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激光SLAM和視覺SLAM有何不同

發布日期:2022 / 01 / 15



隨著我國各行業的不斷發展,現代社會對生產效率提高的需要和人們對智能生活方式的向往,移動機器人技術得到了發展,并廣泛應用與生產和生活。移動機器人的控制需要計算機控制系統、傳感器、定位系統、路徑跟蹤規劃,從20世紀80年代概率理論的廣泛應用開始,SLAM的發展也進入了快車道。

  SLAM(Simultaneous Localization and Mapping) 指機器人在未知的環境、未知的位置中,一邊移動一邊利用自身攜帶的傳感器測繪出該環境的完整地圖,并確定自己所處的位置。由于SLAM的重要學術價值和應用價值,一直以來都被認為是實現全自主移動機器人的關鍵技術。

激光SLAM和視覺SLAM的區別 

  目前,SLAM技術被廣泛運用于機器人、無人機、無人駕駛、AR、VR等領域,依靠傳感器可實現機器的自主定位、建圖、路徑規劃等功能。按傳感器來分,SLAM主要分為激光SLAM和VSLAM兩大類。其中,激光SLAM比VSLAM起步早,在理論、技術和產品落地上都相對成熟。基于視覺的SLAM方案目前主要有兩種實現路徑,一種是基于RGBD的深度攝像機,比如Kinect;還有一種就是基于單目、雙目或者魚眼攝像頭的。VSLAM目前尚處于進一步研發和應用場景拓展、產品逐漸落地階段。

類型

激光SLAM

視覺SLAM

技術發展

 

早在2005年的時候,激光SLAM就已經被研究的比較透徹,框架也已初步確定。激光SLAM,是目前最穩定、最主流的定位導航方法。

視覺SLAM目前尚處于進一步研發和應用場景拓展、產品逐漸落地階段,成熟的應用案例并不多。

使用環境

 

激光SLAM主要應用于室內環境,部分室外場景。

 

視覺SLAM可以在室內外開展活動,但是對光的依賴程度高,在暗處或者在一些無紋理區域無法進行工作。

地圖精度

 

激光SLAM構建的地圖精度高,不存在累計誤差,且能直接用于定位導航。

視覺SLAM構建的地圖精度較低,存在一定的累計誤差,且不能直接應用于定位導航。

 

 

傳感器成本

 

激光雷達事實上有許多檔次,成本都高于視覺傳感器。最昂貴如Velodyne的室外遠距離多線雷達動輒數十萬元人民幣,而室外使用的高端中遠距離平面雷達如SICK和Hokuyo大約在數萬元人民幣的等級。室內應用較廣的中低端近距離平面激光雷達也需要千元級,其價格相當于比較高端的工業級攝像頭和感光芯片。激光雷達量產后成本可能會大幅下降,但能否降到同檔次攝像頭的水平仍有一個大大的問號。

02

 

技術問題

 

傳感器安裝和穩定性

目前常見的激光雷達都是旋轉掃描式的,內部長期處于旋轉中的機械結構會給系統帶來不穩定性,在顛簸震動時影響尤其明顯。而攝像頭不包含運動機械結構,對空間要求更低,可以在更多的場景下安裝使用。不過,固態激光雷達的逐步成熟可能會為激光SLAM扳回這項劣勢。

 

累計誤差問題

激光SLAM總體來講較為缺乏回環檢測的能力,累計誤差的消除較為困難。而視覺SLAM使用了大量冗余的紋理信息,回環檢測較為容易,即使在前端累計一定誤差的情況下仍能通過回環修正將誤差消除。

 

定位和地圖的構建精度

在靜態且簡單的環境中,激光SLAM定位總體來講優于視覺SLAM;但在較大尺度且動態的環境中,視覺SLAM因為其具有的紋理信息,表現出更好的效果。在地圖構建上,激光SLAM的特點是單點和單次測量都更精確,但地圖信息量更??;視覺SLAM特別是通過三角測距計算距離的方法,在單點和單次測量精度上表現總體來講不如激光雷達,但可以通過重復觀測反復提高精度,同時擁有更豐富的地圖信息。

03

 

應用場景

在應用場景上,激光SLAM依據所使用的激光雷達的檔次基本被分為室內應用和室外應用,而視覺SLAM在室內外都有豐富的應用環境。視覺SLAM的主要問題是光照變化,例如在室外正午和夜間的跨時間定位與地圖構建,其工作穩定性不如高端室外多線激光雷達。近年來,光照模型修正和基于深度學習的高魯棒性特征點被廣泛應用于視覺SLAM的研究中,體現出良好的效果,視覺SLAM會隨著這些技術的進步將會在光照變化的環境中擁有更穩定的表現。

 

激光SLAM不擅長動態環境中的定位,比如有大量人員遮擋其測量的環境,也不擅長在類似的幾何環境中工作,比如在一個又長又直、兩側是墻壁的環境。由于重定位能力較差,激光SLAM在追蹤丟失后很難重新回到工作狀態。而視覺SLAM在無紋理環境(比如面對整潔的白墻面),以及光照特別弱的環境中,表現較差。

 

三、

 

未來的發展前景

SLAM技術不僅僅是MR平臺的核心算法,由於其強大和實用的運用能力,使其變得太重要導致各個大廠都想擁有。國內外頂尖公司紛紛開展部署自己的SLAM產品。

在AR運用方面,Google將SLAM技術運用在其增強現實項目Tango,配合其獨特的移動設備和SDK可以方便的在應用中使用AR技術,以及蘋果的ARKit , Facebook的Oculus和華為的AR Engine。

大疆公司為主的無人機和機器人公司將SLAM運用在其消費級產品上面,為無人機和機器人提供實時的3D環境信息用於導航避障。

以特斯拉為主的無人車公司,使用SLAM技術幫助車輛感知周圍環境,更好的完成導航、避障、路徑規劃等高級任務。

未來SLAM仍會在機器人、無人駕駛、AR和MR平臺上大放異彩。

同時隨著SLAM技術不斷進步,將會在智能玩具、醫療、教育更多領域為更多消費級產品提供支持。

同時隨著5G時代的到來,展望未來的MR平臺上的SLAM技術也將會發展成終端和云端協同工作的端云協同的混合現實網絡架構。

其實,要想讓移動機器人應對各種復雜的使用場景,激光SLAM與視覺SLAM必將在相互競爭和融合中發展,多傳感器融合導航必然是未來發展方向。伴隨移動機器人核心技術的解決,將替代人工完成簡單、重復、勞動量大的繁雜工作,真正為人類服務。

 

激光SLAM是目前比較成熟的定位導航方案,視覺SLAM是未來研究的一個主流方向。所以,未來,多傳感器的融合是一種必然的趨勢。取長補短,優勢結合,為市場打造出真正好用的、易用的SLAM方案,科聰目前在激光導航上可以做到業內領先的±5mm的精度,我們公司在slam及vslam算法上均有著深厚的研究,兩者技術其實是相同的,目前行業內的現狀,客戶大多以激光導航為主,因此科聰也更著重與激光導航的技術研究和產品的落地。

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