视觉slam14讲之建图

   建图（Mapping）是slam的两大目标之一。上述讨论的都是定位，讨论了特征值点的定位，直接法的定位，以及后端优化。在经典的slam模型中，所谓的地图，即所有路标点的集合。一旦确定了路标点的位置，可以说明完成了建图。只是如此，那么视觉里程计，Bundle Adjustment算完成了任务，还额外的进行了优化。
但建图的需求不同，SLAM作为一种底层技术，往往是用来为上层应用提供信息。例如扫地机器人需要完成扫地工作，希望计算一条能够覆盖整张地图的路径。或者，如果上层是一个增强现实设备，那么开发者可能将虚拟物体叠加在现实物体之中。在视觉slam看来，“建图”是服务与“定位”的; 但在应用层看来，“建图”明显还带来许多其他需求：
    定位：定位是基本功能不用多说。视觉里程计讨论如何利用局部地图来实现定位。在回环检测部分，只要有全局的描述子信息，就能通过回环检测确定机器人的位置。
    导航：在地图中进行路径规划，在任意两个地图间寻找路径，然后控制自己运动到目标点的过程。该过程中至少知道地图中哪些地方不可通过，而哪些地方是可以通过。这属于稀疏特征点地图的能力范围，至少得是一种稠密的地图。
    避障：避障也是机器人经常碰到的一个问题，不过它更注重局部的，动态的导航物的处理。同样，仅有特征点，无法判断某个特征点是否为障碍物，所以需要稠密地图。
    重建：稠密地图，利用slam获得周围环境的重建效果，并把它展示给其他人看。例如：三维的视频通话或者网上购物等。也可以构建带纹理的平面，就像电子游戏中的三维场景那样。
交互：主要指人与地图之间的互动。例如：科幻电影里面是真的，在增强现实中，我们会在房间里放置虚拟的物体，并与这些虚拟物体之间有一些互动——比如点击虚拟网页浏览器来观看视频，或者向墙面投掷物体。

1. 单目稠密重建

   a. 稠密重建解决方案：
         .使用单目相机，通过移动相机之后进行三角化测量像素的距离。
         .使用双目相机，利用左右目的视差计算像素的距离(多目原理相同)。
          .使用RGB-D相机直接获得像素距离。
         但单目和双目对深度的获取往往是“费力不讨好”——花大量的计算，最后得到一些不怎么可靠的深度估计。当然，RGB-D也有一些量程，应用范围和光照的限制。
    b. 深度滤波器技术：深度估计能随测量的增加从一个非常不确定的量，逐渐收敛到一个稳定值。

2. 极线搜索与块匹配

   上方的图主要是描述极线搜索。沿着第一幅图像中的极线的某头走到另一头，逐个比较每个像素与p1的相似程度。类似直接法中的回环检测，然而单个像素的亮度没有区分性，那就比较像素块，在p1周围取一个大小为w*w的小块，然后极线上也取很多同样大小的小块进行比较，就可以一定程度上提高区分性。取名块匹配。
   a. 目前计算小块与小块间的差异有
         SAD(Sum of Absolute Difference)。取2个小块的差的绝对值之和.
         SSD(Sum of Squared Distance)。取2小块的差的平方和。
         NCC(Normalized Cross Correlation)。归一化相关，计算的是两个小块的相关性。

3. 并行化：效率的问题

     在进行极线搜索时，上一个像素计算与下一个像素没必然联系。那么就可以用多个线程，分别计算每个像素，然后将结果统一起来。

4. RGB-D稠密建图

   RGB-D相机完全通过传感器中硬件测量得到，无须消耗大量的计算资源来估计。而且，RGB-D的结构光或飞时原理，保证了深度数据对纹理的无关性。故RGB-D进行稠密建图是相对
     a. 建图方式
稠密建图主流方式。其中最直观，最简单的方法。根据估算的相机位姿，将RGB-D数据转化为点云(Point CLoud)，然后进行拼接，最后得到一个由离散的点组成的点云地图(Point Cloud Map)。
    b.八叉树地图
点云有几个明显的缺陷。一是通常规模很大，但许多时候，它的“大”并非必须，许多不必要的细节都加进来了。二是点云地图无法处理运动的物体，点云中只有“添加点”而没有“当点消失时把它移除”的做法。实际环境中将变得不够实用。
     c. *TSDF地图和Fusion系列
           与slam相似但又有稍许不同的研究方向：实时三维重建。前面地图模型中，以定位为主体，地图的拼接是作为后续加工步骤放在slam框架中的。
         三维重建把重建准确地图作为主要目标，所以基本都需要利用GPU加速，通常需要较重的计算设备。与之相反，SLAM向轻量级，小型化方向发展，有些甚至放弃了建图和回环检测部分，只保留视觉里程计。
         TSDF(截断符号距离函数)，一种网格式地图，这个存储在显存而不是内存中，利用GPU的并行特性，可以并行地对每个体素进行计算和更新。