前言

这一章的内容架构很不错,有几个该讲的点都解释得比较清楚:1. 最大后验估计在高斯分布下为什么变成了最小二乘问题;2. 协方差矩阵与信息矩阵同边际概率和条件概率分别对应关系;3. SLAM问题的零空间维数以及滑动窗口对零空间的缩放问题

内容

1.最大后验估计在高斯分布下为什么变成了最小二乘问题

首先,后验概率最大化公式如下:

深度学习滑窗 滑窗理论_计算机视觉


假设观测的随机误差均符合多元高斯分布:

深度学习滑窗 滑窗理论_计算机视觉_02


根据零均值的多元高斯分布公式,可以把概率符号转化成纯数学表达(即转化成零均值概率分布后再取log):

深度学习滑窗 滑窗理论_协方差矩阵_03


该式的求解可套用最小二乘的模板,求解式如下:

深度学习滑窗 滑窗理论_slam_04


这样,我们就说明了最大后验到最小二乘的转化,以及首次接触到了协方差矩阵的逆(信息矩阵)在SLAM问题中要起到的作用

2.协方差矩阵与信息矩阵同边际概率和条件概率分别对应关系

为什么一个利好边际概率,一个利好条件概率,这在课件中是做了详细推导的,这里我简单梳理一下流程:

首先做前提假设如下:

深度学习滑窗 滑窗理论_协方差矩阵_05


通过对信息矩阵左乘和右乘初等行变换矩阵,将其处理成如下所示的形式:

深度学习滑窗 滑窗理论_深度学习滑窗_06


代入(31),然后分别p(a)和p(b|a)如下:

深度学习滑窗 滑窗理论_深度学习滑窗_07


这样我们可以得知,p(a)对应的协方差矩阵就是A,而p(b|a)对应的协方差矩阵是对K的A块做舒尔补之后的结果

延续上面的行变换结果,我们可以写出下面的等式:

深度学习滑窗 滑窗理论_计算机视觉_08


那么可以明显看到,p(b|a)对应的信息矩阵就是深度学习滑窗 滑窗理论_slam_09,而p(a)对应的信息矩阵是左上角行变化成深度学习滑窗 滑窗理论_人工智能_10时等式右边对应的形式:

深度学习滑窗 滑窗理论_计算机视觉_11


由此我们说明了整个的对应流程

3. SLAM问题的零空间维数以及滑动窗口对零空间的缩放问题

单目SLAM问题有7自由度不可观:6自由度姿态+尺度
单目+IMU4自由度不可观:yaw角+3自由度位置(IMU的角速度计提供row和pitch角,加速度计提供尺度信息)
滑动窗口新增Pose点时,新计算的深度学习滑窗 滑窗理论_协方差矩阵_12矩阵的线性化点是不同于先验信息中的线性化点的,这将使得额外的约束被增加,从而缩小了零空间维数,使得优化时的零空间维数与真实维数不匹配,有可能导致求解器崩溃。
解决办法是FEJ,也就是在新计算的深度学习滑窗 滑窗理论_协方差矩阵_12矩阵中涉及到与先验信息相同的Pose的时候,使用相同的线性化点