JP6785751B2 - Model generator, generator, and program - Google Patents

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Description

本開示は、モデル生成装置、生成方法、及びプログラムに関する。 The present disclosure relates to a model generator, a generation method, and a program.

長距離レーザーレンジファインダが広く普及することにより、屋外における広範囲な空間での環境計測が実現し、計測した3次元点群から有用な構造物を検出する技術開発が行われている。特に、インフラ設備として重要な、電力線や、電話やインターネット等に用いられる通信線等は、企業や自治体等の管理対象物であり、定期的に異常がないか否かを検査する必要がある。しかしながら、こういった電力線や通信線などのケーブル(以下、「ワイヤ」と呼ぶ)等の細線状の物体は、膨大な数が存在するため、目視で確認することは非常に労力や時間のかかる作業である。そのため、自動的にワイヤの存在する場所を把握し、地上高が十分にとれているか、また電力線の場合には周辺の構造物と干渉していないかどうか、十分な距離離れているかどうか(以下、「離隔距離」と呼ぶ)を推定する技術開発が求められている。また、現在は新規ケーブルを配線する工事をする際などに、既存のケーブルの長さについて正確な長さがわからないため現場調査の稼働が発生していた。これら膨大な数が存在するケーブルについて、現場稼働時間を抑制するために、自動検出および3Dモデル化することが求められている。 With the widespread use of long-distance laser range finders, environmental measurement in a wide range of outdoor spaces has been realized, and technological development has been carried out to detect useful structures from the measured three-dimensional point cloud. In particular, power lines, communication lines used for telephones, the Internet, etc., which are important as infrastructure equipment, are managed by companies, local governments, etc., and it is necessary to regularly inspect whether there are any abnormalities. However, since there are a huge number of thin wire-like objects such as cables (hereinafter referred to as "wires") such as power lines and communication lines, it takes a lot of labor and time to visually check them. It is work. Therefore, it automatically grasps the location of the wire, and whether the ground clearance is sufficient, whether it interferes with the surrounding structures in the case of power lines, and whether it is sufficiently far away (hereinafter). , Called "separation distance") is required for technological development. In addition, at present, when constructing a new cable, the exact length of the existing cable is not known, so a field survey has been started. It is required to automatically detect and 3D model the cables having such a huge number in order to suppress the on-site operating time.

このようなワイヤを自動検出して3Dモデル化する技術として、例えば、非特許文献1に記載の技術がある。非特許文献1に記載の技術は、ワイヤは真上から見ると直線に見えると仮定し、3次元点群を真下(XY平面)へ射影し、次に、射影後の点群形状について、Hough変換を用いて直線が存在する平面上の位置を検出する。次に、高さの異なるワイヤは同一直線に存在しているため、それらワイヤを分離する処理として、Hough変換で検出した直線上に存在する点群を、3次元空間上で階層的にクラスタリングすることにより物体単位で切り出しを行う。最後に、検出したクラスタについて懸垂線モデルを当て嵌めることで、電線のパラメータ推定を行っている。非特許文献1に記載の技術では、Hough変換のような大域的なモデル当て嵌めを用いているので、電線以外の物体の影響、例えば建造物や木等の影響やノイズに対して頑健であり、また計測点群の密度が疎な場合でも検出が行えるという特徴がある。 As a technique for automatically detecting such a wire and modeling it in 3D, for example, there is a technique described in Non-Patent Document 1. The technique described in Non-Patent Document 1 assumes that the wire looks like a straight line when viewed from directly above, projects a three-dimensional point cloud directly below (XY plane), and then Houghs the shape of the point cloud after projection. The transform is used to detect the position on the plane where the straight line exists. Next, since the wires having different heights exist on the same straight line, as a process of separating the wires, the point clouds existing on the straight line detected by the Hough transform are hierarchically clustered in the three-dimensional space. By doing so, it is cut out in units of objects. Finally, the parameters of the electric wire are estimated by applying the catenary model to the detected clusters. Since the technique described in Non-Patent Document 1 uses a global model fitting such as the Hough transform, it is robust against the influence of objects other than electric wires, such as the influence of buildings and trees, and noise. In addition, it has the feature that it can be detected even when the density of the measurement point cloud is sparse.

しかしながら、非特許文献1に記載の技術では、平面からHough変換を用いて直線を見つける処理を行っているため、水平方向の距離として数十メートルと長いワイヤの検出には適しているが、電柱と他の構造物を繋ぐワイヤについては検出が難しい。例えば、図22A〜図22Bに示すように、電柱間から電灯に、もしくは電柱から個人の家に伸びる電力線や通信線等の引き込み線は、水平方向の長さが短い傾向があり、鉛直方向へ射影後の直線の長さが短くなるため検出が難しい。検出するためにはHough変換の閾値を下げる必要があるが、閾値を下げることでワイヤ以外の物体、例えば木等が存在する位置に誤検出を生じてしまう。 However, in the technique described in Non-Patent Document 1, since a process of finding a straight line from a plane by using a Hough transform is performed, it is suitable for detecting a wire having a long horizontal distance of several tens of meters, but a utility pole. It is difficult to detect the wire that connects the wire to other structures. For example, as shown in FIGS. 22A to 22B, lead-in lines such as power lines and communication lines extending from between utility poles to electric lights or from utility poles to private homes tend to have a short horizontal length and are oriented in the vertical direction. It is difficult to detect because the length of the straight line after projection is short. In order to detect it, it is necessary to lower the threshold value of the Hough transform, but lowering the threshold value causes erroneous detection at a position where an object other than the wire, such as a tree, exists.

非特許文献2に記載の技術では、3次元空間を数メートル間隔で分割し、分割した各空間内において短い直線要素を検出する。検出した短い直線要素について、懸垂線モデルを当て嵌め、その懸垂線モデル上にある近傍の直線要素についてクラスタリングを行う。懸垂線モデルの当て嵌めとクラスタリングを交互に行い、懸垂線モデルパラメータの変動が十分小さくなる処理を繰り返す処理である。短い直線要素をクラスタリングする際に、懸垂線モデルを用いてクラスタリングをする直線要素を決定しているため、計測点群が疎な場合でも、クラスタリング精度の低下を抑制できる特徴がある。 In the technique described in Non-Patent Document 2, a three-dimensional space is divided at intervals of several meters, and short linear elements are detected in each divided space. A catenary model is applied to the detected short straight line elements, and clustering is performed on nearby straight line elements on the catenary model. This is a process in which the catenary model is fitted and clustered alternately, and the process in which the fluctuation of the catenary model parameters is sufficiently small is repeated. When clustering short straight elements, the linear elements to be clustered are determined using a catenary model, so that even if the measurement point cloud is sparse, a decrease in clustering accuracy can be suppressed.

しかしながら、非特許文献2に記載の技術では、懸垂線モデルを用いて直線要素をクラスタリングしているが、市街地内における複数のワイヤが連結されたワイヤや、図22Cのように張力調整や離隔距離調整のための部品(付属品と呼ぶ)がついたケーブルについては、懸垂線モデル形状とは異なる形状となり、その際にクラスタリングの精度が低下する。 However, in the technique described in Non-Patent Document 2, although linear elements are clustered using a catenary model, a wire in which a plurality of wires are connected in an urban area, a tension adjustment and a separation distance as shown in FIG. 22C, are used. For cables with adjustment parts (called accessories), the shape is different from the catenary model shape, and the clustering accuracy is reduced at that time.

例えば、ワイヤに張力を調整する金具や補強材が存在する場合や、図22A〜図22Cに示すように複数のワイヤが連結している場合や付属品により張力や離隔距離の調整が行われている場合には、ワイヤにかかる加重が一様でないために、ワイヤ形状に3次元的な歪みを生じて当て嵌めた懸垂線モデルの推定精度が低下する。その結果、クラスタリング精度が低下して、本来異なるワイヤが同一のワイヤとして検出されるという技術課題がある。 For example, when the wire has a metal fitting or a reinforcing material for adjusting the tension, when a plurality of wires are connected as shown in FIGS. 22A to 22C, or when the tension and the separation distance are adjusted by accessories. If this is the case, the load applied to the wire is not uniform, so that the wire shape is distorted three-dimensionally and the estimation accuracy of the fitted catenary model is lowered. As a result, there is a technical problem that the clustering accuracy is lowered and originally different wires are detected as the same wire.

一方、特許文献1に記載の技術においては、3次元空間において数メートル区間で分割された局所的に連続な線分(直線要素)を検出し、それらの直線要素を滑らかに連結することで最適化される評価指標(連結性指標)を導入したことで、特定のワイヤ形状に限らず3次元的な歪みを生じるワイヤについても検出を可能とした。近傍の直線要素と滑らかに連結できるように、各直線要素の形状(位置、姿勢)も、連結性指標のパラメータを変えることで微調整できるため、計測ノイズへの頑健性も高めている。 On the other hand, in the technique described in Patent Document 1, it is optimal to detect locally continuous line segments (straight line elements) divided in a section of several meters in a three-dimensional space and smoothly connect the straight line elements. By introducing an evaluation index (connectivity index), it is possible to detect not only a specific wire shape but also a wire that causes three-dimensional distortion. The shape (position, orientation) of each straight line element can be fine-tuned by changing the parameters of the connectivity index so that it can be smoothly connected to nearby straight line elements, improving robustness to measurement noise.

特許5981886号公報Japanese Patent No. 5981886

Melzer, T. and Briese, C., "Extraction and Modeling of Power Lines from ALS Point Clouds," Proceedings of Austrian Association for Pattern Recognition (OAGM), Hagenberg, 06-17-2004 - 06-18-2004, 47-54 (2004).Melzer, T. and Briese, C., "Extraction and Modeling of Power Lines from ALS Point Clouds," Proceedings of Austrian Association for Pattern Recognition (OAGM), Hagenberg, 06-17-2004 --06-18-2004, 47- 54 (2004). G. Sohn, Y. Jwa, and H. B. Kim, AUTOMATIC POWERLINE SCENE CLASSIFICATION AND RECONSTRUCTION USING AIRBORNE LIDAR DATA, SPRS Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., I-3, 167-172, 2012G. Sohn, Y. Jwa, and H. B. Kim, AUTOMATIC POWERLINE SCENE CLASSIFICATION AND RECONSTRUCTION USING AIRBORNE LIDAR DATA, SPRS Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., I-3, 167-172, 2012 新垣 仁、筒口 拳、杵渕 哲也、“Mobile Mapping System 計測点群からの樹木幹の検出-スイープ形状物検出のための特徴抽出”、第回画像電子学会年次大会、(2017)Hitoe Arakaki, Ken Tsutsuguchi, Tetsuya Fuchibuchi, "Detection of Tree Trunks from Mobile Mapping System Measurement Point Clouds-Feature Extraction for Sweep Shape Detection", 1st Annual Meeting of the Society of Imaging Electronics, (2017)

特許文献1により、直線要素の連結により任意の形状のワイヤを検出することは可能だが、大きな点群の欠損が生じている場合には、検出精度が低下するという課題がある。MMS(Mobile Mapping System)で計測した点群にはオクルージョンの影響により点群の欠損が生じやすく、欠損部分のワイヤモデルの形状を正しく推定できないと、その部分の離隔距離も精度よく算出することができない。 According to Patent Document 1, it is possible to detect a wire having an arbitrary shape by connecting linear elements, but there is a problem that the detection accuracy is lowered when a large point cloud is missing. The point cloud measured by MMS (Mobile Mapping System) is prone to loss of the point cloud due to the influence of occlusion, and if the shape of the wire model of the missing part cannot be estimated correctly, the separation distance of that part can be calculated accurately. Can not.

点群計測におけるオクルージョンとは、MMSのレーザセンサと被写体との間に障害物が存在する場合に、被写体が計測されないことを意味する。例えば、レーザセンサとワイヤの間に樹木が存在する場合には、センサに対して樹木後方のワイヤが計測されず、ワイヤ形状が数メートル、条件が悪いと10メートル近く計測されないこともある。 Occlusion in point cloud measurement means that the subject is not measured when an obstacle exists between the laser sensor of the MMS and the subject. For example, when a tree exists between the laser sensor and the wire, the wire behind the tree is not measured with respect to the sensor, and the wire shape may not be measured by several meters, or close to 10 meters under bad conditions.

このとき、特許文献1の連結性指標では、遠方同士の直線要素の滑らかさを正確に定義することが困難なため、本来同一でないワイヤを連結してしまい、結果として検出精度が低下しやすい。正確に定義できないのは、特許文献1の連結性指標では、直線モデルの姿勢(直線の方向ベクトル)が近傍で類似していることを前提していないことに起因する。 At this time, in the connectivity index of Patent Document 1, it is difficult to accurately define the smoothness of linear elements between distant ones, so that wires that are not originally the same are connected, and as a result, the detection accuracy tends to decrease. The reason why it cannot be defined accurately is that the connectivity index of Patent Document 1 does not assume that the attitudes (direction vectors of straight lines) of the linear model are similar in the vicinity.

また、ワイヤモデルはミクロな視点(小さいスケール)では直線で近似可能だが、マクロな視点(広いスケール)では直線での近似精度が悪くなりやすいためである。つまり、図23に示すように、ある位置での直線要素は、物理的にはワイヤの接線方向を意味しているため、遠方でのワイヤの位置が推定しにくく、直線で近似しているため局所領域のスケールを大きくすると、本来のワイヤ形状との形状誤差が大きくなり離隔距離の推定精度が低下するという問題もある。つまり、欠損している領域において、正しい形状推定できないことが、離隔距離の推定精度を低下させてしまう。 In addition, the wire model can be approximated by a straight line from a micro viewpoint (small scale), but the approximation accuracy by a straight line tends to deteriorate from a macro viewpoint (wide scale). That is, as shown in FIG. 23, since the straight line element at a certain position physically means the tangential direction of the wire, it is difficult to estimate the position of the wire at a distance, and the wire is approximated by a straight line. If the scale of the local region is increased, there is also a problem that the shape error from the original wire shape becomes large and the estimation accuracy of the separation distance decreases. That is, the inability to estimate the correct shape in the missing region reduces the accuracy of estimating the separation distance.

本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、3次元点群から頑健に精度よくワイヤを検出し離隔距離を算出することができる、モデル生成装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above points, and provides a model generator, a method, and a program capable of robustly and accurately detecting a wire from a three-dimensional point cloud and calculating a separation distance. With the goal.

上記目的を達成するために、本開示の第1の態様のモデル生成装置は、入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成するモデル生成装置であって、前記3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出した前記ワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出する区分的連続線検出部と、前記区分的連続線検出部が検出した前記複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成する区分的連続線連結部と、を備える。 In order to achieve the above object, the model generation device of the first aspect of the present disclosure is a model generation device that generates a wire model from the input three-dimensional point group information of the subject, and is the three-dimensional point group. From the information, a piecewise continuous line detection unit that detects a group of wire constituent points constituting the wire and detects a plurality of piecewise continuous lines that are continuous curves existing in a local region from the detected wire constituent points group. Of the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detection unit, it is determined whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected, and the two piecewise continuous lines determined to be connected are connected. A piecewise continuous line connecting portion that generates a wire model by connecting the continuous lines is provided.

上記目的を達成するために、本開示の第2の態様のモデル生成装置は、第1の態様のモデル生成装置において、前記区分的連続線連結部が生成したワイヤモデルと、前記ワイヤモデルの周辺の構造物との距離を計算する周辺距離推定部をさらに備える。 In order to achieve the above object, the model generation device of the second aspect of the present disclosure is the model generation device of the first aspect, in which the wire model generated by the piecewise continuous line connecting portion and the periphery of the wire model. A peripheral distance estimation unit for calculating the distance to the structure of the above is further provided.

本開示の第3の態様のモデル生成装置は、第2の態様のモデル生成装置において、前記周辺距離推定部は、前記3次元点群情報から、前記区分的連続線検出部が検出したワイヤ構成点群を除いた点群を、局所形状の類似度に基づいてクラスタリングして周辺構造物点群を求め、前記周辺構造物点群とワイヤモデルとの距離を計算する。 The model generation device of the third aspect of the present disclosure is the model generation device of the second aspect, in which the peripheral distance estimation unit has a wire configuration detected by the sectional continuous line detection unit from the three-dimensional point cloud information. The point cloud excluding the point cloud is clustered based on the similarity of the local shape to obtain the peripheral structure point cloud, and the distance between the peripheral structure point cloud and the wire model is calculated.

本開示の第4の態様のモデル生成装置は、第2の態様のモデル生成装置において、前記周辺距離推定部は、点群の密度を基準としたノイズ除去処理、及び近傍点とのクラスタリング処理を行う。 In the model generator of the fourth aspect of the present disclosure, in the model generator of the second aspect, the peripheral distance estimation unit performs noise removal processing based on the density of the point cloud and clustering processing with neighboring points. Do.

本開示の第5の態様のモデル生成装置は、第1の態様から第4の態様のいずれか1態様のモデル生成装置において、前記区分的連続線連結部は、前記連結判定対象となる2つの区分的連続線を1つの連続線として近似した場合の誤差および前記連続線の長さを指標として、前記連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定する。 The model generator according to the fifth aspect of the present disclosure is the model generator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the piecewise continuous line connecting portion is the two objects to be connected and determined. Whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected is determined by using the error when the piecewise continuous line is approximated as one continuous line and the length of the continuous line as an index.

本開示の第6の態様のモデル生成装置は、第1の態様から第4の態様のいずれか1態様のモデル生成装置において、前記区分的連続線連結部は、連結判定対象となる2つの区分的連続線を1つの連続線として近似した場合の誤差および前記連続線の長さと、連結判定対象となる前記2つの区分的連続線および前記2つの区分的連続線の周辺から抽出した3次元特徴量とに基づく識別器を用いて、前記連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定する。 The model generator according to the sixth aspect of the present disclosure is the model generator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the piecewise continuous line connecting portion is two pieces to be determined for connection. The error when the target continuous line is approximated as one continuous line, the length of the continuous line, and the three-dimensional features extracted from the two piecewise continuous lines to be connected and the periphery of the two piecewise continuous lines. Using a classifier based on the quantity, it is determined whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected.

上記目的を達成するために、本開示の第7の態様の生成方法は、入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成する生成方法であって、区分的連続線検出部により、前記3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出した前記ワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出し、区分的連続線連結部により、前記区分的連続線検出部が検出した前記複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成する。 In order to achieve the above object, the generation method of the seventh aspect of the present disclosure is a generation method of generating a wire model from the input three-dimensional point group information of the subject by the piecewise continuous line detection unit. , The wire constituent points that make up the wire are detected from the three-dimensional point group information, and a plurality of piecewise continuous lines that are continuous curves existing in the local region are detected from the detected wire constituent points and divided. When it is determined whether or not to connect two piecewise continuous lines to be connected, among the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detection unit, the target continuous line connecting unit is connected. A wire model is generated by connecting the two determined piecewise continuous lines.

上記目的を達成するために、本開示の第8の態様のプログラムは、コンピュータを、第1の態様〜第6の態様の何れか1態様に記載のモデル生成装置の各部として機能させるためのプログラムである。 In order to achieve the above object, the program of the eighth aspect of the present disclosure is a program for causing a computer to function as each part of the model generation device according to any one of the first to sixth aspects. Is.

本開示によれば、3次元点群から頑健に精度よくワイヤを検出することができる、という効果が得られる。さらに、オクルージョン領域におけるワイヤ形状を推定できるため、離隔距離を精度よく算出することができる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain the effect that the wire can be detected robustly and accurately from the three-dimensional point cloud. Further, since the wire shape in the occlusion region can be estimated, the separation distance can be calculated accurately.

第1実施形態のモデル生成装置の一例の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of the model generation apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の区分的連続線連結部の一例の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of the piecewise continuous line connecting part of 1st Embodiment. 第1実施形態のワイヤモデル生成部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation of the wire model generation part of 1st Embodiment. RANSACによる2次曲線の推定例のフローチャートである。It is a flowchart of the estimation example of the quadratic curve by RANSAC. 2次曲線Cnと点群piとの距離を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the distance between a quadratic curve Cn and a point cloud pi. 第1実施形態の区分的連続線連結処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the piecewise continuous line connection processing of 1st Embodiment. 連続候補線を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating a continuous candidate line. 第1実施形態の(A)の手法における連結性指標算出部の一例の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of the connectivity index calculation part in the method (A) of 1st Embodiment. 第1実施形態の(A)の手法における幾何指標計算部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation of the geometric index calculation part in the method (A) of 1st Embodiment. 第1実施形態の(A)の手法における統合曲線候補を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the integration curve candidate in the method (A) of 1st Embodiment. 統合曲線モデルの評価に用いるワイヤ構成点について説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the wire constituent points used for evaluation of an integrated curve model. 第1実施形態の(B)の手法における連結性指標算出部の一例の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of the connectivity index calculation part in the method (B) of 1st Embodiment. 第1実施形態の(B)の手法における幾何指標計算部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation of the geometric index calculation part in the method (B) of 1st Embodiment. 第1実施形態の(B)の手法における注目点と周辺点とから生成されるヒストグラムである特徴量を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the feature amount which is the histogram generated from the attention point and the peripheral point in the method (B) of 1st Embodiment. 第1実施形態の(B)の手法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the method (B) of 1st Embodiment. 第1実施形態の(B)の手法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the method (B) of 1st Embodiment. 第1実施形態の(B)の手法における特徴量の統合方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the integration method of the feature amount in the method (B) of 1st Embodiment. 第1実施形態の連結判定部が実行する連結処理を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the connection process executed by the connection determination part of 1st Embodiment. 第2実施形態のモデル生成装置の一例の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of the model generation apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態のワイヤモデル生成部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation of the wire model generation part of 2nd Embodiment. 第2実施形態の周辺距離推定処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the peripheral distance estimation processing of 2nd Embodiment. ワイヤの配線例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wiring example of a wire. ワイヤの配線例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wiring example of a wire. 図22Bに示した付属品(調整金具)のイメージ図である。It is an image diagram of the accessory (adjustment metal fitting) shown in FIG. 22B. オクルージョン領域による直線要素の連結を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the connection of the straight line element by an occlusion area.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は、本発明を限定するものでない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present embodiment does not limit the present invention.

[発明の概要]
まず、本発明の実施形態における概要を説明する。
[Outline of Invention]
First, an outline of the embodiment of the present invention will be described.

本開示は、3次元点群の中から電力線や電話線等の通信線などのワイヤのワイヤモデルを頑健に検出するモデル生成装置、ワイヤモデルの生成方法、及びプログラムに関する技術である。特に、オクルージョンの影響で計測された3次元点群に大きな欠損が生じている状況や、複数のワイヤが形状に歪みが生じている状況でも有効な技術である。なお、以下では、「3次元」について「3D」と表現する場合がある。 The present disclosure is a technique relating to a model generator, a wire model generation method, and a program for robustly detecting a wire model of a wire such as a communication line such as a power line or a telephone line from a three-dimensional point cloud. In particular, it is an effective technique even in a situation where a large defect occurs in a three-dimensional point cloud measured due to the influence of occlusion or a situation in which a plurality of wires are distorted in shape. In the following, "three-dimensional" may be expressed as "3D".

本開示では、事前に検出した局所に連続な曲線要素について、その曲線要素と近傍曲線要素との連結のしやすさを定義した指標によりクラスタリング(曲線要素を連結して同一グループとする)を行う。局所的な領域を曲線で近似することで、遠方位置での曲線要素の位置および形状(物理パラメータ)を推定することが可能となる。 In the present disclosure, clustering (concatenating curved elements into the same group) is performed on locally continuous curved elements detected in advance by an index that defines the ease of connecting the curved elements and neighboring curved elements. .. By approximating the local region with a curve, it is possible to estimate the position and shape (physical parameters) of the curve element at a distant position.

しかしながら、従来の技術のように連結時の滑らかさだけを考慮した連結性指標を定義してしまうと、点群の欠損が大きい場合に推定精度が低下しやすく、誤った連結を行うという問題が生じてしまう。本開示では、連結候補となる2つの曲線要素を統合した際の近似精度を用いた指標を定義することで、欠損の大きな場合における精度低下を抑制し、かつ計測ノイズに頑健な連結を可能とする。 However, if a connectivity index that considers only the smoothness at the time of connection is defined as in the conventional technique, the estimation accuracy tends to decrease when the point cloud has a large defect, and there is a problem that incorrect connection is performed. It will occur. In the present disclosure, by defining an index using the approximation accuracy when two curve elements that are candidates for connection are integrated, it is possible to suppress a decrease in accuracy in the case of a large defect and to make a robust connection to measurement noise. To do.

ここで、複数の幾何モデルを統合する際に従来使われてきた指標にAIC(Akaike's Information Criterion)やBIC(Schwarz's Bayesian Information Criterion)等の情報量基準がある。これはある幾何モデルを選択したときの、観測データ(本実施形態では3次元点群)の近似精度とモデルパラメータの複雑度とを考慮した指標である。当該情報量基準では、観測されたデータの近似精度を十分に表現しつつも、複雑性を低くした幾何モデルが選択される。本開示における連結性指標では、ノイズに頑健に推定するために、当該情報量基準で用いられている近似精度を用いる。 Here, there are information criteria such as AIC (Akaike's Information Criterion) and BIC (Schwarz's Bayesian Information Criterion) as indicators that have been conventionally used when integrating a plurality of geometric models. This is an index considering the approximation accuracy of the observation data (three-dimensional point cloud in this embodiment) and the complexity of the model parameters when a certain geometric model is selected. In the information criterion, a geometric model is selected that sufficiently expresses the approximation accuracy of the observed data but has low complexity. In the connectivity index in the present disclosure, the approximation accuracy used in the information criterion is used in order to make a robust estimate of noise.

また、インフラ設備については、引き込み線やケーブル(ワイヤ)の形状は付属品の影響により懸垂線とは限らないが、社内の点検業務マニュアル等により、規則的な形状として設置されている。規則的とは、対照性が保たれているとか、周辺構造物とは一定の距離を保つ形状になるようにケーブルを配線するとか、何かしらの基準に従うことが多い。そのため、ある電柱区間で設置されたワイヤの形状と類似したワイヤの形状が、別の電柱区間でも存在する確率が高いことを意味する。 Regarding infrastructure equipment, the shape of the lead-in wire and cable (wire) is not necessarily a catenary due to the influence of accessories, but it is installed as a regular shape according to the in-house inspection work manual. Regularity often follows some standard, such as maintaining contrast or wiring cables so that they are shaped to maintain a certain distance from the surrounding structure. Therefore, it means that there is a high probability that a wire shape similar to the wire shape installed in one utility pole section also exists in another utility pole section.

つまり、保守業務や安全面から、インフラ設備としての設置条件を満たすようなケーブルの配線方法、例えば地上高さを保つために垂れすぎないなど、または一定の間隔を保つようにケーブルが配線されているなどの規則性を学習することが、ワイヤを精度よく連結することに有効であると考えられる。 In other words, from the viewpoint of maintenance work and safety, the cable wiring method that satisfies the installation conditions as infrastructure equipment, such as not hanging too much to maintain the height above the ground, or the cables are routed so as to maintain a certain interval. It is considered that learning regularity such as safety is effective for connecting wires accurately.

本開示においては、3D特徴量を用いることで、連結するワイヤの形状を学習し、機械学習の枠組みにより求めた識別器により、ワイヤ同士の連結可否を判定する。 In the present disclosure, the shape of the wires to be connected is learned by using the 3D feature amount, and whether or not the wires can be connected to each other is determined by the classifier obtained by the framework of machine learning.

[実施形態の概説]
第1実施形態において、本開示ではこの情報量基準と同様に、複数のモデルを1つで表現したときの近似誤差増減およびモデルの大きさの増減を指標に用いる。具体的には、連結判定対象となる曲線要素上の観測3次元点群について、2つの曲線要素で表すべきか、1つの曲線要素で表すべきか連結可否の判定指標に用いる。ただし、複数の曲線要素が歪んでいる場合には2つの曲線が連結されにくくなり、連結可否の閾値を下げれば、誤ったワイヤ同士が連結される可能性も高くなりやすい。そこで本開示では、連結判定対象となる曲線要素について連結端点位置からの局所的な領域の3D点群に絞って、近似誤差を計算することで、歪みの影響を低く抑える。これにより、市街地内のように複数のワイヤが平行して存在する場合でも、精度よくワイヤを連結することが可能となる。
[Outline of Embodiment]
In the first embodiment, in the present disclosure, similarly to this information criterion, the increase / decrease in the approximation error and the increase / decrease in the size of the model when a plurality of models are represented by one are used as indexes. Specifically, the observation three-dimensional point cloud on the curve element to be connected is used as a judgment index of whether or not it should be represented by two curve elements or one curve element. However, when a plurality of curve elements are distorted, it becomes difficult to connect the two curves, and if the threshold value for connection possibility is lowered, the possibility that erroneous wires are connected tends to increase. Therefore, in the present disclosure, the influence of distortion is suppressed to a low value by calculating the approximation error by focusing on the 3D point cloud in the local region from the connection end point position for the curve element to be connected. As a result, even when a plurality of wires exist in parallel as in an urban area, the wires can be connected with high accuracy.

連結性指標の計算方法(B)においては、連結判定対象となる曲線要素だけでなく、周辺の状況も考慮して連結性の可否を判定する評価関数を定義する。例えば、3本ずつ配置されたワイヤは、大きな欠損がある場合でも、一定の距離を保ちつつ3本のワイヤは連結される可能性が高いなどの「規則性」を学習することで、連結する際の精度低下を抑制する。具体的には、曲線要素とその周辺の物体の形状情報とを3次元特徴量として記録し、近似誤差および連結する2つの曲線要素の特徴を統合した特徴ベクトルをパターン認識することで、連結可否を判定する。 In the calculation method (B) of the connectivity index, an evaluation function for determining the possibility of connectivity is defined in consideration of not only the curve element to be determined for connection but also the surrounding conditions. For example, wires arranged three by three can be connected by learning "regularity" such that three wires are likely to be connected while maintaining a certain distance even if there is a large defect. Suppresses a decrease in accuracy. Specifically, by recording the shape information of the curved element and the surrounding object as a three-dimensional feature quantity, and recognizing the pattern that integrates the approximation error and the features of the two curved elements to be connected, the connection is possible or not. To judge.

第2実施形態においては、求めたワイヤモデルと周辺構造物との距離を調べることで、離隔距離を算出する。この際に、ノイズ除去フィルタを適用し、さらに点群クラスタリングにより付属品を除去することで、樹木の葉や建造物などの大きな構造物との距離を精度よく算出することが可能となる。 In the second embodiment, the separation distance is calculated by examining the distance between the obtained wire model and the surrounding structure. At this time, by applying a noise removal filter and further removing accessories by point cloud clustering, it is possible to accurately calculate the distance to a large structure such as a leaf of a tree or a building.

本実施形態は、3次元点群から個々のワイヤを検出する技術であり、検出したワイヤの3Dモデルと周辺構造物との距離(離隔距離)を推定する技術である。まず、ワイヤを構成すると判定された点群を検出し、次にそのワイヤ構成点群から曲線要素を検出し、その曲線要素を連結することでワイヤモデルを生成する。このワイヤと周辺の構造物の距離を測定することで離隔距離を出力できる。 The present embodiment is a technique for detecting individual wires from a three-dimensional point cloud, and is a technique for estimating the distance (separation distance) between the 3D model of the detected wire and the surrounding structure. First, a point cloud determined to form a wire is detected, then a curved element is detected from the wire constituent point cloud, and a wire model is generated by connecting the curved elements. The separation distance can be output by measuring the distance between this wire and the surrounding structure.

ここで、ワイヤモデルとは、3次元空間中に存在するワイヤについて、3D幾何モデルによりパラメトリックに表現することを意味する。本実施形態では、3次元空間中に存在する2次曲線を用いて曲線要素を表現するために、各曲線要素には2次曲線を表現するためのローカル座標系(座標系の原点位置、座標系の向き)をパラメータとして持つ。各ワイヤモデルは、複数の曲線要素のパラメータ情報および周辺情報として、最低地上高(地面と最も近い位置および距離)と離隔距離情報(周辺構造物と最も近い位置および距離)を3D形状情報として保持する。 Here, the wire model means that a wire existing in a three-dimensional space is parametrically represented by a 3D geometric model. In the present embodiment, in order to express a curve element using a quadratic curve existing in a three-dimensional space, each curve element has a local coordinate system for expressing a quadratic curve (origin position and coordinates of the coordinate system). The orientation of the system) is a parameter. Each wire model holds the minimum ground clearance (position and distance closest to the ground) and separation distance information (position and distance closest to the surrounding structure) as 3D shape information as parameter information and peripheral information for multiple curved elements. To do.

また本実施形態において、曲線要素とは局所的な領域において連続した線分を意味し、以下では区分的連続線と呼ぶ。区分的連続線には、2次曲線でだけでなく、1次直線でも、原理的には4次曲線でも適用できる。ある区間に2つの端点を有し、その端点間は連続した線であることを意味する。 Further, in the present embodiment, the curve element means a continuous line segment in a local region, and is hereinafter referred to as a piecewise continuous line. The piecewise continuous line can be applied not only to a quadratic curve but also to a linear straight line or, in principle, a quartic curve. It means that it has two endpoints in a certain section and the interval between the endpoints is a continuous line.

本開示は、電力線や電話、インターネットの通信線等のワイヤ検出およびその周辺情報を得ることが目的としているが、それ以外の細線状の形状を検出してモデル化することも可能な技術である。例えば、道路の白線等の細長い構造物も意味する。以下の実施形態では、具体的な例としてレーザーレンジファインダにより取得した位置情報(3次元座標)を持つ点群を用いたワイヤ検出方法について説明する。 The purpose of the present disclosure is to detect wires such as power lines, telephones, and Internet communication lines and to obtain information on their surroundings, but it is also a technique capable of detecting and modeling other fine line shapes. .. For example, it also means an elongated structure such as a white line on a road. In the following embodiment, as a specific example, a wire detection method using a point cloud having position information (three-dimensional coordinates) acquired by a laser range finder will be described.

ここで、計測された点群における3次元座標とは、緯度、経度、海抜(高さ)情報でもよいし、ユーザが設定した特定の位置を原点とした3次元ユークリッド座標系でも極座標系でもよい。以下の例では、ユーザが設定した原点における3次元ユークリッド座標系(各方向をX,Y,Z座標とする)を想定し、各座標の単位はメートルとする。3次元点とは、各点に上記の3次元座標に、その点群が撮影された時刻や、レーザーの反射強度などの計測情報、その点の属性情報が付与されている点である。3次元点に付与される情報に制限はないが、少なくとも位置情報(X,Y,Z座標)は付与されたものであり、3次元点群とはその3次元点が複数集まったものである。 Here, the three-dimensional coordinates in the measured point group may be latitude, longitude, and sea level (height) information, or may be a three-dimensional Euclidean coordinate system or a polar coordinate system with a specific position set by the user as the origin. .. In the following example, a three-dimensional Euclidean coordinate system (each direction is defined as X, Y, Z coordinates) at the origin set by the user is assumed, and the unit of each coordinate is meters. The three-dimensional point is a point to which the above-mentioned three-dimensional coordinates are given measurement information such as the time when the point cloud was photographed, the reflection intensity of the laser, and the attribute information of the point. There is no limit to the information given to the 3D points, but at least the position information (X, Y, Z coordinates) is given, and the 3D point cloud is a collection of a plurality of the 3D points. ..

[第1実施形態]
図1は、本実施形態のモデル生成装置100の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態のモデル生成装置100は、記憶部103及び演算部104を備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the model generation device 100 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the model generation device 100 of this embodiment includes a storage unit 103 and a calculation unit 104.

被写体計測部101は、3次元点群を計測するものであり、レーザーレンジファインダや、赤外線センサ、または超音波センサ等、被写体とセンサとの距離を測定可能な装置であり、被写体の3次元点群情報をモデル生成装置100に出力する。 The subject measuring unit 101 measures a three-dimensional point cloud, and is a device capable of measuring the distance between the subject and the sensor, such as a laser range finder, an infrared sensor, or an ultrasonic sensor, and is a three-dimensional point of the subject. The group information is output to the model generator 100.

例えば、レーザーレンジファインダをGPS(Global Positioning System)が搭載された車の上、もしくはGPSの搭載された飛行機に搭載し、移動しながら計測することで、屋外の環境の人工物、例えばワイヤ、建物、木、道路や道路以外の地面等、不特定多数の被写体の3次元位置を計測するシステムである。 For example, by mounting a laser range finder on a car equipped with GPS (Global Positioning System) or on an airplane equipped with GPS and measuring while moving, artificial objects in an outdoor environment, such as wires and buildings, can be measured. , A system that measures the three-dimensional position of an unspecified number of subjects such as trees, roads, and the ground other than roads.

本実施形態では、被写体計測部101として、車上にGPSとレーザーレンジファインダとが搭載されているMMS(Mobile Mapping System)を想定している。なお、被写体計測手段101は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、飛行機等に搭載されたMMSであってもよいし、交差点等の特定の1箇所の位置から計測を行う固定のレーザースキャンセンサ機器等であってもよい。 In the present embodiment, an MMS (Mobile Mapping System) in which a GPS and a laser range finder are mounted on a vehicle is assumed as the subject measurement unit 101. The subject measuring means 101 is not limited to the present embodiment, and may be, for example, an MMS mounted on an airplane or the like, or is fixed to measure from a specific position such as an intersection. It may be a laser scan sensor device or the like.

入力部102は、マウスやキーボード等のユーザインターフェースであり、演算処理用パラメータ記憶部111の値を変更する際に使用するものである。ユーザがキーボード等での必要な値を入力するハードウェア装置を意味する。もしくは、USB HDD装置などに記憶されたパラメータを演算処理用パラメータ記憶部111へコピーする装置でもよい。 The input unit 102 is a user interface such as a mouse or a keyboard, and is used when changing the value of the parameter storage unit 111 for arithmetic processing. It means a hardware device in which a user inputs necessary values using a keyboard or the like. Alternatively, it may be a device that copies the parameters stored in the USB HDD device or the like to the parameter storage unit 111 for arithmetic processing.

図1に示すように、本実施形態の記憶部103は、3次元点群記憶部110、演算処理用パラメータ記憶部111、及び設備情報記憶部112を含む。 As shown in FIG. 1, the storage unit 103 of the present embodiment includes a three-dimensional point cloud storage unit 110, a parameter storage unit 111 for arithmetic processing, and an equipment information storage unit 112.

3次元点群記憶部110には、被写体計測部101から3次元点群情報が入力され、入力された3次元点群情報が記憶される。3次元点群記憶部110に記憶された3次元点群情報は、演算部104に出力される。 The 3D point cloud storage unit 110 is input with the 3D point cloud information from the subject measurement unit 101, and the input 3D point cloud information is stored. The three-dimensional point cloud information stored in the three-dimensional point cloud storage unit 110 is output to the calculation unit 104.

演算処理用パラメータ記憶部111には、入力部102から演算部104の演算に用いられる演算処理用パラメータが入力され、入力された演算処理用パラメータが記憶される。演算処理用パラメータ記憶部111に記憶された演算処理用パラメータは、演算部104に出力される。 The calculation processing parameter storage unit 111 is input with the calculation processing parameters used for the calculation of the calculation unit 104 from the input unit 102, and the input calculation processing parameters are stored. The arithmetic processing parameters stored in the arithmetic processing parameter storage unit 111 are output to the arithmetic unit 104.

設備情報記憶部112には、詳細を後述する演算部104で生成されたワイヤモデルが入力され、入力されたワイヤモデルが記憶される。 The wire model generated by the calculation unit 104, which will be described in detail later, is input to the equipment information storage unit 112, and the input wire model is stored.

3次元点群記憶部110、演算処理用パラメータ記憶部111、及び設備情報記憶部112は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)や、SSD(Solid State Drive)等のハードウェアによる記憶装置である。 The three-dimensional point cloud storage unit 110, the arithmetic processing parameter storage unit 111, and the equipment information storage unit 112 are hardware storage devices such as an HDD (Hard Disk Drive) and an SSD (Solid State Drive), for example.

演算部104は、区分的連続線検出部121と、区分的連続線連結部122とを含む。 The calculation unit 104 includes a piecewise continuous line detection unit 121 and a piecewise continuous line connecting unit 122.

区分的連続線検出部121は、3次元点群記憶部110から3次元点群情報を取得し、3次元点群情報に基づいて、曲線要素(区分的連続線)を検出する。区分的連続線検出部121は、検出した曲線要素(区分的連続線)を区分的連続線連結部122に出力する。 The piecewise continuous line detection unit 121 acquires three-dimensional point cloud information from the three-dimensional point cloud storage unit 110, and detects a curve element (piecewise continuous line) based on the three-dimensional point cloud information. The piecewise continuous line detection unit 121 outputs the detected curve element (piecewise continuous line) to the piecewise continuous line connecting unit 122.

区分的連続線連結部122には、区分的連続線検出部121から区分的連続線が入力される。区分的連続線連結部122は、区分的連続線検出部121が検出した曲線要素(区分的連続線)を連結してワイヤモデルを生成する。区分的連続線連結部122により生成されたワイヤモデルは、記憶部103の設備情報記憶部112へ出力される。 A piecewise continuous line is input from the piecewise continuous line detection unit 121 to the piecewise continuous line connecting unit 122. The piecewise continuous line connecting unit 122 connects the curve elements (piecewise continuous lines) detected by the piecewise continuous line detecting unit 121 to generate a wire model. The wire model generated by the piecewise continuous line connecting unit 122 is output to the equipment information storage unit 112 of the storage unit 103.

図2に示すように、本実施形態の区分的連続線連結部122は、詳細を後述する連結候補線検出部131、連結性指標算出部132、及び連結判定部133を備える。 As shown in FIG. 2, the piecewise continuous line connecting unit 122 of the present embodiment includes a connection candidate line detection unit 131, a connectivity index calculation unit 132, and a connection determination unit 133, which will be described in detail later.

なお、本実施形態のモデル生成装置100は、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、後述する処理を実行するためのプログラムや各種データを記憶したROM(Read Only Memory)と、を含むコンピュータで構成することができる。本実施形態のCPUがプログラムを実行することにより、ワイヤモデル生成部120が有する各部として機能する。 The model generation device 100 of this embodiment includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory) that stores programs and various data for executing processes described later. Can be configured with a computer that includes. When the CPU of the present embodiment executes the program, it functions as each unit of the wire model generation unit 120.

(演算部104のワイヤモデル生成部120の処理の流れ)
図3は、本実施形態の演算部104の動作の一例を示したフローチャートである。まず、本実施形態のモデル生成装置100における演算部104のワイヤモデル生成部120の動作(作用)の全体について説明する。なお、ステップS1〜ステップS3は、区分的連続線検出部121に対応し、ステップS4は、区分的連続線連結部122に対応する。また、「モデル当てはめ」とは、パラメトリックに定義される幾何モデルを推定する処理を意味する。本実施形態では、入力された点群に対して、評価スコアを最大とするような形状のパラメータを推定する一般的なアルゴリズムであるRANSAC(RANdom SAmple Consensus)を用いる。
(Processing flow of the wire model generation unit 120 of the calculation unit 104)
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the calculation unit 104 of the present embodiment. First, the entire operation (action) of the wire model generation unit 120 of the calculation unit 104 in the model generation device 100 of the present embodiment will be described. It should be noted that steps S1 to S3 correspond to the piecewise continuous line detection unit 121, and step S4 corresponds to the piecewise continuous line connecting unit 122. Further, "model fitting" means a process of estimating a geometric model defined parametrically. In this embodiment, RANSAC (RANdom SAmple Consensus), which is a general algorithm for estimating the parameters of the shape that maximizes the evaluation score, is used for the input point cloud.

図3に示すように、ステップS1で区分的連続線検出部121は、3次元点群記憶部110から入力された3次元点群から局所形状解析をする。 As shown in FIG. 3, in step S1, the piecewise continuous line detection unit 121 performs a local shape analysis from the three-dimensional point cloud input from the three-dimensional point cloud storage unit 110.

次のステップS2で区分的連続線検出部121は、ワイヤを構成する3次元点群を検出し、検出した3次元点群をワイヤ構成点とする。 In the next step S2, the piecewise continuous line detection unit 121 detects a three-dimensional point cloud constituting the wire, and sets the detected three-dimensional point cloud as the wire constituent point.

次のステップS3で区分的連続線検出部121は、検出したワイヤ構成点にモデル当てはめを行い、区分的連続線を検出し、区分的連続線連結部122に出力する。 In the next step S3, the piecewise continuous line detection unit 121 applies a model to the detected wire constituent points, detects the piecewise continuous line, and outputs the piecewise continuous line to the piecewise continuous line connecting unit 122.

次のステップS4で区分的連続線連結部122は、区分的連続線検出部121から入力された区分的連続線について連結処理を行い、ワイヤモデルを検出し、検出したワイヤモデルのパラメータを設備情報記憶部112へ出力して、本動作を終了する。 In the next step S4, the piecewise continuous line connecting unit 122 performs a connecting process on the piecewise continuous line input from the piecewise continuous line detecting unit 121, detects a wire model, and sets the parameters of the detected wire model as equipment information. Output to the storage unit 112 to end this operation.

以降では、上述した図3に示すフローチャートで説明した、ワイヤモデル生成部120におけるステップ1からステップ4のアルゴリズムの詳細な動作について説明する。 Hereinafter, the detailed operation of the algorithms of steps 1 to 4 in the wire model generation unit 120 described in the flowchart shown in FIG. 3 will be described.

(ステップS1:局所形状解析)
ステップS1で連結候補線検出部131は、3次元点群記憶部110から3次元点群を取得し、演算処理用パラメータ記憶部111からワイヤモデル生成部120で使用する演算処理用パラメータを取得する。そして、連結候補線検出部131は、3次元点群について、局所的な形状解析として、注目点位置における法線および最小曲率方向(押出し方向)を計算する。入力点群を区別する番号をi、点群の総数をNiとすると、各点の3次元位置は次式で表現する。

ただし、[x,y,z]は、X,Y,Z軸の座標成分を意味し、右上の添え字の記号「T」は転置を意味とする。
(Step S1: Local shape analysis)
In step S1, the connection candidate line detection unit 131 acquires the three-dimensional point cloud from the three-dimensional point cloud storage unit 110, and acquires the arithmetic processing parameters used by the wire model generation unit 120 from the arithmetic processing parameter storage unit 111. .. Then, the connection candidate line detection unit 131 calculates the normal and the minimum curvature direction (extrusion direction) at the position of interest as a local shape analysis for the three-dimensional point cloud. Assuming that the number that distinguishes the input point cloud is i and the total number of point clouds is Ni, the three-dimensional position of each point is expressed by the following equation.

However, [x i , y i , z i ] means the coordinate components of the X, Y, and Z axes, and the subscript symbol "T" in the upper right means transpose.

法線方向の推定は既存手法を用いればよいが、以下に1例を示す。注目点pについて、半径r以内の距離を局所領域と定義し、この局所領域内部の点をp(j∈1,2,3,...,N)、局所領域内の点群の総数を

と表記する。半径r以内の距離に含まれる点は、下記(1)式を満たす点として求められる。
・・・(1)
The existing method may be used to estimate the normal direction, but an example is shown below. For target points p i, the distance within a radius r is defined as the local region, the local region inside the point of p j (j∈1,2,3, ..., N j), the point group in the local region Total number of

Notated as. The points included in the distance within the radius r are obtained as points satisfying the following equation (1).
... (1)

ただし、(1)式において、記号「|| ||」はベクトルの2ノルム、記号「| |」は絶対値を意味する。 However, in equation (1), the symbol "|| ||" means the 2 norms of the vector, and the symbol "||" means the absolute value.

このとき、法線ベクトルnは、局所領域内部の点群の共分散行列Pを固有値展開したときの第三固有値ベクトル(最も小さい固有値に対応するベクトル)として求まり、最小曲率方向mは、第一固有値ベクトルとして求まる。本実施形態では、法線を求める際の局所領域のrの大きさは0.2[m]とした。 In this case, the normal vector n i is Motomari as the third eigenvalue vector when the covariance matrix P of the point group of the internal local region and eigenvalue decomposition (vector corresponding to the smallest eigenvalue), the minimum curvature direction m i, Obtained as the first eigenvalue vector. In the present embodiment, the size of r in the local region when the normal is obtained is set to 0.2 [m].

非特許文献3のように、計測ノイズに頑健に押出し方向を推定し、以降の特徴抽出処理の際に利用してもよい。本実施形態では、計算量の少ない方法を示した。また以下では、「注目点」や「注目曲線」という文言の「注目」の意味は、「ある」もしくは「某」という意味であり、何かしらの指標により選択したという意味でなく、全ての処理候補について同等に処理は行われる。また、以降では、アルファベットの文字は数に限りがあるため、同じ文字でも別の段落(節)では、別の意味として利用することもある。 As in Non-Patent Document 3, the extrusion direction may be estimated robustly based on the measurement noise and used in the subsequent feature extraction processing. In this embodiment, a method with a small amount of calculation is shown. In the following, the meaning of "attention" in the words "attention point" and "attention curve" means "is" or "certain", and does not mean that it is selected by some index, but all processing candidates. Is processed in the same way. In addition, since the number of letters in the alphabet is limited, the same letters may be used as different meanings in different paragraphs (sections).

(ステップS2:ワイヤ構成点検出)
ステップ2において区分的連続線検出部121は、ワイヤ構成点を検出する。区分的連続線検出部121は、入力された3次元点群の中から、ワイヤである点(ワイヤ構成点)がいずれであるかを識別する識別処理を行う。本処理については、既存技術を利用することとし、例えば特許文献1に記載された技術により実現可能である。また例えば、事前に教師データを用意することが可能な場合には、非特許文献3のような既存手法を用いることで、細長い物体上の点群の検出を実現することが可能である。
(Step S2: Wire component point detection)
In step 2, the piecewise continuous line detection unit 121 detects the wire constituent points. The piecewise continuous line detection unit 121 performs identification processing for identifying which point (wire constituent point) is a wire from the input three-dimensional point cloud. This process uses existing technology and can be realized by, for example, the technology described in Patent Document 1. Further, for example, when it is possible to prepare teacher data in advance, it is possible to realize the detection of a point cloud on an elongated object by using an existing method such as Non-Patent Document 3.

(ステップS3:区分的連続線検出)
ステップS3において区分的連続線検出部121は、区分的連続線を検出する。区分的連続線検出部121は、上記ステップS2で検出したワイヤ構成点群から、本処理について、局所領域(ある一定のスケール内の領域)に存在する連続曲線を検出する。具体的には、区分的連続線検出部121は、ある領域内のワイヤ構成点群についてモデル当てはめを行い、閾値以上の評価スコアを有するものを曲線要素として判定する。
(Step S3: Piecewise continuous line detection)
In step S3, the piecewise continuous line detection unit 121 detects the piecewise continuous line. The piecewise continuous line detection unit 121 detects a continuous curve existing in a local region (a region within a certain scale) for this process from the wire constituent point group detected in step S2. Specifically, the piecewise continuous line detection unit 121 performs model fitting on a group of wire constituent points in a certain region, and determines a curve element having an evaluation score equal to or higher than a threshold value.

なお、本実施形態においては、ロバスト推定で広く利用されているRANSACを用いて2次曲線(円弧)のパラメータを推定することとする。2次曲線のパラメータは、3次元空間における円弧の存在する座標系の2つの軸Xc、Yc方向とその方向に垂直な軸Zc方向、円の中心位置Vcおよびその半径Rcが求まる。端点は円弧上に存在する3次元点群(ワイヤ点群)における円弧の位置として求まる。 In this embodiment, the parameters of the quadratic curve (arc) are estimated using RANSAC, which is widely used in robust estimation. Parameters of the quadratic curve, the two axes Xc of the coordinate system where the presence of the arc is in three-dimensional space, Yc direction axis perpendicular Zc i direction in that direction, the center position Vc and its radius Rc of the circle determined. The end point is obtained as the position of the arc in the three-dimensional point cloud (wire point cloud) existing on the arc.

図4には、区分的連続線検出部121により実行されるRANSACによる2次曲線の推定例のフローチャートを示す。なお、ステップS3の開始において、区分的連続線検出部121には、ワイヤ構成点と判定された3次元点群を入力される。 FIG. 4 shows a flowchart of an example of estimating a quadratic curve by RANSAC executed by the piecewise continuous line detection unit 121. At the start of step S3, a three-dimensional point cloud determined to be a wire constituent point is input to the piecewise continuous line detection unit 121.

ステップS3−1で区分的連続線検出部121は、予め定められた規定回数処理を繰り返すための管理用の変数Loopに「1」を加算する。なお、本処理の実行を開始した際の繰り返しの変数Loopの初期値は0である。終了条件を満たすと、Loopは初期値0となる。 In step S3-1, the piecewise continuous line detection unit 121 adds “1” to the management variable Loop for repeating the predetermined predetermined number of times of processing. The initial value of the repeating variable Loop when the execution of this process is started is 0. When the end condition is satisfied, Loop becomes the initial value 0.

次のステップS3−2において、区分的連続線検出部121は、区分的連続線のパラメータを算出する。本実施形態では、連続線を2次曲線(円弧)とするため、区分的連続線検出部121は、3点以上の3次元点からパラメータを求めることが可能である。以下、「方向」とは、長さが1.0の単位ベクトルと定義する。 In the next step S3-2, the piecewise continuous line detection unit 121 calculates the parameters of the piecewise continuous line. In the present embodiment, since the continuous line is a quadratic curve (arc), the piecewise continuous line detection unit 121 can obtain the parameter from three or more three-dimensional points. Hereinafter, the "direction" is defined as a unit vector having a length of 1.0.

Cn番目の区分的連続線について、ワイヤ構成点から、ランダムに選んだ3点の重心位置をVVCn、重心位置VVCnからランダムに選んだ1点目の方向をXXCn、重心位置VVCnからランダムに選んだ1点目の方向をYYCnとする。また、XXCn、YYCnの張る2次元平面について、Z軸方向のベクトルを射影したものをYCn、方向XXCnから方向YCnの成分を無くしたものを方向XCnとする。
For the Cnth compartmentalized continuous line, the center of gravity positions of three randomly selected points from the wire constituent points are VV Cn , and the direction of the first point randomly selected from the center of gravity position VV Cn is XX Cn and the center of gravity position VV Cn. Let YY Cn be the direction of the first point selected at random. Further, regarding the two-dimensional plane stretched by XX Cn and YY Cn, the projection of the vector in the Z-axis direction is referred to as Y Cn , and the one obtained by removing the components of the direction Y Cn from the direction XX Cn is referred to as the direction X Cn .

ただし、記号「・」は、数値の掛け算もしくはベクトル間の内積を意味し、記号「→」は変数に値を代入することを意味する。 However, the symbol "・" means multiplication of numerical values or the inner product between vectors, and the symbol "→" means assigning a value to a variable.

ここで求めた方向をCn番目の区分的連続線のローカル座標系とする。ランダムに点群を選ぶ方法は、メルセンヌ・ツイスタなどの乱数生成器を利用すればよく、例えば、発生させた乱数に対して「入力点の数で割ったときの商」(小数点以下を切り捨て)の値と同じ番号の点を選べばよい。また、ランダムに選んだ3点が、稀に一直線に並んだ場合、再度3点選べばよいし、乱数により同じ数字が選ばれたときは再度選べばよい。 The direction obtained here is the local coordinate system of the Cnth piecewise continuous line. A random number generator such as Mersenne Twister can be used to randomly select a point cloud. For example, the generated random number is divided by the number of input points and the quotient (rounded down to the nearest whole number). You can choose the point with the same number as the value of. In rare cases, when three randomly selected points are lined up in a straight line, three points may be selected again, and when the same number is selected by a random number, they may be selected again.

次に、上記ランダムに選んだ3点から円の方程式を求め、ローカル座標系における円の中心位置Tn(Tx,Ty)および円弧の半径Rnを求める。円の方程式の解法は公知のためここでは、説明を省略する。ただし、TxとTyはスカラー値であり、ローカル座標系のXCn軸とYCn軸の成分である。 Next, the equations of the circle are obtained from the above three randomly selected points, and the center position Tn (Tx, Ty) of the circle and the radius Rn of the arc in the local coordinate system are obtained. Since the solution of the circle equations is known, the description thereof is omitted here. However, Tx and Ty are scalar values and are components of the XCn axis and the YCn axis of the local coordinate system.

Cn番目の区分的連続線の円の中心位置(3次元座標)は次式により求まる。
The center position (three-dimensional coordinates) of the circle of the Cnth piecewise continuous line can be obtained by the following equation.

次のステップS3−3において、区分的連続線検出部121は、上記ステップS3−2で算出した、区分的連続線の仮パラメータを評価する。区分的連続線検出部121は、Cn番目の区分的連続線のパラメータについて、重心位置VVCnから距離R以内のワイヤ構成点を用いて評価スコアを求める。 In the next step S3-3, the piecewise continuous line detection unit 121 evaluates the tentative parameters of the piecewise continuous line calculated in step S3-2. The piecewise continuous line detection unit 121 obtains an evaluation score for the parameter of the Cnth piecewise continuous line using the wire constituent points within a distance R from the center of gravity position VV Cn .

ここで、関数D(Cnloop,pi)は、2次曲線とワイヤ構成点piとの距離を出力する関数である。図5に示すように、ワイヤ構成点piとn番目のパラメータにより規定される曲線(円弧)は幾何的な関係性から次式Dで求まる。 Here, the function D (Cn loop , pi) is a function that outputs the distance between the quadratic curve and the wire constituent point pi. As shown in FIG. 5, the curve (arc) defined by the wire constituent point pi and the nth parameter can be obtained by the following equation D from the geometrical relationship.

閾値εcは実験的に決めるパラメータであり、本実施形態においてはεc=0.05[m]とした。 The threshold value εc is an experimentally determined parameter, and in this embodiment, εc = 0.05 [m].

Cn番目の区分的連続線の長さLCnは次式で求まる。 The length L Cn of the Cnth piecewise continuous line can be obtained by the following equation.


ただし、θmax、θmaxはXCn軸からの成す最大角度、最小角度であり、次式で求まる。

However, θmax and θmax are the maximum and minimum angles formed from the X Cn axis, and can be obtained by the following equation.

次のステップS3−4において、区分的連続線検出部121は、終了条件1を満たしたか否かを判定する。 In the next step S3-4, the piecewise continuous line detection unit 121 determines whether or not the end condition 1 is satisfied.

(終了条件1)
繰り返し処理の回数Loopの数が、最大繰り返し数LoopMax以上である。
(End condition 1)
The number of iterations Loop is equal to or greater than the maximum number of iterations LoopMax.

終了条件1を満たしていない場合、ステップS3−4の判定が否定判定となり、ステップS3−1へ戻り、上記ステップS3−1〜ステップS3−3の各処理を終了条件1を満たすまで実行する。一方、終了条件1を満たした場合、ステップS3−4の判定が肯定判定となり、ステップS3−5へ移行する。 If the end condition 1 is not satisfied, the determination in step S3-4 becomes a negative determination, the process returns to step S3-1, and each process of steps S3-1 to S3-3 is executed until the end condition 1 is satisfied. On the other hand, when the end condition 1 is satisfied, the determination in step S3-4 becomes an affirmative determination, and the process proceeds to step S3-5.

ステップS3−5において、区分的連続線検出部121は、終了条件2を満たしたか否かを判定する。 In step S3-5, the piecewise continuous line detection unit 121 determines whether or not the end condition 2 is satisfied.

(終了条件2)
候補パラメータの中で最も高いスコアが閾値TH_score_curve未満、または2次曲線の長さが閾値長さTH_length_curve未満である。
(End condition 2)
The highest score among the candidate parameters is less than the threshold TH_score_curve, or the length of the quadratic curve is less than the threshold length TH_length_curve.

終了条件2を満たしていない場合、ステップS3−5の判定が否定判定となり、最高スコアのパラメータをCn番目の区分的連続線と決定し、ステップS3−6へ移行する。一方、終了条件2を満たしている場合、ステップS3−5の判定が肯定判定となり、本処理を終了する。 If the end condition 2 is not satisfied, the determination in step S3-5 is a negative determination, the parameter with the highest score is determined to be the Cnth piecewise continuous line, and the process proceeds to step S3-6. On the other hand, when the end condition 2 is satisfied, the determination in step S3-5 becomes an affirmative determination, and this process ends.

ステップS3−6において、区分的連続線検出部121は、Cn番目の区分的連続線上にあるワイヤモデル構成点をCn番目の区分的連続線に属すると判定して除去する。ただし、ステップS3−6の「除去」とは、ステップS3のRANSAC処理から除くという意味である。また、Cn番目の連続線に属する点群とは、評価スコアを計算した際に、円弧についてθminとθmax以内の範囲かつ、円弧上から距離εc以下にある点群が該当する。以降の連結処理において、各連続線とその線に属する点群を用いる。ステップS3−6の処理の後、ステップS3−1に戻り、上記ステップS3−1〜S3−5の処理を繰り返す。 In step S3-6, the piecewise continuous line detection unit 121 determines that the wire model constituent point on the Cnth piecewise continuous line belongs to the Cnth piecewise continuous line and removes it. However, "removal" in step S3-6 means to remove from the RANSAC process in step S3. Further, the point cloud belonging to the Cnth continuous line corresponds to the point cloud within the range of θmin and θmax for the arc and the distance εc or less from the arc when the evaluation score is calculated. In the subsequent connection processing, each continuous line and a point cloud belonging to that line are used. After the process of step S3-6, the process returns to step S3-1 and the process of steps S3-1 to S3-5 is repeated.

ここで、最大繰り返し数LoopMax、スコア閾値TH_score_curveと長さ閾値は実験的に決めるパラメータであり、本実施形態ではLoopMaxx=1000[回]、TH_score_curve=50[点]、 TH_score_curve=1.0[m]とした。2次曲線のパラメータを評価における局所領域を定義する一定のスケールRkの大きさは実験的にパラメータであり、本実施形態ではスケールRk=5[m]とした。 Here, the maximum number of repetitions LoopMax, the score threshold TH_score_curve, and the length threshold are parameters that are experimentally determined. In this embodiment, LoopMaxx = 1000 [times], TH_score_curve = 50 [points], TH_score_curve = 1.0 [m]. And said. The size of the constant scale Rk that defines the local region in the evaluation of the parameter of the quadratic curve is an experimental parameter, and in this embodiment, the scale Rk = 5 [m].

(ステップS4:区分的連続線連結)
ステップS4において、区分的連続線連結部122は、注目する区分的連続線とその周辺の区分的連続線について、連結するかどうか判定し、判定結果に基づいて区分的連続線を連結する。本実施形態の区分的連続線連結部122が実行する区分的連続線連結処理の一例のフローチャートを図6に示す。なお、図6では、ステップS4−1からステップS4−5について入力された連続曲線について逐次的な処理として記載されているが、処理としては並列(パラレル)に実施してよい。
(Step S4: Piecewise continuous line connection)
In step S4, the piecewise continuous line connecting unit 122 determines whether or not to connect the piecewise continuous line of interest and the piecewise continuous line around it, and connects the piecewise continuous line based on the determination result. FIG. 6 shows a flowchart of an example of the piecewise continuous line connecting process executed by the piecewise continuous line connecting unit 122 of the present embodiment. In FIG. 6, the continuous curves input from steps S4-1 to S4-5 are described as sequential processing, but the processing may be performed in parallel.

図6に示すように、ステップS4−1で連結候補線検出部131は、区分的連続線検出部121から入力された区分的連続線の一つに注目する。連結候補線検出部131は、注目する連続線を番号c(c=1,2,3,…,Nc)として記載する。本処理の実行を開始した際のcの初期値を0とし、本ステップで連結候補線検出部131は、cに「1」を加算する。ただし、Ncは入力された区分的連続線の総数である。 As shown in FIG. 6, in step S4-1, the connection candidate line detection unit 131 pays attention to one of the piecewise continuous lines input from the piecewise continuous line detection unit 121. The connection candidate line detection unit 131 describes the continuous line of interest as the number c (c = 1,2,3, ..., Nc). The initial value of c when the execution of this process is started is set to 0, and the connection candidate line detection unit 131 adds "1" to c in this step. However, Nc is the total number of input piecewise continuous lines.

次のステップS4−2で連結候補線検出部131は、連結候補線群を検出する。連結候補線検出部131は、まず、注目する区分的連続線の端点から半径Rt[m]以内に端点が存在する区分的連続線を連結候補線として検出し、検出結果を連結性指標算出部132へ出力する。 In the next step S4-2, the connection candidate line detection unit 131 detects the connection candidate line group. The connection candidate line detection unit 131 first detects a piecewise continuous line having an end point within a radius Rt [m] from the end point of the piecewise continuous line of interest as a connection candidate line, and detects the detection result as a connectivity index calculation unit. Output to 132.

注目番号cの区分的連続線の端点位置2つは、次式で求まる。

周辺探索スケールRt[m]を用いて連結候補線番号kは、下記(2)式または式(3)式を満たす区分的連続線として求まる。
The two end point positions of the piecewise continuous line of the attention number c can be obtained by the following equation.

Using the peripheral search scale Rt [m], the connection candidate line number k is obtained as a piecewise continuous line satisfying the following equation (2) or equation (3).

上記(2)式または(3)式を満たす端点Vterm (K)を有する区分的連続線が連結候補線となる。 A piecewise continuous line having an end point V term (K) satisfying the above equation (2) or (3) is a connection candidate line.

ただし、V(k)は、番号kの区分的連続線を意味する。周辺探索スケールは、オクルージョンの発生する領域の許容長さ(上限値)であり、計測したデータから実験的に求まる値である。本実施形態では、Rt=10[m]とした。 However, V (k) means a piecewise continuous line of the number k. The peripheral search scale is the permissible length (upper limit value) of the region where occlusion occurs, and is a value experimentally obtained from the measured data. In this embodiment, Rt = 10 [m].

さらに、連結候補線検出部131は、注目する区分的連続線を延長した先に連結候補線の端点が存在するか否か判定する。連結候補線検出部131は、図7に示すように、注目する区分的連続線を延長した線分から距離H[m]以内に端点が存在する区分的連続線を、連結候補線と判定する。ここで、2つの端点のうち少なくとも1つが、距離H以下であればよい。なお、距離Hは実験的に定めるパラメータであり、本実施形態ではH=2[m]とした。 Further, the connection candidate line detection unit 131 determines whether or not the end point of the connection candidate line exists at the end of the extension of the piecewise continuous line of interest. As shown in FIG. 7, the connection candidate line detection unit 131 determines that the divisional continuous line having an end point within a distance H [m] from the line segment extending the divisional continuous line of interest is a connection candidate line. Here, at least one of the two endpoints may be a distance H or less. The distance H is an experimentally determined parameter, and in this embodiment, H = 2 [m].

次のステップS4−3において、連結性指標算出部132は、連結候補線検出部131から入力された検出結果(連結候補の連続線)に基づいて、注目する区分的連続線と各連結候補線との間で、連結性指標を計算する。連結性指標算出部132において実行される上記ステップS4−3の処理について、以下の(A)及び(B)の2通りの方法について詳細に説明する。 In the next step S4-3, the connectivity index calculation unit 132 pays attention to the piecewise continuous line and each connection candidate line based on the detection result (continuous line of connection candidate) input from the connection candidate line detection unit 131. Calculate the connectivity index with and. Regarding the process of step S4-3 executed by the connectivity index calculation unit 132, the following two methods (A) and (B) will be described in detail.

(A)の方法において連結性指標算出部132は、幾何指標を計算する。この場合の連結性指標算出部132は、図8に示した一例のように、幾何指標計算部141を有する。 In the method (A), the connectivity index calculation unit 132 calculates the geometric index. The connectivity index calculation unit 132 in this case has a geometric index calculation unit 141 as in the example shown in FIG.

幾何指標計算部141は、2つの区分的連続線を1つの連続線として近似できるかどうか、近似誤差および近似曲線の長さを指標として用いる。本実施形態では、2つの区分的連続線を1つの曲線として近似したものを、統合曲線モデルと呼ぶ。 The geometric index calculation unit 141 uses as an index whether or not two piecewise continuous lines can be approximated as one continuous line, an approximation error, and the length of an approximate curve. In the present embodiment, an approximation of two piecewise continuous lines as one curve is called an integrated curve model.

この統合曲線モデルは解析的に求められないため、上記ステップS3の処理と同様にして、RANSACにより求める。つまり、仮説パラメータの中から、最も近似誤差の小さい曲線パラメータを推定する。そして、幾何指標計算部141は、推定した統合曲線モデルの近似誤差の変動量および線分長さ変動量の重み付き和として求める。 Since this integrated curve model cannot be obtained analytically, it is obtained by RANSAC in the same manner as in the process of step S3. That is, the curve parameter having the smallest approximation error is estimated from the hypothetical parameters. Then, the geometric index calculation unit 141 obtains it as a weighted sum of the variation amount of the approximation error of the estimated integrated curve model and the variation amount of the line segment length.

幾何指標計算部141の上記動作の詳細について説明する。図9には、幾何指標計算部141の動作の一例のフローチャートを示す。 The details of the above-mentioned operation of the geometric index calculation unit 141 will be described. FIG. 9 shows a flowchart of an example of the operation of the geometric index calculation unit 141.

図9に示すように、ステップS4−3−1Aで幾何指標計算部141は、予め定められた規定回数処理を繰り返すための管理用の変数Loopに「1」を加算する。なお、本処理の実行を開始した際の繰り返しの変数Loopの初期値は0である。本実施形態では繰り返し規定回数を2000回とした。 As shown in FIG. 9, in step S4-3-1A, the geometric index calculation unit 141 adds “1” to the management variable Loop for repeating the predetermined predetermined number of times of processing. The initial value of the repeating variable Loop when the execution of this process is started is 0. In this embodiment, the specified number of repetitions is 2000 times.

図10の左側に示すように、連結されやすい2つの連続線は1つの2次曲線で近似しやすく連結性指標の値は小さく出力される。一方、図10の右側の図に示されるように、連結されにくい2つの連続線は、1つの2次曲線では近似しにくい(近似誤差が大きくなり)ため、連結性指標も大きくなりやすい。 As shown on the left side of FIG. 10, two continuous lines that are easily connected are easily approximated by one quadratic curve, and the value of the connectivity index is output small. On the other hand, as shown in the figure on the right side of FIG. 10, two continuous lines that are difficult to be connected are difficult to approximate with one quadratic curve (the approximation error becomes large), so that the connectivity index tends to be large.

次のステップS4−3−2Aで幾何指標計算部141は、統合曲線モデル候補を導出する。統合曲線モデル候補の導出では、上記ステップS3−2と同様の処理により、2次曲線のパラメータを求めればよい。ただし、ここで使用される点群が、注目する区分的連続もしくは連結候補線に属するワイヤ構成点を用いて処理が行われることが上記ステップS3と異なる。 In the next step S4-3-2A, the geometric index calculation unit 141 derives an integrated curve model candidate. In deriving the integrated curve model candidate, the parameters of the quadratic curve may be obtained by the same process as in step S3-2. However, it is different from the above step S3 that the point cloud used here is processed by using the wire constituent points belonging to the piecewise continuous or connection candidate line of interest.

次のステップS4−3−3Aで幾何指標計算部141は、統合曲線モデルの評価値である幾何指標値を計算する。上記ステップS3−3と同様に、2次曲線との距離閾値εc以下のワイヤ構成点を用いて、評価スコアを算出する。ただし、評価に用いる点群が、注目する区分的連続もしくは連結候補線に属するワイヤ構成点を用いて処理が行われることがステップS3と異なる。 In the next step S4-3-3A, the geometric index calculation unit 141 calculates the geometric index value which is the evaluation value of the integrated curve model. Similar to step S3-3, the evaluation score is calculated using the wire constituent points having the distance threshold value εc or less from the quadratic curve. However, the point cloud used for the evaluation is different from step S3 in that the processing is performed using the wire constituent points belonging to the piecewise continuous or connection candidate line of interest.

幾何指標は下記(4)式により求まる。 The geometric index can be obtained by the following equation (4).

幾何指標値=ψ+λ×ξ ・・・(4)
ただし、(4)式においてψは、近似誤差増加率((注目する区分的連続線の近似誤差+連結候補の近似誤差)/統合曲線モデルの近似誤差)、λは重み係数、ξは、線分の長さの増加率(注目線区分的連続線の長さ+連結候補線の長さ)/統合曲線モデルの長さ)である。
Geometric index value = ψ + λ × ξ ・ ・ ・ (4)
However, in equation (4), ψ is the approximation error increase rate ((approximate error of the sectioned continuous line of interest + approximation error of the connection candidate) / approximation error of the integrated curve model), λ is the weighting coefficient, and ξ is the line segment. The rate of increase in the length of the minute (the length of the continuous line segmented by the line of interest + the length of the connection candidate line) / the length of the integrated curve model).

近似誤差とは、2次曲線に含まれる(円弧からεc以下の距離)の点群の距離であり、円弧からの距離の平均値として算出できる。統合曲線モデルにおける近似誤差は、注目する区分的連続線に属するワイヤ構成点と連結候補に属するワイヤモデル構成点を用いて評価すればよい。 The approximation error is the distance of a group of points included in the quadratic curve (distance of εc or less from the arc), and can be calculated as the average value of the distances from the arc. The approximation error in the integrated curve model may be evaluated using the wire component points belonging to the piecewise continuous line of interest and the wire model component points belonging to the connection candidates.

近似誤差の導出については、平均誤差を求めればよい。注目するCn番目の区分的連続線の誤差E(Cn)は、距離関数Dを用いて次式で求まる。
For the derivation of the approximation error, the average error may be obtained. The error E (Cn) of the Cnth piecewise continuous line of interest can be obtained by the following equation using the distance function D.

ただし、NCnは区分的連続線に属するワイヤ構成点の数を意味し、pは区分的連続線に属するワイヤ構成点を意味する。同様にして、連結候補曲線、統合曲線モデルの平均誤差も算出できる。 However, N Cn denotes the number of wires constituting points belonging to piecewise continuous line, p i denotes the wire configuration points belonging to piecewise continuous line. Similarly, the average error of the connection candidate curve and the integrated curve model can be calculated.

統合曲線モデルの長さも、上記ステップS3と同様にして、距離閾値εc以下のワイヤ構成点を用いることで求まる。本実施例では、λ=0.1とした。 The length of the integrated curve model can also be obtained by using the wire constituent points having the distance threshold value εc or less in the same manner as in step S3. In this example, λ = 0.1.

ただし、ワイヤモデルは3次元的な歪みを生じている可能性があるため、区分的連続線および候補線において、それぞれ連結対象となる端点から距離Rcon[m]の距離以内のワイヤ構成点を用いて評価を行う。図11に示すように、連結対象となる線分に近い端点から、Rcon[m]以内の点群を対象とする。本実施形態において、Rcon=2[m]とした。 However, since the wire model may have three-dimensional distortion, the wire constituent points within the distance Rcon [m] from the end points to be connected are used for the piecewise continuous line and the candidate line, respectively. To evaluate. As shown in FIG. 11, a point cloud within Rcon [m] from an end point close to the line segment to be connected is targeted. In this embodiment, Rcon = 2 [m].

次のステップS4−3−4Aで幾何指標計算部141は、規定回数を処理したか否かを判定する。変数Loopが規定回数に達していない場合、ステップS4−3−4Aの処理が否定判定となり、ステップS4−3−1Aに戻り、上記処理を繰り返す。一方、変数Loopが規定回数に達した場合、ステップS4−3−4Aの処理が肯定判定となり、図9に示した連結性指標の計算を終了する。 In the next step S4-3-4A, the geometric index calculation unit 141 determines whether or not the specified number of times has been processed. If the variable Loop has not reached the specified number of times, the process of step S4-3-4A is determined to be negative, the process returns to step S4-3-1A, and the above process is repeated. On the other hand, when the variable Loop reaches the specified number of times, the process of step S4-3-4A becomes an affirmative determination, and the calculation of the connectivity index shown in FIG. 9 ends.

(B)の方法において連結性指標算出部132は、注目する区分的連続線と連結候補線だけでなく、その周辺の物体の形状情報も考慮するために、3次元特徴量を用いる。3次元特徴量には、PFH,FPFH,SHOTなどの特徴量を用いてもよいが、より精度を上げるために、連結の対象となる2つの線分と、2つの線分の周辺の形状情報を明確に分けて特徴をとるために、非特許文献3の技術を用いる。 In the method (B), the connectivity index calculation unit 132 uses a three-dimensional feature quantity in order to consider not only the piecewise continuous line and the connection candidate line of interest but also the shape information of the surrounding object. Feature quantities such as PFH, FPFH, and SHOT may be used as the three-dimensional feature quantity, but in order to improve the accuracy, the two line segments to be connected and the shape information around the two line segments are used. The technique of Non-Patent Document 3 is used in order to clearly separate and characterize.

上記非特許文献3の手法を用いて、注目する区分的連続線自身の形状特徴量と、当該注目する区分的連続線の周辺に存在する区分的連続線の形状特徴量とを算出し、(A)の方法において計算した幾何指標量と形状特徴量とを統合した特徴量を計算する。(A)では、重み付き和として幾何指標量を加算したスカラー値に対して閾値処理をするが、(B)ではどの特徴が重要であるかは、機械学習により自動的に決定する。 Using the method of Non-Patent Document 3, the shape feature amount of the piecewise continuous line of interest itself and the shape feature amount of the piecewise continuous line existing around the piecewise continuous line of interest are calculated, and ( The feature amount that integrates the geometric index amount and the shape feature amount calculated in the method of A) is calculated. In (A), threshold processing is performed on a scalar value to which a geometric index amount is added as a weighted sum, but in (B), which feature is important is automatically determined by machine learning.

この場合の連結性指標算出部132は、図12に示した一例のように、幾何指標計算部141、3D特徴量計算部142、及び特徴ベクトル導出部143を有する。連結性指標算出部132の上記各部の動作の詳細について説明する。図13には、注目した区分的連続線および連結候補線からの3D特徴量計算部142の動作の一例のフローチャートを示す。 In this case, the connectivity index calculation unit 132 includes a geometric index calculation unit 141, a 3D feature amount calculation unit 142, and a feature vector derivation unit 143, as in the example shown in FIG. Details of the operation of each of the above units of the connectivity index calculation unit 132 will be described. FIG. 13 shows a flowchart of an example of the operation of the 3D feature amount calculation unit 142 from the piecewise continuous line and the connection candidate line of interest.

ステップS4−3−1Bで3D特徴量計算部142は、注目する区分的連続線(曲線)に属するワイヤ構成点の番号p(p=1,2,3,…)により管理する。本処理の実行を開始した際のpの初期値を0とし、本ステップで3D特徴量計算部142は、pに「1」を加算する。 In step S4-3-1B, the 3D feature amount calculation unit 142 manages by the number p (p = 1,2,3, ...) Of the wire constituent points belonging to the piecewise continuous line (curve) of interest. The initial value of p when the execution of this process is started is set to 0, and the 3D feature amount calculation unit 142 adds "1" to p in this step.

次のステップS4−3−2Bで3D特徴量計算部142は、注目する区分的連続線の位置において局所領域を設定し、次のステップS4−3−3Bで3D特徴量計算部142は、周辺の点との間で生成されるヒストグラムの特徴量を計算する。 In the next step S4-3-2B, the 3D feature calculation unit 142 sets a local region at the position of the piecewise continuous line of interest, and in the next step S4-3-3B, the 3D feature calculation unit 142 sets the periphery. Calculate the features of the histogram generated between the points.

図14に示すように、注目する区分的連続線に属するワイヤ構成点について、注目点pi (c) (query point)を中心とする、半径R以内の領域に存在する注目対象領域点

との間で、相対角度ヒストグラム(図16も参照)を生成する。注目点と注目対象領域点について、2点の相対ベクトルおよび法線ベクトルおよび最小曲率方向(押出し方向)により、次式の局所座標系ベクトルu,v,wと相対位置ベクトルtkを定義する。局所座標系ベクトルuについて、本実施形態では一例として法線を用いる。
As shown in FIG. 14, for the wire constituent points belonging to the piecewise continuous line of interest, the points of interest that exist in the region within the radius R centered on the point of interest p i (c) (query point).

Generates a relative angle histogram (see also FIG. 16) with. For the point of interest and the point of interest, the local coordinate system vectors u, v, w and the relative position vector t k are defined by the two relative vectors, the normal vector, and the minimum curvature direction (extrusion direction). Regarding the local coordinate system vector u, a normal is used as an example in this embodiment.

なお、図14において、塗りつぶされている点群は、注目する区分的連続線であり、塗りつぶされていない点群は、周辺に存在する区分的連続線から連結候補線(図14の連結候補線1及び連結候補線2参照)を除いたものである。 In FIG. 14, the filled point cloud is a piecewise continuous line of interest, and the unfilled point cloud is a connection candidate line from the peripheral continuous line (the connection candidate line of FIG. 14). 1 and connection candidate line 2) are excluded.


図16に示すように、定義された局所座標系ベクトルの相対角度α、ψ、θの大きさ、及び鉛直方向とのなす角度τの大きさにより、ヒストグラム特徴(相対角度特徴)のヒストグラムのビンの位置が求まる。


ただし、記号「・」は、数値の掛け算もしくはベクトル間の内積を意味し、記号「→」は変数に値を代入することを意味する。ただし、u(qk)は、注目対象領域点qk (c)における法線方向を意味する。

As shown in FIG. 16, a histogram bin of the histogram feature (relative angle feature) is determined by the magnitudes of the relative angles α, ψ, θ of the defined local coordinate system vectors and the magnitude of the angle τ formed in the vertical direction. The position of is found.


However, the symbol "・" means multiplication of numerical values or the inner product between vectors, and the symbol "→" means assigning a value to a variable. However, u ( q k ) means the normal direction at the point of interest q k (c) .

求めたビンの位置の頻度分布により、特徴量を記述する。本実施形態において、注目局所領域点群の数Nin (c)が、例えばNin (c)=600点とすると、注目対象領域から抽出される頻度分布の合計値も600となる。非特許文献と同一条件で、法線ベクトルと最小曲率方向から特徴を抽出すると、特徴ベクトルは1500次元のベクトルとなる。 The feature amount is described by the frequency distribution of the obtained bin positions. In the present embodiment, if the number N in (c) of the point cloud of interest is, for example, N in (c) = 600 points, the total value of the frequency distribution extracted from the area of interest is also 600. When features are extracted from the normal vector and the minimum curvature direction under the same conditions as in the non-patent documents, the feature vector becomes a 1500-dimensional vector.

同様にして、注目点について、注目対象周辺領域内に存在する点群との間で、図19及び図16に示すようにヒストグラム特徴を抽出すればよい。 Similarly, regarding the point of interest, the histogram feature may be extracted from the point cloud existing in the area around the object of interest as shown in FIGS. 19 and 16.

次のステップS4−3−4Bで特徴ベクトル導出部143は、予め定められた終了条件を満たすか否かを判定する。予め定められた終了条件を満たさない場合、ステップS4−3−4Bの処理が否定判定となり、ステップS4−3−1Bに戻り、上記処理を繰り返す。一方、変数Pが規定回数に達した場合等、終了条件を満たす場合、ステップS4−3−4Bの処理が肯定判定となり、図13に示した連結性指標の計算を終了する。なお、特徴ベクトル導出部143は、上記終了条件を満たした場合、即ち、ステップS4−3−4Bの判定が肯定判定となった場合、幾何指標計算部141で計算した幾何指標値と、3D特徴量計算部142で計算した3D特徴量とを統合した特徴ベクトルを出力する。 In the next step S4-3-4B, the feature vector derivation unit 143 determines whether or not a predetermined termination condition is satisfied. If the predetermined end condition is not satisfied, the process of step S4-3-4B is determined to be negative, the process returns to step S4-3-1B, and the above process is repeated. On the other hand, when the end condition is satisfied, such as when the variable P reaches the specified number of times, the process of step S4-3-4B becomes an affirmative determination, and the calculation of the connectivity index shown in FIG. 13 ends. The feature vector deriving unit 143 has the geometric index value calculated by the geometric index calculation unit 141 and the 3D feature when the above end condition is satisfied, that is, when the determination in step S4-3-4B is affirmative. A feature vector integrated with the 3D feature calculated by the quantity calculation unit 142 is output.

(B)で求める特徴量μは、幾何指標の値(近似誤差増減率E、曲線長さ増減率r)、さらに注目する区分的連続線と連結候補線それぞれから抽出した3D特徴量を統合したものである。図11で示すように、3D特徴量の統合方法としては、特徴ベクトルを加算してもよいし、連結してもよい。 The feature amount μ obtained in (B) is the value of the geometric index (approximate error increase / decrease rate E, curve length increase / decrease rate r), and the 3D feature amount extracted from each of the piecewise continuous line and the connection candidate line of interest. It is a thing. As shown in FIG. 11, as a method of integrating 3D feature quantities, feature vectors may be added or connected.

このようにして図6に示したステップS4−3の処理が終了すると、次のステップS4−4で連結判定部133は、各連結候補線について連結判定処理を行う。 When the process of step S4-3 shown in FIG. 6 is completed in this way, the connection determination unit 133 performs the connection determination process for each connection candidate line in the next step S4-4.

上記(A)の手法により連結性指標を計算した場合、連結判定部133は、RANSACにより求めた上記統合曲線モデルについて、近似した誤差の増減値および曲線長さの増減値が予め定められた閾値THerrよりも小さい連結候補線である区分的連続線を、連結判定対象と判定する。本実施形態において、閾値THerr=0.2とした。 When the connectivity index is calculated by the method (A), the connectivity determination unit 133 determines the threshold value in which the approximate error increase / decrease value and the curve length increase / decrease value are predetermined for the integrated curve model obtained by RANSAC. A piecewise continuous line, which is a connection candidate line smaller than THERR, is determined to be a connection determination target. In the present embodiment, the threshold value Therr = 0.2.

一方、上記(B)の手法により連結性指標を計算した場合、連結判定部133は、機械学習により予め導出された識別器により連結判定対象の判定を行う。各区分的連続線から抽出した特徴量および幾何指標量を連結することで統合する。 On the other hand, when the connectivity index is calculated by the method (B) above, the connection determination unit 133 determines the connection determination target by the classifier derived in advance by machine learning. The features and geometric index quantities extracted from each piecewise continuous line are integrated by concatenating them.

図17に示すように、幾何指標で求めた近似誤差量および曲線モデル長さ増減量をベクトルとした幾何指標ベクトル(2次元ベクトル)に、3D特徴量ベクトル(1500次元ベクトル)を2つ連結することにより、3002次元ベクトルとなる。 As shown in FIG. 17, two 3D feature quantity vectors (1500-dimensional vector) are connected to the geometric index vector (two-dimensional vector) in which the approximate error amount obtained by the geometric index and the curve model length increase / decrease amount are used as vectors. As a result, it becomes a 3002 dimensional vector.

なお、3D特徴量の統合方法については幾つかの方法があり、例えば、連結ではなく、ベクトルの要素を加算して1500次元ベクトルとしてもよい。 There are several methods for integrating 3D features. For example, a 1500-dimensional vector may be obtained by adding vector elements instead of concatenating them.

本実施形態においては、非特許文献3と同様にAdaboostの識別器を用いた。この場合、連結する場合を正、連結しない場合を負とした2クラス問題として解くことができる。
In this embodiment, the AdaBoost classifier was used as in Non-Patent Document 3. In this case, it can be solved as a two-class problem in which the case of connecting is positive and the case of not connecting is negative.

特徴ベクトルμを入力した際の識別器Hの出力が正(0以上)のときに、連結すると判定される。ここで、弱識別器hの数Tは、T=1000個とした。 When the output of the classifier H when the feature vector μ is input is positive (0 or more), it is determined to be connected. Here, the number T of the weak classifiers h is T = 1000.

本実施形態においては、ブースティングの識別器を示したが、SVM(サポートベクタマシン)やDNN(ディープニューラルネットワーク)などの識別器を用いてもよい。また、連結と非連結の2値の識別器を用いたが、ランク学習のように連結しやすさをランキングするような識別器を用いてもよい。ランク学習の場合には、連結しやすさの出力値が、閾値以上の場合には連結すると判定すればよい。 In the present embodiment, the boosting classifier is shown, but a classifier such as SVM (support vector machine) or DNN (deep neural network) may be used. Further, although a two-value discriminator of connection and non-connection is used, a classifier that ranks the ease of connection as in rank learning may be used. In the case of rank learning, if the output value of ease of connection is equal to or greater than the threshold value, it may be determined that the connection is performed.

次のステップS4−5において、連結判定部133は、予め定められた終了条件を満たすか否かを判定する。本実施形態では、番号cがNcである場合、即ち、全ての区分的連続線について処理を行った場合に予め定められた終了条件を満たしたと判定する。終了条件を満たさない場合、ステップS4−5の判定が否定判定となり、ステップS4−1に戻り、上記処理を繰り返す。一方、終了条件を満たす場合、ステップS4−5の処理が肯定判定となり、ステップS4−6へ移行する。 In the next step S4-5, the connection determination unit 133 determines whether or not a predetermined termination condition is satisfied. In the present embodiment, it is determined that the predetermined end condition is satisfied when the number c is Nc, that is, when all the piecewise continuous lines are processed. If the end condition is not satisfied, the determination in step S4-5 becomes a negative determination, the process returns to step S4-1, and the above process is repeated. On the other hand, when the end condition is satisfied, the process of step S4-5 becomes an affirmative determination, and the process proceeds to step S4-6.

ステップS4−6で連結判定部133は、区分的連続線を連結する連結処理を行った後、図6に示した区分的連続線連結処理を終了する。 In step S4-6, the connection determination unit 133 performs the connection process for connecting the piecewise continuous lines, and then ends the piecewise continuous line connection process shown in FIG.

ここで、注目する区分的連続線と連結候補線について、同一のワイヤに存在するものは、上記ステップS4−3で導出した連結性指標の値が小さくなりやすい傾向がある。図18に示すように、連結候補線1及び連結候補線2が、注目する区分的連続線と連結すると判定された場合、連結判定部133は、本ステップにおいて中心位置の距離が最も近いものを連結判定対象として判定する。図18に示した場合では、連結判定部133は、注目する区分的連続線と連結候補線1を連結判定対象として判定し、注目する区分的連続線と連結候補線1とを連結する。 Here, with respect to the piecewise continuous line and the connection candidate line of interest, those existing on the same wire tend to have a small value of the connectivity index derived in step S4-3. As shown in FIG. 18, when it is determined that the connection candidate line 1 and the connection candidate line 2 are connected to the piecewise continuous line of interest, the connection determination unit 133 selects the one having the closest center position distance in this step. Judge as a connection judgment target. In the case shown in FIG. 18, the connection determination unit 133 determines the piecewise continuous line of interest and the connection candidate line 1 as the connection determination target, and connects the piecewise continuous line of interest and the connection candidate line 1.

このようにしてステップS4の区分的連続線連結処理が終了すると、図3に示したように、ワイヤモデル生成部120は、動作を終了する。なお、本動作の終了にあたり、ワイヤモデル生成部120は、得られた区分的連続線を連結することにより得られたワイヤモデルを設備情報記憶部112に出力し、記憶させる。 When the piecewise continuous line connection process in step S4 is completed in this way, the wire model generation unit 120 ends the operation as shown in FIG. At the end of this operation, the wire model generation unit 120 outputs the wire model obtained by connecting the obtained piecewise continuous lines to the equipment information storage unit 112 and stores it.

[第2実施形態]
上述したように、第2実施形態のモデル生成装置100は、連結されたワイヤモデルと周辺の構造物との距離を推定し、各ワイヤモデルにおける離隔距離を得ることができる。なお、本実施形態のモデル生成装置100は、第1実施形態のモデル生成装置100と同様の構成及び動作を含むため、同様の構成及び動作については詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
As described above, the model generation device 100 of the second embodiment can estimate the distance between the connected wire model and the surrounding structure, and obtain the separation distance in each wire model. Since the model generation device 100 of the present embodiment includes the same configuration and operation as the model generation device 100 of the first embodiment, detailed description of the same configuration and operation will be omitted.

図19は、本実施形態のモデル生成装置100の構成の一例を示すブロック図である。図19に示すように、本実施形態のモデル生成装置100は、演算部104のワイヤモデル生成部120がさらに周辺距離推定部123を含む点で第1実施形態のモデル生成装置100(図1参照)と異なっている。 FIG. 19 is a block diagram showing an example of the configuration of the model generation device 100 of the present embodiment. As shown in FIG. 19, the model generation device 100 of the present embodiment is the model generation device 100 of the first embodiment in that the wire model generation unit 120 of the calculation unit 104 further includes the peripheral distance estimation unit 123 (see FIG. 1). ) Is different.

周辺距離推定部123には、区分的連続線連結部122により生成されたワイヤモデルが入力されと、点群属性情報(詳細後述)とが入力される。周辺距離推定部123は、ワイヤモデルと周囲の構造物との距離を計算する。周辺距離推定部123により生成されたワイヤモデルと周辺構造物との距離は、記憶部103の設備情報記憶部112へ出力され、設備情報記憶部112に記憶される。 The wire model generated by the piecewise continuous line connecting unit 122 is input to the peripheral distance estimation unit 123, and the point cloud attribute information (details will be described later) is input. The peripheral distance estimation unit 123 calculates the distance between the wire model and the surrounding structure. The distance between the wire model generated by the peripheral distance estimation unit 123 and the peripheral structure is output to the equipment information storage unit 112 of the storage unit 103 and stored in the equipment information storage unit 112.

(演算部104のワイヤモデル生成部120の処理の流れ)
図20は、本実施形態のワイヤモデル生成部120の動作の全体の一例を示したフローチャートである。図20に示すように、本実施形態のワイヤモデル生成部120の動作は、ステップS5の処理を含む点で第1実施形態のワイヤモデル生成部120の動作(図3参照)と異なっている。ステップS5は、周辺距離推定部123に対応する。
(Processing flow of the wire model generation unit 120 of the calculation unit 104)
FIG. 20 is a flowchart showing an overall example of the operation of the wire model generation unit 120 of the present embodiment. As shown in FIG. 20, the operation of the wire model generation unit 120 of the present embodiment is different from the operation of the wire model generation unit 120 of the first embodiment (see FIG. 3) in that the process of step S5 is included. Step S5 corresponds to the peripheral distance estimation unit 123.

図20に示すようにステップS5で周辺距離推定部123は、上述したステップS4の処理により検出されたワイヤモデルと周辺構造物との距離を計算する。具体的には、周辺距離推定部123は、図21に一例を示した周辺距離推定処理を実行し、検出したワイヤモデルと3次元点群記憶部110から取得した3次元点群(ワイヤ構成点とそれ以外の点群)と、点群属性情報とを用いて、各ワイヤモデルの離隔距離を推定する。なお、点群属性情報とは、各点が何であるかを識別した結果であり、本実施形態ではインフラ設備である「ワイヤ構成点」及び「電柱」とする。離隔距離は、特に電力ケーブルについて重要な情報であり、電圧の大きさにより周辺構造物との最低限必要な距離が規定されていることが多い。通信ケーブルも、自動車等との接触を避ける意味で最低地上高など、保守業務の観点から規定されていることが多い。 As shown in FIG. 20, the peripheral distance estimation unit 123 in step S5 calculates the distance between the wire model and the peripheral structure detected by the process of step S4 described above. Specifically, the peripheral distance estimation unit 123 executes the peripheral distance estimation process shown in FIG. 21 as an example, and the detected wire model and the three-dimensional point cloud (wire constituent points) acquired from the three-dimensional point cloud storage unit 110. And other point clouds) and the point cloud attribute information are used to estimate the separation distance of each wire model. The point cloud attribute information is the result of identifying what each point is, and in the present embodiment, it is referred to as an infrastructure facility "wire constituent point" and "telephone pole". The separation distance is particularly important information about the power cable, and the magnitude of the voltage often defines the minimum required distance from the surrounding structure. Communication cables are also often specified from the viewpoint of maintenance work, such as the minimum ground clearance to avoid contact with automobiles.

図21に示すように、ステップS5−1で周辺距離推定部123は、取得した3次元点群からインフラ設備と判定された点群を除去した後、ノイズ除去のためのフィルタリング処理を行う。空気中のゴミやケーブルには張力を調整する金具等がケーブル周辺に存在するため、ワイヤモデルと周辺の点群との距離を測定すると、数cm以下という非常に近い距離が測定されてしまう。そこで、まずノイズフィルタリングにより空気中のゴミや計測ノイズ除去を行い、次に細かな金具やケーブルの付属品との距離を無視するために、小さな物体(点群)を除去する。 As shown in FIG. 21, the peripheral distance estimation unit 123 removes the point cloud determined to be the infrastructure equipment from the acquired three-dimensional point cloud in step S5-1, and then performs a filtering process for noise removal. Since dust in the air and metal fittings for adjusting tension are present around the cable, when measuring the distance between the wire model and the surrounding point cloud, a very short distance of several cm or less is measured. Therefore, first, dust and measurement noise in the air are removed by noise filtering, and then small objects (point clouds) are removed in order to ignore the distance from fine metal fittings and cable accessories.

ノイズフィルタリングは、一般的に使われている球体の領域を使った疎な外れ値除去を行うこととする。ある点に注目した際に、その点から一定の領域の球内の点群密度が小さい場合はノイズと判定する。本実施形態では、一定領域を規定する球の半径をr=0.2[m]と設定した。 Noise filtering is to remove sparse outliers using a commonly used sphere region. When paying attention to a certain point, if the point cloud density in the sphere in a certain region from that point is small, it is determined as noise. In the present embodiment, the radius of the sphere that defines a certain area is set to r = 0.2 [m].

次のステップS5−2で周辺距離推定部123は、上記ステップS5−1の処理によりフィルタリング後の3次元点群について、k近傍点との間でクラスタリングを実施する。本実施形態においては、近傍点の数k=8と設定した。ただし、k点以下の孤立した点群の影響を抑えるために、近傍点距離が許容距離1[m]以上離れている場合には、クラスタリングを実施しないこととする。 In the next step S5-2, the peripheral distance estimation unit 123 clusters the three-dimensional point cloud after filtering by the process of step S5-1 with the k-nearest neighbor points. In this embodiment, the number of neighboring points k = 8 is set. However, in order to suppress the influence of the isolated point cloud of k points or less, clustering is not performed when the neighboring point distances are separated by an allowable distance of 1 [m] or more.

次のステップS5−3で周辺距離推定部123は、上記ステップS5−2の処理によりクラスタリングされた3次元点群について、所定の大きさ以下のものはワイヤ周辺に存在する付属品(例えば、電柱金物や、ワイヤの張力を保持する器具等)と見なして除去を行う。周辺距離推定部123は、所定の大きさ以上の3次元点群を、周辺構造物点群と判定する。本実施形態においては、点群クラスタの大きさが、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向どれかが1[m]以上の大きさの場合に、構造物であると判定する。全てが閾値以下の場合には、付属品と判定をして除去する。 In the next step S5-3, the peripheral distance estimation unit 123 refers to the three-dimensional point cloud clustered by the process of the above step S5-2, and accessories having a predetermined size or less are present around the wire (for example, a utility pole). Remove it by regarding it as a hardware, a device that holds the tension of the wire, etc.). The peripheral distance estimation unit 123 determines that a three-dimensional point cloud having a predetermined size or larger is a peripheral structure point cloud. In the present embodiment, when the size of the point cloud cluster is 1 [m] or more in any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, it is determined to be a structure. If all are below the threshold value, it is judged as an accessory and removed.

次のステップS5−4で周辺距離推定部123は、区分的連続線連結部122から入力された各ワイヤモデルと、地面属性の点群との距離を計算することで地上高を計算し、最も近い距離と該当位置を最低地上高として保持する。次に、周辺構造物点群との間の距離を計算し、最も近い距離(最近傍距離)とワイヤモデル上の該当位置とを導出し、ステップS5の周辺距離推定処理を終了する。ここで、該当位置とは、周辺構造物もしくは地上属性の点群と、もっとも近い距離のワイヤモデルの位置を意味する。 In the next step S5-4, the peripheral distance estimation unit 123 calculates the ground clearance by calculating the distance between each wire model input from the piecewise continuous line connecting unit 122 and the point cloud of the ground attribute. Keep a short distance and the corresponding position as the minimum ground clearance. Next, the distance to the peripheral structure point cloud is calculated, the closest distance (nearest distance) and the corresponding position on the wire model are derived, and the peripheral distance estimation process in step S5 is completed. Here, the corresponding position means the position of the wire model at the closest distance to the point cloud of the peripheral structure or the ground attribute.

このようにしてステップS5の周辺距離推定処理が終了すると、図20に示したように、ワイヤモデル生成部120は、動作を終了する。なお、本動作の終了にあたり、周辺距離推定部123(ワイヤモデル生成部120)は、検出したワイヤモデルのパラメータと、当該ワイヤパラメータと周辺構造物との距離を設備情報記憶部112に出力し、記憶させる。 When the peripheral distance estimation process in step S5 is completed in this way, the wire model generation unit 120 ends the operation as shown in FIG. 20. At the end of this operation, the peripheral distance estimation unit 123 (wire model generation unit 120) outputs the detected wire model parameter and the distance between the wire parameter and the peripheral structure to the equipment information storage unit 112. Remember.

以上説明したように、上記各実施形態のモデル生成装置100は、入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成するモデル生成装置100である。モデル生成装置100は、3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出したワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出する区分的連続線検出部121と、区分的連続線検出部121が検出した複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成する区分的連続線連結部122と、を備える。さらに実施形態2により、ワイヤモデルは周辺構造物との離隔距離や地上高を保持する。本発明の実施形態の文言の定義として、「離隔距離」と「地上高」を別の物理量として記載したが、包含関係という意味では、地面を構造物と考えられるので地上高は離隔距離にも含まれるとしてよい。 As described above, the model generation device 100 of each of the above embodiments is a model generation device 100 that generates a wire model from the input three-dimensional point cloud information of the subject. The model generator 100 detects the wire constituent points that make up the wire from the three-dimensional point cloud information, and detects a plurality of piecewise continuous lines that are continuous curves existing in the local region from the detected wire constituent points. Of the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detection unit 121 and the piecewise continuous line detection unit 121, it is determined whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected. It includes a piecewise continuous line connecting portion 122 that generates a wire model by connecting two piecewise continuous lines determined to be connected. Further, according to the second embodiment, the wire model maintains the separation distance from the surrounding structure and the ground clearance. As the definition of the wording of the embodiment of the present invention, "separation distance" and "ground clearance" are described as different physical quantities, but in the sense of inclusion, the ground clearance is also considered to be a structure. May be included.

このように、上記各実施形態のモデル生成装置100によれば、3次元点群から頑健に精度よくワイヤを検出することができる。 As described above, according to the model generation device 100 of each of the above embodiments, the wire can be robustly and accurately detected from the three-dimensional point cloud.

すなわち、上記各実施形態のモデル生成装置100によれば、形状に3次元的な歪み生じているようなワイヤであっても、オクルージョンなどの影響で計測点に大きな欠損が生じている場合でも、頑健にワイヤを検出できる。また、オクルージョン領域など、点群を欠損した領域でもワイヤの形状を精度よく推定できるため、ワイヤの点群が欠損していても離隔距離推定精度を向上することができる。 That is, according to the model generation device 100 of each of the above embodiments, even if the wire has a three-dimensional distortion in its shape, even if a large defect occurs in the measurement point due to the influence of occlusion or the like. The wire can be detected robustly. Further, since the shape of the wire can be estimated accurately even in a region where the point cloud is missing, such as an occlusion region, the separation distance estimation accuracy can be improved even if the point cloud of the wire is missing.

これにより、上記各実施形態のモデル生成装置100によれば、インフラ設備のワイヤの位置、形状、及び周辺の構造物からの離隔距離を把握し、設備保全業務の作業効率化支援を行うことができる。 As a result, according to the model generator 100 of each of the above embodiments, it is possible to grasp the position and shape of the wire of the infrastructure equipment and the separation distance from the surrounding structures, and support the work efficiency of the equipment maintenance work. it can.

以上、上記各実施形態は本開示の例示であり、具体的な構成は上記格実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。 As described above, each of the above embodiments is an example of the present disclosure, and the specific configuration is not limited to the above-mentioned case embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist thereof.

なお、本実施形態のモデル生成装置100は、内部にコンピュータシステムを有しているが、「コンピュータシステム」は、WWW(World Wide Web)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。 The model generator 100 of the present embodiment has a computer system inside, but if the "computer system" is using a WWW (World Wide Web) system, the homepage providing environment ( Alternatively, the display environment) is also included.

また、本実施形態では、プログラムが予めインストールされている形態について説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能であるし、ネットワークを介して提供することも可能である。 Further, in the present embodiment, the mode in which the program is pre-installed has been described, but the program can be stored in a computer-readable recording medium and provided, or provided via a network. Is also possible.

100 モデル生成装置
101 被写体計測部
102 入力部
103 記憶部
104 演算部
110 3次元点群記憶部
111 演算処理用パラメータ記憶部
112 設備情報記憶部
120 ワイヤモデル生成部
121 区分的連続線検出部
122 区分的連続線連結部
131 連結候補線検出部
132 連結性指標算出部
133 連結判定部
141 幾何指標計算部
142 3D特徴量計算部
143 特徴ベクトル算出部
100 Model generation device 101 Subject measurement unit 102 Input unit 103 Storage unit 104 Calculation unit 110 Three-dimensional point cloud storage unit 111 Calculation processing parameter storage unit 112 Equipment information storage unit 120 Wire model generation unit 121 Piecewise continuous line detection unit 122 Target continuous line connection unit 131 Connection candidate line detection unit 132 Connectivity index calculation unit 133 Connection judgment unit 141 Geometric index calculation unit 142 3D feature quantity calculation unit 143 Feature vector calculation unit

Claims (8)

入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成するモデル生成装置であって、
前記3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出した前記ワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出する区分的連続線検出部と、
前記区分的連続線検出部が検出した前記複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成する区分的連続線連結部と、
前記区分的連続線連結部が生成したワイヤモデルと、前記ワイヤモデルの周辺の構造物との距離を計算する周辺距離推定部とを備え、
前記周辺距離推定部は、
前記3次元点群情報から、前記区分的連続線検出部が検出したワイヤ構成点群を除いた点群を、局所形状の類似度に基づいてクラスタリングして周辺構造物点群を求め、前記周辺構造物点群とワイヤモデルとの距離を計算する、
モデル生成装置。
It is a model generator that generates a wire model from the input 3D point cloud information of the subject.
From the three-dimensional point cloud information, a wire constituent point cloud constituting a wire is detected, and from the detected wire constituent point cloud, a plurality of piecewise continuous lines which are continuous curves existing in a local region are detected. Line detector and
Of the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detection unit, it is determined whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected, and the two piecewise continuous lines determined to be connected are connected. A piecewise continuous line connecting part that generates a wire model by connecting continuous lines,
A wire model generated by the piecewise continuous line connecting portion and a peripheral distance estimation unit for calculating the distance between the peripheral structures of the wire model are provided.
The peripheral distance estimation unit
From the three-dimensional point cloud information, the point cloud excluding the wire constituent point cloud detected by the sectional continuous line detection unit is clustered based on the similarity of the local shape to obtain the peripheral structure point cloud, and the peripheral structure point cloud is obtained. Calculate the distance between the structure point cloud and the wire model,
Model generator.
入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成するモデル生成装置であって、
前記3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出した前記ワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出する区分的連続線検出部と、
前記区分的連続線検出部が検出した前記複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成する区分的連続線連結部と、
前記区分的連続線連結部が生成したワイヤモデルと、前記ワイヤモデルの周辺の構造物との距離を計算する周辺距離推定部とを備え、
前記周辺距離推定部は、点群の密度を基準としたノイズ除去処理、及び近傍点とのクラスタリング処理を行う、
モデル生成装置。
It is a model generator that generates a wire model from the input 3D point cloud information of the subject.
From the three-dimensional point cloud information, a wire constituent point cloud constituting a wire is detected, and from the detected wire constituent point cloud, a plurality of piecewise continuous lines which are continuous curves existing in a local region are detected. Line detector and
Of the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detection unit, it is determined whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected, and the two piecewise continuous lines determined to be connected are connected. A piecewise continuous line connecting part that generates a wire model by connecting continuous lines,
A wire model generated by the piecewise continuous line connecting portion and a peripheral distance estimation unit for calculating the distance between the peripheral structures of the wire model are provided.
The peripheral distance estimation unit performs noise removal processing based on the density of the point cloud and clustering processing with neighboring points.
Model generator.
前記区分的連続線連結部は、前記連結判定対象となる2つの区分的連続線を1つの連続線として近似した場合の誤差および前記連続線の長さを指標として、前記連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定する
請求項1又は2に記載のモデル生成装置。
The piecewise continuous line connecting portion is subject to the connection determination target 2 using the error when the two piecewise continuous lines to be the connection determination target are approximated as one continuous line and the length of the continuous line as an index. The model generator according to claim 1 or 2 , which determines whether or not to connect two piecewise continuous lines.
入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成するモデル生成装置であって、
前記3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出した前記ワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出する区分的連続線検出部と、
前記区分的連続線検出部が検出した前記複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成する区分的連続線連結部と、
を備え、
前記区分的連続線連結部は、連結判定対象となる2つの区分的連続線を1つの連続線として近似した場合の誤差および前記連続線の長さと、連結判定対象となる前記2つの区分的連続線および前記2つの区分的連続線の周辺から抽出した3次元特徴量とに基づく識別器を用いて、前記連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定する、
モデル生成装置。
It is a model generator that generates a wire model from the input 3D point cloud information of the subject.
From the three-dimensional point cloud information, a wire constituent point cloud constituting a wire is detected, and from the detected wire constituent point cloud, a plurality of piecewise continuous lines which are continuous curves existing in a local region are detected. Line detector and
Of the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detection unit, it is determined whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected, and the two piecewise continuous lines determined to be connected are connected. A piecewise continuous line connecting part that generates a wire model by connecting continuous lines,
With
The piecewise continuous line connecting portion includes an error when two piecewise continuous lines to be connected and determined are approximated as one piecewise continuous line, the length of the piecewise line, and the two piecewise continuous lines to be judged to be connected. Using a classifier based on the line and the three-dimensional feature quantity extracted from the periphery of the two piecewise continuous lines, it is determined whether or not the two piecewise continuous lines to be connected are connected.
Model generator.
入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成する生成方法であって、
区分的連続線検出部により、前記3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出した前記ワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出し、
区分的連続線連結部により、前記区分的連続線検出部が検出した前記複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成し、
周辺距離推定部により、前記区分的連続線連結部が生成したワイヤモデルと、前記ワイヤモデルの周辺の構造物との距離を計算することを含み、
前記周辺距離推定部が計算することでは、
前記3次元点群情報から、前記区分的連続線検出部が検出したワイヤ構成点群を除いた点群を、局所形状の類似度に基づいてクラスタリングして周辺構造物点群を求め、前記周辺構造物点群とワイヤモデルとの距離を計算する、
ワイヤモデルの生成方法。
It is a generation method that generates a wire model from the input 3D point cloud information of the subject.
The piecewise continuous line detection unit detects the wire point cloud that constitutes the wire from the three-dimensional point cloud information, and from the detected wire point cloud, a plurality of piecewise curves that are continuous curves existing in the local region. Detects continuous lines and
The sectioned continuous line connecting unit determines whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected, among the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detecting unit, and connects them. then by connecting the two piecewise continuous line which is determined to generate a wire model,
The peripheral distance estimation unit includes calculating the distance between the wire model generated by the piecewise continuous line connecting unit and the structure around the wire model.
According to the calculation by the peripheral distance estimation unit,
From the three-dimensional point cloud information, the point cloud excluding the wire constituent point cloud detected by the sectional continuous line detection unit is clustered based on the similarity of the local shape to obtain the peripheral structure point cloud, and the peripheral structure point cloud is obtained. Calculate the distance between the structure point cloud and the wire model,
How to generate a wire model.
入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成する生成方法であって、
区分的連続線検出部により、前記3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出した前記ワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出し、
区分的連続線連結部により、前記区分的連続線検出部が検出した前記複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成し、
周辺距離推定部により、前記区分的連続線連結部が生成したワイヤモデルと、前記ワイヤモデルの周辺の構造物との距離を計算することを含み、
前記周辺距離推定部が計算することでは、点群の密度を基準としたノイズ除去処理、及び近傍点とのクラスタリング処理を行う、
ワイヤモデルの生成方法。
It is a generation method that generates a wire model from the input 3D point cloud information of the subject.
The piecewise continuous line detection unit detects the wire point cloud that constitutes the wire from the three-dimensional point cloud information, and from the detected wire point cloud, a plurality of piecewise curves that are continuous curves existing in the local region. Detects continuous lines and
The sectioned continuous line connecting unit determines whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected, among the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detecting unit, and connects them. then by connecting the two piecewise continuous line which is determined to generate a wire model,
The peripheral distance estimation unit includes calculating the distance between the wire model generated by the piecewise continuous line connecting unit and the structure around the wire model.
In the calculation by the peripheral distance estimation unit, noise removal processing based on the density of the point cloud and clustering processing with neighboring points are performed.
How to generate a wire model.
入力された被写体の3次元点群情報から、ワイヤモデルを生成する生成方法であって、
区分的連続線検出部により、前記3次元点群情報から、ワイヤを構成するワイヤ構成点群を検出し、検出した前記ワイヤ構成点群から、局所領域に存在する連続曲線である複数の区分的連続線を検出し、
区分的連続線連結部により、前記区分的連続線検出部が検出した前記複数の区分的連続線のうち、連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定し、連結すると判定された2つの区分的連続線を連結することにより、ワイヤモデルを生成することを含み、
前記区分的連続線連結部が判定することでは、連結判定対象となる2つの区分的連続線を1つの連続線として近似した場合の誤差および前記連続線の長さと、連結判定対象となる前記2つの区分的連続線および前記2つの区分的連続線の周辺から抽出した3次元特徴量とに基づく識別器を用いて、前記連結判定対象となる2つの区分的連続線を連結するか否かを判定する、
ワイヤモデルの生成方法。
It is a generation method that generates a wire model from the input 3D point cloud information of the subject.
The piecewise continuous line detection unit detects the wire point cloud that constitutes the wire from the three-dimensional point cloud information, and from the detected wire point cloud, a plurality of piecewise curves that are continuous curves existing in the local region. Detects continuous lines and
The sectioned continuous line connecting unit determines whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected, among the plurality of piecewise continuous lines detected by the piecewise continuous line detecting unit, and connects them. Including generating a wire model by connecting two piecewise continuous lines determined to be
When the piecewise continuous line connecting unit determines, the error when the two piecewise continuous lines to be connected are approximated as one continuous line, the length of the continuous line, and the above 2 to be connected. Whether or not to connect the two piecewise continuous lines to be connected is determined by using a discriminator based on the two piecewise continuous lines and the three-dimensional feature quantity extracted from the periphery of the two piecewise continuous lines. judge,
How to generate a wire model.
コンピュータを、請求項1〜請求項の何れか1項に記載のモデル生成装置の各部として機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as each part of the model generator according to any one of claims 1 to 4 .
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