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，然后繞著 Z 軸旋轉掃描房間內不同區(qū)域，并整合點云數(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、高可靠性以及已實現(xiàn)量產(chǎn)等優(yōu)勢，為行業(yè)應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 來獲取一個房間內的 3D 內部點云圖像，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、一個大疆 Manifold 2 開發(fā)平臺和一個帶編碼器的 GM6020 電機，主要配件如圖 1 所示。LiDAR 和電機安裝在三腳架頂端，Mid-40 將繞 Z 軸旋轉，掃描房間內不同區(qū)域，然后整合點云數(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

  通訊與數(shù)據(jù)整合

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

 圖 3 線纜連接示意圖

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

 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 個樣本的點云數(shù)據(jù)包。因此，我們僅需將電機和數(shù)據(jù)包發(fā)送的角度數(shù)據(jù)關聯(lián)在一起，即可完成整體點云數(shù)據(jù)集成。

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

 圖 4 操作時電機旋轉

 掃描方式和結果

 Livox LiDAR 傳感器采用**的非重復掃描方式，能有效提升視場覆蓋率，滿足多種應用需求，例如在固定環(huán)境中進行 3D 掃描。關于Mid-40的實測點云數(shù)據(jù)范例

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

通過這套設備，我們花 30 秒即可完成房間掃描。掃描結果如圖 5 所示。

圖 5 掃描30 秒后獲得的 3D 點云圖像

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

Livox 激光雷達性能強大、售價低且可靠性高，我們相信，在不久的將來一定可以應用于更廣泛的領域。

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