JP7332040B2 - 3D model generation device, method and program - Google Patents
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Description
本開示は、線状構造物の3次元モデル生成装置、生成方法および生成プログラムに関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a three-dimensional model generation device, generation method, and generation program for a linear structure.
光や電気通信サービスは、お客様宅から局舎までを物理的な設備をつないでサービス提供を実現している。安定したサービス提供を継続するためには、設備の維持管理業務が発生し、これまで電柱やケーブルなどの通信設備状態を把握するため、保守作業者が現地へ赴き目視にて個々に点検を行い、設備の良否を判断してきた。近年、効率的に電柱設備を診断する手段として、非特許文献1に記載の検査車両を用いた電柱の劣化判定技術が知られている。当該技術は、3次元レーザスキャナ(3次元レーザ測量機)、カメラ、GPS(Global Positioning System)受信機、IMU(Inertial Measurement unit:慣性計測装置)およびオドメータ(Odometer:走行距離計)を具備した検査車両を用いて、3次元でレーザスキャンと画像撮影しながら市中を走行し、電柱を含む柱状構造物の3次元測量を面的に行い、XYZ座標および反射強度を含む点群データを収集する。取集した点群データを基に、非特許文献1に記載の通り、機械学習を用いて線状構造物であるケーブルの3次元モデルを生成し、当該3次元モデルから線状構造物の弛度及び道路面からの高さ情報など当該線状構造物の状態を定量的に算出することができる。
Optical and telecommunication services are provided by connecting physical facilities from the customer's home to the office. In order to continue to provide stable services, there is a need to maintain and manage facilities. Until now, maintenance workers have to go to the site and visually inspect each and every one of them in order to grasp the state of communication facilities such as utility poles and cables. , have judged the quality of the equipment. In recent years, as means for efficiently diagnosing utility pole equipment, a utility pole deterioration determination technique using an inspection vehicle described in Non-Patent
従来技術は取得した点群の局所領域の特徴量を抽出し、予め明らかとなっているケーブルの点群の局所領域の特徴量との類似度を算出し、モデル化対象の点群か否かの判定を行っている。すなわち、モデル化対象外である非線状構造物であっても類似度が高ければ機械学習ではケーブルと見做され誤ってモデル化がされる。例えば、道路や屋根、雨樋など地物の一部に線状構造物を含む場合は当該地物に誤ってケーブルモデルが生成される。当該誤生成モデルの抑制が課題である。 The conventional technology extracts the feature value of the local area of the acquired point cloud, calculates the similarity with the feature value of the local area of the point cloud of the cable that has been clarified in advance, and determines whether it is the point cloud to be modeled or not. is making a decision. In other words, even non-linear structures that are not to be modeled are regarded as cables in machine learning if they have a high degree of similarity, and are erroneously modeled. For example, if a part of a feature such as a road, a roof, or a rain gutter includes a linear structure, a cable model is erroneously generated for that feature. Suppression of the erroneously generated model is an issue.
本開示では、3次元レーザ測量機を用いて得た点群から、非線状構造物のモデル生成を抑制し、線状構造物であるケーブルの3次元モデルを生成する技術を提供することを目的とする。 In the present disclosure, it is intended to provide a technique for suppressing model generation of non-linear structures and generating a three-dimensional model of a cable, which is a linear structure, from a point cloud obtained using a three-dimensional laser survey instrument. aim.
上記目的を達成するために、本開示の3次元モデル生成装置は、
3次元空間に存在する構造物が3次元空間に存在する点群で表された点群データを読み込む点群データ入力部と、
前記点群データ入力部で読み込まれた点群を取得し、点群と線状構造物とを紐付けた線状構造物データベースを基に、取得した点群のなかから線状構造物に適合する点群を特定し、特定された点群を用いて線状構造物の3次元モデルを生成する、機械学習による3次元モデル生成部と、
線状構造物の3次元モデルの教師データと前記3次元モデル生成部で生成した線状構造物の3次元モデルを突合し、前記3次元モデル生成部で誤って生成された非線状構造物の3次元モデルを特定する誤生成モデル検出部と、
前記誤生成モデル検出部にて特定した非線状構造物の点群を蓄積した非線状構造物データベースと前記線状構造物データベースを基に、当該非線状構造物の点群は非3次元モデル生成と学習させ、点群と線状構造物とを紐付けた更新辞書データベースを更新する辞書更新部と、
前記辞書更新部にて更新された前記更新辞書データベースを基に、線状構造物の3次元モデルを生成する、結果出力部と、
を備える線状構造物の3次元モデル生成装置である。In order to achieve the above object, the three-dimensional model generation device of the present disclosure includes:
A point cloud data input unit that reads point cloud data in which a structure existing in a three-dimensional space is represented by a point cloud that exists in the three-dimensional space;
The point cloud read by the point cloud data input unit is acquired, and based on the linear structure database in which the point cloud and the linear structure are linked, the acquired point cloud is matched to the linear structure. a 3D model generation unit by machine learning that identifies a point group to be measured and generates a 3D model of a linear structure using the identified point group;
The teacher data of the three-dimensional model of the linear structure and the three-dimensional model of the linear structure generated by the three-dimensional model generation unit are matched, and the non-linear structure erroneously generated by the three-dimensional model generation unit is corrected. an erroneous model detection unit that identifies a three-dimensional model;
Based on the non-linear structure database in which the point groups of the non-linear structure specified by the erroneously generated model detection unit are accumulated and the linear structure database, the point group of the non-linear structure is non-3 a dictionary update unit that generates and learns a dimensional model and updates an update dictionary database in which point groups and linear structures are linked;
a result output unit that generates a three-dimensional model of a linear structure based on the update dictionary database updated by the dictionary update unit;
It is a three-dimensional model generation device for a linear structure.
具体的には、本開示の3次元モデル生成方法は、
点群データ入力部が、3次元空間に存在する構造物が3次元空間に存在する点群で表された点群データを読み込み、
機械学習による3次元モデル生成部が、前記点群データ入力部で読み込まれた点群を取得し、点群と線状構造物とを紐付けた線状構造物データベースを基に、取得した点群のなかから線状構造物に適合する点群を特定し、特定された点群を用いて線状構造物の3次元モデルを生成し、
誤生成モデル検出部が、線状構造物の3次元モデルの教師データと前記3次元モデル生成部で生成した線状構造物の3次元モデルを突合し、前記3次元モデル生成部で誤って生成された非線状構造物の3次元モデルを特定し、
辞書更新部が、前記誤生成モデル検出部にて特定した非線状構造物の点群を蓄積した非線状構造物データベースと前記線状構造物データベースを基に、当該非線状構造物の点群は非3次元モデル生成と学習させ、点群と線状構造物とを紐付けた更新辞書データベースを更新し、
結果出力部が、前記辞書更新部にて更新された前記更新辞書データベースを基に、線状構造物の3次元モデルを生成する、
線状構造物の3次元モデル生成方法である。Specifically, the three-dimensional model generation method of the present disclosure includes:
A point cloud data input unit reads point cloud data representing a point cloud in which a structure existing in a three-dimensional space exists in a three-dimensional space,
A three-dimensional model generation unit based on machine learning acquires the point cloud read by the point cloud data input unit, and based on the linear structure database in which the point cloud and the linear structure are linked, the acquired points are Identifying a point group that fits the linear structure from among the groups, generating a three-dimensional model of the linear structure using the identified point group,
The erroneously generated model detection unit compares the teacher data of the 3D model of the linear structure with the 3D model of the linear structure generated by the 3D model generation unit, and detects the erroneously generated model of the 3D model generated by the 3D model generation unit. Identify a three-dimensional model of the non-linear structure with
The dictionary update unit updates the non-linear structure based on the linear structure database and the non-linear structure database in which point groups of the non-linear structure specified by the erroneously generated model detection unit are accumulated. The point group is learned by generating a non-three-dimensional model, updating the update dictionary database that links the point group and the linear structure,
A result output unit generates a three-dimensional model of a linear structure based on the updated dictionary database updated by the dictionary update unit;
This is a three-dimensional model generation method for a linear structure.
具体的には、本開示の3次元モデルプログラムは、本開示の検出装置に備わる各機能部としてコンピュータを実現させるためのプログラムであり、本開示の検出方法に備わる各手順をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 Specifically, the three-dimensional model program of the present disclosure is a program for realizing a computer as each functional unit included in the detection device of the present disclosure, and for causing the computer to execute each procedure included in the detection method of the present disclosure. program.
本開示によれば、3次元レーザ測量機を用いて得た点群から、非線状構造物のモデル生成を抑制し、線状構造物であるケーブルの3次元モデルを生成する技術を提供することができる。 According to the present disclosure, a technique is provided for generating a three-dimensional model of a cable, which is a linear structure, by suppressing model generation of a non-linear structure from point clouds obtained using a three-dimensional laser survey instrument. be able to.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments shown below. These implementation examples are merely illustrative, and the present disclosure can be implemented in various modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art. In addition, in this specification and the drawings, constituent elements having the same reference numerals are the same as each other.
(実施形態例)
本開示に関わる実施例を以下に説明する。図1は、3次元レーザ測量機を用いて取得した点群から非線状構造物の3次元モデル化を抑制し、線状構造物の3次元モデルを生成する装置が実行する方法について説明する図である。ここで、11:点群データベース(DB)、12:点群、13:点群データ入力部、14:機械学習による3次元モデル自動生成部、15:辞書DB(線状構造物)、16:辞書DB(線状構造物)に格納されている点群、17:辞書DB(線状構造物)に格納されている3次元モデル、18:誤生成モデル検出部、19:正解DBに格納されている3次元モデル、110:正解DB、111:辞書DB(非線状構造物)に格納されている点群、112:辞書DB(非線状構造物)、113:辞書更新部、114:更新辞書DB、115:結果出力部である。(Embodiment example)
Examples related to the present disclosure are described below. FIG. 1 explains a method executed by a device that suppresses 3D modeling of a non-linear structure from point clouds acquired using a 3D laser survey instrument and generates a 3D model of a linear structure. It is a diagram. Here, 11: point cloud database (DB), 12: point cloud, 13: point cloud data input unit, 14: 3D model automatic generation unit by machine learning, 15: dictionary DB (linear structure), 16: Point group stored in dictionary DB (linear structure), 17: 3D model stored in dictionary DB (linear structure), 18: erroneous model detection unit, 19: stored in correct DB 110: Correct answer DB 111: Point group stored in dictionary DB (non-linear structure) 112: Dictionary DB (non-linear structure) 113: Dictionary update unit 114: Update dictionary DB, 115: a result output unit.
点群DB11は車両や三脚、台車、無人航空機等に搭載された3次元レーザ測量機にて取得された柱状や線状構造物などあらゆる地物の3次元空間上の位置座標(XYZ座標)等を有する点群12を格納したデータベースである。
The point cloud DB 11 contains the position coordinates (XYZ coordinates) in the three-dimensional space of all features such as columnar and linear structures acquired by a three-dimensional laser surveying instrument mounted on a vehicle, tripod, cart, unmanned aerial vehicle, etc. is a database storing a
点群データ入力部13は当該点群DBから解析対象の点群を抽出し、後続の機械学習による3次元モデル自動生成部14へデータを渡す。当該3次元モデル自動生成部14は、前記解析対象の点群を機械学習により線状構造物、すなわちケーブルの3次元モデルを生成する。機械学習の辞書DB(線状構造物)15では予め人手により抽出された線状構造物であるケーブルの点群16及び当該点群に当てはめるための人手で作成したケーブルの3次元モデル17が蓄積されている。当該点群及び3次元モデルを用いて前記3次元モデル自動生成部14に入力された点群の特徴量を抽出し、類似度の高い点群を検出し、ケーブルの3次元モデルを生成する。
The point cloud
次に、当該生成されたケーブルの3次元モデルは誤生成モデル検出部18へ送られ、前記解析対象の点群に対して予め人手で作成した線状構造物(ケーブル)の3次元モデル19が格納されている正解DB110の3次元モデルと突合させ、非線状構造物において線状構造物(ケーブル)が誤って生成された箇所を特定する。当該非線状構造物において線状構造物(ケーブル)が誤って生成された箇所及び周辺の点群111を辞書DB(非線状構造物)112に蓄積する。
Next, the generated three-dimensional model of the cable is sent to the erroneously generated
当該辞書DB(非線状構造物)112に格納されている点群及び辞書DB(線状構造物)15に格納されている点群、3次元モデルは辞書更新部113に送られる。当該辞書更新部113では、辞書DB(非線状構造物)112から送られた点群を非線状構造物として学習し、当該点群の局所領域の特徴量と類似性の高い点群は3次元モデル生成の対象外と指定する。辞書DB(線状構造物)15から送られた点群は従来通り、線状構造物(ケーブル)として3次元モデル生成の対象と再学習し、更新辞書DB114が作られる。当該更新辞書DBを用いて前記機械学習による3次元モデル自動生成部14にて線状構造物(ケーブル)の3次元モデルが生成される。当該生成された3次元モデルは結果出力部115に送られ表示される。
The point group stored in the dictionary DB (nonlinear structure) 112 and the point group and three-dimensional model stored in the dictionary DB (linear structure) 15 are sent to the
図2に、本開示に係るシステムのハードウェア構成の一例を示す。本開示に係るシステムは、本開示に係る3次元Dモデル生成装置として機能するコンピュータ100を含む。コンピュータ100は、ネットワーク105へと接続されていてもよい。ネットワーク105は、データ通信ネットワークである。通信は、ネットワーク105を介して電子信号及び光信号によって行われる。
FIG. 2 shows an example of the hardware configuration of the system according to the present disclosure. A system according to the present disclosure includes a
コンピュータ100は、プロセッサ101、及びプロセッサ101に接続されたメモリ102を含む。プロセッサ101は、命令に応答し且つ命令を実行する論理回路で構成される電子デバイスである。メモリ102は、コンピュータプログラムがエンコードされた有形のコンピュータ100にとって読み取り可能な記憶媒体である。この点に関し、メモリ102は、プロセッサ101の動作を制御するためにプロセッサ101によって読み取り可能及び実行可能なデータ及び命令、すなわちプログラムコードを記憶する。メモリ102の構成要素の1つは、プログラムモジュールである。
プログラムモジュールは、本開示に係る検出装置に備わる任意の機能部の処理をプロセッサ101に実行させる。例えば、プログラムモジュールは、点群データ入力部13、機械学習による3次元モデル自動生成部14、誤生成モデル検出部18、辞書更新部113、結果出力部115、精度評価部56の処理をプロセッサ101に実行させる。
The program module causes the
プログラムモジュールは、本明細書に記載のプロセスを実行するようにプロセッサ101を制御するための命令を含む。プログラムモジュールは、すでにメモリ102へとロードされているものとして示されているが、メモリ102へと後にロードされるように記憶装置106上に位置するように構成されてもよい。記憶装置106は、プログラムモジュールを記憶する有形のコンピュータにとって読み取り可能な記憶媒体である。あるいは、記憶装置106は、ネットワーク105を介してコンピュータ100へと接続される他の種類の電子記憶デバイスであってもよい。
The program modules contain instructions for controlling
以上説明したように、本開示の装置は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。 As explained above, the apparatus of the present disclosure can be implemented by a computer and a program, and the program can be recorded on a recording medium or provided through a network.
以後、各機能部について詳細を述べる。図3は、非線状構造物において線状構造物(ケーブル)が誤って生成された例である。点群12において辞書DB(線状構造物)に格納されている点群16の特徴量と類似度の高い局所領域に3次元モデル17を当てはめて連結し、機械学習による3次元モデル自動生成部14で生成されたケーブルの3次元モデルを実線で示す。一方で、正解DBに格納されている人手で作成した線状構造物(ケーブル)の3次元モデル19が破線で示されている。両方を比較すると、機械学習による3次元モデル自動生成部14で生成された3次元モデルでは非線状構造物である地面上にケーブルモデルが誤って生成されている。これにより、ケーブルのモデル化精度が低減する。
Hereinafter, details of each functional unit will be described. FIG. 3 is an example in which a linear structure (cable) is erroneously generated in a non-linear structure. A
図4は、辞書DBと更新辞書DBの点群テーブルの比較を示している。辞書DB15に格納されている点群16は局所領域ごとにラベル付けがされておりテーブル31で管理される。例えば、ある局所領域の点群がケーブルである場合はラベルNo.21を付与される。当該No.21を付与された局所領域の点群は線状構造物(ケーブル)と認識され3次元モデルの生成対象となる。一方で、更新辞書DB114に格納されている点群テーブル32はラベルNo毎にモデル生成の可否を登録される。例えば、ラベルNo.21はモデル生成可と登録されていることから3次元モデルの生成対象とする。ラベルNo.99は非線状構造物の点群であるため、モデル生成の対象外と登録する。当該点群の管理により、従来の辞書DBのように線状構造物の点群を学習して精度を高めるだけでなく、非線状構造物の点群に負の学習を行うことで本来求めるべき対象物の3次元モデル化の精度を高めることに寄与する。
FIG. 4 shows a comparison of the point cloud tables of the dictionary DB and the update dictionary DB. The
図5は更新辞書DBを利用した機械学習による3次元モデル生成部14の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。機械学習による3次元モデル生成部14は、局所形状解析41、3次元モデル構成点検出42、区分的連続線検出43、区分的連続線連結44、の各ステップを実行する。
FIG. 5 is a flow chart showing an example of the processing procedure and processing contents of the three-dimensional
局所形状解析41では、点群DB11から入力された3次元点群情報から、線状構造物の3次元モデルを構成する3次元モデル構成点群を点群の分布を基にグループ分けをし、局所領域の点群の特徴量を抽出する。
3次元モデル構成点検出42では、当該局所領域の点群の特徴量から更新辞書DB114に登録されている線状構造物もしくは非線状構造物の特徴量と類似度の高い局所領域を検出する。In the
In the 3D model
検出した特徴量が線状構造物(ケーブル)である場合、区分的連続線検出43及び区分的連続線連結44が実行する。
区分的連続線検出43は、局所領域に存在する連続曲線がわかり、複数の区分的連続線を検出する。
区分的連続線連結44は、当該区分的連続線検出43が検出した複数の区分的連続線を連結する。当該区分的連続線連結44は、更新辞書DB114に格納されているケーブルの3次元モデルから連結された区分的連続線モデル(線状構造物の3次元モデル)を出力する。当該処理の詳細な動作については、非特許文献2で言及される。When the detected feature quantity is a linear structure (cable), piecewise continuous line detection 43 and piecewise
The piecewise continuous line detection 43 finds the continuous curve existing in the local area and detects a plurality of piecewise continuous lines.
A piecewise
一方で、前記検出した特徴量が非線状構造物である場合、区分的連続線検出43の実行前で処理は終了する。前記検出した特徴量が線状構造物(ケーブル)及び非線状構造物である場合は、非線状構造物を優先として処理される。これにより、非線状構造物が線状構造物(ケーブル)と誤って3次元モデルが生成されるのを抑制する。 On the other hand, if the detected feature quantity is a non-linear structure, the process ends before execution of piecewise continuous line detection 43 . When the detected feature quantity is a linear structure (cable) and a non-linear structure, the non-linear structure is preferentially processed. This prevents the non-linear structure from being mistaken for a linear structure (cable) and generating a three-dimensional model.
次に、図6は、辞書DBを繰り返し学習することでモデル化精度を最大化する処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。点群DB-A51及び、辞書DB(線状構造物)52、正解DB-A53を用意し、前述した図1の通りに辞書DB(非線状構造物)-A54を作成し、当該辞書DB(非線状構造物)-A54及び辞書DB(線状構造物)52から更新辞書DB-A55を作成する。当該更新辞書DB-A55は精度評価部56へ送られ、辞書DB(線状構造物)52及び点群DB-B57、正解DB-B58を用いて3次元モデルのモデル化精度を比較評価する。ここで、点群DB-B57及び正解DB-B58は前記点群DB-A51及び正解DB-A53とは異なるエリアのデータを用意する。これは学習で利用した点群を点群DB-A51から除外し、正しく精度を評価するためである。前記精度評価部において辞書DB(線状構造物)52よりも更新辞書DB-A55は精度が高いと判定された場合、更新辞書DB-A55は線状構造物の3次元モデルを生成する辞書DBとして登録する。当該更新辞書DB-A55は、再び図1に記載の通り、点群DB-B57及び正解DB-B58を用いて、辞書DB(非線状構造物)-B59を作成し、更新辞書DB-B60へ辞書DBを更新する。精度評価部56にて更新辞書DB-A55の精度が低いと判定された場合、前記辞書DB(線状構造物)52を登録する。上記のフローチャートを繰り返すことで、線状構造物の3次元モデルのモデル化精度を向上する。
Next, FIG. 6 is a flow chart showing an example of processing procedures and processing contents for maximizing modeling accuracy by repeatedly learning the dictionary DB. Prepare a point cloud DB-A51, a dictionary DB (linear structure) 52, and a correct DB-A53, create a dictionary DB (non-linear structure)-A54 as shown in FIG. An updated dictionary DB-A55 is created from the (non-linear structure)-A54 and the dictionary DB (linear structure)-52. The updated dictionary DB-A55 is sent to the
続いて、精度評価部56の精度評価方法について述べる。点群DB-B57及び辞書DB(線状構造物)52にて生成された線状構造物(ケーブル)の3次元モデル数をNg1とする。一方で、点群DB-B57及び更新辞書DB-A55にて生成された線状構造物(ケーブル)の3次元モデル数をNg2とする。また、正解DB-B58に格納されている3次元モデル数をNmgとする。Ng1とNmgを比較し、3次元空間上の位置や長さなど線状構造物(ケーブル)の3次元モデルが一致した数Mg1を算出する。同様に、Ng2とNmgを比較し、3次元空間上の位置や長さなど線状構造物(ケーブル)の3次元モデルが一致した数Mg2を算出する。
Next, the accuracy evaluation method of the
Ng1及びNmg、Mg1についてモデルの正確性を示す適合率(Precision_1)及び網羅性を示す再現率(Recall_1)を下記のとおり、それぞれ算出し、モデルの精度を評価する。
(数1)
Precision_1[%]=Mg1/Ng1×100 (1)
(数2)
Recall_1[%]=Mg1/Nmg×100 (2)For Ng1, Nmg, and Mg1, the precision (Precision_1) indicating the accuracy of the model and the recall (Recall_1) indicating the completeness of the model are calculated as follows to evaluate the accuracy of the model.
(Number 1)
Precision_1 [%]=Mg1/Ng1×100 (1)
(Number 2)
Recall_1 [%]=Mg1/Nmg×100 (2)
同様に、Ng2及びNmg、Mg2について適合率(Precision_2)及び網羅性を示す再現率(Recall_2)を算出する。適合率及び再現率について説明する。適合率が100%の場合、自動生成した線状構造物(ケーブル)の3次元モデル数が人手で作成した線状構造物(ケーブル)の3次元モデル数を同じことを示しており、精度が高い。また、再現率が100%の場合、人手で作成した線状構造物(ケーブル)の3次元モデル数を漏れなく自動生成していることを示しており、精度が高い。Precision_1とPrecision_2、Recall_1とRecall_2の値を比較して精度を評価する。例えば、Ng1及びNmg、Mg1がそれぞれ、1010及び786、671である場合、適合率(Precision_1)は66.4%、再現率(Recall_1)は85.4%となる。一方で、Ng2及びNmg、Mg2がそれぞれ、948及び786、683である場合、適合率(Precision_2)は72.0%、再現率(Recall_2)は86.9%となる。したがって、Precision_2>Precision_1かつRecall_2>Recall_1であるから、更新辞書DB-A55が辞書DB(線状構造物)52より精度が高いといえる。
Similarly, precision (Precision_2) and recall (Recall_2) representing completeness are calculated for Ng2, Nmg, and Mg2. Relevance rate and recall rate will be explained. When the precision rate is 100%, it indicates that the number of 3D models of automatically generated linear structures (cables) is the same as the number of 3D models of manually created linear structures (cables), and the accuracy is expensive. In addition, when the recall rate is 100%, it indicates that the number of 3D models of the manually created linear structure (cable) is automatically generated without omission, and the accuracy is high. The precision is evaluated by comparing the values of Precision_1 and Precision_2, and Recall_1 and Recall_2. For example, when Ng1, Nmg, and Mg1 are 1010, 786, and 671, respectively, the precision (Precision_1) is 66.4%, and the recall (Recall_1) is 85.4%. On the other hand, when Ng2, Nmg, and Mg2 are 948, 786, and 683, respectively, the precision (Precision_2) is 72.0%, and the recall (Recall_2) is 86.9%. Therefore, since Precision_2>Precision_1 and Recall_2>Recall_1, it can be said that the update dictionary DB-
適合率及び再現率が両方とも精度が高いといえない場合、例えば「Precision_2>Precision_1かつRecall_2<Recall_1」または「Precision_2<Precision_1かつRecall_2>Recall_1」の場合は調和平均を求める。当該ケースの場合、式(1)及び式(2)で示されてように分子が共通かつ分母が異なるため、率の平均を算出する場合には当該率の逆数の平均を算出する調和平均を用いる。調和平均(F)は適合率と再現率を用いて以下の通りに示される。
(数3)
F[%]=2/(1/適合率+1/再現率) (3)If both the precision and the recall are not highly accurate, for example, if "Precision_2>Precision_1 and Recall_2<Recall_1" or "Precision_2<Precision_1 and Recall_2>Recall_1", the harmonic mean is calculated. In this case, the numerator is the same and the denominator is different as shown in formulas (1) and (2). Therefore, when calculating the average rate, the harmonic average that calculates the average of the reciprocal of the rate is used. use. The harmonic mean (F) is shown below using precision and recall.
(Number 3)
F [%] = 2/(1/relevance + 1/recall) (3)
したがって、前記の適合率及び再現率を用いて算出すると、辞書DB(線状構造物)52の調和平均の値は適合率(Precision_1)=66.4%、再現率(Recall_1)=85.4%であることから、F=74.7%となる。一方で、更新辞書DB-A55の調和平均の値は適合率(Precision_2)=72.0%、再現率(Recall_2)=86.9%であることから、78.8%となる。当該F値を比較し、調和平均の大きいほうの辞書DBを採用する。 Therefore, when calculated using the above precision and recall, the values of the harmonic mean of the dictionary DB (linear structure) 52 are precision (Precision_1) = 66.4% and recall (Recall_1) = 85.4. %, so F=74.7%. On the other hand, the harmonic mean value of the update dictionary DB-A55 is 78.8% because the precision (Precision_2)=72.0% and the recall (Recall_2)=86.9%. The F values are compared, and the dictionary DB with the larger harmonic mean is adopted.
(開示の効果)
本開示による線状構造物の3次元モデル生成装置、生成方法および生成プログラムは、従来技術に対して以下の優位性を持つと考えられる。
第1に、従来技術では、3次元モデル化対象外である非線状構造物であっても学習している線状構造物との点群の類似度が高ければ機械学習ではケーブルと見做され誤って3次元モデル化がされる。これに対し本開示は、3次元モデル化された非線状構造物の情報を3次元モデル化対象外と学習することで非線状構造物の3次元モデル化を抑制することができる。
第2に、従来技術では、辞書DBを一から作成するとコストが多大であるが、本開示は既存の辞書DBに精度が低い点群において追加学習することで、辞書DB作成コストを低減できる。
第3に、本開示によれば、非線状構造物の情報を基に辞書データベースを更新後、モデル化精度を評価し、再学習の工程を繰り返すことでモデル化精度を最大化することができる。(Effect of disclosure)
The three-dimensional model generation device, generation method, and generation program for a linear structure according to the present disclosure are considered to have the following advantages over conventional techniques.
First, in the prior art, even non-linear structures that are not subject to three-dimensional modeling are regarded as cables in machine learning if the point group has a high degree of similarity with the linear structure being learned. 3D modeling is done by mistake. In contrast, the present disclosure can suppress the three-dimensional modeling of the non-linear structure by learning that the information of the three-dimensionally modeled non-linear structure is not subject to three-dimensional modeling.
Secondly, in the conventional technology, creating a dictionary DB from scratch is costly, but the present disclosure can reduce the cost of creating a dictionary DB by performing additional learning in a point group with low accuracy in an existing dictionary DB.
Third, according to the present disclosure, after updating the dictionary database based on the information of the non-linear structure, the modeling accuracy is evaluated, and the re-learning process is repeated to maximize the modeling accuracy. can.
本開示は情報通信産業に適用することができる。 The present disclosure can be applied to the information and communications industry.
11:点群データベース(DB)
12:点群
13:点群データ入力部
14:機械学習による3次元モデル自動生成部
15:辞書DB(線状構造物)
16:辞書DB(線状構造物)に格納されている点群
17:辞書DB(線状構造物)に格納されている3次元モデル
18:誤生成モデル検出部
19:正解DBに格納されている3次元モデル
41:局所形状解析部
42:3次元モデル構成点検出部
43:区分的連続線検出部
44:区分的連続線連結部
56:精度評価部
91:3次元Dモデル生成装置
100:コンピュータ
101:プロセッサ
102:メモリ
103:表示部
104:記憶装置
105:ネットワーク
106:記憶装置
110:正解DB
111:辞書DB(非線状構造物)に格納されている点群
112:辞書DB(非線状構造物)
113:辞書更新部
114:更新辞書DB
115:結果出力部11: Point cloud database (DB)
12: Point cloud 13: Point cloud data input unit 14: 3D model automatic generation unit by machine learning 15: Dictionary DB (linear structure)
16: Point cloud stored in dictionary DB (linear structure) 17: 3D model stored in dictionary DB (linear structure) 18: Misgenerated model detection unit 19: Stored in correct DB 3D model 41: Local shape analysis unit 42: 3D model configuration point detection unit 43: Piecewise continuous line detection unit 44: Piecewise continuous line connection unit 56: Accuracy evaluation unit 91: 3D model generation device 100: Computer 101: Processor 102: Memory 103: Display unit 104: Storage device 105: Network 106: Storage device 110: Correct answer DB
111: Point cloud stored in dictionary DB (non-linear structure) 112: Dictionary DB (non-linear structure)
113: Dictionary update unit 114: Update dictionary DB
115: Result output unit
Claims (4)
前記点群データ入力部で読み込まれた点群を取得し、点群と線状構造物とを紐付けた線状構造物データベースを基に、取得した点群のなかから線状構造物に適合する点群を特定し、特定された点群を用いて線状構造物の3次元モデルを生成する、機械学習による3次元モデル生成部と、
線状構造物の3次元モデルの教師データと前記3次元モデル生成部で生成した線状構造物の3次元モデルを突合し、前記3次元モデル生成部で誤って生成された非線状構造物の3次元モデルを特定する誤生成モデル検出部と、
前記誤生成モデル検出部にて特定した非線状構造物の点群を蓄積した非線状構造物データベースと前記線状構造物データベースを基に、当該非線状構造物の点群は非3次元モデル生成と学習させ、点群と線状構造物とを紐付けた更新辞書データベースを更新する辞書更新部と、
前記辞書更新部にて更新された前記更新辞書データベースを基に、線状構造物の3次元モデルを生成する、結果出力部と、
を備える線状構造物の3次元モデル生成装置。A point cloud data input unit that reads point cloud data in which a structure existing in a three-dimensional space is represented by a point cloud that exists in the three-dimensional space;
The point cloud read by the point cloud data input unit is acquired, and based on the linear structure database in which the point cloud and the linear structure are linked, the acquired point cloud is matched to the linear structure. a 3D model generation unit by machine learning that identifies a point group to be measured and generates a 3D model of a linear structure using the identified point group;
The teacher data of the three-dimensional model of the linear structure and the three-dimensional model of the linear structure generated by the three-dimensional model generation unit are matched, and the non-linear structure erroneously generated by the three-dimensional model generation unit is corrected. an erroneous model detection unit that identifies a three-dimensional model;
Based on the non-linear structure database in which the point groups of the non-linear structure specified by the erroneously generated model detection unit are accumulated and the linear structure database, the point group of the non-linear structure is non-3 a dictionary update unit that generates and learns a dimensional model and updates an update dictionary database in which point groups and linear structures are linked;
a result output unit that generates a three-dimensional model of a linear structure based on the update dictionary database updated by the dictionary update unit;
A three-dimensional model generation device for a linear structure.
前記精度評価部の結果を用いて、前記更新辞書データベースの採否を判定し、線状構造物の3次元モデルのモデル化精度が高くなるよう、前記線状構造物データベースを更新する、
請求項1に記載の線状構造物の3次元モデル生成装置。An accuracy evaluation unit that compares teacher data of the three-dimensional model output by the result output unit and the three-dimensional model of the linear structure to evaluate the modeling accuracy of the three-dimensional model output by the result output unit. prepared,
Using the result of the accuracy evaluation unit, determine whether the update dictionary database is adopted or not, and update the linear structure database so that the modeling accuracy of the three-dimensional model of the linear structure is increased.
3. The linear structure three-dimensional model generating device according to claim 1.
機械学習による3次元モデル生成部が、前記点群データ入力部で読み込まれた点群を取得し、点群と線状構造物とを紐付けた線状構造物データベースを基に、取得した点群のなかから線状構造物に適合する点群を特定し、特定された点群を用いて線状構造物の3次元モデルを生成し、
誤生成モデル検出部が、線状構造物の3次元モデルの教師データと前記3次元モデル生成部で生成した線状構造物の3次元モデルを突合し、前記3次元モデル生成部で誤って生成された非線状構造物の3次元モデルを特定し、
辞書更新部が、前記誤生成モデル検出部にて特定した非線状構造物の点群を蓄積した非線状構造物データベースと前記線状構造物データベースを基に、当該非線状構造物の点群は非3次元モデル生成と学習させ、点群と線状構造物とを紐付けた更新辞書データベースを更新し、
結果出力部が、前記辞書更新部にて更新された前記更新辞書データベースを基に、線状構造物の3次元モデルを生成する、
線状構造物の3次元モデル生成方法。A point cloud data input unit reads point cloud data representing a point cloud in which a structure existing in a three-dimensional space exists in a three-dimensional space,
A three-dimensional model generation unit based on machine learning acquires the point cloud read by the point cloud data input unit, and based on the linear structure database in which the point cloud and the linear structure are linked, the acquired points are Identifying a point group that fits the linear structure from among the groups, generating a three-dimensional model of the linear structure using the identified point group,
The erroneously generated model detection unit compares the teacher data of the 3D model of the linear structure with the 3D model of the linear structure generated by the 3D model generation unit, and detects the erroneously generated model of the 3D model generated by the 3D model generation unit. Identify a three-dimensional model of the non-linear structure with
The dictionary update unit updates the non-linear structure based on the linear structure database and the non-linear structure database in which point groups of the non-linear structure specified by the erroneously generated model detection unit are accumulated. The point group is learned by generating a non-three-dimensional model, updating the update dictionary database that links the point group and the linear structure,
A result output unit generates a three-dimensional model of a linear structure based on the updated dictionary database updated by the dictionary update unit;
A method for generating a three-dimensional model of a linear structure.
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