坐标系变换

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本文介绍“位姿变换（高级）”步骤中的“坐标系变换”功能及其使用流程。

功能介绍

该功能用于将输入的位姿或点云从当前坐标系转换到自定义的参考坐标系。通过提供自定义坐标系的参考位姿，可实现数据在不同参考坐标系之间的对齐和切换。

使用流程

下文将分别介绍该功能在位姿和点云坐标系变换中的具体用法。

变换位姿坐标系

在进行位姿坐标系变换前，需要先完成步骤端口的配置。

配置步骤端口

  1. 单击配置向导按钮，打开位姿变换工具，选择坐标系变换。

  2. 在右侧参数区，选择变换类型为位姿。

  3. 单击确定按钮完成配置。

配置后的输入与输出端口如下所示：

输入

输入端口 数据类型 说明

原始位姿

Pose []

此端口输入的位姿会将被变换坐标系。

自定义坐标系

Pose []

输入的位姿将变换到此端口输入的自定义坐标系下。

输出

输出端口 数据类型 说明

变换后的位姿

Pose []

坐标系变换后的位姿。

需注意要变换的位姿与自定义的参考位姿必须位于同一坐标系下。

变换位姿坐标系

通过输入原始位姿和自定义坐标系，可以将原始位姿变换到自定义坐标系下。下文将介绍如何使用“位姿变换（高级）”步骤进行位姿坐标系的变换，并结合实际工程中的典型应用场景进行说明。

场景一：料筐倾斜时，按料筐Z向排序工件

在实际生产中，料筐可能存在整体倾斜，导致工件在相机坐标系下的 Z 值无法真实反映其在料筐内的实际高低顺序。此时，需要将工件的位姿变换到料筐自身的坐标系下，按料筐的Z轴进行排序，实现料筐内排序或分层抓取等功能。具体操作如下：

  1. 将相机坐标系下的工件位姿作为“原始位姿”，并将获取的料筐位姿作为“自定义坐标系”，使用“位姿变换（高级）”步骤，将工件位姿变换到料筐坐标系下。

  2. 在料筐坐标系下，使用位姿排序等步骤按 Z 轴对工件进行排序。

transform pose 1

对工件位姿排序完成后，通常需要将排序后的位姿还原回原始坐标系。可通过位姿变换步骤实现。将排序后的位姿作为“原始位姿”，并将“位姿变换（高级）”步骤中的自定义坐标系作为“参考位姿”输入，即可实现从自定义坐标系到原始坐标系的逆向变换。
场景二：基准平面倾斜时，计算工件相对高度

在某些场景下，工件放置在一个非水平的基准平面上（如倾斜的传送带、夹具等），此时直接读取工件在相机坐标系下的 Z 值，无法准确反映工件相对于基准面的真实高度。

为获得工件的相对高度，需要将工件的位姿变换到以基准平面为XY面的自定义坐标系下，使Z轴垂直于基准面，从而准确计算工件相对高度。具体操作如下：

  1. 使用计算平面点云的位姿和尺寸等步骤，基于相机坐标系下的基准平面点云计算出一个参考位姿（即自定义坐标系）。

  2. 通过“位姿变换（高级）”步骤，将原始工件位姿变换到该自定义坐标系下。

  3. 对变换后的位姿进行分解，提取平移向量中的 Z 分量，作为工件相对基准面的高度。

transform pose 2 
变换后的 Z 值即为工件相对于基准平面的实际高度。若后续需在原始坐标系下继续使用该位姿，可通过“位姿变换”步骤将其还原。

变换点云坐标系

在进行点云坐标系变换前，需要先完成步骤端口的配置。

配置步骤端口

  1. 单击配置向导按钮，打开位姿变换工具，选择坐标系变换。

  2. 在右侧参数区，选择变换类型为点云。

  3. 单击确定按钮完成配置。

配置后的输入与输出端口如下所示：

输入

输入端口 数据类型 说明

原始点云

PointCloud []

此端口输入的点云将被变换坐标系。

自定义坐标系

Pose []

输入的点云将变换到此端口输入的自定义坐标系下。

输出

输出端口 数据类型 说明

变换后的点云

PointCloud []

坐标系变换后的点云。

需注意要变换的点云与自定义的参考位姿必须位于同一坐标系下。

变换点云坐标系

通过输入原始点云和自定义坐标系，可以将原始点云变换到自定义坐标系下。下文将介绍如何使用“位姿变换（高级）”步骤进行点云坐标系的变换，并结合实际工程中的典型应用场景进行说明。

场景一：相机拍摄方向与工件平面不一致

在实际应用中，由于工件反光等因素，3D相机往往无法垂直对准工件表面，而是以一定的倾斜角度进行安装，导致采集到的点云在相机坐标系下呈倾斜分布。如果直接在此坐标系下进行点过滤等点云处理，容易误剔除有效点或保留噪声点，影响后续的平面拟合、特征提取和测量精度。

为提升处理效果，可基于工件主平面点云构建自定义坐标系（Z 轴垂直于工件平面），通过“位姿变换（高级）”步骤，将原始点云从相机坐标系变换到工件局部坐标系后进行点云预处理，处理完成后再将点云还原回相机坐标系。具体操作如下：

  1. 使用计算平面点云的位姿和尺寸等步骤，基于相机坐标系下的工件平面点云计算出一个参考位姿（即自定义坐标系）。

  2. 通过“位姿变换（高级）”步骤，将原始工件点云变换到该自定义坐标系下进行点云处理。

transform point cloud 1

点云预处理完成后，通常需要将处理后的点云还原回原始坐标系。可在点云变换步骤中选择“UseCorrespondenceInput”变换类型，将处理后的点云作为“原始点云”，并将“位姿变换（高级）”步骤中的自定义坐标系作为“参考位姿”输入，即可实现从工件坐标系到相机坐标系的逆向变换。
场景二：获取精确圆心（基于正交投影）

在某些高精度应用中，直接通过3D匹配难以准确获取圆心等几何特征的位置。为提升检测精度，可结合点云坐标系变换与正交投影的方法，将点云转换到工件坐标系后进行2D特征提取，再将结果还原回相机坐标系，从而获得更高精度的圆心位姿。该方法常用于对装配孔位或弧形边缘的高精度定位。具体操作如下：

  1. 使用计算平面点云的位姿和尺寸等步骤，基于相机坐标系下的工件平面点云计算出一个参考位姿（即自定义坐标系）。

  2. 通过“位姿变换（高级）”步骤，将原始工件点云变换到该自定义坐标系下。

  3. 对变换后的点云，使用正交投影 等步骤，进行 2D 特征提取，计算圆心位姿。

transform point cloud 2

获得精确的圆心位姿后，通常需要将其还原回相机坐标系。可通过位姿变换步骤实现：将计算出的圆心位姿作为“原始位姿”，并将“位姿变换（高级）”步骤中的自定义坐标系作为“参考位姿”输入，即可实现从工件坐标系到相机坐标系的逆向变换。

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