SLAM簡(jiǎn)介-智車聯(lián)盟

日期：2025-06-03 瀏覽：　

　　SLAM是Simultaneous Localization and Ming的縮寫，意為“同時(shí)定位與建圖”。是機(jī)器人在位置環(huán)境中的一個(gè)未知位置開始移動(dòng)，并在移動(dòng)過程中根據(jù)傳感器的信息，一邊計(jì)算自身位置，一邊構(gòu)建環(huán)境地圖，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主定位和導(dǎo)航。

　　目前，SLAM的應(yīng)用領(lǐng)域主要有機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。其用途包括傳感器自身的定位，以及后續(xù)的路徑規(guī)劃、場(chǎng)景理解。

　　隨著傳感器種類和安裝方式的不同，SLAM的實(shí)現(xiàn)方式和難度會(huì)有很大差異。按傳感器來分，SLAM主要分為激光、視覺兩大類。其中，激光SLAM研究較早，理論和工程均比較成熟。視覺方案目前大部分還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用相對(duì)較少。

　　激光雷達(dá)是研究最多、使用最成熟的深度傳感器，可以直接獲得相對(duì)于環(huán)境的直接距離信息，從而實(shí)現(xiàn)直接相對(duì)定位，很多常見的掃地機(jī)器人都有裝配。

　　一種是單目攝像頭，就是用一個(gè)攝像頭完成SLAM。這種方案的傳感器相對(duì)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，但單目攝像頭無法再靜止?fàn)顟B(tài)測(cè)量距離，只有在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下才能根據(jù)三角測(cè)量等原理感知距離。

　　另一種是雙目攝像頭，與單目攝像頭相比，雙目攝像頭可以感知距離信息，但是標(biāo)定相對(duì)復(fù)雜，大量的圖像數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算量過大。

　　還有一種是RGB-D攝像頭是一種新興起的新型傳感器，它不僅可以獲取環(huán)境的RGB信息，也可以通過紅外結(jié)構(gòu)光、Time-of-Flight等原理獲取每一個(gè)像素點(diǎn)的深度信息。由于多了一組深度信息的數(shù)據(jù)，使得RGB-D攝像頭不僅可以用于SLAM，還可以用于圖像處理、物體識(shí)別等多個(gè)方面。

　　在動(dòng)態(tài)環(huán)境又分為高動(dòng)態(tài)環(huán)境和低動(dòng)態(tài)環(huán)境；如果機(jī)器人在構(gòu)建地圖時(shí)，在視野范圍內(nèi)有正在移動(dòng)的物體，這種情況定義為高動(dòng)態(tài)環(huán)境；如果機(jī)器人在構(gòu)建地圖時(shí)，在視野范圍外有移動(dòng)的物體，這種情況定義為低動(dòng)態(tài)環(huán)境。

　　在靜態(tài)環(huán)境中，根據(jù)輸出地圖的類型可以分為三種：尺度地圖、拓?fù)涞貓D、混合地圖。

　　拓?fù)涞貓D主要是在環(huán)境較大的情況下使用，它可以將環(huán)境簡(jiǎn)化成一個(gè)個(gè)點(diǎn)，如果兩點(diǎn)相連我們?cè)龠B一條邊，這條邊的長(zhǎng)度就是連個(gè)點(diǎn)之間的距離。

　　混合地圖就是在一個(gè)拓?fù)涞貓D的每一個(gè)點(diǎn)上都依附一個(gè)尺度地圖。而構(gòu)建尺度地圖的方法主要有兩種，一種是基于貝葉斯濾波器的構(gòu)建方法，另一種是基于圖優(yōu)化的構(gòu)建方法。

　　對(duì)于SLAM來說，可獲取的傳感器信息一般有里程計(jì)、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)以及IMU數(shù)據(jù)，對(duì)于里程計(jì)數(shù)據(jù)，最常見的有兩輪差速運(yùn)動(dòng)模型和三輪全向底盤運(yùn)動(dòng)模型；而激光雷達(dá)數(shù)據(jù)則會(huì)由于傳感器的移動(dòng)而導(dǎo)致的采集回的數(shù)據(jù)產(chǎn)生畸變，需要通過估計(jì)或者里程計(jì)輔助等方法對(duì)畸變進(jìn)行矯正。

　　在實(shí)現(xiàn)前端配準(zhǔn)需要考慮特征點(diǎn)，根據(jù)輸入激光數(shù)據(jù)提取特征，之后再對(duì)兩幀數(shù)據(jù)的特征點(diǎn)位置進(jìn)行匹配。當(dāng)然我們僅僅憑借兩幀的估計(jì)往往是不夠的，我們會(huì)把特征點(diǎn)緩存成一個(gè)小地圖，九游體育官網(wǎng)計(jì)算當(dāng)前幀與地圖之間的位置關(guān)系。這樣才能算的上是一個(gè)完整的前端配準(zhǔn)方法。

　　在后端優(yōu)化上，我們通常需要考慮更長(zhǎng)一段時(shí)間或者所有時(shí)間上的狀態(tài)估計(jì)問題，不僅僅使用過去的信息更新自己的狀態(tài)，也會(huì)用未來的信息來更新自己。在SLAM的過程中由于可以用運(yùn)動(dòng)方程和觀測(cè)方程描述，那么我們可以列出運(yùn)動(dòng)觀測(cè)方程：

　　如果只像前端配準(zhǔn)那樣考慮相鄰時(shí)間上的關(guān)聯(lián)，那么之前產(chǎn)生的誤差將不可避免地累積到下一個(gè)時(shí)刻，使得整個(gè)SLAM出現(xiàn)累積誤差，無法長(zhǎng)期估計(jì)。而在后端雖然能估計(jì)最大后驗(yàn)誤差，但只有相鄰關(guān)鍵數(shù)據(jù)時(shí)，我們能做的事情并不是很多，無法消除累積誤差?；丨h(huán)檢測(cè)對(duì)SALM系統(tǒng)的意義重大，他關(guān)系到我們估計(jì)的軌跡和地圖在長(zhǎng)時(shí)間下的正確性，當(dāng)然也提供了當(dāng)前數(shù)據(jù)與所有歷史數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，在跟蹤算法求職后，我們還可以利用會(huì)還檢測(cè)進(jìn)行重定位。因此，回環(huán)檢測(cè)對(duì)整個(gè)SLAM系統(tǒng)精度與穩(wěn)健性的提升是非常明顯的。

　　在SLAM模型中，我們的地圖就是所有路標(biāo)點(diǎn)的集合，一旦確定了各個(gè)路標(biāo)點(diǎn)的位置，那么就可以說我們完成了建圖。但即使是地圖，也會(huì)有許多不同的需求，可大致分為：定位、導(dǎo)航、避障、重現(xiàn)、交互這五個(gè)方面。

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