RTAB-MAP原理

前言

RTAB-Map (Real-Time Appearance-Based Mapping)自2013年起作為開源庫分發，最初是一種基于特征的回環檢測方法，具有記憶體管理功能，可以處理大規模和長期的線上操作。然後，它開始在各種機器人和移動平台上實作同步定位和建圖（SLAM）。

目的

​ 提供一個與時間和尺度無關的基于外觀的定位與構圖解決方案。

​ 針對解決大型環境中的線上閉環檢測問題。

思想

RTAB-Map用于基于外觀的實時建圖[Labb ́e and Michaud, 2013,Labb ́e and Michaud, 2017], 是一個通過記憶體管理方法實作回環檢測的開源庫，。從限制地圖的大小以使得回環檢測始終在固定的時間限制内處理，進而滿足長期和大規模環境線上建圖要求。

1. RTAB-Map整體描述

輸入：

1. TF，用于定義傳感器相對于機器人底座的位置
2. 任意裡程計
3. 相機輸入
4. （可選）2D雷射的雷達掃描，或3D雷射的點雲

輸出：

1. Map Data
2. 沒有任何資料的Map Graph，純圖
3. TF，矯正過的裡程計
4. 可選的OctoMap（3D占用栅格地圖），稠密點雲地圖，可選的2D占用栅格地圖

節點描述

1. 基于圖優化的SLAM方法 – rtabmap_ros

2. odometry是一個額外的輸入子產品

3. 在傳感器同步之後，STM子產品将會建立一個節點記憶視覺裡程計位姿等

STM：（ Short-Term Memory ，短期記憶子產品）傳感器的原始資料和額外有用的資訊将會為其他子產品提供服務， 比如回環和全局地圖。

STM用于觀察連續圖像在時間上的相似度，并依此更新定位點的權重。

STM的存儲量大小T取決于機器人的速度和定位點擷取的頻率，定位點數量達到t時，在STM中存儲時間最長的定位點就被移動到WM中。

4. 記憶體管理子產品：WM(Working Memory)+LTM( Long-Term Memory)

WM用于檢測定位點在空間上的閉環假設。

由于LTM中的定位點并不參與閉環檢測，是以選擇WM中的哪些定點轉移到LTM中非常重要。

​ rtab-map的思想是：假設更頻繁的被通路的定位點比其他的定位點更易于形成閉環。這樣一個定位點被連續通路的次數就可以用來衡量其易于形成閉環的權重。當需要從WM轉移定位點到LTM中時，優先選擇具有最低權重的定位點。如果具有最低權重的定位點又有多個時，優先選擇被存儲時間最長的那一個。

5. 回環檢測

為滿足實時性的一些限制，閉環檢測是僅僅利用有限數量的一些定位點，同時在需要的時候又能夠通路到整個地圖的定位點。當地圖中定位點的數目使得找到定位比對的時間超過某個閥值時，RTAB-MAP就将WM(Working Memory)中不太可能形成閉環的定位點轉移到LTM（Long-Term Memory）中，這樣這些被轉移的位置點就不參與下次閉環檢測的運算。當ＷＭ中閉環被檢測到時，其領接定位點又能夠重新的從LTM中取回放入WM中，以檢測更多的閉環。

​ RTAB-MAP閉環檢測時并沒有使用STM中的定位點，因為多數情況下，最後擷取的定位點大多與其最近的定位點相似。

核心思想-大規模長期線上運作的回環檢測

論文：Appearance-Based Loop Closure Detection for Online Large-Scale and Long-Term Operation

RTAB-Map用離散貝葉斯過濾器來估計形成閉環的機率，将新的定位點與存儲在WM中的定位點進行比較。當發現新舊定位點之間有高機率形成閉環時，一個閉環就被檢測到了，新舊定位點也就被連結在一起。有兩個關鍵個步驟，一個是“取回”:對于具有形成閉環機率最高的那個定位點，将它的那些沒有在WM中的領接定位點，重新從LTM中取出放回到WM中。第二個步驟叫做“轉移”:當閉環檢測的處理時間超過閥值,具有最低權重的定位點中，存儲時間最長的将被轉移到LTM中，被轉移的定位點的數量取決于目前依賴循環中的WM存儲的定位點的數量。

A.定位點建立 Location Creation

使用詞袋法建立圖像的簽名，一幅圖像的簽名由視覺詞典中的詞的集合表示，是線上增量式建立的。

優點：選擇增量式的建立方法，而不是采用預先訓練号的詞典，好處在于針對一個特定的環境不需要與訓練過程。

B. 權值更新 Weight Update

C. 貝葉斯過濾器更新 Bayesian Filter Update

D. 閉環假設選擇 Loop Closure Hypothesis Selection

E.取回 Retrieval

閉環檢測完成後，具有形成閉環機率最高的定位點的那些沒在WM中的鄰接定位點，會重新從LTM取回到WM中。

F. 轉移Transfer

當處理一幀圖像的時間超過Ttime的時候,具有最低權重的定位點中，存儲時間最長的将被轉移到LTM中。

文獻

rtab-map論文翻譯

參考

https://blog.csdn.net/xmy306538517/article/details/78771104

https://blog.csdn.net/qq_38649880/article/details/90666446#RTABMap_66

https://blog.51cto.com/remyspot/1784914