资料：SLAM草稿

Posted on Edited on In Waline: Views:

ECCV 2018 视觉定位综述

以下是今年ECCV上几位大牛介绍SLAM技术的tutorial pdfs，涉及基于特征点以及基于学习的SLAM算法介绍，并在最后探究了SLAM领域的主要问题以及未来的发展趋势。

整理还未完备，先祭出这几本书&博客，方便随时查看。

教程

g2o漫谈

g2o里面有各种各样的求解器，而它的顶点、边的类型多种多样。通过自定义顶点和边，事实上，只要一个优化问题能够表达成图，就可以用g2o去求解它。常见的，比如bundle adjustment，ICP，数据拟合等。g2o是一个C++项目，其中矩阵数据结构多来自Eigen。

先看上部分，SparseOptimizer是我们需要维护的东西，是一个Optimizable Graph，也是一个Hyper Graph。一个SparseOptimizer含有很多个顶点（继承与Base Vertex）和多条边（继承自BaseUnaryEdge，BaseBinaryEdge或BaseMultiEdge）。这些Base Vertex和Base Edge都是抽象的基类，而实际用的顶点和边，都是它们的派生类。

我们用SparseOptimizer.addVertex 和 SparseOptimizer.addEdge 向图中添加顶点和边，然后调用SpaseOptimizer.optimize来优化。

在优化前，需要指定我们用的求解器和迭代算法。从图下半部分来看，一个SparseOptimization拥有一个Optimization Algorithm,继承自Gusss-Newton，Levernberg-Marquardt，Powell’s dogleg 三者之一，同时拥有一个Solver，含有俩个部分。一个是SparseBlockMatrix，用于计算稀疏的雅克比和海塞；一个用于计算 \(H\Delta x = -b\)，需要一个线性方程的求解器。而这个求解器，可以从PCG，CSparse，Choldmod三者选一。 则一共三个步骤：

  1. 选择一个线性方程求解器，从 PCG, CSparse, Choldmod中选
  2. 选择一个 BlockSolver
  3. 选择一个迭代策略，从GN, LM, Doglog中选

BlockSolver，块求解器

块求解器是包含线性求解器的存在，之所以是包含，是因为块求解器会构建好线性求解器所需要的矩阵块（也就是\(H\)和\(b\)，\(H\Delta x = -b\)），之后给线性求解器让它进行运算，边的jacobian也就是在这个时候发挥了自己的光和热。

这里再记录下一个比较容易混淆的问题，也就是在初始化块求解器的时候的参数问题。大部分的例程在初始化块求解器的时候都会使用如下的程序代码： 

1
std::unique_ptr<g2o::BlockSolver_6_3::LinearSolverType> linearSolver = g2o::make_unique<g2o::LinearSolverCholmod<g2o::BlockSolver_6_3::PoseMatrixType>>();
其中的BlockSolver_6_3有两个参数，分别是6和3，在定义的时候可以看到这是一个模板的重命名（模板类的重命名只能用using） 
1
2
template<int p, int l>  
using BlockSolverPL = BlockSolver< BlockSolverTraits<p, l> >;
其中p代表pose的维度，l表示landmark的维度，且这里都表示的是增量的维度。

g2o的顶点（Vertex）

  • g2o::BaseVertex< D, T > 其中 int D, typename T

首先记录一下定义模板的两个参数D和T，两个类型分别是int和typename的类型，D表示的是维度，g2o源码里面是这个注释的:

1
static const int Dimension = D; //< dimension of the estimate (minimal) in the manifold space

可以看到这个D并非是顶点（更确切的说是状态变量）的维度，而是其在流形空间（manifold）的最小表示，这里一定要区别开；之后是T，源码里面也给出了T的作用:

1
2
typedef T EstimateType;
EstimateType _estimate;

可以看到，这里T就是顶点（状态变量）的类型。在顶点的继承中，这两个参数是直接面向我们的，所以务必要定义妥当。

g2o的边（Edge）

  • g2o::BaseBinaryEdge< D, E, VertexXi, VertexXj > 其中 int D, typename E

首先还是介绍这两个参数，还是从源码上来看：

1
2
3
static const int Dimension = D;
typedef E Measurement;
typedef Eigen::Matrix<number_t, D, 1, Eigen::ColMajor> ErrorVector;

可以看到，D决定了误差的维度，从映射的角度讲，三维情况下就是2维的，二维的情况下是1维的；然后E是measurement的类型，也就是测量值是什么类型的，这里E就是什么类型的（一般都是Eigen::VectorN表示的，N是自然数）。

  • typename VertexXi, typename VertexXj

这两个参数就是边连接的两个顶点的类型，这里特别注意一下，这两个必须一定是顶点的类型，也就是继承自BaseVertex等基础类的类！不是顶点的数据类！例如必须是VertexSE3Expmap而不是VertexSE3Expmap的数据类型类SE3Quat。原因的话源码里面也很清楚，因为后面会用到一系列顶点的维度等等的属性，这些属性是数据类型类里面没有的。

  • _jacobianOplusXi，_jacobianOplusXj

在成员函数linearizeOplus()（线性化函数）中维护着这两个量，_jacobianOplusXi和_jacobianOplusXj就是所谓的雅可比矩阵，如果是二元边的话二者都有；若为一元边，只有_jacobianOplusXi。

这两个变量本质上是Eigen::Matrix类型的，具体定义在这里： 

1
2
3
4
typedef typename Eigen::Matrix<number_t, D, Di, D==1?Eigen::RowMajor:Eigen::ColMajor>::AlignedMapType JacobianXiOplusType;
typedef typename Eigen::Matrix<number_t, D, Dj, D==1?Eigen::RowMajor:Eigen::ColMajor>::AlignedMapType JacobianXjOplusType;
JacobianXiOplusType _jacobianOplusXi;
JacobianXjOplusType _jacobianOplusXj;

参考文献