모바일 LiDAR 스캔 준비과정 및 SLAM 테스트 결과

이 글은 모바일(mobile.이동식) LiDAR(Laser Detection And Ranging. 라이다) 스캔(scan)을위한 준비 과정과 SLAM(Simultaneous localization and mapping) 테스트 결과를 나눔한다. 참고로, 테스트에 사용된 SLAM 알고리즘 설명은 다음 링크를 참고한다.

• 벨로다인 LiDAR 센서로 SLAM 만들기

SLAM 개발 및 실행 환경은 NVIDIA TX2, 우분투 18.04, ROS melodic 이다. 다음은 모바일 스캔 및 실시간 SLAM 테스트 결과이다. 건물들을 스캔한 포인트 클라우드(point cloud. 점군)이 실시간으로 정합된 것을 확인할 수 있다.

SLAM 과정 영상

SLAM 결과

모바일 스캔 Backpack 만들기

이동하며 스캔을 하기 위해서는 사람이 장비를 가지고 다녀야 하므로, 장비를 넣을 방법이 필요하다. 그래서, 간단히 백팩(Backpack)을 이용해 보기로 한다. 테스트를 위해서는 사용한 LiDAR, NVIDIA TX2 등 보드에 LIPO 배터리를 연결해야 한다. 연결잭은 기성품이 없으므로 직접 절단해 납땜하여 다음과 같이 만든다. 

각 장치에 배터리를 연결한 모습은 다음과 같다. 참고로 TX2 에 붙은 개발보드는 모든 테스트 완료 후 제거하고 캐리어 보드를 부착할 계획이다.

이동을 위해 다음과 같이 백팩을 준비하고, 장비를 넣는다.

다음은 간단히 만든 전체 라이다 스캔 및 SLAM 장비 모습이다.

완성된 모바일 스캔 백팩

현장 테스트
이제 필드로 나가서 테스트한다. 스캔 지역은 지도에서 다음과 같다.

스캔에 사용할 LiDAR 센서와 SLAM 진행 결과 확인용 모니터를 준비한다.

슬램 데이터 기록을 위해 rosbag 명령을 실행해 토픽을 실시간으로 저장하도록 한다. 나머지 실행에 필요한 패키지들은 그 전에 모두 실행해 놓는다. 

참고로, bag 파일이 아닌 .active 로 저장되어 있으면 ros bag파일을 reindex후 fix하면 된다.
rosbag reindex *.bag.active
rosbag fix *.bag.active repaired.bag

현장에서 다음 그림과 같이 이동하면서 스캔 및 슬램을 진행한다.

다음은 회사 본관 2동을 중심으로 전체를 걸어 이동하며 SLAM한 결과이다.

테스트 결과

저장된 ROS bag 파일을 재생해 보며, SLAM 결과를 분석해 보았다.

1. 스캔 데이터의 특징점이 될만한 건물 벽, 모서리, 바닥이 있는 넓은 지역에서는 실시간으로 잘 처리된다. 
2. 파티션 칸막이가 많아 전체 바닥이 잘 안보이는 실내에서는 SLAM이 쉽지 않다. 이는 스캔 데이터에서 안정적인 특징점을 획득을 고려하지 못한 알고리즘의 원인인 듯 하다. 이는 IMU장치를 이용해도 마찬가지이다. 실내에서 길게 이동하며 스캔할 때 오차가 발생하는 경우가 많은 데, 이는 현재 판매되고 있는 상용 SLAM에서 발생하는 문제와 비슷하다. 이 경우에는 알고리즘 개선이 필요하다.
3. 유리, 반사 재질 대리석, 화이트 보드 등에서는 노이즈가 만들어진다. 노이즈는 SLAM에 안좋은 영향을 준다.
4. 실외에서는 큰 문제가 없이 진행되나, 점군이 대용량이라 기록파일이 메모리 용량을 넘치는 경우가 발생하였다. 보통 10-20분 이동시 SLAM bag 파일은 거의 1GB를 넘어간다. 이 상황에서 RVIZ의 포인트 클라우드를 관찰하는 것은 쉽지 않다.
5. 사용한 LiDAR 자체가 무겁다. 가능한 안정적으로 이동해야 했기 때문에 팔을 90도 각도로 하고, 라이다를 든 상태로 10-20분 이동, 이를 6회 시험하였다. 팔은 이때 벨로다인 센서(VLP-16) 830g + 모니터 무게 = 1 kg을 캔틸래버 구조로 지지하고 있으므로, 관절에 무리가 간다. 20분 정도 고정자세로 들고 있으면 팔이 떨어져 나갈 것 같았다.

캔틸레버 구조

백팩에 센서를 부착하거나, 카트 같은 이동식 LiDAR 센서 지지대, 로버(rover) 등이 있다면 좋을 듯 하다. 다음 테스트에서는 로버에 부착한 형태로 테스트할 계획이다. 아울러, NVIDIA NANO에서도 잘 수행되는 지 확인해 보려 한다.


참고사항
스캔 점군을 ROS bag에 저장하고, 다시 재생하는 방법은 다음 영상을 참고하기를 바란다.

추신 - 이번 추석은 길다. 연휴에 가족과 좀 더 많은 시간을 보낼 수 있어 좋다. 하지만, 추석이 지나면 어김없이 찾아오는 참여 과제들 연구 증빙, 행정과 여러번에 걸친 연말 평가도 함께 떠오른다. 연초 과제 협약하느라 시간 보내고, 내 과제와 소환된 참여 과제들 회의, 협의하고, 정량지표 논문, 특허, 홍보 건수 작업하다 보면 정말 빨리 해도 실제 연구할 시간은 1년에 몇 개월도 안되는 듯 하다(연구비에 비례하는 평가용 정량지표. 대형 연구단일수록 제사 떡에 관심 많고 실제 기술은 개발하기 더 어려워짐. 누수 많음. 펀드 많다고 좋은게 아니다). 국가 연구 행정 효율화한다고 하나 상황은 더 나빠지는 듯.. 아쉬운 사람만 우물파는 형국. 어쩔 수 없이 틈틈히 시간만들어 해 보는 수 밖에 없다.

갑질없는 공평 사회 시급하다(일하지 않으면 먹지도 말아야)