PCB Blogu - ZYNQ tabanlı 3D modelleme analizi

İçeri 3D Yeniden Yapılandırma, İki ana metodu var: görüntü ve laser radar.. Görüntü teknolojisİçeriin uzaktan ölçüm metodu üçgenişleştirmeye dayalıdır.. Maksimum menzil 5-8 m., Büyük uzay için uygun, ve bu metodu ışık tarafından. Farklı, lidar daha geniş bir alanda kullanılabilir. in 3D Yeniden Yapılandırma

1. 2 Uygulama alanı

Üç boyutlu modelleme uygulaması gerçek zamanlı engellerin kaçınması ve yol planlaması gibi genişliyor. Aynı zamanda, makine görüntüsü, 3D yazdırma ve diğer teknolojiler ile birleştirilebilir. Bu da kültürel dinlerin yeniden üretilmesi ve yeniden in şa etmesi için çok anlamlı bir uygulama. ZYNQ tasarlanmış laser radar 3D modelleme sistemi bu sefer hedef çevresine derin girebilir, nokta bulutlarını toplayabilir, 3D uzay modellerini yeniden inşa edebilirler, ölçümler ve diğer makine görüntü uygulamaları.

1. 3 Ana teknik özellikleri

Öncelikle, sistem pcl nokta bulut veritabanında icp algoritmini kullanır. Bu, lidar tarafından geri döndüğü verileri birçok kez doğru kayıt sağlamak için birkaç kez tekrar edebilir.

İkinci olarak, sistemin Laser radar PCB tören tekerleklerinin, trolley gyroscope ve motor kodlayıcıyla gerçek zamanda trolley'in pozisyonu ve hızlı bilgilerini, ve koordinat sistemi değişimlerinden laser radar ının gerçek zamanlı doğru pozisyonunu alır..

Bu tasarım, 1~5 m uzakta ve daha az kör bölgeleri ile iç nesneler için gerçek zamanlı 3D yeniden yapılandırma yapabilir ve ışık tarafından kolayca etkilenmez. Lider uzaktan kontrol edilen bir araba üzerinde yüklüyor ve insanlara ulaşamayan çevreyi araştırmak için kullanılabilir.

1. 4 Anahtar performans göstericisi

1.5 Ana yenileme noktaları

(1) Trolley mobil uygulamaları üzerinden uzaktan kontrol edilebilir;

(2) Algoritim PCL nokta bulut kütüphanesine dayanan;

(3) Icp algoritmi ile gerçek zamanlı veri kayıtları başarılabilir;

(4) HLS ile icp algoritmini hızlandırmak için pynq PL modülünü kullanın.

Bölüm II Sistem Birleştirme ve Funksiyon Açıklama

2. 1 Toplam giriş

Sistem lazer radardan oluşturulmuş, STM32 tabanlı mısır tekerlekli trolley ve Xilinx PYNQ-Z2. Laser radar toplanmış nokta bulut verilerini İnternet limanından PYNQ-Z2'e gönderir ve McLun trolley motor kodlayıcı, giroskop ve Bluetooth modülü ile ekipmektedir. Cep telefonu Bluetooth program ı tarafından yönetme ve hareket kontrol edilebilir. Hareket sırasında, değiştirme ve davranış bilgileri STM32 mikrokontrolöre gönderilir ve bu bilgiler UART protokolü STM32 üzerinden PYNQ-Z2'e gönderilir. ZYNQ, taşınma ve davranış bilgilerine göre lazer radar ın değiştirme ve davranışlarını hesaplıyor. ZYNQ, davranışların ve pozisyon bilgilerinin doğurmasına göre ICP algoritmi ile nokta bulut verisini bölüyor ve sonra verileri ağ limanından yayınlıyor.

Bu tasarımda, mobil tarama yapmak için lazer radarla ekipmiş küçük bir araba kullanırız ve yeniden inşa etmek için sol, sağ ve üst bilgileri toplarız.

2. 2 Her modüle giriş

2.2.1 R-Fans-16 lidar

Bu sistemde R-Fans-16 navigasyon radar ı lidar alınması için kullanılır. Bu, 16 satır 360° taramasından 3D keşfedilmesini anlıyor. Yüksek değerli laser ekyo sinyal ölçüm teknolojisine dayanan R-Fans-16, uzun ölçüm menzili (200m kadar değerlendirme yeteneğini), yüksek ölçüm doğruluğu (2cm'den daha iyisini alan), doğru echo intensitesini (hedef etkilendirilmiş ekyo intensitesini 8 bite kadar yüksek ölçü menzili) ve çukur yönünde açık kapatması ve küçük çözümü düşünüyor. Lider çalıştığında, ağı limanından gerçek zamanlı bulut verileri PYNQ-Z2'e gönderilir.

2.2.2 STM32 tabanlı tekerlik trolü

Mısır tekerlekli trolley, STM32 tek çip mikrobilgisayarla hazırlanmış. Bu deneyde trolley üzerindeki gyroskop, koder ve Bluetooth kullanılır. Trolley'deki giroskop ve motor kodlayıcı verileri SPI protokolü üzerinden STM32'ye tek çip mikrobilgisayara gönderir. Tek çip mikrobilgisayarı trolley ve lastik hızının davranışını hesaplar ve sonra UART protokolünü gerçek zamanda, veri döngüsünü ZYNQ'e 115200 baud hızında göndermek için kullanır. Arabanın hareketi ve yönetimi Bluetooth tarafından uzakta kontrol edilir.

2.2.3 Koordinat sistemi dönüşü

R-Fans-16 navigasyon radar ı bu tasarımda kullanılır. Kolektiği veriler kendi koordinat sistemine dayanılır. Üç boyutlu yeniden yapılandırma temeli lazer radar koordinat sistemindeki verileri geodetik kesinlikle koordinat sistemine dönüştürmek, yani sferik koordinat sistemi doğru köşe koordinat sistemine dönüştürmek.

Sferik koordinat sistemi, küfrek koordinatları kullanan bir tür sistemdir (r, μ¼¥Ï±134ï¼±137ï¼; Üç boyutlu uzayda P noktasının pozisyonunu temsil eden üçboyutlu bir koordinat sistemi. Şekil 2.2.1'de gösterilen gibi, orijinal ve nokta P arasındaki "radial distance" r ve "polar angle" Ölümden P ve pozitif z aksi arasındaki çizgi arasındaki "azimuth" eşittir ve x aksi eşittir.

Sferik koordinat sistemi ve dörtgenç koordinat sistemi arasındaki formül böyle dönüştürüler:

Bu tasarımda, arabanın başlangıcında koordinatlar tam koordinat sisteminin koordinat origin olarak alınır. Sonra, lidar veri döngüsü sırasında, lidar ile koordinat kaynağı olarak ayarlanan bir altı koordinat sistemi ve ilk tamamen koordinat sistemi altında lidar'ın değiştirme defleksi kaydedildi.

Üç koordinat aksinin yöntemleri laser radar koordinat sisteminin uyumlu. Motorun koderinin yardımıyla, lazer radar ın yatay uçağının hareket hızı ve yönünü ölçülebilir ve lazer radar koordinat sistemi ve tamamen koordinat arasındaki çeviri tanınabilir; Laser radar ın davranışı çiroskop aracılığıyla, laser radar koordinat sistemi ve kesin koordinat sistemi arasındaki rotasyonu bilmek için çiroskop aracılığıyla ölçülebilir. Yukarıda ölçülen iki değerin yardımıyla ve sferik koordinat sistemi ve düzgünlü koordinat sistemi arasındaki dönüştürme formülü, laser radar koordinat sisteminin noktaları geodetik kesin koordinat sistemine haritalanabilir.

2.2.4 Nokta bulut kayıtları (ICP algoritmi)

ICP algoritmi kayıtları geometrik özellikleriyle iki farklı koordinat sistemlerinin altında nokta setleri ile eşleşmektir. Sağlam vücut değiştirme matrisini ve hedef noktası ve referans noktası arasındaki çevirim matrisini çözmek ve iki noktayı mümkün olduğunca tesadüf etmek için sağlam vücut değiştirme matrisini kullanmak gerekir. Hedef noktaları için P ve referans noktaları Q ayarlaması için dönüştürme formülü:

Yukarıdaki denklem her zaman doğru değil, bu yüzden objektif fonksiyonu azaltmalıyız.

R ve T'yi çözmek için ortak yöntemler SVD ve lineer optimizasyondır. SVD metodu bu tasarımda kullanılır.

ICP algoritmi sorunu genelde en azından kare optimal çözüm sorunu dönüştürüler ve tüm sorun iki parçaya bölüştürüler. İlk bölüm ikinci bölümün temel ve giriş. İlk bölümü zor kayıt veya küresel kayıt denir. Zor kayıtlar, nokta ayarları arasındaki yaklaşık tesadüf sonuçlarını, pozisyonu hesaplamak ve iki nokta ayarları arasında yerleştirmek, sonraki doğru kayıt için uygun başlangıç değeri sağlamak için. İkinci bölüme tam olarak kayıt veya yerel kayıt denir. Birbirimize yeterince yakın olan iki nokta takımı için son kayıt sonuçlarına ulaşmak için tekrar uygulama stratejisi kullanılır.

III Bölümü Tamamlama ve Performans Parametreleri

3. 1 General

Bu sistem, lazer radar ın alınması noktalarını tamamladı, giroskop ve kodlayıcının davranış bilgilerini alıyor. ZYNQ tarafından kullanılan PS-PL tasarımı, PYNQ-Z2 geliştirme tahtasının kontrol çipi, sistem tasarımın uygun ve uygun olabileceğini büyük bir şekilde geliştirir ve sistem tasarımın zorluklarını azaltır. PS-PL usta köle tasarımı sistem tasarımın basitliğini sistemin çalışma hızını ve işleme kapasitesini geliştirirken tutuyor. PL IP çekirdeğinin tasarımı algoritmin hesaplamasını çok hızlandırır. Bu tasarımın parçasını parçalayan nokta bulut PL sonunda IP çekirdeği tarafından hızlandırılır. Bu, parçalanma etkisini geliştirir ve gerçek zamanlı 3D yeniden yapılmasının fonksiyonunu başarıyla fark ediyor.

3. 2 Tamamlama

İç koridorda masalar ve ateş söndürücüsü yerleştirdik. Her iki tarafta duvarlar ve pencereler vardır.

Her 200 çerçeve bir veri grup olarak toplanır ve pcd dosyasında kaydedilir. Her veri grupından üretilen orijinal görüntüler 3.2.2. Şekilde gösterilir. Resimin sağ tarafı tabloyun yerleştirildiği taraftır. Masanın üst ve masa ayaklarının detayları görülebilir. Sol tarafın aşağıdaki tarafı ateş söndürücüdür.

Icp kayıtları koridordan geçen arabanın tamamen üç boyutlu modeli almak için her iki yakın nokta bulutları için gerçekleştirilir.

Resimin sağ tarafındaki diskretli küçük nokta bulutu koridordaki pencereden dışarıya dönüp geri dönen lazer. Eğer koridorun her iki tarafı duvarsa, tam 3D modeli geri dönebilir.

3. 3 Performans parametreleri

Uzun mesafe, çözümleme düşük olduğunda. Etkileşimli tanıma alanının içindeki nesne genişliğinin ve derinliğinin ölçüleme hatası ekipmanın stabiliyetine bağlı (burada lazer radar ın çöplük derecesine bağlı). Geçeğin ölçüm hatası 2 cm içindedir, içerikli nesnenin ölçüm hatası 6 cm ve içerikli açının hatası 4 °. Trolley kendisi ölçüde biraz sarılacak. Sonuç belli hatası var.