视觉SLAM十四讲 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:高翔

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2017-3

价格:75

装帧:平装

isbn号码:9787121311048

丛书系列:博文视点AI系列

图书标签:

计算机视觉
SLAM
SLAM；计算机视觉
机器人
SLAM；机器人；姿态估计；计算机视觉
计算机
无人驾驶
编程
视觉SLAM
计算机视觉
SLAM
机器人
定位与导航
三维重建
算法
自动驾驶
深度学习
传感器融合

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具体描述

《视觉SLAM十四讲：从理论到实践》系统介绍了视觉SLAM（同时定位与地图构建）所需的基本知识与核心算法，既包括数学理论基础，如三维空间的刚体运动、非线性优化，又包括计算机视觉的算法实现，例如多视图几何、回环检测等。此外，还提供了大量的实例代码供读者学习研究，从而更深入地掌握这些内容。

《视觉SLAM十四讲：从理论到实践》可以作为对SLAM 感兴趣的研究人员的入门自学材料，也可以作为SLAM 相关的高校本科生或研究生课程教材使用。

好的，下面是为您创作的图书简介，重点突出其内容，并避免提及您提到的那本特定书籍： --- 空间智能的基石：从几何到感知的前沿探索探索机器人、自动驾驶与计算机视觉领域核心技术的深度解析与实践指南概述本书并非一本入门读物，而是为那些渴望深入理解现代空间感知技术底层逻辑的工程师、研究人员和高级技术爱好者量身打造的深度教程。我们聚焦于机器如何精确地理解其在三维世界中的位置与姿态，以及如何基于此构建起可靠的环境模型。全书以严谨的数学基础为支撑，层层递进，剖析了从基础的几何约束到复杂的后端优化、再到实时系统构建的全貌。本书的核心目标是揭示支撑起当前所有高性能自主系统（如无人机、自动驾驶汽车、服务机器人）的核心计算范式。我们不满足于停留在应用层面的调用，而是深入到算法的推导过程、数据结构的选取，以及面对真实世界复杂性时的鲁棒性设计。第一部分：几何基础与运动测量——理解世界的基本语言本部分奠定了整个空间感知的数学基石。我们从欧几里得空间的基本概念出发，快速但全面地回顾了必要的线性代数、微分几何预备知识。第1章：坐标系与刚体运动详细阐述了旋转矩阵、四元数、欧拉角的表示与相互转换，强调了其在计算机图形学和机器人学中的实际应用场景及潜在的数值病态问题。重点分析了旋转向量（轴角表示）作为最优表示法的优势。引入了变换矩阵（齐次坐标）的构成，并探讨了其在链式运动中的叠加效应。第2章：观测模型与传感器数据预处理深入分析了主流空间感知传感器的工作原理及其内在的误差模型。相机模型：详细推导了小孔成像模型、畸变模型（径向与切向），并构建了从世界点到像素点的完整投影方程。讨论了如何利用标定板进行精确的内外参估计。深度传感器：剖析了结构光、ToF（飞行时间）和立体视觉的物理原理，重点讲解了如何从原始数据中恢复稠密的深度信息，并将其转化为点云数据。惯性测量单元（IMU）：深入探讨了加速度计和陀螺仪的物理特性，特别是其噪声特性（白噪声、偏置随机游走）。构建了角速度和比力在不同坐标系下的微分方程，为后续的预积分奠定基础。第3章：运动学约束与数据关联本章关注如何利用连续采集的传感器数据建立起连续运动的约束。重点解析了对极几何（Epipolar Geometry）在双目和单目视觉中的应用，推导了本质矩阵和基础矩阵的求解方法，并讨论了归一化平面上的几何约束。对于基于特征点的运动估计，详述了 PnP (Perspective-n-Point) 问题的不同求解算法（如EPnP, DLT等）的收敛性与效率对比。第二部分：状态估计与数据融合——构建精确的自我认知空间感知的核心挑战在于如何从噪声和不确定的观测中，实时地估计出系统随时间变化的状态（位置、速度、姿态）。第4章：非线性优化基础与最小二乘法本部分是全书的技术核心。首先，详细阐述了最小二乘法的基本思想，并引入了高斯-牛顿法和列文伯格-马夸特（LM）算法在线性化非线性最小二乘问题中的应用。强调了构建残差项（误差函数）的意义，这是所有后端优化的起点。第5章：因子图与概率机器人学系统性地介绍了基于因子图的概率图模型。将状态估计问题抽象为在图结构上的能量最小化问题。深入讲解了信息矩阵的物理意义，以及如何通过稀疏矩阵技术高效地求解大规模的联合优化问题。着重分析了IMU预积分技术，如何将高频的IMU测量转化为低频、与位姿估计同步的约束因子，有效避免了四元数的全局非线性优化难题。第6章：滤波器理论——实时估计的迭代方法虽然优化方法提供了全局最优的潜力，但滤波器在实时性上具有不可替代的地位。详细对比和推导了扩展卡尔曼滤波器（EKF）和无迹卡尔曼滤波器（UKF）的迭代更新过程，并分析了在处理高维非线性系统时，它们相对于优化方法的局限性与优势。第三部分：环境建模与建图——绘制世界的蓝图感知不仅是“我在哪里”，更关键的是“周围有什么”。本部分转向如何构建可用的环境地图。第7章：局部地图构建与特征管理讨论了局部环境的快速建模技术，包括基于体素（Voxel）和基于栅格的表示方法。重点讲解了关键帧的选择策略，以及如何利用局部地图优化来提升短期内姿态估计的精度，减少漂移的累积。第8章：回环检测与全局一致性维护这是解决长期漂移问题的关键。系统梳理了回环检测（Loop Closure Detection）的经典方法，如词袋模型（Bag of Words）在图像特征匹配中的应用，以及度量学习在提高检测鲁棒性方面的最新进展。深入分析了回环约束如何被有效地整合到全局因子图中，以及图分裂（Graph Splitting）和子图优化技术在处理超大规模地图时的实际操作流程。第9章：度量地图的构建与语义增强超越单纯的点云或几何网格，本章探讨了构建具有度量精度的三维地图。详细介绍了大规模捆集调整（Bundle Adjustment）的分布式计算框架，以及如何利用语义信息（如识别出门、墙壁、家具）来指导地图的构建和维护，实现“语义地图”的概念。第四部分：系统集成与前沿展望第10章：实时系统架构设计将理论算法转化为可运行的系统需要精妙的工程设计。本章讨论了高效的数据流管理、多线程与异步处理机制，以及如何设计一个模块化、可插拔的感知系统框架。重点对比了基于事件驱动和基于周期调度的系统架构，并提供了性能瓶颈分析和调试的实用技巧。第11章：面向前沿的挑战与机遇最后，展望了该领域当前面临的关键难题，包括动态环境下的运动估计（如何有效抑制运动目标对静态地图的影响）、自适应传感器融合（根据环境变化自动调整传感器权重），以及大规模场景下的数据管理与分布式优化的最新研究进展。 --- 本书特色： 1. 数学推导详尽：每一核心算法的推导过程（从雅可比矩阵到误差函数的构建）均提供完整且清晰的步骤。 2. 工程实践导向：理论结合实际案例，讨论了算法在面对真实世界噪声、遮挡和计算资源限制时的解决方案。 3. 结构严谨，逻辑自洽：按照“几何约束 -> 状态估计 -> 环境建模 -> 系统集成”的自然逻辑顺序组织内容，确保读者能够构建起完整的知识体系。本书是助力专业人士跨越从理论知识到顶尖工程实践鸿沟的必备参考书。

作者简介

高翔，2008年就读清华大学自动化系，2012年免试进入清华大学自动化系攻读博士学位。研究课题为视觉SLAM，兴趣包括计算机视觉与机器学习。曾撰写过与SLAM相关的论文和技术博客。

张涛，清华大学自动化系教授、党委书记、副系主任。1995年9月至1999年9月在清华大学自动化系检测技术与自动化装置专业学习，获博士学位。1999年10月至2002年9月在日本国立佐贺大学大学院工学系研究科系统控制专业学习，获博士学位。研究课题包括机器人、航空航天、计算机视觉等。

刘毅，华中科技大学图像与人工智能研究所在读博士，本科毕业于武汉理工大学数学系。读博期间专注于图像处理、三维重建、视觉SLAM，以及传感器融合研究和应用，读博期间先后于深圳市大疆创新公司，英特尔中国研究院等单位实习。

颜沁睿，比利时荷语鲁汶大学人工智能硕士，电子工程学士（GroupT）。电子科技大学信息显示与光电技术学士。长期致力于研究人工智能技术在机器人领域的应用，包括计算机视觉、机器学习和SLAM。现担任地平线机器人公司智能驾驶部算法工程师。

目录信息

第1 讲预备知识 1
1.1 本书讲什么1
1.2 如何使用本书3
1.2.1 组织方式3
1.2.2 代码5
1.2.3 面向的读者6
1.3 风格约定6
1.4 致谢和声明7
第2 讲初识SLAM 9
2.1 引子：小萝卜的例子11
2.2 经典视觉SLAM 框架17
2.2.1 视觉里程计17
2.2.2 后端优化19
2.2.3 回环检测20
2.2.4 建图21
2.3 SLAM 问题的数学表述22
2.4 实践：编程基础 25
2.4.1 安装Linux 操作系统25
2.4.2 Hello SLAM27
2.4.3 使用cmake28
2.4.4 使用库30
2.4.5 使用IDE32
第3 讲三维空间刚体运动37
3.1 旋转矩阵39
3.1.1 点和向量，坐标系39
3.1.2 坐标系间的欧氏变换40
3.1.3 变换矩阵与齐次坐标42
3.2 实践：Eigen 44
3.3 旋转向量和欧拉角48
3.3.1 旋转向量48
3.3.2 欧拉角50
3.4 四元数51
3.4.1 四元数的定义51
3.4.2 四元数的运算53
3.4.3 用四元数表示旋转55
3.4.4 四元数到旋转矩阵的转换55
3.5 * 相似、仿射、射影变换56
3.6 实践：Eigen 几何模块57
3.7 可视化演示60
第4 讲李群与李代数62
4.1 李群与李代数基础 64
4.1.1 群64
4.1.2 李代数的引出65
4.1.3 李代数的定义 67
4.1.4 李代数so(3) 67
4.1.5 李代数se(3)68
4.2 指数与对数映射69
4.2.1 SO(3) 上的指数映射69
4.2.2 SE(3) 上的指数映射.70
4.3 李代数求导与扰动模型72
4.3.1 BCH 公式与近似形式72
4.3.2 SO(3) 李代数上的求导73
4.3.3 李代数求导74
4.3.4 扰动模型（左乘）75
4.3.5 SE(3) 上的李代数求导76
4.4 实践：Sophus76
4.5 * 相似变换群与李代数.79
4.6 小结81
第5 讲相机与图像82
5.1 相机模型 84
5.1.1 针孔相机模型84
5.1.2 畸变87
5.1.3 双目相机模型 90
5.1.4 RGB-D 相机模型92
5.2 图像93
5.3 实践：图像的存取与访问95
5.3.1 安装OpenCV95
5.3.2 操作OpenCV 图像96
5.4 实践：拼接点云99
第6 讲非线性优化104
6.1 状态估计问题106
6.1.1 最大后验与最大似然106
6.1.2 最小二乘的引出 108
6.2 非线性最小二乘109
6.2.1 一阶和二阶梯度法110
6.2.2 高斯牛顿法111
6.2.3 列文伯格—马夸尔特方法113
6.2.4 小结114
6.3 实践：Ceres115
6.3.1 Ceres 简介 116
6.3.2 安装Ceres116
6.3.3 使用Ceres 拟合曲线 117
6.4 实践：g2o121
6.4.1 图优化理论简介121
6.4.2 g2o 的编译与安装122
6.4.3 使用g2o 拟合曲线123
6.5 小结128
第7 讲视觉里程计1130
7.1 特征点法132
7.1.1 特征点132
7.1.2 ORB 特征134
7.1.3 特征匹配137
7.2 实践：特征提取和匹配138
7.3 2D−2D: 对极几何141
7.3.1 对极约束141
7.3.2 本质矩阵143
7.3.3 单应矩阵146
7.4 实践：对极约束求解相机运动148
7.5 三角测量153
7.6 实践：三角测量154
7.6.1 三角测量代码154
7.6.2 讨论156
7.7 3D−2D：PnP157
7.7.1 直接线性变换158
7.7.2 P3P159
7.7.3 Bundle Adjustment 161
7.8 实践：求解PnP165
7.8.1 使用EPnP 求解位姿165
7.8.2 使用BA 优化166
7.9 3D−3D：ICP172
7.9.1 SVD 方法173
7.9.2 非线性优化方法 175
7.10 实践：求解ICP176
7.10.1 SVD 方法176
7.10.2 非线性优化方法178
7.11 小结180
第8 讲视觉里程计2182
8.1 直接法的引出184
8.2 光流（Optical Flow）185
8.3 实践：LK 光流187
8.3.1 使用TUM 公开数据集187
8.3.2 使用LK 光流188
8.4 直接法（Direct Method）192
8.4.1 直接法的推导 192
8.4.2 直接法的讨论195
8.5 实践：RGB-D 的直接法196
8.5.1 稀疏直接法196
8.5.2 定义直接法的边197
8.5.3 使用直接法估计相机运动 199
8.5.4 半稠密直接法200
8.5.5 直接法的讨论 202
8.5.6 直接法优缺点总结 203
第9 讲实践：设计前端205
9.1 搭建VO 框架 206
9.1.1 确定程序框架207
9.1.2 确定基本数据结构208
9.1.3 Camera 类210
9.1.4 Frame 类212
9.1.5 MapPoint 类 213
9.1.6 Map 类 213
9.1.7 Config 类 214
9.2 基本的VO：特征提取和匹配216
9.2.1 两两帧的视觉里程计216
9.2.2 讨论224
9.3 改进：优化PnP 的结果 224
9.4 改进：局部地图 227
9.5 小结233
第10 讲后端1 235
10.1 概述237
10.1.1 状态估计的概率解释237
10.1.2 线性系统和KF239
10.1.3 非线性系统和EKF242
10.1.4 EKF 的讨论243
10.2 BA 与图优化245
10.2.1 投影模型和BA 代价函数 245
10.2.2 BA 的求解247
10.2.3 稀疏性和边缘化248
10.2.4 鲁棒核函数255
10.2.5 小结256
10.3 实践：g2o257
10.3.1 BA 数据集257
10.3.2 g2o 求解BA258
10.3.3 求解262
10.4 实践：Ceres 264
10.4.1 Ceres 求解BA 265
10.4.2 求解267
10.5 小结269
第11 讲后端2 270
11.1 位姿图（Pose Graph）271
11.1.1 Pose Graph 的意义271
11.1.2 Pose Graph 的优化272
11.2 实践：位姿图优化274
11.2.1 g2o 原生位姿图 274
11.2.2 李代数上的位姿图优化278
11.2.3 小结284
11.3 * 因子图优化初步285
11.3.1 贝叶斯网络285
11.3.2 因子图286
11.3.3 增量特性288
11.4 * 实践：gtsam 289
11.4.1 安装gtsam 4.0289
11.4.2 位姿图优化290
第12 讲回环检测297
12.1 回环检测概述299
12.1.1 回环检测的意义299
12.1.2 方法 300
12.1.3 准确率和召回率301
12.2 词袋模型303
12.3 字典 305
12.3.1 字典的结构305
12.3.2 实践：创建字典306
12.4 相似度计算309
12.4.1 理论部分309
12.4.2 实践：相似度的计算310
12.5 实验分析与评述314
12.5.1 增加字典规模314
12.5.2 相似性评分的处理316
12.5.3 关键帧的处理316
12.5.4 检测之后的验证317
12.5.5 与机器学习的关系317
第13 讲建图319
13.1 概述320
13.2 单目稠密重建322
13.2.1 立体视觉322
13.2.2 极线搜索与块匹配323
13.2.3 高斯分布的深度滤波器325
13.3 实践：单目稠密重建328
13.4 实验分析与讨论339
13.4.1 像素梯度的问题339
13.4.2 逆深度340
13.4.3 图像间的变换 341
13.4.4 并行化：效率的问题342
13.4.5 其他的改进343
13.5 RGB-D 稠密建图343
13.5.1 实践：点云地图344
13.5.2 八叉树地图347
13.5.3 实践：八叉树地图350
13.6 *TSDF 地图和Fusion 系列352
13.7 小结356
第14 讲SLAM：现在与未来357
14.1 当前的开源方案358
14.1.1 MonoSLAM358
14.1.2 PTAM359
14.1.3 ORB-SLAM361
14.1.4 LSD-SLAM363
14.1.5 SVO 364
14.1.6 RTAB-MAP366
14.1.7 其他367
14.2 未来的SLAM 话题367
14.2.1 视觉+ 惯性导航SLAM367
14.2.2 语义SLAM369
14.2.3 SLAM 的未来 370
附录A 高斯分布的性质371
A.1 高斯分布371
A.2 高斯分布的运算371
A.2.1 线性运算371
A.2.2 乘积372
A.2.3 复合运算372
A.3 复合的例子372
附录B ROS 入门374
B.1 ROS 是什么374
B.2 ROS 的特点375
B.3 如何快速上手ROS375
参考文献377
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

从排版和阅读体验上来说，这本书的质量也属上乘。图文并茂的呈现方式，极大地降低了理解复杂三维几何概念的门槛。许多关键的数学推导过程，都配有清晰的二维投影图或三维空间示意图，这在阅读涉及坐标系变换、位姿外参标定等内容时尤其重要。我发现，很多时候，仅仅通过看图就能瞬间领悟到困扰我许久的某个几何直觉问题。此外，书中对于术语的界定非常严谨，几乎每一个专业名词都有明确的定义，这对于需要撰写规范性技术文档或进行学术交流的读者来说，是极大的便利。整体的语言风格是那种严谨而不失温度的学术叙事，作者似乎在努力避免让读者在阅读过程中产生“知识断层”，总是在关键节点进行回顾和衔接。这种对细节的关注，不仅体现在内容本身，也体现在装帧和印刷质量上，确保了长时间阅读的舒适度，让人愿意反复翻阅和查阅。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于那些希望将理论知识转化为实际项目经验的人，无疑是一个高效的催化剂。它不仅仅告诉你“是什么”，更重要的是教你“如何做”以及“为什么这样做”。书中穿插的实例分析，虽然没有直接给出完整的源代码，但其对关键算法流程的伪代码式描述，清晰到足以指导读者快速搭建起自己的实验平台。特别是关于后端优化的章节，它深入探讨了如何处理数据关联、如何构建最小化误差项以及如何选择合适的迭代求解器，这些都是实际项目中决定系统性能的关键因素。我个人认为，这本书的价值在于它成功地将计算机视觉领域（特别是几何部分）的最新进展，以一种高度结构化的、易于消化的方式呈现出来。它不是那种读完一遍就束之高阁的快餐读物，而更像是一本工具书，随着我在SLAM领域研究的深入，我发现每次重读某些章节时，都会有新的理解和感悟，这是衡量一本优秀技术著作的黄金标准。

评分☆☆☆☆☆

这本关于视觉SLAM的著作，确实是业界和学术界都翘首以盼的一部力作。我作为一名长期关注机器人视觉和导航领域的工程师，拿到这本书后立刻被它严谨的体系结构所吸引。首先，它并非仅仅罗列算法公式，而是将整个SLAM（即时定位与地图构建）的理论基础，从最核心的几何学原理，到现代基于优化的后端处理，都做了深入浅出的阐述。初学者可能会被那些繁复的数学推导吓倒，但作者的叙述方式非常巧妙，他们总能找到一个恰当的比喻或者一个直观的几何图像来解释复杂的概念，比如对对极几何、本质矩阵、基本矩阵的讲解，简直是教科书级别的清晰。这种由浅入深、层层递进的组织方式，使得即便是初次接触SLAM的读者，也能逐步建立起对场景几何理解的框架。我特别欣赏它在回顾经典方法时所展现出的历史观，这让我们明白当前最先进的技术是如何一步步演化而来的，而不是孤立地看待某一个特定算法的优劣。对于我们这些需要将理论应用于实际工程项目的人来说，这种对基础的夯实至关重要，它能让我们在面对新的传感器数据或复杂环境时，具备快速调试和优化系统的底层能力。整本书的逻辑流畅得如同一次精心规划的机器人路径，每走一步都有清晰的指示和坚实的立足点。

评分☆☆☆☆☆

读完这套书，我最大的感受是它为读者搭建了一座从概念到实践的坚固桥梁，而不仅仅是停留在理论的象牙塔中。书中对各种主流SLAM系统的实现细节探讨得尤为深入，特别是对前端视觉测量的处理，涵盖了从传统的特征点提取匹配，到后来的直接法（Direct Methods）的演进。作者没有回避那些在实际操作中极易出错的工程细节，比如，对于不同光照条件下的鲁棒性处理，对于纹理稀疏场景的应对策略，以及如何有效地进行回环检测和全局一致性优化。这些内容在许多教材中往往被一笔带过，但在这本书里，它们被赋予了足够的篇幅来详细解析其内在的机制和工程上的权衡取舍。我印象深刻的是其中关于因子图优化（Factor Graph Optimization）的章节，它不仅仅是讲解了理论模型，更是在介绍如何将其转化为实际可求解的优化问题，这对于想深入了解 Ceres Solver 或 g2o 内部工作原理的读者来说，简直是如获至宝。这种对工程实践的重视，使得这本书的价值远超一般的学术参考书，更像是一位经验丰富的导师在手把手地指导你如何把实验室里的想法变成一个能在真实世界中稳定运行的系统。

评分☆☆☆☆☆

我必须强调，这本书在内容的广度与深度上达到了一个令人惊叹的平衡点。它的覆盖面非常广，从早期的基于滤波器的EKF SLAM，到后来的基于优化的BA（Bundle Adjustment）框架，再到对深度学习在位姿估计和语义SLAM中的初步探索，都有所涉猎。这种全面的视野，使得读者可以跳出单一技术路线的局限，对整个领域的发展脉络有一个宏观的把握。尤其值得称赞的是，作者在介绍不同技术栈时，总是能清晰地指出它们的优势和局限性，避免了对任何单一技术的神化。例如，在讨论基于线束平差（Bundle Adjustment）的局限性时，他们会自然地引出如何通过稀疏化、多尺度策略来提高计算效率，这体现了作者对实际计算资源约束的深刻理解。对于我这种需要交叉研究不同模态数据（比如结合激光雷达数据或惯性测量单元）的科研人员来说，这本书提供了一个极佳的参照框架，让我能够快速理解如何将新的传感器信息“缝合”进现有的视觉SLAM管道中，而不会破坏其核心的几何一致性。

评分☆☆☆☆☆

确实通俗易懂的让人了解地图规划，但是整体头重脚轻对优化部分写的不够详细，但是本好书！

评分☆☆☆☆☆

slam入门必修课，唯一不足之处是书中存在一些错误，毕竟是第一版????

评分☆☆☆☆☆

还是得感谢大璋哥留给我的书，重新系统看看SLAM

评分☆☆☆☆☆

还是得感谢大璋哥留给我的书，重新系统看看SLAM

评分☆☆☆☆☆

第一遍粗读完毕，还要再细读