State Estimation and Localization for Self-Driving Cars 第四周作业 利用点云进行平面拟合

本文介绍了一种基于最小二乘法的三维点云平面拟合算法,利用LIDAR数据进行参数估计,通过矩阵运算求解平面方程。文中详细展示了从数据预处理到参数求解的全过程。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

1.平面拟合算法

  三维平面方程为z=ax+by+cz=ax+by+cz=ax+by+c。希望通过LIDAR测得的多组(x,y,z)(x,y,z)(x,y,z)来拟合(a,b,c)(a,b,c)(a,b,c)

测量误差为ej=z^j−zj=(a^+b^xj+c^yj)−zjj=1…n\begin{aligned} e_{j} &=\hat{z}_{j}-z_{j} \\ &=\left(\hat{a}+\hat{b}{x_{j}}+\hat{c} y_{j}\right)-z_{j} \quad j=1 \ldots n \end{aligned}ej=z^jzj=(a^+b^xj+c^yj)zjj=1n

将多组测量数据进行罗列,得到相应的矩阵形式。
[e1e2⋮en]⏟e=[1x1y11x2y2⋮⋮⋮1xnyn]⏟A[abc]⏟x−[z1z2⋮zn]⏟b\underbrace{\left[\begin{array}{c} e_{1} \\ e_{2} \\ \vdots \\ e_{n} \end{array}\right]}_{e}=\underbrace{\left[\begin{array}{ccc} 1 & x_{1} & y_{1} \\ 1 & x_{2} & y_{2} \\ \vdots & \vdots & \vdots \\ 1 & x_{n} & y_{n} \end{array}\right]}_{\mathbf{A}} \underbrace{\left[\begin{array}{c} a \\ b \\ c \end{array}\right]}_{\mathbf{x}}-\underbrace{\left[\begin{array}{c} z_{1} \\ z_{2} \\ \vdots \\ z_{n} \end{array}\right]}_{\mathbf{b}}ee1e2en=A111x1x2xny1y2ynxabcbz1z2zn

这是一个最小二乘问题,其解为
x^=(ATA)−1ATb\hat{\mathbf{x}}=\left(\mathbf{A}^{T} \mathbf{A}\right)^{-1} \mathbf{A}^{T} \mathbf{b}x^=(ATA)1ATb

2. 相关程序

from numpy import *
import math
import numpy as np
def estimate_params§:
“”"
Estimate parameters from sensor readings in the Cartesian frame.
Each row in the P matrix contains a single 3D point measurement;
the matrix P has size n x 3 (for n points). The format is:

P = [[x1, y1, z1],
[x2, x2, z2], …]

where all coordinate values are in metres. Three parameters are
required to fit the plane, a, b, and c, according to the equation

z = a + bx + cy

The function should retrn the parameters as a NumPy array of size
three, in the order [a, b, c].
“”"
param_est = zeros(3)

A = np.hstack([ones([len§, 1]), P[:, :2]])
b = P[:, 2:]
cc = linalg.inv(A.T.dot(A)).dot(A.T).dot(b)
param_est[0] = cc[0,0]
param_est[1] = cc[1,0]
param_est[2] = cc[2,0]

return param_est

注释:python 语言中,将两个矩阵左右拼接可以用np.hstack

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值