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坐标变换与跨传感器对齐工程实践

共30节完整课程

坐标系基础

刚体运动与旋转矩阵、欧拉角、四元数、齐次坐标与变换矩阵。

刚体运动与旋转矩阵欧拉角

传感器模型与标定

相机内参模型（针孔、畸变）、LiDAR模型、IMU模型、手眼标定原理。

相机内参模型（针孔畸变）

空间对齐与融合

点云与图像投影、多传感器时间戳同步、外参在线/离线标定方法。

点云与图像投影多传感器时间戳同步

实战与工具

使用OpenCV/Eigen进行坐标变换、使用PCL进行点云变换、使用Kalibr/CamOdoCal进行标定。

使用OpenCVEigen进行坐标变换

进阶与优化

基于因子图的联合优化、传感器退化检测与鲁棒对齐、工程落地中的坐标系管理规范。

基于因子图的联合优化传感器退化检测与鲁棒对齐

旋转矩阵精讲

正交矩阵、行列式、右手系和旋转组合顺序。

正交矩阵行列式

欧拉角陷阱

旋转顺序、万向节死锁、角度单位和工程日志解读。

旋转顺序万向节死锁

四元数工程实践

归一化、乘法顺序、球面插值和ROS消息转换。

归一化乘法顺序

李群李代数入门

SO(3)、SE(3)、指数映射、扰动模型和优化接口。

base_link、map、odom、sensor frame命名和父子关系规范。

相机内参标定

棋盘格、重投影误差、畸变模型和OpenCV流程。

棋盘格重投影误差

LiDAR外参初值

标定板、几何约束、人工初值和可视化校验。

标定板几何约束

Camera-LiDAR投影

外参矩阵、点到像素投影、遮挡和深度过滤。

外参矩阵点到像素投影

IMU预积分基础

角速度、加速度、bias建模和短时姿态传播。

角速度加速度

时间同步建模

硬触发、PTP、软件时间戳和延迟补偿。

手眼标定AX=XB

机器人末端、相机姿态、方程构造和求解稳定性。

机器人末端相机姿态

PnP位姿估计

EPnP、RANSAC、重投影优化和异常点剔除。

ICP点云配准

点到点、点到面、初值依赖和收敛条件。

点到点点到面

栅格概率模型、分辨率选择和定位初始化。

栅格概率模型分辨率选择和定位初始化

因子图联合优化

变量、残差、鲁棒核和Ceres/g2o实现思路。

跨传感器误差传播

外参误差、内参误差、时间误差对融合结果的影响。

外参误差内参误差

对齐质量评估

重投影误差、边缘一致性、点云重合率和人工抽检。

重投影误差边缘一致性

在线外参监测

退化场景识别、漂移报警和可信度评分。

退化场景识别漂移报警和可信度评分

static_transform_publisher、tf2查询和launch组织。

static_transform_publishertf2查询和launch组织

Autoware坐标体系

map/odom/base_link/sensor坐标链和定位模块衔接。

数据录制与回放

rosbag时间轴、同步检查、标定样本筛选。

rosbag时间轴同步检查

可视化调试

RViz叠加、图像投影、颜色编码和误差热力图。

RViz叠加图像投影

工程配置管理

YAML外参文件、版本号、标定日期和车辆编号管理。

YAML外参文件版本号

完成相机、LiDAR、IMU的标定、对齐、验证和发布。

完成相机LiDAR

总结与进阶

从单车标定到车队规模化标定的流程和工具链演进。

从单车标定到车队规模化标定的流程和工具链演进工程步骤与验收要点