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常德网站开发网站运营谷歌seo推广培训班

常德网站开发网站运营,谷歌seo推广培训班,开的免费网站能赚钱吗,宜家在线设计文章目录 第10讲 后端210.1 滑动窗口滤波 和 优化10.1.2 滑动窗口法 10.2 位姿图10.3 实践: 位姿图优化本讲 CMakeLists.txt 10.3.1 g2o 原生位姿图 【Code】10.3.2 李代数上的位姿优化 【Code】 习题10题1 【没推完】 LaTex 第10讲 后端2 滑动窗口优化 位姿图优化…

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文章目录

  • 第10讲 后端2
    • 10.1 滑动窗口滤波 和 优化
      • 10.1.2 滑动窗口法
    • 10.2 位姿图
    • 10.3 实践: 位姿图优化
          • 本讲 CMakeLists.txt
      • 10.3.1 g2o 原生位姿图 【Code】
      • 10.3.2 李代数上的位姿优化 【Code】
    • 习题10
      • 题1 【没推完】
    • LaTex

第10讲 后端2

滑动窗口优化
位姿图优化【简化的BA】
带IMU 紧耦合 的优化
g2o 的位姿图

第9讲 以BA为主的图优化。
BA能精确地优化每个相机位姿与特征点位置。
在大场景中,大量特征点 会严重降低计算效率,计算量越来越大 ——> 无法实时化。
改进: 简化BA 【位姿图】

10.1 滑动窗口滤波 和 优化

BA:带有相机位姿和空间点的图优化。

控制 BA 规模:仅保留 离当前时刻最近的 N 个关键帧。【滑动窗口法】

ORB-SLAM2 :
共视图(Covisibility graph) : 与现在的相机 存在共同观测的关键帧构成的图。

10.1.2 滑动窗口法

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滑动窗口法 比较适合VO系统,不适合大规模建图系统。

10.2 位姿图

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10.3 实践: 位姿图优化

本讲 CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 2.8)
project(pose_graph)set(CMAKE_BUILD_TYPE "Release")
set(CMAKE_CXX_FLAGS "-std=c++17 -O2")list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH ${PROJECT_SOURCE_DIR}/cmake_modules)# Eigen
include_directories("/usr/include/eigen3")# sophus 
find_package(Sophus REQUIRED)
include_directories(${Sophus_INCLUDE_DIRS})# g2o 
find_package(G2O REQUIRED)
include_directories(${G2O_INCLUDE_DIRS})add_executable(pose_graph_g2o_SE3 pose_graph_g2o_SE3.cpp)
target_link_libraries(pose_graph_g2o_SE3g2o_core g2o_stuff g2o_types_slam3d ${CHOLMOD_LIBRARIES})SET(G2O_LIBS g2o_csparse_extension g2o_stuff g2o_core cxsparse)add_executable(pose_graph_g2o_lie pose_graph_g2o_lie_algebra.cpp)
target_link_libraries(pose_graph_g2o_lie${G2O_LIBS}${CHOLMOD_LIBRARIES}${Sophus_LIBRARIES})

——————————
改动1:
SE3d 和 SO3d 去掉d

改动2:
CMakeLists.txt 加这一句 使满足 C++17标准, 最新版 g2o 需要

改动3: CMakeLists.txt 添加 csparse 相关的链接库

在这里插入图片描述

    std::unique_ptr<g2o::BlockSolverX::LinearSolverType> linearSolver (new g2o::LinearSolverEigen<g2o::BlockSolverX::PoseMatrixType>()); // 这里直接用 前面提到的Eigen 线性方程求解库 也可以std::unique_ptr<g2o::BlockSolverX> solver_ptr (new g2o::BlockSolverX(std::move(linearSolver)));g2o::OptimizationAlgorithmLevenberg* solver = new g2o::OptimizationAlgorithmLevenberg(std::move(solver_ptr));

10.3.1 g2o 原生位姿图 【Code】

查看待优化的位姿图。注意在文件sphere.g2o所在文件夹打开命令行窗口。

g2o_viewer sphere.g2o   

在这里插入图片描述

mkdir build && cd build
cmake ..
make 
./pose_graph_g2o_SE3 ../sphere.g2o
g2o_viewer result.g2o

在这里插入图片描述
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pose_graph_g2o_SE3.cpp

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>#include <g2o/types/slam3d/types_slam3d.h>
#include <g2o/core/block_solver.h>
#include <g2o/core/optimization_algorithm_levenberg.h>
#include <g2o/solvers/eigen/linear_solver_eigen.h>using namespace std;/************************************************* 本程序演示如何用g2o solver进行位姿图优化* sphere.g2o是人工生成的一个Pose graph,我们来优化它。* 尽管可以直接通过load函数读取整个图,但我们还是自己来实现读取代码,以期获得更深刻的理解* 这里使用g2o/types/slam3d/中的SE3表示位姿,它实质上是四元数而非李代数.* **********************************************/int main(int argc, char **argv) {if (argc != 2) {cout << "Usage: pose_graph_g2o_SE3 sphere.g2o" << endl;return 1;}ifstream fin(argv[1]);if (!fin) {cout << "file " << argv[1] << " does not exist." << endl;return 1;}// 设定g2o/*typedef g2o::BlockSolver<g2o::BlockSolverTraits<6, 6>> BlockSolverType;typedef g2o::LinearSolverEigen<BlockSolverType::PoseMatrixType> LinearSolverType;auto solver = new g2o::OptimizationAlgorithmLevenberg(g2o::make_unique<BlockSolverType>(g2o::make_unique<LinearSolverType>()));
*/ std::unique_ptr<g2o::BlockSolverX::LinearSolverType> linearSolver (new g2o::LinearSolverEigen<g2o::BlockSolverX::PoseMatrixType>());std::unique_ptr<g2o::BlockSolverX> solver_ptr (new g2o::BlockSolverX(std::move(linearSolver)));g2o::OptimizationAlgorithmLevenberg* solver = new g2o::OptimizationAlgorithmLevenberg(std::move(solver_ptr));g2o::SparseOptimizer optimizer;     // 图模型optimizer.setAlgorithm(solver);   // 设置求解器optimizer.setVerbose(true);       // 打开调试输出int vertexCnt = 0, edgeCnt = 0; // 顶点和边的数量while (!fin.eof()) {string name;fin >> name;if (name == "VERTEX_SE3:QUAT") {// SE3 顶点g2o::VertexSE3 *v = new g2o::VertexSE3();int index = 0;fin >> index;v->setId(index);v->read(fin);optimizer.addVertex(v);vertexCnt++;if (index == 0)v->setFixed(true);} else if (name == "EDGE_SE3:QUAT") {// SE3-SE3 边g2o::EdgeSE3 *e = new g2o::EdgeSE3();int idx1, idx2;     // 关联的两个顶点fin >> idx1 >> idx2;e->setId(edgeCnt++);e->setVertex(0, optimizer.vertices()[idx1]);e->setVertex(1, optimizer.vertices()[idx2]);e->read(fin);optimizer.addEdge(e);}if (!fin.good()) break;}cout << "read total " << vertexCnt << " vertices, " << edgeCnt << " edges." << endl;cout << "optimizing ..." << endl;optimizer.initializeOptimization();optimizer.optimize(30);cout << "saving optimization results ..." << endl;optimizer.save("result.g2o");return 0;
}

10.3.2 李代数上的位姿优化 【Code】

前端和后端 分开: 跟踪和建图

报错:

xixi@ubuntu:~/Downloads/slambook2-master/ch10/build$ ./pose_graph_g2o_lie ../sphere.g2o
Segmentation fault

在这里插入图片描述

./pose_graph_g2o_lie ../sphere.g2o
g2o_viewer result.g2o

在这里插入图片描述

pose_graph_g2o_lie_algebra.cpp

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <Eigen/Core>#include <g2o/core/base_vertex.h>
#include <g2o/core/base_binary_edge.h>
#include <g2o/core/block_solver.h>
#include <g2o/core/optimization_algorithm_levenberg.h>
#include <g2o/solvers/eigen/linear_solver_eigen.h>#include <sophus/se3.h>using namespace std;
using namespace Eigen;
using Sophus::SE3;
using Sophus::SO3;/************************************************* 本程序演示如何用g2o solver进行位姿图优化* sphere.g2o是人工生成的一个Pose graph,我们来优化它。* 尽管可以直接通过load函数读取整个图,但我们还是自己来实现读取代码,以期获得更深刻的理解* 本节使用李代数表达位姿图,节点和边的方式为自定义* **********************************************/typedef Matrix<double, 6, 6> Matrix6d;// 给定误差求J_R^{-1}的近似
Matrix6d JRInv(const SE3 &e) {Matrix6d J;J.block(0, 0, 3, 3) = SO3::hat(e.so3().log());J.block(0, 3, 3, 3) = SO3::hat(e.translation());J.block(3, 0, 3, 3) = Matrix3d::Zero(3, 3);J.block(3, 3, 3, 3) = SO3::hat(e.so3().log());// J = J * 0.5 + Matrix6d::Identity();J = Matrix6d::Identity();    // try Identity if you wantreturn J;
}// 李代数顶点
typedef Matrix<double, 6, 1> Vector6d;class VertexSE3LieAlgebra : public g2o::BaseVertex<6, SE3> {
public:EIGEN_MAKE_ALIGNED_OPERATOR_NEWvirtual bool read(istream &is) override {double data[7];for (int i = 0; i < 7; i++)is >> data[i];setEstimate(SE3(Quaterniond(data[6], data[3], data[4], data[5]),Vector3d(data[0], data[1], data[2])));return true;}virtual bool write(ostream &os) const override {os << id() << " ";Quaterniond q = _estimate.unit_quaternion();os << _estimate.translation().transpose() << " ";os << q.coeffs()[0] << " " << q.coeffs()[1] << " " << q.coeffs()[2] << " " << q.coeffs()[3] << endl;return true;}virtual void setToOriginImpl() override {_estimate = SE3();}// 左乘更新virtual void oplusImpl(const double *update) override {Vector6d upd;upd << update[0], update[1], update[2], update[3], update[4], update[5];_estimate = SE3::exp(upd) * _estimate;}
};// 两个李代数节点之边
class EdgeSE3LieAlgebra : public g2o::BaseBinaryEdge<6, SE3, VertexSE3LieAlgebra, VertexSE3LieAlgebra> {
public:EIGEN_MAKE_ALIGNED_OPERATOR_NEWvirtual bool read(istream &is) override {double data[7];for (int i = 0; i < 7; i++)is >> data[i];Quaterniond q(data[6], data[3], data[4], data[5]);q.normalize();setMeasurement(SE3(q, Vector3d(data[0], data[1], data[2])));for (int i = 0; i < information().rows() && is.good(); i++)for (int j = i; j < information().cols() && is.good(); j++) {is >> information()(i, j);if (i != j)information()(j, i) = information()(i, j);}return true;}virtual bool write(ostream &os) const override {VertexSE3LieAlgebra *v1 = static_cast<VertexSE3LieAlgebra *> (_vertices[0]);VertexSE3LieAlgebra *v2 = static_cast<VertexSE3LieAlgebra *> (_vertices[1]);os << v1->id() << " " << v2->id() << " ";SE3 m = _measurement;Eigen::Quaterniond q = m.unit_quaternion();os << m.translation().transpose() << " ";os << q.coeffs()[0] << " " << q.coeffs()[1] << " " << q.coeffs()[2] << " " << q.coeffs()[3] << " ";// information matrix for (int i = 0; i < information().rows(); i++)for (int j = i; j < information().cols(); j++) {os << information()(i, j) << " ";}os << endl;return true;}// 误差计算与书中推导一致virtual void computeError() override {SE3 v1 = (static_cast<VertexSE3LieAlgebra *> (_vertices[0]))->estimate();SE3 v2 = (static_cast<VertexSE3LieAlgebra *> (_vertices[1]))->estimate();_error = (_measurement.inverse() * v1.inverse() * v2).log();}// 雅可比计算virtual void linearizeOplus() override {SE3 v1 = (static_cast<VertexSE3LieAlgebra *> (_vertices[0]))->estimate();SE3 v2 = (static_cast<VertexSE3LieAlgebra *> (_vertices[1]))->estimate();Matrix6d J = JRInv(SE3::exp(_error));// 尝试把J近似为I?_jacobianOplusXi = -J * v2.inverse().Adj();_jacobianOplusXj = J * v2.inverse().Adj();}
};int main(int argc, char **argv) {if (argc != 2) {cout << "Usage: pose_graph_g2o_SE3_lie sphere.g2o" << endl;return 1;}ifstream fin(argv[1]);if (!fin) {cout << "file " << argv[1] << " does not exist." << endl;return 1;}// 设定g2o/*typedef g2o::BlockSolver<g2o::BlockSolverTraits<6, 6>> BlockSolverType;typedef g2o::LinearSolverEigen<BlockSolverType::PoseMatrixType> LinearSolverType;auto solver = new g2o::OptimizationAlgorithmLevenberg(g2o::make_unique<BlockSolverType>(g2o::make_unique<LinearSolverType>()));*/std::unique_ptr<g2o::BlockSolverX::LinearSolverType> linearSolver (new g2o::LinearSolverEigen<g2o::BlockSolverX::PoseMatrixType>());std::unique_ptr<g2o::BlockSolverX> solver_ptr (new g2o::BlockSolverX(std::move(linearSolver)));g2o::OptimizationAlgorithmLevenberg* solver = new g2o::OptimizationAlgorithmLevenberg(std::move(solver_ptr));g2o::SparseOptimizer optimizer;     // 图模型optimizer.setAlgorithm(solver);   // 设置求解器optimizer.setVerbose(true);       // 打开调试输出int vertexCnt = 0, edgeCnt = 0; // 顶点和边的数量vector<VertexSE3LieAlgebra *> vectices;vector<EdgeSE3LieAlgebra *> edges;while (!fin.eof()) {string name;fin >> name;if (name == "VERTEX_SE3:QUAT") {// 顶点VertexSE3LieAlgebra *v = new VertexSE3LieAlgebra();int index = 0;fin >> index;v->setId(index);v->read(fin);optimizer.addVertex(v);vertexCnt++;vectices.push_back(v);if (index == 0)v->setFixed(true);} else if (name == "EDGE_SE3:QUAT") {// SE3-SE3 边EdgeSE3LieAlgebra *e = new EdgeSE3LieAlgebra();int idx1, idx2;     // 关联的两个顶点fin >> idx1 >> idx2;e->setId(edgeCnt++);e->setVertex(0, optimizer.vertices()[idx1]);e->setVertex(1, optimizer.vertices()[idx2]);e->read(fin);optimizer.addEdge(e);edges.push_back(e);}if (!fin.good()) break;}cout << "read total " << vertexCnt << " vertices, " << edgeCnt << " edges." << endl;cout << "optimizing ..." << endl;optimizer.initializeOptimization();optimizer.optimize(30);cout << "saving optimization results ..." << endl;// 因为用了自定义顶点且没有向g2o注册,这里保存自己来实现// 伪装成 SE3 顶点和边,让 g2o_viewer 可以认出ofstream fout("result_lie.g2o");for (VertexSE3LieAlgebra *v:vectices) {fout << "VERTEX_SE3:QUAT ";v->write(fout);}for (EdgeSE3LieAlgebra *e:edges) {fout << "EDGE_SE3:QUAT ";e->write(fout);}fout.close();return 0;
}

习题10

在这里插入图片描述

题1 【没推完】

如果将位姿图中的误差定义为 Δ ξ i j = ξ i ∘ ξ j − 1 \Delta \bm{\xi}_{ij}=\bm{\xi}_{i} \circ \bm{\xi}^{-1}_{j} Δξij=ξiξj1 ,推导按照此定义的左乘扰动雅克比矩阵。

本题中 位姿图的误差定义为 Δ ξ i j = ξ i ∘ ξ j − 1 = ln ⁡ ( T i T j − 1 ) ∨ \Delta \bm{\xi}_{ij}=\bm{\xi}_{i} \circ \bm{\xi}^{-1}_{j}=\ln (\bm{T}_i\bm{T}_j^{-1})^{\vee} Δξij=ξiξj1=ln(TiTj1)

  • 和 P271 的定义区别在于 是第二个 求逆。这里是相对第 j j j 个位姿的坐标系进行位姿变化讨论
  • T \bm{T} T 对应的李代数为 ξ \bm{\xi} ξ
    在这里插入图片描述

对应的李群写法为: T j i = T i T j − 1 \bm{T}_{ji}=\bm{T}_i\bm{T}_j^{-1} Tji=TiTj1

构建误差 e i j \bm{e}_{ij} eij

  • 这样构建的误差理想下是0,因为 ln( I ) = 0 \bm{I})=\bm{0} I)=0。怎么感觉应该是下面这样的🤔

e i j = ln ⁡ ( T j i − 1 T i T j − 1 ) ∨ \bm{e}_{ij}=\ln (\bm{T}_{ji}^{-1}\bm{T}_i\bm{T}_j^{-1})^{\vee} eij=ln(Tji1TiTj1)
其中

T j i = T i T j − 1 \bm{T}_{ji}=\bm{T}_i\bm{T}_j^{-1} Tji=TiTj1
T j i − 1 T j i = T j i − 1 T i T j − 1 \bm{T}_{ji}^{-1}\bm{T}_{ji}=\bm{T}_{ji}^{-1}\bm{T}_i\bm{T}_j^{-1} Tji1Tji=Tji1TiTj1
I = T j i − 1 T i T j − 1 \bm{I}=\bm{T}_{ji}^{-1}\bm{T}_i\bm{T}_j^{-1} I=Tji1TiTj1
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

ξ i \bm{\xi}_i ξi ξ j \bm{\xi}_j ξj 各一个左扰动

e ^ i j = ln ⁡ ( T j i − 1 exp ⁡ ( Δ ξ i ∧ ) T i ( exp ⁡ ( Δ ξ j ∧ ) T j ) − 1 ) ∨ = ln ⁡ ( T j i − 1 exp ⁡ ( Δ ξ i ∧ ) T i T j − 1 ( exp ⁡ ( Δ ξ j ∧ ) − 1 ) ∨ 由式 ( 10.7 ) = ln ⁡ ( T j i − 1 T i exp ⁡ ( ( A d ( T i − 1 ) Δ ξ i ) ∧ ) exp ⁡ ( ( − A d ( T j − 1 ) Δ ξ j ) ∧ ) T j − 1 ) ∨ = l n ( T j i − 1 T i T j − 1 exp ⁡ ( ( A d ( T i − 1 ) Δ ξ i ) ∧ ) exp ⁡ ( ( − A d ( T j − 1 ) Δ ξ j ) ∧ ) ) ∨ = l n ( exp ⁡ ( e i j ) exp ⁡ ( ( A d ( T i − 1 ) Δ ξ i ) ∧ ) exp ⁡ ( ( − A d ( T j − 1 ) Δ ξ j ) ∧ ) ) ∨ \begin{align*}\bm{\hat{e}}_{ij} &=\ln (\bm{T}_{ji}^{-1}\exp(\Delta \bm{\xi}_i^{\land})\bm{T}_i(\exp(\Delta \bm{\xi}_j^{\land})\bm{T}_j)^{-1})^{\vee} \\ &= \ln (\bm{T}_{ji}^{-1}\exp(\Delta \bm{\xi}_i^{\land})\bm{T}_i\bm{T}_j^{-1}(\exp(\Delta \bm{\xi}_j^{\land})^{-1})^{\vee} \\ & 由 式 (10.7) \\ &= \ln (\bm{T}_{ji}^{-1}\bm{T}_i\exp((\mathrm{Ad}(\bm{T}_i^{-1})\Delta \bm{\xi}_i)^{\land})\exp((\mathrm{-Ad}(\bm{T}_j^{-1})\Delta \bm{\xi}_j)^{\land})\bm{T}_j^{-1})^{\vee} \\ &= \mathrm{ln}(\bm{T}_{ji}^{-1}\bm{T}_i\bm{T}_j^{-1}\exp((\mathrm{Ad}(\bm{T}_i^{-1})\Delta \bm{\xi}_i)^{\land})\exp((\mathrm{-Ad}(\bm{T}_j^{-1})\Delta \bm{\xi}_j)^{\land}))^{\vee} \\ &= \mathrm{ln}(\exp(\bm{e}_{ij})\exp((\mathrm{Ad}(\bm{T}_i^{-1})\Delta \bm{\xi}_i)^{\land})\exp((\mathrm{-Ad}(\bm{T}_j^{-1})\Delta \bm{\xi}_j)^{\land}))^{\vee} \\ \end{align*} e^ij=ln(Tji1exp(Δξi)Ti(exp(Δξj)Tj)1)=ln(Tji1exp(Δξi)TiTj1(exp(Δξj)1)由式(10.7)=ln(Tji1Tiexp((Ad(Ti1)Δξi))exp((Ad(Tj1)Δξj))Tj1)=ln(Tji1TiTj1exp((Ad(Ti1)Δξi))exp((Ad(Tj1)Δξj)))=ln(exp(eij)exp((Ad(Ti1)Δξi))exp((Ad(Tj1)Δξj)))

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

由公式:
在这里插入图片描述
对于 T i \bm{T}_i Ti
l n ( exp ⁡ ( e i j ) exp ⁡ ( ( A d ( T i − 1 ) Δ ξ i ) ∧ ) exp ⁡ ( ( − A d ( T j − 1 ) Δ ξ j ) ∧ ) ) ∨ ≈ \mathrm{ln}(\exp(\bm{e}_{ij})\exp((\mathrm{Ad}(\bm{T}_i^{-1})\Delta \bm{\xi}_i)^{\land})\exp((\mathrm{-Ad}(\bm{T}_j^{-1})\Delta \bm{\xi}_j)^{\land}))^{\vee} \approx ln(exp(eij)exp((Ad(Ti1)Δξi))exp((Ad(Tj1)Δξj)))

LaTex

$\circ$

∘ \circ

http://www.yidumall.com/news/32872.html

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