Cartographer总结（1:整体框架）

最新推荐文章于 2025-06-20 16:00:14 发布

扛着相机的翻译官

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分类专栏： SLAM

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本文介绍了Cartographer的工程结构，包括cartographer和cartographer_ros，以及它们在SLAM中的作用。Cartographer依赖于glog、ceres和Protobuf等库，支持2D和3D建图。文章详细阐述了Cartographer的类层次，强调了trajectory概念的重要性，并概述了全局和局部SLAM的角色。在ROS环境中，重点讲述了map_builder的创建、节点的启动、轨迹的加载和订阅过程。此外，还提到了时间处理的注意事项，Cartographer内部使用的是UTC时间，与ROS时间不完全相同，需要进行转换。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Cartographer总结（1:整体框架）

by 扛着相机的翻译官

Git上开源的cartographer分为cartographer工程和其ros封装即cartographer_ros两部分。cartographer_ros部分只是对cartographer的封装应用，相当于一个example，可以用来理解cartographer的接口如何使用。

cartographer使用了goolge自带的一些库，如 ceres, glog 等，还有一些非google开发的依赖库，如 Protobuf，Lua 等。最新版本的cartographer使用了更多google开发的库。这些goolge的库使用起来方不方便因人而异，我个人的使用感觉还是很不方便的，尤其是在安装过程中，版本的要求较多，跨平台能力一般。

*Protobuf: 是一种平台无关、语言无关、可扩展且轻便高效的序列化数据结构的协议，可以用于网络通信和数据存储。
*Lua：用来配置cartographer的各项参数。

cartographer的官网可以找到整体流程图：

在这里插入图片描述

该流程图简单表示了算法内部的数据流程，实际使用的类要比流程图中多一些。
根据我的总结，cartographer的类分层顺序为：map_builder->global_trajectory_builder->local_trajectory_builder
这其中包含了2d和3d两种情况，分别实例化2d和3d的相关类。（todo: 列出相关类）
为什么要有trajectory的概念呢？这正是cartographer的伟大之处，它支持多次建图，和純定位（pure localization），同时稍加改进，cartographer将可以解决slam中的某些long-term问题。即同一场景不同时间建图时的场景变化的问题，在历史地图上进行增量建图的问题。这一切都得益于trajectory的概念。
Global_slam负责整张map的维护，包括回环检测和后端优化。
Local_slam负责submap的生成，前端的算法。

在cartographer_ros中最主要的是在node_main.cpp中：

1.创建一个cartographer的map_builder，此类是建图的基础，几乎所有功能都在该类内部：

auto map_builder =
      cartographer::common::make_unique<cartographer::mapping::MapBuilder>(
          node_options.map_builder_options);

2. 创建一个node，并将map_builder传入node中：

Node node(node_options, std::move(map_builder), &tf_buffer);

3. 如果有需要载入的pbstream文件，进行文件读取和数据反序列化：

 if (!FLAGS_load_state_filename.empty()) {
    node.LoadState(FLAGS_load_state_filename, FLAGS_load_frozen_state);
  }

4. 使用默认的topic创建trajectory:

  if (FLAGS_start_trajectory_with_default_topics) {
    node.StartTrajectoryWithDefaultTopics(trajectory_options);
  }

5. 运行ros的回调，即订阅topics的过程:

  ::ros::spin();

至此，启动算法的全部流程完成，还有两个结束建图时运行的函数：

  node.FinishAllTrajectories();//结束所有的trajectory
  node.RunFinalOptimization();//运行最终优化

在添加trajectory的过程中，分为以下3个步骤，都是非常重要的环节，分布初始化了cartographer的Extrapolator和SensorSamplers，这两个功能都是cartographer自带的；第三个是基于ros的topic订阅，在ros::spin()的作用下订阅topics:

  /// 1
  AddExtrapolator(trajectory_id, options);
  /// 2
  AddSensorSamplers(trajectory_id, options);
  /// 3
  LaunchSubscribers(options, topics, trajectory_id);

关于cartographer的时间

注意！cartographer内部使用的时间为：::cartographer::common::Time ，是UTC时间不是Unix时间，除此之外还与ROS的time不同。
ROS的time使用的是seconds + nano-seconds，而 ::cartographer::common::Time 使用的是seconds + 100*nano-seconds，不要混淆。
所以使用的时候需要进行转换，cartographer 中已经给出了 ::ros::Time ToRos 和 ::cartographer::common::Time FromRos 两者之间互相转换的函数。

2:cartographer的外部封装