SLAM介绍

本文介绍了SLAM(同时定位与建图)技术的基本概念及其在机器人、虚拟现实和增强现实领域的应用。SLAM技术通过传感器信息实现环境的地图构建及自身定位。文章详细探讨了SLAM的分类,包括激光SLAM和视觉SLAM,并对视觉SLAM的不同形式进行了说明。

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SLAM是Simultaneous Localization and Mapping的缩写,意为“同时定位与建图”。它是指运动物体根据传感器的信息,一边计算自身位置,一边构建环境地图的过程。目前,SLAM的应用领域主要有机器人、虚拟现实和增强现实。其用途包括传感器自身的定位,以及后续的路径规划、场景理解。

两大类

随着传感器种类和安装方式的不同,SLAM的实现方式和难度会有很大差异。粗略来说,SLAM主要分为激光、视觉两大类。其中,激光SLAM研究较早,理论和工程均比较成熟。视觉方案目前(2016)尚处于实验室研究阶段,极少看到实际产品应用。

四小类

按照传感器类型的不同,更细粒度地可以把SLAM分为基于激光雷达的 2D/3D SLAM、基于深度相机的 RGBD SLAM、基于视觉传感器的 visual SLAM(简称 vSLAM)、基于视觉传感器和惯性单元的 visual inertial odometry(简称 VIO)。

视觉SLAM

视觉SLAM又可以分为三大类:单目、双目(或多目)、RGBD。其余还有鱼眼、全景等特殊相机,但是在研究和产品中都属于少数。此外,结合惯性测量器件(Inertial Measurement Unit,IMU)的视觉SLAM也是现在研究热点之一。就实现难度而言,我们可以大致将这三类方法排序为:单目视觉>双目视觉>RGBD。

### 雷达SLAM的概念 雷达同步定位与地图构建(SLAM),即Radar SLAM,是一种利用雷达传感器数据来实现机器人或车辆自主导航的技术。该方法通过处理来自雷达的数据,在未知环境中创建环境的地图并同时估计自身的位姿变化情况[^1]。 ### 技术原理 雷达SLAM依赖于雷达发射电磁波束,并接收反射回来的信息以感知周围物体的位置和速度。由于毫米波雷达具有较强的穿透能力以及抗干扰性能好等特点,使得其在复杂天气条件下仍能保持较高的精度。具体来说: - **特征提取**:从原始点云或者回波强度图像中识别出稳定的几何结构作为路标; - **匹配关联**:将当前帧检测到的地标与历史记录中的已知位置相比较寻找对应关系; - **状态更新**:基于上述两步的结果调整预测轨迹参数完成闭环检测; ```python def radar_slam_algorithm(radar_data, previous_map): features = extract_features_from_radar(radar_data) # 特征提取 correspondences = find_corresponding_landmarks(features, previous_map) # 匹配关联 updated_pose = update_robot_position(correspondences) # 状态更新 new_map = integrate_new_observations(updated_pose, radar_data) return new_map, updated_pose ``` ### 应用场景 随着自动驾驶技术和智能交通系统的快速发展,雷达SLAM被广泛应用于多个领域之中。例如,在无人驾驶汽车上安装有多种类型的传感装置,其中就包含了能够全天候工作的激光/毫米波雷达设备。这些装备可以为车辆提供精确可靠的周边信息支持安全行驶决策过程[^2]。 #### 自动驾驶汽车 对于无人车而言,即使是在恶劣气候环境下也能依靠雷达来进行准确定位及路径规划操作。这不仅提高了行车安全性还增强了系统鲁棒性。 #### 室内外机器人导航 无论是工业级AGV还是家用服务型机器人,都可以借助这项技术实现在不同光照条件下的稳定运行。尤其是在一些光线不足的地方如仓库内部或是地下停车场等场所表现出色。 #### 地形勘探与测绘 当面对复杂的地理地貌时,传统光学手段可能受到遮挡物影响而失效。此时采用具备较强穿墙能力和多径效应抑制特性的雷达则成为理想的选择之一。
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