JP6180999B2 - たわみ推定装置、及びプログラム - Google Patents
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また、幾何モデル当てはめ部は、以下の第1及び第2を複数回行う。
第1に、幾何モデル当てはめ部は、前記複数の部分領域の各々に対し、前記範囲内に位置し、物体の表面上の位置を計測した計測結果である複数の位置を表す3次元点群のうち、前記部分領域に対応する3次元点群から選択された複数の3次元点に基づいて、前記部分領域にたわみがないと仮定した場合の前記部分領域の形状を規定する部分領域モデルの第1のモデルパラメータの候補を繰り返し推定し、繰り返し推定された前記第1のモデルパラメータの候補の各々についての、前記第1のモデルパラメータの候補により形状が表される柱状構造物の表面に前記3次元点群が存在する度合いに基づいて評価する第1の値と、前記第1のモデルパラメータの候補と、前記柱状構造物の全体領域の3次元点群に対して、柱状構造物の中心軸を凸関数で表現した大域的モデルの第2のモデルパラメータとの整合性を評価する第2の値とに基づいて、前記第1のモデルパラメータの候補から、前記部分領域の第1のモデルパラメータを推定する。
第2に、幾何モデル当てはめ部は、前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータに基づいて、前記第2のモデルパラメータを推定し、前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータの各々についての、前記第1の値と、前記第1のモデルパラメータと、推定された第2のモデルパラメータとの整合性を評価する前記第2の値とに基づいて、前記第2のモデルパラメータを評価する評価値を計算する。
また、幾何モデル当てはめ部は、以下の第1及び第2を複数回行う。
第1に、幾何モデル当てはめ部は、前記複数の部分領域の各々に対し、前記範囲内に位置し、物体の表面上の位置を計測した計測結果である複数の位置を表す3次元点群のうち、前記部分領域に対応する3次元点群から選択された複数の3次元点に基づいて、前記部分領域にたわみがないと仮定した場合の前記部分領域の形状を規定する部分領域モデルの第1のモデルパラメータの候補を繰り返し推定し、繰り返し推定された前記第1のモデルパラメータの候補の各々についての、前記第1のモデルパラメータの候補により形状が表される柱状構造物の表面に前記3次元点群が存在する度合いに基づいて評価する第1の値と、前記第1のモデルパラメータの候補と、前記柱状構造物の全体領域の3次元点群に対して、柱状構造物の中心軸を凸関数で表現した大域的モデルの第2のモデルパラメータとの整合性を評価する第2の値とに基づいて、前記第1のモデルパラメータの候補から、前記部分領域の第1のモデルパラメータを推定する。
第2に、幾何モデル当てはめ部は、前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータに基づいて、前記第2のモデルパラメータを推定し、前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータの各々についての、前記第1の値と、前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータにより表わされる柱状構造物の全体形状が、凸関数で近似される形状であるかどうかの整合性を評価する第3の値とに基づいて、前記第2のモデルパラメータを評価する評価値を計算する。
[発明の概要]
(第1の概要)
本発明では柱状構造物のたわみに関する事前知識を導入することにより、計測ノイズに頑健に形状情報を取り出す。以下の実施形態では柱状構造物を電柱として説明するが、それ以外の柱状構造物でもよい。
しかしながら、レーザー等の計測機器での測定では、柱状構造物の下端部ほど計測密度が高くなり上端部ほど計測密度が小さくなりやすく、また看板やケーブルなどの隣接物がオクルージョンとなり、計測表面積も場所により異なる。単純にパラメータの数を増やすと、被計測表面積が大きい部分に過度に影響を受けて曲線モデルが当てはまる可能性がある。つまり、被計測表面積が不均一性により、曲線モデルパラメータの推定精度が低下するという新たな課題がある。
MMSで計測した場合,図1に示すようにある特定の方向から計測した表面の点群が多く取得されやすい。それが原因となり、部分領域モデルの中心位置の精度が低くなりやすい。特に、柱状構造物の長さが短い場合には、大域的なモデルの大きさも短くなるため、曲線モデルのパラメータ推定精度が低下する可能性がある。
第1の実施形態〜第3の実施形態により、被計測領域の表面積の不均一性にも頑健にたわみ量を推定することが可能である。しかしながら、図15に示すように、柱状構造物の柱に沿うようにつけられた電力線や配管や看板等の付属品が多い位置においては、繰り返し処理の初期の段階での部分領域モデルのパラメータ推定精度が低下しやすい。初期の段階で推定精度が低い部分領域モデルの数が多いと、大域的なモデルの推定精度も低下する可能性がある。そのため、推定精度を低下させるアウトライアを、たわみ量を推定する事前に除去することが望ましい。
本発明は、電柱や信号などの柱状構造物をレーザースキャナで計測し、得られた3次元点群を用いてその柱状構造物のたわみ量を推定する技術である。
(たわみ推定装置全体の説明)
図5は、本発明の第1の実施形態による柱状構造物のたわみ推定装置100の構成を示すブロック図である。たわみ推定装置100は、CPU(Central Processing Unit)、RAM、2次記憶装置、プログラムを記憶するROMを備えたコンピュータで構成される。たわみ推定装置100には、被写体計測部101、入力部102、及び出力部107が接続されている。
(たわみ推定処理部105の動作説明)
まず、本実施形態のたわみ推定装置100によるたわみ推定処理部105全体の処理を、図6を参照して説明する。
ステップB_6において、大域的モデル推定部121は、評価関数Eの値を算出する。まず、ステップS3−2(図7参照)で推定した各部分領域のたわみ無し円筒モデルの最も高いスコア値に対応するモデルパラメータにおける中心位置が、上記凸関数として推定した柱状構造物Iの中心軸上に存在するかどうか判定する。
最後に、構造物安全性判定部106について説明する。構造物安全性判定部106は、たわみ推定処理部から出力された柱状構造物パラメータを用いて、各柱状構造物について安全か不安全な状態であるかの判定を行う。
出力部107は、警告信号を構造物安全性判定部106から取得した場合には、不安全と判定された柱状構造物の座標情報、たわみ量をリスト化したものを、表示したり印刷したりする。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。第2の実施形態のたわみ推定装置100の構成は第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、第2の実施形態の作用を説明する。第2の実施形態の作用は、第1の実施形態の作用と同様の部分があるので、主として異なる部分のみ説明する。
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。第3の実施形態のたわみ推定装置100の構成は第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、第3の実施形態の作用を説明する。第3の実施形態の作用は、第1の実施形態の作用と同様の部分があるので、主として異なる部分のみ説明する。
次に、本発明の第4の実施形態を説明する。第4の実施形態のたわみ推定装置100の構成は第1の実施形態と同様の部分であるので、同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。図16に示すように、幾何モデル当てはめ部114は、インライア推定部119を更に備えている。
インライア推定部119は、たわみ円筒モデルを3次元点群に当てはめることで、焼きなまし法(SA)を用いてたわみ付き円筒モデルのパラメータベクトルを推定する。推定するたわみ円筒モデルのパラメータベクトルについて説明する(図19)。グローバル座標系(X軸、Y軸、Z軸)に対して、柱状構造物の下端部の位置をローカル座標系の原点位置Tとする座標系(U軸、V軸、W軸)を設定する。U軸は柱状構造物の傾き方向とし、V軸はたわみ円筒モデルの中心軸が存在する平面を規定する軸とする。W軸はUV平面に垂直な方向の軸とする。
本実施形態では、点の数および局所形状情報に基づくスコア値Scorebentの算出法を用いる。
ここで、局所形状の類似度合いの算出方法は幾つかあるが、本実施形態では次式で求める。
本実施形態により、3次元点群を用いて柱状構造物のたわみ推定を自動化でき、柱状構造物の保守点検の稼働コストを減らす効果がある。また、レーザースキャナで計測したときに、被計測範囲が狭いため計測ノイズの影響が大きい状況でも、中心軸のたわみ量の誤推定結果を出力することを抑制できる。特に、オクルージョンの影響により計測表面積が不均一な状況や、看板やケーブルなどの付属品が接している状況でも高精度にたわみ量を推定することが可能な技術である。
なお、たわみ推定装置100の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、たわみ推定装置100に係る上述した種々の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
101 被写体計測部
102 入力部
107 出力部
103 記憶部
104 柱状構造物検出部
105 たわみ推定処理部
106 構造物安全性判定部
110 3次元点群記憶部
111 演算処理用パラメータ記憶部
112 柱状構造物パラメータ記憶部
112A 入力処理部
113 取得部
114 幾何モデル当てはめ部
115 たわみ量算出部
116 出力処理部
117 繰り返し処理部
119 インライア推定部
120 部分領域モデル推定部
121 大域的モデル推定部
Claims (6)
- 柱状構造物の位置に対応する範囲内に、各々前記柱状構造物の中心軸方向の隣と一部重複するように複数の部分領域を設定し、
前記複数の部分領域の各々に対し、前記範囲内に位置し、物体の表面上の位置を計測した計測結果である複数の位置を表す3次元点群のうち、前記部分領域に対応する3次元点群から選択された複数の3次元点に基づいて、前記部分領域にたわみがないと仮定した場合の前記部分領域の形状を規定する部分領域モデルの第1のモデルパラメータの候補を繰り返し推定し、繰り返し推定された前記第1のモデルパラメータの候補の各々についての、前記第1のモデルパラメータの候補により形状が表される柱状構造物の表面に前記3次元点群が存在する度合いに基づいて評価する第1の値と、前記第1のモデルパラメータの候補と、前記柱状構造物の全体領域の3次元点群に対して、柱状構造物の中心軸を凸関数で表現した大域的モデルの第2のモデルパラメータとの整合性を評価する第2の値とに基づいて、前記第1のモデルパラメータの候補から、前記部分領域の第1のモデルパラメータを推定すること、及び
前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータに基づいて、前記第2のモデルパラメータを推定し、前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータの各々についての、前記第1の値と、前記第1のモデルパラメータと、推定された第2のモデルパラメータとの整合性を評価する前記第2の値とに基づいて、前記第2のモデルパラメータを評価する評価値を計算すること
を複数回行う幾何モデル当てはめ部と、
前記計算された複数の評価値の値に応じて選択された第2のモデルパラメータに基づいて、前記柱状構造物のたわみ量を算出するたわみ量算出部と、
を含むたわみ推定装置。 - 柱状構造物の位置に対応する範囲内に、各々前記柱状構造物の中心軸方向の隣と一部重複するように複数の部分領域を設定し、
前記複数の部分領域の各々に対し、前記範囲内に位置し、物体の表面上の位置を計測した計測結果である複数の位置を表す3次元点群のうち、前記部分領域に対応する3次元点群から選択された複数の3次元点に基づいて、前記部分領域にたわみがないと仮定した場合の前記部分領域の形状を規定する部分領域モデルの第1のモデルパラメータの候補を繰り返し推定し、繰り返し推定された前記第1のモデルパラメータの候補の各々についての、前記第1のモデルパラメータの候補により形状が表される柱状構造物の表面に前記3次元点群が存在する度合いに基づいて評価する第1の値と、前記第1のモデルパラメータの候補と、前記柱状構造物の全体領域の3次元点群に対して、柱状構造物の中心軸を凸関数で表現した大域的モデルの第2のモデルパラメータとの整合性を評価する第2の値とに基づいて、前記第1のモデルパラメータの候補から、前記部分領域の第1のモデルパラメータを推定すること、及び
前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータに基づいて、前記第2のモデルパラメータを推定し、前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータの各々についての、前記第1の値と、前記複数の部分領域の各々に対して推定された前記第1のモデルパラメータにより表わされる柱状構造物の全体形状が、凸関数で近似される形状であるかどうかの整合性を評価する第3の値とに基づいて、前記第2のモデルパラメータを評価する評価値を計算すること
を複数回行う幾何モデル当てはめ部と、
前記計算された複数の評価値の値に応じて選択された第2のモデルパラメータに基づいて、前記柱状構造物のたわみ量を算出するたわみ量算出部と、
を含むたわみ推定装置。 - 前記幾何モデル当てはめ部は、
前記複数の部分領域の各々に対し、前記部分領域に対応する3次元点群を、前記柱状構造物の高さ方向に垂直な平面に投影して得た複数の点の内、最も多くの3次元点が投影された点に、前記柱状構造物の中心軸から向かう代表分布方向を求め、
前記複数の部分領域の各々について、前記部分領域の中心軸上の点から前記代表分布方向に向かう直線と、前記部分領域に対して推定された前記第1のモデルパラメータにより表される柱状構造物の表面との交点を求め、
前記複数の部分領域の各々について求められた交点に基づいて、前記第2のモデルパラメータを推定する
請求項1又は2記載のたわみ推定装置。 - 前記幾何モデル当てはめ部は、
前記柱状構造物の中心軸を凸関数で表現した3次元モデルを規定するパラメータベクトルのうちから選択されたパラメータを複数回変化させる毎に、前記パラメータを変化させた前記パラメータベクトルにより形状が表される柱状構造物の表面に前記範囲内の3次元点群で、かつ局所形状が前記柱状構造物と類似している3次元点群が存在する度合いを示すスコア値を求め、
前記範囲内の3次元点群から、前記求められた最大のスコア値を求めるときに前記柱状構造物の表面に存在すると判断された3次元点群を抽出し、
前記抽出した3次元点群に基づいて、前記複数の部分領域の各々に対して前記第1のモデルパラメータを推定する
請求項1〜3の何れか1項に記載のたわみ推定装置。 - 柱状構造物の位置に対応する範囲内に位置し、物体の表面上の位置を計測した計測結果である複数の位置を表す3次元点群に基づいて、前記柱状構造物の中心軸を凸関数で表現した3次元モデルを規定するパラメータベクトルのうちから選択されたパラメータを複数回変化させる毎に、前記パラメータを変化させた前記パラメータベクトルにより形状が表される柱状構造物の表面に前記範囲内の3次元点群で、かつ局所形状が前記柱状構造物と類似している3次元点群が存在する度合いを示すスコア値を求め、
前記求められた最大のスコア値に対応する前記パラメータベクトルを出力する
インライア推定部と、
前記出力されたパラメータベクトルに基づいて、前記柱状構造物のたわみ量を算出するたわみ量算出部と、
を含むたわみ推定装置。 - 請求項1〜請求項5の何れか1項記載のたわみ推定装置の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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