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INS和LiDAR校准--用数据来解决

行业文章 5月19日, 2021

LiDAR数据进行地理参考以产生点云时,每一帧都必须与精确的导航数据相匹配。LiDAR设备和INS之间的相对位移和方向必须知道。 导航装置(INS必须知道。如果不能精确测量这些角度,就意味着很难达到最佳性能。这个过程可能是具有挑战性的。然而,有一种快速有效的数据驱动方法可以确认LiDAR相对于INS的位置和方向,达到获得最佳数据所需的精确程度。在这里,我们探讨如何用数据解决INS和LiDAR的校准难题....。

 

OxTS INS和Velodyne LiDAR校准
移动测绘 -OxTS xNAV550 INS和Velodyne LiDAR

 

LiDAR和INS校准的重要性

LiDAR通常会吹嘘自己的高精度能力,每帧的测距精度为几厘米。要在地理参考点云中获得这样的精度则要困难得多。它需要非常精确的导航数据。我们可以通过采取一个小角度的近似值并将范围乘以角度误差来得到被观测物体的位置误差来快速了解这需要多么精确。在50米处,如果我们在单个轴上的方向误差仅为0.1°,我们的误差约为9厘米(0.09 = 50 x 0.1° x 2π/360)。

因此,你可以看到,由于范围乘以误差,它对方向误差非常敏感。因此,INS和LiDAR的校准必须尽可能的准确。

一个INS设备通常可能输出导航数据,其航向误差为0.1°。

导航数据显然是在你的点云中获得精确数据的限制性因素。但还有一个更复杂的问题。当结合LiDAR和导航数据时,这些设备之间的关系是必要的。测量人员在计算点云中的点的位置时,会使用以下公式。

导航设备在世界中的位置和方向+LiDAR设备相对于导航设备的关系+点相对于LiDAR设备的位置

 

这些设备之间的关系包括旋转。这引入了一个额外的方向不确定性,需要与航向和俯仰/滚动精度处于同一水平,否则它将成为点云中精度的新瓶颈。

这适用于所有使用单独的导航装置并从远处观察物体的测量设备,而不仅仅是LiDAR。

能否以同样的精度测量这个角度对点云的最终精度至关重要。

这里的图片是一个硬件示意图的例子,显示了INS与LiDAR传感器的位置关系。这张图片是在OxTS Georeferencer --我们的LiDAR地理参考软件中拍摄的。

 

位置与方向误差
显示由于方向错误造成的物体位置误差的图示
校准不良的设置实例
校准不好的设置会在不同的帧中显示出不同的物体,当这些被地理参考的时候,点云就会被模糊。

视轴校准

要测量LiDAR相对于INS的旋转到0.1°是不容易的。设计和建立CAD打印的安装安排可能是昂贵的、耗时的,并提供了一个不灵活的解决方案。校准LiDAR相对于INS的旋转的最有效方法是使用数据驱动的方法,使用地理参考数据和算法来计算提供最佳点云的旋转。

OxTS 开发了一种方法,通过这种方法可以单独对一些校准目标进行简短的调查(或作为较长调查的一部分),在后处理中用于校准旋转,以达到地理参考数据所提供的准确程度。

该方法很简单;设立两个扁平的方形反射目标。装有LiDAR的车辆在3-10分钟内对目标进行测量,直到可以对目标进行适当的地理参照。这些目标可以是简单的带有反光带的木板。

OxTS 地理配准工具

OxTS Georeferencer 软件在地理参考数据中搜索属于目标的反射点,然后使用一种算法计算出使目标尽可能平坦的旋转。

这一切都以最少的用户输入和最少的设置时间完成,所需要的只是设备之间的刚性安装,使它们不能相对移动。如果硬件设置保持不变,校准就不需要重复。

 

了解更多关于OxTS Georeferencer

OxTS 孔径校准
用户只需将软件指向点云的横截面上的目标位置即可

"作为一名工程师,我不知道有什么简单的工具可以精确地测量INS和LiDAR之间的角度,使之优于十分之一度。OxTS ,利用LiDAR测量中已有的工具,优雅地解决了这个问题。在两个反射目标(既便宜又容易建造)之间运行十分钟的数据收集是最困难的部分。鉴于OxTS ,下一步是一个简单的问题,在OxTS Georeferencer ,选择收集的数据文件,然后按 "运行孔径校准 "按钮。真的就这么简单,在指定了计算角度后,点云的精度明显提高,甚至人眼可见"

Andri Karo,系统集成专家,Skycorp Oü

综上所述

一个未经校准的设置很容易成为地理参考点云不准确的原因。除了具有非常高的方向精度的导航数据外,LiDAR和INS之间的旋转必须知道到一度的点数。实现这一点可能是非常困难的。校准硬件设置的最有效和高效的方法是在数据驱动的方法中使用地理参考的LiDAR数据本身。通过对反射目标进行简短的测量,可以在几分钟内校准设置,为高精度测量做好准备。

雅各布-阿玛克尔
产品工程师。OxTS

 

联系我们OxTS来讨论OxTS Georeferencer 内的孔径校准功能,或者下载我们的 孔径校准手册来了解更多...

 

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