slam入门——十四讲笔记（一）

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第1讲 预备知识

1. 了解什么是slam，如何使用本书和配套代码；
2. 对高等数学、线性代数、概率论；C++；Linux有基本的了解；
   此处就略过，不细说了。

第1部分 数学基础

第2讲 初识SLAM

2.1 引子：小萝卜的例子

阅读一下即可，略

2.2 经典视觉SLAM框架

整个视觉SLAM流程包括以下步骤：

1. 传感器信息读取。在视觉 SLAM 中主要为相机图像信息的读取和预处理。如果在机 器人中，还可能有码盘、惯性传感器等信息的读取和同步。
2. 视觉里程计 (Visual Odometry, VO)。视觉里程计任务是估算相邻图像间相机的运动， 以及局部地图的样子。VO 又称为前端（Front End）。
3. 后端优化（Optimization）。后端接受不同时刻视觉里程计测量的相机位姿，以及回 环检测的信息，对它们进行优化，得到全局一致的轨迹和地图。由于接在 VO 之后， 又称为后端（Back End）。
4. 回环检测（Loop Closing）。回环检测判断机器人是否曾经到达过先前的位置。如果 检测到回环，它会把信息提供给后端进行处理。
5. 建图（Mapping）。它根据估计的轨迹，建立与任务要求对应的地图。

2.3 SLAM问题的数学表述

1. 什么是运动？我们要考虑从 k − 1 时刻到 k 时刻，小萝卜的位置 x 是如何变化的。
2. 什么是观测？假设小萝卜在 k 时刻，于 xk 处探测到了某一个路标 yj，我们要考虑 这件事情是如何用数学语言来描述的。

先来看运动。
无论是什么传感器，我们都能使用一个通用的、抽象的数学模型：
$${\mathbf{x}}_k=f({\mathbf{x}}_{k-1},{\mathbf{u}}_k,{\mathbf{w}}_k)$$
这里 ${\mathbf{u}}_k$ 是运动传感器的读数（有时也叫输入），${\mathbf{w}}_k$ 为噪声。我们把这个称为运动方程。

与运动方程相对应，还有一个观测方程。
$${\mathbf{z}}_{k,j}=h({\mathbf{y}}_j,{\mathbf{x}}_k,{\mathbf{v}}_{k,j})$$

这两个方程描述了最基本的SLAM问题：当我们知道运动测量的读数$\mathbf{u}$，以及传感器的读数$\mathbf{z}$时，如何求解定位问题（估计$\mathbf{x}$）和建图问题（估计$\mathbf{y}$）？这是，我们把SLAM问题建模成了一个状态估计问题：如何通过带有噪声的测量数据，估计内部的、隐藏着的状态变量？

2.4 实践：编程基础

1. 安装Linux操作系统

    具体怎么安装，可以参考我另一篇文章

2. 使用cmake

    理论上，任意一个C++程序都可以用g++来编译。但当程序规模越来越大时，这时输入的编译命令将越来越长，如果仅靠g++命令，则需要输入当量的编译指令，整个编译过程会变得异常繁琐。因此，对于C++项目，使用一些工程管理工具会更加高效。cmake在工程上广泛使用，我们会看到后面提到的大多数库都使用cmake管理源代码。
    这里对CMakeLists.txt文件中常用的语句进行简单说明，具体的cmake的深入学习，以后有机会再总结。
    我们使用了先执行cmake再执行make的做法，执行cmake的过程处理了工程文件之间的关系，而执行make的过程实际调用了g++来编译程序。

# 声明要求的cmake最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 2.8)

# 声明一个cmake工程
project(HelloSLAM)

# 添加一个可执行程序
# 语法：add_executable(程序名 源代码文件）
add_executable(helloSLAM helloSLAM.cpp)

3. 使用库

着重记录一下cmake中关于库的使用。

# 表示我们想把这个libHelloSLAM.cpp文件编译成一个叫做'hello'的库。
add_library(hello libHelloSLAM.cpp)

Linux中，库文件分成静态库和共享库两种。上面的方式是生成了静态库。静态库以.a作为后缀名，共享库以.so结尾。所有库都是一些函数打包后的集合，差别在于静态库每次被调用都会生成一个副本，而共享库则只有一个副本，更省空间。下面的语句是申城共享库

add_library(hello_shared SHARED libHelloSLAM.cpp)

add_executable(useHello useHello.cpp)
# target_link_libraries(A B1 B2 B3...)  将B1 B2 B3 ...这些库链接到A上，使得A可以使用那些库，
# 因此后面使用opencv、pcl等第三方库时，要记得进行链接，不然会出现unreference to balabala...的错误
target_link_libraries(useHello hello_shared)

4. 使用IDE

1. KDevelop的使用

sudo apt-get install kdevelop

就这么简单… 不信可以参考我另一篇文章

2. CLion的使用
    可以参考我另一篇文章