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移动叁维建图惭颈诲-40测距和建图开源算法

激光雷达作为新一代测绘利器，在移动三维建图中有着巨大的潜力。使用激光雷达可以快速构建周围环境的3D地图，具有测量精度高、方向性好等优点，且不易受周围环境光、雨尘等影响。针对此专题，香港大学MaRS实验室(web.hku.hk/~fuzhang) 使用了Livox Mid-40激光雷达，并开发出一种针对性的测距和建图算法—LOAM-Livox。

图 1 香港大学莊月明文化中心3D点云图

图 2 展示了该系统的全部组成，包括一台配备 i7 处理器的 MacBook、一个 Livox Mid-40 单元和一块供电电池。这些设备通过 3D 打印支架进行固定，便于手持操作。单人手持该系统在目标区域走动即可采集数据。

图 2 手持 LiDAR 测绘系统

该LOAM 算法仅使用一个 Livox Mid-40 单元，没有融合其他传感器如 IMU、GPS 或摄像头。通过运动补偿机制进行连续扫描匹配，从而实现 LiDAR位姿的实时解算（即测距）。有了LiDAR位姿， 所有LiDAR测量的点云就可以投影到同一个全局坐标系中， 得到环境的三维地图。为提升算法性能和可靠性，一系列核心问题得以解决，包括有限视场下的特征提取和筛选、杂点剔除、移动物体过滤以及帧内运动补偿。该算法的测距和建图部分均可以同时在MacBook上以 20 Hz 的频率实时运行。

仅凭一个 Livox Mid-40 和一台手提电脑，MaRS 实验室就完成了香港科技大学主校区的高精度三维地图测绘，如下图示，即便是细微的细节也清晰可见。这一解决方案也大大降低大范围移动测绘的成本和门槛。

&苍产蝉辫;更多实测图如下。

图 3、4、5 香港科技大学主校区大范围测距和建图

技术参数

型号                觅道 Mid-40/Mid-100

激光波长            905 nm

安全级别            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

视场（FOV）         38.4° 圆形 (Mid-40)

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

距离精度（1σ @ 20m）2 cm

角度精度            < 0.1 o

光束发散度          0.28°（垂直）x 0.03°（水平）

数据率              100,000 points/s（Mid-40）

                    300,000 points/s（Mid-100）

视场覆盖率          20% @0.1s, 68% @0.5s, 93% @1s 

虚警率（@100 klx）  < 0.01%

工作温度            -20 ?C – 65 ?C

防护级别            IP67

功率                10 W （典型）（Mid-40）

                    30 W （典型）（Mid-100）

供电电压范围        10 ~ 16 V DC（典型 12 V DC）

接口                以太网

数据同步            IEEE 1588-2008(PTPv2), PPS

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

                    142 × 70 × 230 mm（Mid-100）

重量                约760 g （Mid-40）

                    约2200 g （Mid-100）

数据延迟            2 ms

移动叁维建图惭颈诲-40测距和建图开源算法