JP5480914B2 - 点群データ処理装置、点群データ処理方法、および点群データ処理プログラム - Google Patents
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Description
以下、点群データ処理装置の一例について、図面を参照して説明する。
図1は、点群データ処理装置のブロック図である。点群データ処理装置1は、測定対象物の点群データ2に基づいて、測定対象物の特徴を抽出し、当該特徴に基づく三次元形状を生成する。測定対象物の特徴は、主に立体を構成する三次元エッジと、平面および曲面(以下、単に面とする)内の模様を構成する二次元エッジで構成されている。三次元エッジは、位置および向きの異なる面同士の交線や各面の外縁であり、二次元エッジは、同一面内で色濃度が急峻に変化する線や点である。点群データ処理装置1が生成する三次元形状は、当該特徴に基づいた概略形状であり、三次元エッジと二次元エッジで構成される三次元ポリライン20である。
以下、演算部4において行われる面ラベリング処理、更に面ラベリング処理によってラベリングされた面に基づいて測定対象物の三次元形状を抽出する処理について詳細に説明する。図2は、演算部の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートを実行するプログラムは、CDROMなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体で提供することが可能である。
ステップS4で求めた局所曲率が高い部分の点を除去する。局所曲率は、注目点とその周辺点における法線ベクトルのバラツキを表しているので、面(平面および曲率の小さい曲面)ではその値が小さく、面以外ではその値は大きくなる。したがって、予め決めた閾値よりも局所曲率が大きければ、注目点が面上にないと判断する。すなわち、図9の局所曲率画像を二値化し、閾値よりも大きい部分の除去を行う。
ステップS4で求めた局所平面の算出に用いた各点と、当該局所平面との距離を計算し、これらの距離の平均が予め設定した閾値よりも大きい場合には、注目点が面上にないと判断する。図10は、局所平面の算出に用いた点と局所平面との距離を示す図である。局所平面Lは、面上の点Aを指定することで決定する。点Aは、局所平面の算出に用いた点P1〜P8の平均座標とする。
図11は、共平面性の判定方法を説明する説明図である。局所平面p1と局所平面p2の各法線ベクトルをn1,n2とし、面を決める点を結ぶベクトルをr12とする。このとき、法線ベクトルn1,n2と2局所平面間を結ぶr12の内積は、局所平面p1と局所平面p2が同一面上にあれば、それらは限りなく直交するためゼロに近くなる。この性質を利用し、各内積値の大きい方の値が予め決めた閾値よりも大きければ、注目点が面上にないと判断する(数3)。
この方法では、隣接する2つの面を取り出し、それらを無限面と考え、2つの面の交線を三次元エッジとして抽出する。ステップS6の面ラベリングにおいて、各ラベルが平面であるか曲面であるかが判断されているため、三次元エッジは、平面と平面、または平面と曲面、または曲面と曲面の交線として求められる。
この方法では、各ラベル(面)の外側部分にある点を抽出し、それらを結んで三次元エッジとする。具体的には、比較的一般的な立方体の対象物を考えた場合、二次元画像上で面の外側部分の点を抽出し、隣接点同士を線で結び、注目点とその隣接点との線分が成す角が90°より大きいならば、注目点を除去して、隣接点同士を結んでいく。これを繰り返すことで、当該面を凸状に包む凸包線が形成される。
以下、第1の実施形態の優位性について説明する。第1の実施形態によれば、点群データ2の各点を面ごとに区分けし、面同士の交線および面を凸状に包む凸包線の少なくとも一つに基づき三次元エッジを抽出し、区分けされた面内から二次元エッジを抽出して、三次元エッジおよび二次元エッジを統合している。このように点群データ処理装置1は、様々な形状から成るエッジを直接抽出していないため、抽出したエッジにノイズが少なく、点群データ2から自動的に三次元エッジおよび二次元エッジを抽出することができる。また、面は、エッジよりも容易に抽出することができるため、短時間にエッジを抽出することができる。
以下、三次元レーザースキャナーを備えた点群データ処理装置について説明する。第1の実施形態と同様の構成については、同じ符号を用いて、その説明を省略する。
点群データ処理装置は、測定対象物に対して測距光(レーザー光)を回転照射し、レーザー光の飛行時間に基づいて自身の位置から測定対象物上の測定点までの距離を測距する。また、点群データ処理装置は、レーザー光の照射方向(水平角および高低角)を検出し、距離および照射方向に基づいて測定点の三次元座標を演算する。また、点群データ処理装置は、測定対象物を撮像した二次元画像(各測定点におけるRGB強度)を取得し、二次元画像と三次元座標とを結び付けた点群データを形成する。さらに、点群データ処理装置は、形成した点群データから三次元エッジと二次元エッジで構成される三次元ポリラインを形成する。
以下、第2の実施形態の優位性について説明する。第2の実施形態によれば、三次元レーザースキャナーによって二次元画像と三次元座標から成る点群データを取得することができる。また、二次元画像と三次元座標を結び付けた点群データを形成することができるため、立体を構成する三次元エッジを三次元座標に基づいて抽出し、面内の模様を構成する二次元エッジ(色濃度が急峻に変化する線や点)を二次元画像に基づいて抽出することができる。このようにすることで、二次元エッジと三次元エッジを同時に表示し、抽出やチェックが行えるようになる(図24)。
以下、画像計測装置を備えた点群データ処理装置について説明する。第1および第2の実施形態と同様の構成については、同じ符号を用いて、その説明を省略する。
点群データ処理装置は、異なる方向から重複した撮影領域で測定対象物を撮影し、重複画像内の特徴点を対応づけ、予め求めた撮影部の位置および姿勢と重複画像内における特徴点の位置とに基づいて、特徴点の三次元座標を演算する。また、点群データ処理装置は、重複画像における特徴点の視差、計測空間、および基準形態に基づいて、誤対応点を判定することで、点群データを形成する。点群データでは、二次元画像と三次元座標が結び付けられている。さらに、点群データ処理装置は、点群データから三次元エッジと二次元エッジで構成される三次元ポリラインを形成する。
以下、第3の実施形態の優位性について説明する。第3の実施形態によれば、画像計測装置によって二次元画像と三次元座標から成る点群データを取得することができる。
以下、三次元エッジの抽出方法の変形例、すなわちラベリングされた面に基づいて測定対象物の三次元形状を抽出する方法の他の例について説明する。第1〜第3の実施形態と同様の構成については、同じ符号を用いて、その説明を省略する。
以下、第4の実施形態の優位性について説明する。第4の実施形態によれば、三次元エッジの種類に応じて、精度良く三次元エッジを抽出することができる。
Claims (20)
- 測定対象物の点群データから非面領域の点を除去する非面除去部と、
前記非面除去部によって除去された点以外の点に対して、同一面上の点に同一ラベルを付与する面ラベリング部と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面同士の交線および面を凸状に包む凸包線の少なくとも一つに基づき三次元エッジを抽出する三次元エッジ抽出部と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面内から二次元エッジを抽出する二次元エッジ抽出部と、
前記三次元エッジと前記二次元エッジを統合するエッジ統合部と
を備えることを特徴とする点群データ処理装置。 - 前記点群データの各点を中心とする局所平面を求め、前記局所平面の法線を算出する法線算出部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の点群データ処理装置。
- 前記法線の3軸成分の標準偏差を求め、前記標準偏差の二乗和の平方根を得ることによって局所曲率を算出する局所曲率算出部をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の点群データ処理装置。
- 前記非面除去部は、前記局所曲率に基づいて、非面領域の点を除去することを特徴とする請求項3に記載の点群データ処理装置。
- 前記非面除去部は、前記局所平面のフィッティングの精度に基づいて、非面領域の点を除去することを特徴とする請求項2に記載の点群データ処理装置。
- 前記非面除去部は、注目点と隣接点における共平面性に基づいて、非面領域の点を除去することを特徴とする請求項2に記載の点群データ処理装置。
- 前記面ラベリング部は、注目点と隣接点における前記法線の角度差に基づいて、同一面上の点に同一ラベルを付与することを特徴とする請求項2に記載の点群データ処理装置。
- 前記面ラベリング部によって区分けされた面の面積に基づいて、ノイズを除去するノイズ除去部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の点群データ処理装置。
- 前記面ラベリング部によってラベルが付与されていない点に対して、最近傍面のラベルを付与し、前記ラベルを拡張するラベル拡張部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の点群データ処理装置。
- 前記点群データは、各点の三次元座標と二次元画像を結び付けたデータであることを特徴とする請求項1に記載の点群データ処理装置。
- 前記二次元エッジ抽出部は、前記面ラベリング部によって区分けされた面に対応する前記二次元画像の領域内から二次元エッジを抽出することを特徴とする請求項10に記載の点群データ処理装置。
- 前記二次元エッジ抽出部は、前記面ラベリング部によって区分けされた面に対応する前記二次元画像の領域内から二次元エッジを抽出し、前記二次元エッジの近傍にある三次元エッジの三次元位置に基づいて前記二次元エッジを判定することを特徴とする請求項10に記載の点群データ処理装置。
- 測定対象物に対して測距光を回転照射する回転照射部と、
前記測距光の飛行時間に基づいて自身の位置から測定対象物上の測定点までの距離を測距する測距部と、
前記測距光の照射方向を検出する照射方向検出部と、
前記距離および前記照射方向に基づいて、前記測定点の三次元座標を演算する三次元座標演算部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の点群データ処理装置。 - 前記点群データの点間距離が一定でない場合に、等間隔のグリッドを形成し、前記グリッドの交点に最も近い点を登録するグリッド形成部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の点群データ処理装置。
- 前記測定対象物を撮像して、二次元画像を取得する撮像部と、
前記測定点の三次元座標と前記二次元画像を結び付けた点群データを形成するリンク形成部と、をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載の点群データ処理装置。 - 異なる方向から重複した撮影領域で測定対象物を撮影する撮影部と、
前記撮影部によって得られた重複画像内の特徴点を対応づける特徴点対応付部と、
前記撮影部の位置および姿勢を測定する撮影位置姿勢測定部と、
前記撮影部の位置および姿勢と前記重複画像内における特徴点の位置とに基づいて特徴点の三次元座標を演算する三次元座標演算部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の点群データ処理装置。 - 測定対象物の点群データから非面領域の点を除去する非面除去手順と、
前記非面除去部によって除去された点以外の点に対して、同一面上の点に同一ラベルを付与する面ラベリング手順と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面同士の交線および面を凸状に包む凸包線の少なくとも一つに基づき三次元エッジを抽出する三次元エッジ抽出手順と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面内から二次元エッジを抽出する二次元エッジ抽出手順と、
前記三次元エッジと前記二次元エッジを統合するエッジ統合手順と
をコンピュータに実行させるための点群データ処理プログラム。 - 測定対象物の点群データから非面領域の点を除去する非面除去手順と、
前記非面除去部によって除去された点以外の点に対して、同一面上の点に同一ラベルを付与する面ラベリング手順と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面同士の交線および面を凸状に包む凸包線の少なくとも一つに基づき三次元エッジを抽出する三次元エッジ抽出手順と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面内から二次元エッジを抽出する二次元エッジ抽出手順と、
前記三次元エッジと前記二次元エッジを統合するエッジ統合手順と
を備えることを特徴とする点群データ処理方法。 - 測定対象物の点群データから非面領域の点を除去する非面除去部と、
前記非面除去部によって除去された点以外の点に対して、同一面上の点に同一ラベルを付与する面ラベリング部と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面同士の交線および面を凸状に包む凸包線の少なくとも一つを三次元エッジとして抽出する三次元エッジ抽出部と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面内から二次元エッジを抽出する二次元エッジ抽出部と、
前記三次元エッジと前記二次元エッジを統合するエッジ統合部と
を備えることを特徴とする点群データ処理装置。 - 測定対象物の点群データから非面領域の点を除去する非面除去部と、
前記非面除去部によって除去された点以外の点に対して、同一面上の点に同一ラベルを付与する面ラベリング部と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面同士の交線および面を凸状に包む凸包線の少なくとも一つに基づき前記測定対象物の三次元輪郭を抽出する三次元輪郭抽出部と、
前記面ラベリング部によって区分けされた面内から二次元輪郭を抽出する二次元輪郭抽出部と、
前記三次元輪郭と前記二次元輪郭を統合する輪郭統合部と
を備えることを特徴とする点群データ処理装置。
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