Geometric calibration of rotating multi-beam lidar systems

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2020-01-20
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Geoinformatics (GIS)
Language
en
Pages
68+24
Series
Abstract
The introduction of light-weight and low-cost multi-beam laser scanners provides ample opportunities in positioning and mapping as well as automation and robotics. The fields of view (FOV) of these sensors can be further expanded by actuation, for example by rotation. These rotating multi-beam lidar (RMBL) systems can provide fast and expansive coverage of the geometries of spaces, but the nature of the sensors and their actuation leave room for improvement in accuracy and precision. Geometric calibration methods addressing this space have been proposed, and this thesis reviews a selection of these methods and evaluates their performance when applied to a set of data samples collected using a custom RMBL platform and six Velodyne multi-beam sensors (one VLP-16 Lite, four VLP-16s and one VLP-32C). The calibration algorithms under inspection are unsupervised and data-based, and they are quantitatively compared to a target-based calibration performed using a high-accuracy point cloud obtained using a terrestrial laser scanner as a reference. The data-based calibration methods are automatic plane detection and fitting, a method based on local planarity and a method based on the information-theoretic concept of information entropy. It is found that of these, the plane-fitting and entropy-based measures for point cloud quality obtain the best calibration results.

Kevyet ja edulliset monilaserkeilaimet tuovat uusia mahdollisuuksia paikannus- ja kartoitusaloille mutta myös automaatioon ja robotiikkaan. Näiden sensorien näköaloja voidaan kasvattaa entisestään esimerkiksi pyörittämällä, ja näin toteutettavat pyörivät monilaserkeilainjärjestelmät tuottavat nopeasti kattavaa geometriaa niitä ympäröivistä tiloista. Sensorien rakenne ja järjestelmän liikkuvuus lisäävät kuitenkin kohinaa ja epävarmuutta mittauksissa, minkä vuoksi erilaisia geometrisia kalibrointimenetelmiä onkin ehdotettu aiemmassa tutkimuksessa. Tässä diplomityössä esitellään valikoituja kalibrointimenetelmiä ja arvioidaan niiden tuloksia koeasetelmassa, jossa pyörivälle alustalle asennetuilla Velodyne-monilaserkeilaimilla (yksi VLP-16 Lite, neljä VLP-16:aa ja yksi VLP-32C) mitataan liikuntasalin geometriaa. Tarkasteltavat menetelmät ovat valvomattomia ja vain mittauksiin perustuvia ja niitä verrataan samasta tilasta hankittuun tarkkaan maalaserkeilausaineistoon. Menetelmiä ovat tasojen automaattinen etsintä ja sovitus, paikalliseen tasomaisuuteen perustuva menetelmä sekä informaatioteoreettiseen entropiaan perustuva menetelmä. Näistä tasojen sovitus ja entropiamenetelmä saavuttivat parhaat kalibrointitulokset referenssikalibraatioon verrattaessa.
Description
Supervisor
Vaaja, Matti
Thesis advisor
Hyyti, Heikki
Keywords
laser scanning, calibration, optimisation, lidar, point cloud
Other note
Citation