📚 课程目录第1章搭建VIO开发环境

1. 搭建VIO开发环境

任务目标

本案例完成VIO（视觉惯性里程计）开发环境的基础搭建：在Ubuntu 20.04系统中安装ROS Noetic、Eigen 3、Ceres Solver，并验证相机与IMU驱动能够正常发布数据。完成本案例后，你将拥有一个可运行后续VIO算法的最小开发环境。

环境与依赖

操作系统：Ubuntu 20.04 LTS（64位）
ROS发行版：Noetic（与Ubuntu 20.04对应）
Eigen：3.3.7或更高版本（线性代数库）
Ceres Solver：1.14.0或更高版本（非线性优化库）
相机驱动：usb_cam（USB摄像头）或对应型号驱动
IMU驱动：根据实际硬件选择（本案例以ROS标准imu_message为例）

安装步骤

以下命令在终端中依次执行，完成核心依赖安装：

# 1. 安装ROS Noetic（桌面完整版）
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
sudo apt install curl
curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -
sudo apt update
sudo apt install ros-noetic-desktop-full

# 2. 初始化ROS环境
echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
sudo apt install python3-rosdep python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential
sudo rosdep init
rosdep update

# 3. 安装Eigen（系统自带3.3.7，确认版本）
sudo apt install libeigen3-dev
pkg-config --modversion eigen3

# 4. 安装Ceres Solver依赖并编译安装
sudo apt install libgoogle-glog-dev libgflags-dev libatlas-base-dev libsuitesparse-dev
cd ~/Downloads
wget http://ceres-solver.org/ceres-solver-1.14.0.tar.gz
tar zxf ceres-solver-1.14.0.tar.gz
cd ceres-solver-1.14.0
mkdir build && cd build
cmake ..
make -j4
sudo make install

# 5. 安装usb_cam驱动（用于USB摄像头）
sudo apt install ros-noetic-usb-cam

# 6. 创建工作空间
mkdir -p ~/vio_ws/src
cd ~/vio_ws/src
catkin_init_workspace
cd ~/vio_ws
catkin_make
echo "source ~/vio_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

驱动验证

完成安装后，按以下步骤验证相机和IMU驱动是否正常工作：

1. 相机驱动验证

# 终端1：启动roscore
roscore

# 终端2：启动usb_cam节点（默认读取/dev/video0）
rosrun usb_cam usb_cam_node

# 终端3：查看相机话题是否发布
rostopic list | grep /usb_cam/image_raw

# 终端4：查看图像话题消息频率（应约30Hz）
rostopic hz /usb_cam/image_raw

通过条件：rostopic hz输出频率稳定在25~30Hz，且无报错信息。

2. IMU驱动验证（以通用IMU消息为例）

# 若使用真实IMU（如BMI088），需安装对应驱动；此处用ROS自带imu_simulator模拟验证消息通路
sudo apt install ros-noetic-imu-simulator

# 终端1：启动模拟IMU节点
rosrun imu_simulator imu_simulator

# 终端2：查看IMU话题
rostopic echo /imu/data -n 1

通过条件：rostopic echo输出包含orientation、angular_velocity、linear_acceleration字段，且数值在合理范围内（加速度约9.8m/s²，角速度接近0）。

环境自检脚本

将以下脚本保存为check_vio_env.sh，一键验证所有依赖是否就绪：

#!/bin/bash
echo "=== VIO环境检查 ==="
echo "1. ROS版本："
echo $ROS_DISTRO
echo "2. Eigen版本："
pkg-config --modversion eigen3
echo "3. Ceres版本："
ls /usr/local/lib/libceres.so && echo "Ceres已安装"
echo "4. usb_cam包："
rospack find usb_cam
echo "5. 相机设备："
ls /dev/video* 2>/dev/null || echo "未检测到摄像头"
echo "=== 检查完成 ==="

运行bash check_vio_env.sh，若输出中ROS为noetic、Eigen版本≥3.3.7、Ceres库存在、usb_cam路径正确，则环境搭建成功。

常见问题

usb_cam无法打开设备：确认摄像头连接，运行lsusb查看设备；若权限不足，执行sudo usermod -a -G video $USER后重新登录。
Ceres编译失败：确认已安装libsuitesparse-dev，且CMake版本≥3.5。
roscore启动失败：检查~/.bashrc中ROS环境变量是否已正确source。