[論文レビュー] LiDAR point clouds correction acquired from a moving car based on CAN-bus data

Pierre Merriaux, Yohan Dupuis+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2017

Robotics and Sensor-Based Localization参考文献 7被引用数 16

ひとこと要約

本論文では、自動車の移動中に生じるLiDAR点群の歪みを補正する手法を提案する。運動推定にCANバスデータのみを用いることで、IMUや追加センサに依存せずに、正確な3次元地図再構築を実現する。車両の運動を2.5次元の並進と回転としてモデル化することで、重複物体などのスキャンアーチファクトを低減し、定量的評価ではオクソトリー表現における占有空間が1.5%削減され、地図のcompactnessが向上した。

ABSTRACT

In this paper, we investigate the impact of different kind of car trajectories on LiDAR scans. In fact, LiDAR scanning speeds are considerably slower than car speeds introducing distortions. We propose a method to overcome this issue as well as new metrics based on CAN bus data. Our results suggest that the vehicle trajectory should be taken into account when building 3D large-scale maps from a LiDAR mounted on a moving vehicle.

研究の動機と目的

• 車両の走行中にLiDARスキャンが3次元点群に及ぼす幾何的歪みの原因を調査すること。
• IMUや追加センサに依存せず、CANバスデータのみを用いて運動推定を行うスキャン補正手法を開発すること。
• スキャン歪みが大規模3次元地図の品質およびSLAM性能に与える影響を評価すること。
• 補正後の地図のcompactnessと点対点一致精度の向上を定量化すること。

提案手法

• 走行中の車両運動を、速度、加速度、ヨー速度を含むCANバスデータを用いて推定する。
• LiDARの軌道をスキャン期間 $T_s$ の間の2.5次元運動（並進と回転）としてモデル化する。
• 各レーザービームが発射された瞬間のLiDARポーズを補間し、ビームの位置を補正する。
• 補間されたポーズに基づき、各点に対して幾何的補正を適用し、車両の運動に起因する歪みを最小限に抑える。
• 0.1mのセルを有するオクソトリーデータ構造を用い、占有空間を測定し、地図のcompactnessを評価する。
• 実世界のスキャンを用いて、ICP一致距離とオクソトリーの占有数を用いて補正性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実際の走行状況において、線形運動と回転運動がLiDARスキャン歪みにどのように影響を与えるか？
• RQ2 CANバスデータのみで、LiDARスキャン歪みの補正に十分な運動情報が得られるか？
• RQ3 スキャン補正が、生のLiDARスキャンから構築された大規模3次元地図のcompactnessと品質に与える影響は？
• RQ4 補正後にICP一致性能と地図の忠実度が、定量的にどの程度向上するか？

主な発見

• 10 m/s（36 km/h）の線形運動では、スキャン開始時と終了時で1.38mのずれが生じ、顕著な幾何的歪みを引き起こした。
• 25°/sの回転運動では、50mの距離で2.19mのギャップが生じ、フェンスなどの特徴が重複して表示された。
• 線形運動の場合、占有された0.1m×0.1mのオクソトリーセルの数は、生の状態で1,918,170から補正後で1,894,744に減少し、地図のcompactnessが向上した。
• 回転運動の場合、占有セル数は生の状態で654,488から補正後で639,094に減少し、補正後に冗長性が低減していることが確認された。
• ICP一致スコアにほとんど差が見られなかったが、生のスキャンではフェンスや木々など、目に明確に重複しぼやけた特徴が観察された。一方、補正済みスキャンでは、明確で整合性のある構造が得られた。
• 補正済みスキャンから再構築された3次元地図は、視覚的に優れた品質を示し、408m×275m×50mの範囲であっても、直線が正確に描かれており、杭や木々が適切に整列していた。