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追踪线程添加IMU的思路-2020-04-23

追踪线程添加IMU的思路-2020-04-23

作者: OTTFFIVE | 来源:发表于2020-04-23 15:05 被阅读0次

    初始化完成之后进入追踪每一帧图像:

    Vec4 tres = trackNewCoarse(fh);

    对像素使用旋转和位移的作用比来判断运动状态
    返回的是第0层残差和三维光流信息,用来判断是否生成关键帧;
    [ step 1 ]生成5+26种运动模式。
    [ step 2 ]遍历5+26种运动模式,判断追踪效果:
    对新来的帧进行跟踪, 优化得到位姿, 光度参数,把到目前为止最好的残差值作为每一层的阈值,粗层的能量值大, 也不继续优化了, 来节省时间。


    bool trackingIsGood = coarseTracker->trackNewestCoarse(
                    fh, lastF_2_fh_this, aff_g2l_this,
                    pyrLevelsUsed-1,
                    achievedRes);
    

    • 使用金字塔进行跟踪, 从顶层向下开始跟踪
      [ step 1 ] 计算残差, 保证最多60%残差大于阈值, 计算正规方程
    • 保证大于阈值的点小于60%
      [ step 2 ] LM迭代优化
      [ step 2.1 ] 计算增量
      [ step 2.2 ] 使用增量更新后, 重新计算能量值
      [ step 2.3 ] 接受则求正规方程, 继续迭代, 优化到增量足够小
      [ step 3 ] 记录上一次残差, 光流指示, 如果调整过阈值则重新计算这一层。如果算出来大于阈值,说明初始值不好,及时return,不浪费时间,最好的直接放弃。
      [ step 4 ] 判断优化失败情况,求解的变化太大,不可能突变特别多,说明求解错误

    [ step 3 ] 如果跟踪正常, 并且0层残差比最好的还好留下位姿, 保存最好的每一层的能量值。
    [ step 4 ] 小于阈值则暂停, 并且为下次设置阈值;把这次得到的最好值给下次用来当阈值。

    IMU预积分

    1.成员变量有:

        // delta measurements, position/velocity/rotation(matrix)
        Eigen::Vector3d _delta_P;    // P_k+1 = P_k + V_k*dt + R_k*a_k*dt*dt/2
        Eigen::Vector3d _delta_V;    // V_k+1 = V_k + R_k*a_k*dt
        Eigen::Matrix3d _delta_R;    // R_k+1 = R_k*exp(w_k*dt).     note: Rwc, Rwc'=Rwc*[w_body]x
    
        // jacobian of delta measurements w.r.t bias of gyro/acc
        Eigen::Matrix3d _J_P_Biasg;     // position / gyro
        Eigen::Matrix3d _J_P_Biasa;     // position / acc
        Eigen::Matrix3d _J_V_Biasg;     // velocity / gyro
        Eigen::Matrix3d _J_V_Biasa;     // velocity / acc
        Eigen::Matrix3d _J_R_Biasg;   // rotation / gyro
    
        // noise covariance propagation of delta measurements
        Mat99 _cov_P_V_Phi;
    
        double _delta_time;
    

    2.成员函数有:

    // reset to initial state
    void reset();
    
    // incrementally update 1)delta measurements, 2)jacobians, 3)covariance matrix
    void update(const Vec3& omega, const Vec3& acc, const double& dt);
    
    
    inline Sophus::Quaterniond normalizeRotationQ(const Sophus::Quaterniond& r)
    {
        Sophus::Quaterniond _r(r);
        if (_r.w()<0)
        {
            _r.coeffs() *= -1;
        }
        return _r.normalized();
    }
    
    inline Mat33 normalizeRotationM (const Mat33& R)
    {
        Sophus::Quaterniond qr(R);
        return normalizeRotationQ(qr).toRotationMatrix();
    }
    

    3.主要是IMUPreintegrator::update:

    // incrementally update 1)delta measurements, 2)jacobians, 3)covariance matrix
    // acc: acc_measurement - bias_a, last measurement!! not current measurement
    // omega: gyro_measurement - bias_g, last measurement!! not current measurement
    void IMUPreintegrator::update(const Vec3& omega, const Vec3& acc, const double& dt)
    {
        double dt2 = dt*dt;
    
        Mat33 dR = Expmap(omega*dt);
        Mat33 Jr = JacobianR(omega*dt);
    
        // noise covariance propagation of delta measurements
        // err_k+1 = A*err_k + B*err_gyro + C*err_acc
        Mat33 I3x3 = Mat33::Identity();
        Mat99 A = Mat99::Identity();
        A.block<3,3>(6,6) = dR.transpose();
        A.block<3,3>(3,6) = -_delta_R*skew(acc)*dt;
        A.block<3,3>(0,6) = -0.5*_delta_R*skew(acc)*dt2;
        A.block<3,3>(0,3) = I3x3*dt;
        Mat93 Bg = Mat93::Zero();
        Bg.block<3,3>(6,0) = Jr*dt;
        Mat93 Ca = Mat93::Zero();
        Ca.block<3,3>(3,0) = _delta_R*dt;
        Ca.block<3,3>(0,0) = 0.5*_delta_R*dt2;
        _cov_P_V_Phi = A*_cov_P_V_Phi*A.transpose() +
            Bg*GyrCov*Bg.transpose() +
            Ca*AccCov*Ca.transpose();
    
    
        // jacobian of delta measurements w.r.t bias of gyro/acc
        // update P first, then V, then R
        _J_P_Biasa += _J_V_Biasa*dt - 0.5*_delta_R*dt2;
        _J_P_Biasg += _J_V_Biasg*dt - 0.5*_delta_R*skew(acc)*_J_R_Biasg*dt2;
        _J_V_Biasa += -_delta_R*dt;
        _J_V_Biasg += -_delta_R*skew(acc)*_J_R_Biasg*dt;
        _J_R_Biasg = dR.transpose()*_J_R_Biasg - Jr*dt;
    
        // delta measurements, position/velocity/rotation(matrix)
        // update P first, then V, then R. because P's update need V&R's previous state
        _delta_P += _delta_V*dt + 0.5*_delta_R*acc*dt2;    // P_k+1 = P_k + V_k*dt + R_k*a_k*dt*dt/2
        _delta_V += _delta_R*acc*dt;
        _delta_R = normalizeRotationM(_delta_R*dR);  // normalize rotation, in case of numerical error accumulation
    
    
    //    // noise covariance propagation of delta measurements
    //    // err_k+1 = A*err_k + B*err_gyro + C*err_acc
    //    Mat33 I3x3 = Mat33::Identity();
    //    MatrixXd A = MatrixXd::Identity(9,9);
    //    A.block<3,3>(6,6) = dR.transpose();
    //    A.block<3,3>(3,6) = -_delta_R*skew(acc)*dt;
    //    A.block<3,3>(0,6) = -0.5*_delta_R*skew(acc)*dt2;
    //    A.block<3,3>(0,3) = I3x3*dt;
    //    MatrixXd Bg = MatrixXd::Zero(9,3);
    //    Bg.block<3,3>(6,0) = Jr*dt;
    //    MatrixXd Ca = MatrixXd::Zero(9,3);
    //    Ca.block<3,3>(3,0) = _delta_R*dt;
    //    Ca.block<3,3>(0,0) = 0.5*_delta_R*dt2;
    //    _cov_P_V_Phi = A*_cov_P_V_Phi*A.transpose() +
    //        Bg*IMUData::getGyrMeasCov*Bg.transpose() +
    //        Ca*IMUData::getAccMeasCov()*Ca.transpose();
    
        // delta time
        _delta_time += dt;
    
    }

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