移动三维建图Mid-40测距和建图开源算法
移动三维建图Mid-40测距和建图开源算法觅道 Mid-40 是 Livox 研发的高性价比激光雷达，可探测远至 260 米的物体。**的非重复采样策略，助其精确探测视场中每个细节。而这一切都蕴含于小巧的机身中，可轻松嵌入各种平台。觅道-40 现已实现大规模量产，可立即供货，助力移动机器人、园区物流、车路协同、测绘、安防等领域从小批量测试走向大规模应用。
移动三维建图Mid-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。
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
移动三维建图Mid-40测距和建图开源算法
