JP2015034711A - 3次元データの処理装置、その処理方法及びその処理プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
さらにこの技術は、レーザスキャナが配置されるポイントを複数とり、それぞれ取得された点群データを合成し、プラント、作業現場、街並、文化財建造物等といった、大規模で複雑な形態を有するものの3次元情報化に広く利用されている(例えば、特許文献1,2参照)。
原子力プラント等の大型で複雑な構造体を3次元計測する場合、作業員の経験や感覚に頼ってポイントの設定がなされるため、ビームの未照射領域が空間に存在することに現場で気付かないことがある。
この未照射領域の空間においても、構造物が実際に存在する可能性があり、機器の改造工事や追設工事の設計・計画に、3次元計測結果が有効に反映されない懸念がある。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、3次元データの処理装置10は、対象物20が存在する空間21の一つのポイントP(図2)からビームを走査する3次元計測器30により計測された点群データdを取得する取得部11と、この点群データdに基づいて空間21内におけるビームの未照射領域22(図2)を識別する識別部12と、3次元計測器30が設置された複数のポイントP(P1,P2,P3)(図4)における各々のローカル座標系を一つのグローバル座標系に統合する座標統合部13と、各々のローカル座標系で識別された未照射領域22(221,222,223)(図4,図5,図6)をグローバル座標系に統合して形成される重複領域23(図7)をデータとして抽出する抽出部14と、この重複領域23のデータおよび入力パラメータに基づいて画像を生成する生成部15と、を備えている。
その後、別のポイントにおいてレーザスキャナ30B,30Cは、対象物20の別の表面に同様にレーザビームの走査を行い、同様に取得部11に点群データdを取得させる。
ここで、一つのポイントにおけるレーザ走査により得られる点群データdは、数千万点程度のピクセルを生成する。
なお、受光部32で受光される反射光のうち、閾値処理により一定の信号強度以上のものが点群データとして取り扱われる。
さらに、それぞれのローカル座標系で表される点群データdを、共通のクローバル座標系に変換して合成させることにより、対象物20の表面形状データを得ることができる。
この取得部11で取得された点群データdには、基準としたポイントPに配置された3次元計測器30のグローバル座標系に対する姿勢情報及び位置情報が付随している。
位置情報は、例えばレーザ距離計や超音波距離計、ステレオビジョンなどにより3次元計測器30が配置されたポイントPを直接計測するか、もしくはGPS(Global Positioning System)センサを3次元計測器30に設けることにより得られる。
図3における未照射領域22の断面で示すように、点群データdは、太い実線部分のみに存在している。
一方、点群データdが存在する位置の奥側の空間21は、ビームが未照射の領域であるために、対象物20が存在するか否かは不明な領域である。
未照射領域識別部12(図1)は、それぞれのポイントPの位置を原点にとったローカル座標系において、点群データdの位置情報に基づいて、空間21内におけるビームの未照射領域22(図2)を識別する。
そこで、座標統合部13(図1)において、3次元計測器30(30A,30B,30C)が設置された複数のポイントP(P1,P2,P3)における各々のローカル座標系を一つのグローバル座標系に統合する。これにより、対象物20の3次元形状データを一体に結合させることができる。
このICP法は、位置合わせを行うそれぞれの点群データについて、最近傍頂点間距離の二乗和を反復計算により最小化(収束)させることで、位置合わせを行う手法である。
その他に、空間21にマーカーを設置して座標系を統合する手法も採用することができる。
なお、ビームを走査するポイントPを追加して計測を行った場合は、新たなローカル座標系をグローバル座標系に統合し、未照射領域22の重複領域23(図7)のデータを抽出する。
生成される3次元画像は、例えば、所謂ポリゴンなどの、三角形や多角形のメッシュの組み合わせで形成され、俯瞰する位置・方向は、入力部17から入力されるパラメータに基づいて設定される。
同様に生成される2次元画像の断面も入力部17から入力されるパラメータに基づいて任意に設定される。
一方において、設計図面として対象物20のCAD情報が存在する場合がある。
そこで、対象物20のCAD情報から対象物20をグローバル座標系に配置したCADモデルを生成し、画像生成部15において、このCADモデルを重複領域23に重ね合わせた画像を生成する。
これにより、未照射領域22に占める対象物20の位置関係が明確となり、ビームが照射されない空間21の領域を的確に認識することができる。
これら広さ情報とは、画像生成部15で生成された3次元画像から導かれる空間21及び重複領域23のそれぞれの体積である場合や、2次元画像から導かれる空間21及び重複領域23のそれぞれの面積、あるいは空間21上の1点から空間21や対象物20までの距離である場合がある。
このようにすることで、ビームを走査するポイントPが1点に定まっている場合には簡単に照射率を算出できる。
このようにして断面図上の各点における未照射率を求め、表示部19において未照射率に応じたグラデーション表示を行なうといった処理も可能である。
前記したように重複領域23は、対象物20の占有領域も含むため、対象物20が存在する限り理想状態であっても未照射率はゼロ(照射率が1(100%))になることはないが、対象物20に対して網羅的にビーム照射がなされているか否かの判断の尺度になる。
3次元計測器30を空間21内の第1ポイントP1に設置して(n=1)(S11)、ビームを全方位に走査させ、点群データdを取得する(S12)。
そして、この第1ポイントP1を原点とするローカル座標系において、未照射領域22を識別する(S13)。
第nポイントPn(n=1,2,3…)を原点とする複数のローカル座標系をグローバル座標系に統合し(S15)、それぞれの未照射領域22が重複する重複領域23を抽出する(S16)。
そして、空間21における未照射領域22の規模が許容範囲であるか否かの判断を行い、許容できないと判断された場合は(S20 No)、3次元計測器30を空間21内の新規のポイントに設置して、許容できるまで(S11)〜(S19)のフローを繰り返す(S20 Yes)。
最後に、全てのポイントPから取得した点群データを、グローバル座標系で合成して、空間21内の対象物20の表面形状を表した3次元画像を形成する(S21 END)。
さらに、ビーム未照射の領域を把握したうえで、3次元計測器30の適切な設置ポイントを追加することができる。
図9,図10に示すように、第2実施形態に係る3次元データの処理装置10は、第1実施形態の構成(図1)に対し、さらに、ビームが照射された対象物20の表面部分に点群領域24を形成する形成部41と、グローバル座標系にバーチャルポイントBPを設定する設定部42と、このバーチャルポイントBPから点群領域24を透過しないビームが走査された場合に解消される未照射領域22を解消領域25として検出する検出部43と、をさらに備えている。
なお、図9において図1と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
ここで、図10におけるポイントPの未照射領域22は、図4に一致している。
座標統合部13では、ローカル座標系上の点群領域24と未照射領域22とを合わせて、グローバル座標系に統合する。
そして、この第1ポイントP1を原点とするローカル座標系において、未照射領域22を識別する(S13)。
そして、設定したバーチャルポイントBPが第2ポイントP2として適正であるか否かを一定時間かけて判断し、適正で無いと判断した場合は(S34 No,S35 No)、別のバーチャルポイントBPを設定する(S32)。
最後に、設定した全てのポイントPn(n=1,2,3…)から取得した点群データを、グローバル座標系で合成して、空間21内の対象物20の表面形状を表した3次元画像を形成する(S21 END)。
これにより、効率的でビームの照射漏れの少ない3次元計測器30の適切な設置ポイントを決定することができる。
第3実施形態に係る3次元データの処理装置における画像生成部15は、図12(A)に示すように、入力パラメータとして空間21の任意位置に設定された視点Oを中心とする球面Tに点群データdを投影したパノラマ画像(図12(B))に重複領域23の奥行情報を付加する、パノラマ画像生成部として機能する。
その他の構成は、第1実施形態又は第2実施形態に係る3次元データの処理装置と同じである。
図12(B)に示すように、縦軸を偏角θ、横軸を偏角φとする2次元平面に点群データdを展開することで、パノラマ投影像を生成することができる。
この表示色は、例えば、点群データdの奥側にある重複領域23の奥行が大きいほど赤く、小さいほど青くなるように表示色を算出する。
なお、奥行情報として、第1実施形態で説明した未照射率(あるいは照射率)を用いることも可能である。この場合、各方向について、視点Oから空間21端部までの距離と対象物20までの距離を広さ情報として用いる。
以上説明したように、第3実施形態によれば、空間21においてビームが照射されない領域を一見して確認することができる2次元情報が提供される。
また、3次元データの処理装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、3次元データの処理プログラムにより動作させることが可能である。
Claims (8)
- 対象物が存在する空間の一つのポイントからビームを走査する3次元計測器により計測された点群データを取得する取得部と、
前記点群データに基づいて前記空間内における前記ビームの未照射領域を識別する識別部と、
前記3次元計測器が設置された複数の前記ポイントにおける各々のローカル座標系を一つのグローバル座標系に統合する座標統合部と、
各々の前記ローカル座標系で識別された前記未照射領域を前記グローバル座標系に統合して形成される重複領域を抽出する抽出部と、を備えることを特徴とする3次元データの処理装置。 - 請求項1に記載の3次元データの処理装置において、
前記重複領域から画像を生成する生成部をさらに備え、
前記生成部にて生成される前記画像は、前記空間における前記重複領域の任意方向からの立体形状及び前記重複領域の任意断面の少なくともいずれかであることを特徴とする3次元データの処理装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の3次元データの処理装置において、
前記空間の広さ情報と、前記重複領域の広さ情報に基づいて照射率および未照射率の少なくとも一方を算出する算出部をさらに備えることを特徴とする3次元データの処理装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の3次元データの処理装置において、
前記ビームが照射された前記対象物の表面に点群領域を形成する形成部と、
前記グローバル座標系にバーチャルポイントを設定する設定部と、
前記バーチャルポイントから前記点群領域を透過しないビームが走査された場合に解消される前記未照射領域を解消領域として検出する検出部と、をさらに備えることを特徴とする3次元データの処理装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の3次元データの処理装置において、
前記空間の任意位置における視点を中心とする球面に前記点群データを投影したパノラマ画像に前記重複領域の広さ情報に基づく奥行情報を付加した画像を生成するパノラマ画像生成部を備えることを特徴とする3次元データの処理装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の3次元データの処理装置において、
前記生成部は、前記対象物のCADモデルを前記重複領域に重ね合わせた画像を生成することを特徴とする3次元データの処理装置。 - 対象物が存在する空間の一つのポイントからビームを走査する3次元計測器により計測された点群データを蓄積するステップと、
前記点群データに基づいて前記空間内における前記ビームの未照射領域を識別するステップと、
前記3次元計測器が設置された複数の前記ポイントにおける各々のローカル座標系を一つのグローバル座標系に統合するステップと、
各々の前記ローカル座標系で識別された前記未照射領域を前記グローバル座標系に統合して形成される重複領域を抽出するステップと、を含むことを特徴とする3次元データの処理方法。 - コンピュータに、
対象物が存在する空間の一つのポイントからビームを走査する3次元計測器により計測された点群データを蓄積するステップ、
前記点群データに基づいて前記空間内における前記ビームの未照射領域を識別するステップ、
前記3次元計測器が設置された複数の前記ポイントにおける各々のローカル座標系を一つのグローバル座標系に統合するステップ、
各々の前記ローカル座標系で識別された前記未照射領域を前記グローバル座標系に統合して形成される重複領域を抽出するステップ、を実行させることを特徴とする3次元データの処理プログラム。
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