【应用】Xsens MTi 600惯性运动传感器助力Kaarta 3D手持式扫描仪实现高速捕捉准确的3D地图数据
早在16世纪，人类就开始使用传统的测绘仪器——安装在三脚架上的经纬仪。时至今日，测绘员仍在使用经纬仪对室内外的地形进行测绘，因为专业测绘员需要通过该仪器捕获到准确的制图数据。
在3D制图领域，数字技术有望让3D地图（如建筑、道路、森林等空间）的构建变得更加快速、便捷和灵活，而美国公司Kaarta正是这场数字技术革命的杰出代表。
作为捕捉狭窄复杂空间的理想之选，Kaarta Contour 3D手持式扫描仪基于一套复杂的传感器组合，包括激光雷达（光检测和测距）、高清彩色摄像头、跟踪摄像头以及XSENS MTi 600惯性运动传感器系列。Contour的核心在于Kaarta专有的数据处理软件Kaarta Engine，其制图和定位算法可将离散的传感器输入转化为高精度且可靠的3D地图，这一算法目前正在申请专利。
Kaarta Contour 3D手持式扫描仪
得益于这一复杂的移动技术，用户可以在诸如办公场所、施工项目等空间里快速捕捉到详细、准确的3D扫描数据，相较于传统的固定式扫描设备，也更节省时间。扫描操作非常简单，你只需要在扫描仪的指引下走动，捕捉所处空间的各个角度，无需任何特殊的测绘技能。
Kaarta另一款3D地图绘制工具Stencil也以Kaarta Engine为软件核心，其同样搭载了Xsens MTi-600系列模块。Stencil测距更广，密度更高，适合安装在车辆、无人机或机器人上。与Contour相比，它能够生成更详细、更准确的3D地图，可用于捕捉一系列不同的环境，如道路、大型建筑工地、 矿山、森林、考古遗址等空间。
Kaarta Stencil 3D扫描系统
解决SLAM问题的“良方”
设计一款好的手持式扫描仪的关键在于解决同步定位与建图（SLAM）的难题。简单来说，扫描仪需要了解环境周围的信息（即建图），同时知道这些信息与该环境的相对位置（即定位）。
Kaarta Engine通过将高度复杂的算法应用于激光雷达扫描仪、摄像机和MTi-630航姿参考系统（AHRS）的多个同步输入，成功解决了这一难点。Xsens的MTi-630是一种惯性测量单元，可追踪物体的3D加速度、转速和位置，并提供关于翻滚、俯仰角和航向（相对于正北方向）的完全校准的传感器数据输出。
Kaarta Engine实时处理的输入和输出
操作员可采用Kaarta系统从未知位置开始扫描。从起点开始，仪器将追踪自身的运动，以在空间中准确定位所有被扫描的物体。它能够实现准确定位是因为其漂移（即随时间推移而累积的定位误差）比市场上其他数字3D扫描仪都要小一个数量级，这得益于MTi-630传感器本身的低漂移。通过将MTi-630的准确输入与视觉里程计和激光雷达传感器融合，Kaarta可以在一般空间内实现±10 mm的精度。
现代三脚架固定式激光扫描仪所捕捉的每个扫描位置，其精度往往难以达到±5mm。常规扫描仪不具速度优势，且要求大量的技术知识，即使经验丰富的操作员也容易犯错。
Contour 3D扫描仪的图形用户界面
相比之下，Kaarta 3D扫描仪具有以下优势：
· 快速：无需繁琐的设备设置，正常速度步行或开车通过即可对办公室、仓库、房屋等空间进行详细、准确的扫描。
· 灵活多用：Kaarta的输出包括标准.ply和.las文件格式的点云数据注册、姿态（方向）数据和ROS主题。这些输出应用广泛：从流行设计到可视化工具（包括Autodesk Suite），再到复杂的机器人应用程序。
· 覆盖方位广：出众的移动性使用户可以自由在空间中走动，以获取环境中物体的完整尺寸。
实际上，Kaarta带来的3D扫描快速便捷，让用户能够探索许多新的应用，打破以往因为低速繁琐工作流和高昂成本所导致的种种限制。这些应用案例包括健康和安全现场勘测、火灾风险评估、施工项目监控以及VIP保护小组的事前现场勘测。
田纳西州纳什维尔日产体育场外部环境的3D点云渲染图
施工现场进度监控的3D点云渲染图
硬件和软件天衣无缝的配合
Kaarta开发的手持式扫描仪运作快速便捷，其精度也比传统激光扫描设备更胜一筹，这些成就要归功于强大硬件与Kaarta Engine专门算法的相互协作。
Kaarta的首席执行官Kevin Dowling表示：“我们对产品中惯性测量单元的运行要求非常严格。从传感器开始，我们的系统依赖于减小信号链中每个阶段的漂移。同时，我们致力于让移动手持式扫描仪成为适用多种捕捉用途和满足不同用户需求的工具。这意味着我们要把定价设置在客户可接受的范围内。”
“Xsens MTi-600系列模块非常符合我们的预算和期待——我们通过对比发现，它在准确性、稳定性、漂移和输出数据速率方面是同级里难以匹敌的，而且比其他能满足我们性能要求的IMU更具价格竞争力。”
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可定制温度范围-230℃~1150℃、精度可达±0.1°C；支持NTC传感器、PTC传感器、数字式温度传感器、热电堆温度传感器的额定量程和输出/外形尺寸/工作温度范围等参数定制。
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