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news 2025/11/5 11:46:38

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在《搭建ORB_SLAM3在Linux下的编译和运行环境》这篇博文的最后
运行了开源ORB_SLAM3算法 和 开源数据集"Vicon Room 1 01"：
kmavvisualinertialdatasets – ASL Datasets

现在就以"Vicon Room 1 01" 数据集为例
解析一个标准VIO设备和SLAM3算法的数据流(DataFlow)
进一步了解VIO设备和SLAM3算法的运行机制

1.VIO DataFlow Overview

废话不多说，上图上注解：

图解：
(1).本图示是一个标准VIO(视觉惯性里程计/视觉惯性系统)的数据传输流程(DataFlow)
(2).双目Camera + IMU + 6DoF，是一个十分标准/典型的VIO
(3).6DOF即为SLAM
(4).SLAM输入(Input)：单/双Camera + IMU
(5).SLAM输出(OutPut): TUM格式的位姿数据(Pose)
(6).位姿(Pose)：位置(3D坐标)+姿态(3D旋转角)
(6).TUM格式Pose：{时间戳,坐标,四元数}/{Timestamp,x,y,z,qx,qy,qz,qw}
(7).IMU输入频率：最高能达到1000Hz
(8).6DOF输出频率：受限于Camera数据输入频率(30Hz)，也只有30Hz
(9).6DOF输出30HZ的Pose数据后，可以再和1000Hz的IMU数据做插值提频和位姿预测
(10).Pose插值提频：理论上最高能提到和IMU频率一样，达到1000Hz
(11).插值提频和位姿预测在一个VIO系统中不是必须的
(12).提频和预测后的Pose会存放在一块缓存中，上层需要Pose时申请获取

2.SLAM数据集:Overview

开源数据集"Vicon Room 1 01"，上图：

Mav0：Micro Air Vehicles(微型飞行器)，VIO设备可以看作是一个微型飞行器。
Cam0/Cam1：设备运行过程中，双目Tracking Camera采集的图像数据
IMU：设备运行的IMU数据
Pointcloud：设备运行过程中生成的点云信息
State_groundtruth_estimate：动捕系统测出的GT值(真值/地面实况)，也是最精准的位姿值
Vicon：动捕系统中用于定位的反射标志的位置

3.SLAM数据集:Camera

Cam0数据信息，mav0/cam0/data.csv：
其中记录了图像的时间戳和文件名：

mav0/cam0/data 中的图像：
SLAM的tracking camera都是mono黑白的，分辨率是640x480

4.SLAM数据集:IMU

R：测试这个开源数据集的LEICA动捕系统坐标系
S：Sensor坐标系
RS：指原始的值是从Sensor坐标系下测到的，后来转变为R坐标系的值

w代表mav在R坐标系下的角速度信息，单位rad/s
•w_RS_S_x [rad s^-1]
•w_RS_S_y [rad s^-1]
•w_RS_S_z [rad s^-1]
rad是角度单位，既弧度
弧度等于角度对应的圆弧长度除以半径

a代表这是MAV在R坐标系下的线加速度信息，单位m/s^2
•a_RS_S_x [m s^-2]
•a_RS_S_y [m s^-2]
•a_RS_S_z [m s^-2]

5.SLAM数据集:PointCloud

点云特征点保存的具体信息有：
(1).x, y, z         点的坐标
(2).Intensity    点的色彩强度
(3).R,G,B         都是0

色彩强度(intensity)示例图：

6.SLAM数据集:Ground truth

Groundtruth(地面实况)：动捕系统测出来的精准的mav位姿信息，也称GT值

Groundtruth释义：
R/S/RS，在前文中已注解，再简略复述一次：
RS表示，值是在Sensor坐标系下的测到，然后被变换到了R坐标系下

p:position，空间3D坐标，x代表这是3D位置的x轴方向上的值。[m]单位米
•p_RS_R_x [m]
•p_RS_R_y [m]
•p_RS_R_z [m]

q代表quaternion四元数，表达了MAV的朝向信息,w为四元数的实部，xyz为虚部
•q_RS_w []
•q_RS_x []
•q_RS_y []
•q_RS_z []

v代表这是MAV的速度信息，而且是在R坐标系下的速度信息，单位m/s
•v_RS_R_x [m s^-1]
•v_RS_R_y [m s^-1]
•v_RS_R_z [m s^-1]

w代表这是MAV在R坐标系下的角速度信息，单位rad/s
•b_w_RS_S_x [rad s^-1]
•b_w_RS_S_y [rad s^-1]
•b_w_RS_S_z [rad s^-1]

a代表这是MAV在R坐标系下的线加速度信息，单位m/s^2
•b_a_RS_S_x [m s^-2]
•b_a_RS_S_y [m s^-2]
•b_a_RS_S_z [m s^-2]

(1).Groundtruth：动捕系统测出来的精准的mav位姿信息，也称GT值
(2).SLAM计算得到的原始位姿数据是与GT值格式相同的EuRoc数据集，每一行都包含了时间戳在内的17个信息。
(3).EuRoc格式数据不能直接被SDK，上层应用以及PC端的轨迹绘制工具EVO等直接使用，需要转换成TUM数据格式
(4).SLAM在输出位姿信息时，需要在内部做一次EuRoc到TUM格式转换

TUM数据格式： (timestamp ,tx ,ty ,tz ,qx ,qy ,qz ,qw)
例如：1317354879.544785976 , 0.33350 , -0.00480 , -0.07558 , -0.49915 , 0.50408 , -0.49682 , 0.49992