JP2021060666A - 三次元画像の生成方法、三次元画像生成装置、ガイダンス装置、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
第一の側面に係る三次元画像の生成方法は、
測定装置の設置位置を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方を異ならせた状態で、構造物を複数回測定することにより、前記構造物の互いに異なる部分の形状および色を示す複数の点群データを生成する点群データ生成工程と、
前記複数の点群データを処理することにより、前記構造物の三次元画像を生成する三次元画像生成工程と、を含む。
第二の側面に係る三次元画像生成装置は、上記第一の側面の三次元画像の生成方法により生成される、測定装置の設置位置を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方を異ならせた状態で、構造物を複数回測定することにより、前記構造物の互いに異なる部分の形状および色を示す複数の点群データを取得する点群データ取得手段と、
前記複数の点群データを処理することにより、前記構造物の三次元画像を生成する三次元画像生成手段と、を有する。
第三の側面に係るガイダンス装置は、上記第一の側面の三次元画像の生成方法を実行するために、作業者に三次元画像の生成方法のガイダンスを提示する提示手段を有する。
このコンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されたとき、コンピュータに、各装置上で、その処理方法を実施させるコンピュータプログラムコードを含む。
図1は、本実施形態の画像処理システム1のシステム構成を概念的に示す図である。なお、以下の各図において、本発明の本質に関わらない部分の構成については省略してあり、図示されていない。
画像処理システム1は、構造物を複数の測定装置5を用いて得られた計測データを用いて三次元画像を生成する三次元画像生成装置100を備えている。測定装置5は、例えば、3Dレーザスキャナであり、3Dデジタル計測を行い、点群データを出力する。点群データは、構造物の三次元の形状を示す複数点のデータの集合であり、各点の位置を示す計測データ(相対的または絶対的な座標情報)と、各点の色情報を含む。
点群データ取得部102は、測定装置5の設置位置を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方を異ならせた状態で、構造物を複数回測定された結果得られる、構造物の互いに異なる部分の形状および色を示す複数の点群データを取得する。
画像生成部104は、複数の点群データを処理することにより、構造物の三次元画像を生成する。
ただし、点群データ取得部102が取得する構造物の互いに異なる部分とは、構造物の互いに異なる部分だけでなく、同じ部分を含んでもよい。
本実施形態の三次元画像の生成方法は、点群データ生成工程(ステップS101)と、三次元画像生成工程(ステップS103)とを含む。
ステップS101の点群データ生成工程では、測定装置5の設置位置を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方を異ならせた状態で、構造物を複数回測定することにより、構造物の互いに異なる部分の形状および色を示す複数の点群データを生成する。
ステップS103の三次元画像生成工程では、複数の点群データを処理することにより、構造物の三次元画像を生成する。
複数の測定装置5は、その設置位置を水平方向および鉛直方向を異ならせて配置されている。ここで、測定装置5は必ずしも複数台なくてもよく、測定装置5の複数の設置場所に、少なくとも1台の測定装置5を移動させて測定を行ってもよい。つまり、複数の測定装置5とは、複数の設置場所に設置される測定装置5を意味しており、測定に使用される測定装置5の台数を意味するものではない。複数の測定装置5のうち、スキャニングは1台ずつ順番に行ってもよいし、所定台数で同時に行ってもよい。
(1)対象(以下、測定対象ということもある)の一面に対して、比較的低い視点から測定できる位置に、一面から所定の距離離れた位置に、隣り合う測定装置5のスキャニング領域(点群データ)が重なるように、間隔を空けて複数並べる。
(2)(1)の死角をなくすために、(1)より高い視点から測定できる位置に、(1)と同じ所定の距離一面から離して複数配置する。
(3)さらに、(1)の死角をなくすために、(1)より一面からさらに離れた位置で、かつ、斜めの視点から測定できる位置に配置する。配置する位置は、対象の両サイドでもよく、対象の付随物を測定できる位置でもよい。高さは、(1)と(2)の間の高さでもよい。一面との距離は、(1)の測定装置5のスキャニング領域と(3)の測定装置5のスキャニング領域の少なくとも一部が重なる程度離す距離がよい。
(4)対象の周囲の付随物を測定するために、(3)よりさらに一面から離れた位置に複数配置する。複数の測定装置5はそれぞれ高さを変えてもよい。一面との距離は、(3)の測定装置5のスキャニング領域と(4)の測定装置5のスキャニング領域の少なくとも一部が重なる程度離す距離がよい。
(5)(4)の死角をなくすために、さらに測定装置5を、(4)よりさらに一面から離れた位置に複数配置してもよい。複数の測定装置5はそれぞれ高さを変えてもよい。一面との距離は、(4)の測定装置5のスキャニング領域と(5)の測定装置5のスキャニング領域の少なくとも一部が重なる程度離す距離がよい。以下、測定対象とその付随物が測定されるまで(5)を繰り返す。なお,死角とは測定対象の構造物の形状に起因して生じる部分以外にも、測定装置5自身の死角(自身の足元、三脚類、図16(b)の下方−60度から−90度(地面まで)の範囲)も含む。
あるいは、2つの点群データの重複部分について、平均値、中間値など統計処理を行ってもよい。
図22は、通路の中央に同じ高さで測定装置5aを一列に並べた例であり、これは一般的な測量で用いられる配置例である。この配置例の場合、両脇の土塀と建屋の庇の下は死角となる。
本実施形態の三次元画像の生成方法は、上記実施形態とは、点群データ生成工程において、測定条件を規定する点以外は、上記実施形態と同様である。
本実施形態は、上記実施形態の三次元画像の生成方法を実行するために、作業者に三次元画像の生成方法のガイダンスを出力するガイダンス装置200を備える点以外は上記実施形態の少なくともいずれか一つと同じである。
本実施形態のガイダンス装置200は、例えば、作業者が現場で使用できるように、携帯型の端末装置により実現されるのが好ましい。ガイダンス装置200は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistants)である。これらの端末装置は、上記した図2のコンピュータ60により実現される。あるいは、後述する三次元画像処理用のガイダンスの場合、ガイダンス装置200は、三次元画像生成装置100に含まれてもよい。
文化財と、その付随物の対象ごとに測定装置5の設置位置をアナウンスする。
具体的には、まず、文化財の周囲に、所定間隔を開けて、測定装置5を、高さを変えて配置することをアナウンスする。間隔および高さの設定の推奨値をアナウンスしてもよい。スキャニング密度と時間の推奨値をアナウンスしてもよい。
測定日時の天気予報を提示し、曇りが最も好ましく、次に雨天が好ましいことをアナウンスする。また、測定日の曇りの時間帯と、当該時間帯に屋外を測定するのが好ましいことをアナウンスする。あるいは、測定日の雨天の時間帯と、当該時間帯は屋内を測定するのが好ましいことをアナウンスする。
上記実施形態で図7〜図12を用いて説明した、複数の測定装置5から取得される点群データの重複部分の削除方法をガイダンスしてもよい。ガイダンス装置200は、点群データの重複部分を検出する検出部(不図示)をさらに備えてもよい。
たとえば、上記実施形態の三次元画像の生成方法を現場で実行する前に、事前に測定条件および測定装置5の設置位置およびスキャニング密度、時間などの計画を立てるスキャニング計画工程をさらに含んでもよい。そして、上記実施形態のガイダンス装置200の提示部202は、当該スキャニング計画工程をオペレータに実行させるためのガイダンスをさらに提示してもよい。つまり、提示部202は、事前にスキャニング計画を立てる際に必要な内容を含むガイダンスを提示してもよい。
1. 測定装置の設置位置を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方を異ならせた状態で、構造物を複数回測定することにより、前記構造物の互いに異なる部分の形状および色を示す複数の点群データを生成する点群データ生成工程と、
前記複数の点群データを処理することにより、前記構造物の三次元画像を生成する三次元画像生成工程と、
を含む、三次元画像の生成方法。
2. 1.に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、隣り合う前記部分を測定した2つの前記点群データにおいて、前記隣り合う2つの前記部分は、部分的に互いに重なっている三次元画像の生成方法。
3. 2.に記載の三次元画像の生成方法において、
前記三次元画像生成工程において、複数の前記測定装置により取得される前記点群データを結合する際に、前記重なっている部分の少なくとも一部を削除する、三次元画像の生成方法。
4. 1.から3.のいずれか一つに記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、少なくとも一部の前記点群データを生成するとき、前記測定装置の高さを前記構造物より高い位置に配置する、三次元画像の生成方法。
5. 4.に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、前記測定装置の設置位置を、前記構造物より高い位置と、前記構造物より低い位置と、が交互に繰り返されるようにする、三次元画像の生成方法。
6. 1.から5.のいずれか一つに記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、前記構造物より高い位置に配置される前記測定装置間の間隔は、前記構造物より低い位置に配置される前記測定装置間の間隔よりも広くなるようにする、三次元画像の生成方法。
7. 6.に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、前記構造物より高い位置に配置される前記測定装置により取得される前記点群データの密度は、前記構造物より低い位置に配置される前記測定装置により取得される前記点群データの密度より低く設定する、三次元画像の生成方法。
8. 1.から7.のいずれか一つに記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程は、天候が曇りのときに行う、三次元画像の生成方法。
9. 1.から8.のいずれか一つに記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程を行う時間帯を、前記構造物の部分毎に揃える、三次元画像の生成方法。
10. 1.から9.のいずれか一つに記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、
日差しが斜光の場合には、前記測定装置の影が写り込まない位置に当該測定装置を設置する、三次元画像の生成方法。
11. 1.から10.のいずれか一つに記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、
前記構造物が反射面を含む場合、当該反射面に写り込みがない位置に前記測定装置を配置する、三次元画像の生成方法。
12. 1.から11.のいずれか一つに記載の三次元画像の生成方法において、
前記構造物は、文化財、寺社仏閣、世界遺産(世界遺産委員会認定)、産業遺産(国際産業遺産保存委員会認定)、近代化産業遺産(経済産業省認定)、土木遺産(土木学会選奨)、景勝地、地形、あるいは、今後後世に残す必要がある建造物および景勝地の少なくともいずれか一つを含む歴史的建造物および遺跡を含み、
前記三次元画像は、前記構造物の風合い、色合いを後世に伝えるためのものである、三次元画像の生成方法。
前記複数の点群データを処理することにより、前記構造物の三次元画像を生成する三次元画像生成手段と、を備える、三次元画像生成装置。
14. コンピュータに、13.に記載の三次元画像生成装置を実現させるためのプログラム。
15. 1.から12.のいずれか一つに記載の三次元画像の生成方法を実行するために、作業者に三次元画像の生成方法のガイダンスを提示する提示手段を備える、ガイダンス装置。
16. コンピュータに、15.に記載のガイダンス装置を実現させるためのプログラム。
3 通信ネットワーク
5、5a、5b、5c、5d、5e 測定装置
10 小梁
60 コンピュータ
62 CPU
64 メモリ
66 ストレージ
68 I/O
69 バス
70 通信I/F
72 入力装置
74 出力装置
80 プログラム
100 三次元画像生成装置
102 点群データ取得部
104 画像生成部
110 記憶装置
200 ガイダンス装置
202 提示部
A、B、C 対象
h1、h2 高さ
La、Lb、Lc、Ld、Le 位置
R1、R2、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R33、R34 領域
S 星マーク
S101 点群データ生成工程
S103 三次元画像生成工程
Claims (16)
- 測定装置の設置位置を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方を異ならせた状態で、構造物を複数回測定することにより、前記構造物の互いに異なる部分の形状および色を示す複数の点群データを生成する点群データ生成工程と、
前記複数の点群データを処理することにより、前記構造物の三次元画像を生成する三次元画像生成工程と、
を含む、三次元画像の生成方法。 - 請求項1に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、隣り合う前記部分を測定した2つの前記点群データにおいて、前記隣り合う2つの前記部分は、部分的に互いに重なっている三次元画像の生成方法。 - 請求項2に記載の三次元画像の生成方法において、
前記三次元画像生成工程において、複数の前記測定装置により取得される前記点群データを結合する際に、前記重なっている部分の少なくとも一部を削除する、三次元画像の生成方法。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、少なくとも一部の前記点群データを生成するとき、前記測定装置の高さを前記構造物より高い位置に配置する、三次元画像の生成方法。 - 請求項4に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、前記測定装置の設置位置を、前記構造物より高い位置と、前記構造物より低い位置と、が交互に繰り返されるようにする、三次元画像の生成方法。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、前記構造物より高い位置に配置される前記測定装置間の間隔は、前記構造物より低い位置に配置される前記測定装置間の間隔よりも広くなるようにする、三次元画像の生成方法。 - 請求項6に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、前記構造物より高い位置に配置される前記測定装置により取得される前記点群データの密度は、前記構造物より低い位置に配置される前記測定装置により取得される前記点群データの密度より低く設定する、三次元画像の生成方法。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程は、天候が曇りのときに行う、三次元画像の生成方法。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程を行う時間帯を、前記構造物の部分毎に揃える、三次元画像の生成方法。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、
日差しが斜光の場合には、前記測定装置の影が写り込まない位置に当該測定装置を設置する、三次元画像の生成方法。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法において、
前記点群データ生成工程において、
前記構造物が反射面を含む場合、当該反射面に写り込みがない位置に前記測定装置を配置する、三次元画像の生成方法。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法において、
前記構造物は、文化財、寺社仏閣、世界遺産、産業遺産、近代化産業遺産、土木遺産、景勝地、地形、あるいは、今後後世に残す必要がある建造物および景勝地の少なくともいずれか一つを含む歴史的建造物および遺跡を含み、
前記三次元画像は、前記構造物の風合い、色合いを後世に伝えるためのものである、三次元画像の生成方法。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法により生成される、測定装置の設置位置を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方を異ならせた状態で、構造物を複数回測定することにより、前記構造物の互いに異なる部分の形状および色を示す複数の点群データを取得する点群データ取得手段と、
前記複数の点群データを処理することにより、前記構造物の三次元画像を生成する三次元画像生成手段と、を備える、三次元画像生成装置。 - コンピュータに、請求項13に記載の三次元画像生成装置を実現させるためのプログラム。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の三次元画像の生成方法を実行するために、作業者に三次元画像の生成方法のガイダンスを提示する提示手段を備える、ガイダンス装置。
- コンピュータに、請求項15に記載のガイダンス装置を実現させるためのプログラム。
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