用于无人驾驶汽车的LiDAR 自动制图技术,竟来源于逆项工程的三维扫描仪

看了一篇文章,关于三菱电机的自动制图技术,突然发现无人驾驶汽车上的LiDAR技术和三维激光扫描仪的技术相似,于是我查找网上资料进行了求证。

因为本人是机械专业,所以在三维建模方面略知一二,三维建模技术是机械设计的一个工具,我们先来看看三维扫描是什么?

三维扫描技术主要应用于以下两个方面:

1.产品设计的逆向工程(RE)/快速成型(RP,.扫描实物,建立CAD数据;或是扫描模型,建立用于检测部件表面的三维数据。对于不能使用三维CAD数据的部件,建立数据。竞争对手产品与自己产品的确认与比较,创建数据库。 使用由RP创建的真实模型,建立和完善产品设计。有限元分析的数据捕捉。中国人就是靠三维扫描仪来山寨别人的产品,我这里想到众泰为什么会做无人驾驶汽车了,因为他们三维扫描技术用得相当成熟(开个玩笑,不要当真)。

扫描汽车

2.它还应用在土木工程测绘,面向高精度逆向三维建模及重构。众所周知传统测绘技术主要是单点精确测量,但用它做建模工作时就爱莫能助了,因为描述目标结构的完整属性需要大量的测绘点采集,少则几万个,多则几百万以上,这样才能把目标完整的搬到电脑中来,所以,用现代高精度传感技术做辅助就解决了这个问题,三维激光扫描技术就是这类全自动高精度立体扫描的技术。

原来不止是计算机专业的要学习VC、Matlab及OpenGL等数据处理软件.,机械和土木的同学也要学。

如下图所示就是三维激光扫描技术在实际工作中获取实物的立体数据的过程。首先在实物附近架设三维扫描仪,对目标物进行三维扫描,将扫描的数据点云进行内业处理,建立物体表面模型(DSM),最后经着色形成高精度的三维实物数据模型。长期保存在数据介质中,供以后建设、设计和恢复重建时参考应用。

地质人员扫描滑坡

近些年来,三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展,最具代表性的就是车载三维激光扫描仪和机载三维激光雷达。也就是说原来的三维扫描仪是固定的,而装在无人驾驶汽车上的雷达在不停的转动,在扫描周围的环境信息,建立三维模型,当然更加复杂。

机载激光三维雷达系统(Light Detection And Ranging,简称LiDAR)是一种集激光扫描仪(Scanner)、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)以及高分辨率数码相机等技术于一身的光机电一体化集成系统,用于获得激光点云数据并生成精确的数字高程模型(DEM)、DSM(数字表面模型),同时获取物体DOM(数字正射影像)信息,通过对激光点云数据的处理,可得到真实的三维场景图。

新闻如下

据外媒报道,三菱电机(Mitsubishi Electric Corporation)于昨日(2017年3月16日)宣布,其基于人工智能(AI)技术及旗下的移动测图系统(Mobile Mapping System,MMS),现已研发出两项新技术——自动制图技术(Automated Mapping Technology)及高精确3D地图的特征点变动提取技术(Technology for Extraction of Transitions in Mapping Landscape)。上述技术能为用户提供道路和周边物体的静态信息,并将其应用于动态地图的绘制中。作为业内先驱,三菱电机旨在缩短地图的绘制时间,持续推送最新的动态信息(如:交通灯和周边车辆信息),以确保自动驾驶的安全性和高度精准性。2017年德国汉诺威电子展(CeBIT 2017)将于2017年3月20-24日举办,三菱电机将在该展会上首次展出这两项新技术。

自动制图技术

借助人工智能(AI)技术,系统能够快速地创建精密、准确的3D地图,将道路标识和交通标志等所需信息从激光点云数据(也称“点云数据”,laser-point clouds)及摄像数据中提取出来,上述数据均通过移动测图系统测量及采集。该系统将为用户提供道路及路侧建筑物的3D位置信息,其绝对精度(absolute precision)等于或小于10厘米。车辆行驶时,车载激光扫描仪、摄像头及卫星定位天线(GPS antennas)将组成协作系统,共同采集所需的位置信息。人工智能技术还提升了数据精度,其只提取、识别必需的信息,使地图的创建速度比业内普遍采用的手动创建方式要快上10倍,其成本也比常规途径便宜得多。

特征点变动提取技术

目前,三菱电机结合使用多款提取技术,以便能更早地创建动态地图,进而提升地图更新效率,缩短地图维护所需的时间。该技术能够自动提取过往数据的特征点(characteristic points),将移动制图系统所测得的最新激光点云数据进行比对,该技术能识别两者间的差异,提取变动特征点的信息。借助该项先进技术,动态地图的维护时间及高精度3D地图的升级时间大幅缩短,系统将只提取变动后的特征点用于地图更新,不必每次都更新整张地图。

未来,三菱电机计划向地图发行商(map publishers)出售采用上述技术的旗下软件,预计今年10月三菱电机将与动态地图规划公司(Dynamic Map Planning Corporation)达成软件出售交易,后者将采用该软件绘制日本的高速公路地图,为用户呈上高精度的3D地图。

背景介绍

据估计,2019-2020年间,日本的自动驾驶水平将从先进驾驶辅助系统(ADAS)提升至3级自动驾驶,自动驾驶系统的相关技术需求将进一步增大。由于自动驾驶系统需要将车内传感器和动态地图结合使用,目前面临的最大挑战是——如何向用户提供最新版的地图信息。三菱电机的两项新技术能快速、高效地创建并更新3D地图,精准度极高。未来,三菱电机将继续致力于缩短地图的创建时间及维护时间,实现自动驾驶地图的动态更新。

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