LOAM-Livox — устойчивый пакет алгоритмов одометрии и картирования в реальном времени с малым дрейфом для LiDAR Livox — недорогих и высокопроизводительных LiDAR, рассчитанных на массовое промышленное применение. Пакет решает многие ключевые задачи, с которыми сталкиваются исследователи и разработчики при эффективном использовании LiDAR для крупномасштабного мобильного картирования в реальном времени: извлечение и выбор признаков при очень ограниченном FOV, устойчивое отбрасывание выбросов, фильтрация движущихся объектов и компенсация искажений движения. Лаборатория HKU MaRS использует Ceres-Solver для сопоставления сканов, чтобы избежать сложного вывода дифференциальной геометрии. Код хорошо структурирован и оптимизирован для читаемости и расширяемости.

 

Рисунок 1. 3D-карта культурного центра Chong Yuet Ming в Университете Гонконга.

 

На рисунке 2 показаны компоненты системы: MacBook с процессором i7, один модуль Livox Mid-40 и аккумулятор для питания LiDAR. Все компоненты закреплены на напечатанной на 3D-принтере конструкции, которую можно держать в руках. Данные собирает человек, переносящий эту систему во время движения по окружающей среде.

 

Рисунок 2. Портативная система LiDAR-картирования.

Алгоритм LOAM, разработанный лабораторией HKU MaRS, использует только один модуль Mid-40. Другие датчики, такие как IMU, GPS или камеры, не применяются. Алгоритмы рассчитывают позы LiDAR в реальном времени (то есть одометрию), сопоставляя два последовательных скана с компенсацией внутрикадровых искажений движения. Все точки регистрируются в одной глобальной системе координат с рассчитанными позами LiDAR (то есть выполняется картирование). Для повышения надёжности и практичности решения были решены многие ключевые задачи, включая извлечение и выбор признаков при очень ограниченном FOV, отбрасывание выбросов и фильтрацию движущихся объектов. На MacBook с i7 алгоритмы одометрии и картирования работают в реальном времени на частоте 20 Гц, что подходит для робототехнической навигации.

 

Рисунки 3, 4, 5. Крупномасштабная одометрия и картирование в реальном времени главного кампуса Гонконгского университета науки и технологий (HKUST).

С помощью одного модуля Mid-40 и компьютера лаборатория MaRS закартировала главный кампус HKUST с надёжной точностью. Как видно на рисунках выше, даже мелкие детали легко различимы. Благодаря одному Livox Mid-40 и разработанным алгоритмам крупномасштабное мобильное картирование стало намного доступнее и проще в реализации.

 

Рисунок 6. Модуль Mid-40 и базовые характеристики.

Длина волны лазера	905 нм
Безопасность при работе с лазером	Класс 1 (IEC60825-1)
Дальность обнаружения (при фоне 100 клк)	90 м при отражательной способности 10% 130 м при отражательной способности 20% 260 м при отражательной способности 80%
Точность расстояния (1σ при 20 м)	2 см
Угловая точность	< 0.1°
FOV	Круговое 38,4°
Скорость данных	100 тыс. точек/с
Типовая мощность	10 W
Вес	Approx. 710 g
Габариты:	88×69×76 mm
РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА:	от -20˚C до 65˚C (от -4˚F до 149˚F)

     

Благодарности

Лаборатория мехатронных и робототехнических систем (MaRS) входит в состав кафедры машиностроения Университета Гонконга (HKU). Текущие исследования лаборатории MaRS сосредоточены на оценке и картировании на основе LiDAR, проектировании, управлении и навигации беспилотных летательных аппаратов (UAV). Мы благодарим доктора Фу Чжана и его студента Цзяруна Линя из лаборатории Mechatronic and Robotic Systems (MaRS) за предоставленные изображения LiDAR-картирования и дополнительные материалы.