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Cartographer-[1]概述

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  1. 1. 1. Cartographer-[1]概述
  2. 2. 2. 整体架构
  3. 3. 3. 数据结构
  4. 4. 4. 标准定义
    1. 4.1. 4.1. Frames(坐标系)
    2. 4.2. 4.2. Transforms (变换)
  5. 5. 5. 文件目录结构
    1. 5.1. 5.1. cartographer核心库

1. Cartographer-[1]概述

2. 整体架构

Cartographer可以看作是两个独立的，但相互关联的子系统。

3. 数据结构

整个库采用protobuf数据格式，可参见configuration

  • cartographer.common.proto.CeresSolverOptions
  • cartographer.mapping.pose_graph.proto.ConstraintBuilderOptions
  • cartographer.mapping.pose_graph.proto.OptimizationProblemOptions
  • cartographer.mapping.proto.MapBuilderOptions
  • cartographer.mapping.proto.MotionFilterOptions
  • cartographer.mapping.proto.PoseGraphOptions
  • cartographer.mapping.proto.TrajectoryBuilderOptions
  • cartographer.mapping_2d.proto.LocalTrajectoryBuilderOptions
  • cartographer.mapping_2d.proto.RangeDataInserterOptions
  • cartographer.mapping_2d.proto.SubmapsOptions
  • cartographer.mapping_2d.scan_matching.proto.CeresScanMatcherOptions
  • cartographer.mapping_2d.scan_matching.proto.FastCorrelativeScanMatcherOptions
  • cartographer.mapping_2d.scan_matching.proto.RealTimeCorrelativeScanMatcherOptions
  • cartographer.mapping_3d.proto.LocalTrajectoryBuilderOptions
  • cartographer.mapping_3d.proto.RangeDataInserterOptions
  • cartographer.mapping_3d.proto.SubmapsOptions
  • cartographer.mapping_3d.scan_matching.proto.CeresScanMatcherOptions
  • cartographer.mapping_3d.scan_matching.proto.FastCorrelativeScanMatcherOptions
  • cartographer.sensor.proto.AdaptiveVoxelFilterOptions

4. 标准定义

4.1. Frames(坐标系)

  • global map frame

    这是表示全局 SLAM 结果的坐标系。 它是包含所有闭环和优化结果的固定地图坐标系。 当新的优化结果出现时，该帧与其他帧之间的转换可以跳转。 它的 z 轴指向上方，也就是重力加速度矢量指向-z 方向，也就是说加速计测量的重力分量是 + z 方向

  • local map frame

    局部SLAM结果的坐标系，不包括闭环以及位姿BA优化，对于给定某个时间点，该帧与全局地图之间的变换可能会发生变化，但是该帧和其他帧的变换不会发生变化。

  • submap frame

    每个子图都有一个单独的坐标系

  • tracking frame(跟踪坐标系)

    传感器数据表示的坐标系，不固定

  • gravity-aligned frame

    重力对准坐标系，只在2D中使用，与跟踪坐标系有相同位置，但是坐标系方向不一致，类似于导航坐标系

4.2. Transforms (变换)

  • local_pose(局部姿态)

    将数据从跟踪坐标系(Tracking frame)或者子图坐标系转换到local map frame的变换

  • global_pose(全局位姿)

    将数据从跟踪坐标系(Tracking frame)或者子图坐标系转换到全局坐标系的变换

  • local_submap_pose(局部子图位姿)

    将子图坐标系中的数据转换到local map 坐标系的变换

  • global_submap_pose(全局子图位姿)

    将子图坐标系中的数据转换到全局地图坐标系

5. 文件目录结构

整个cartographer_ros工程目录

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.
├── cartographer        #cartographer核心C++库
├── cartographer_ros    #基于ROS的封装调用
└── ceres-solver        #优化器

5.1. cartographer核心库

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├── BUILD.bazel
├── cloud                                     //建图服务器相关
│   ├── BUILD.bazel
│   ├── client
│   ├── internal
│   ├── map_builder_server_interface.cc
│   ├── map_builder_server_interface.h
│   ├── map_builder_server_main.cc
│   ├── map_builder_server_options.cc
│   ├── map_builder_server_options.h
│   ├── metrics
│   └── proto
├── common                                    //通用库
│   ├── blocking_queue.h  #阻塞
│   ├── blocking_queue_test.cc
│   ├── ceres_solver_options.cc #优化器选项
│   ├── ceres_solver_options.h
│   ├── config.h.cmake
│   ├── configuration_file_resolver.cc
│   ├── configuration_file_resolver.h
│   ├── configuration_files_test.cc
│   ├── fixed_ratio_sampler.cc  
│   ├── fixed_ratio_sampler.h #采样器
│   ├── fixed_ratio_sampler_test.cc
│   ├── histogram.cc
│   ├── histogram.h   #直方图
│   ├── internal
│   ├── lockless_queue.h  #锁
│   ├── lockless_queue_test.cc
│   ├── lua.h #lua配置文件读取
│   ├── lua_parameter_dictionary.cc
│   ├── lua_parameter_dictionary.h
│   ├── lua_parameter_dictionary_test.cc
│   ├── lua_parameter_dictionary_test_helpers.h
│   ├── make_unique.h #基于C++11实现的make_unique
│   ├── math.h    #数学转换库
│   ├── math_test.cc
│   ├── mutex.h   #线程锁
│   ├── optional.h
│   ├── optional_test.cc
│   ├── port.h    #压缩、解压库
│   ├── proto
│   ├── rate_timer.h  
│   ├── rate_timer_test.cc
│   ├── task.cc
│   ├── task.h
│   ├── task_test.cc
│   ├── thread_pool.cc
│   ├── thread_pool.h #线程池
│   ├── thread_pool_test.cc
│   ├── time.cc
│   └── time.h  #时间转换
├── ground_truth
│   ├── autogenerate_ground_truth_main.cc
│   ├── compute_relations_metrics_main.cc
│   ├── proto
│   ├── relations_text_file.cc
│   └── relations_text_file.h
├── io
│   ├── color.cc
│   ├── color.h
│   ├── coloring_points_processor.cc
│   ├── coloring_points_processor.h
│   ├── counting_points_processor.cc
│   ├── counting_points_processor.h
│   ├── draw_trajectories.cc
│   ├── draw_trajectories.h
│   ├── fake_file_writer.cc
│   ├── fake_file_writer.h
│   ├── fake_file_writer_test.cc
│   ├── file_writer.cc
│   ├── file_writer.h
│   ├── fixed_ratio_sampling_points_processor.cc
│   ├── fixed_ratio_sampling_points_processor.h
│   ├── frame_id_filtering_points_processor.cc
│   ├── frame_id_filtering_points_processor.h
│   ├── hybrid_grid_points_processor.cc
│   ├── hybrid_grid_points_processor.h
│   ├── image.cc
│   ├── image.h
│   ├── intensity_to_color_points_processor.cc
│   ├── intensity_to_color_points_processor.h
│   ├── internal
│   ├── migrate_serialization_format_main.cc
│   ├── min_max_range_filtering_points_processor.cc
│   ├── min_max_range_filtering_points_processor.h
│   ├── null_points_processor.h
│   ├── outlier_removing_points_processor.cc
│   ├── outlier_removing_points_processor.h
│   ├── pcd_writing_points_processor.cc
│   ├── pcd_writing_points_processor.h
│   ├── ply_writing_points_processor.cc
│   ├── ply_writing_points_processor.h
│   ├── points_batch.cc
│   ├── points_batch.h
│   ├── points_processor.h
│   ├── points_processor_pipeline_builder.cc
│   ├── points_processor_pipeline_builder.h
│   ├── points_processor_pipeline_builder_test.cc
│   ├── probability_grid_points_processor.cc
│   ├── probability_grid_points_processor.h
│   ├── proto_stream.cc
│   ├── proto_stream_deserializer.cc
│   ├── proto_stream_deserializer.h
│   ├── proto_stream_deserializer_test.cc
│   ├── proto_stream.h
│   ├── proto_stream_interface.h
│   ├── proto_stream_test.cc
│   ├── serialization_format_migration.cc
│   ├── serialization_format_migration.h
│   ├── serialization_format_migration_test.cc
│   ├── submap_painter.cc
│   ├── submap_painter.h
│   ├── xray_points_processor.cc
│   ├── xray_points_processor.h
│   ├── xyz_writing_points_processor.cc
│   └── xyz_writing_points_processor.h
├── mapping
│   ├── 2d
│   ├── 3d
│   ├── detect_floors.cc
│   ├── detect_floors.h
│   ├── grid_interface.h
│   ├── id.h
│   ├── id_test.cc
│   ├── imu_tracker.cc
│   ├── imu_tracker.h
│   ├── imu_tracker_test.cc
│   ├── internal
│   ├── local_slam_result_data.h
│   ├── map_builder.cc
│   ├── map_builder.h
│   ├── map_builder_interface.h
│   ├── map_builder_test.cc
│   ├── pose_extrapolator.cc
│   ├── pose_extrapolator.h
│   ├── pose_extrapolator_test.cc
│   ├── pose_graph.cc
│   ├── pose_graph.h
│   ├── pose_graph_interface.h
│   ├── pose_graph_test.cc
│   ├── pose_graph_trimmer.cc
│   ├── pose_graph_trimmer.h
│   ├── pose_graph_trimmer_test.cc
│   ├── probability_values.cc
│   ├── probability_values.h
│   ├── probability_values_test.cc
│   ├── proto
│   ├── range_data_inserter_interface.cc
│   ├── range_data_inserter_interface.h
│   ├── submaps.h
│   ├── submaps_test.cc
│   ├── trajectory_builder_interface.cc
│   ├── trajectory_builder_interface.h
│   ├── trajectory_node.cc
│   ├── trajectory_node.h
│   └── trajectory_node_test.cc
├── metrics
│   ├── counter.cc
│   ├── counter.h
│   ├── family_factory.h
│   ├── gauge.cc
│   ├── gauge.h
│   ├── histogram.cc
│   ├── histogram.h
│   ├── register.cc
│   └── register.h
├── sensor
│   ├── collator_interface.h
│   ├── compressed_point_cloud.cc
│   ├── compressed_point_cloud.h  #点云压缩
│   ├── compressed_point_cloud_test.cc
│   ├── data.h  #根据传感器id，进行数据封装
│   ├── fixed_frame_pose_data.cc
│   ├── fixed_frame_pose_data.h #固定坐标系的数据如gps
│   ├── imu_data.cc
│   ├── imu_data.h  #imu数据结构
│   ├── internal    #进一步实现
│   ├── landmark_data.cc
│   ├── landmark_data.h #路标点数据结构
│   ├── landmark_data_test.cc
│   ├── map_by_time.h   #按时间戳进行轨迹拼接？
│   ├── map_by_time_test.cc
│   ├── odometry_data.cc
│   ├── odometry_data.h #里程计数据结构
│   ├── point_cloud.cc
│   ├── point_cloud.h   #点云数据结构
│   ├── point_cloud_test.cc
│   ├── proto
│   ├── range_data.cc
│   ├── range_data.h  #激光数据储存结构
│   ├── range_data_test.cc
│   ├── timed_point_cloud_data.cc
│   └── timed_point_cloud_data.h  #带时间戳的点云
└── transform                                   //2D、3D变换
    ├── proto
    ├── rigid_transform.cc   #定义刚体变换2D/3D
    ├── rigid_transform.h
    ├── rigid_transform_test.cc
    ├── rigid_transform_test_helpers.h
    ├── timestamped_transform.cc  #带时间戳的刚体变换数据结构
    ├── timestamped_transform.h
    ├── transform.cc     #变换，2D/3D数据结构相互转换，proto/Eigen数据转换
    ├── transform.h
    ├── transform_interpolation_buffer.cc #根据时间戳线性插值
    ├── transform_interpolation_buffer.h
    ├── transform_interpolation_buffer_test.cc
    └── transform_test.cc