ORB-SLAM3论文(一)

ORB-SLAM3(一)

ORB-SLAM3:精确的开源视觉、视觉惯导融合以及多地图SLAM

论文链接:https://arxiv.org/abs/2007.11898

代码链接:

(gitte转载下载较快,760M就很过分!!):https://gitee.com/ustbcxk/ORB_SLAM3

(原始链接):https://github.com/UZ-SLAMLab/ORB_SLAM3

本人编译时没有遇到太多问题,所以在此引用知乎一位朋友的避坑指南(小秋SLAM笔记的编译踩坑文): https://www.zhihu.com/question/408916240/answer/1361086876。

文章摘要:本文介绍了ORB-SLAM3,这是第一个能够用单目、立体和RGB-D相机,使用针孔和鱼眼镜头模型进行视觉、视觉惯性和多地图SLAM的系统。第一个主要的创新是一个基于特征的紧密集成视觉惯性SLAM系统,它完全依赖于最大后验概率(MAP)估计,甚至在IMU初始化阶段也是如此。其结果是一个系统,在小型和大型,室内和室外环境中都能稳定地运行,并且比以前的方法精确2到5倍。第二个主要的创新是一个多地图系统,它依赖于一种新的位置识别方法和改进的召回。多亏了它,ORB-SLAM3能够在长时间的不良视觉信息下生存:当它丢失时,它会启动一个新的地图,当重新访问地图区域时,它将与以前的地图无缝地合并。与只使用最后几秒信息的视觉里程计系统相比,ORB-SLAM3是第一个能够在所有算法阶段重用所有先前信息的系统。这允许包含束内调整共可见关键帧,这些关键帧提供了高视差观测,提高了精度,即使它们在时间上相隔甚远,或者它们来自以前的映射会话。我们的实验表明,在所有的传感器配置中,ORBSLAM3与文献中可用的最佳系统一样健壮,并且更精确。值得注意的是,我们的立体惯性SLAM在EuRoC无人机上的平均精度为3.6cm,在TUM-VI数据集(AR/VR场景的一个典型设置)中,快速手持移动时的平均精度为9mm。为了社区的利益,我们公开源代码。

一、关于ORB-SLAM3

相对于ORB-SLAM2以及ORB-SLAM-VI,其最大的亮点有:1、基于特征的紧密集成视觉惯性SLAM系统(将极大后验概率估计MAP用于IMU初始化等);2、多地图SLAM系统(新的位置识别方法);

1、在IMU初始化阶段引入MAP思想,提高了初始化速度,并且极大提高了鲁棒性,精确度提升明显。

2、多子地图系统大大提高了系统召回率,ORBSLAM3在视觉信息缺乏甚至丢失时具有更高的鲁棒性。当跟丢目标时将会重建一个子地图,并在回环loop closing过程中与之前的非活动地图合并。故ORB-SLAM3是第一个可以重用历史所有算法得到的信息的系统,也就以为着之前的共视关键帧也可以用来一起BA(无论是地图集里活动地图还是非活动地图的共视关键帧)。

二、ORBSLAM3框架

整体框架以ORB-SLAM2为基础,进行了改进,图1为ORB-SLAM2框架,图2为ORB-SLAM3框架:

img

​ 图1 ORB-SLAM2框架图

ORB-SLAM3框架

​ 图2 ORB-SLAM3框架图

从框架图中也可以看出,ORB-SLAM3最突出的两点是IMU融合、地图集(map atlas)以及地图融合(map merging)。

<think>好的,用户想了解ORB-SLAM3算法的实现原理、代码示例和使用教程。首先,我需要回忆ORB-SLAM3的基本结构。ORB-SLAM3个多系统的SLAM框架,支持单目、双目和RGB-D相机,还能处理IMU数据。它基于特征点,使用ORB特征,这点和之前的版本类似,但加入了IMU紧耦合和地图集管理。 接下来,实现原理部分应该分模块说明。比如系统架构、特征提取、地图初始化、跟踪与优化、闭环检测和地图融合。需要强调ORB特征的优势,比如旋转不变性和计算效率。同时,IMU的紧耦合如何处理,可能是预积分或者优化过程中的IMU约束。 关于代码示例,用户可能需要个简单的例子,比如如何初始化系统、读取图像和运行跟踪。不过ORB-SLAM3本身是C++项目,代码结构比较复杂,可能需要指导用户去官方仓库查看。另外,要提醒用户安装依赖项,比如OpenCV、Eigen、Pangolin等。 使用教程方面,需要分步骤:环境配置、下载代码、安装依赖、编译运行,可能还要提下数据集的使用,比如EuRoC或KITTI。用户可能遇到的问题比如依赖项版本不兼容,编译错误,这时候要给出常见解决办法,或者建议查看官方文档和社区。 然后,根据用户提供的格式,需要生成相关问题。可能的问题包括ORB-SLAM3的改进点、与VINS-MONO的区别、实际部署中的挑战、如何添加新传感器等。这些问题能帮助用户深入理解。 还要注意引用格式,可能引用ORB-SLAM3论文或者官方文档。比如在提到多传感器融合时引用相关部分。同时,确保所有数学公式用正确的LaTeX格式,比如视觉重投影误差和IMU预积分的公式需要用$$...$$包围,行内变量用$...$。 最后,检查内容是否准确,避免错误信息。比如ORB-SLAM3确实支持视觉惯性紧耦合,而地图集管理是其创新点之。代码示例部分可能需要简化,因为完整的代码太复杂,这里可以指导用户参考GitHub的具体文件,比如System.cc或Tracking.cc。 总结:结构上先讲原理,分模块说明,然后代码示例给出关键部分,使用教程分步骤,最后生成相关问题。确保符合用户的中文需求,并且技术细节正确。</think>### ORB-SLAM3算法实现原理 ORB-SLAM3是首个支持单目、双目、RGB-D相机和多地图管理的视觉惯性SLAM系统[^1],其核心原理包括: 1. **多传感器融合** 通过视觉特征(ORB)与IMU数据紧耦合,提升运动估计精度。视觉重投影误差与IMU预积分误差联合优化: $$E = \sum \rho \left( \| e_{visual} \|^2_{\Sigma_v} \right) + \sum \rho \left( \| e_{imu} \|^2_{\Sigma_i} \right)$$ 其中$\rho$为鲁棒核函数,$\Sigma$为协方差矩阵[^2]。 2. **地图集(Atlas)管理** 动态维护多个子地图,支持场景切换和长期鲁棒性。通过DBoW2词袋模型实现跨地图的闭环检测[^3]。 3. **跟踪与优化** - **跟踪线程**:基于稀疏直接法快速定位相机位姿 - **局部建图**:BA优化局部地图点与关键帧 - **闭环修正**:使用位姿图优化全局致性 --- ### 代码示例(关键模块) ORB-SLAM3代码库包含以下核心文件: ```cpp // 1. 系统初始化(System.cc) System::System(const string &strSettingsFile, eSensor sensor) { mpVocabulary = new ORBVocabulary(); mpVocabulary->loadFromTextFile(strVocFile); mpMapAtlas = new Atlas(); } // 2. 特征提取(ORBextractor.cc) void ORBextractor::operator()(cv::Mat image, vector<KeyPoint>& keypoints) { cv::FAST(image, keypoints, ThFAST, true); computeOrientation(image, keypoints); } ``` 完整代码需参考[官方仓库](https://github.com/UZ-SLAMLab/ORB_SLAM3)--- ### 使用教程 #### 环境配置 1. 安装依赖: ```bash sudo apt-get install libopencv-dev libeigen3-dev libpangolin-dev ``` 2. 克隆代码库: ```bash git clone https://github.com/UZ-SLAMLab/ORB_SLAM3.git ``` 3. 编译: ```bash chmod +x build.sh ./build.sh ``` #### 运行示例(EuRoC数据集) ```bash ./Examples/Monocular/mono_euroc \ Vocabulary/ORBvoc.txt \ Examples/Monocular/EuRoC.yaml \ PATH_TO_DATASET/MH_01_easy \ Dataset-SLAM ``` ---
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