Metrological characterization of a consumer grade flash LiDAR device
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-12-13
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Geoinformatics (GIS)
Language
en
Pages
51+34
Series
Abstract
This work studied accuracy and characteristics of the depth sensing system built in Apple iPad Pro (2020) tablet device. The system was evaluated from the metro-logical point of view, and included inspection of artifacts affecting the use of it. The work included theoretical review of the technology and error analysis. Though the work focuses on the accuracy of the flash LiDAR sensor, this part also included positioning methods of the system. Investigation of positioning methods was considered important, as it is directly linked to the total accuracy in practical applications. In this work data was evaluated both visually, and statistically using measurement deviations. The experiments included inspection of illumination power distribution, accuracy dependency on both detection range and target material, significance of colour image feed in depth map creation and accuracy anomalies within a depth map. During the work, the standard deviation of measurements was noted to be less than half a centimetre within the effective range, 0.2–5 m, of the device. However, the data quality was significantly affected by the enrichment of depth sensor observations with colour images. The system seemed to smoothen features and produce false depth values to sharp edges in a depth map. The system does not provide access to raw depth data, but only to this processed product more suitable for AR applications, where the system is intended to be used. As a result, the data processing solution is not optimal for measurement purposes. Despite the shortages found in this work, the system has still potential for measurement purposes. Conventional methods providing the same data and information might be difficult, time consuming, or expensive compared to the tested technology, which makes it appealing. In addition, many of the found artifacts could also be filtered from the data with proper methods. In the future the applicability for data collection may improve also if the manufacturer decides to open access to unprocessed data.Tässä työssä tarkasteltiin Apple iPad Pro (2020) -tablettitietokoneeseen sisäänrakennetun syvyyssensorin tuottaman datan käytettävyyttä mittaussovelluksissa. Työn kokeet keskittyivät mittaustarkkuuden arviointiin sekä mittaussovellusten kannalta keskeisten laitteen ominaisuuksien erittelyyn. Työhön sisältyneessä kirjallisuuskatsauksessa selvitettiin sensorin teknologista taustaa sekä virhearvioinnin teoriaa. Vaikka työ muuten keskittyi sensorin ominaisuuksien selvittämiseen, kirjallisuuskatsauksessa selvitettiin myös laitteen paikannusmenetelmien tarkkuutta. Selvitys koettiin tärkeäksi paikannuksen tarkkuuden linkittyvän suoraan tiedonkeruun laatuun käytännön sovelluksissa. Laitteen testauksessa aineiston laatua arvioitiin visuaalisesti, sekä tarkastelemalla aikasarjoista havaintojen hajontaa. Työssä tarkasteltiin laitteen valolähteen tehojakaumaa ympäristössä, tarkkuuden etäisyys- ja kohdemateriaaliriippuvuutta, tukevan värikuvan merkittävyyttä syvyyskuvien muodostuksessa sekä tarkkuuden vaihteluita yksittäisen syvyyskuvan sisällä. Työssä havaittiin laitteen tuottamien syvyyshavaintojen olevan melko tarkkoja 0,2–5 m etäisyyksillä kohteesta. Huomioitavaa kuitenkin on, että laitevalmistajan kehittämällä syvyys- ja värikamerahavaintojen yhdistämisprosessilla on suuri vaikutus käyttäjälle saatavissa olevan aineiston laatuun, mikä ilmenee yksityiskohtien pehmenemisenä ja epätodellisina syvyysarvoina kohteiden reunoilla. Koska järjestelmä on luotu lisätyn todellisuuden sovellusten tueksi, se ei tuota mittaussovellusten näkökulmasta optimaalista aineistoa. Havaituista puutteista huolimatta laitteella on potentiaalia myös mittauksiin, koska tuotettuun aineistoon tallentuu suuri määrä tietoa. Saman tiedon kerääminen tavanomaisin menetelmin voisi olla haastavaa, aikaa vievää tai kallista. Sopivilla prosessointi- ja suodatusmenetelmillä havaittuja ongelmia voidaan myös karsia. On myös mahdollista, että tulevaisuudessa laitteen käytettävyys mittauksiin paranee laitevalmistajan rajapintojen kehittyessä.Description
Supervisor
Vaaja, MattiThesis advisor
Kauhanen, HeikkiKeywords
Apple iPad Pro, LiDAR, time-of-flight, metrology, accuracy, precision