ORB-SLAM2论文解读与总结

最近阅读了Raúl Mur-Artal and Juan D. Tardós写的ORB_SLAM2论文,并做了一些小结

ORB-SLAM2: an Open-Source SLAM System for Monocular, Stereo and RGB-D Cameras

以下是本人对这篇文章的一些小结,仅供参考。

 

一 、摘要部分

    ORB_SLAM2是一套基于单目、双目以及RGB-D的完整方案,可以实现地图重用、回环检测以及重新定位的功能。后端主要采用BA优化方法,内部包含了一个轻量级的定位模型,实现利用VO 追踪未建图区域和与地图点匹配实现零漂移定位。

这篇文章是在单目ORB-SLAM的基础上提出ORB-SLAM2,主要有以下贡献:

1. 这是首个基于单目,双目和RGB-D相机的开源SLAM方案,这个方案包括,回环检测,地图重用和重定位。

2. 结果说明,BA优化比ICP或者光度和深度误差最小方法的更加精确。

3. 通过匹配远处和近处的双目匹配的点和单目观测,双目的结果比直接使用双目系统更加精确。

4. 针对无法建图的情况,提出了一个轻量级的定位模式 ,能够更加有效的重用地图。

 

二、ORB_SLAM2

 

1、简介

    ORB_SLAM2由3+1个平行线程组成,包括跟踪、局部建图、回环检测以及在回环检测后的全局BA优化。之所以说是3+1,因为第四个线程仅在回环检测并确认后才执行。

前三个主要并行线程:

a、跟踪:通过寻找对局部地图特征进行匹配,利用纯运动BA最小化重投影误差进行定位每帧图片的相机;

b、局部建图:通过执行局部BA管理局部地图并优化;

c、回环检测:检测大的环并通过执行位姿图优化更正漂移误差。这个线程触发第四线程;

d、全局BA:在位姿图优化之后,计算整个系统最优结构和运动结果。

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### 关于 ORB-SLAM1 的代码解读学习笔记 尽管当前主流的研究和应用更多集中在 ORB-SLAM2ORB-SLAM3 上,但 ORB-SLAM1 是其系列算法的基础版本,具有重要的研究价值。以下是关于 ORB-SLAM1 代码的解读学习笔记: #### 1. **ORB-SLAM1 的核心模块** ORB-SLAM1 主要由三个线程组成:跟踪(Tracking)、局部建图(Local Mapping)以及回环检测(Loop Closing)。这些模块的功能如下[^4]: - **跟踪模块**:负责实时估计相机的姿态并追踪场景中的特征点。 - **局部建图模块**:构建地图的关键部分,优化关键帧及其对应的三维点位置。 - **回环检测模块**:通过词袋模型识别相似的关键帧,消除累计误差。 #### 2. **关键数据结构** ORB-SLAM1 中定义了许多重要数据结构用于存储和管理信息。例如: - `KeyFrame` 类表示关键帧,包含了图像、姿态、特征点等信息。 - `MapPoint` 类表示三维点,记录了该点的世界坐标及相关观测信息。 - 向量型成员变量以 `mv` 开头,列表型成员变量以 `ml` 开头,分别用于存储不同类型的数值集合。 #### 3. **特征提取匹配** ORB-SLAM1 使用 ORB 特征作为主要描述子。它具备快速性和旋转不变性的特点,在实际应用中表现出良好的性能[^2]。具体实现流程包括: - 提取每帧图像上的 ORB 特征点。 - 利用 Hamming 距离计算特征点之间的相似度,并完成初始匹配。 - 应用 RANSAC 方法剔除误匹配点,进一步提高精度。 #### 4. **几何约束位姿估计** 为了获得更精确的相机位姿,ORB-SLAM1 借助单应矩阵或基础矩阵来建立几何关系[^3]。随后通过分解本质矩阵得到相对旋转和平移向量 \( \mathbf{R}, \mathbf{t} \),最终完成全局优化过程。 #### 5. **代码阅读建议** 对于初学者来说,可以从以下几个方面入手深入理解 ORB-SLAM1 的源码逻辑: - 阅读官方文档及配套论文,熟悉理论背景和技术细节。 - 结合调试工具逐步剖析各函数调用链路。 - 参考社区资源如 优快云 博客文章或其他开发者分享的学习经验[^1]。 ```cpp // 示例代码片段展示如何初始化 ORB 参数 cv::Ptr<cv::FeatureDetector> orb = cv::ORB::create( 500, // 默认最大特征数 1.2f, // 尺度金字塔倍增因子 8 // 层数 ); ``` --- ###
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