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  • g2o求解BA 第10章

    1、g2o_bal_class.h
    1.1 projection.h
    g2o还是用图模型和边,顶点就是相机和路标,边就是观测,就是像素坐标。只不过这里的相机是由
    旋转(3个参数,轴角形式,就是theta*nx,theta*ny,theta*ny),位移(3个参数),f,k1,k2.
    就是之前BA模型的实现。
    但是这里归一化平面坐标取得是负值,而且最后没有加cx,cy.
    具体实现在projection.h中的CamProjectionWithDistortion函数实现的,而其中世界坐标转成相机坐标是由rotation.h中的函数AngleAxisRotatePoint实现的。具体参见轴角和四元数和空间点.note
    1.2顶点
    自定义了相机顶点和路标顶点(名字自己定),继承自g2o::BaseVertex.一个9维,Eigen::VectorXd,一个3维,Eigen::Vector3d.
    跟之前一样,不一样的是有了覆盖。就是对oplusImpl函数用override进行覆盖。覆盖形式为
    virtual void oplusImpl(const double* update) override{}
    里面会对update进行操作,变成v,之前都是 _estimate += Eigen::Vector3d(update);
    而这里update不再是Eigen::Vector3d的形式,而是变成了地图类型。
    一个是Eigen::VectorXd::ConstMapType v(update,VertexCameraBAL::Dimension);
    一个是Eigen::Vector3d::ConstMapType v(update);
    然后_estimate+=v就可以了。
    1.3边
    观测值在当前图片中可以看到这个路标,通过计算描述子可以在当前图片中找到和路标匹配的特征点,这个匹配的特征点的像素坐标就是观测值。
    同样还是把vertex(0)赋值给顶点camera,vertex(1)赋值给顶点point.
    这里的计算误差的函数被重写了。
    同样virtual void computeError() override{ }
    而计算误差用了括号运算符(),在template<typename T>下。
    过程是由CamProjectionWithDistortion(camera,point,predictions)得到预测值predictions,然后预测值与测量值measurement()的对应项相减得到residual[0],residual[2].
    virtual void linearizeOplus() override{},这里linearizeOplus也被重写了。
    同样还是先赋值顶点。然后自定义BalAutoDiff自动求导函数。
    typedef ceres::internal::AutoDiff<EdgeObservationBAL,double,VertexCameraBAL::Dimension,VertexPointBAL::Dimension> BalDutoDiff,
    用了ceres的autodiff,里面放的四个参数分别是边类,数据类型,两个顶点类。
    定义对Camera顶点求导后的矩阵,dError_dCamera,维度Dimension*顶点的维度,应该是9.
    因为过往的雅克比矩阵是2*6形式。每个误差都有一个雅可比矩阵,这里应该是每个雅可比矩阵的形式。
    和对Point顶点求导后的矩阵dError_dPoint.
    Eigen::Matrix<double,Dimension,VertexCameraBAL::Dimension,Eigen::RowMajor> dError_dCamera;
    Eigen::Matrix<double,Dimension,VertexPointBAL::Dimension,Eigen::RowMajor> dError_dPoint.
    parameters是由cam的估计值和point的估计值组成,指针形式。
    jacobian是由camera的导数和point的导数组成。
    使用BALAutoDiff中的Differentiate函数。放入边,参数,维度Dimension,value(它的值就是Dimension),还有要得到雅可比矩阵jacobian.
    返回值是一个bool值,表示的是差分状态,也就是求导状态。
    如果它为true的话,_jacobianXi就为dError_dCamera,_jacobianXj就为dError_dPoint,如果返回false,那么,_jacobianXi,_jacobianXj就设为0.
    问题就是Dimension这个值具体是什么,不知道。
    2.g2o_bundle.cpp
    2.1BuildProblem函数
    作用:给图模型添加顶点,添加边
    变量:bal_problem类,指针形式,图模型optimizer,优化参数params
    2.1.1添加顶点
    从bal_problem中读取路标数量,相机位姿数量,相机块大小9或10(取决于旋转用四元数还是用轴角表示),路标块大小3。
    造一个数raw_cameras,它是一个指针,由balProblem的cameras函数得出,这个函数的返回值是parameters,parameters为9*相机位姿的数量再加上3*路标点的数量。

    做一个循环,阈值是相机位姿数量,接下来是要添加相机顶点。
    类型为typedef Eigen::Map<const Eigen::VectorXd> ConstVectorRef;
    值为(raw_cameras+9*i,9)
    相机的估计值就是temVecCamera;估计值应该是跟相机顶点类型一样的啊。应该也是Eigen::VectorXd的。
    然后顶点的估计值就是temVecCamera,id就是i(一般在for循环里,顶点id都设成i.)图模型添加相机顶点。顶点就是之前定义的类。一般指针形式,后面加new,是为了分配一个对象给它。
    VertexCameraBAL* pCamera = new VertexCameraBAL();
    添加路标顶点
    也是造一个数指针raw_points,它的返回值是parameters+9*相机位姿数量,对每个路标点来说,
    constVectorRef temVecPoint(raw_points+3*j,3)
    同样设置路标顶点为pPoint,pPoint的估计值就为temVecPoint.
    这里要设置路标点可以进行边缘化,也就是可以进行消元。但为什么相机没有设这个值。
    图模型添加这个顶点pPoint.
    这里设置路标点id为j+num_cameras,因为为了保证每个顶点都有一个对应的id.
    2.1.2添加边
    定义常量观测值的数量为num_observations。
    定义指针observations对应的值为2*观测值的数量。
    利用观测值造一个循环

    设置鲁棒核函数,之所以要设置鲁棒核函数是为了平衡误差,不让二范数的误差增加的过快。鲁棒核函数里要自己设置delta值,这个delta值是,当误差的绝对值小于等于它的时候,误差函数不变。否则误函数变为delta(|e|-1/2delta).
    如果输入的参数params的鲁棒性检验通过if(params.robustify)
    那么设置鲁棒核函数为g2o里的huber loss函数。
    g2o::RobustKernelHuber* rk=new g2o::RobustKernelHuber;
    设置delta值为1.0.设置边的鲁棒核函数为rk..setDelta,.setRobustKernel().
    设置边的顶点0对应的相机顶点为optimizer->vertex(camera_id),指针camera_id为观测值的数量[i]
    设置边的顶点1对应的路标顶点为optimizer->vertex(point_id),指针point_id为观测值的数量[i]+相机数量.
    设置其协方差矩阵也就是.setInformation,为2*2的单位矩阵。
    设置其测量值为observations[2*i+0],observations[2*i+1].
    图模型添加边。
    设顶点,设估计值,设id,图模型添加顶点。
    设边,设顶点,设协方差矩阵,设测量值,图模型添加边。

    3.图模型求解
    还是之前一样的过程,这里自定义类型名为BalBlockSolver,这里是造了一个函数SetSolverOptionsFromFlags,变量是bal_problem类,params参数,图模型optimizer.
    先把矩阵块求解器solver_ptr,线性方程求解器linearSolver初值设为0
    如果params.linear_solver的值为dense_schur,那么线性方程求解器用稠密的,也就是Dense,
    如果params.linear_solver的值为sparse_schur,那么linearSolver用稀疏的,也就是Cholmod,而且设置linearSolver对矩阵排序保持稀疏性
    dynamic_cast<g2o::LinearSolverCholmod<BalBlockSolver::PoseMatrixType>* >(linearSolver)->setBlockOrdering(true); 这个只在稀疏的情况下使用。
    由linearSolver得到矩阵块求解器solver_ptr.
    如果params.trust_region_strategy为列文伯格-马夸而特,那么梯度下降方法solver就选为列文伯格-马夸而特
    如果为dogleg,那就用dogleg来做梯度下降方法solver.


    g2o在做BA的优化时必须将其所有点云全部schur掉,否则会出错。其原因在于我们使用了g2o::LinearSolver<BalBlockSolver::PoseMatrixType>这个类型来指定linearsolver,其中模板参数当中的位姿矩阵类型在程序中为相机姿态参数的维度,于是BA当中schur消元后解得线性方程组必须是只含有相机姿态变量。
    Ceres库则没有g20这样的限制,Ceres给了开发者很大的空间去操作自己的优化策略,它在Schur消元操作时完全不需要把所有点云都消元掉,用户可以自己编写函数选择消元哪些点云。接下来我们也会给出Ceres的BA。

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