几种常见建图算法简介

一、gmapping

gmaping主要是采用一个粒子滤波的方式来实现。主要框架如下：

（1） 数据输入 
在ROS GMapping包中，获取激光和里程计数据传入openslam GMapping包中，为新一时刻的建图做准备。 
（2）运动模型 
根据t-1时刻的粒子位姿以及里程计数据，预测t时刻的粒子位姿，在初始值的基础上增加高斯采样的noisypoint。 
（3）扫描匹配 
对每个粒子执行扫描匹配算法，GMapping默认采用30个采样粒子。扫描匹配的作用是找到每个粒子在t时刻位姿的最佳坐标。为后面每个粒子权重更新做准备。如果此处扫描匹配失败，则粒子权重更新则采用默认的似然估计。 
（4）建议分布 
混合了运动模型和观测模型的建议分布，根据上一步扫描匹配获得的最佳坐标，围绕该坐标取若干位置样本（距离差值小于某阈值）计算均值与方差，使得当前粒子位置满足该均值方差的高斯分布。 
（5）权重计算 
对各个粒子的权重进行更新，更新之后还需进行归一化操作。注意：重采样前更新过一次，重采样后又更新过一次。 
（6）重采样 
使用Neff判断是否进行重采样（重采样频率越高，粒子退化越严重，即粒子多样性降低，导致建图精确度降低，有必要设定一个判定值改善粒子退化问题）。 
（7）粒子维护地图 
每个粒子都维护了属于自己的地图，即运动轨迹。该步骤执行的操作是更新每个粒子维护的地图。 
（8）地图更新 
在ros中进行地图更新。先得到最优的粒子（使用权重和 weightSum判断 ），得到机器人最优轨迹，地图膨胀更新。 

参考：http://blog.csdn.net/lqygame/article/details/71158558

优点：依赖里程计（odometry），无法适用无人机及地面小车不平坦区域；无回环；

缺点：在长廊及低特征场景中建图效果好；

二、cartographer 

整个建图系统框架如下所示：

 

主要的流程从框架图可以看出来，输入主要是：里程计、imu、雷达（或者点云、超声波等），输出为submap

Cartographer主要理论是通过闭环检测来消除构图过程中产生的累积误差^[1]。用于闭环检测的基本单元是submap。一个submap是由一定数量的laser scan构成。将一个laser scan插入其对应的submap时，

会基于submap已有的laser scan及其它传感器数据估计其在该submap中的最佳位置。submap的创建在短时间内的误差累积被认为是足够小的。然而随着时间推移，越来越多的submap被创建后，submap间的误差累积则会越来越大。

因此需要通过闭环检测适当的优化这些submap的位姿进而消除这些累积误差，这就将问题转化成一个位姿优化问题。当一个submap的构建完成时，也就是不会再有新的laser scan插入到该submap时，该submap就会加入到闭环检测中。

闭环检测会考虑所有的已完成创建的submap。当一个新的laser scan加入到地图中时，如果该laser scan的估计位姿与地图中某个submap的某个laser scan的位姿比较接近的话，那么通过某种 scan match策略就会找到该闭环。

Cartographer中的scan match策略通过在新加入地图的laser scan的估计位姿附近取一个窗口，进而在该窗口内寻找该laser scan的一个可能的匹配，如果找到了一个足够好的匹配，则会将该匹配的闭环约束加入到位姿优化问题中。

Cartographer的重点内容就是融合多传感器数据的局部submap创建以及用于闭环检测的scan match策略的实现。

参考：http://blog.csdn.net/u012700322/article/details/53513527