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  • [SLAM]2D激光扫描匹配方法

    1.Beam Model

     Beam Model我将它叫做测量光束模型。个人理解,它是一种完全的物理模型,只针对激光发出的测量光束建模。将一次测量误差分解为四个误差。

    $ph_{hit}$,测量本身产生的误差,符合高斯分布。

    $ph_{xx}$,由于存在运动物体产生的误差。

    ...

    2.Likehood field

    似然场模型,和测量光束模型相比,考虑了地图的因素。不再是对激光的扫描线物理建模,而是考虑测量到的物体的因素。

    似然比模型本身是一个传感器观测模型,之所以可以实现扫描匹配,是通过划分栅格,步进的方式求的最大的Score,将此作为最佳的位姿。

            for k=1:size(zt,1)
                if zt(k,2)>0
                    d = -grid_dim/2;
                else
                    d = grid_dim/2;
                end
                phi = pi_to_pi(zt(k,2) + x(3));
                if zt(k,1) ~= Z_max
                    ppx = [x(1),x(1) + zt(k,1)*cos(phi) + d];
                    ppy = [x(2),x(2) + zt(k,1)*sin(phi) + d];
                    end_points = [end_points;ppx(2),ppy(2)];
                    
                    wm = likelihood_field_range_finder_model(X(j,:)',xsensor,...
                               zt(k,:)',nearest_wall, grid_dim, std_hit,Z_weights,Z_max);
                    W(j) = W(j) * wm;
                else
                    dist = Z_max + std_hit*randn(1);
                    ppx = [x(1),x(1) + dist*cos(phi) + d];
                    ppy = [x(2),x(2) + dist*sin(phi) + d];
                    missed_points = [missed_points;ppx(2),ppy(2)];                
                end
                set(handle_sensor_ray(k),'XData', ppx, 'YData', ppy)
            end
    

      

    function q = likelihood_field_range_finder_model(X,x_sensor,zt,N,dim,std_hit,Zw,z_max)
    % retorna probabilidad de medida range finder :)
    % X col, zt col, xsen col
    [n,m] = size(N);
    
    % Robot global position and orientation
    theta = X(3);
    
    % Beam global angle
    theta_sen = zt(2);
    phi = pi_to_pi(theta + theta_sen);
    
    %Tranf matrix in case sensor has relative position respecto to robot's CG
    rotS = [cos(theta),-sin(theta);sin(theta),cos(theta)];
    
    % Prob. distros parameters
    sigmaR = std_hit;
    zhit  = Zw(1);
    zrand = Zw(2);
    zmax  = Zw(3);
    
    % Actual algo
    q = 1;
    if zt(1) ~= z_max
        % get global pos of end point of measument
        xz = X(1:2) + rotS*x_sensor + zt(1)*[cos(phi);
                                             sin(phi)];
        xi = floor(xz(1)/dim) + 1;
        yi = floor(xz(2)/dim) + 1;
        
        % if end point doesn't lay inside map: unknown
        if xi<1 || xi>n || yi<1 || yi>m
            q = 1.0/z_max; % all measurements equally likely, uniform in range [0-zmax]
            return
        end
        
        dist2 = N(xi,yi);
        gd = gauss_1D(0,sigmaR,dist2);
        q = zhit*gd + zrand/zmax;
    end
    
    end
    

      

    3.Correlation based sensor models相关分析模型

    XX提出了一种用相关函数表达马尔科夫过程的扫描匹配方法。

    互相关方法Cross-Correlation,另外相关分析在进行匹配时也可以应用,比如对角度直方图进行互相关分析,计算变换矩阵。

    参考文献:A Map Based On Laser scans without geometric interpretation

    circular Cross-Correlation的Matlab实现

     1 % Computes the circular cross-correlation between two sequences
     2 %
     3 % a,b             the two sequences
     4 % normalize       if true, normalize in [0,1]
     5 %
     6 function c = circularCrossCorrelation(a,b,normalize)
     7 
     8 for k=1:length(a)
     9     c(k)=a*b';
    10     b=[b(end),b(1:end-1)]; % circular shift
    11 end
    12 
    13 if normalize
    14     minimum = min(c);
    15     maximum = max(c);
    16     c = (c - minimum) / (maximum-minimum);
    17 end

    4.MCL

    蒙特卡洛方法

    5.AngleHistogram

    角度直方图

    6.ICP/PLICP/MBICP/IDL

    属于ICP系列,经典ICP方法,点到线距离ICP,

    7.NDT

    正态分布变换

    8.pIC

    结合概率的方法

    9.线特征

    目前应用线段进行匹配的试验始终不理想:因为线对应容易产生错误,而且累积误差似乎也很明显!

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