Detour地面纹理SLAM算法详解

概述 / Overview

地面纹理 SLAM（Ground-Texture SLAM）使用向下的高分辨率工业相机，把地面的微观纹理（划痕、混凝土颗粒、油渍、地砖缝）作为 全场景同质的视觉地标，做位姿估计与建图。在激光 SLAM 表现差的场景（特征贫乏、动态多、地面平整）下效果显著。

Ground-texture SLAM uses a downward-facing high-res industrial camera and treats the floor's micro-features (scratches, concrete grit, oil stains, tile joints) as everywhere-homogeneous visual landmarks. It excels where laser SLAM is weak: featureless walls, heavy dynamic obstacles, but smooth uniform floors.

入门见地纹 SLAM 技术概述；本页讲算法细节。 For an intro see the ground-texture SLAM overview; this page covers the algorithmic core.

算法原理 / Algorithm overview

模块 / Module	说明 / Description
特征提取 / Feature extraction	ORB / FAST + BRIEF（每帧 ~500 个点）/ ORB / FAST + BRIEF (~500 features per frame)
帧间匹配 / Frame matching	Hamming 距离 KNN + 比率测试 / KNN matching with ratio test
位姿估计 / Pose estimation	PnP（2D-to-2D 因深度近似常数）/ 2D-2D PnP since depth ≈ const
关键帧筛选 / Keyframe selection	平移 ≥ 30 mm 或转角 ≥ 5° / displacement ≥ 30 mm or yaw ≥ 5°
局部建图 / Local mapping	关键帧池 + Bundle Adjustment / keyframe pool + BA
全局闭环 / Global loop closure	词袋（BoVW）/ Bag of Visual Words
位姿图优化 / Pose-graph	g2o / Ceres

硬件配置 / Hardware setup

部件 / Part	典型规格 / Typical
相机 / Camera	工业 USB3 全局快门，120 FPS，1 MP
安装高度 / Mount height	80–150 mm 距地 / ground-clearance
视场 / FOV	200 × 150 mm 实测覆盖区
照明 / Lighting	自带 LED 环形灯，确保不被外光影响
防护 / Protection	抗油 / 抗尘罩，定期清洁

与激光 SLAM 的差异 / vs laser SLAM

项 / Item	激光 SLAM	地纹 SLAM
主感知 / Primary sensing	2D 距离扫描 / 2D ranges	向下相机图像 / downward image
全局位姿误差 / Global error	cm 量级（受墙体不规则影响）	mm 量级（局部很准）
全局漂移 / Global drift	受闭环密度影响	重度依赖关键帧密度
弱场景 / Weak case	长走廊 / 反光板缺	极平整无纹理地面（如新漆面）
重定位 / Re-loc	全局粗定位足够	需要预先扫描全场地图
计算需求 / Compute	CPU 中等	CPU + GPU（GPU 加速特征匹配）；见核显工控机

工作流程 / Workflow

用专用扫描车在工地上 慢速、完全覆盖采集地纹（推荐 ≤ 0.5 m/s）。
后处理生成 地纹地图（特征点数据库 + 关键帧池）；典型大小 1 GB / 1000 m²。
上线时车上跑实时定位：每帧提特征 → 与本地关键帧匹配 → 估姿 → 周期性查全局 BoVW 做闭环。
Detour TightCoupler 把地纹位姿与激光 / IMU 融合。

Slowly traverse the entire site (≤ 0.5 m/s) to capture textures.
Off-line build the texture map (feature DB + keyframe pool); typically ~1 GB per 1000 m².
At runtime: extract features per frame → match to local keyframes → estimate pose → periodically query global BoVW for loop-closure.
Detour's TightCoupler fuses ground-texture pose with laser + IMU.

关键参数 / Key parameters

`featurePerFrame`: 500 (上下限 200–1000)
`keyframeSpacing`: 30 mm
`bowVocabSize`: 5000 个视觉单词
`localBaWindow`: 10 关键帧
`loopClosureMinScore`: 0.6

适用与不适用 / Applicability

适合 / Use when:

地面有微观纹理（混凝土、地砖、橡胶颗粒）
工作面平整、车体俯仰/翻滚小
激光 SLAM 表现差（长走廊、镜面墙）

不适合 / Avoid when:

地面持续湿水、油污（特征被遮）
地面定期翻新（特征漂变快）
上下楼梯 / 大坡度

快速找回定位 / Re-localisation in ground texture

地纹场景下"丢失定位"恢复较难，因为没有全局粗位姿。MDCS 推荐 二维码辅助方案：在关键位置贴二维码作为 重定位锚点。具体见使用手册 - 在地纹导航中使用二维码快速找回定位。

In ground-texture mode, recovery is hard. The recommended pattern is QR-assisted re-localisation: paste QR tags at strategic points as anchors. See the dedicated guide.