SLAM回环及优化

0. 前言

随着路径的不断延伸，机器人的建图过程会存在不断地累计误差。而传统的以gmapping为代表的使用粒子滤波进行定位的slam建图方式。以及ORB-SLAM为代表包含的局部优化和全局优化来调整外。但是这些处理方式只能减缓误差累计的程度，无法消除，而现在最为常用消除累计误差的方法就是利用回环检测来优化位姿。

当新的关键帧加入到优化模型时，在关键帧附近进行一次局部优化。
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在全局优化中，所有的关键帧（除了第一帧）和三维点都参与优化。

1. 回环检测

回环检测作为近年来slam行业必备的部分，是指机器人识别曾到达某场景，使得地图闭环的能力。
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回环检测之所以能成为一个难点，是因为：如果回环检测成功，可以显著地减小累积误差，帮助机器人更精准、快速的进行避障导航工作。而错误的检测结果可能使地图变得很糟糕。因此，回环检测在大面积、大场景地图构建上是非常有必要的。

词袋模型(bag of words,BoW)早期是一种文本表征方法，后引入到计算机视觉领域，逐渐成为一种很有效的图像特征建模方法。它通过提取图像特征，再将特征进行分类构建视觉字典，然后采用视觉字典中的单词集合可以表征任一幅图像。换句话说，通过BOW可以把一张图片表示成一个向量。这对判断图像间的关联很有帮助，所以目前比较流行的回环解决方案都是采用的BoW及其基础上衍生的算法IAB-MAP、FAB-MAP是在滤波框架下计算回环概率，RTAB-MAP采用关键帧比较相似性，DLoopDetector（在DBoW2基础上开发的回环检测库）采用连续帧的相似性检测判断是否存在回环。回环检测主要由BoW模块、算法模块、验证模块三部分组成。

词袋模型（BoW模块）

每一帧都可以用单词来描述，也就是这一帧中有哪些单词，这里只关心了有没有，而不必关心具体在哪里。只有两帧中单词种类相近才可能构成回环。

（ａ）图像预处理，假设训练集有ＭＭＭ幅图像，将图像标准化为 p a t c h patch patch，统一格式和规格;
（ｂ）特征提取，假设ＭＭＭ幅图像，对每一幅图像提取特征，共提取出ＮＮＮ个SIFT特征;
（ｃ）特征聚类，采用K-means算法把 N N N个对象分为 K K K个簇（视觉单词表），使簇内具有较高的相似度，而簇间相似度较低；
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（ｄ）统计得到图像的码本，每幅图像以单词表为规范对该幅图像的每一个SIFT特征点计算它与单词表中每个单词的距离，最近的加1，便得到该幅图像的码本；还需要码本矢量归一化，因为每一幅图像的SIFT特征个数不定，所以需要归一化。
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