一、摘要：
问题： 现有SLAM系统鲁棒性低
方法： 建立新SLAM系统，采用优胜劣汰策略筛选关键帧
结果： 解决了长时间运行问题，性能提升
二、结论
课题构思（如何一步步得到结论）：
① 提出新的产生和删除关键帧策略，使地图在场景变化时才增长。分析历史数据实现长期建图
② 合并前人回环检测、闭环过程和可视性图、g2o框架优化、ORB功能方案
③ 快速提取和匹配，适用于极端环境（纯旋转+快速移动）探寻轨迹，解决了PTAM的通用性问题
未解问题：
① 远处的点观测不到，但可用来提升精度
② 更新稀疏图为更稠密的图以便重建
三、粗看图表
数据来源： TUM RGB-D Benchmark, NewCollege Dataset, odometry benchmark of the KITTI dataset
重要指标： 时间，位姿图边数，均方根误差
四、引言
研究原因： 现有SLAM实时计算消耗大；PTAM有局限性：无回环检测，处理咬合不当、点重定位的不变性差、需要人为干预地图引导
主要贡献：
①所有任务统一为ORB特征。实时计算，光照和运动下不变性好
② 大场景下实时操作，追踪和建图专注局部
③ 使用基本图实现实时闭环检测
④ 实时相机重定位。比最好的直接法更优
⑤ 自动初始化，具有鲁棒性。可处理线性和非线性场景
⑥ 优胜劣汰策略，提升鲁棒性，实现长时间运行
五、实验过程
模型步骤，每个步骤的结论：
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相关工作：
a) 位置识别：词袋方法效率高，但没有旋转和尺寸的不变性。本文使用covisibility信息
b) 地图初始化：现有重建方法在低视差下约束差，并会有二义性解。本文提出启发式初始化算法，考虑了矩阵退化的情况，延迟初始化。
c) 单目SLAM：滤波法浪费计算资源，有累积漂移；关键帧法更精确；PTAM不能位置识别，不变性差（前人其他成功也不完善）。本文使用7-DoF位姿图优化并应用到基本图中，使用基于相合性的局部地图并从相合性图构建位姿图，在相同的追踪和映射要素中执行位置识别，地图重用，关键帧的选取使用优胜劣汰策略
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系统总览：
a) 特征选择：建图追踪和重定位闭环检测使用同一特征，避免插入特征识别深度。特征点提取速度＜33ms/img，排除SIFT, SURF, A-KAZE；需要不变性，排除BRIEF, LDB。选择ORB：ORB面向多尺度，计算快，不变性好
b) 三线程（追踪+局部建图+闭环）
c) 地图点与关键帧的选取
d) 适度图和基本图：使用基本图，保留所有节点和少量的边（图的最小生成树）
e) 词袋位置识别：将关键帧分组；仅对属于相同节点的特征暴力匹配
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自动地图初始化（关键技术）：并行计算平面场景的单应性和非平面场景的基本矩阵，根据视差和平面性选择模型，并检索相关运动假设从而消除歧义，最后用full BA进行初始化重建。
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追踪：
a) 提取ORB特征：提取FAST角点计算方向和ORB描述子
b) 依据先前帧的初始位姿估计：使用匀速运动模型预测位姿并搜索地图点
c) 全局重定位的初始位姿估计：使用RANSAC迭代和PnP算法估算相机位姿
d) 追踪局部地图：设定关键帧相关条件，搜索地图点
e) 新帧选择：设置快速插入关键帧的条件
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本地建图
a) 插入关键帧
b) 剔除最近地图点：检测地图点满足相关条件，从少于3个帧观察到它时将其删除
c) 创建新地图点：从相关帧中对ORB进行三角剖析
d) 局部BA：用局部BA优化最近的关键帧
e) 局部关键帧剔除
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回环检测
a) 回环候选检测：丢弃词袋向量的相似度低的关键帧，连续检测3个回环
b) 计算相似度转换：作为回环的几何验证。计算与当前关键帧中地图点关联的ORB和候选关键帧之间的对应度，对每个候选回环使用RANSAC迭代。
c) 回环融合：用相似度转换矫正当前关键帧位姿，位姿级联转换，循环关键帧及其邻点看到的所有地图点投影到关键帧中，并且在投影周围搜索其邻接点和匹配项
d) 基本图的优化：用相似度转换纠正尺度漂移
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实验部分
a) NewCollege数据集测试系统性能
b) TUM RGB-D Benchmark测试定位准确性
c) TUM RGB-D Benchmark测试重定位
d) TUM RGB-D Benchmark的长时间运行
e) KITTI数据集测试大型闭环
六、文章总结：
问题： 现有SLAM系统鲁棒性低，不能长时间运行，PTAM的局限性（无回环检测等）
方法： 提出了新的SLAM系统：所有任务统一为ORB特征；使用基本图；自动初始化
论证过程：
① 使用covisibility信息解决词袋方法
② 提出启发式算法解决地图初始化中低视差下约束差和二义性问题
③ 使用7-DoF位姿图优化并应用于基本图中进行位置识别
④ 所有任务统一 ORB 特征，进行单目SLAM的位置识别，增强不变性
⑤ 使用追踪+局部建图+闭环检测三线程
⑥ 使用相似度转换矫正位姿，进行回环检测