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1. 前端工作的定性比较#xff0c;分析
这一节讲了很多关于前端的方法框架的对比讨论#xff0c;后面看完了相关的论文之后强烈建议再回来听一…第5章相关内容还是CSDN的传统Markdown编辑器好用。 视觉前段在14讲课程中已经讲过这里再简单复习一下。
1. 前端工作的定性比较分析
这一节讲了很多关于前端的方法框架的对比讨论后面看完了相关的论文之后强烈建议再回来听一听本章的第一节课。 前端和后端不太一样前端没办法放在同一个框架中把不同方法进行对比(如光流法和特征匹配法)因为可能不同方法在其特定的工况下都能正常工作。
前端实现上的现实问题 实际上那个前端在SLAM最终精度上的影响比后端更大体现出来的更直观比如某一段没有跟踪上之类的可能就会影响整体的精度。 比如一次仿真中假设数据和噪声都服从Gaussian distribution用UKF得到了较好的实验结果但是在实际情况中可能并不都符合Gaussian distribution所以这个结论不一定是能够很好地泛化的overfitting了。 比如有local mappingsliding window理论上来说全局的marg会更好到那时实际中全局的marg计算力量过大不太易实现具体看后端能够有多大的算了和空间来做如果没有的话可能就用个EKF就行了。 不同数据集间精度的对比没有什么意义Kitti场景简单动的物体比较少EUROC可能已经做到头了TUM-Mono难一点场景较多有过门过墙之类的。 前端因为方法不同比如特征点法第一步提特征点直接法第一步求梯度这些方法都不同很难在方法内范式内先这样理解进行对比只能在整个系统之间范式间进行对比。
直接法基于灰度不变假设相对于PnP来说多了乘了个像素梯度即若该店的梯度为0则对T的估计无用故倾向于选择有梯度的点且梯度越大贡献越大。 很多地方直接法都比特征点法好因为可能没办法提取到足够多特征点且容易feature lost。高翔的主观感受具体还是需要自己去跑一跑 光流法PTAMTango现在比较成熟但缺点也明显 FAST光流GFTT光流很实用很快 特征匹配SIFTFURF匹配的最好但是计算量大 特征匹配和光流都依赖角点提不出来的场景无法使用。
DSO达到某个误差如小于3所需的迭代次数发现跟使用额KF数量和选点数量有关。
2. 前端介绍以光流来展开
上手可以用FAST光流来做一个看看效果。 VIO的初始化需要讨论一下下一节讨论。 有一个问题对于前端如何保证整体框架是最优的即第一步计算光流第二部估计pose…每一步的操作可以保证是最优的但是没办法保证整体这个前端框架是最优的大多数是工程上的经验只要这样做就能得出还不错的结果。你也可以直接搞一个神经网络输入imgs输出一堆poses和landmarks 特征提取方法在CV普及开来之前就已经研究出来了如角点主要看两个方向的梯度分布对矩阵进行特征值分解奇异值分解平方之后就是特征值特征值体现的是在两个方向上的分布情况
如果两方向梯度都接近于0倾向于是平坦区域(flat)。如果两个方向都比较大倾向于角点(Corner)。如果是一方向较大另一方向较小倾向于边(Edge)。
具体实现Harris提出了一个判断方法计算 S H a r r i s S_{Harris} SHarris指标
如果两个都小则 S H a r r i s S_{Harris} SHarris接近0如果都很大则整体很大如果一大一小则结果不大不小 设置阈值来判断是否为Corner 在Harris基础上改进了评分方式可以指定选点的个数根据选点个数来确定比较的阈值。 warp光流对于光流的改进。由于视角可能会发生变化特征块也会变化所以要对特征块进行变换使得变换之后的特征块更像待追踪的块常取仿射变换在优化过程中变换的参数还可以调整以在线估计最优的变换参数。 还可以给Warp光流加上金字塔对高速运动的场景效果更好 不能远距离track一个具体例子如果相机不动有人从面前走过期间过了100帧图像那么可能第1帧和第100帧就无法track上了。 工程上的解决方法例如track with map上面的方法是track weith last( I k I_k Ik和 I k − 1 t r a c k I_{k-1}track Ik−1track)或者是recent当做完之后再跟地图去比把地图中的一些点往投到 I k I_k Ik中投发现能够投过来然后再把 I k I_k Ik和 I 1 I_1 I1进行对比看改点能否被track。远近这种场景比较常见比如远处是空白但是近处发现有纹理。角点对效果好边效果不好稀疏光流约束差可能存在outlier如稠密光流约束附近的点的亮度差不多但稀疏没有。
3. 关键帧与三角化
3.1. 关键帧 关键帧是为了减小问题规模使得后端能够计算得过来处理相机停止的情况避免后端退化如果不挑选KFcamera 不动会导致逆深度计算错误逆深度变成不可观的有多个解。 关键帧选择不能太近太近可能退化或者三角化算不出深度不能太远太远可能共视点过少丢掉中间的motion 非KF只算前端不进后端。 插入KF的一个策略在后端算力的允许的情况下尽可能多地插入KF因为KF对后端是友好的光束法平差误差均摊整体误差变小 ORB_SLAM2后端有个local mapping只要该线程idle时就插KF然后对于冗余的再删掉。
DSO使用了sliding window窗口内保持5~7个KF并保持一定的展开老的几帧中等的几帧最新的几帧有以下策略
对于老的关键帧将其中的landmark投到新的里面去如果新的里面没有观测到这些landmark则marg掉老的KF。每个KF都有最小寿命防止刚进来就被marg。
3.2. 三角化 三角化的条件和时间有的方法只在KF上提Feature有的每帧都提。前者计算量很小但是可能导致三角化时点不够效果不好后者计算量大但是效果好。 取(10)第3行带入(10)取钱两行可得(12)这里说一下矩阵的维度 P k P_k Pk3*4每行系数都是1*4即 P k , 1 T , P k , 2 T , P k , 3 T P_{k,1}^T,P_{k,2}^T,P_{k,3}^T Pk,1T,Pk,2T,Pk,3T都是4*1 y y y4*1 (13)中D矩阵每行都是4*1由于每次观测会有u,v两个方程所以一次观测就是 ( 2 ∗ 1 ) ∗ 4 (2*1)*4 (2∗1)∗4行的Dn此就是 2 n ∗ 4 2n*4 2n∗4行。
求解 作业待解为什么取 y u 4 yu_4 yu4由于系数矩阵容易满秩故寻求最小二乘的数值解对 D T D D^TD DTD进行奇异值分解(SVD)分解出的奇异值一般是从大到小排列 D T D D^TD DTD是 4 ∗ 4 4*4 4∗4的4个奇异值判断该解是否有效判断三角化是否成立看 σ 4 σ 3 \sigma_4\sigma_3 σ4σ3(经验上取1e-2~1e-4算远小于也可以卡得更严一点更小一点)是否成立 σ 1 σ 2 σ 3 \sigma_1\sigma_2 \sigma_3 σ1σ2σ3组成了一个三维的空间 σ 4 \sigma_4 σ4是零空间D的数值可能不稳定数值过大的话会导致较小值的影响体现不出来需要对D进行rescale取值方法取为一个对角阵取D最大元素之逆。还需要检测深度是否满足正确条件。
