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1本无人驾驶技术书
无人驾驶是一个复杂的系统,涉及的技术点种类多且跨度大,入门者常常不知从何入手。本书首先宏观地呈现了无人驾驶的整体技术架构,概述了无人驾驶中涉及的各个技术点。在读者对无人驾驶技术有了宏观认识后,本书深入浅出地讲解了无人驾驶定位导航、感知、决策与控制等算法,深度学习在无人驾驶中的应用,无人驾驶系统软件和硬件平台,无人驾驶安全及无人驾驶云平台等多个主要技术点。本书的作者都是无人驾驶行业的从业者与研究人员,有着多年无人驾驶及人工智能技术的实战经验。
本书从实用的角度出发,以期帮助对无人驾驶技术感兴趣的从业者与相关人士实现对无人驾驶行业的快速入门,以及对无人驾驶技术的深度理解与应用实践。
1 无人车:正在开始的未来1
1.1 正在走来的无人驾驶2
1.2 自动驾驶的分级4
1.3 无人驾驶系统简介7
1.4 序幕刚启18
1.5 参考资料18
2 光学雷达在无人驾驶技术中的应用21
2.1 无人驾驶技术简介21
2.2 光学雷达基础知识22
2.3 LiDAR在无人驾驶技术中的应用领域24
2.4 LiDAR技术面临的挑战26
2.5 展望未来28
2.6 参考资料28
3 GPS及惯性传感器在无人驾驶中的应用30
3.1 无人驾驶定位技术30
3.2 GPS简介31
3.3 惯性传感器简介34
3.4 GPS和惯性传感器的融合36
3.5 结论37
3.6 参考资料38
4 基于计算机视觉的无人驾驶感知系统39
4.1 无人驾驶的感知39
4.2 KITTI数据集40
4.3 计算机视觉能帮助无人车解决的问题42
4.4 Optical Flow和立体视觉43
4.5 物体的识别与追踪45
4.6 视觉里程计算法47
4.7 结论48
4.8 参考资料49
5 卷积神经网络在无人驾驶中的应用50
5.1 CNN简介50
5.2 无人驾驶双目3D感知51
5.3 无人驾驶物体检测54
5.4 结论59
5.5 参考资料59
6 增强学习在无人驾驶中的应用61
6.1 增强学习简介61
6.2 增强学习算法63
6.3 使用增强学习帮助决策68
6.4 无人驾驶的决策介绍70
6.5 参考资料74
7 无人驾驶的规划与控制75
7.1 规划与控制简介75
7.2 路由寻径77
7.3 行为决策84
7.4 动作规划93
7.5 反馈控制101
7.6 无人车规划控制结语105
7.7 参考资料105
8 基于ROS的无人驾驶系统108
8.1 无人驾驶:多种技术的集成108
8.2 机器人操作系统(ROS)简介110
8.3 系统可靠性115
8.4 系统通信性能提升116
8.5 系统资源管理与安全性117
8.6 结论118
8.7 参考资料118
9 无人驾驶的硬件平台120
9.1 无人驾驶:复杂系统120
9.2 传感器平台121
9.3 计算平台140
9.4 控制平台150
9.5 结论157
9.6 参考资料158
10 无人驾驶系统安全160
10.1 针对无人驾驶的安全威胁160
10.2 无人驾驶传感器的安全160
10.3 无人驾驶操作系统的安全162
10.4 无人驾驶控制系统的安全163
10.5 车联网通信系统的安全性165
10.6 安全模型校验方法168
10.7 参考资料169
11 基于Spark与ROS的分布式无人驾驶模拟平台171
11.1 无人驾驶模拟技术171
11.2 基于ROS的无人驾驶模拟器173
11.3 基于Spark的分布式的模拟平台175
11.4 结论178
11.5 参考资料178
12 无人驾驶中的高精度地图180
12.1 电子地图分类180
12.2 高精度地图的特点183
12.3 高精度地图的生产185
12.4 无人驾驶场景中的应用188
12.5 高精度地图的现状与结论190
12.6 参考资料191
13 无人驾驶的未来192
13.1 无人驾驶的商业前景192
13.2 无人车面临的障碍194
13.3 无人驾驶产业198
13.4 **化下的无人驾驶203
13.5 无人驾驶发展对策205
13.6 可预见的未来207
13.7 参考资料208
概率机器人
《概率机器人》对概率机器人学这一新兴领域进行了全面的介绍。概率机器人学依赖统计技术表示信息和进行决策,以容纳当今大多数机器人应用中必然存在的不确定性,是机器人学的一个分支。它依赖统计技术表示信息和制定决策。这样做,可以接纳在当今大多数机器人应用中引起的不确定性。本书主要专注于算法,对于每种算法,均提供了四项内容:①伪码示例;②完整的数学推导;③实验结果;④算法优缺点的详细讨论。《概率机器人》包括了基础知识、定位、地图构建、规划与控制四大部分。本书共17章,每章的后都提供了练习题和动手实践的项目。相信本书可以加深读者对概率机器人学的认识。
译者序原书前言致谢第Ⅰ部分 基础知识第1章 绪论 11.1 机器人学中的不确定性 11.2 概率机器人学 21.3 启示 61.4 本书导航 71.5 概率机器人课程教学 71.6 文献综述 8第2章 递归状态估计 102.1 引言 102.2 概率的基本概念 102.3 机器人环境交互 142.3.1 状态 152.3.2 环境交互 162.3.3 概率生成法则 182.3.4 置信分布 192.4 贝叶斯滤波 202.4.1 贝叶斯滤波算法 202.4.2 实例 212.4.3 贝叶斯滤波的数学推导 232.4.4 马尔可夫假设 252.5 表示法和计算 252.6 小结 262.7 文献综述 262.8 习题 27第3章 高斯滤波 293.1 引言 293.2 卡尔曼滤波 303.2.1 线性高斯系统 303.2.2 卡尔曼滤波算法 313.2.3 例证 323.2.4 卡尔曼滤波的数学推导 333.3 扩展卡尔曼滤波 403.3.1 为什么要线性化 403.3.2 通过泰勒展开的线性化 423.3.3 扩展卡尔曼滤波算法 443.3.4 扩展卡尔曼滤波的数学推导 443.3.5 实际考虑 463.4 无迹卡尔曼滤波 493.4.1 通过无迹变换实现线性化 493.4.2 无迹卡尔曼滤波算法 503.5 信息滤波 543.5.1 正则参数 543.5.2 信息滤波算法 553.5.3 信息滤波的数学推导 563.5.4 扩展信息滤波算法 573.5.5 扩展信息滤波的数学推导 583.5.6 实际考虑 593.6 小结 603.7 文献综述 613.8 习题 62第4章 非参数滤波 644.1 直方图滤波 644.1.1 离散贝叶斯滤波算法 654.1.2 连续状态 654.1.3 直方图近似的数学推导 674.1.4 分解技术 694.2 静态二值贝叶斯滤波 704.3 粒子滤波 724.3.1基本算法 724.3.2 重要性采样 754.3.3 粒子滤波的数学推导 774.3.4 粒子滤波的实际考虑和特性 794.4 小结 854.5 文献综述 854.6 习题 86第5章 机器人运动 885.1 引言 885.2 预备工作 895.2.1 运动学构型 895.2.2 概率运动学 895.3 速度运动模型 905.3.1 闭式计算 915.3.2 采样算法 925.3.3 速度运动模型的数学推导 945.4 里程计运动模型 995.4.1 闭式计算 1005.4.2 采样算法 1025.4.3 里程计运动模型的数学推导 1045.5 运动和地图 1055.6 小结 1085.7 文献综述 1095.8 习题 110第6章 机器人感知 1126.1 引言 1126.2 地图 1146.3 测距仪的波束模型 1156.3.1 基本测量算法 1156.3.2 调节固有模型参数 1196.3.3 波束模型的数学推导 1216.3.4 实际考虑 1266.3.5 波束模型的局限 1276.4 测距仪的似然域 1276.4.1 基本算法 1276.4.2 扩展 1306.5 基于相关性的测量模型 1316.6 基于特征的测量模型 1336.6.1 特征提取 1336.6.2 地标的测量 1336.6.3 已知相关性的传感器模型 1346.6.4 采样位姿 1356.6.5 进一步的考虑 1376.7 实际考虑 1376.8 小结 1386.9 文献综述 1396.10 习题 139第Ⅱ部分 定 位第7章 移动机器人定位:马尔可夫与高斯 1427.1 定位问题的分类 1447.2 马尔可夫定位 1467.3 马尔可夫定位图例 1477.4 扩展卡尔曼滤波定位 1497.4.1 图例 1497.4.2 扩展卡尔曼滤波定位算法 1517.4.3 扩展卡尔曼滤波定位的数学推导 1517.4.4 物理实现 1577.5 估计一致性 1617.5.1 未知一致性的扩展卡尔曼滤波定位 1617.5.2 极大似然数据关联的数学推导 1627.6 多假设跟踪 1647.7 无迹卡尔曼滤波定位 1657.7.1 无迹卡尔曼滤波定位的数学推导 1657.7.2 图例 1687.8 实际考虑 1727.9 小结 1747.10 文献综述 1757.11 习题 176第8章 移动机器人定位:栅格与蒙特卡罗 1798.1 介绍 1798.2 栅格定位 1798.2.1 基本算法 1798.2.2 栅格分辨率 1808.2.3 计算开销 1848.2.4 图例 1848.3 蒙特卡罗定位 1898.3.1 图例 1898.3.2 蒙特卡罗定位算法 1918.3.3 物理实现 1918.3.4 蒙特卡罗定位特性 1948.3.5 随机粒子蒙特卡罗定位:失效恢复 1948.3.6 更改建议分布 1988.3.7 库尔贝克-莱布勒散度采样:调节样本集合大小 1998.4 动态环境下的定位 2038.5 实际考虑 2088.6 小结 2098.7 文献综述 2098.8习题 211第Ⅲ部分 地图构建第9章 占用栅格地图构建 2139.1 引言 2139.2 占用栅格地图构建算法 2169.2.1 多传感器信息融合 2229.3 反演测量模型的研究 2239.3.1 反演测量模型 2239.3.2 从正演模型采样 2249.3.3 误差函数 2259.3.4 实例与深度思考 2269.4 *大化后验占用地图构建 2279.4.1 维持依赖实例 2279.4.2 用正演模型进行占用栅格地图构建 2289.5 小结 2319.6 文献综述 2319.7 习题 232.............
视觉SLAM十四讲:从理论到实践
本书系统介绍了视觉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。本书可以作为对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。
第1 讲预备知识 11.1 本书讲什么11.2 如何使用本书31.2.1 组织方式31.2.2 代码51.2.3 面向的读者61.3 风格约定61.4 致谢和声明7第2 讲初识SLAM 92.1 引子:小萝卜的例子112.2 **视觉SLAM 框架172.2.1 视觉里程计172.2.2 后端优化192.2.3 回环检测202.2.4 建图212.3 SLAM 问题的数学表述222.4 实践:编程基础 252.4.1 安装Linux 操作系统252.4.2 Hello SLAM272.4.3 使用cmake282.4.4 使用库302.4.5 使用IDE32第3 讲三维空间刚体运动373.1 旋转矩阵393.1.1 点和向量,坐标系393.1.2 坐标系间的欧氏变换403.1.3 变换矩阵与齐次坐标423.2 实践:Eigen 443.3 旋转向量和欧拉角483.3.1 旋转向量483.3.2 欧拉角503.4 四元数513.4.1 四元数的定义513.4.2 四元数的运算533.4.3 用四元数表示旋转553.4.4 四元数到旋转矩阵的转换553.5 * 相似、仿射、射影变换563.6 实践:Eigen 几何模块573.7 可视化演示60第4 讲李群与李代数624.1 李群与李代数基础 644.1.1 群644.1.2 李代数的引出654.1.3 李代数的定义 674.1.4 李代数so(3) 674.1.5 李代数se(3)684.2 指数与对数映射694.2.1 SO(3) 上的指数映射694.2.2 SE(3) 上的指数映射.704.3 李代数求导与扰动模型724.3.1 BCH 公式与近似形式724.3.2 SO(3) 李代数上的求导734.3.3 李代数求导744.3.4 扰动模型(左乘)754.3.5 SE(3) 上的李代数求导764.4 实践:Sophus764.5 * 相似变换群与李代数.794.6 小结81第5 讲相机与图像825.1 相机模型 845.1.1 针孔相机模型845.1.2 畸变875.1.3 双目相机模型 905.1.4 RGB-D 相机模型925.2 图像935.3 实践:图像的存取与访问955.3.1 安装OpenCV955.3.2 操作OpenCV 图像965.4 实践:拼接点云99第6 讲非线性优化1046.1 状态估计问题1066.1.1 *大后验与*大似然1066.1.2 *小二乘的引出 1086.2 非线性*小二乘1096.2.1 一阶和二阶梯度法1106.2.2 高斯牛顿法1116.2.3 列文伯格—马夸尔特方法1136.2.4 小结1146.3 实践:Ceres1156.3.1 Ceres 简介 1166.3.2 安装Ceres1166.3.3 使用Ceres 拟合曲线 1176.4 实践:g2o1216.4.1 图优化理论简介1216.4.2 g2o 的编译与安装1226.4.3 使用g2o 拟合曲线1236.5 小结128第7 讲视觉里程计11307.1 特征点法1327.1.1 特征点1327.1.2 ORB 特征1347.1.3 特征匹配1377.2 实践:特征提取和匹配1387.3 2D?2D: 对极几何1417.3.1 对极约束1417.3.2 本质矩阵1437.3.3 单应矩阵1467.4 实践:对极约束求解相机运动1487.5 三角测量1537.6 实践:三角测量1547.6.1 三角测量代码1547.6.2 讨论1567.7 3D?2D:PnP1577.7.1 直接线性变换1587.7.2 P3P1597.7.3 Bundle Adjustment 1617.8 实践:求解PnP1657.8.1 使用EPnP 求解位姿1657.8.2 使用BA 优化1667.9 3D?3D:ICP1727.9.1 SVD 方法1737.9.2 非线性优化方法 1757.10 实践:求解ICP1767.10.1 SVD 方法1767.10.2 非线性优化方法1787.11 小结180..................