3D检测笔记：基础坐标系与标注框介绍

二维坐标系

图像坐标系

• 原点： 左上角为原点。
• 坐标轴：从上到下为y轴，从左到右为x轴。

像素坐标系

• 原点：图像左上角（与屏幕坐标系一致）‌。
• 坐标轴：横轴（u）为列数，纵轴（v）为行数，单位为像素‌。
• 特点：OpenCV的像素坐标系与传统数学坐标系Y轴方向相反（向下为正）‌。

三维坐标系

左手系与右手系

判定

 左手系和右手系并不是两个固定的坐标系，而是x,y,z轴的两个组合顺序。
判定左手系和右手系的方法也很简单：====

• 右手大拇指指向Z轴方向，其余四指由X轴指向Y轴；符合这个条件的为右手系。
  
• 左手大拇指指向Z轴方向，其余四指由X轴指向Y轴；符合这个条件的为左手系。
  

特点

• 从垂直旋转轴的上方看，右手系逆时针旋转为正，顺时针为负。
  左手系顺时针为正方向，逆时针为负方向。
• 同为左手系或者右手系的坐标变换是刚体变换，可以用旋转矩阵+平移矩阵表示。

相机坐标系

 相机坐标系是右手系，以镜头主光轴中心为原点，定义为右（x）、下（y）、前（z）。

可以简记为在图像坐标系的基础上加入向前的深度（Z）轴。

车身/激光雷达坐标系

 现在最常用的激光雷达/车身的坐标系也是采用右手系，具体定义为：前（X）、左（Y）、上（Z）

深度坐标系

 深度坐标系（Depth），此坐标系主要被用于通过深度相机采集的数据集， 大多是室内场景点云检测。
 在MMDetection3D中定义如下：

东北天（ENU）坐标系

 东北天坐标系（ENU）一般用于导航和地理信息系统的局部参考坐标系。
‌ E是East的缩写，表示X轴指向的方向为正东；N是North的缩写，表示Y轴指向的方向为正北；U是Up的缩写，表示Z指向的方向为垂直于水平面向上(天顶)，XYZ构成右手坐标系。

标注框

这里采用MMDetection3D的标准来介绍3D标注框:

 在 3D 目标检测中，框 Box 通常表示为：(x, y, z, x_size, y_size, z_size, yaw)。
 其中 (x, y, z) 表示框的位置 ，(x_size, y_size, z_size) 表示框的尺寸，yaw 表示框的朝向角。

MMDetection3D中，以x轴方向为参考方向，定义各个参数的意义为：

1. 3D 框的尺寸 (x_size, y_size, z_size)，按惯例定义为物体 3D 框在朝向角 yaw 角度为 0 时沿着 x, y, z 轴三个方向的长度。
2. 朝向角Yaw，定义为与参考方向的夹角（0-180°）。在深度坐标系、激光雷达坐标系当中大小的定义与右手系标准相同，即朝向角增大的方向为逆时针，也就是说从x轴到朝向边，逆时针为正，顺时针为负。

深度坐标系标准：

雷达坐标系标准：

相机坐标系标准(朝向角大小与右手系相反)：