仙知機器人|技術(shù)干貨，帶你了解SLAM技術(shù)的前世今生

2020-01-15 08:37:04 來源：仙知機器人Seer 閱讀量：18013 評論

　　【塑料機械網(wǎng) 技術(shù)學(xué)堂】近年來，伴隨移動機器人在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，SLAM這個“名字”逐漸被更多的人所熟悉，但是SLAM具體是什么、SLAM有哪些應(yīng)用領(lǐng)域、激光SLAM和視覺SLAM哪種方式更有優(yōu)勢等等這些問題卻總是模糊不清。今天，小仙就帶大家來詳細了解一下~

　　什么是SLAM ？

　　SLAM英文全稱是 Simultaneous Localization and Mapping，意為即時定位與地圖構(gòu)建。SLAM早由Smith、Self和Cheeseman于1988年提出，至今已有30余年的發(fā)展歷史。

　　SLAM它試圖解決這樣的問題：一個機器人在未知的環(huán)境中運動，如何通過對環(huán)境的觀測確定自身的運動軌跡，同時構(gòu)建出環(huán)境的地圖。SLAM技術(shù)正是為了實現(xiàn)這個目標(biāo)涉及到的諸多技術(shù)的總和。由于其重要的理論與應(yīng)用價值，被很多學(xué)者認(rèn)為是實現(xiàn)真正全自主移動機器人的關(guān)鍵。

　　相較于深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等熱門詞匯，聽過SLAM的人少之又少，是因為國內(nèi)從事相關(guān)研究的機構(gòu)更是*。直至2015年左右，SLAM才逐漸成為國內(nèi)機器人和計算機視覺領(lǐng)域的熱門研究方向，在當(dāng)前較為熱門的領(lǐng)域嶄露頭角。

　　SLAM應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？

　　機器人定位導(dǎo)航

　　SLAM 可用于生成移動機器人所處環(huán)境的地圖?；谶@個地圖，機器人執(zhí)行路徑規(guī)劃、自主定位、導(dǎo)航等任務(wù)。

　　無人駕駛領(lǐng)域

　　SLAM 技術(shù)可以提供視覺里程計功能，然后與GPS等其他定位方式相融合。

　　無人機領(lǐng)域

　　SLAM可以構(gòu)建局部地圖，輔助無人機進行自主避障、規(guī)劃路徑。

　　VR/AR 方面

　　根據(jù) SLAM 得到地圖和當(dāng)前視角對疊加虛擬物體做相應(yīng)渲染，這樣做可以使得疊加的虛擬物體看起來比較真實，沒有違和感。

　　激光SLAM與視覺SLAM

　　按照傳感器類型來劃分，SLAM分為激光SLAM和視覺SLAM。

　　激光SLAM

　　激光SLAM脫胎于早期的基于測距的定位方法(如超聲和紅外單點測距)。激光SLAM的原理是通過激光雷達采集周圍環(huán)境物體信息呈現(xiàn)出的一系列分散的、具有準(zhǔn)確角度和距離信息的點，被稱為點云。通常激光SLAM系統(tǒng)通過對不同時刻兩片點云的匹配與比對，計算激光雷達相對運動的距離和姿態(tài)的改變，從而完成對機器人自身的定位。

　　視覺SLAM

　　視覺SLAM又稱為V-SLAM，主要通過攝像頭來實現(xiàn)。攝像頭品類繁多，主要分為單目、雙目、單目結(jié)構(gòu)光、雙目結(jié)構(gòu)光、ToF幾大類。基于深度攝像機的 V-SLAM，跟激光 SLAM 類似，通過收集到的點云數(shù)據(jù)，能直接計算障礙物距離；基于單目、魚眼相機的 V-SLAM 方案，則利用多幀圖像來估計自身的位姿變化，再通過累計位姿變化來計算距離物體的距離，并進行定位與地圖構(gòu)建。

　　激光SLAM與視覺SLAM比較

　　一直以來，業(yè)內(nèi)對激光SLAM與視覺SLAM到底誰更勝*，誰是未來主流趨勢都有自己的看法。下面從以下幾個角度進行簡單對比：

　　技術(shù)發(fā)展

　　早在 2005 年的時候，激光 SLAM 就已經(jīng)被研究的比較透徹，框架也已初步確定，激光 SLAM是目前穩(wěn)定、主流的定位導(dǎo)航方法；視覺SLAM 目前尚處于進一步研發(fā)和應(yīng)用場景拓展、產(chǎn)品逐漸落地階段。

　　使用環(huán)境

　　激光SLAM主要應(yīng)用于室內(nèi)；視覺SLAM在室內(nèi)外均能開展工作，但是對光的依賴度高，在暗處或者一些無紋理區(qū)域無法進行工作。

　　地圖精度

　　兩者相較，激光 SLAM 構(gòu)建的地圖精度高，不存在累計誤差，且能直接用于定位導(dǎo)航。

　　當(dāng)然，激光SLAM也有一定的局限性。比如在又長又直、兩側(cè)是墻壁的長廊或是動態(tài)變化大的環(huán)境中，單純依靠激光SLAM容易發(fā)生定位丟失的情況。

　　不過，針對這樣的問題目前已有成熟的解決方案。如仙知機器人推出了激光導(dǎo)航移動機器人產(chǎn)品，支持多種導(dǎo)航方式任意切換，在長廊、高動態(tài)環(huán)境中可自由切換至激光反光板導(dǎo)航或二維碼導(dǎo)航；同時可配合3D相機檢測地面上的坑洞及立體障礙物，讓移動機器人安全高效的運行。

　　從中可以發(fā)現(xiàn)，要想讓移動機器人應(yīng)對各種復(fù)雜的使用場景，激光SLAM與視覺SLAM必將在相互競爭和融合中發(fā)展，多傳感器融合導(dǎo)航必然是未來發(fā)展方向。伴隨移動機器人核心技術(shù)的解決，將替代人工完成簡單、重復(fù)、勞動量大的繁雜工作，真正為人類服務(wù)。

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