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ROS2传感器接入与数据处理

📚 共计 30 章节

ROS2与传感器概述

ROS2发展史、核心概念（节点、话题、服务、动作）、传感器在机器人系统中的作用、课程项目概览

ROS2开发环境搭建

Ubuntu系统安装与配置、ROS2 Humble安装、工作空间创建与编译、ROS2命令行工具初探

ROS2基础编程

Python客户端库(rclpy)入门、创建第一个发布者节点、创建第一个订阅者节点、理解回调函数

传感器数据接口标准

ROS2消息类型详解、自定义消息接口(.msg)、传感器通用消息格式(sensor_msgs)、接口包创建与使用

激光雷达(LiDAR)接入

激光雷达工作原理、ROS2驱动安装与配置、点云数据可视化(Rviz2)、激光雷达数据解析与处理

摄像头接入

USB摄像头驱动与节点、图像消息格式(sensor_msgs/Image)、图像显示与保存、OpenCV与ROS2桥接(cv_bridge)

深度相机接入

Intel RealSense相机驱动、RGB-D数据同步获取、点云生成与可视化、深度数据应用场景

深度RealSense

IMU传感器接入

IMU工作原理、ROS2 IMU驱动、姿态数据解析、IMU数据滤波与融合

GPS传感器接入

GPS数据格式(NMEA)、ROS2 GPS驱动、经纬度坐标转换、GPS与里程计融合

里程计(Odometry)数据

轮式里程计原理、编码器数据读取、发布里程计消息、里程计标定方法

里程计编码器

多传感器时间同步

时间戳的重要性、ApproximateTime同步策略、ExactTime同步策略、自定义同步器实现

同步时间戳

传感器数据录制与回放

ros2bag工具使用、录制特定话题、回放与重发数据、bag文件管理与转换

传感器数据可视化

Rviz2高级配置、自定义显示插件、PlotJuggler数据曲线、Web端可视化方案

数据预处理基础

去噪与滤波、异常值检测、数据归一化、缺失值处理

预处理滤波

点云数据处理

点云滤波(体素滤波、统计滤波)、点云分割(RANSAC)、点云配准(ICP)、PCL库与ROS2集成

图像数据处理

图像缩放与裁剪、颜色空间转换、图像滤波、特征提取(ORB/SIFT)

传感器融合基础

卡尔曼滤波原理、扩展卡尔曼滤波(EKF)、robot_localization包使用、多传感器融合实践

激光雷达SLAM

Cartographer算法原理、激光SLAM建图、保存与加载地图、定位与导航基础

SLAMCartographer

ORB-SLAM3原理、视觉里程计、视觉惯性里程计(VIO)、SLAM性能评估

传感器标定

相机内参标定(棋盘格法)、相机-激光雷达联合标定、IMU-相机标定、标定工具使用

ROS2参数与配置

参数服务器使用、动态参数配置、YAML配置文件、参数热加载

ROS2 Launch文件

Launch文件基础语法、包含与复用、参数传递、条件启动与事件处理

ROS2组件(Component)

组件化编程思想、组件加载与生命周期、组件通信优化、手动与自动组件管理

传感器驱动开发

编写自定义传感器驱动、硬件接口抽象、驱动节点生命周期管理、错误处理与重连机制

高性能数据处理

多线程回调组、Executor配置、零拷贝传输(Zero-Copy)、数据流水线优化

传感器数据日志系统

结构化日志记录、日志级别管理、日志回放与调试、分布式日志收集

ROS2与硬件接口

GPIO控制、I2C/SPI通信、串口通信封装、嵌入式设备集成

传感器网络与分布式系统

多机通信配置、DDS发现机制、跨网络传感器共享、延迟与带宽优化

项目实战：多传感器融合定位系统

系统架构设计、传感器数据采集、融合定位算法实现、性能测试与调优

实战融合定位

课程总结与进阶方向

核心知识回顾、常见问题与解决方案、ROS2生态资源推荐、进阶学习路径