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移動三維建圖Mid-40測距和建圖開源算法

  • 時   間:2022-11-18
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移動三維建圖Mid-40測距和建圖開源算法
覓道 Mid-40 是 Livox 研發(fā)的高性價比激光雷達,可探測遠至 260 米的物體。**的非重復采樣策略,助其精確探測視場中每個細節(jié)。而這一切都蘊含于小巧的機身中,可輕松嵌入各種平臺。覓道-40 現(xiàn)已實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),可立即供貨,助力移動機器人、園區(qū)物流、車路協(xié)同、測繪、安防等領(lǐng)域從小批量測試走向大規(guī)模應(yīng)用。

移動三維建圖Mid-40測距和建圖開源算法

激光雷達作為新一代測繪利器,在移動三維建圖中有著巨大的潛力。使用激光雷達可以快速構(gòu)建周圍環(huán)境的3D地圖,具有測量精度高、方向性好等優(yōu)點,且不易受周圍環(huán)境光、雨塵等影響。針對此專題,香港大學MaRS實驗室(web.hku.hk/~fuzhang) 使用了Livox Mid-40激光雷達,并開發(fā)出一種針對性的測距和建圖算法—LOAM-Livox。


圖 1 香港大學莊月明文化中心3D點云圖


圖 2 展示了該系統(tǒng)的全部組成,包括一臺配備 i7 處理器的 MacBook、一個 Livox Mid-40 單元和一塊供電電池。這些設(shè)備通過 3D 打印支架進行固定,便于手持操作。單人手持該系統(tǒng)在目標區(qū)域走動即可采集數(shù)據(jù)。

圖 2 手持 LiDAR 測繪系統(tǒng)


該LOAM 算法僅使用一個 Livox Mid-40 單元,沒有融合其他傳感器如 IMU、GPS 或攝像頭。通過運動補償機制進行連續(xù)掃描匹配,從而實現(xiàn) LiDAR位姿的實時解算(即測距)。有了LiDAR位姿, 所有LiDAR測量的點云就可以投影到同一個全局坐標系中, 得到環(huán)境的三維地圖。為提升算法性能和可靠性,一系列核心問題得以解決,包括有限視場下的特征提取和篩選、雜點剔除、移動物體過濾以及幀內(nèi)運動補償。該算法的測距和建圖部分均可以同時在MacBook上以 20 Hz 的頻率實時運行。


僅憑一個 Livox Mid-40 和一臺手提電腦,MaRS 實驗室就完成了香港科技大學主校區(qū)的高精度三維地圖測繪,如下圖示,即便是細微的細節(jié)也清晰可見。這一解決方案也大大降低大范圍移動測繪的成本和門檻。


 更多實測圖如下。


圖 3、4、5 香港科技大學主校區(qū)大范圍測距和建圖

技術(shù)參數(shù)


型號                覓道 Mid-40/Mid-100

激光波長            905 nm

安全級別            Class 1 (IEC60825-1)

量程(@100 klx)    90 m @ 10% 反射率

                    130 m @ 20% 反射率

                    260 m @ 80% 反射率

視場(FOV)         38.4° 圓形 (Mid-40)

                    98.4° (水平) × 38.4° (豎直) (Mid-100)

距離精度(1σ @ 20m)2 cm

角度精度            < 0.1 o

光束發(fā)散度          0.28°(垂直)x 0.03°(水平)

數(shù)據(jù)率              100,000 points/s(Mid-40)

                    300,000 points/s(Mid-100)

視場覆蓋率          20% @0.1s, 68% @0.5s, 93% @1s 

虛警率(@100 klx)  < 0.01%

工作溫度            -20 ?C – 65 ?C

防護級別            IP67

功率                10 W (典型)(Mid-40)

                    30 W (典型)(Mid-100)

供電電壓范圍        10 ~ 16 V DC(典型 12 V DC)

接口                以太網(wǎng)

數(shù)據(jù)同步            IEEE 1588-2008(PTPv2), PPS

尺寸                88 x 69 x 76 mm(Mid-40)

                    142 × 70 × 230 mm(Mid-100)

重量                約760 g (Mid-40)

                    約2200 g (Mid-100)

數(shù)據(jù)延遲            2 ms




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