1.IMU初始化状态
1.1 在哪里被定义
在ORB-SLAM3中，IMU的初始化状态主要在Map类中被定义。在Map.h文件中定义了protected类型的mbImuInitialized变量用于记录IMU是否初始化成功，如下图所示。
可以看到，在ORB-SLAM3的架构中，IMU状态变量是和Map紧密关联的，而这在一定程度上也就导致了IMU和Map的耦合，不易分开。
1.2 在哪里赋初值
既然mbImuInitialized是Map类的成员变量，因此自然在Map的构造函数中会被赋初值。事实上也是如此，在ORB-SLAM3中Map有两个重载的构造函数，如下。
在这两个构造函数中都对mbImuInitialized赋初值，且默认都为false，也就对应IMU没有初始化的状态。
1.3 在哪里被修改
在定义和赋初值之后，自然需要找到它又在哪里被赋值。利用CLion的“Find Usages”功能，可以很容易找到其在Map类函数中被赋值的地方，如下所示。
可以看到主要是两个函数：clear()和SetImuInitialized()。这两个函数其实是对应的，一个是将其设为false，另一个则恰恰相反，将其设为true。从这里也可以看出，当调用Map类的clear()成员函数时，当前地图的相关成员变量就会被重新设为默认值(比如这里的mbImuInitialized被设为false)。
1.4 在哪里被调用
最后，需要寻找的是在Map类中，哪些函数读取或者调用了mbImuInitialized。类似的，通过“Find Usages”功能，可以找到1处，如下所示。
这唯一的一处就是Map类的isImuInitialized()函数，该函数会返回当前地图的IMU的初始化状态。
2.Map类的进一步封装
通过上面的分析可以看出，IMU的初始化状态主要和Map类的函数有关。而在ORB-SLAM3中，又有多地图的概念，因此在Map类的基础上又封装了Atlas类。在Atlas类中有对应的函数(SetImuInitialized()函数、clearMap()函数和isImuInitialized()函数)来给当前Map的mbImuInitialized成员变量进行赋值或访问(对应于Map类的SetImuInitialized()函数、clear()函数和isImuInitialized()函数)。Atlas类中的函数如下。
3.Atlas成员函数调用
在前面说了，系统中对于IMU初始化状态的修改和访问主要是通过Atlas类的SetImuInitialized()函数和isImuInitialized()函数实现，所以，我们还是可以通过“Find Usages”功能，找到这两个函数被调用的地方。
3.1 SetImuInitialized()函数
对于SetImuInitialized()函数而言，其被调用的地方如下。
可以看到，整个系统中只有在LocalMapping类的InitializeIMU()成员函数中被调用。我们可以进一步进入函数查看，如下。
到1399行之前，此时系统已经对IMU进行了初始化，但是还没有对地图中的IMU初始化状态进行更新。所以可以看到，系统首先会对Atlas中当前地图的IMU初始化状态做判断，如果没有初始化的话，就调用Atlas类的SetImuInitialized()成员函数将当前地图的IMU初始化状态设为true。
3.2 clearMap()函数
对于clearMap()函数而言，其被调用的地方如下。
可以看到只在Tracking类的ResetActiveMap()函数中被调用了，具体代码如下所示。
执行完这一行以后，不仅地图重置了，IMU的初始化状态也重置了。
3.3 isImuInitialized()函数
对于isImuInitialized()函数而言，其被调用的地方如下。
可以看到，主要是在LocalMapping类的InitializeIMU()函数、KeyFameCulling()函数；MapDrawer类的DrawKeyFrames()函数；System类的GetTimeFromIMUInit()函数、isLost()函数；Tracking类的CreateNewKeyFrame()函数、SearchLocalPoints()函数、Track()函数、TrackLocalMap()函数、TrackWIthMotionModel()函数、UpdateLocalKeyFrames()函数；Viewer类的Run()函数。可以看到，和我们相关的、重要的函数存在Tracking类中。下面我们会对LocalMapping、System、Tracking类中的相关函数进行简单的分析。
(1) LocalMapping类中的isImuInitialized()函数调用
如下图所示，在LocalMapping类中，主要是在InitializeIMU()函数、KeyFameCulling()函数中调用。
简单列举如下。
可以看到对于第二个情况，当发现地图的IMU初始化状态不OK的时候，就调用了SetImuInitialized()函数进行赋值。
(2) System类中的isImuInitialized()函数调用
在System类中的调用情况如下。
首先在GetTimeFromIMUInit()函数中，就会判断是否初始化完成，如下图所示。
另一处调用就是在isLost()函数中，如下图所示。
(3) Tracking类中的isImuInitialized()函数调用
相较于前两个类，在Tracking类中有较多的调用，如下图所示。
首先是在CreateNewKeyFrame()函数中的调用，如下图所示。
然后是在SearchLocalPoints()函数中有两次调用，如下图所示。
然后是在Track()函数中的调用，如下所示。
在TrackLocalMap()函数中的调用，如下所示。
可以看到，这里根据地图中IMU初始化的不同状态进入了不同的优化函数分支。在TrackWithMotionModel()函数中调用如下所示。
和上面类似的，系统会根据IMU的初始化状态决定是用IMU还是视觉来跟踪。最后，在UpdateLocalKeyFrames()函数中，也进行了调用。
4.IMU初始状态变化分析
上面我们分析了IMU初始化这个状态在整个系统中的调用情况。下面我们就从实际运行的角度介绍一下状态变化的逻辑。
4.1 对IMU初始状态的赋值
说起来也非常简单：首先最核心的部分是当然是Map类的protected成员变量mbImuInitialized。然后是修改它的两个Map类成员函数clear()和SetImuInitialized()，分别对应false和true状态。然后往外一层，到Atlas级别，分别有Atlas类的成员函数clearMap()和SetImuInitialized()，对应Map类的两个函数。再往外一层，clearMap()只在Tracking类的ResetActiveMap()函数中被调用，SetImuInitialized()只在LocalMapping类的InitializeIMU()成员函数中被调用。
至此，我们还可以往外找，Tracking类的ResetActiveMap()函数在System类的成员函数ChangeDataset(), TrackMonocular(), TrackRGBD(), TrackStereo()中被调用，如下图所示。
下图展示了在ChangeDataset()中的调用。
除了第一个，其余函数的调用其实是类似的(这里只展示一个单目的)，如下所示。
都是在判断确实需要重置地图的时候调用Tracking类的ResetActiveMap()函数进行重置。
而对于LocalMapping类的InitializeIMU()函数，正如这篇博客分析的，其只在LocalMapping的Run()函数中被调用了，如下图所示。
进一步，我们可以看到，这6处调用其实分别对应的是单目或者双目，如下图所示。
这是在Run()函数中第一次调用InitializeIMU()函数对IMU进行初始化。然后在后面又分别调用了两次，如下图所示。
到这一层，我们搜到的相关函数分别是：System类的成员函数ChangeDataset(), TrackMonocular(), TrackRGBD(), TrackStereo()，它们会将IMU初始化状态设为false；LocalMapping的Run()函数，它会将IMU初始化状态设为true。
我们再深挖一层，对于System类的几个函数，其实如果你对ORB-SLAM的接口比较熟悉，它们已经是最外层的封装了，会直接在Main()函数中被调用，如下图所示，展示了EuRoC接口的调用情况。
而对于LocalMapping的Run()函数，其只在System类的构造函数中被调用，如下图所示。
而System类的构造函数，则在Main()函数中直接被调用，如下图所示。
至此，我们就完成了对于IMU初始化状态的追踪，从Map类的成员变量一直追溯到了Main()函数。如果我们用图来表示，就是如下的样子。
你会发现LocalMapping的Run()函数跟IMU的初始化和优化密切相关，所以如果想弄懂IMU的执行逻辑，应该重点关注这个函数。
4.2 对IMU初始状态的访问
当然，上面说的clearMap()还有SetImuInitialized()函数都是对IMU初始化状态的修改。而对于IMU初始化状态的获取，我们同样可以类似的进行追溯。最核心的还是Map类的protected成员变量mbImuIntialized。再往外一层则是Map类的成员函数isImuInitialized()，以返回当前地图IMU的初始化状态。再往外一层则是Atlas类的成员函数isImuInitialized()，功能是一样的。接下来Atlas类成员函数isImuInitialized()的被调用关系就有些复杂了，如下图所示。
而这也是我们在上面重点分析的部分，这里再回顾一下。
- 在LocalMapping类中，其主要是在
InitializeIMU()函数、KeyFameCulling()函数中调用。 - 在System类中，其主要是在
GetTimeFromIMUInit()函数、isLost()函数中调用。 - 在Tracking类中，其主要是在
CreateNewKeyFrame()函数、SearchLocalPoints()函数、Track()函数、TrackLocalMap()函数、TrackWIthMotionModel()函数、UpdateLocalKeyFrames()函数。
这里这些函数并不是同级的调用关系，而且也比较复杂。但我们仍可以尽可能的得到多条“调用链”，如下。
- LocalMapping::InitializeIMU() → LocalMapping::Run() → System::System() → Main()
- LocalMapping::KeyFameCulling() → LocalMapping::Run() → System::System() → Main()
- System::GetTimeFromIMUInit() → System::isFinished()
- System::isLost() → ×
- Tracking::CreateNewKeyFrame() → Tracking::Track() → Tracking::GrabImageMonocular/RGBD/Stereo() → System::TrackMonocular/RGBD/Stereo() → Main()
- Tracking::SearchLocalPoints() → Tracking::TrackLocalMap() → Tracking::Track() → Tracking::GrabImageMonocular/RGBD/Stereo() → System::TrackMonocular/RGBD/Stereo() → Main()
- Tracking::Track() → Tracking::GrabImageMonocular/RGBD/Stereo() → System::TrackMonocular/RGBD/Stereo() → Main()
- Tracking::TrackLocalMap() → Tracking::Track() → Tracking::GrabImageMonocular/RGBD/Stereo() → System::TrackMonocular/RGBD/Stereo() → Main()
- Tracking::TrackWIthMotionModel() → Tracking::Track() → Tracking::GrabImageMonocular/RGBD/Stereo() → System::TrackMonocular/RGBD/Stereo() → Main()
- Tracking::UpdateLocalKeyFrames() → Tracking::UpdateLocalMap() → Tracking::TrackLocalMap() → Tracking::Track() → Tracking::GrabImageMonocular/RGBD/Stereo() → System::TrackMonocular/RGBD/Stereo() → Main()
最后，我们以Map类的mbImuIntialized为起点，也可以画出调用关系图，如下所示。
4.3 总结
我们也可以将上面赋值和调用这两部分合在一起，如下所示，则表示了ORB-SLAM3中完整的对于IMU初始化状态的修改与访问。
至此，我们便对ORB-SLAM3中IMU初始化状态相关内容进行了简单分析。
本文作者原创,未经许可不得转载,谢谢配合
