Cartographer源码阅读(7):轨迹推算和位姿推算的原理
其实也就是包括两个方面的内容:类似于运动模型的位姿估计和扫描匹配,因为需要计算速度,所以时间就有必要了!
1. PoseExtrapolator解决了IMU数据、里程计和位姿信息进行融合的问题。
该类定义了三个队列。
std::deque<TimedPose> timed_pose_queue_;
std::deque<sensor::ImuData> imu_data_;
std::deque<sensor::OdometryData> odometry_data_;
定义了(a)通过位姿计算线速度和角速度对象
Eigen::Vector3d linear_velocity_from_poses_ = Eigen::Vector3d::Zero();
Eigen::Vector3d angular_velocity_from_poses_ = Eigen::Vector3d::Zero();
和(b)通过里程计计算线速度和角速度对象
Eigen::Vector3d linear_velocity_from_odometry_ = Eigen::Vector3d::Zero();
Eigen::Vector3d angular_velocity_from_odometry_ = Eigen::Vector3d::Zero();
轮询处理三类消息 IMU消息、里程计消息,激光测距消息。有如下情况:
1)不使用IMU和里程计
只执行AddPose,注意12-15行的代码,$ time{\rm{ }} - timed\_pose\_queue\_\left[ 1 \right].time \ge pose\_queue\_duration\_ $,队列中最前面的数据的时间,当距离当前时间超过一定间隔时执行,作用是将较早时间的数据剔除。接着,根据位姿计算运动速度。对齐IMU数据,里程计数据。
void PoseExtrapolator::AddPose(const common::Time time,
const transform::Rigid3d& pose) {
if (imu_tracker_ == nullptr) {
common::Time tracker_start = time;
if (!imu_data_.empty()) {
tracker_start = std::min(tracker_start, imu_data_.front().time);
}
imu_tracker_ =
common::make_unique<ImuTracker>(gravity_time_constant_, tracker_start);
}
timed_pose_queue_.push_back(TimedPose{time, pose});
while (timed_pose_queue_.size() > &&
timed_pose_queue_[].time <= time - pose_queue_duration_) {
timed_pose_queue_.pop_front();
}
UpdateVelocitiesFromPoses();
AdvanceImuTracker(time, imu_tracker_.get());
TrimImuData();
TrimOdometryData();
odometry_imu_tracker_ = common::make_unique<ImuTracker>(*imu_tracker_);
extrapolation_imu_tracker_ = common::make_unique<ImuTracker>(*imu_tracker_);
}
第16行,更新了根据Pose计算的线速度和角速度。
void PoseExtrapolator::UpdateVelocitiesFromPoses()
{
if (timed_pose_queue_.size() < )
{
// We need two poses to estimate velocities.
return;
}
CHECK(!timed_pose_queue_.empty());
const TimedPose& newest_timed_pose = timed_pose_queue_.back();
const auto newest_time = newest_timed_pose.time;
const TimedPose& oldest_timed_pose = timed_pose_queue_.front();
const auto oldest_time = oldest_timed_pose.time;
const double queue_delta = common::ToSeconds(newest_time - oldest_time);
if (queue_delta < 0.001) { // 1 ms
LOG(WARNING) << "Queue too short for velocity estimation. Queue duration: "
<< queue_delta << " ms";
return;
}
const transform::Rigid3d& newest_pose = newest_timed_pose.pose;
const transform::Rigid3d& oldest_pose = oldest_timed_pose.pose;
linear_velocity_from_poses_ =
(newest_pose.translation() - oldest_pose.translation()) / queue_delta;
angular_velocity_from_poses_ =
transform::RotationQuaternionToAngleAxisVector(
oldest_pose.rotation().inverse() * newest_pose.rotation()) /
queue_delta;
}
PoseExtrapolator::UpdateVelocitiesFromPoses()
17行执行了PoseExtrapolator::AdvanceImuTracker方法,当不使用IMU数据时,将 angular_velocity_from_poses_ 或者 angular_velocity_from_odometry_ 数据传入了imu_tracker.
void PoseExtrapolator::AdvanceImuTracker(const common::Time time,
ImuTracker* const imu_tracker) const
{
CHECK_GE(time, imu_tracker->time());
if (imu_data_.empty() || time < imu_data_.front().time)
{
// There is no IMU data until 'time', so we advance the ImuTracker and use
// the angular velocities from poses and fake gravity to help 2D stability.
imu_tracker->Advance(time);
imu_tracker->AddImuLinearAccelerationObservation(Eigen::Vector3d::UnitZ());
imu_tracker->AddImuAngularVelocityObservation(
odometry_data_.size() < ? angular_velocity_from_poses_
: angular_velocity_from_odometry_);
return;
}
if (imu_tracker->time() < imu_data_.front().time) {
// Advance to the beginning of 'imu_data_'.
imu_tracker->Advance(imu_data_.front().time);
}
auto it = std::lower_bound(
imu_data_.begin(), imu_data_.end(), imu_tracker->time(),
[](const sensor::ImuData& imu_data, const common::Time& time) {
return imu_data.time < time;
});
while (it != imu_data_.end() && it->time < time) {
imu_tracker->Advance(it->time);
imu_tracker->AddImuLinearAccelerationObservation(it->linear_acceleration);
imu_tracker->AddImuAngularVelocityObservation(it->angular_velocity);
++it;
}
imu_tracker->Advance(time);
}
在执行ExtrapolatePose(),推测某一时刻的位姿的时候,调用了 ExtrapolateTranslation 和 ExtrapolateRotation 方法。
transform::Rigid3d PoseExtrapolator::ExtrapolatePose(const common::Time time) {
const TimedPose& newest_timed_pose = timed_pose_queue_.back();
CHECK_GE(time, newest_timed_pose.time);
if (cached_extrapolated_pose_.time != time) {
const Eigen::Vector3d translation =
ExtrapolateTranslation(time) + newest_timed_pose.pose.translation();
const Eigen::Quaterniond rotation =
newest_timed_pose.pose.rotation() *
ExtrapolateRotation(time, extrapolation_imu_tracker_.get());
cached_extrapolated_pose_ =
TimedPose{time, transform::Rigid3d{translation, rotation}};
}
return cached_extrapolated_pose_.pose;
}
可以看到使用的是:(1)旋转,imu_tracker的方位角角的变化量;(2)平移,里程计或者位姿线速度计算的移动量。
Eigen::Quaterniond PoseExtrapolator::ExtrapolateRotation(
const common::Time time, ImuTracker* const imu_tracker) const {
CHECK_GE(time, imu_tracker->time());
AdvanceImuTracker(time, imu_tracker);
const Eigen::Quaterniond last_orientation = imu_tracker_->orientation();
return last_orientation.inverse() * imu_tracker->orientation();
} Eigen::Vector3d PoseExtrapolator::ExtrapolateTranslation(common::Time time) {
const TimedPose& newest_timed_pose = timed_pose_queue_.back();
const double extrapolation_delta =
common::ToSeconds(time - newest_timed_pose.time);
if (odometry_data_.size() < ) {
return extrapolation_delta * linear_velocity_from_poses_;
}
return extrapolation_delta * linear_velocity_from_odometry_;
}
2)使用IMU和里程计
IMU频率最高,假设消息进入的先后顺序是IMU、里程计,最后是激光消息。
2. RealTimeCorrelativeScanMatcher解决了Scan和子图的扫描匹配的问题。
通过 real_time_correlative_scan_matcher_ 和 ceres_scan_matcher_ 实现的。
std::unique_ptr<transform::Rigid2d> LocalTrajectoryBuilder::ScanMatch(
const common::Time time, const transform::Rigid2d& pose_prediction,
const sensor::RangeData& gravity_aligned_range_data)
{
std::shared_ptr<const Submap> matching_submap =
active_submaps_.submaps().front();
// The online correlative scan matcher will refine the initial estimate for
// the Ceres scan matcher.
transform::Rigid2d initial_ceres_pose = pose_prediction;
sensor::AdaptiveVoxelFilter adaptive_voxel_filter(
options_.adaptive_voxel_filter_options());
const sensor::PointCloud filtered_gravity_aligned_point_cloud =
adaptive_voxel_filter.Filter(gravity_aligned_range_data.returns);
if (filtered_gravity_aligned_point_cloud.empty())
{
return nullptr;
}
if (options_.use_online_correlative_scan_matching())
{
real_time_correlative_scan_matcher_.Match(
pose_prediction, filtered_gravity_aligned_point_cloud,
matching_submap->probability_grid(), &initial_ceres_pose);
} auto pose_observation = common::make_unique<transform::Rigid2d>();
ceres::Solver::Summary summary;
ceres_scan_matcher_.Match(pose_prediction.translation(), initial_ceres_pose,
filtered_gravity_aligned_point_cloud,
matching_submap->probability_grid(),
pose_observation.get(), &summary);
return pose_observation;
}
Cartographer源码阅读(7):轨迹推算和位姿推算的原理的更多相关文章
- Cartographer源码阅读(6):LocalTrajectoryBuilder和PoseExtrapolator
LocalTrajectoryBuilder意思是局部轨迹的构建,下面的类图中方法的参数没有画进去. 注意其中的三个类:PoseExtrapolator类,RealTimeCorrelativeSca ...
- Cartographer源码阅读(2):Node和MapBuilder对象
上文提到特别注意map_builder_bridge_.AddTrajectory(x,x),查看其中的代码.两点: 首先是map_builder_.AddTrajectoryBuilder(...) ...
- angular源码阅读3:真的,依赖注入的原理
前面已经提到了: 如何注册一个module. 如何获取一个module. injector与module以及provider的关系. 那么已经剩下最后一部分了,就是关于依赖是如何被注入的. 且看下面这 ...
- Vue2.0源码阅读笔记(二):响应式原理
Vue是数据驱动的框架,在修改数据时,视图会进行更新.数据响应式系统使得状态管理变的简单直接,在开发过程中减少与DOM元素的接触.而深入学习其中的原理十分有必要,能够回避一些常见的问题,使开发变的 ...
- Cartographer源码阅读(4):Node和MapBuilder对象2
MapBuilder的成员变量sensor::Collator sensor_collator_; 再次阅读MapBuilder::AddTrajectoryBuilder方法.首先构造了mappin ...
- Cartographer源码阅读(1):程序入口
带着几个思考问题: (1)IMU数据的使用,如何融合,Kalman滤波? (2)图优化的具体实现,闭环检测的策略? (3)3D激光的接入和闭环策略? 1. 安装Kdevelop工具: http://b ...
- Cartographer源码阅读(8):imu_tracker
IMU的输入为imu_linear_acceleration 和 imu_angular_velocity 线加速和角速度.最终作为属性输出的是方位四元数. Eigen::Quaterniond ...
- Cartographer源码阅读(5):PoseGraph位姿图
PoseGraph位姿图 mapping2D::PoseGraph类的注释: // Implements the loop closure method called Sparse Pose Adju ...
- Cartographer源码阅读(3):程序逻辑结构
Cartographer早期的代码在进行3d制图的时候使用了UKF方法,查看现有的tag版本,可以转到0.1.0和0.2.0查看,包含kalman_filter文件夹. 文件夹中的pose_track ...
随机推荐
- 【OpenFOAM案例】03 Docker安装OpenFOAM
"工欲善其事必先利其器",软件装不上,讲再多的使用技巧也是白搭.近期不少留言说OpenFOAM不容易安装,今天来谈谈如何在Linux下利用Docker安装OpenFOAM. Lin ...
- golang:常量
今天写代码的时候才发现,go语言里面的常量不能是数组(例如:[2]byte) 于是想查一下资料搞清楚到底是什么原因导致的,从effective go查到如下介绍: 但是这里也仅仅就是介绍了一下常量类型 ...
- 如何关闭windows server2012 80端口
Windows Server禁用本地端口的两种方法 这篇文章主要介绍了Windows Server 2008 禁用本地端口的两种方法,本文讲解了通过Windows防火墙禁用端口.通过IP安全策略禁用端 ...
- EL表达式具体解释
在 JSP 页面中,使用标签库取代传统的 Java 片段语言来实现页面的显示逻辑已经不是新技术了,然而.由自己定义标签非常easy造成反复定义和非标准的实现.鉴于此.出现了 JSTL ( JSP St ...
- Dubbo 在maven项目中的应用
首先我们来看一下dubbo的架构: 所以通过此图,我们看到就是服务的提供者将服务注册到注册中心,服务的消费者从注册中心获取服务,monitor监控服务的调用. 关于dubbo的使用,我们举个简单的例子 ...
- 【css】垂直居中的几种写法
结构 <div class="vam"> <div class="vam-body">垂直居中</div> </div ...
- Kafka原理总结
Kafka Kafka是最初由Linkedin公司开发,是一个分布式.支持分区的(partition).多副本的(replica),基于zookeeper协调的分布式消息系统,它的最大的特性就是可以实 ...
- 深度讲解 .net session 过期机制
[参考]net session过期 原理及解决办法 [参考]深入理解session过期机制
- laravel5.8笔记十:Redis操作
> 位置:\vendor\laravel\framework\src\Illuminate\Redis\Connections\PhpRedisConnection.php > 参考:ht ...
- Matrix 高斯消元Gaussian elimination 中的complete pivoting和partial pivoting
首先科普下Pivoting的含义 一般翻译为“主元”,在对矩阵做某种算法时,首先进行的部分元素.在线性规划的单纯形法中常见.wiki的解释如下:Pivot element(the first elem ...