SLAM後端:位姿圖優化(Pose Graph)

BA優化時間跟特徵點數量有關,特徵點數量越多BA消耗時間越長。折衷做法是,在進行幾次優化後,將特徵點位置固定,不再優化特徵點,只優化相機位姿。位姿圖優化是一中方法。場景如下:

                                   

三角形節點表示相機位姿,用[\xi _1,\xi_2,\xi_3,...]表示,藍色的邊表示兩相機位姿之間的相對運動,\Delta \xi _{ij}表示\xi _i,\xi _j之間的相對運動之間的相對位姿變化。圖優化的目的是爲了優化[\xi _1,\xi_2,\xi_3,...],方法是利用\Delta \xi _{ij}\xi _i,\xi _j之間的相對運動之間的相對關係構建最小二乘問題進行優化求解。

首先根據兩幀的位姿可以得到相對位姿變換:

                                                                             \Delta \xi _{ij}^{'} = \xi_i^{-1}\circ \xi _j

李羣表達式:

                                                                               T_{ij}^{'} = T_{i}^{-1}T_{j}

實際的\Delta \xi _{ij},即T_{ij}值根據i,j兩幀圖像利用2D-2D(對極幾何)得到。優化的目的就是讓

                                                                       min e_{ij}=min(T_{ij}-T_{ij}^{'} )

可以寫成:

                    e_{ij}=ln(T_{ij}^{-1}T_{ij}^{'})^{\vee } = ln(T_{ij}^{-1}T_{i}^{-1}T_{j})^{\vee }=ln(exp((-\xi_{ij} )^{\wedge })exp((-\xi_{i} )^{\wedge })exp((\xi_{j} )^{\wedge }))^{\vee }

求解該優化問題一般採用LM法,需要計算偏導數並求解H,以通過增量方程H\Delta x=g求解優化量。

\xi_i,\xi_j分別左乘以一個擾動\delta \xi_i,\delta \xi_j

                                               e_{ij} = ln(T_{ij}^{-1}T_{i}^{-1}exp(-(\delta \xi_i)^{\wedge} )exp(\delta\xi_j)^{\wedge }T_{j})^{\vee }

套用伴隨性質(附在後文)得到:

                                  e_{ij} = ln(T_{ij}^{-1}T_{i}^{-1}T_{j}exp(-(Ad(T_i^{-1})\delta \xi_i)^{\wedge} )exp(Ad(T_j^{-1})\delta\xi_j)^{\wedge })^{\vee }

泰勒展開合併得到:

                                    \hat{e_{ij}} = ln(T_{ij}^{-1}T_{i}^{-1}T_{j}(I-(Ad(T_j^{-1})\delta \xi_i)^{\wedge} + (Ad(T_j^{-1})\delta\xi_j))^{\wedge }))^{\vee }=e_{ij}+\frac{\partial e_{ij}}{\partial \delta\xi_i}\delta\xi_i+\frac{\partial e_{ij}}{\partial \delta\xi_j}\delta\xi_j

T_i,T_j的偏導數如下:

                                                                 \\ \frac{\partial e_{ij}}{\partial \delta\xi_i}=-J_r^{-1}(e_{ij})Ad(T_j^{-1})\\ \frac{\partial e_{ij}}{\partial \delta\xi_j}=J_r^{-1}(e_{ij})Ad(T_j^{-1})

得到偏導數即可求解增量方程解決優化問題。

伴隨性質:

旋轉羣伴隨性質:

                                                                    Rexp(p^{\wedge })R^{T}=exp((Rp)^{\wedge})

變換羣伴隨性質:

                                                               Texp(\xi^{\wedge})T^{-1}=exp((Ad(T)\xi)^{\wedge})

其中:

                                                                          Ad(T) = \left [ \begin{matrix} R & t^{\wedge}R \\ 0 & R \\ \end{matrix} \right ]

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章