使用D435i运行ORB-SLAM3时，纯视觉模式与视觉-惯性模式的位姿矩阵定义问题探讨

在使用D435i运行ORB-SLAM3时，纯视觉模式（不加入IMU）与视觉-惯性模式（加入IMU）得到的位姿矩阵相差一个绕X轴旋转90度的变换，这主要是由于两种模式的世界坐标系定义不同导致的。

1. 坐标系定义差异

• 相机坐标系（D435i）：Z轴向前（正前方），Y轴向下（垂直于地面），X轴向右（右手坐标系）。
• IMU坐标系（D435i）：与相机坐标系一致（Z向前、Y向下、X向右）。
• 纯视觉模式（无IMU）：
  ORB-SLAM3以第一帧的相机坐标系作为世界坐标系。此时，世界坐标系的Y轴向下（与相机坐标系一致）。
• 视觉-惯性模式（有IMU）：
  ORB-SLAM3以重力方向定义世界坐标系：Z轴向上（与重力方向相反）、X轴向右、Y轴向前。系统通过IMU的加速度计数据感知重力方向，并据此对齐世界坐标系。

2. 坐标系转换关系

• 重力方向在D435i中的IMU坐标系测量值为(0, g, 0)
• 为了将IMU坐标系转换到世界坐标系（Z向上），需要执行一个旋转：

  旋转矩阵 R = [1,  0,  0]
               [0,  0,  1]
               [0, -1,  0]
  

3. 位姿矩阵差异的来源

• 在视觉-惯性模式中，ORB-SLAM3在初始化时应用上述旋转，将IMU数据转换到Z向上的世界坐标系。
• 而纯视觉模式没有重力对齐，世界坐标系保持第一帧相机的Y轴向下的方向。
• 因此，同一个相机位姿在两种模式下的表示不同。

4. 注意

• 轨迹对齐：
  若需比较两种模式的轨迹，先将纯视觉的轨迹左乘2中的旋转矩阵。

• ORB-SLAM3配置：
  检查相机-IMU外参（Tbc）是否设置正确。D435i的相机与IMU坐标系一致，外参旋转矩阵应为单位矩阵。

总结

差异的根本原因是世界坐标系的定义不同：

• 无IMU时：世界坐标系Y向下（与第一帧相机坐标系一致）。
• 有IMU时：世界坐标系Z向上（重力对齐）。