Lie Group and Lie Algebra: SO(3), SE(3)
Last updated on November 26, 2023 pm
Overview [1]
Matrix Exponential & Logarithm
已知 $A \in \mathbb{R}^{M \times M}$,
Lie Bracket
TODO
$SU(2)$ and the Quaternions [2]
欧拉公式
2D旋转
单位复数 可用来表示2D旋转。
3D旋转
单位四元数 才可表示3D旋转,四元数是复数的扩充,在表示旋转前需要进行 归一化。
当 $\theta$ 很小时,一阶泰勒展开,可以近似表达为
四元数可以在 保证效率 的同时,减小矩阵1/4的内存占有量,同时又能 避免欧拉角的万向锁问题。
Hamilton & JPL 四元数
$SO(3)$
Lie Group $SO(3)$
Lie Algebra $\mathfrak{so}(3)$
where
Infinitesimal Rotations
the base of $\mathfrak{so}(3)$ are three skew symmetric matrices, each corresponding to infinitesimal rotations along each axis
then the $\mathfrak{so}$(3)
映射
指数映射
当 $|\phi|$ 比较小时,一阶泰勒近似
对数映射
$SE(3)$
Lie Group $SE(3)$
Lie Algebra $\mathfrak{se}(3)$
where
The infinitesimal generators of SE(3)
the base of $\mathfrak{se}(3)$ are these six 4×4 matrices, each corresponding to either infinitesimal rotations or infinitesimal translations along each axis
then the $\mathfrak{se}(3)$
so
1 |
|
Jacobian
to convert the translation component of pose in $\mathfrak{se}(3)$ into the translation component of pose in $SE(3)$ through
映射
指数映射
对数映射
Adjoints
Adjoint action of SE(3)
上图用伴随表示:
with the key property of exponential map
we can get
so, for $SO(3)$
同一刚体中不同坐标系姿态变换的相互表示
以带有IMU的相机模组为例,已知 IMU(坐标系)本身的姿态变换 $\mathbf{T}^{B}$ 和 同一模组中Camera到IMU(Body)的坐标系变换 $\mathbf{T}_{BC}$,则 该Camera(坐标系)本身的姿态变换为:
因为上面的变换都是 坐标系的变换,所以矩阵相乘 从左到右,即 矩阵右乘
Exponential Map on $SE(3)$
1 |
|
output:
1 |
|
Baker-Campbell-Hausdorff (BCH)
Properties
where
and
so
当 $\phi$ 很小时
Rotations
The BCH formula
In Lie group theory, $J_r$ and $J_l$ are referred to as the right and left Jacobians of $SO(3)$, respectively.
Libs
- Sophus
- manif: A small header-only library for Lie theory