对g2o的理解和学习(基于slamEng.cpp)

本文详细介绍了g2o库在SLAM中的应用,包括图优化理论、g2o代码解析,以及如何使用g2o进行图优化。通过实例展示了如何选择优化方法,初始化求解器,构建图模型,并进行优化。g2o默认使用四元数和平移向量表示位姿,通过设置信息矩阵来衡量不确定性。

图优化理论

  • 图优化,就是把优化问题表现成图(Graph)的一种方式,一个图由若干顶点(Vertex)以及连接这些顶点的边(Edge)构成。
  • 用顶点表示优化变量,用边表示误差项。
  • 对任意一个上述形式的非线性最小二乘问题,我们可以构建与之对应的一个图。
  • g2o默认使用四元数和平移向量表达位姿。

g2o代码解析(来自slamEnd.cpp)

// 选择优化方法
typedef g2o::BlockSolver<g2o::BlockSolverTraits<6,3> > SlamBlockSolver;
// 选择一个线性方程求解器LinearSolver:这里选择的是CSparse,每个误差项优化变量维度为6,误差值维度为3;即6为pose的维度,3表示landmark的维度
typedef g2o::LinearSolverCSparse< SlamBlockSolver::PoseMatrixType > SlamLinearSolver;
// 初始化求解器
std::unique_ptr linearSolver ( new SlamLinearSolver());
linearSolver->setBlockOrdering( false );
//选择一个块求解器blockSolver:块求解器是包含线性求解器的存在,之所以是包含,是因为块求解器会构建好线性求解器所需要的矩阵块(也就是H和b
std::unique_ptr blockSolver ( new SlamBlockSolver ( std::move(linearSolver)));
//选择一个迭代策略OptimizationAlgorithmL:这

### g2o库中CurveFitting的C++实现细节 g2o(General Graph Optimization)是一个用于优化图结构的C++库,广泛应用于SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)领域。CurveFitting是g2o中的一个典型应用案例,用于拟合曲线以最小化误差[^4]。 以下是基于g2o库实现的CurveFitting示例代码: ```cpp #include "g2o/types/slam3d/vertex_se3.h" #include "g2o/core/block_solver.h" #include "g2o/core/optimization_algorithm_levenberg.h" #include "g2o/core/robust_kernel_impl.h" #include "g2o/solvers/csparse/linear_solver_csparse.h" using namespace std; using namespace g2o; int main(int argc, char** argv) { // 构建图优化问题 SparseOptimizer optimizer; // 图优化器 optimizer.setVerbose(true); // 打印优化信息 // 定义顶点 VertexSE3Expmap* v = new VertexSE3Expmap(); // 使用SE3表示的顶点 v->setId(0); v->setEstimate(SE3Quat()); // 初始估计值 optimizer.addVertex(v); // 添加边 for (size_t i = 0; i < 10; ++i) { // 假设有10个观测数据 EdgeSE3* e = new EdgeSE3(); e->setId(i + 1); e->setVertex(0, v); // 边连接到顶点v e->setMeasurement(SE3Quat()); // 测量值 e->setInformation(Eigen::Matrix<double, 6, 6>::Identity()); // 信息矩阵 optimizer.addEdge(e); } // 设置求解器 typedef BlockSolver<BlockSolverTraits<6, 1>> Block; // 每个顶点有6个自由度 unique_ptr<Block::LinearSolverType> linearSolver(new LinearSolverCSparse<Block::PoseMatrixType>()); unique_ptr<Block> solver_ptr(new Block(std::move(linearSolver))); OptimizationAlgorithmLevenberg* solver = new OptimizationAlgorithmLevenberg(std::move(solver_ptr)); optimizer.setAlgorithm(solver); // 开始优化 optimizer.initializeOptimization(); optimizer.optimize(100); // 最大迭代次数为100 // 输出结果 cout << "Optimized SE3: " << endl << v->estimate().toMatrix() << endl; return 0; } ``` 上述代码展示了如何使用g2o库进行简单的SE3曲线拟合。通过定义顶点边,并设置求解器,最终实现了对曲线的优化[^4]。 ### 实现细节说明 1. **顶点定义**:`VertexSE3Expmap` 是 g2o 中用于表示 SE(3) 空间变换的顶点类型。它通常用于描述刚体运动。 2. **边定义**:`EdgeSE3` 表示连接两个顶点的边,包含测量值信息矩阵。在 CurveFitting 的场景中,边可以表示观测数据与模型之间的约束关系。 3. **求解器配置**:使用 `OptimizationAlgorithmLevenberg` 配置 Levenberg-Marquardt 算法作为优化算法,适用于非线性最小二乘问题。 4. **优化过程**:调用 `optimizer.optimize()` 方法执行优化,调整顶点位置以最小化所有边的误差。 ### 注意事项 - 上述代码仅为示例,实际应用中需要根据具体问题调整顶点类型、边定义以及测量值等参数。 - g2o 库支持多种顶点边类型,用户可以根据需求选择合适的类型[^5]。
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