MATLAB自動駕駛工具箱中的座標系介紹

前幾篇博客助中介紹座標系相關的知識，包括車輛座標系、相機座標系、圖像座標系、像素座標系等等，發現在MATLAB自動工具箱中已經有相對比較全面的介紹（未涉及單目相機相關座標系），這裏僅作翻譯以串聯起前述文章，相關術語儘量力求準確，部分語句爲了儘量表達清晰會有意譯。

原文《Coordinate Systems in Automated Driving Toolbox》鏈接：https://www.mathworks.com/help/driving/ug/coordinate-systems.html

自動駕駛工具箱中的座標系

自動駕駛工具箱™使用以下座標系：

• 世界座標系 ：固定的通用座標系，所有車輛及其傳感器都放置在其中。

• 車輛座標系 ：依附於自車車身。 通常，車輛座標系放置在後軸中點正下方的地面上（譯者注：這裏也是與常規不太一樣的地方，一般是後軸中心，但是相差也不大）。

• 傳感器座標系 ：  例如照相機、雷達等。

• 空間座標系 ：特指相機拍攝的圖像。 空間座標中的位置映射到圖像，以pixels(感覺像素不合適)爲單位表示。

• 特徵（pattern）座標系 ：棋盤圖案座標系統，通常用於校準相機傳感器。

從感知到控制再到駕駛場景仿真模擬，以上座標系統適用於自動駕駛工具箱的所有功能。 有關使用EpicGames®的UnrealEngine®在3D仿真環境中的特定差異和實現細節的信息，請參閱自動駕駛工具箱中的3D仿真座標系 。

世界座標系

所有車輛，傳感器及其相關的座標系都放置在世界座標系中。 世界座標系在全局路徑規劃，定位，製圖匹配和駕駛場景模擬中很重要。 自動駕駛工具箱使用ISO 8855中定義的右手笛卡爾世界座標系，其中Z軸指向地面，單位爲米。

車輛座標系

自動駕駛工具箱使用的車輛座標系（ Xv ， Yv， Zv )固定在自我車輛上。 術語“ 自我車輛(ego vehicle)”是指包含感知車輛周圍環境的傳感器的車輛(即自車)。

• Xv軸從車輛指向前方。

• 當面向前方時， Yv軸指向左側。

• Zv軸從地面指向上方，以保持右手座標系。

 

車輛座標系遵循ISO 8855旋轉約定。 沿着該軸的正方向看時，每個軸在沿順時針方向旋轉的方向爲正。

在大多數自動駕駛工具箱提供的功能中，如長方體駕駛場景模擬（cuboid driving scenario）和視覺感知算法，車輛座標系的原點位於在後軸的中點正下方的地面上。 在3D駕駛場景模擬中，原點位於車輛的縱向和橫向中心正下方的地面上。 有關更多詳細信息，請參見自動駕駛工具箱中的3D模擬座標系 。

車輛座標系中的位置以世界單位表示，通常是米。

由各個傳感器返回的值都需要被轉換爲車輛座標系，以便可以將它們放置在統一的參考系中。

對於全局路徑規劃，定位，地圖繪製和駕駛場景模擬，可以使用車輛的姿態描述車輛的狀態。車輛的轉向角以逆時針方向爲正。

傳感器座標系

自動駕駛系統可以包含位於車輛上或車輛內任何位置的傳感器。 每個傳感器的位置都包含其座標系的原點。 相機是自動駕駛系統中經常使用的一種傳感器。 相機座標系的原點位於相機的光學中心。

 

傳感器的偏航角，俯仰角和橫滾角均遵循ISO慣例。 分別沿Z- ， Y-和X-軸的正方向看時，順時針旋轉角度對應正方向角度。

 

 

 

空間座標系

像素座標可以指定圖像中的位置比像素座標具有更大的粒度。 在像素座標系中，像素被視爲離散單元，由整數行和列對（例如（ 3,4 ））唯一標識。 在空間座標系中，圖像中的位置用部分pixels表示，例如（ 3.3,4.7 ）。

有關空間座標系的更多信息，請參見空間座標 （圖像處理工具箱）。

特徵（pattern）座標系

爲了估計單目相機傳感器的參數，常用的技術是使用多個諸如棋盤格之類的校準圖案的來校準相機。在特徵（pattern）座標系（ Xp ， Yp ）中， Xp 軸指向右側，而Yp 軸指向下方。 棋盤格原點是棋盤格左上角正方形的右下角。

每個棋盤格角代表座標系中的另一個點。 例如，原點右邊的角是（1,0），原點下面的角是（0,1）。有關使用棋盤格校準相機的更多信息，請參閱校準單眼相機 。

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