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SLAM精確定位與建圖背后的傳感器

SLAM與傳感器
2024-07-25 16:40 芯傳感
關鍵詞:SLAM

導讀:SLAM技術本身雖然是一項算法技術,但是應用SLAM的基礎是性能優(yōu)異的傳感器。

SLAM,是現(xiàn)在導航定位技術中的熱門技術,能讓機器人和無人駕駛汽車在未知的環(huán)境中進行自主定位并規(guī)劃路徑,構建出增量式的地圖。SLAM重要的理論與應用價值被認為是實現(xiàn)機器人自主移動以及汽車無人駕駛的關鍵技術。

無人設備的迅速普及加速了SLAM行業(yè)發(fā)展,Global Info Research調研給出的數(shù)據(jù)是全球SLAM技術近五年年復合增長率達到34.2%,可見行業(yè)增長之快。SLAM應用和軟件技術、硬件技術都強相關,既需要傳感器在前端提供優(yōu)質的感知信號,也需要后端先進的算法對位姿圖進行優(yōu)化處理。嚴格來說,SLAM技術本身雖然是一項算法技術,但是應用SLAM的基礎是性能優(yōu)異的傳感器。

視覺傳感器與SLAM

從目前市面上主流的SLAM產(chǎn)品來看,主要分為兩條路線,一是視覺SLAM,二是激光雷達SLAM。當然也有其他的技術路線,但是這兩類是最受關注,也最有可能快速大規(guī)模落地的方向。視覺SLAM,即在感知層使用視覺傳感器來采集圖像的SLAM技術。

視覺SLAM導航已經(jīng)有很多案例,在機器人、自動駕駛、ARVR方向這些主要的SLAM應用方向上不少都用的視覺方案。不同的傳感器實現(xiàn)的視覺SLAM效果天差地別,普通相機(廣角、魚眼和球形相機)、復眼相機(立體相機和多相機)和 RGB-D相機(深度相機和ToF相機)實現(xiàn)出的SLAM效果各不相同。

單目是成本最低的方案,分辨率可以做到2K還是很高的,算法難度適中。單目SLAM能做到對已經(jīng)識別出的物體避障,通過傳感出的圖像預估距離,整體的精度不算高,避障效果中規(guī)中矩。

雙目在單目的基礎上進一步匹配RDB特征,分辨率同樣很高,整體硬件成本稍有上升,算法難度大幅提升,因為可以收集到深度信息大大增加了算法處理難度。整個SLAM效果比單目提升很多。

也有使用3D結構光和3D ToF的SLAM方案,分辨率比單、雙目相機就差一些,但在避障距離、障礙物識別上各有優(yōu)勢。

激光雷達與SLAM

使用激光雷達傳感器的SLAM,利用激光雷達傳感輸出的二維或三維點云數(shù)據(jù)進行構圖與定位。對比相機和其他圖像傳感器,分辨率不占優(yōu)勢的激光雷達,在點云上提供了高精確度距離測度數(shù)據(jù),在深度信息獲取和精確度上的優(yōu)勢很明顯。

激光雷達提供的點云數(shù)據(jù)直接影響了最后SLAM效果,而且就點云密度而言,因為不如視覺傳感器精細,所以為了保證充足的特征來進行匹配,激光SLAM通常都需要搭配復雜的算法通過高處理能力來實現(xiàn)從傳感到構圖定位的一系列流程,這也很大程度上拉高了激光雷達SLAM成本。

激光雷達有2D和3D之分,在激光雷達SLAM自然也有2D與3D之分。2D激光雷達SLAM受限于傳感器性能,只能識別二維平面,不能適用于復雜的三維環(huán)境。對于場景復雜的場景,如無人機和自動駕駛,基于多線激光雷達的 3D SLAM定位技術,是目前全球最領先的3D SLAM定位導航技術。

基于多線激光雷達的3D SLAM技術理論上可以構建百萬平米的超大場景3D點云地圖,當然這建立在傳感器性能足夠好的基礎上。實現(xiàn)高精度的定位導航,激光雷達SLAM還需要其他傳感器提供的數(shù)據(jù)進行融合,如何降低硬件成本也是該技術落地的挑戰(zhàn)。

小結

視覺SLAM和激光雷達SLAM目前還沒有定論到底哪個更勝一籌,雖然硬件成本更低更親民的視覺SLAM在精度上受限,但現(xiàn)在融合其他傳感器(如IMU)的視覺SLAM研究也很熱,融合突破后的視覺SLAM未嘗不能實現(xiàn)更好的導航定位。

而激光雷達SLAM的成本近幾年也的確有下探的趨勢,很多傳感器廠商將傳感器加SLAM整套方案打包的方式也有助于成本逐步下探,假以時日視覺SLAM的成本優(yōu)勢或許就不再明顯,未來二者相容也不是不可能。