ORB-SLAM2原理框图,如下:

ORB-SLAM2 之DoBW2算法

1 DBoW2(词袋)     

       DBoW2(视觉词袋)算法主要用于重定位或闭环检测(place recognition 或 loop closure),该算法使用ORB特征即结合了FAST特征和BRIEF描述子的特征。闭环检测的目的是为了比较两张图像之间的相似度,将特征点的描述子(description)空间离散化即将一幅图像上提取的特征转换为单词表示:

                                                 ,ORB-SLAM2 之DoBW2算法

由于视觉单词是固定的,所以一幅图像可以用向量表示:

                                                                             ORB-SLAM2 之DoBW2算法

然后,我们对比词袋向量,就可以计算两幅图像的相似度。

         上述所提到的单词来源于何处?我们通过DBoW2在大量的图像中提取特征,利用K-Means方法聚类出ORB-SLAM2 之DoBW2算法个单词,利用K叉树,在每一层都采用K-Means方法聚类成ORB-SLAM2 之DoBW2算法类,树(该树也可称为词汇树)的叶子节点就是单词。深度为ORB-SLAM2 之DoBW2算法的K叉树的节点数(生成的单词数)为ORB-SLAM2 之DoBW2算法,如下图所示。

          image database由一个多级的词包(hierarchical bag of words)由一棵词汇树(vocabulary tree)、直接索引(direct index)和逆向索引(inverse index)构成。

ORB-SLAM2 之DoBW2算法

           DBoW2中默认  ORB-SLAM2 之DoBW2算法,可形成100000个单词,使用K叉树有什么好处呢?主要是加速:

1、可以加速判断某一个特征属于哪个单词。若不使用K叉树,判断时需要将这个特征与每个单词进行比较,需要比较ORB-SLAM2 之DoBW2算法次,利用K叉树的快速查找特性,只需要比较ORB-SLAM2 之DoBW2算法次。

2、 DBoW中存储了Direct Index(直接索引),每一个Direct Index存储了图像的特征及K叉树上某一层上与这些特征相关的节点,在进行两帧间特征匹配时,只针对每一个节点进行匹配,大大缩小了匹配空间,加速了匹配速度(不懂。。。)。

3、 DBoW中存储了Inverse Index(间接索引),每一个Inverse Index包含有此单词的所有图像的 Index及对应权重,加快了闭环搜索过程。

       DBoW2如何计算相似性?

       每幅图像都被转换成一个词袋向量ORB-SLAM2 之DoBW2算法,两个词袋向量的相似性可用score表示,计算方式为:

                                                                  ORB-SLAM2 之DoBW2算法

2 闭环检测

2.1 搜索闭环候选帧

ORB-SLAM2维护了一个数据库,里面保存了每个单词都能看到的关键帧。

要求闭环与闭环之间必须超过10帧,计算当前帧与共视图中帧的相似分数,取得分最小的那个作为minscore,以最小相似度minscore作为基准,若大于该基准才可能是闭环帧。从数据库中查找闭环候选帧,通过Inverse Index,可以快速找到与当前帧有共同单词的关键帧,含有共同单词最多的那个关键帧称为maxcommonwords,ORB-SLAM2 之DoBW2算法,删除小于mincommons的候选关键帧,而minscore已经剔除掉了一些关键帧,再加上候选帧不能出现在当前帧的共视图中,我们把在剩下的候选帧中,将相连的候选帧归为一组,每个组计算一个分数,得分最高的为bestAccScore,ORB-SLAM2 之DoBW2算法,根据这个阈值剔除掉一些孤立的闭环候选帧,剩下的则为闭环候选帧。最后进行连续性检测,闭环不仅仅是单帧对单帧的匹配,好的闭环应该是多帧对多帧的闭环,如下图所示。

ORB-SLAM2 之DoBW2算法

至此得到若干个可靠的候选关键帧(mvpEnoughConsistentCandidates),SLAM中要求闭环的准确率达到100%。

 2.2 几何校验,Sim3优化

找到一个闭环帧,计算每一个候选帧与闭环帧之间的Sim3变换

2.3  闭环融合

调整关键帧的位姿,更新共视图

把当前帧的局部地图和闭环帧的局部地图进行融合

2.4  本质图优化

先进行本质图优化,再进行全局BA

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