KR20160019613A - Apparatus for modeling 3d of underground structure and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지중 구조물의 3차원 모델링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조사자가 간편하게 착용할 수 있는 RGB-D 카메라를 통해 지중 구조물의 위치정보를 추출해 실시간으로 3차원 모델링을 수행하고, 이를 2차원 GIS 데이터로 저장하여 지중 구조물 간의 기하 관계를 파악할 수 있도록 하는 지중 구조물의 3차원 모델링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for three-dimensional modeling of an underground structure, and more particularly, to an apparatus and method for modeling an underground structure by using an RGB-D camera which can be easily worn by an investigator, Dimensional modeling apparatus for a ground structure, and a method thereof, which enables a geometric relationship between underground structures to be grasped by storing them as two-dimensional GIS data.
근래 경제적인 성숙 단계에 들어서면서 과거의 폭발적인 경제 성장과 더불어 증가된 교량, 터널, 건물, 도로 등과 같은 시설물의 유지관리에 대한 관심과 중요도가 증가되고 있다. 또한 상기와 같은 시설물을 이용하는 불특정 다수의 안전을 위해서도 시설물에 대한 유지관리의 중요성이 증가되고 있다. In recent economic maturity, the interest and importance of maintenance of facilities such as bridges, tunnels, buildings, roads, etc. has been increased with explosive economic growth in the past. Also, maintenance of the facilities is becoming more important for the safety of the unspecified number of people using the above facilities.
일반적으로, 시설물의 유지관리를 수행함에 있어서 가장 기본이 되는 것은 시설물의 주기적/비주기적 점검을 통하여 시설물의 상태나 시설물에 발생되는 손상을 파악하고, 이를 체계적으로 관리하여 관리자가 적기에 시설물에 대한 판단과 조치를 취하는 것이다.Generally, the most basic thing in performing maintenance of a facility is to identify the damage to the state or facility of the facility through periodic / non-periodic inspection of the facility and systematically manage it so that the manager Judgments and actions.
최근에는 도시화가 급격하게 진행되면서 전기, 통신, 상하수도 등의 기반시설 확충을 위하여, 상하수도관, 도시가스 공급관, 유류 이송관, 전기 및 통신 선로 등의 설치가 급증하고 있는 추세에 있다. 이러한 설비들은 미관이나 설비보호로 인해 대부분 지중에 매립되고 있다. In recent years, with the rapid progress of urbanization, the installation of water supply and drainage pipes, city gas supply pipes, oil transfer pipes, electricity and communication lines, etc. has been increasing rapidly in order to expand infrastructure such as electricity, communication and water supply and sewage. These facilities are mostly buried in the ground due to aesthetics and facility protection.
그런데, 이러한 지하 시설물의 위치나 깊이에 대한 정보가 축적되지 않아 시각적으로 그 위치나 상태를 파악하기 위하여 시간 및 비용이 증가하고, 또한 공사 중에 기존 지하매설물을 파괴하거나 이로 인해 작업자의 안전도 위험하게 된다. 즉, 사회기반시설이 밀집된 지역에는 수많은 배관이 매설되어 있기 때문에 배관의 매설 위치 및 상태 등을 파악하지 못하면 사고가 발생할 수 있다. However, since the information about the location and depth of such underground facilities is not accumulated, it takes time and expense to visually ascertain its position and condition, and the existing underground materials are destroyed during the construction, do. In other words, if there is a lot of pipelines buried in a densely populated area, failure to understand the location and condition of pipelines can lead to accidents.
이를 대비하여 도로 등에 통신 케이블 라인이나 가스 공급관이 지나고 있는 곳에는 안내판이 표시되어 있으나, 그 위치 및 깊이에 대한 정확한 정보는 기존에 존재하는 설계도 등에 의존할 수밖에 없다. In order to prepare for this, a guide plate is displayed on the road where a communication cable line or a gas supply pipe passes. However, accurate information on the position and depth of the guide plate depends on existing design schemes.
따라서, 지면 위에서 지하의 매설물을 측정하기 위해, 지반으로 전자파, 초음파 또는 초고주파 등을 전파시킨 후 매질 및 매설물을 통해 전파되어 온 파장 변화를 측정하는 방법들이 사용되었다. 또 다른 방법으로는 지하매설물의 상층부에 자기코일을 설치하여, 지상의 측정기가 자기를 유도하여 설치된 자기코일에서 발생되는 전류의 자기장을 측정하는 방법이 제시되고 있다. Therefore, in order to measure the subsurface buried material on the ground, methods of measuring the wavelength change propagated through the medium and the buried material were used after propagating electromagnetic wave, ultrasonic wave or microwave to the ground. As another method, there is proposed a method of measuring the magnetic field of a current generated in a magnetic coil by installing a magnetic coil in an upper part of a subterranean buried object and inducing magnetism on a ground measuring instrument.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0072468호(2011. 06. 29. 공개, 발명의 명칭 : 전력구 감시 시스템)에 개시되어 있다.
BACKGROUND ART [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0072468 (published on June 29, 2011, entitled POWER PORT MONITORING SYSTEM).
이와 같이 지상에서 측정할 경우 주변 지상 구조물에 의해 탐사가 불가능한 영역이 존재할 뿐만 아니라 일반적으로 탐사장비가 고가여서 실제 작업현장에서는 적용하기 어려운 문제점이 있다. In this way, when the measurement is made on the ground, there are areas that can not be explored by the surrounding ground structures, and in general, there is a problem that the exploration equipment is expensive and thus it is difficult to apply in actual work sites.
또한, 지중관로를 직접 주행하면서 지중관로의 2차원 좌표 데이터를 정확하게 획득할 수 있는 장치들이 있으나, 이러한 장비들은 지중관로의 이동 거리를 측정하기 위한 센서, 기울기 센서, 주행 모터 등 다수의 센서 장비들을 탑재해야 하는 탑재체 형태로 구성되기 때문에 그 부피와 크기가 크고, 유지비용이 상당히 고가로써 일상적인 실제 실무현장에서는 사용하기 어려운 문제점이 있다. In addition, there are devices that can accurately acquire the two-dimensional coordinate data of the underground pipeline while directly driving the underground pipeline. However, these devices include a plurality of sensor devices such as a sensor for measuring the travel distance of the underground pipe, a tilt sensor, There is a problem in that it is difficult to use in a practical practical field because the volume and size of the load body are large and the maintenance cost is extremely high.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 조사자가 간편하게 착용할 수 있는 RGB-D 카메라를 통해 지중 구조물의 위치정보를 추출해 실시간으로 3차원 모델링을 수행하고, 이를 2차원 GIS 데이터로 저장하여 지중 구조물 간의 기하 관계를 파악할 수 있도록 하는 지중 구조물의 3차원 모델링 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus and method, in which an information of an underground structure is extracted through an RGB- Dimensional modeling apparatus and method of the underground structure, which enables the geometrical relationship between the underground structures to be grasped by storing them as two-dimensional GIS data.
본 발명의 일 측면에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 장치는, 구조물과의 거리를 측정하기 위한 레이저센서; 3차원 이미지를 획득하기 위해 복수개로 설치된 RGB-D 카메라; 레이저센서와 RGB-D 카메라를 안전모에 장착하여 고정시키기 위한 수평지지대; 지중 구조물의 설계도면과 지중 구조물의 3차원 모델 및 2차원 GIS 데이터를 저장하는 저장부; 및 레이저센서와 RGB-D 카메라로부터 입력된 거리와 3차원 이미지를 통해 깊이지도 이미지를 생성하여 저장부에 저장된 지중 구조물의 설계도면과 결합하여 지중 구조물의 3차원 모델을 생성하고, 지중 구조물의 3차원 모델을 2차원 좌표로 변환하여 GIS 형상으로 추출한 2차원 GIS 데이터를 저장부에 저장하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다. An apparatus for three-dimensional modeling of an underground structure according to an aspect of the present invention includes: a laser sensor for measuring a distance to a structure; A plurality of RGB-D cameras installed to acquire three-dimensional images; A horizontal support for attaching and fixing the laser sensor and RGB-D camera to the helmet; A storage unit for storing design drawings of an underground structure, a three-dimensional model of an underground structure, and two-dimensional GIS data; And 3-D models of underground structures are created by combining the depth map images from the distance input from the laser sensor and the RGB-D camera and the 3D map images and combining them with the design drawings of the underground structures stored in the storage unit. And a control unit for converting the 2D model into two-dimensional coordinates and storing the two-dimensional GIS data extracted in the GIS shape in the storage unit.
본 발명은 수평지지대의 수평상태를 측정하여 제어유닛에 제공하는 수평감지부를 더 포함하며, 제어유닛은 복수개의 RGB-D 카메라로부터 입력된 이미지의 수평오차를 보정하는 것을 특징으로 한다. The present invention further includes a horizontal sensing unit for measuring the horizontal state of the horizontal support and providing it to the control unit, wherein the control unit corrects the horizontal error of the image input from the plurality of RGB-D cameras.
본 발명은 위치를 측정하기 위한 GPS 모듈을 더 포함하며, 제어유닛은 GPS 모듈로부터 입력된 위치를 기반으로 조사를 시작하는 지중 구조물의 시점위치를 등록하는 것을 특징으로 한다.
The present invention further includes a GPS module for measuring the position, wherein the control unit registers the viewpoint position of the underground structure which starts the survey based on the position input from the GPS module.
본 발명의 다른 측면에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 방법은, 제어유닛이 선택된 지중 구조물의 설계 도면을 등록하는 단계; 제어유닛이 레이저센서로부터 측정된 지중 구조물과의 거리 및 RGB-D 카메라로부터 지중 구조물의 3차원 이미지를 입력받는 단계; 제어유닛이 지중 구조물과의 거리와 3차원 이미지로부터 지중 구조물에 대한 깊이지도를 생성하고 이미지 처리하여 지중 구조물에 대한 클러스터를 생성하는 단계; 및 제어유닛이 지중 구조물에 대한 클러스터를 기반으로 설계도면의 기하학적인 경계에 표면을 생성하고, 표면에 3차원 이미지를 텍스쳐 매핑하여 지중 구조물의 3차원 모델을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, a three-dimensional modeling method of an underground structure includes: registering a design drawing of a selected underground structure by a control unit; Receiving a distance between the control unit and the ground structure measured from the laser sensor and a three-dimensional image of the ground structure from the RGB-D camera; Creating a cluster for the underground structure by generating and image-processing a distance to the underground structure and a depth map for the underground structure from the three-dimensional image; And generating a three-dimensional model of the underground structure by creating a surface on the geometric boundary of the design drawing based on the cluster for the underground structure and mapping the three-dimensional image to the surface by the control unit. do.
본 발명은 제어유닛이 조사를 시작하는 지중 구조물의 시점위치를 등록하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized by further comprising the step of registering a viewpoint position of an underground structure from which the control unit starts surveying.
본 발명에서 시점위치를 등록하는 단계는, 시점위치를 GPS 모듈로부터 입력된 위치로 등록하는 것을 특징으로 한다. The step of registering the viewpoint position in the present invention is characterized in that the viewpoint position is registered with the position input from the GPS module.
본 발명은 제어유닛이 지중 구조물의 3차원 모델에 대해 단면의 경계를 계산하고, 경계의 중심선을 연결하여 생성한 기준 라인선에 근거하여 지중 구조물을 2차원 좌표로 변환한 후 2차원 GIS 형상으로 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the control unit calculates the boundary of the cross section with respect to the three-dimensional model of the underground structure, converts the underground structure into the two-dimensional coordinate based on the reference line line generated by connecting the center line of the boundary, The method of claim 1, further comprising:
본 발명에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 장치 및 그 방법은 조사자가 간편하게 착용할 수 있는 안전모에 장착된 RGB-D 카메라를 통해 지중 구조물의 위치정보를 추출해 실시간으로 3차원 모델링을 수행하고, 이를 2차원 GIS 데이터로 저장하여 지중 구조물 간의 기하 관계를 파악할 수 있어 도보로 이동하면서 지중 구조물의 형상을 계측할 수 있다. An apparatus and method for three-dimensional modeling of an underground structure according to the present invention extracts position information of an underground structure through an RGB-D camera mounted on a helmet, which can be easily worn by an investigator, It is possible to measure the geometry of the underground structures while walking on foot because it is possible to grasp the geometrical relationship between the underground structures by storing them as the dimension GIS data.
또한, 본 발명에 따르면, 지중 구조물의 정확한 위치 및 규격을 측정하고 데이터를 실시간으로 저장함으로써, 지중 구조물의 유지보수 시 지중관로의 파손을 방지하거나 신속하게 손상부위를 수리할 수 있으며, 생성된 지중 구조물의 3차원 모델은 추후 반복적인 유지 보수 과정에서 기록되는 정보를 BIM(Building Information Modeling) 기반으로 관리할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.
In addition, according to the present invention, by precisely measuring the position and size of an underground structure and storing data in real time, it is possible to prevent breakage of the underground pipe during maintenance of the underground structure or repair the damaged part quickly, The three-dimensional model of the structure can provide a basis for managing the information recorded in a repetitive maintenance process based on BIM (Building Information Modeling).
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 장치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 방법의 각 과정을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a block diagram illustrating an apparatus for modeling a three-dimensional structure of an underground structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary view illustrating an apparatus for three-dimensional modeling of an underground structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a three-dimensional modeling method of an underground structure according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4 to 19 are views for explaining respective steps of a three-dimensional modeling method of an underground structure according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, an apparatus and method for three-dimensional modeling of an underground structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 장치를 나타낸 예시도이다. FIG. 1 is a block diagram illustrating a three-dimensional modeling apparatus for an underground structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary view illustrating an apparatus for modeling a three-dimensional structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 장치는, 레이저센서(10), RGB-D 카메라(20), GPS 모듈(30), 수평지지대(70), 저장부(50) 및 제어유닛(40)을 비롯하여 수평감지부(60)를 포함한다. 1 and 2, an apparatus for three-dimensional modeling of an underground structure according to an embodiment of the present invention includes a
레이저센서(10)는 지중 구조물과의 거리를 측정하여 제공한다. The
RGB-D 카메라(20)는 지중 구조물에 대한 3차원 이미지를 획득하기 위해 복수개로 설치되어 스테레오 이미지를 제공한다. The RGB-
GPS 모듈(30)은 지구의 상공에 위치한 복수의 GPS 위성(미도시)으로부터 항법 메시지를 수신 받아 제공하여 위치를 산출할 수 있도록 한다. The
산출된 위치는 조사를 시작하는 지중 구조물의 입구에서 시점위치를 등록하는데 사용된다. The calculated location is used to register the viewpoint location at the entrance of the underground structure to begin the survey.
수평지지대(70)는 레이저센서(10)와 RGB-D 카메라(20) 및 GPS 모듈(30)을 안전모(80)에 장착하여 고정시켜, 조사자가 안전모(80)를 착용하고 조사할 때 복수개의 RGB-D 카메라(20)의 수평위치를 일치시킬 수 있도록 한다. The horizontal support 70 mounts and fixes the
저장부(50)는 지중 구조물의 설계도면과 지중 구조물의 3차원 모델 및 2차원 GIS 데이터를 저장한다. The
저장부(50)에 저장된 지중 구조물의 설계도면은 주변 환경에 의해 획득되지 않는 영역을 보정할 때 활용될 수 있다. The design drawing of the underground structure stored in the
제어유닛(40)은 레이저센서(10)와 RGB-D 카메라(20)로부터 입력된 거리와 3차원 이미지를 통해 깊이지도(Depth Map) 이미지를 생성하고, 저장부(50)에 저장된 지중 구조물의 설계도면과 결합하여 지중 구조물의 3차원 모델을 생성한다. 또한, 제어유닛(40)은 지중 구조물의 3차원 모델을 2차원 좌표로 변환하여 GIS(Geographic Information System) 형상을 추출한 2차원 GIS 데이터를 저장부(50)에 저장한다. The
수평감지부(60)는 수평지지대(70)의 수평상태를 측정하여 제어유닛(40)에 제공함으로써, 제어유닛(40)이 복수개의 RGB-D 카메라(20)로부터 입력된 이미지의 수평오차를 보정할 수 있도록 한다. The
또한, 제어유닛(40)은 다수의 지중 구조물과의 위치 연관성을 분석할 수 있도록 할 경우 GPS 모듈(30)로부터 입력된 위치를 기반으로 조사를 시작하는 지중 구조물의 시점위치를 등록한다. In addition, when the
한편, 제어유닛(40)으로 테블릿 PC를 사용함으로써, 조사자가 간편하게 휴대하면서 지중 구조물 내를 도보로 이동하면서 조사할 수 있도록 할 수 있다. On the other hand, by using the tablet PC as the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 지중 구조물의 3차원 모델링 장치에 따르면, 조사자가 간편하게 착용할 수 있는 안전모에 장착된 RGB-D 카메라를 통해 지중 구조물의 위치정보를 추출해 실시간으로 3차원 모델링을 수행하고, 이를 2차원 GIS 데이터로 저장하여 지중 구조물 간의 기하 관계를 파악할 수 있도록 하여 도보로 이동하면서 지중 구조물의 형상을 계측할 수 있게 한다.
As described above, according to the three-dimensional modeling apparatus for an underground structure according to an embodiment of the present invention, the information of an underground structure is extracted through an RGB-D camera mounted on a helmet which can be easily worn by an investigator, Modeling is performed and it is stored as 2-dimensional GIS data, so that the geometric relationship between the underground structures can be grasped, so that the shape of the underground structure can be measured while moving on foot.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 방법의 각 과정을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a flow chart for explaining a three-dimensional modeling method of an underground structure according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 19 are diagrams for explaining respective processes of a three-dimensional modeling method of an underground structure according to an embodiment of the present invention Fig.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 구조물의 3차원 모델링 방법에서는 먼저, 제어유닛(40)이 선택된 지중 구조물의 설계 도면을 등록한다(S10). As shown in FIG. 3, in the 3D modeling method of an underground structure according to an embodiment of the present invention, the
저장부(50)에 다수의 지중 구조물에 대한 설계도면이 저장된 경우, 도 4와 같이 선택된 지중 구조물의 설계 도면을 등록하여 주변 환경에 의해 획득되지 않는 영역을 보정할 때 활용될 수 있도록 한다. When a design drawing for a plurality of underground structures is stored in the
이후 제어유닛(40)은 조사를 시작하는 지중 구조물의 입구에서 도 5와 같이 시점위치를 GPS 모듈(30)로부터 입력된 위치로 등록한다(S20). Then, the
이와 같이 조사를 시작하는 구조물의 입구에서 시점위치와 진행 방향을 초기화한다. 그러나, 이와 같은 시점위치의 등록은 다수의 지중 구조물과의 위치 연관성 분석을 할 경우 필요한 작업으로, 독립된 지중 구조물의 형상을 관측하고 GIS와 연계하지 않을 경우에는 시점위치의 등록을 생략할 수도 있다. In this way, the point of view and the direction of travel are initialized at the entrance of the structure that starts the survey. However, registration of such a viewpoint position is necessary when analyzing the position relation with a plurality of underground structures. It is possible to observe the shape of an independent underground structure and to omit the registration of the viewpoint position when not related to the GIS.
S20 단계에서 조사를 위한 지중 구조물의 입구에서 시점위치를 등록한 후, 제어유닛(40)은 레이저센서(10)로부터 측정된 지중 구조물과의 거리 및 RGB-D 카메라(20)로부터 지중 구조물의 3차원 이미지를 입력받는다(S30). After registering the viewpoint position at the entrance of the underground structure for survey in step S20, the
이러한 지중 구조물과의 거리와 3차원 이미지는 조사자가 지중 구조물 내부를 이동하는 동안 계속해서 측정되고 촬영되어 제공된다. The distance to the underground structure and the three-dimensional image are continuously measured and photographed while the investigator moves inside the underground structure.
제어유닛(40)은 입력된 지중 구조물과의 거리와 3차원 이미지로부터 지중 구조물에 대한 깊이지도(Depth Map)를 생성하고, 이를 이미지 처리하여 관측된 지중 구조물에 대한 클러스터를 생성한다(S40). The
이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이 제어유닛(40)은 구조물과의 거리와 3차원 이미지를 이용해 깊이지도를 생성하고 깊이 이미지(Depth Image)를 추출한다. 이후 도 7과 같이 제어유닛(40)은 1차 보정된 2차원 깊이 이미지를 포인트 클라우드 데이터(Point Cloud Data) 형식의 3차원 데이터로 변환하여 포인트를 추출하고 서브샘플링(Subsampling)을 수행한다. More specifically, as shown in FIG. 6, the
이때 3차원 포인트를 미리 정의된 셀(Cell) 안에 배치시킨 후, 각 셀 안의 포인트들을 병합하여 새로운 하나의 포인트들로 생성함으로써 전체 데이터 용량을 감소시킬 수 있다. At this time, it is possible to reduce the total data capacity by disposing a three-dimensional point in a predefined cell and merging points in each cell to generate new one points.
그런 다음 도 8과 같이 제어유닛(40)은 이웃 포인트들과의 연관관계 분석을 통한 각 포인터들의 노말 벡터(Normal Vector)를 추출하고 레이어링(layering)을 수행한다. Then, as shown in FIG. 8, the
이때 계산된 노말 벡터와 포인트들의 좌표정보들을 이용하여 객체 오브젝트(Object)에 대한 쉐도우(Shadow) 보정필터를 적용하여 깊이 이미지 상에서 필터링 된 부분을 제거한다. At this time, a shadow correction filter for the object object is applied using the calculated normal vector and coordinate information of the points to remove the filtered portion on the depth image.
이후 도 9와 같이 제어유닛(40)은 각 포인트들의 노말 벡터값을 평활화(Smoothing)하여 값의 변화폭을 감소시키고, 이렇게 생성된 3차원 포인트 클라우드 데이터의 세기(Intensity) 정보 및 각 포인트들의 노말 벡터 정보를 이용해 레이어링된 이미지를 분할(Segmentation)하여 주변 환경과 구별되는 클러스터(Clusters)를 생성한다. Then, as shown in FIG. 9, the
그런 다음 도 10과 같이 제어유닛(40)은 생성된 클러스터들에 대해 형상 매칭 알고리즘을 적용한 터널 외의 차폐물을 우선 제거한다. 그리고 이러한 과정을 반복하여 다수의 블럭 형태의 지중 구조물의 클러스터를 생성한다. 이후 제어유닛(40)은 지중 구조물 전체 구간에 대한 클러스터들에 대해 키포인트들을 추출한다. 이 키포인트들은 전체 포인트 클라우드 데이터 중에서 안정적으로 존재하는 개체들로써, 이동하면서 관측되는 다수의 화상 이미지들을 병합할 때 기준이 되는 노드로 이동된다. 즉, 현 프레임에서 키포인트의 x, y, z 및 노말 벡터값으로 다음 프레임의 포인트 클라우드 데이터들이 좌표 변환된다. Then, as shown in Fig. 10, the
이와 같이 지중 구조물에 대한 클러스터를 생성한 후, 제어유닛(40)은 이 지중 구조물에 대한 클러스터를 기반으로 설계도면의 기하학적인 경계에 표면을 생성하고, 표면에 3차원 이미지를 텍스쳐 매핑하여 지중 구조물의 3차원 모델을 생성한다(S50). After creating the clusters for the underground structure, the
이를 구체적으로 살펴보면, 먼저 도 11과 같이 지중 구조물에 대한 클러스터 모델에서 진입구 부분을 기하좌표를 이용해 사용자가 수동으로 제거한다. Specifically, as shown in FIG. 11, a user manually removes the entrance portion of a cluster model for an underground structure using geometric coordinates.
이와 같이 진입구 부분이 제거된 상태에서 도 12와 같이 제어유닛(40)은 등록된 지중 구조물의 설계도면의 기하정보를 기준으로 표면을 배치하고 결과물에 대한 경계(boundary) 및 중심 포인트를 계산하여 중심라인을 추출한다. 12, the
그리고, 도 13과 같이 제어유닛(40)은 지중 구조물의 단면을 배치하고, 도 14와 같이 포인트 클라우드에 단면을 맞춘 후 도 15와 같이 포인트들을 이용하여 매쉬(mesh) 생성을 위한 컨벡스헐(convex hull)을 생성한다. 이를 통해 하나로 병합된 표면 모델을 생성한다. 13, the
다음으로 도 16에서와 같이 제어유닛(40)은 차폐물이나 원시 데이터의 필터링 과정에서 제거된 영역 등 미관측 영역으로 인해 완전히 닫힌 지중 구조물의 형상을 가지지 못하던 표면 모델에 대해, 보간(Interpolation)을 통해 도 17과 같이 완전히 닫혀진 표면 모델을 생성한다. Next, as shown in FIG. 16, the
이후 제어유닛(40)은 이와 같이 생성된 표면 모델에 로우 데이터(Raw Data)에서 관측된 RGB 정보를 텍스쳐 매핑(Texture Mapping)하여 도 18과 같이 지중 구조물에 대한 3차원 모델을 생성한다. Then, the
이후 제어유닛(40)은 지중 구조물의 3차원 모델에 대해 2차원 GIS 형상으로 추출한다(S60).Thereafter, the
일반적으로 터널형 지중 구조물은 GIS 상에 선형으로 표출되므로 생성된 3차원 모델의 지중 구조물의 단면의 경계(Boundary)를 계산한 후, 경계의 중심선을 계속 연결하여 지중 구조물의 3차원 좌표의 기준 라인선을 생성한다. 그런 다음 이를 행렬 연산을 통해 지중 구조물을 2차원 좌표로 변환한 후 GIS 형상으로 추출한다. Generally, since the tunnel type underground structure is linearly displayed on the GIS, the boundary of the section of the underground structure of the generated three-dimensional model is calculated, and then the center line of the boundary is continuously connected to the reference line of the three- Create a line. Then, it transforms the underground structures into 2D coordinates through matrix operation and extracts them into GIS shape.
이때 제어유닛(40)은 지중 구조물을 GIS 상에 표출할 때 지중 구조물의 시점위치와 방향을 기준으로 모델의 이동 및 회전을 반영하여 실좌표로 모델 위치를 변경하여 좌표를 할당한다. 만약, 시점위치가 등록되지 않은 경우에는 모델의 절대 좌표를 직접 입력할 수도 있다. At this time, when the underground structure is displayed on the GIS, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 지중 구조물의 3차원 모델링 방법에 따르면, 조사자가 간편하게 착용할 수 있는 안전모에 장착된 RGB-D 카메라를 통해 지중 구조물의 위치정보를 추출해 실시간으로 3차원 모델링을 수행하고, 이를 2차원 GIS 데이터로 저장하여 지중 구조물 간의 기하 관계를 파악할 수 있도록 하여 도보로 이동하면서 지중 구조물의 형상을 계측할 수 있게 한다.
As described above, according to the three-dimensional modeling method of the underground structure according to the embodiment of the present invention, the location information of the underground structure is extracted through the RGB-D camera mounted on the helmet which can be easily worn by the surveyor, Modeling is performed and it is stored as 2-dimensional GIS data, so that the geometric relationship between the underground structures can be grasped, so that the shape of the underground structure can be measured while moving on foot.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. I will understand.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.
10 : 레이저센서 20 : RGB-D 카메라
30 : GPS 모듈 40 : 제어유닛
50 : 저장부 60 : 수평감지부
70 : 수평지지대 80 : 안전모10: Laser sensor 20: RGB-D camera
30: GPS module 40: control unit
50: storage unit 60: horizontal sensing unit
70: Horizontal support 80:
Claims (7)
3차원 이미지를 획득하기 위해 복수개로 설치된 RGB-D 카메라;
상기 레이저센서와 상기 RGB-D 카메라를 안전모에 장착하여 고정시키기 위한 수평지지대;
상기 지중 구조물의 설계도면과 상기 지중 구조물의 3차원 모델 및 2차원 GIS 데이터를 저장하는 저장부;
상기 레이저센서와 상기 RGB-D 카메라로부터 입력된 상기 거리와 상기 3차원 이미지를 통해 깊이지도 이미지를 생성하여 상기 저장부에 저장된 상기 지중 구조물의 설계도면과 결합하여 상기 지중 구조물의 3차원 모델을 생성하고, 상기 지중 구조물의 상기 3차원 모델을 2차원 좌표로 변환하여 GIS 형상으로 추출한 2차원 GIS 데이터를 상기 저장부에 저장하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 구조물의 3차원 모델링 장치.
A laser sensor for measuring the distance to an underground structure;
A plurality of RGB-D cameras installed to acquire three-dimensional images;
A horizontal support for mounting and fixing the laser sensor and the RGB-D camera on the safety helmet;
A storage unit for storing a design drawing of the underground structure, a three-dimensional model of the underground structure, and two-dimensional GIS data;
A depth map image is generated through the distance input from the laser sensor and the RGB-D camera and the three-dimensional image, and is combined with a design drawing of the underground structure stored in the storage unit to generate a three-dimensional model of the underground structure And a control unit for converting the three-dimensional model of the underground structure into two-dimensional coordinates and storing the two-dimensional GIS data extracted in the GIS shape into the storage unit.
The image processing apparatus according to claim 1, further comprising: a horizontal sensing unit for measuring a horizontal state of the horizontal support and providing the measured horizontal state to the control unit, wherein the control unit corrects a horizontal error of an image input from the plurality of RGB- A three - dimensional modeling device for an underground structure.
The GPS module according to claim 1, further comprising a GPS module for measuring a position, wherein the control unit registers a viewpoint position of the underground structure to start an investigation based on a position input from the GPS module 3D modeling device of structure.
상기 제어유닛이 레이저센서로부터 측정된 상기 지중 구조물과의 거리 및 RGB-D 카메라로부터 상기 지중 구조물의 3차원 이미지를 입력받는 단계;
상기 제어유닛이 상기 지중 구조물과의 상기 거리와 상기 3차원 이미지로부터 상기 지중 구조물에 대한 깊이지도를 생성하고 이미지 처리하여 상기 지중 구조물에 대한 클러스터를 생성하는 단계; 및
상기 제어유닛이 상기 지중 구조물에 대한 상기 클러스터를 기반으로 상기 설계도면의 기하학적인 경계에 표면을 생성하고, 상기 표면에 3차원 이미지를 텍스쳐 매핑하여 상기 지중 구조물의 3차원 모델을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 구조물의 3차원 모델링 방법.
Registering a design drawing of a selected underground structure by the control unit;
Receiving the three-dimensional image of the underground structure from the RGB-D camera and the distance from the underground structure measured from the laser sensor to the control unit;
The control unit generating and image-processing a depth map for the underground structure from the distance and the three-dimensional image with the underground structure to create a cluster for the underground structure; And
Generating a three-dimensional model of the underground structure by creating a surface on a geometric boundary of the design drawing based on the clusters for the underground structure, and mapping the three-dimensional image to the surface by the control unit; Dimensional modeling of the underground structure.
5. The method of claim 4, further comprising: registering a viewpoint position of the underground structure in which the control unit starts the survey.
6. The method according to claim 5, wherein the step of registering the viewpoint position registers the viewpoint position as a position input from the GPS module.
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