深度相机,通过2d检测得到目标坐标系的3d检测框

算法流程图如下

1. 输入同步

  • 订阅三个主题:
    • 深度图像 (depth_image)。
    • 相机信息 (depth_info)。
    • 2D目标检测 (detections)。
  • 使用 message_filters.ApproximateTimeSynchronizer 来同步这些输入,以确保处理的消息是对应的。

2. 计算2D边界框的中心位置和尺寸

  • 通过yolo模型获得每个目标的2D边界框。这些边界框由其中心点坐标 (center_x, center_y) 和尺寸 (size_x, size_y) 表示。
  • center_xcenter_y 表示2D边界框在图像平面中的中心点坐标,而 size_xsize_y 则分别表示边界框的宽度和高度。

3. 使用深度图像找到对应的深度(Z)值

  • 2D边界框的中心点对应图像中的一个像素点,通过深度图像可以获取该像素点的深度值(即Z值)。深度图像的每个像素值表示从相机到该点的距离,通常以毫米或米为单位。

4. 通过相机的内参将其转换为世界坐标系中的3D位置(X, Y, Z)

  • 相机内参矩阵 K 包含了相机的焦距(fxfy)以及主点坐标(光学中心)pxpy。相机内参矩阵的形式如下:

    K = [ fx   0  px
           0  fy  py
           0   0   1 ]
    
  • 根据针孔相机模型,图像中的2D点 (u, v) 和3D空间中的点 (X, Y, Z) 的关系可以表示为:

    X = Z * (u - px) / fx
    Y = Z * (v - py) / fy
    
  • 其中,Z 是从深度图像中获取的深度值,(u, v) 是图像中的像素坐标,即2D边界框的中心点坐标 (center_x, center_y)

  • 通过这个公式,计算出在3D空间中对应的 XY 坐标,这些坐标连同深度 Z 一起定义了2D边界框在世界坐标系中的3D位置 (X, Y, Z)

5. 计算3D边界框的尺寸

  • 在得到 Z 值之后,可以进一步计算3D边界框的宽度 W 和高度 H。这些值通过以下公式计算:

    W = Z * (size_x / fx)
    H = Z * (size_y / fy)
    
  • 这里的 size_xsize_y 是2D边界框的宽度和高度,fxfy 是相机的焦距,Z 代表的是2D边界框中心点的深度值。

  • 通过这些公式,可以将2D边界框的尺寸投影到3D空间,得到3D边界框的宽度和高度。

6. 生成3D边界框消息

  • 最终,代码将计算出的3D位置 (X, Y, Z) 和尺寸 (W, H, D) 组装成一个 BoundingBox3D 消息,该消息包含了3D边界框的中心位置和尺寸。

这整个过程将图像中的2D信息和深度图像中的距离信息结合起来,从而生成了目标在世界坐标系中的3D表示。

7. 发布结果

  • 最后,生成的3D检测结果(包括边界框和关键点),生成的3D边界框转换到目标坐标系(例如base_link)。这个方法通过应用平移旋转 操作,将3D边界框对齐到指定的target_frame参数对应的坐标系中。

8. 坐标转换过程:

  1. 获取转换信息

    • 获取从当前坐标系到目标坐标系(例如base_link)的转换信息。这个信息包括:
      • 平移向量:描述如何将物体从一个坐标系移动到另一个坐标系的平移操作。
      • 旋转四元数:描述如何旋转物体以对齐到目标坐标系。
  2. 应用平移和旋转

    • 接受生成的3D边界框以及从get_transform`方法获得的平移和旋转信息。转换过程如下:

    a. 平移

    • 首先,对3D边界框的中心位置(x, y, z)应用平移操作。平移向量translation被加到3D边界框的中心位置坐标上,使得3D边界框的位置移动到目标坐标系。

    b. 旋转

    • 然后,使用旋转四元数rotation对3D边界框的中心位置和尺寸进行旋转。这个旋转会改变3D边界框的方向,使其对齐到目标坐标系的方向。

    具体过程:

    • 位置转换 :通过qv_mult方法,旋转四元数与位置向量进行乘法运算,得到旋转后的位置,再加上平移向量,最终得到转换后的3D边界框中心位置。
    • 尺寸转换:同样的旋转操作也会应用到边界框的尺寸向量上,以确保3D边界框在新坐标系中的形状和方向正确。
  3. 更新坐标系信息

    • 最后,3D边界框的信息(如位置、尺寸)被更新为新坐标系中的数据,并且3D边界框的frame_id属性被设置为目标坐标系(target_frame,例如base_link)。
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