其实ceres solver用了挺多的,可能是入门不精,有时候感觉感觉不理解代码上是怎么实现的,这次就通过ceres的官网仔细看了一些介绍,感觉对cpp了解更好了一些。

跟g2o的比较的话,感觉ceres solver是一个更通用的非线性优化器,g2o是更加针对SLAM的开发。比如g2o对一个outlier有函数借口,我了解的ceres里就只能在计算error搞一搞了。

本来以为只有ceres提供了autodiff,后来被告之g2o也有了,那感觉ceres也没这么有优势了。不过真的要落地的肯定都要自己写的,前期开发的话,大家哪个熟用哪个呗。

Ceres

Ceres solver consists of two parts:

  1. a modeling API construct an optimization problem one term at a time.
  2. a solver API that controls the minimization algorithm.

Cost Function

which is responsible for computing a vector of residuals and Jacobian matrices.

class CostFunction {
public:
virtual bool Evaluate(double const* const parameters, double* residuals, double** jacobians) = 0; const vector<int32>& parameter_block_sizes();
int num_residuals() const; protected:
vector<int32>* mutable_parameter_block_sizes();
void set_num_residuals(int num_residuals);
};

CostFunction::parameter_block_sizes and CostFunction::num_residuals_ would be set by Problem when using Problem::AddResidualBlock().

bool CostFunction::Evaluate

parameters is an array of arrays of size x and parameters[i] is an array of size xx.

parameters is never NULL.

residuals is an array of size xxx.

residuals is never NULL.

jacobian is an array of arrays of size xxxx.

if jacobian is NULL, the user is only expected to compute the residuals.

jacobian is a row-major array. of residuam_num * parameter_block_size

If jacobian[i] is NULL, then this computation can be skipped. This is the case when the corresponding parameter block is markded constant.

SizedCostFunction

If the size of the parameter block and the size of the residual vector is known at compile time(常规场景).

The user only needs to implement CostFunction::Evaluate().

// 模板参数
template<int kNumResiduals, int N0 = 0, int N1 = 0, int N2 = 0, int N3 = 0, int N4 = 0,
int N5 = 0, int N6 = 0, int N7 = 0, int N8 = 0, int N9 = 0>
class SizedCostFUnction: public CostFunction {
public:
virtual bool Evalute(double const* const* parameters,
double* residuals,
double** jacobians) const = 0;
};

AutoDiffCostFunction

template <typename CostFunctor,
int kNumResiduals, int N0 = 0, int N1 = 0, int N2 = 0, int N3 = 0, int N4 = 0,
int N5 = 0, int N6 = 0, int N7 = 0, int N8 = 0, int N9 = 0>
class AutoDiffCostFunction : public SizedCostFunction<kNumResiduals, N0, N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9> {
public:
explicit AutoDiffCostFunction(CostFunctor* functor);
AutoDiffCostFunction(CostFunctor* functor, int num_residuals);
};

To get an auto differentiated cost function, you must define a class(functor) with a templated operator() (a functor) that computes the cost function in terms of the template parameter T.

The function must write the computed value in the last argument( the only non-const one) and return true to indicate success. (咋搞的??)

For example $ e=k - x^Ty $, the actual cost added to the total problem is e^2 while the squaring is implicitly done by the optimization framework.

class MyScalarCostFunctor {
public:
MyScalarCostFunctor(double k) : k_(k) {}
template <typename T>
bool operator()(const T* const x, const T* const y, T* e) const {
e[0] = k_ - x[0] * y[0] - x[1] * y[1];
return true;
}
private:
double k_;
};

class definition is shown as below:

CostFunction* cost_function = new AutoDiffCostFunction<MyScalarCostFunctor, 1, 2, 2>(new MyScalarCostFUnctor(1.0));
// the sequence is: Dimension of residuals, of x and of y.

AutoDiffCostFunction also supports cost functions with a runtime-determined number of residuals. 这里用了第二个AutoDiffCostFunction的第二个构造函数AutoDiffCostFunction(CostFunctor*, int).

e.g.

CostFunction* cost_function
= new AutoDiffCostFunction<MyScalarCostFunctor, DYNAMIC, 2, 2>(
new CostFunctiorWithDynamicNumResiduals(1.0),
runtime_number_of_residuals);

The framework can currently accommodate cost functions of up to 10 independent variables, and there is no limit on the dimensionality of each of them.

DynamicAutoDiffCostFunction

It requires that the number of parameter blocks and their sizes be known at compile time. It also has an upper limit of 10 parameter blocks.

template <typename CostFunctor, int Stride = 4>
class DynamicAutoDiffCostFunction : public CostFunction {};

The functor signature is a bit different.

struct MyCostFunctor {
template<typename T>
bool operator() (T const* const * parameters, T* residuals) const { }
}

这玩意反正不太好用。

NumericDiffCostFunction

有时候不能定义一个cost functor, 用这玩意。

template <typename CostFunctor, NumericDiffMethodType method = CENTRAL, int kNumResiduals, int N0, int N1 = 0> // 当然后还有8个
class NumericDIffCostFunction : public SizedCostFunction<kNumResiduals, N0, N1> {}

在ceres中有三种numeric differentiation的方式,FORWARD, CENTRAL, RIDDERS.

如果你的parameter block是在一个流行上的,numerical differentiation可能会有问题,因为这个方式只是扰动parameter block中单个coordinate,这也就表示我们认为parameter block在欧式空间里而忽视了流行的structure。

e.g. Pertubing the coordiantes of a unit quaternion will vilate the unit norm property of the parameter block.

解决这个问题需要让NumericDiffCostFunction意识到LocalParameterization.

一般来说,我们推荐使用AutoDiffCostFunction而非NumericDiffCostFunction,因为在cpp模板类使得自动微分非常有效,而采用数值微分却划不来,由于其数值误差会使得收敛变慢。(反正auto就是用了很吊的扫操作牛逼就行了)

DynamicNumericDiffCostFunction

template <typename CostFunctor, NumericDiffMethodType method = CENTRAL>
class DynamicNumericDiffCostFunction : public CostFunction { };

NormalPrior

class NormalPrior : public CostFunction {
public:
// 保证b中的行数和A的列数一样
NormalPrior(const Matrix& A, const Vector& b); virtual bool Evalute(double const* const parameters, double* residuals, double** jacobians) const;
};

LossFunction

class LossFunction {
public:
virtual void Evaluete(double s, double out[3]) const = 0;
};

LocalParameterization

class LocalParameterization {
public:
virtual ~LocalParameterization() {}
virtual bool Plus(const double* x, const double* delta, double* x_plus_delta) const = 0;
virtual bool ComputeJacobian(const double* x, double* jacobian) const = 0;
//...
}

class IdentityParameterization

加法定义和一般的一样 Plus(x, delta x) = x + delta x

class QuaternionParameterization

class EigenQuaternionParameterization

Eigen存储quaternion的方式不同,是[x, y, z, w].

ProductParameterization可以构建一个Cartesian product of localparameterization.

ProductParameterization se3_param(new QuaternionParameterization(), new IdentityTransformation(3));

AutoDiffLocalParameterization

struct QuaternionPlus {
template<typename T>
bool operator() (const T* x, const T* delta, T* x_plus_delta) const {
const T squared_norm_delta = delta[0] * delta[0] + delta[1] * delta[1] + delta[2] * delta[2];
T q_delta[4];
if (squared_norm_delta > 0.0) {
T norm_delta = sqrt(squared_norm_delta);
const T sin_delta_by_delta = sin(norm_delta) / norm_delta;
q_delta[0] = cos(norm_delta);
q_delta[1] = sin_delta_by_delta * delta[0];
q_delta[2] = sin_delta_by_delta * delta[1];
q_delta[3] = sin_delta_by_delta * delta[2];
} else {
q_delta[0] = T(1.0);
q_delta[1] = delta[0];
q_delta[2] = delta[1];
q_delta[3] = delta[2];
} Quaternionproduct(q_delta, x, x_plus_delta);
return true;
}
};

Given this struct, the auto differentiated lcoal parameterization can now be constructed as

LocalParameterization* local_parameterization =
new AutoDiffLocalParameterization<QuaternionPlus, 4, 3>; // global size and local size

Problem

Use Problem::AddResidualBlock() and Problem::AddParameterBlock() methods.

Problem::AddResidualBlock()加入一个CostFunction,一个可选项的LossFunction,然后链接CostFunction和一系列的parameter block。

AddResidualBlock

ResidualBlockId Problem::AddResidualBlock(CostFunction*, LossFunction*, const vector<double*> parameter_blocks);
ResidualBlockId Problem::AddResidualBlock(CostFunction*, LossFunction*, double* x0, double* x1...);
CostFunction有parameter block的信息,这个函数会检查这些信息是否匹配。
LossFunction可以是NULL。 用户可以选择explicitly加入parameter block用``AddParameterBlock``,这会加入一些额外的检查。但是``AddResidualBlock``会implicitly加入不存在的parameter block。
Problem对象会默认拥有cost_function和loss_function的指针,他们会在problem对象存在的受活着。如果用户想自己销毁的话,可以在option里面设置。 尽管problem拥有cost_function和loss_function,它不会妨碍用户在其他residual block中重复使用。销毁器只会销毁cost_function和loss_function一次,不管多少residual block引用了他们。
???如果两个problem用了同一个parameter block,会有double free的问题么? ### AddParameterBlock
```cpp
void Problem::AddParameterBlock(double8 values, int size, LocalParameterization *);

加入合适的size的parameter block给problem。

重复的参数被加入会被ignore。

重复加入一个参数块但是定义不一样的size的结果是undefined。

Problem::RemoveResidualBlock

void Problem::RemoveResidualBlock(ResidualBlockId);

移除一个residual block,但是任何依赖的parameter不会被移除。

对应的cost function和loss function不会被立马删除,会在problem被销毁后。

如果Problem::Options::enable_fast_removal为真,会移除会快(constant time),不然会扫描整个problem来看是否是valid residual。

WARNING: 会改变内部的顺序,导致雅克比和参差没法解析,如果是用evaluated jacobian的话,最好别这么做。

Problem::RemoveParameterBlock

void Problem::RemoveParameterBlock(double *values)

以来这个parameter block的residual block也会被移除。

WARNING和上述一样。

Others

void Problem::SetParameterBlockConstant(double* values);
void Problem::SetParameterBlockVaribale(double* values);
void Problem::SetParameterization(double* values, LocalParameterization*);
LocalParameterization* Problem::GetParameterization(double* values);
void Problem::SetParameterLowerBound(double* value, int index, double lower_bound);
void Problem::SetParameterUpperBound(double* value, int index, double upper_bound);

rotation.h

template <typename T>
void AngleAxisToQuaternion(T const *angle_axis, T* quaternion); template <typename T>
void QuaternionToAngleAxis(T const *quaternion, T* angle_axis); template <typename T, int row_stride, int col_stride>
void RotationMatrixToAngleAxis(const MatrixAdapter<const T, row_stride, col_stride>&R, T* angle_axis); template <typename T, int row_stride, int col_stride>
void AngleAxisToRotationMatrix(T const* angle_axis, const MatrixAdapter<T, row_stride, col_stride> &R) template <typename T>
void RotationMatrixToAngleAxis(T const* R, T* angle_axis); tempalte <typename T>
void AngleAxisToRotationMatrix(T const* angle_axis, T* R);

Ceres Solver 入门稍微多一点的更多相关文章

  1. Ceres Solver: 高效的非线性优化库(二)实战篇

    Ceres Solver: 高效的非线性优化库(二)实战篇 接上篇: Ceres Solver: 高效的非线性优化库(一) 如何求导 Ceres Solver提供了一种自动求导的方案,上一篇我们已经看 ...

  2. Ceres Solver for android

        最近开发中,需要对图片做一些处理与线性技术,这时就用到了Ceres Solver.如何把Ceres Solver集成到Android里呢? 官网给了一个解决方案,简洁明了:   Downloa ...

  3. VINS(九)Ceres Solver优化(未完待续)

    使用Ceres Solver库处理后端优化问题,首先系统的优化函数为

  4. Ceres Solver: 高效的非线性优化库(一)

    Ceres Solver: 高效的非线性优化库(一) 注:本文基于Ceres官方文档,大部分由英文翻译而来.可作为非官方参考文档. 简介 Ceres,原意是谷神星,是发现不久的一颗轨道在木星和火星之间 ...

  5. [HeadFist-HTMLCSS学习笔记][第七章CSS入门:加一点样式]

    CSS入门 style元素设置CSS 基本格式 <style type="text/css"> body { background-color: #eaf3da; } ...

  6. LeetCode 笔记系列15 Set Matrix Zeroes [稍微有一点hack]

    题目:Given a m x n matrix, if an element is 0, set its entire row and column to 0. Do it in place. Fol ...

  7. Android平台使用Ceres Solver

    在Android平台上使用Ceres求解器,官方教程不明确,且编译过程遇到了很多问题. 环境 Ubuntu 18.04 源代码 https://github.com/Great-Keith/ceres ...

  8. 入门 uCOS 操作系统的一点建议

    原创: 鱼鹰Osprey  鱼鹰谈单片机 3月2日 预计阅读时间: 4 分钟 对于想入门操作系统的读者,我的建议是先学 uCOS II.原因有以下几点: 1.最为重要的原因是网上相关资源非常丰富,这对 ...

  9. Ceres Solver 在win8+vs2013环境下的安装

    参考博文:https://blog.csdn.net/wzheng92/article/details/79504709

随机推荐

  1. 【题解】Luogu P4436 [HNOI/AHOI2018]游戏

    原题传送门 \(n^2\)过百万在HNOI/AHOI2018中真的成功了qwqwq 先将没门分格的地方连起来,枚举每一个块,看向左向右最多能走多远,最坏复杂度\(O(n^2)\),但出题人竟然没卡(建 ...

  2. Linux学习方法和心态

    如果单纯是为了架站,那我就可以毕业了. 成就感+兴趣=学习的动力. 不同的环境下,解决问题的办法有很多种,只要行得通,都是好方法. Distribution 安装 熟悉Shell环境 Shell脚本 ...

  3. [C++ Primer Plus] 第8章、函数探幽(二)课后习题

    1.编写通常接受一个参数(字符串的地址),并打印该字符串的函数.不过,如果提供了第二个参数(int类型),且该参数不为0,则该函数打印字符串的次数将为该函数被调用的次数(注意,字符串的打印次数不等于第 ...

  4. 基于OpenCV做“三维重建”(4)--相机姿态还原和实现三维重建

    v当我们构建成功了viz,就可以使用3维效果给我们提供的便利,进一步进行一些3维的操作. 在这个动画中,注意图片后面的那个黑线,对应的是相机的位置. /*----------------------- ...

  5. Java第一、二次实训作业

    1.有1.2.3.4共4个数字,能组成多少个互不相同且无重复数字的三位数?都是多少? 程序分析:可填在百位.十位.个位的数字都是1.2.3.4.组成所有的排列后再去掉不满足条件的排列. 代码 pack ...

  6. 微信支付之App支付

    项目接入微信支付的准备工作: 注册成为开发者,进行资质认证,这里是需要300元的审核费用的: 在微信商户平台创建应用,提交等待审核(大致需要5-7个工作日): 应用审核通过之后,进入应用,开通微信支付 ...

  7. react项目中页面跳转、刷新及获取网络状态

    // 页面跳转 window.location.href = 'http://speedtest.wangxiaotong.com/' // 页面刷新 window.location.reload() ...

  8. Git Learning3 Eclipse Tools(未完成)

    1.创建Git 操作:工程 右键 Team Share Project Git 完成创建 2.全局设置:Window->Preference->Git->Configuration- ...

  9. 11-类中的__call__函数

    __call__是一个很神奇的特性,只要某个类型中有__call__方法,,我们可以把这个类型的对象当作函数来使用. 举例: >>>class Reader(): def __ini ...

  10. Hadoop分布式文件系统HDFS的工作原理

    Hadoop分布式文件系统(HDFS)是一种被设计成适合运行在通用硬件上的分布式文件系统.HDFS是一个高度容错性的系统,适合部署在廉价的机器上.它能提供高吞吐量的数据访问,非常适合大规模数据集上的应 ...