基于深度相机 RealSense D435i 的 ORB SLAM 2

Posted 2023-02-28

参考技术A

相比于 上一篇文章 ，这里我们将官方给的 rosbag 数据包替换为来自深度相机的实时数据。之所以选择 Intel RealSense 这款深度相机，仅仅是因为它是最容易买到的。。。在京东上搜“深度相机”，符合要求的几乎都是这个系列的。具体到 D435i 这个型号，它可以提供深度和 RGB 图像，而且带有 IMU，未来如果我们继续做视觉+惯导的 SLAM 也够用了。

参考： https://www.intelrealsense.com/depth-camera-d435i/

Intel 官方给出了非常详细的介绍，尤其是 产品手册 ，几乎涵盖了用户需要（以及不需要）了解的全部信息。
这里把其中关于 D435i 的关键信息摘录出来，方便以后查阅。

Interl RealSence D4×× 系列，包括 D435i，都是采用经典的双目视觉的方式测量深度。尽管具有红外投射器，但并不是采用红外反射测距。它的作用仅仅是投射不可见的固定的红外纹理样式，提高在纹理不明显的环境中（例如白墙）的深度计算精度，辅助双目视觉测距。左右两个相机将图像数据送入内置的深度处理器，在其中基于双目测距的原理计算每个像素的深度值。

下图显示的是红外投射在白纸上的纹理模式：

双目测距相机的参数

红外投射器参数

RGB 相机参数

深度图像分辨率与支持的帧率

RGB图像分辨率与支持的帧率

IMU 参数

Intel RealSense SDK 2.0 是跨平台的开发套装，包含了基本的相机使用工具如 realsense-viewer，也为二次开发提供了丰富的接口，包括 ROS，python , Matlab, node.js, LabVIEW, OpenCV, PCL, .NET 等。

在 Linux 系统中，开发工具库有两种安装方式，一种是安装预编译的 debian 包，另一种是从源码编译。
如果 Linux 内核版本为 4.4, 4.8, 4.10, 4.13, 4.15, 4.18* 5.0* and 5.3*，并且没有用户自定义的模块，最好选择安装预编译的 debian 包，方便很多。

通过如下命令查看 ubuntu kernel 版本

显示结果为 5.0.0-23-generic ，满足上述版本要求。我们选择安装预编译的 debian 包。

Ubuntu 下的安装步骤可以参考 https://github.com/IntelRealSense/librealsense/blob/master/doc/distribution_linux.md
具体步骤摘录如下（针对 Ubuntu 18.04）：

然后就可以运行 realsense-viewer 查看相机的深度和 RGB 图像，以及 IMU 中的测量，如下图所示：

另外还需要查看一下

确认包含 realsense 字样，例如 version: 1.1.2.realsense-1.3.14 。

再查看一下 dkms

返回结果中包含类似 librealsense2-dkms, 1.3.14, 5.0.0-23-generic, x86_64: installed 。

如果以上都没问题，说明 RealSense SDK 2.0 安装成功！
如果上述返回结果有误，则可能影响后续的运行。根据我们的经验，realsense-dkms 会选择 /lib/modules 中的第一个 kernel 安装，如果系统中存在多个 kernel，而当前运行的 kernel 不是 /lib/modules 中的第一个 kernel，就可能出问题。

Intel RealSense D4×× 系列相机从 Firmware version 5.12.02.100 开始加入了自标定功能，大大提高了相机标定的自动化程度，不再需要拿着标定板摆拍了。

详细操作可以查看 这里 。

简要流程：

在本文中，我们的最终目的是将相机的深度和 RGB 数据发布到 ros topic 上，然后通过 ORB SLAM 2 进行点云建图。
这里就需要用到 ROS 的 realsense 库 ros-$ROS_VER-realsense2-camera 。需要注意的是，这个 ROS 库并不依赖于 RealSense SDK 2.0，两者是完全独立的。因此，如果只是想在 ROS 中使用 realsense，并不需要先安装上边的 RealSense SDK 2.0。

安装步骤参考 https://github.com/IntelRealSense/realsense-ros 。
具体命令如下（前提：已安装 ROS melodic 版本）：

包括两部分：

在启动相机之前，我们需要设置一下 realsense2_camera rospack 中的 rs_camera.launch 的文件。
对于 ros launch 中各个参数的介绍可以参考 这里 。

在 rs_camera.launch 文件中确保以下两个参数为 true ：

前者是让不同传感器数据（depth, RGB, IMU）实现时间同步，即具有相同的 timestamp;
后者会增加若干 rostopic，其中我们比较关心的是 /camera/aligned_depth_to_color/image_raw ，这里的 depth 图像与 RGB 图像是对齐的，对比如下

然后就可以用如下命令启动相机了：

部分 ros topic 如下：

其中关键的是 /camera/color/image_raw 和 /camera/aligned_depth_to_color/image_raw 分别对应 RGB 图像和深度图像。基于这些数据，我们希望实现 ORB SLAM 2 + 点云建图的效果 。

相比于采用 rosbag 数据包的 ORB SLAM 2，这里有以下几点修改：

做完以上修改，就可以按照 前一篇文章 中的步骤编译和运行 ORB SLAM 2 了，此时深度和 RGB 数据不再是来自 rosbag ，而是来自相机。

命令总结如下：

最终保存的点云地图效果如下：

本文记录了基于深度相机 Intel RealSense D435i 实现 ORB SLAM 2 的过程，由于之前的文章（ 1 ， 2 ）已经非常详细的记录了基于 rosbag 数据包的 ORB SLAM 2，本文的大部分内容是记录与深度相机相关的一些设置，方便自己以后查阅，也希望能帮到类似研究方向的其他读者。