slam基础知识

常用重要性质:
(1)正交矩阵相乘仍然是正交矩阵
A、B是正交矩阵,那么AA’=E BB’=E
(AB)(AB)'=ABB’A’=A(BB’)A’=AEA’=AA’=E
(2)一个矩阵乘以正交矩阵,范数不变
||Ux||2=(Ux)T(Ux)=xTUTUx=xTx=||x||2
(3)一个矩阵乘以可逆矩阵秩不变

(4)初等变换只是不影响矩阵的秩,其他的特性都改变了。对于计算矩阵的行列式,不能进行初等变换,但是可以做行列的进加减,不能乘以系数。

(5)矩阵的迹:矩阵的主对角线上各个元素的总和,是矩阵所有特征值的和

(6)对角矩阵的特征值是其对角线上的各个元素

(7)矩阵的秩等于非零奇异值的个数,等于非零特征值的个数

(8)任意矩阵都能进行奇异值分解,只有方阵才可以进行特征值分解
特征值分解:
如果一个向量 v 是方阵 A的特征向量,将可以表示成下面的形式: Av= λv,λ 称为特征向量 v 对应的特征值,并且一个矩阵的一组特征向量是一组正交向量。
特征值分解:Q是这个矩阵A的特征向量组成的矩阵,Σ是一个对角阵,每一个对角线上的元素就是一个特征值

奇异值分解:
假设A是一个N * M的矩阵,U是一个N * N的方阵(正交矩阵),Σ 是一个N * M的矩阵(对角线上的元素为奇异值),VT是一个M * M的矩阵(正交矩阵)

特征值和奇异值的关系:

(1)U 的列向量,是 AA^T 的特征向量;
(2)V的列向量,是 A^TA 的特征向量;
(3)A的奇异值(Σ 的非零对角元素)则是 AA^T 或者 A^TA 的非零特征值的平方根。

(9)秩与自由度( 方阵A(nn) )
矩阵的秩,指的是经过初等变换之后的非零行(列)的个数,若不存在零行(列),则为满秩矩阵(Rank(A)=n;关于矩阵的秩的另一种理解:A矩阵将n维空间中的向量映射到k(k<=n)维空间中,k=Rank(A)
矩阵(参数矩阵)

### 激光视觉融合SLAM基础知识教程入门介绍 #### 什么是激光视觉融合SLAM? 激光视觉融合SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)是指通过结合激光雷达(LiDAR)和相机(Visual)两种传感器的数据,在未知环境中同步实现机器人的自定位与环境建图的技术。这种多模态数据的融合能够充分利用各自的优势,提高系统的鲁棒性和精度。 - **激光雷达** 提供高精度的距离测量信息,适用于构建精确的地图模型并用于位置估计。 - **摄像头** 则能捕捉丰富的纹理细节,有助于识别场景中的物体及其变化情况。 两者相辅相成,共同作用于解决复杂环境下机器人自主导航面临的挑战[^1]。 #### 工作原理概述 在一个典型的激光视觉融合SLAM系统中: - 首先由**前端部分**负责感知周围世界的状态。对于视觉输入而言,这通常涉及到特征点检测、描述子计算以及跟踪;而对于LiDAR,则主要是执行点云分割和平面拟合等操作。 - 接着进入**后端优化阶段**,这里会综合考虑来自不同源的信息来进行全局姿态调整。比如采用扩展卡尔曼滤波(EKF)或图形优化(Graph Optimization),使得最终输出的位置更加稳定可靠。 - 此外还有专门针对特定应用场景设计的方法论,像V-LOAM就提出了一种将视觉里程计与基于扫描匹配的LiDAR里程计结合起来的整体架构,从而改善了实时运动估算及点云注册的表现效果[^2]。 #### 实现方式举例——最大重用LIO地图下的VIO框架 为了进一步提升效率,某些方案尝试直接利用已有的LIO(Localization & Mapping with LiDAR-Inertial Odometry)成果作为基础来辅助VIO(Visual Inertial Odometry)工作。具体做法是把先前建立好的地图点重新映射至当前帧所对应的视角范围内,并以此为基础求解最优变换矩阵使新旧视图间差异最小化。如此一来既省去了繁杂的目标提取过程又实现了跨传感模式的有效衔接[^3]。 ```python def fuse_vision_lidar(vision_data, lidar_map_points): """ 将视觉数据与现有的LiDAR地图点进行融合 参数: vision_data (list): 来自摄像机的一系列图像特征集合 lidar_map_points (numpy.ndarray): 存储有历史记录下来的三维坐标集 返回值: optimized_pose (Pose object): 经过联合校正后的最新位姿预测结果 """ # ... 省略实际算法逻辑 ... ``` #### 多传感器集成趋势 随着研究不断深入和技术进步,越来越多的研究者倾向于探索更多种类设备间的协作可能性。例如引入惯性测量单元(IMU)甚至全球卫星定位系统(GPS)参与进来形成更为完整的感知体系。这类复合型解决方案不仅增强了抗干扰能力还拓宽了适用范围,成为当下热门发展方向之一[^4]。 ---
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