Livox 应用案例

静态3D扫描-Mid-40便携式解决方案

2019/07/05

本案例中,我们将在三脚架上装上一个 Mid-40 和一个电机,然后绕着 Z 轴旋转扫描房间内不同区域,并整合点云数据以生成整体 3D 图像。

Livox 的 LiDAR 传感器具有高性能、高性价比、高可靠性以及已实现量产等优势,为行业应用带来全新解决方案。本案例中,我们利用售价 599 美元的 Livox Mid-40 来获取一个房间内的 3D 内部点云图像,以此来展示 LiDAR 传感器的功能特色。

 

如想了解 Livox Mid-40 基本参数信息,可查阅:https://www.livoxtech.com/mid-40-and-mid-100/specs. 

 

方案配置

 

本次 3D 扫描解决方案主要包括一个 Mid-40激光雷达、一个大疆 Manifold 2 开发平台和一个带编码器的 GM6020 电机,主要配件如图 1 所示。LiDAR 和电机安装在三脚架顶端,Mid-40 将绕 Z 轴旋转,扫描房间内不同区域,然后整合点云数据并生成整体 3D 图像。

 

图 1 Mid-40 和其他主要配件

 

为了使扫描仪更便携,我们使用了24 V电池和24 V-12 V降频转换器,为 Mid-40(12 V)、Manifold 2(24 V)和 GM6020(24 V)提供输入电压。此外,我们还将相关部件整合到一个盒子里,最大限度提升便携性(如图 2 所示)。

图 2 一体化方案将大部分部件整合在盒子内

 

 

通讯与数据整合

 

将 Mid-40 设为静态 IP 模式,并直接连接至 Manifold 2 的以太网接口,用于点云数据传输。Manifold 2 的 CAN 接口用于控制电机和读取角度信息。线缆连接如下图所示。

 

图 3 线缆连接示意图

 

GM6020 电机的角度分辨率为 360/819 度,足以满足此次应用场景。为了在扫描期间保持恒定的旋转速度,我们使用 PID 控制器调节控制电压,并通过电机速度和编码器信息进行反馈。

 

角度数据通过 CAN 总线以 1 kHz 的频率传输到 Manifold 2。Mid-40 也支持以 1 kHz 的频率发送带有 100 个样本的点云数据包。因此,我们仅需将电机和数据包发送的角度数据关联在一起,即可完成整体点云数据集成。

 

由于编码器可提供绝对位置,角度信息应该在重复扫描时是一致的。因此,通电后,我们将电机调回零位,然后在该位置周围来回扫描以获得预定义的角度信息,同时集成获取的点云数据。

 

图 4 操作时电机旋转

 

 

扫描方式和结果

 

Livox LiDAR 传感器采用独特的非重复扫描方式,能有效提升视场覆盖率,满足多种应用需求,例如在固定环境中进行 3D 扫描。关于Mid-40的实测点云数据范例,可查阅 https://www.livoxtech.com/mid-40-and-mid-100/downloads.

 

当扫描积分时间为 0.1 秒时,Mid-40 的视场覆盖范围可媲美 32 线机械扫描的LiDAR 激光雷达。随着扫描时间增加,视场覆盖范围也会递增,积分时间达到 0.5 秒时,视场覆盖范围可媲美 64 线 LiDAR 激光雷达。

 

通过这套设备,我们花 30 秒即可完成房间扫描。扫描结果如图 5 所示。

 

 

图 5 扫描30 秒后获得的 3D 点云图像

 

 

在上图中可以看到,Mid-40 扫描了房间内大部分区域,并还原了大量细节。本次测试仍有许多优化空间,但结果证明,该解决方案的性能与多线机械扫描激光雷达不相上下,而性价比更高。

 

Livox 激光雷达性能强大、售价低且可靠性高,我们相信,在不久的将来一定可以应用于更广泛的领域。