没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
首页ORBSLAM翻译.docx
本文主要讲了ORB-SLAM,一个基于特征识别的单目slam系统,可以实时运行,适用于各种场合,室内的或者室外的,大场景或小场景。系统具有很强的鲁棒性,可以很好地处理剧烈运动图像、可以有比较大的余地自由处理闭环控制、重定位、甚至全自动位置初始化。基于近年来的优秀算法,我们对系统做了精简,采用了所有SLAM相同功能:追踪,地图构建,重定位和闭环控制。选用了比较适合的策略,地图重构的方法采用云点和关键帧技术,具有很好的鲁棒性,生成了精简的、可追踪的地图,当场景的内容改变时,地图构建可持续工作。我们用最流行的图像数据集测试了27个图像序列。相比最新的单目SLAM,ORB SLAM性能优势明显。我们在网站上公布了源代码。
资源详情
资源推荐
ORB-SLAM 全文翻译
摘要:
本文主要讲了 ORB-SLAM,一个基于特征识别的单目 slam 系统,可以实时运
行,适用于各种场合,室内的或者室外的,大场景或小场景。系统具有很强的
鲁棒性,可以很好地处理剧烈运动图像、可以有比较大的余地自由处理闭环控
制、重定位、甚至全自动位置初始化。基于近年来的优秀算法,我们对系统做
了精简,采用了所有 SLAM 相同功能:追踪,地图构建,重定位和闭环控制。
选用了比较适合的策略,地图重构的方法采用云点和关键帧技术,具有很好的
鲁棒性,生成了精简的、可追踪的地图,当场景的内容改变时,地图构建可持
续工作。我们用最流行的图像数据集测试了 27 个图像序列。相比最新的单目
SLAM,ORB SLAM 性能优势明显。我们在网站上公布了源代码。
一••简介
由于比较强的匹配网络和初始化位置估计,BA 广泛应用于相机位置的准确估计
和离散几何重构。在一段比较长的时间里,这种方法被认为不适合实时图像系
统,比如 vSLAM。vSLAM 系统在构建环境的同时需要估计相机的轨迹。基于
现有的硬件设备,现在可以获得比较好的计算结果,将 BA 应用于实时 SLAM
系统中:
在候选图像帧子集中(关键帧)匹配观测的场景特征(地图云点)。
由于关键帧数量的增长,需要做筛选避免冗余。
关键帧和云点的网络配置可以产生精确的结果,也就是,分布良好的关键帧集合和有
明显视差、大量闭环匹配的观测云点。
关键帧和云点位置的初始估计,采用非线性优化的方法。
在构建局部地图的过程中,优化的关键是获得良好的稳定性。
本系统可以实时执行快速全局优化(比如位置地图)闭环回路。
B A 出现于 PTAM 中,第一次实时应用是视觉里程。尽管受制于小场景的应用,
这个算法对关键帧的选择,特征匹配,云点三角化,每帧相机位置估计,追踪
失败后的重定位非常有效。不幸的是几个关键因素限制了它的应用:缺少闭环
控制和足够的阻塞处理,较差的视图不变特性和在形成地图过程中需要人工干
预。
为了完成这些工作,我们采用的技术来源于,PTAM、place
recognization、scale-aware loop closing 和大场景的视图关联信息。
单目 ORB SLAM 系统包含:
对所有的任务采用相同的特征,追踪、地图构建、重定位和闭环控制。这使得我们的
系统更有效率、简单可靠。ORB 特征,在没有 GPU 的情况下可以应用于实时图像系
统中,具有很好的旋转不变特性。
可应用于实时户外环境操作。由于其视图内容关联的特性,追踪和地图构建可在局部
视图关联中处理,这可以独立于全局视图进行工作。
基于位置优化的实时闭环控制,我们称作 Essential Graph。它通过生成树构建,生
成树由系统、闭环控制链接和视图内容关联强边缘进行维护。
实时相机重定位具有明显的旋转不变特性。这就使得跟踪丢失可以重做,地图也可以
重复使用。
选择不同的模型可以创建不同的平面或者非平面的初始化地图;自动的、具有良好鲁
棒性的初始化过程也是基于模型而选择。
大量地图云点和关键帧,需要经过严格的挑选,必须找到一个最合适的办法。好的挑
选方法可以增强追踪的鲁棒性,同时去除冗余的关键帧•以增强程序的可操作性。
我们在公共数据集上对程序在室内和室外环境进行了评估,包括手持设备、汽
车和机器人。相机的位置比现在最新的方法更精确,它通过像素扩展集进行优
化、而不是特征的重映射。我们还讨论了提高基于特征的方法的准确性的原因。
闭环控制和重定位的方法是基于我们之前的工作论文 11。系统最初的版本是论
文 12。本文中我们添加了初始化的方法,Essential graph 和其他方法。我们详
细了描述了系统的各个板块,并且做了实验进行验证。就我们所知,这是目前
最完整最可靠的单目 SLAM 系统。视频演示和源代码放在我们的项目网站上。
二••相关工作
A. 位置识别
论文 13 比较几种基于图像处理技术的位置识别的方法,其中有图像到图像的匹
配,在大环境下比地图到地图或图像到地图方法尺度特性更好。图像方法中,
词袋模型的效率更高,比如基于概率论的 FAB-MAP。由 BRIEF 特征描述子和
FAST 特征检测产生的二进制词袋可以用 DBoW2 获得。与 SURF 和 SIFT 相比,
它的特征提取运算时间减小一个数量级。尽管系统运行效率高、鲁棒性好,采
用 BRIEF 不具有旋转不变性和尺度不变性,系统只能运行在平面轨迹中,闭环
检测也只能从相似的视角中获得。在我们之前的工作中,我们用 DBoW2 生成
了基于 ORB 的词袋模型位置识别器。ORB 是具有旋转不变和尺度不变特性的
二进制特征,它是一种高效的具有良好针对视图不变的识别器。我们在 4 组不
同的数据集上演示了位置识别功能,复用性好,鲁棒性强,从 10K 图像数据库
中提取一个候选闭合回路的运算时间少于 39 毫秒。在我们的工作中,我们提出
了一种改进版本的位置识别方法,采用内容相关的视图,检索数据库时返回几
个前提而不是最好的匹配。
B. 地图初始化
单目 SLAM 通过图像序列生成初始化地图,单一图像并不能重建深度图。解决
这个问题的一种方法是一开始跟踪一个已知的图像结构。在滤波方法中,用概
率论方法从逆深度参数方法得到深度图中,初始化地图云点,与真实的位置信
息融合。论文 10 中,采用类似的方法初始化像素的深度信息得到随机数值。
通过两个局部平面场景视图进行初始化的方法,从两个相关相机(视图)位姿
进行 3D 重构,相机的位姿关系用单映射表示,或者计算一个基本矩阵,通过 5
点算法构建平面模型或者一般场景模型。两种方法都不会受到低视差的约束,
平面上的所有的点也不需要靠近相机中心。另外,非平面场景可以通过线性 8
点算法来计算基本矩阵,相机的位姿也可以重构。
第四章详细讲述了一个全新的自动方法,它基于平面单映射或非平面的基本矩
阵。模型选择的统计方法如论文 28 详细描述。基于相似变换理论,我们开发了
初始化算法,选择退化二次曲线例子中基本矩阵,或单映射矩阵。在平面例子
中,为了程序稳定性,如果选择情况模糊不清,我们尽量避免做初始化,否则
方案可能崩溃。我们会延迟初始化过程,直到所选的方案产生明显的视差。
C. Monocular SLAM (单目 SLAM)
Mono-SLAM 可以通过滤波方案初始化。在这种方案,每一帧都通过滤波器估
计地图特征位置和相机位姿,将其关联。处理连续的图像帧需要进行大量运算,
线性误差会累积。由于地图构建并不依赖于帧率,基于关键帧的方法,用筛选
的关键帧估计地图,采用精确的 BA 优化。论文 31 演示了基于关键帧的地图方
法比滤波器方法在相同的运算代价上更精确。
基于关键帧技术最具代表性的 SLAM 系统可能是 PTAM。它第一次将相机追踪
和地图构建分开,并行计算,在小型场合,如增强现实领域非常成功。PTAM
中的地图云点通过图像区块与 FAST 角点匹配。云点适合追踪但不适合位置识
别。实际上,PTAM 并不适合检测大的闭合回路,重定位基于低分辨率的关键
帧小图像块,对视图不变性较差。
论文 6 展示了大场景的单目 SLAM 系统,前端用 GPU 光流,用 FAST 特征匹配
和运动 BA;后端用滑动窗口 BA。闭环检测通过 7 自由度约束的相似变换位姿
图优化,能够校正单目系统中的尺度偏移。我们采用这种 7 自由度的位姿图优
化方法,应用到我们的 Essential Graph 方法中,如第三章 D 节里面详细描述。
论文 7 用,PTAM 的前端,通过内容相关的视图提取局部地图执行追踪。他们
使用两个窗口优化后端,在内部窗口中采用 BA,在外部一个限制大小的窗口做
位姿图。只有在外部窗口尺寸足够大可以包含整个闭环回路的情况下,闭环控
制才能起作用。我们采用了基于内容相关的视图构建局部地图的方法,并且通
过内容相关的视图构建位姿图,同时用它们设计前端和后端。另一个区别是,
我们并没有用特别的特征提取方法做闭合回路检测(比如 SURF 方法),而是
在相同的追踪和建图的特征上进行位置识别,获得具有鲁棒性的重定位和闭环
检测。
论文 33 提出了 CD-SLAM 方法,一个非常复杂的系统,包括闭环控制,重定位,
动态环境、大场景下运行。但它的地图初始化并没有讲。所以没法做精确性、
鲁棒性和大场景下的测试对比。
剩余35页未读,继续阅读
南山二毛
- 粉丝: 1w+
- 资源: 41
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 收起
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
会员权益专享
最新资源
- 保险服务门店新年工作计划PPT.pptx
- 车辆安全工作计划PPT.pptx
- ipqc工作总结PPT.pptx
- 车间员工上半年工作总结PPT.pptx
- 保险公司员工的工作总结PPT.pptx
- 报价工作总结PPT.pptx
- 冲压车间实习工作总结PPT.pptx
- ktv周工作总结PPT.pptx
- 保育院总务工作计划PPT.pptx
- xx年度现代教育技术工作总结PPT.pptx
- 出纳的年终总结PPT.pptx
- 贝贝班班级工作计划PPT.pptx
- 变电值班员技术个人工作总结PPT.pptx
- 大学生读书活动策划书PPT.pptx
- 财务出纳月工作总结PPT.pptx
- 大学生“三支一扶”服务期满工作总结(2)PPT.pptx
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功