ORB-SLAM2代码阅读笔记:Sim3Solver

  • Sim3Solver::Sim3Solver(KeyFrame *pKF1, KeyFrame *pKF2, const vector<MapPoint *> &vpMatched12, const bool bFixScale):
    mnIterations(0), mnBestInliers(0), mbFixScale(bFixScale)
    构造函数

void Sim3Solver::SetRansacParameters(double probability, int minInliers, int maxIterations)
设置进行RANSAC时的参数:和PnPSolver中相同

  • void Sim3Solver::ComputeSim3(cv::Mat &P1, cv::Mat &P2)
    根据两组匹配的3D点,计算之间的Sim3变换
    三对匹配点,每个点的坐标都是列向量形式,三个点组成了3x3的矩阵,三对点组成了两个3x3矩阵P1,P2,由于Sim3是用于回环中的,所以P1和P2分布代表当前帧和回环候选帧,

sim3的具体推导可以看论文Closed-form solution of absolute orientataion using unit quaternions,我之前的笔记中也有:http://note.youdao.com/noteshare?id=76a1d9452a3b6371464dd9b2745f5a2a&sub=1CD8BF54C37249D48F6AE82A43FBD534

这里需要计算的是两个坐标系之间的相似变换 相似变换比欧式变换多了一个尺度因子,所以相似变换需要求三个部分:旋转、平移、尺度因子。


image

利用三对匹配点形成左右两个坐标系,
image
image
,求左右两个坐标系相似变换
  1. 旋转:这里先求解M矩阵
    image

    ,M矩阵包含了解决旋转最小二乘问题所需的所有信息。可以通过M矩阵求解N矩阵,N矩阵为
    image

    M矩阵计算过程见论文或我的sim3笔记。
    cv::Mat M = Pr2*Pr1.t();
    
    // Step 3: Compute N matrix
    
    double N11, N12, N13, N14, N22, N23, N24, N33, N34, N44;
    
    cv::Mat N(4,4,P1.type());
    
    N11 = M.at<float>(0,0)+M.at<float>(1,1)+M.at<float>(2,2);
    N12 = M.at<float>(1,2)-M.at<float>(2,1);
    N13 = M.at<float>(2,0)-M.at<float>(0,2);
    N14 = M.at<float>(0,1)-M.at<float>(1,0);
    N22 = M.at<float>(0,0)-M.at<float>(1,1)-M.at<float>(2,2);
    N23 = M.at<float>(0,1)+M.at<float>(1,0);
    N24 = M.at<float>(2,0)+M.at<float>(0,2);
    N33 = -M.at<float>(0,0)+M.at<float>(1,1)-M.at<float>(2,2);
    N34 = M.at<float>(1,2)+M.at<float>(2,1);
    N44 = -M.at<float>(0,0)-M.at<float>(1,1)+M.at<float>(2,2);
    
    N = (cv::Mat_<float>(4,4) << N11, N12, N13, N14,
                                 N12, N22, N23, N24,
                                 N13, N23, N33, N34,
                                 N14, N24, N34, N44);
    
    然后需要将N进行特征分解,求得最大特征值对应的特征向量为四元数表示的旋转,我们将四元数转换为旋转矩阵的形式,首先求得旋转角和旋转轴,从而得到最终的旋转矩阵。
  2. 尺度:
    尺度因子计算公式为:
    s=(\sum_{i=1}^n\|r'_{r,i}\|^2/\sum_{i=1}^n\|r'_{i=1}\|^2)^{1/2}
     double nom = Pr1.dot(P3);
        // 准备计算分母
        cv::Mat aux_P3(P3.size(),P3.type());
        aux_P3=P3;
        // 先得到平方
        cv::pow(P3,2,aux_P3);
        double den = 0;
    
        // 然后再累加
        for(int i=0; i<aux_P3.rows; i++)
        {
            for(int j=0; j<aux_P3.cols; j++)
            {
                den+=aux_P3.at<float>(i,j);
            }
        }
        ms12i = nom/den;
    
  3. 平移:

    平移计算公式:
    image
    mt12i.create(1,3,P1.type());
    // 论文中公式
    mt12i = O1 - ms12i*mR12i*O2;
    
    // Step 8: Transformation
    // 计算双向的位姿变换,目的是在下面的检查的过程中能够进行双向的投影操作
    
    // Step 8.1 T12
    mT12i = cv::Mat::eye(4,4,P1.type());
    
    cv::Mat sR = ms12i*mR12i;
    
    //         |sR t|
    // mT12i = | 0 1|
    sR.copyTo(mT12i.rowRange(0,3).colRange(0,3));
    mt12i.copyTo(mT12i.rowRange(0,3).col(3));
    
    // Step 8.2 T21
    
    mT21i = cv::Mat::eye(4,4,P1.type());
    
    cv::Mat sRinv = (1.0/ms12i)*mR12i.t();
    
    sRinv.copyTo(mT21i.rowRange(0,3).colRange(0,3));
    cv::Mat tinv = -sRinv*mt12i;
    tinv.copyTo(mT21i.rowRange(0,3).col(3));
    
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