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分享:激光SLAM Vs 视觉SLAM

分享:激光SLAM Vs 视觉SLAM

SLAMTEC 丨 行业洞察

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2017-07-31

上海思岚科技有限公司

Xtecher特稿作者

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 SLAM(同步定位与地图构建),是指运动物体根据传感器的信息,一边计算自身位置,一边构建环境地图的过程,解决机器人等在未知环境下运动时的定位与地图构建问题。目前,SLAM的主要应用于机器人、无人机、无人驾驶、ARVR等领域。其用途包括传感器自身的定位,以及后续的路径规划、运动性能、场景理解。 

 

由于传感器种类和安装方式的不同,SLAM的实现方式和难度会有一定的差异。按传感器来分,SLAM主要分为激光SLAM和VSLAM两大类。其中,激光SLAM比VSLAM起步早,在理论、技术和产品落地上都相对成熟。基于视觉的SLAM方案目前主要有两种实现路径,一种是基于RGBD的深度摄像机,比如Kinect;还有一种就是基于单目、双目或者鱼眼摄像头的。VSLAM目前尚处于进一步研发和应用场景拓展、产品逐渐落地阶段。

 

激光SLAM:早在2005年的时候,激光SLAM就已经被研究的比较透彻,框架也已初步确定。激光SLAM,是目前最稳定、最主流的定位导航方法。


建图.GIF

激光SLAM地图构建

 

VSLAM(基于视觉的定位与建图):随着计算机视觉的迅速发展,视觉SLAM因为信息量大,适用范围广等优点受到广泛关注。


(1)基于深度摄像机的Vslam,跟激光SLAM类似,通过收集到的点云数据,能直接计算障碍物距离;


(2)基于单目、鱼眼相机的VSLAM方案,利用多帧图像来估计自身的位姿变化,再通过累计位姿变化来计算距离物体的距离,并进行定位与地图构建;


视觉SLAM地图构建.gif

视觉SLAM地图构建(图片来源:百度AI)


一直以来,不管是产业界还是学术界,对激光SLAM和VSLAM到底谁更胜一筹,谁是未来的主流趋势这一问题,都有自己的看法和见解。下面就简单从几个方面对比了一下激光SLAM和VSLAM。


成本

不管是Sick,北洋,还是Velodyne,价格从几万到几十万不等,成本相对来说比较高,但目前国内也有低成本激光雷达(RPLIDAR)解决方案。VSLAM主要是通过摄像头来采集数据信息,跟激光雷达一对比,摄像头的成本显然要低很多。但激光雷达能更高精度的测出障碍点的角度和距离,方便定位导航。


应用场景

从应用场景来说,VSLAM的应用场景要丰富很多。VSLAM在室内外环境下均能开展工作,但是对光的依赖程度高,在暗处或者一些无纹理区域是无法进行工作的。而激光SLAM目前主要被应用在室内,用来进行地图构建和导航工作。


地图精度

激光SLAM在构建地图的时候,精度较高,思岚科技的RPLIDAR系列构建的地图精度可达到2cm左右;VSLAM,比如常见的,大家也用的非常多的深度摄像机Kinect,(测距范围在3-12m之间),地图构建精度约3cm;所以激光SLAM构建的地图精度一般来说比VSLAM高,且能直接用于定位导航。


易用性

激光SLAM和基于深度相机的VSLAM均是通过直接获取环境中的点云数据,根据生成的点云数据,测算哪里有障碍物以及障碍物的距离。但是基于单目、双目、鱼眼摄像机的VSLAM方案,则不能直接获得环境中的点云,而是形成灰色或彩色图像,需要通过不断移动自身的位置,通过提取、匹配特征点,利用三角测距的方法测算出障碍物的距离。


安装方式

雷达最先开始应用于军事行业,后来逐渐民用。被大家广泛知晓最先应该是从谷歌的无人车上所知道的。当时Velodyne雷达体积、重量都较大,应用到一些实际场景中显然不适合。比如无人机、AR、VR这种,本身体积就很小,再搭载大体积的激光雷达的话,根本无法使用,也影响美感和性能。所以VSLAM的出现,利用摄像头测距,弥补了激光雷达的这一缺点,安装方式可以随着场景的不同实现多元化。


无人车.jpg


其他

除了上面几点之外,在探测范围、运算强度、实时数据生成、地图累计误差等方面,激光SLAM和视觉SLAM也会存在一定的差距。


比如:


对比.png

左为Lidar SLAM,右为VSLAM(数据来源:KITTI)


可以明显看出,对于同一个场景,VSLAM在后半程中出现了偏差,这是因为累积误差所引起的,所以VSLAM要进行回环检验


优/劣势

激光SLAM

VSLAM

 

可靠性高、技术成熟

结构简单,安装的方式多元化

建图直观、精度高、不存在累计误差

无传感器探测距离限制,成本低

地图可用于路径规划

可提取语义信息

 

受Lidar探测范围限制

环境光影响大、暗处(无纹理区域)无法工作

安装有结构要求

运算负荷大,构建的地图本身难以直接用于路径规划与导航

地图缺乏语义信息

传感器动态性能还需提高,地图构建时会存在累计误差


激光SLAM是目前比较成熟的定位导航方案,视觉SLAM是未来研究的一个主流方向。所以,未来,多传感器的融合是一种必然的趋势。取长补短,优势结合,为市场打造出真正好用的、易用的SLAM方案。SLAMTEC—思岚科技也会努力在自己的领域里,把激光SLAM定位导航方案进一步优化、升级,结合市场上的优质技术,努力做到为市场提供好用的定位导航解决方案。


【本文来自投稿,文中观点不代表Xtecher立场。】

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