S-MSCKF论文公式详解及代码分析-高洪臣-201912011

简介：
本篇文章由高洪臣撰写于2019年12月1日，详细解析了S-MSCKF论文中的关键公式，并深入分析了相关代码实现。 《S-MSCKF论文公式推导与代码解析》是由高洪臣在2019年9月1日撰写的一份技术文档，主要针对S-MSCKF（Smoothed Multi-State Constraint Kalman Filter）算法进行深入的理论阐述和实际代码分析。S-MSCKF是扩展卡尔曼滤波器的一种优化版本，在视觉惯性导航系统中的状态估计方面有广泛应用。 ### 1. MSCKF简介： 多状态约束卡尔曼滤波（MSCKF），作为EKF-SLAM的一种改进，能够更好地处理多传感器融合中的非线性问题。它通过保留有限个关键帧的状态信息来提高系统的稳定性和精度，并且在线优化历史状态以提升滤波器性能，尤其在动态环境和大规模场景中表现更佳。 ### 2. S-MSCKF详解： S-MSCKF进一步改进了MSCKF，在其基础上引入平滑处理。通过修正过去的状态后验概率，它提高了滤波的准确性和鲁棒性，特别适用于快速移动或急剧变化的数据环境，并能提供更加可靠的估计结果。 ### 3. 图像处理器代码流程： 图像处理器的工作包括初始化、IMU回调函数以及立体摄像头回调函数。在初始化阶段设定必要的参数和数据结构；IMU回调处理惯性测量单元（IMU）的输入，用于预测状态变化；而立体摄像头回调则负责从视频流中提取特征，并利用这些信息更新滤波器的状态。 ### 4. MsckfVio EstimatorFilter： MsckfVio EstimatorFilter是实现S-MSCKF的核心部分。它包括卡尔曼滤波基础、多状态约束滤波原理以及具体的代码流程，通过配置参数、处理IMU数据和视觉信息来预测和更新系统状态。 ### 5. EKF状态向量： EKF状态向量通常包含位置、速度、姿态及IMU的偏差等要素。在S-MSCKF中，这些变量会随着时间和传感器输入的变化而被预测与修正。 ### 6. 预测传播过程： - IMU误差状态方程描述了实际运动和测量值之间的差异，用于进行状态预测。 - 利用IMU数据估计下一时刻的状态称为IMU状态向量预测。 - 系统状态协方差预测则是评估预测的不确定性。 ### 7. 状态扩增： 在滤波过程中添加新的变量以精确化模型被称为“状态扩增”。例如，将相机参数或特征点的位置纳入考虑可以提高估计精度。同时还需要更新相应的不确定性的度量标准（即状态协方差）来反映新增的状态的不确定性。 S-MSCKF通过改进EKF增强了视觉惯性导航系统的性能，并且通过平滑处理和增加新的变量进一步提高了滤波器的稳定性和准确性，其代码解析部分详细展示了如何将理论应用于实践。对于理解和实现这类高级滤波算法具有重要的参考价值。