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            技術(shù)文章

            移動三維建圖Mid-40測距和建圖開源算法

            閱讀:1798          發(fā)布時間:2022-11-18

            移動三維建圖Mid-40測距和建圖開源算法

            激光雷達(dá)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(dá)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(diǎn),且不易受周圍環(huán)境光、雨塵等影響。針對此專題,香港大學(xué)MaRS實(shí)驗(yàn)室(web.hku.hk/~fuzhang) 使用了Livox Mid-40激光雷達(dá),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(xué)莊月明文化中心3D點(diǎn)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(jìn)行固定,便于手持操作。單人手持該系統(tǒng)在目標(biāo)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(yùn)動補(bǔ)償機(jī)制進(jìn)行連續(xù)掃描匹配,從而實(shí)現(xiàn) LiDAR位姿的實(shí)時解算(即測距)。有了LiDAR位姿, 所有LiDAR測量的點(diǎn)云就可以投影到同一個全局坐標(biāo)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(diǎn)剔除、移動物體過濾以及幀內(nèi)運(yùn)動補(bǔ)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(shí)時運(yùn)行。


            僅憑一個 Livox Mid-40 和一臺手提電腦,MaRS 實(shí)驗(yàn)室就完成了香港科技大學(xué)主校區(qū)的高精度三維地圖測繪,如下圖示,即便是細(xì)微的細(xì)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(shí)測圖如下。


            圖 3、4、5 香港科技大學(xué)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(hù)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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