SLAM (3 4) 尤拉角度定義 應用 缺點

2021-09-02 07:54:49 字數 976 閱讀 4470

結合高翔老師的著作《視覺slam十四講:從理論到實踐》,加上小白的工程經驗共同完成。建議作為筆記功能反覆使用。   

無論是旋轉向量還是旋轉矩陣,雖然它們能描述旋轉,但對我們人類來說是非常不直觀的。當我們看到它們時,很難想象出這個旋轉究竟是什麼樣的。  而尤拉角則提供了一種非常直觀的方式來描述旋轉——它使用了三個分離的轉角,把乙個旋轉分解成三次繞不同軸的旋轉。

由於分解方式有很多種,所以尤拉角也存在著不同的定義方法。比如說,當我們先繞 x 軸旋轉,再繞 y 軸旋轉,最後繞 z 軸旋轉,就得到了乙個 xyz 軸的旋轉。如果討論更細一些,還需要區分每次旋轉是繞固定軸旋轉的,還是繞旋轉之後的軸旋轉的。

尤拉角當中比較常用的一種,便是用「偏航-俯仰-滾轉」(yaw-pitch-roll)三個角度來描述乙個旋轉的。由於它等價於 zyx 軸的旋轉,我們就可以以 zyx 為例。假設乙個剛體的前方(朝向我們的方向)為x軸,右側為y軸,上方為z軸,那麼,zyx 轉角相當於把任意旋轉分解成以下三個軸上的轉角:

繞物體的 z 軸旋轉,得到偏航角 yaw;

繞旋轉之後的y軸旋轉,得到俯仰角 pitch;

繞旋轉之後的z軸旋轉,得到滾轉角 roll;

此時,我們可以使用

尤拉角的乙個重大缺點是會碰到著名的萬向鎖問題(gimbal lock):在俯仰角為適於插值迭代,往往只用在人機互動中。

我們也很少在slam程式中直接使用尤拉角表示姿態,同樣會在濾波優化中使用尤拉角表示旋轉(因為它具有奇異性)。不過,若你想驗證自己的演算法是否有錯時,轉換成尤拉角能夠快速辨認結果的正確與否。

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