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?3D 激光雷達SLAM軟硬件技術(shù)結(jié)合,感知定位更全面

lPCU_elecfans ? 來源:未知 ? 2022-11-21 07:15 ? 次閱讀
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/李寧遠)SLAM,simultaneous localization and mapping,稱為即時定位與地圖構(gòu)建,主要的作用是自動駕駛車輛或機器人從未知環(huán)境的未知地點出發(fā),在運動過程中通過重復觀測到的地圖特征定位自身位置和姿態(tài),再根據(jù)自身位置增量式的構(gòu)建地圖,從而達到同時定位和地圖構(gòu)建的目的。SLAM重要的理論與應用價值被認為是實現(xiàn)自動駕駛和全自主移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)。
無人設備的迅速普及加速了SLAM行業(yè)發(fā)展,為了利用這些機會,技術(shù)供應商正在整合SLAM先進3D技術(shù)進行行業(yè)布局。作為國內(nèi)激光雷達頭部企業(yè),鐳神智能在SLAM技術(shù)和產(chǎn)品上布局已久。鐳神智能受邀接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪,就SLAM技術(shù)相關(guān)問題交流分享了他們在SLAM技術(shù)和產(chǎn)品上的布局以及對SLAM行業(yè)的展望。

從3D激光雷達切入市場,革新2D激光雷達SLAM

粗略來說,實現(xiàn) SLAM 需要兩類技術(shù)。一類技術(shù)是傳感器信號處理(包括前端處理),這類技術(shù)在很大程度上取決于所用的傳感器。另一類技術(shù)是位姿圖優(yōu)化(包括后端處理),這類技術(shù)與傳感器無關(guān)。所以說SLAM雖然是一項算法技術(shù),但是應用SLAM的基礎(chǔ)是性能優(yōu)異的傳感器(激光雷達或圖像傳感器)。根據(jù)傳感器選擇不同,目前有兩個技術(shù)流派:視覺V-SLAM與激光雷達SLAM。
LX-3D SLAM盒子,鐳神智能
激光雷達SLAM技術(shù)目前有2D激光SLAM和3D激光SLAM技術(shù)兩種,2D激光SLAM受限于傳感器性能,只能識別二維平面,不能適用于復雜的三維環(huán)境?;诙嗑€激光雷達的3D SLAM定位技術(shù),是目前全球最領(lǐng)先的3D SLAM定位導航技術(shù),鐳神智能布局的就是3D激光雷達SLAM。據(jù)鐳神智能介紹,鐳神智能多線激光雷達3D SLAM定位技術(shù)是以 3D 激光雷達為主傳感器,通過對激光雷達、IMU、里程計、GPS等各類傳感器進行數(shù)據(jù)融合處理,配置高性能處理器實現(xiàn)對無人車環(huán)境的建圖以及匹配定位功能。
3D激光雷達SLAM結(jié)合配套的以太網(wǎng)通信開發(fā)接口,可以使各種應用場景類的低速無人車、機器人、無人叉車、AGV等低速智能移動載體在復雜的三維環(huán)境中達到精確定位需求。

軟硬件相結(jié)合,凸顯SLAM技術(shù)優(yōu)勢

相較于大部分廠商只能從激光SLAM算法上切入市場,傳感器廠商自己做SLAM優(yōu)勢往往會更大一些,這樣不僅能提供導航算法還有與之匹配的高性能硬件。目前很多視覺傳感器廠商、激光雷達廠商都自研SLAM,集合傳感器向中游廠商提供整體方案,做差異化競爭。軟硬件兩手抓的廠商在SLAM技術(shù)上會更具優(yōu)勢。
SLAM技術(shù)最直觀地體現(xiàn)在點云建圖上,一般來說,首先通過點云匹配來連續(xù)估計移動。然后,使用計算得出的移動數(shù)據(jù)(移動距離)進行車輛定位。對于激光點云匹配,會使用迭代最近點和正態(tài)分布變換等配準算法。二維或三維點云地圖可以用柵格地圖或體素地圖表示。多線激光雷達3D SLAM技術(shù)理論上可以構(gòu)建百萬平米的超大場景3D點云地圖,且感知的環(huán)境信息特征豐富,定位匹配穩(wěn)定,適用于絕大部分場景。為什么說是理論上呢,因為前提是傳感器性能足夠好能夠生成密集點云。
根據(jù)鐳神智能給出的傳感器配置,16線3D激光雷達,采用了領(lǐng)先的核心信號處理ASIC芯片和先進的多次回波檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)校準技術(shù),點云輸出能到32萬點/秒,這是目前整個行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的點云性能。這種級別的構(gòu)圖在算法加持下室外測量精度能到±3cm,室內(nèi)測量精度到±2cm。

3D SLAM算法加融合定位,鐳神智能


從傳感器角度來說,就密度而言激光點云是不如圖像精細的,不能保證足夠的特征用于匹配,這也是為什么會額外搭載IMU、里程計、GPS等各類傳感器進行數(shù)據(jù)融合處理。
鐳神智能也分析了終端用戶在SLAM上的投入產(chǎn)出比,“搭載鐳神智能多線激光雷達3D SLAM技術(shù)的整套無人叉車系統(tǒng),其中3D激光雷達傳感器套件+3D SLAM算法系統(tǒng)僅需2.8萬元,整套3D SLAM無人叉車成本僅需十幾萬”。成本問題一直是困擾激光雷達SLAM大規(guī)模應用的阻礙,這也是很多激光雷達廠商自研SLAM的原因之一。
主控芯片從FPGA、MCU逐漸轉(zhuǎn)向激光雷達廠商自研SoC,以SoC+SLAM算法整體打包給下游廠商,這會讓廠商在成本控制上更有優(yōu)勢。而且像鐳神智能這樣的激光雷達廠商已具備激光雷達專用芯片、激光雷達光纖激光器及核心關(guān)鍵器件自研自產(chǎn)能力,并掌握了半導體封裝技術(shù),更有助于激光雷達整機價格下探。

激光雷達SLAM VS V-SLAM

有關(guān)激光雷達SLAM和V-SLAM兩種流派的爭論已經(jīng)持續(xù)了很多年,每個技術(shù)路線的擁躉都認為各自堅持的技術(shù)路線有不可替代的優(yōu)勢。但目前不可否認的事實是V-SLAM盡管話題度很熱,但事實上真正落地應用的視覺方案,并沒有激光SLAM落地的數(shù)量多。以機器人公司為例,大多數(shù)公司采取的是多種類型的混合導航技術(shù),例如視覺傳感搭配激光SLAM進行工作,以此進行優(yōu)勢互補,但混合導航中的視覺SLAM的實際作用難以考證。
從軟件算法和硬件層面來看,目前激光雷達3D SLAM都比V-SLAM更成熟,激光雷達3D SLAM對于環(huán)境適應性更強,不受光線影響,室內(nèi)室外均可使用,具備規(guī)?;瘧没A(chǔ)。而V-SLAM要依托于攝像頭,受限于視覺傳感器對環(huán)境光線干擾大,白天光線太強或者晚上黑暗環(huán)境都無法使用,也很難提取環(huán)境特征,對算法要求高,處理器資源難以滿足,探測距離相比之下更短。
鐳神智能認為“激光雷達3D SLAM技術(shù)必然是未來的發(fā)展趨勢,大部分場景下多線激光slam 融合RTk IMU里程計已經(jīng)足夠,加視覺反而累贅。此前會有V-SLAM的技術(shù)方向是因為攝像頭成本低,但是隨著激光雷達成本的優(yōu)化和價格逐步下探,以及算法和應用更成熟,V-SLAM成本優(yōu)勢也不會再那么明顯”。

寫在最后

無人設備的迅速普及推動了SLAM市場的快速增長,3D SLAM的崛起也成了全球SLAM技術(shù)的重要發(fā)展趨勢,成本不斷下探的3D激光雷達SLAM正迅速成為定位導航的主流方向。隨著計算機處理速度的顯著提高,以及更低成本傳感器的應用,這項技術(shù)正被廣泛應用于從AR到機器人到自動駕駛各個領(lǐng)域,并更新2D SLAM技術(shù)相關(guān)應用。

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原文標題:?3D 激光雷達SLAM軟硬件技術(shù)結(jié)合,感知定位更全面

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