Cartographer 的參數(shù)調(diào)整對(duì)建圖和定位都有很大的影響，怎么調(diào)參在網(wǎng)上相關(guān)的資料也很多，官方也有文檔介紹，不過(guò)我覺(jué)得都不夠?qū)嵱?，因?yàn)榇蠖喽紱](méi)有介紹調(diào)整這個(gè)參數(shù)需要出于什么而考慮，調(diào)整后又會(huì)產(chǎn)生什么影響。

最近無(wú)聊就寫寫文章記錄一下我在工作中根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景調(diào)參的過(guò)程，同時(shí)也幫助一下有需要的小伙伴們。

參數(shù)文件分別散落在 cartographer 和 cartographer_ros 兩個(gè)項(xiàng)目里，小伙伴們可以自己搜索一下源碼找到對(duì)應(yīng)的位置。

Cartographer 接收的傳感器數(shù)據(jù)主要就三種：激光雷達(dá)、IMU 和里程計(jì)。Cartographer 是以激光雷達(dá)是作為主導(dǎo)的傳感器，另外兩個(gè)都只是輔助。

實(shí)際使用中，最好三種傳感器一起上，IMU 和里程計(jì)少了任意一個(gè)建圖效果都會(huì)不咋地，這是由于 Cartographer 對(duì)多傳感器融合的實(shí)現(xiàn)太過(guò)簡(jiǎn)單粗暴導(dǎo)致的。

這三種傳感器的數(shù)據(jù)在前端和后端中都有著不同的作用，我只用過(guò)carto的2d slam，所以我也就只介紹2d的情況：

前端部分

激光雷達(dá)

????點(diǎn)云直接用于生成?Submap，第一幀點(diǎn)云初始化第一幅 Submap，后續(xù)點(diǎn)云就和當(dāng)前生成中的 Submap 進(jìn)行 scan-to-map 的匹配，用于估算每一幀點(diǎn)云的位移。

????匹配的位移也會(huì)用于下一幀點(diǎn)云匹配前的位姿推算，carto 會(huì)根據(jù)兩次匹配位姿的距離和時(shí)間差估算角速度和線速度，用于計(jì)算下一幀點(diǎn)云可能的位置，新來(lái)的點(diǎn)云就直接在預(yù)估位置附近做匹配。

IMU

????參與下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的位姿估算，當(dāng)給 carto 輸入 IMU 數(shù)據(jù)后，點(diǎn)云匹配前將會(huì)用IMU的角速度和匹配位姿的線速度來(lái)估算下一幀點(diǎn)云可能的位置。

里程計(jì)

????也是參與下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的位姿估算，當(dāng)提供里程計(jì)數(shù)據(jù)后，不再使用匹配位姿來(lái)估算線速度，而是直接用里程計(jì)的線速度和IMU的角速度來(lái)估算下一幀點(diǎn)云可能的位置。

后端部分

激光雷達(dá)

????激光雷達(dá)在后端的作用主要是兩個(gè)，一個(gè)是 scan-to-map 匹配做回環(huán)檢測(cè)，一個(gè)是前端產(chǎn)生的匹配位姿之間的相對(duì)位姿作為約束參與后端的全局優(yōu)化，優(yōu)化的目的是為了盡可能消除累計(jì)誤差。

IMU

????2d slam 時(shí) IMU 數(shù)據(jù)在后端沒(méi)有任何戲份。

里程計(jì)

????使用倆幀里程計(jì)數(shù)據(jù)的相對(duì)位姿作為約束參與后端優(yōu)化，里程計(jì)數(shù)據(jù)短時(shí)間內(nèi)必須要足夠準(zhǔn)確，不然得到的相對(duì)位姿誤差大，會(huì)導(dǎo)致全局優(yōu)化出來(lái)的地圖效果更差。

下面就介紹一下這幾個(gè)傳感器的比較常用的參數(shù)配置和調(diào)整方式：

激光雷達(dá)

?????用于配置運(yùn)動(dòng)畸變矯正的?num_subdivisions_per_laser_scan 和?num_accumulated_range_data，num_subdivisions_per_laser_scan?用于指定將一幀點(diǎn)云切成 N 份，然后均勻估算每一份的時(shí)間戳，num_accumulated_range_data?又會(huì)將 N 份點(diǎn)云合并成 1 份，參數(shù)默認(rèn)值都是 10。合并的過(guò)程中會(huì)根據(jù)每一份點(diǎn)云的時(shí)間戳估算它應(yīng)該在的位置和角度。運(yùn)動(dòng)畸變矯正是非常依賴?yán)锍逃?jì)和IMU的，里程計(jì)估算線速度，IMU 估算角速度，如果沒(méi)有接入這兩個(gè)傳感器，或者其中一個(gè)的精度非常差，最好是把畸變矯正給關(guān)了，把兩個(gè)參數(shù)設(shè)置成 1，不然矯正后會(huì)比不矯正的偏差還大。關(guān)閉運(yùn)動(dòng)畸變的話需要在建圖時(shí)移動(dòng)速度盡可能慢，讓雷達(dá)掃描不會(huì)產(chǎn)生太大的畸變，從而減少累計(jì)誤差提高建圖質(zhì)量。

????TRAJECTORY_BUILDER_2D.min_range 和?TRAJECTORY_BUILDER_2D.max_range，用于限制點(diǎn)云的有效距離，最小距離一般是用來(lái)過(guò)濾掉雷達(dá)周圍的遮擋物的，最大距離的配置就比較依賴實(shí)際環(huán)境的面積，max_range 這個(gè)配置不是越大越好的，大了會(huì)增加計(jì)算量，也會(huì)因?yàn)闇y(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí)噪聲變大和點(diǎn)間距稀疏帶來(lái)更多的累計(jì)誤差，影響建圖質(zhì)量。可以在目標(biāo)工作場(chǎng)景下錄個(gè)包，反復(fù)測(cè)試觀察不影響 scan-to-map 匹配的最小距離作為參數(shù)值，可以通過(guò)觀察雷達(dá)移動(dòng)后 carto 匹配的點(diǎn)云位置有沒(méi)有做出相應(yīng)的移動(dòng)來(lái)判斷。

????voxel_filter_size 體素濾波的大小設(shè)置，體素濾波是用來(lái)降低點(diǎn)云密度的，限制兩個(gè)點(diǎn)之間的最小距離，把值調(diào)大了可以降低計(jì)算量，但建圖質(zhì)量也會(huì)被降低，一般是設(shè)置成 0.025 或者 0.05，也就是兩點(diǎn)之間間隔 2.5cm 或者是 5cm。

????rangefinder_sampling_ratio?點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入頻率限制?，一般維持在 12hz 左右的輸入就好了，如果雷達(dá)的輸出頻率比較高，例如 30hz，那就可以將這個(gè)參數(shù)設(shè)置為 0.33，僅保留 33%?的輸入，降低計(jì)算量，如果機(jī)器內(nèi)存和算力充足，越大越好，這個(gè)自己根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

IMU

????use_odometry?打開(kāi)里程計(jì)數(shù)據(jù)輸入?，這個(gè)沒(méi)啥好說(shuō)的，看前面介紹的數(shù)據(jù)作用就行了。

里程計(jì)

????TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_imu_date 打開(kāi) IMU 數(shù)據(jù)輸入，也是沒(méi)啥好說(shuō)的??。

最后再說(shuō)點(diǎn)題外話，根據(jù)這些傳感器的作用和參數(shù)配置方式，我們可以反推出 carto 對(duì)傳感器的要求，例如 IMU?數(shù)據(jù)只使用了角速度來(lái)估計(jì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那我們可以選擇對(duì)旋轉(zhuǎn)有著高精度測(cè)量的任意慣性器件，線速度的測(cè)量精度可以不在意。里程計(jì)也是，只需要關(guān)注線速度的測(cè)量精度，這里的里程計(jì)不一定只能是輪式里程計(jì)，也可以是視覺(jué) SLAM 框架輸出的位姿作為里程計(jì)信息輸入到 cartographer 里，或者是別的啥都行，只要是數(shù)據(jù)的格式和表現(xiàn)形式跟輪式里程計(jì)一樣就可以了。?