• 改进地图的vo类


    现在的地图只是各帧特征点的集合。
    创建地图:局部,全局。
    局部:只相机位置附近的特征点,用来和当前帧匹配求解相机位置的。
    全局:不定位,回环检测和地图表达。
    重点或麻烦:维护局部地图的规模。为了实时,保证地图规模不能太大。
    1.修改地图点类MapPoint
    增加变量和函数形式。
    1.1类
    变量倒也简单。两个id,一个id_,一个factory_id_,主要用的是factory_id.
    向量形式的pos_,norm_,一个是路标点的世界坐标,一个是路标点被观测到的方向。
    good_,判断路标点是好是坏的指标。
    descriptor_路标点的描述子,因为要用路标点的描述子和当前帧的描述子进行匹配。
    次数matched_times visible_times_,在位姿估计中成为内点的次数和在当前帧中可见的次数。
    还有帧列表observed_frames_,可以观测到路标点的关键帧。
    类中还有一个内联函数getPointCV,它是用来返回pos_的Point3f形式。
    1.2类函数
    MapPoint函数的两种形式,主要用于new MapPoint()赋值。迭代的每一次赋值。
    一个是没有变量,把id赋值为-1,次数都为0,good_是true,pos_,norm为零向量。这应该是初始化的时候。
    一个主要作用是观测帧列表中加入新的帧。变量有id,pos_,norm,descriptor_,frame_,这和下面的createMapPoint相呼应。
    createMapPoint函数的两种形式。它主要返回MapPoint的指针。一个也是没有变量,返回的是new MapPoint(factory_id++,Vector3d(0,0,0),Vector3d(0,0,0));
    一个有前面的几个变量,返回的是MapPoint(factory_id_++,pos_world,norm,frame,descriptor);
    还定义了factor_id_初值为0.
    2.visualOdometry类的变化
    2.1增加的变量
    cv::FlannBasedMatcher matcher_flann_,这是匹配子,它的match函数可以用来做desp_map和当前帧的描述子来做匹配。
    vector<MapPoint::Ptr> match_3dpts_,这是有MapPoint的智能指针组成的向量,经过两次选择,一次是从地图中的路标点中选,选世界坐标转像素坐标在当前帧范围内的。这里的T_c_w用的是参考帧的。第二次是把desp_map和当前帧的描述子进行匹配,选择匹配距离小于mis_dis*match*ratio和30的描述子对应的路标点。
    vector<int> match_2dkp_index_筛选匹配后当前帧的特征点的索引。
    T_c_w_estimated_一起估计的都是当前帧和参考帧之间的,所以用的是相机坐标,这里用世界坐标,计算的是T_c_w的孤寂值。
    阈值map_point_erase_ratio_,应该是路标点的匹配比例,如果solvePostiationPnP中有用到的话,路标点匹配次数会加1,如果路标点转成像素坐标后在当前帧里,观测次数加1.匹配次数除以观测次数得到匹配比例,这个值默认为0.1,如果匹配比例小于它,会把该路标点从当前地图中删除。
    2.2修改的函数
    2.2.1特征匹配函数featureMatching()
    作用:构建求解相机位姿的局部地图的特征点的世界坐标match_3dpts_,经过cv::Point3f变过之后就是pts3d和当前帧的像素坐标的索引match_2dkp_index_.
    过程:(1)构建局部地图的描述子矩阵desp_map,和存放可见路标点指针的矩阵candidate.
    对于地图中的所有路标点都做一个判断,如果路标点的世界坐标经过变换得到的像素坐标在当前帧上,即if(curr_.isInFrame(p->pos_)),那么这个路标点的可见次数加1,candidate存放这个路标点,desp_map存放这个路标点的描述子。
    (2)对desp_map和当前帧的描述子矩阵用flann法进行匹配,得到matches,然后得到matches的最小距离min_dis.筛选匹配,假设通过的匹配是m,那么match_3dpts_路标向量存放candidate里通过匹配的路标,match_2dkp_index_里存放通过匹配的当前帧的特征点的索引。
    2.2.2位姿估计函数poseEstimationPnP()
    作用:求解T_c_w_estimated并进行g2o优化。
    过程:得到pts3d,pts2d,K,等,然后用cv::solvePnPRansac函数求解得到rvec,tvec,inliers.然后得到T_c_w_esitmated_,然后把它当做初值进行优化,优化边和位姿跟之前一样,在添加一条条边的时候,真正用于匹配的特征点的索引会存放在inliers中,可以通过inliers.at<int> ( i,0 )得到。这样用于匹配的路标点的匹配次数就会加1.
    2.2.3添加关键帧函数addKeyFrame
    作用:一般是在判断对当前帧进行检测之后,如果检测通过,添加关键帧。这里多加了一步,就是在初始化的时候,把当前帧的所有特征点都当做路标点加入到地图。
    过程:(1)如果地图里的关键帧为空的话map_->keyFrame.empty(),做一个for循环,根据当前帧的关键点的大小keypoints_curr_.size(),得到d,如果d<0,跳出循环,由d得到p_world,是根据参考帧里cmaera里的函数,用的却是当前帧的T_c_w.p_world和参考帧的相机中心相减得到n.
    n.normaiize(),然后p_world,规范化之后的n,就是观测方向,当前帧的描述子的clone,当前帧,组合得到路标指针map_point,.
    用地图类中的insertMapPoint函数把这些路标点插入到地图中。
    (2)否则地图插入关键帧,参考帧变成当前帧。
    2.3增加的函数
    2.3.1添加路标点函数addMapPoints
    作用:往地图上添加路标点,是当前帧和他可见的路标点进行匹配,筛选匹配后的特征点小于100的时候,添加路标点。而且添加的是当前帧的特征点。
    过程:造一个跟当前帧的关键点数量相同的bool向量matched,先全赋值为false.
    对于匹配中用到的当前帧的特征点,对应的索引在matched设为true.
    造一个for循环,根据当前帧的关键点的数量来定。
    对于matched==true的那些i,不做处理。就是匹配中用到的那些特征点,不做处理。
    其他的特征点,求d,然后p_world,然后n,n.normalize,map_point,然后地图把这里路标点给插入进去。
    2.3.2优化地图函数optimizeMap()
    作用:移除当前帧已经看不见的路标点和匹配比例不好的路标点
    过程:(1)做一个for循环,所有路标点进入循环,iter代表地图中的一个路标点,但iter.second才是路标点的值。如果路标点的位姿经过转换之后不在当前帧范围之内,删除路标点。
    计算匹配比例,就是匹配次数除以可见次数,如果比例小于阈值map_point_erase_ratio_,删除此路标点。
    删除是iter=map_->map_points_.erase(iter);
    计算观测角angle,根据当前帧和路标点位姿计算到的,就是路标点的位姿减去当前帧的相机中心得到n,n规范化之后,n.transpose()*point->norm_,就是n的逆乘以路标点的观测方向再经过acos变换得到的角度。
    如果这个角度大于M_Pi/6,那么就删除此路标点。
    (2)如果筛选匹配后的当前帧的特征点小于100,执行添加路标点操作,供下一次使用。
    如果路标点的数量大于1000,那么map_point_erase_ratio_加上0.05.如果不大于1000,就还是0.1.
    2.3.3得到观测角函数getViewAngle()
    作用:变量是当前帧和路标点。路标点的世界坐标减去当前帧的相机中心得到n.n经normalize之后,
    acos(n.transpose()*point->norm_)就得到了观测角。
    观测角主要在优化地图的时候用到,如果观测角大于pi/6,说明已经快看不见路标点 了,把路标点删除。
    2.4总函数addFrame()
    输入变量为帧类
    过程:初始化的时候,对输入帧提取关键点,计算描述子和添加关键帧,此时,输入帧即为参考帧,又为当前帧。
    状态ok的时候,输入帧为当前帧,把参考帧的T_c_w当做当前帧的T_c_w的初值。提取当前帧的额关键点,描述子,把地图上路标点的描述子和当前帧的描述子进行匹配,desp_map只可能小于当前帧的描述子数量,不可能大于。并筛选匹配。然后根据匹配结果得到pts3d,pts2d,根据pnp求解出当前帧的T_c_w_estimated.
    如果位姿估计检验通过,就是内点数不能太少,运动不能太大。当前帧的T_c_w就等于它的估计值。执行优化地图操作,就是对不在当前帧可见范围内,匹配比例过小,观测角度过大的路标点进行删除。如果筛选匹配后当前帧的特征点过小,添加路标点,如果总路标点数量太大,增加删除比例。
    如果关键帧检验通过的话,就是旋转或位移有一个大于最小值的话,添加关键帧。
    如果关键帧检验没有通过,num_lost+1,如果num_lost大于阈值,vo状态设为丢失。、
    如果为丢失,跳出循环。输出vo已丢失。

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