1 問(wèn)題提出

首先假設(shè)一個(gè)場(chǎng)景，在下圖的機(jī)器人上，你如何讓它自由行走？也就是說(shuō)，擁有自主運(yùn)動(dòng)能力？

當(dāng)然，增加輪子和電機(jī)是必不可少的。然而，有了輪子和電機(jī)，它只能亂跑亂撞，因?yàn)槿鄙?strong>規(guī)劃和控制。如何才能擁有規(guī)劃和控制？首先需要增加相機(jī)，通過(guò)相機(jī)捕獲周邊環(huán)境信息。

然而，相機(jī)雖可以感知環(huán)境，歸根到底要知道環(huán)境的啥信息，要干啥？答案是，至少需要解決兩個(gè)問(wèn)題：

1 周邊環(huán)境什么樣子？構(gòu)建環(huán)境地圖。（建圖）

2 清楚知道，我在哪里？（定位）

回顧一下，在沒(méi)有提出SLAM之前，或者說(shuō)如果不用SLAM，如何能夠解決以上兩個(gè)基本問(wèn)題？其方案有：

• ?? 地上標(biāo)注黃線，讓機(jī)器沿黃線運(yùn)動(dòng)。
• ?? 在墻上貼上二維碼做地標(biāo)
• ?? 用無(wú)線定位設(shè)備。
• ?? 戶外用GPS

而SLAM方案與以上所列有所不同，它是通過(guò)如下配置完成：輪式編碼器、相機(jī)、激光傳感器來(lái)完成定位和構(gòu)圖的。這里對(duì)比一下，非SLAM方案與SLAM比較存在啥區(qū)別：

• 非SLAM方案將建圖和定位安裝在機(jī)器人的外端，與環(huán)境構(gòu)成一體。
• SLAM將定位和地圖，安裝在移動(dòng)機(jī)器人上，與機(jī)器人構(gòu)成一體。

以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較：

• 非SLAM方案優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是條件限制太多，太多的限制將不足以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主行走。
• SLAM方案優(yōu)點(diǎn)，定位系統(tǒng)獨(dú)立于環(huán)境，不受環(huán)境限制，能實(shí)現(xiàn)自主行動(dòng)。缺點(diǎn)：對(duì)環(huán)境測(cè)量不是直接的，是迂回的，要求算法必須足夠高級(jí)。

2 視覺(jué)測(cè)量傳感器--相機(jī)

SLAM的相機(jī)有三種：1）單目相機(jī) 2）雙目相機(jī) 3）RGB-D深度相機(jī)。單目相機(jī)，就是普通的相機(jī)，輸出的是圖片。雙目相機(jī)，是由兩個(gè)單目相機(jī)構(gòu)成，因此，能同時(shí)拍攝兩張圖片，這兩張圖片相差一個(gè)視角，因此密切相關(guān)，通過(guò)對(duì)極幾何、三角測(cè)量等原理?yè)Q算出距離。注意，換算景物距離，不僅僅是個(gè)障礙規(guī)避問(wèn)題，更重要的是能換算出相機(jī)移動(dòng)的距離向量，從而實(shí)現(xiàn)自身定位。RGB-D是2010年才出現(xiàn)的相機(jī)，是彩色，雙目，能測(cè)量景物深度的相機(jī)。由于雙目相機(jī)計(jì)算量大，耗時(shí)，因此業(yè)內(nèi)注重單目相機(jī)，因?yàn)閱文恳苿?dòng)一個(gè)距離后，前后兩個(gè)圖片也可以實(shí)現(xiàn)雙目相同的計(jì)算。

3 經(jīng)典SLAM框架

如果將環(huán)境限定成：靜態(tài)、剛體、光照變化不顯著、沒(méi)有人為干擾。那么，目前的SLAM已經(jīng)相當(dāng)成熟。而環(huán)境如果是動(dòng)態(tài)的、光干擾明顯、物體形狀可變（如布料），則挑戰(zhàn)驟然升級(jí)。以下我們列出目前較成型的SLAM框架結(jié)構(gòu)：

1）傳感器信息讀取：說(shuō)白了就是把現(xiàn)場(chǎng)圖片導(dǎo)入內(nèi)存。加上必要的預(yù)處理圖像。

2）前端（視覺(jué)里程機(jī)）：通過(guò)兩次相機(jī)采樣，換算出相機(jī)走過(guò)的距離向量。也就是處理STEP的問(wèn)題。

3）后端（非線性優(yōu)化）：將前端形成的每一步移動(dòng)，并產(chǎn)生全局軌跡地圖。解決ROUTER問(wèn)題。

4）回環(huán)檢測(cè)：是計(jì)算相機(jī)移動(dòng)中，是否產(chǎn)生回路。

5） 建圖：根據(jù)后端所生成的軌跡，以及及環(huán)境信息，構(gòu)成全局地圖。

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參考資料：《視覺(jué)SLAM十四講》高翔

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《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的2021-04-15 深入理解SLAM技术 【2】 SLAM的框架的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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