进阶课程⑭ _ Apollo自动定位技术——三维几何变换和坐标系介绍.pdf

Apollo自动定位技术中的三维几何变换和坐标系介绍 Apollo自动定位技术中，三维几何变换和坐标系是两个非常重要的概念。本节主要介绍了三维几何变换和坐标系的基础知识，包括加速度计、欧拉角、旋转矩阵、四元数、坐标系等知识点。 一、三维几何变换 三维几何变换是指在一个坐标系下，把一个点旋转到另一个位置的几何变换。旋转可以理解为两个坐标系的一个旋转。三维旋转矩阵可以由对应三个方向的基本旋转矩阵相乘来表示。三维旋转矩阵存在九个元素，对九个元素进行优化是非常复杂。通常情况下会使用欧拉角或者四元数的方式进行优化。 二、坐标系 坐标系是 Apollo自动定位技术中的一个基本概念。常见的坐标系有ECI地心惯性坐标系、ECEF地心地固坐标系、当地水平坐标系、UTM坐标系、车体坐标系、IMU坐标系、相机坐标系和激光雷达坐标系等。 1. ECI地心惯性坐标系：它圆心就是地球的原点，Z轴沿地轴方向朝向北极，X轴和Y轴位于赤道平面内，与Z轴满足右手法则，并且X轴和Y轴分别指向两个恒星。 2. ECEF地心地固坐标系：它的原点也是地球的原点，Z轴指向北极，它与前面的ECI的区别就在于它的XY随着地球的自转而转动。 3. 当地水平坐标系：它的原点位于载体所在的地球表面，X轴和Y轴在当地水平面内，分别指向东向和北向，Z轴垂直向上，与X轴和Y轴满足右手法则。 4. UTM坐标系：它是一种平面直角坐标，这种坐标格网系统及其所依据的投影已经广泛用于地形图。 5. 车体坐标系：它的原点在载体质量中心与载体固连处，X轴沿载体轴向指向右，Y轴指向前，Z轴与X轴和Y轴满足右手法则。 6. IMU坐标系：它其实和车体坐标系基本上是一样的，它的原点在陀螺仪和加速度计的坐标原点，XYZ三个轴方向分别与陀螺仪和加速度计对应的轴向平行。 7. 相机坐标系：它以相机光心为原点，Xc轴和Yc轴与成像平面坐标系的x轴和y轴平行，Zc轴为摄像机的光轴，和图像平面垂直。 8. 激光雷达坐标系：它的坐标原点位于多线束中点旋转轴的交点处，Z轴沿轴线向上，X和Y轴如俯视图所示。 三维几何变换和坐标系是 Apollo自动定位技术中的基础知识，理解这些概念对于自动驾驶技术的发展非常重要。