SE(3)和SO(3)在机器人学、计算机视觉和数学等领域中扮演着重要角色,它们分别代表了不同的几何变换群。以下是对两者的详细解释:

SE(3)
定义:
SE(3)代表特殊欧式群(Special Euclidean Group),是三维空间中的刚体变换群,包括旋转和平移。在机器人学中,SE(3)常用于描述机器人在三维空间中的位姿(位置和姿态)。
数学表达:

SE(3)的元素通常表示为4x4的齐次变换矩阵T,形式为:
T = \begin{bmatrix} R & t \ 0 & 1 end{bmatrix}
其中,R是3x3的旋转矩阵,属于SO(3);t是3x1的平移向量;0是1x3的零向量;右下角的1是标量。

性质:
SE(3)是一个李群,具有连续(光滑)性质,可以描述刚体在三维空间中的连续运动。
SE(3)对乘法封闭,但不对加法封闭,即两个SE(3)元素的和不一定仍然是SE(3)元素。

SO(3)
定义:
SO(3)代表三维特殊正交群(Special Orthogonal Group),是三维空间中的旋转群。它包含了所有3x3的旋转矩阵,这些矩阵满足正交性和行列式为1的条件。
数学表达:

SO(3)的元素是3x3的旋转矩阵R,满足:
在这里插入图片描述
其中,I是3x3的单位矩阵,det表示矩阵的行列式。

性质:

SO(3)也是一个李群,具有连续(光滑)性质,可以描述三维空间中的连续旋转。
SO(3)对乘法封闭,但同样不对加法封闭。
SE(3)与SO(3)的关系
SE(3)是包含旋转和平移的刚体变换群,而SO(3)是仅包含旋转的群。可以说,SO(3)是SE(3)的一个子群,专注于描述旋转部分。
在实际应用中,SE(3)和SO(3)经常一起使用,以全面描述刚体在三维空间中的位置和姿态。
实际应用
在机器人学中,SE(3)和SO(3)用于描述机器人的位姿和姿态,是实现机器人导航、路径规划和运动控制等任务的基础。
在计算机视觉中,SE(3)和SO(3)也常用于图像配准、三维重建和相机姿态估计等领域。
综上所述,SE(3)和SO(3)是描述三维空间中刚体变换的重要数学工具,它们在机器人学、计算机视觉等领域具有广泛的应用。

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