每题都要求画图,要有公式,要有示例说明)
(1)给定两帧图片(具有连续性)及相机视角等参数,如何进行特征点寻找及特征点匹配?(要求画图,要有公式,要有示例说明)(5分)

(2)若在两帧图片上有若干对已匹配的特征点,请你根据这些已匹配点分别用对极几何约束,P3P,ICP估计相机的运动,写出其定义式、思想及区别。(要求画图,要有公式,要有示例说明)(12分)

(3)若已经得到自身位姿,如何根据匹配的点云通过三角测量方法进行稀疏建图?在相机坐标系和世界坐标系的变换是如何进行的? (要求画图,要有公式,要有示例说明)(10分)

(4)如何用BA进行后端优化?H矩阵为什么可以稀疏化?为什么需要边缘化?其好处是?为什么我们需要鲁棒核函数?(要求画图,要有公式,要有示例说明)(18分)

(5)若使用pose graph进行优化,其步骤是?(要求画图,要有公式,要有示例说明)(7分)

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