靜態(tài)3D掃描-Mid-40便攜式解決方案

案例中，我們將在三腳架上裝上一個 Mid-40 和一個電機(jī)，然后繞著 Z 軸旋轉(zhuǎn)掃描房間內(nèi)不同區(qū)域，并整合點(diǎn)云數(shù)據(jù)以生成整體 3D 圖像。

Livox 的 LiDAR 傳感器具有高性能、高性價比、高可靠性以及已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)等優(yōu)勢，為行業(yè)應(yīng)用帶來全新解決方案。本案例中，我們利用售價 599 美元的 Livox Mid-40 來獲取一個房間內(nèi)的 3D 內(nèi)部點(diǎn)云圖像，以此來展示 LiDAR 傳感器的功能特色。

方案配置

本次 3D 掃描解決方案主要包括一個 Mid-40激光雷達(dá)、一個大疆 Manifold 2 開發(fā)平臺和一個帶編碼器的 GM6020 電機(jī)，主要配件如圖 1 所示。LiDAR 和電機(jī)安裝在三腳架頂端，Mid-40 將繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)，掃描房間內(nèi)不同區(qū)域，然后整合點(diǎn)云數(shù)據(jù)并生成整體 3D 圖像。

圖 1 Mid-40 和其他主要配件

 為了使掃描儀更便攜，我們使用了24 V電池和24 V-12 V降頻轉(zhuǎn)換器，為 Mid-40（12 V）、Manifold 2（24 V）和 GM6020（24 V）提供輸入電壓。此外，我們還將相關(guān)部件整合到一個盒子里，最大限度提升便攜性（如圖 2 所示）。

圖 2 一體化方案將大部分部件整合在盒子內(nèi)

  通訊與數(shù)據(jù)整合

 將 Mid-40 設(shè)為靜態(tài) IP 模式，并直接連接至 Manifold 2 的以太網(wǎng)接口，用于點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸。Manifold 2 的 CAN 接口用于控制電機(jī)和讀取角度信息。線纜連接如下圖所示。

 圖 3 線纜連接示意圖

 GM6020 電機(jī)的角度分辨率為 360/8192 度，足以滿足此次應(yīng)用場景。為了在掃描期間保持恒定的旋轉(zhuǎn)速度，我們使用 PID 控制器調(diào)節(jié)控制電壓，并通過電機(jī)速度和編碼器信息進(jìn)行反饋。

 角度數(shù)據(jù)通過 CAN 總線以 1 kHz 的頻率傳輸?shù)?Manifold 2。Mid-40 也支持以 1 kHz 的頻率發(fā)送帶有 100 個樣本的點(diǎn)云數(shù)據(jù)包。因此，我們僅需將電機(jī)和數(shù)據(jù)包發(fā)送的角度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起，即可完成整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)集成。

 由于編碼器可提供絕對位置，角度信息應(yīng)該在重復(fù)掃描時是一致的。因此，通電后，我們將電機(jī)調(diào)回零位，然后在該位置周圍來回掃描以獲得預(yù)定義的角度信息，同時集成獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

 圖 4 操作時電機(jī)旋轉(zhuǎn)

 掃描方式和結(jié)果

 Livox LiDAR 傳感器采用**的非重復(fù)掃描方式，能有效提升視場覆蓋率，滿足多種應(yīng)用需求，例如在固定環(huán)境中進(jìn)行 3D 掃描。關(guān)于Mid-40的實(shí)測點(diǎn)云數(shù)據(jù)范例

當(dāng)掃描積分時間為 0.1 秒時，Mid-40 的視場覆蓋范圍可媲美 32 線機(jī)械掃描的LiDAR 激光雷達(dá)。隨著掃描時間增加，視場覆蓋范圍也會遞增，積分時間達(dá)到 0.5 秒時，視場覆蓋范圍可媲美 64 線 LiDAR 激光雷達(dá)。

通過這套設(shè)備，我們花 30 秒即可完成房間掃描。掃描結(jié)果如圖 5 所示。

圖 5 掃描30 秒后獲得的 3D 點(diǎn)云圖像

 在上圖中可以看到，Mid-40 掃描了房間內(nèi)大部分區(qū)域，并還原了大量細(xì)節(jié)。本次測試仍有許多優(yōu)化空間，但結(jié)果證明，該解決方案的性能與多線機(jī)械掃描激光雷達(dá)不相上下，而性價比更高。

Livox 激光雷達(dá)性能強(qiáng)大、售價低且可靠性高，我們相信，在不久的將來一定可以應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。

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