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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。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 現已實現大規模量產,可立即供貨,助力移動機器人、園區物流、車路協同、測繪、安防等領域從小批量測試走向大規模應用。

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建周圍環境的3D地圖,具有測量精度高、方向性好等優點,且不易受周圍環境光、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。單人手持該系統在目標區域走動即可采集數據。

圖 2 手持 LiDAR 測繪系統


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掃描匹配,從而實現 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的高精度三維地圖測繪,如下圖示,即便是細微的細節也清晰可見。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大范圍測距和建圖

技術參數


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

光束發散度          0.28°(垂直)x 0.03°(水平)

數據率              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

數據同步            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)

數據延遲            2 ms




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