JP7464134B2 - Shape modeling device and shape modeling method - Google Patents
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Description
本開示は、画像計測及びレーザ計測などによって得た構造物の三次元の点群データに基づいて、構造物の表面形状を復元する形状モデリング装置及び形状モデリング方法に関するものである。 The present disclosure relates to a shape modeling device and a shape modeling method that reconstruct the surface shape of a structure based on three-dimensional point cloud data of the structure obtained by image measurement, laser measurement, etc.
トンネル、道路、橋梁、柱状設置物、建物などの構造物、屋内の部材配置、機械部品などの形状の計測を容易に行う方法としては、画像及びレーザスキャナなどによる計測がある。画像による計測では、撮影位置の異なる複数枚の画像から、画像中の特徴点を対応付けて三角測量の原理で計測対象物の位置を計測する。また、カラー画像(RGB)と奥行き画像(Depth)とを同時に得るRGB-Dカメラでは、被写体の位置を計測することもできる。レーザスキャナによる計測では、固定式の三次元のレーザスキャナを用いる方式、モービルマッピングシステム(MMS)とよばれる移動体測量による方式などがある。これらの計測では、計測対象物の表面上に、点群と呼ばれる三次元の座標を有する点の集合として、計測結果が得られる。 Measurement using images and laser scanners is an easy way to measure the shapes of structures such as tunnels, roads, bridges, columnar installations, and buildings, as well as the layout of indoor components and machine parts. In image-based measurement, feature points in multiple images taken at different positions are matched to measure the position of the object to be measured using the principle of triangulation. In addition, an RGB-D camera that simultaneously obtains color images (RGB) and depth images (Depth) can also measure the position of the subject. Measurement using laser scanners includes a method that uses a fixed three-dimensional laser scanner and a method that uses mobile surveying known as a mobile mapping system (MMS). In these measurements, the measurement results are obtained as a set of points with three-dimensional coordinates called a point cloud on the surface of the object to be measured.
この点群から対象物の形状を復元する方法としては、点群から対象物表面の面を求めて、面の集合で構造物の形状を表す方法がある。例えば、平面の求め方としては、点群を点群が属する面毎に分割し、各面に属する点群データに対して最小二乗法によって求める方法がある。One method for reconstructing the shape of an object from this point cloud is to find the surfaces of the object from the point cloud and express the shape of the structure as a collection of surfaces. For example, one way to find planes is to divide the point cloud into each surface to which the point cloud belongs, and then use the least squares method to find the point cloud data belonging to each surface.
対象構造物が広域にわたる場合や複雑な形状をもつ場合には、一回の計測ではその全体を計測しきれない。このような場合には、複数の視点位置での画像計測結果、あるいは複数の位置によるレーザスキャナの計測結果によったり、複数走行のMMSによる走行計測結果の点群、あるいは点群から求めた平面の位置合わせを行って全体の形状を求めたりする。 When the target structure covers a wide area or has a complex shape, it is not possible to measure the entire structure in a single measurement. In such cases, the overall shape is determined by using image measurement results from multiple viewpoints, or laser scanner measurement results from multiple positions, or by aligning a point cloud of driving measurements taken by an MMS over multiple runs, or a plane determined from the point cloud.
また、計測結果から経年変化を検出する場合には、比較のため基準となる過去の計測結果の点群あるいは平面と、現在の計測結果の位置合わせを行うことになる。この位置合わせでは、対象物の空間領域をボクセルに分割してボクセルの内部に代表点及び代表点の誤差分布を設定し、誤差を考慮した位置合わせを行う技術がある。 When detecting aging changes from measurement results, the current measurement results are aligned with the point cloud or plane of past measurement results that serve as a reference for comparison. For this alignment, there is a technique that divides the spatial region of the object into voxels, sets representative points and error distributions of the representative points within the voxels, and performs alignment taking errors into account.
さらに、特許文献1には、異なる点群からそれぞれ面を求め、一方の各面に属する点について他方の対応する面との距離の二乗和を最小にするという条件で剛体変換を求め、一方の点群全体をその剛体変換で変換することで他方の点群との位置合わせを行う技術が示されている。Furthermore,
三次元計測によって得た点群は、座標値に誤差を有する。例えば、ステレオ画像計測による場合は、2台のカメラの間隔と比較してカメラから遠い位置にて計測される点の誤差が大きくなる。レーザスキャナにおいては、機種によって点群の精度また密度が異なる。また、金属などの拡散反射が小さい場合、黒い物体などレーザスキャナに戻る光の強度が小さい場合、逆に鏡面反射で反射強度が強すぎる場合、また表面へのレーザパルスの入射角が大きい場合も誤差が大きくなる。このように、計測器からの距離や相対的な姿勢、また表面の様子により点群データ個々の計測精度が異なってくる。MMSによる計測結果においても、一般に数cm程度の座標値のずれがあるとされている。 Point clouds obtained by three-dimensional measurement have errors in their coordinate values. For example, when using stereo image measurement, the error of points measured at positions far from the cameras will be large compared to the distance between the two cameras. With laser scanners, the accuracy and density of point clouds vary depending on the model. Also, errors become large when there is little diffuse reflection from metals, when the intensity of light returning to the laser scanner is low from black objects, when the reflection intensity is too strong due to specular reflection, or when the angle of incidence of the laser pulse on the surface is large. In this way, the measurement accuracy of each point cloud data varies depending on the distance from the measuring instrument, the relative attitude, and the condition of the surface. It is generally said that there is a deviation of several centimeters in the coordinate values of measurement results using MMS.
点群データの誤差は点群データから復元した平面にも影響する。平面には、平面の向きと位置に誤差が含まれることになる。特許文献2では、点群の誤差による、復元した平面の誤差が分からないことになる。平面の範囲を決める判定基準としては点の平面への当てはめ残差の分散値を用いているが、この分散値は各点と平面との距離のばらつきの程度を表す数値であって、平面の誤差の程度を表すものではない。Errors in point cloud data also affect the plane reconstructed from the point cloud data. The plane will contain errors in its orientation and position. In
特許文献3では、ボクセルの誤差を表すものであり、平面の誤差を表すものではない。ボクセル形式のデータから平面を復元したとしても、その平面の誤差を表すことはできない。また、ボクセル形式のデータを作成し、それらのデータをすべて保持していなければならない。
In
特許文献1では、面モデル間の位置合わせにおいて、面に属する点群情報をすべて保持していなければならない。また、平面がどの程度の誤差を持つかは分からない。In
いずれにおいても、点群から求めた面に対する誤差を評価できていない、少なくとも的確には評価することができていない。 In neither case is it possible to evaluate the error in the surface derived from the point cloud, or at least not accurately.
この開示は、点群から求めた面に対して誤差の程度を表す指標である信頼度を与えるとともに、その信頼度によって異なる計測で求めた面を精度よく位置合わせする形状モデリング装置及び形状モデリング方法を得ることを目的としている。 The objective of this disclosure is to provide a shape modeling device and a shape modeling method that assign a reliability, which is an index showing the degree of error, to a surface determined from a point cloud, and that precisely aligns surfaces determined by different measurements based on that reliability.
この開示に係る形状モデリング装置は、点群データを入力して面モデルのデータを出力するデータ入出力手段と、点群データに近似する面形状を求める面近似手段と、面形状の信頼度を算出する信頼度算出手段と、信頼度を面モデルに付与する信頼度付与手段とを備えたものである。The shape modeling device disclosed herein comprises a data input/output means for inputting point cloud data and outputting data of a surface model, a surface approximation means for determining a surface shape that approximates the point cloud data, a reliability calculation means for calculating the reliability of the surface shape, and a reliability assignment means for assigning reliability to the surface model.
この開示に係る形状モデリング方法は、対象物を計測した点群データから対象物の形状を復元する形状モデリング方法であって、点群データを入力する入力工程と、点群データに近似する面形状を求める面近似工程と、面形状の信頼度を算出する信頼度算出工程と、信頼度を面モデルに付与する信頼度付与工程と、面モデルのデータを出力するデータ出力工程とを備えたものである。The shape modeling method disclosed herein is a shape modeling method for restoring the shape of an object from point cloud data obtained by measuring the object, and includes an input process for inputting point cloud data, a surface approximation process for determining a surface shape that approximates the point cloud data, a reliability calculation process for calculating the reliability of the surface shape, a reliability assignment process for assigning reliability to a surface model, and a data output process for outputting data of the surface model.
この開示によれば、確からしさを示す信頼度が付与された近似面モデルによる形状モデリング装置及び形状モデリング方法をえることができる。 According to this disclosure, it is possible to obtain a shape modeling device and a shape modeling method using an approximate surface model to which a reliability indicating the likelihood is assigned.
実施の形態1.
図1は本開示の実施の形態1による形状モデリング装置1の一構成例を示す図である。データ入出力手段であるデータ入出力部2は、インターネットやイントラネットなど計算機ネットワーク3を経由してデータを記憶しているデータサーバ4と接続され、データサーバ4に記憶されている点群データ5と点群精度データ6とを読み込み、信頼度を付与した面モデルデータ7を出力する。面近似手段である面近似部8にて点群データ5からそれが乗る面を最小二乗法によって求める。信頼度算出手段である信頼度算出部9は、面近似部8で行う最小二乗法による面の当てはめでの誤差行列を面モデルの誤差指標である信頼度として算出する。信頼度付与手段である信頼度付与部10は、信頼度算出部9で求めた信頼度を面近似部8で求めた面モデルに付与して誤差指標である信頼度を有した面モデルデータ7とする。描画手段である描画部11は、求めた面モデルが表す形状を三次元のコンピュータグラフィックスの技法により描画し、表示装置12に表示する。描画部11の描画内容は、マウスやキーボードなどの入力装置13からの操作入力を操作入力部14で受け取って指定また変更する。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a
図2に示すように、点群データ5は、対象の構造物15をレーザスキャナなどにより計測した三次元の座標値を持つ計測点18の集合である。点群データ5から構造物15の形状をモデル化するにあたって、点群データ5から近似した近似面16について、近似の精度を示す信頼度を求める。As shown in Figure 2, the
ここでは、点群データ5は、あらかじめそれが属する面毎にグループ分けされているとする。このグループ分けは、例えば、近傍の点から法線ベクトルを求めてその方向が近い点をまとめていく方法や、RANSACによる平面抽出の方法が知られている。例えば、各点は各点が属する面を示す情報を有しているとしてもよいし、属する面毎に異なる配列データとして保持するようにしてもよい。Here, the
次に、用いる座標系を説明する。ワールド座標系として直交座標系をとる。直交座標系は、国土交通省告示による平面直角座標系でもよいし、任意に原点を定めた座標系であってもよい。単位は、例えばメートルとする。以下では、X軸とY軸が水平面内、Z軸が鉛直上方として右手系の座標系で説明する。これとは別に、各近似面16上に後述するローカル座標系(以下、「近似面座標系」という。)を定義する。
Next, the coordinate system to be used will be explained. A Cartesian coordinate system is used as the world coordinate system. The Cartesian coordinate system may be a planar rectangular coordinate system as specified by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, or a coordinate system with an arbitrary origin. The units are meters, for example. In the following, a right-handed coordinate system will be explained, with the X and Y axes in a horizontal plane and the Z axis pointing vertically upward. Separately from this, a local coordinate system (hereinafter referred to as the "approximate surface coordinate system"), which will be described later, is defined on each
点群データ5を構成する計測点18は、i番目の点をPiとし、そのワールド座標系の座標値をpi=(Xi,Yi,Zi)とする。また、この点が属する面の番号をkiとする。点がノイズなどで、どの面にも属さない場合は、例えば、ki=-1としてこれを区別する。図3は、点群データ5のデータ形式の一例であり、ここでは、点PiのX座標値Xi、Y座標値Yi、Z座標値Zi、点Piが属する面の番号kiとなっている。
Of the measurement points 18 that make up the
点群精度データ6は各点の計測精度を表すデータで、画像計測時の理論的な精度や、レーザスキャナの精度あるいはこれに反射強度値や入射角を考慮して求めた値であってもよい。点群精度データ6は、これらの標準偏差の値とする。点群精度データ6のデータ形式の一例を図4に示す。これは、点群精度を各点についての誤差の標準偏差の値σiとした例である。この精度値は、点群データ5に含めて保持してもよい。また、点群精度データ6は同一の面の番号毎に所定の値を与えるようにしてもよい。あるいは、点群データ5が同一のレーザスキャナで計測された場合には、すべての点で所定の値としてもよい。もちろん、各点毎にその計測条件によって値を変えるようにしてもよい。
Point
面モデルデータ7は点群データ5から復元した対象物の形状を表す近似面16を表すデータである。近似面16上の一点である基準点17と法線ベクトル19の情報を有する、あるいは、これらに変換できるようなデータで構成される。例えば、面が多角形のポリゴンモデルで表される場合は、その多角形の頂点列で構成してもよい。面モデル22は、この近似面16の幾何学的な情報に、面の誤差の指標である信頼度Sを加える。信頼度は、面16の向きと位置を表すパラメータの分散共分散行列とする。近似面16の向きは、その法線ベクトル19の方向を定める2個のパラメータで表す。近似面16の位置は、その基準点17の法線ベクトル19方向の移動量を示すパラメータ1個で表す。図5は、面モデルデータ7のデータ形式の、ひとつの面モデル22の部分を表す例を示しており、基準点17をQとし、Qの座標値をq=(qx,qy,qz)、法線ベクトル19を単位ベクトルとしてn=(nx,ny,nz)、近似面16の信頼度をSとしている。The surface model data 7 is data representing an
面近似部8における点群の平面への近似について図6を用いて説明する。なお、図6では計測点18は簡略化して一部のみを描いているが、実際は面上に広く分布している。上記のとおり、各計測点18については、それが属する面があらかじめ与えられている。そのうちの一つであるK番目の面に属する計測点18を対象に考える。ki=Kである点Piの集合をBKとする。このBKに含まれる点から最小二乗法によって近似面16の平面を復元する。The approximation of the point cloud to a plane in the
以下では、BKに含まれる点を例に説明するため、BKに含まれる点がN個あり、このj番目の点をPKj,j=1,2,・・・,N(自然数)と記す。PKjによる近似面16は、各計測点18の精度σKjで重み付けした最小二乗法によって得る。以下では、このK番目の面について、近似面16をΩ、その基準点17をQ、基準点Qのワールド座標系の座標をqとする。また、近似面16の単位ベクトルである法線ベクトル19をワールド座標系でnと表す。
In the following, to explain the points included in BK as an example, there are N points included in BK, and this jth point is denoted as PKj, where j = 1, 2, ..., N (natural number). The
ここで、近似面16を基準に定義する近似面座標系について説明する。それにあたり、まずは、計測点PKjの重心をQとし、ワールド座標系での最小二乗法で求めた面の法線ベクトルをnとして初期の近似面16を与える。Here, we explain the approximate surface coordinate system defined based on the
近似面座標系のx軸及びy軸を近似面16内にとり、法線ベクトルnの方向にz軸をとる。ここで、x軸は水平方向にとる。ただし、近似面16が水平の場合は、ワールド座標系のX軸と平行にx軸をとる。この近似面座標系も右手系として説明する。
The x-axis and y-axis of the approximate surface coordinate system are taken within the
近似面Ωが水平でない場合、x軸方向の水平な単位ベクトルをexとすると、exは以下のようになる。 If the approximation surface Ω is not horizontal, then if ex is a horizontal unit vector in the x-axis direction, then ex is as follows.
ここで、×はベクトルのベクトル積を表す。また、近似面Ω内y方向の単位ベクトルeyは、以下のようになる。Here, × represents the vector product of vectors. The unit vector ey in the y direction on the approximation surface Ω is as follows:
z方向の単位ベクトルezは法線ベクトルnの方向に一致させる。 The unit vector ez in the z direction is aligned with the direction of the normal vector n.
近似面座標系は、このex,ey,ezを基底にする座標系とする。 The approximate surface coordinate system is a coordinate system based on ex, ey, and ez.
近似面Ωが水平な場合は、ex,ey,ezをそれぞれX,Y,Z軸に平行にとって近似面座標系を構成する。このときも、z軸は法線ベクトルnに平行になる。 When the approximation surface Ω is horizontal, ex, ey, and ez are set parallel to the X, Y, and Z axes, respectively, to form the approximation surface coordinate system. In this case, the z axis is also parallel to the normal vector n.
点PKjのワールド座標系の座標値を(XKj,YKj,ZKj)とする。近似面座標系の座標値をpLocalj=(xj,yj,zj)とすると、これは以下で求まる。ここで、・はベクトルの内積を表す。Let the coordinate value of point PKj in the world coordinate system be (XKj, YKj, ZKj). If the coordinate value in the approximate surface coordinate system is pLocalj = (xj, yj, zj), this can be found as follows. Here, ・ represents the dot product of vectors.
近似面座標系での重み付き最小二乗法は以下のようになる。近似面座標において、平面の式を以下のように表す。 The weighted least squares method in the approximate surface coordinate system is as follows. In approximate surface coordinates, the equation of the plane is expressed as follows.
なお、現在の近似面Ω上にxy平面を置いているため、現在のΩの式はz=0になる。パラメータはr=(a,b,c)で3自由度である。近似面座標系での観測モデルは以下のようになる。 Note that since the xy plane is placed on the current approximation surface Ω, the equation for the current Ω is z = 0. The parameters are r = (a, b, c), which is three degrees of freedom. The observation model in the approximation surface coordinate system is as follows.
djは点と平面とのz値の差である。このとき、点PKjについて以下のようになる。 d j is the difference in z-value between the point and the plane. In this case, for point PKj,
σKjは、点PKjの点群精度データ値である。このヤコビ行列Jと重み行列Wにより、パラメータrは以下のように求まる。 σKj is the point cloud accuracy data value of point PKj. Using this Jacobian matrix J and weighting matrix W, the parameter r is calculated as follows:
このパラメータr=(a,b,c)で表される面が、PKjの重み付き最小二乗法による近似平面になる。初期の近似面算出で重み付き最小二乗法を行った場合はr=(0,0,0)になることが期待される。しかしながら、初期の近似面算出で重みを付けなかった場合や数値的な計算誤差によってrが(0,0,0)にならないこともある。このような場合は、このrにより式5で決まる平面に近似面Ωを更新する。これは、Qをq+cezの点とし、法線ベクトルnを以下に変更する。
The surface represented by these parameters r = (a, b, c) becomes the approximate plane calculated using the weighted least squares method for PKj. If the weighted least squares method is used in the initial calculation of the approximate surface, it is expected that r = (0, 0, 0). However, if weighting is not applied in the initial calculation of the approximate surface, or due to numerical calculation errors, r may not be (0, 0, 0). In such cases, the approximate surface Ω is updated to the plane determined by
更新した場合は、更新した近似面Ω上に近似面座標系を設定、再度、ヤコビ行列Jを算出する。rの大きさが小さいときは近似面Ωの更新を省略してもよい。 If an update is made, the approximation surface coordinate system is set on the updated approximation surface Ω, and the Jacobian matrix J is calculated again. If the magnitude of r is small, the update of the approximation surface Ω may be omitted.
以上のように、面近似部8においてK番目の面に属する点群データPKjから重み付き最小二乗法によって平面Ωを近似して復元する。
As described above, the
信頼度算出部9での信頼度Sの算出について説明する。上記の重み付き最小二乗法に付随して、パラメータr=(a,b,c)の誤差行列Sが以下のようにして得られる。We will now explain how the reliability S is calculated by the
このSは、パラメータa,b,cの値についての分散共分散行列である。パラメータa,b,cの分散をσa2,σb2,σc2、共分散をσab2,σbc2,σca2で表せば、Sは以下のようになる。この誤差行列Sを信頼度とする。 This S is the variance-covariance matrix for the values of parameters a, b, and c. If the variances of parameters a, b, and c are expressed as σa2, σb2, and σc2, and the covariances as σab2, σbc2, and σca2, S is as follows. This error matrix S is the reliability.
以下、この信頼度Sについて詳細に説明する。a及びbは、面について、それぞれx及びyに対するzの傾きを表す。また、cはz軸との交点のz座標になる。ここでは、xy平面を近似面Ω上に置いている。ところが、このΩからわずかに異なり式5で表される面20をΩ’として考えると、その面ではa及びbは小さい値となる。面Ω’の法線ベクトル40をn’、z軸との交点41とする。図7に示すように、法線ベクトルn’のyz平面とzx平面に対する角度をそれぞれθとφとすれば、以下である。
The reliability S will be explained in detail below. a and b represent the inclination of z with respect to x and y, respectively, for the surface. Furthermore, c is the z coordinate of the intersection with the z axis. Here, the xy plane is placed on the approximation surface Ω. However, if
面Ω’でこれらの値は小さいので、以下で近似できる。 Since these values are small on the surface Ω', they can be approximated as follows.
以上より、上記Sに示されるパラメータのうち、aとbはそれぞれθとφに等しく、平面の向きを表すことになる。 From the above, among the parameters shown in S above, a and b are equal to θ and φ respectively, and represent the orientation of the plane.
もうひとつのパラメータcは、平面Ω’とz軸との交点のz座標である。これは平面の位置を表す。以上より、近似面座標系で表された平面のパラメータ(a,b,c)は平面の向きと位置を表すものになる。したがって、上記Sに示される分散共分散行列は、近似面Ωの向きと位置のばらつきを表す指標となる。 The other parameter c is the z coordinate of the intersection of plane Ω' and the z axis. This represents the position of the plane. From the above, the parameters (a, b, c) of the plane expressed in the approximate surface coordinate system represent the orientation and position of the plane. Therefore, the variance-covariance matrix shown in S above is an index that represents the variation in the orientation and position of the approximate surface Ω.
このSを信頼度として面のデータに付与する。信頼度Sは、近似面Ωの向きと位置の誤差の程度を表すものである。その要素の値が小さいほど、近似面Ωが精度良く得られていることになる。This S is assigned to the surface data as a reliability. The reliability S represents the degree of error in the orientation and position of the approximate surface Ω. The smaller the value of this element, the more accurately the approximate surface Ω has been obtained.
この分散共分散行列Sが表すabc空間での確率密度関数fは、三次元の正規分布とすれば以下のように表される。 The probability density function f in abc space represented by this variance-covariance matrix S can be expressed as follows if it is a three-dimensional normal distribution.
abc空間の原点は近似面Ωを表し、一点(a,b,c)は、Ωから向きや位置がずれた面に対応する。abc空間で確率密度関数の広がる範囲が小さければ、近似面Ωの精度が高いことになる。図8に、σa,σb,σcによる誤差の広がりを示す。図9には、abc空間でのfの等値面21の一例を示す。これは楕円面となる。The origin of the abc space represents the approximation surface Ω, and a point (a, b, c) corresponds to a surface that is displaced in orientation or position from Ω. If the range over which the probability density function spreads in the abc space is small, the accuracy of the approximation surface Ω is high. Figure 8 shows the spread of error due to σa, σb, and σc. Figure 9 shows an example of an
なお、このSが表すパラメータの誤差は、平面を三次元のHough変換にて表した場合の、Hough変換のパラメータの誤差と同等になる。これを以下に説明する。Hough変換では、ひとつの平面上の点(x,y,z)をパラメータΘ,Φ,ρで以下のように表す。 The parameter error represented by S is equivalent to the parameter error of the Hough transform when a plane is represented by a three-dimensional Hough transform. This is explained below. In the Hough transform, a point (x, y, z) on a plane is represented by parameters Θ, Φ, and ρ as follows:
なお、軸は、通常Hough変換の説明で用いられる軸の取り方ではなく、上記の近似面座標系に合わせた取り方にしている。パラメータΘとΦは、それぞれ近似面16の法線ベクトル19のzx面内の方位とzx面に対する仰角、ρは平面の原点からの距離になる。図10に示すように、Hough変換によれば、ひとつの平面がパラメータ空間(Θ,Φ,ρ)上の点で表される。
Note that the axes are not taken in the way that is usually used in explaining the Hough transform, but in a way that matches the approximate surface coordinate system described above. The parameters Θ and Φ are the direction in the zx plane and the elevation angle relative to the zx plane of the
近似面座標系で表した面20のように、面の法線ベクトルがz軸に一致あるいはz軸とのなす角が小さい場合、ΘとΦがともに小さい値となる。このとき、以下のようになる。
When the normal vector of a surface coincides with the z-axis or the angle it makes with the z-axis is small, as in
これは、上記式5と符号は変わるものの同一の形式になっている。Θは-a、Φは-b、ρはcにそれぞれ対応する。したがって、上記のSは近似面Ωを近似面座標系でHough変換にて表した場合のパラメータの分散共分散行列SHに変換することができる。したがって、SHを信頼度としてもよい。
This has the same format as
続いて、信頼度付与部10について説明する。信頼度付与部10では、信頼度Sを近似面Ωに付与したデータを生成する。これにより、近似面16と信頼度Sを有する面モデル22が生成される。Next, the
次に、描画部11による描画について説明する。描画部11は、近似面16の信頼度Sを反映させて対象構造物15の画像23を描画する。これは、例えば、信頼度Sである分散共分散行列Sのばらつきの指標となる固有値の最大値を信頼度Sの評価値Eとし、そのEの大きさによってその近似面16の色や濃淡を変えて描画する。あるいは、固有値の和や積、あるいは、Sのひとつの要素を評価値Eとしてもよい。描画の色のほか、面のハッチングの種別や輪郭線の色や太さなどの描画の形態を変更するようにしてもよい。また、上記図9に示すようなパラメータのばらつき具合を示す等値面21を併せて表示するように描画してもよい。評価値Eにより濃淡やハッチングを変えて描画された面35により図11に示すような描画画像23が得られる。これにより、例えば、信頼度の低い面については、再度の計測が必要な面として可視化して表すことができる。Next, the drawing by the
近似面16の描画は、ポリゴンモデルが得られている場合は、そのポリゴンモデルを描画する。あるいは、上記の動作での基準点Qの座標qと法線ベクトルnのみが得られている場合は、描画部11にて、例えば、近似面Ωへの計測点18の射影点を求め、その点により近似面16を表して描画する。その射影点の近似面Ω上での凸包や外接長方形で近似面Ωを表して描画してもよい。近似面16をモデル化後に近似面どうしの交線を求めるなどによりポリゴンモデルに変換して、そのポリゴンモデルを描画してもよい。
When a polygon model is obtained, the
また、近似面を描画せずに、点Piの色や形状を、その点が属する近似面の評価値Eによって変えるように描画してもよい。あるいは、構造物15が橋梁やトンネルなど展開図にて管理されている場合、近似面の評価値Eにより、展開図上の対応する面の色やハッチングを変えて、展開図として画像23を描画するようにしてもよい。Alternatively, the point Pi may be drawn without drawing the approximation surface, and the color or shape of the point Pi may be changed depending on the evaluation value E of the approximation surface to which the point belongs. Alternatively, if the
描画部11による描画画像23は表示装置12に表示される。また、操作入力部14により、入力装置13によって評価値Eの選択や、描画方法の変更、またその解除を選択できるように構成する。The
以下、本開示の実施の形態1の形状モデリング装置1の動作の一例を、図12のフローチャートを用いて説明する。Below, an example of the operation of the
図12のステップST1では、面近似部8はデータ入出力部2を通じて同一面に属する点群データ5と点群精度データ6を読み出す。点群データ5はあらかじめ面毎に分類されているとし、ここでは、ひとつの面に対応するデータを読み出す。In step ST1 of Figure 12, the
ステップST2では、面近似部8において、点群データ5を近似する近似面Ωを最小二乗法によって求める。
In step ST2, the
ステップST3では、信頼度算出部9において、面近似部8にて求めた近似面Ωを用いて、上記の方式により、近似面16の誤差の指標である信頼度Sを表す分散共分散行列Sを算出する。In step ST3, the
ステップST4では、信頼度付与部10において、信頼度算出部9にて求めた信頼度Sを近似面Ωに付加して面モデルデータ7とする。よって、面モデルのデータには、近似面Ωのデータに信頼度Sが加わることになる。In step ST4, the
ステップST5では、信頼度付与部10は、データ入出力部2を通じて面モデルデータ7をデータサーバ4に出力する。
In step ST5, the
ステップST6では、面近似部8は、未処理の面があるかどうかを判定し、あればステップST1に戻って、その面に対して処理を進める。未処理の面がなければステップST7に進む。In step ST6, the
ステップST7では、描画部11はデータ入出力部2を通じて面モデルデータ7を読み出す。
In step ST7, the
ステップST8では、描画部11は信頼度Sにより面の描画方法を変えた描画画像23を描画する。
In step ST8, the
ステップST9では、描画部11は描画画像23を表示装置12に表示する。
In step ST9, the
なお、上記本開示の実施の形態1の形状モデリング装置1においては、近似面の法線ベクトルと基準点に信頼度Sを付加して面モデル22を構成したが、これに加えて近似面座標系の各座標軸を示す基底ベクトルの情報を面モデル22に付加して与えるように構成してもよい。In the
また、近似面の向きとして上記のような近似面座標系のxとyに対する傾きの角度として求めたが、角度の取り方はこれに限るものではない。例えば、共分散σabが0となるように近似面座標系のx軸とy軸をとり、その軸を示すベクトルとともに分散共分散行列Sを与えるように構成してもよい。 Although the orientation of the approximate surface was calculated as the angle of inclination with respect to the x and y coordinate systems of the approximate surface as described above, the method of taking the angle is not limited to this. For example, the x and y axes of the approximate surface coordinate system may be taken so that the covariance σab is 0, and the variance-covariance matrix S may be given together with the vectors indicating the axes.
また、信頼度Sとして上記の分散共分散行列Sを与えるように構成したが、分散共分散行列Sの固有値と固有ベクトルを与えるように構成してもよい。また、各共分散の値が分散の値に比べて小さい場合は、分散共分散行列Sに代えて、分散値σa,σb,σcを与えるように構成してもよい。また、信頼度Sとして分散共分散行列Sの逆行列を与えるように構成してもよい。この他、分散共分散行列Sを導ける形で信頼度を与えるように構成してもよい。また、上記のようにHough変換のパラメータに関する分散共分散行列SHを与えるように構成してもよい。 Although the above variance-covariance matrix S is given as the reliability S, it may be configured to give the eigenvalues and eigenvectors of the variance-covariance matrix S. If the value of each covariance is smaller than the value of the variance, it may be configured to give the variance values σa, σb, and σc instead of the variance-covariance matrix S. It may also be configured to give the inverse matrix of the variance-covariance matrix S as the reliability S. Alternatively, it may be configured to give the reliability in a form that allows the variance-covariance matrix S to be derived. It may also be configured to give the variance-covariance matrix SH related to the parameters of the Hough transformation as described above.
また、面モデルを法線ベクトル19と基準点17で表すように構成したが、面を表すことができれば他の表現形式であってもよい。また、点群5の近似面16への射影点の凸包などを付加し、これによって面の辺や境界を表すようにして構成してもよい。あるいは、図面など設計データでの、対応する面を表す番号や記号を保持するように構成してもよい。
Although the surface model is configured to be represented by
また、データ入出力部2を介して計算機ネットワーク3で接続されたデータサーバ4上のデータを読み取り、また、データサーバ4上にデータを保存するように構成したが、これに限るものではない。データの入出力の先は、例えば、形状モデリング装置1に備えられた記憶装置や形状モデリング装置1に着脱可能な外部記憶装置や記憶メディアであってもよい。
The device is also configured to read data on a
また、平面に対して信頼度を付与するように構成したが、曲面に対して信頼度を付与するように構成してもよい。例えば、曲面を平面で近似して近似面16を生成すること、あるいは、曲面上に曲面座標を定義することで同様に実行できる。さらに、上記実施の形態では、点群データ5がどの面に属するかの分類が既になされているとしている。その分類の過程において既に面が求まっている場合、上記ステップST2において、面近似部8は求まっている面を利用して近似面Ωとするように構成してもよい。
Although the configuration is such that reliability is assigned to planes, reliability may also be assigned to curved surfaces. For example, this can be achieved by approximating a curved surface with a plane to generate an
また、面近似部8が行う重み付き最小二乗法による面近似は、ワールド座標系にて初期の近似面を求めて近似面座標系にて再度計算する上記の手順に限るものではない。さらに、描画部11は画像23をCAD形式のデータとして生成するようにしてもよい。
In addition, the surface approximation by the weighted least squares method performed by the
以上のように、形状モデリング装置1の構成によれば、点群データ5からの近似面16に対して、その向き位置の誤差による信頼度を求め、これを面モデル22に付与することができる。また、面モデル22に対してその信頼度を付与することにより、点群データ5からの近似面16がどの程度、その向きと位置に誤差を有するのかを明確に表すようにすることができる。As described above, the configuration of the
点群データを入力して面モデルのデータを出力するデータ入出力手段と、点群データに近似する面形状を求める面近似手段と、面形状の信頼度を算出する信頼度算出手段と、信頼度を面モデルに付与する信頼度付与手段とを備えている。換言すれば、対象物を計測した点群データから対象物の形状を復元する形状モデリング方法であって、点群データを入力する入力工程と、点群データに近似する面形状を求める面近似工程と、面形状の信頼度を算出する信頼度算出工程と、信頼度を面モデルに付与する信頼度付与工程と、面モデルのデータを出力するデータ出力工程とを備えている。これによって、確からしさを示す信頼度が付与された近似面モデルによる形状モデリング装置及び形状モデリング方法をえることができる。The device is provided with a data input/output means for inputting point cloud data and outputting data of a surface model, a surface approximation means for determining a surface shape approximating the point cloud data, a reliability calculation means for calculating the reliability of the surface shape, and a reliability assignment means for assigning reliability to the surface model. In other words, the device is a shape modeling method for restoring the shape of an object from point cloud data obtained by measuring the object, and includes an input process for inputting point cloud data, a surface approximation process for determining a surface shape approximating the point cloud data, a reliability calculation process for calculating the reliability of the surface shape, a reliability assignment process for assigning reliability to the surface model, and a data output process for outputting data of the surface model. This makes it possible to obtain a shape modeling device and a shape modeling method using an approximate surface model to which a reliability indicating the likelihood has been assigned.
また、信頼度は、面モデルの向き及び位置の誤差の程度であるので、点群データからの近似面(面モデル)に対して、その向きと位置の誤差を表す信頼度を付与することにより、近似面がどの程度の誤差を有するのかを明確に表すようにすることができる。 In addition, since reliability is the degree of error in the orientation and position of the surface model, by assigning a reliability representing the error in the orientation and position to an approximate surface (surface model) from point cloud data, it is possible to clearly indicate the degree of error the approximate surface has.
また、信頼度は、面形状に属する点の最小二乗法による面近似での誤差行列であるので、点群データからの近似面(面モデル)に対して、その向きと位置の誤差を表す信頼度を最小二乗法での誤差行列で与えることにより、近似面がどの程度の誤差を有するのかを明確に表すようにすることができる。 In addition, since the reliability is an error matrix in surface approximation using the least squares method of points belonging to the surface shape, by giving a reliability representing the error in the orientation and position of an approximated surface (surface model) from point cloud data as an error matrix using the least squares method, it is possible to clearly indicate the degree of error the approximated surface has.
さらに、信頼度によって面モデルが表す面の描画形態を変える描画手段を備えるので、点群データからの近似面(面モデル)の信頼度により、近似面が持つ誤差の程度を画像化して確認することができる。 Furthermore, the system is equipped with a drawing means that changes the drawing format of the surface represented by the surface model depending on the reliability, so that the degree of error in the approximate surface can be visualized and confirmed based on the reliability of the approximate surface (surface model) from the point cloud data.
実施の形態2.
本開示の実施の形態1では、点群データ5を近似する面の誤差の程度を表す信頼度を算出するように構成したが、この信頼度を用いて、異なる点群データから近似された面モデルを統合するように構成してもよい。
In the first embodiment of the present disclosure, the reliability indicating the degree of error of the surface approximating the
図13は本開示の実施の形態2による形状モデリング装置1の一構成例を示す図である。統合手段である統合部24では、同一の面を示す信頼度を有する2つの面モデルから、これらを確からしい一つの面モデルにまとめ上げる。信頼度合成手段である信頼度合成部25においては、統合後の面モデルの信頼度を求める。なお、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文、図面の全図において共通することである。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
Figure 13 is a diagram showing an example of the configuration of a
構造物15の計測では、複数の位置から固定のレーザスキャナで計測する場合や、複数の走行経路にてMMSで計測する場合がある。このとき、同一の面を複数の位置や走行にて計測することが生じる。それぞれの点群データはその時々での異なる計測条件や誤差により、そのままでは重ならない。それぞれの点群データから近似した面も同様である。しかしながら、単一の面を複数の面形状(向きと位置)で表す訳にはいかない。このため、複数の形状から一つの確実な形状を決定しなければならない。このとき、それぞれの近似面16とその信頼度により、最も確からしい面を求めて統合し、これをその面を表す形状(面モデル)とする。
When measuring a
面を統合する統合部24の動作について説明する。図14に示すように、第一の点群データ5と第二の点群データ26からそれぞれ得られた、同一の面を表す面モデルについて、それぞれの近似面を近似面22Ω1、近似面27Ω2とする。また、それぞれの信頼度をS1,S2とする。このΩ1とΩ2から最尤法で面を推定し、この推定した面Ωeをその面を表す推定面28とする。The operation of the integrating
Ω1とΩ2は同一の面を計測したものであるので、両者の大きさ1の法線ベクトル19n1と29n2のなす角は十分に小さい。ここでは、Ω1の近似面座標系を基準として用いる。このとき、Ω1の近似面座標系の直交基底を上に記したex,ey,ezとする。ezはn1に一致させる。Ω1の近似面座標系でΩ2のパラメータを(a2,b2,c2)と表すと以下のようになる。これを、図15に示す。
Because Ω1 and Ω2 are measurements of the same surface, the angle between their normal vectors 19n1 and 29n2, both of
Ω1の近似面座標系で、Ω1は(a,b,c)=(0,0,0)である。Ω2は上記のように(a,b,c)=(a2,b2,c2)である。これから、最尤法により、平面の推定値(ae,be,ce)は以下のように求められる。In the approximate surface coordinate system of Ω1, Ω1 has (a, b, c) = (0, 0, 0). As above, Ω2 has (a, b, c) = (a2, b2, c2). From this, the maximum likelihood method can be used to find the estimated values (ae, be, ce) of the plane as follows:
この(ae,be,ce)が表す面28をΩeとする。これを図16に示す。The
推定面Ωeのワールド座標系での基準点30qeと法線ベクトル31neの計算方法について説明する。(ae,be,ce)は、近似面Ω1の近似面座標系でのパラメータである。(ae,be,ce)で表される面の大きさ1の法線ベクトルをneとすると、これは以下となる。
We will explain how to calculate the reference point 30qe and normal vector 31ne in the world coordinate system of the estimated surface Ωe. (ae, be, ce) are parameters in the approximate surface coordinate system of the approximate surface Ω1. If the normal vector of the surface of
また、基準点qeは以下のように表される。このneとqeとでΩeを表すことができる。 The reference point qe is expressed as follows. Ωe can be expressed by ne and qe.
次に、信頼度合成部25の動作について説明する。統合後のΩeの分散共分散行列Seは以下で表される。Next, the operation of the
信頼度合成部25にてこのSeを算出する。このSeは、信頼度付与部10にてΩeにその信頼度として付加され、面モデルを構成する。This Se is calculated by the
以下、本開示の実施の形態2の形状モデリング装置1の面モデルの統合の動作の一例を、図17のフローチャートを用いて説明する。なお、第一と第二の点群データからの面モデルの生成は、上記本開示の実施の形態1の動作により、既に行われているとする。An example of the operation of integrating surface models in the
図17のステップST201では、統合部24は、データ入出力部2を通じて同一の面を表す面モデルを一組読み出す。それぞれ面モデルには近似面Ω1,Ω2にその信頼度S1,S2が付与されている。In step ST201 of FIG. 17, the
ステップST202では、統合部24において、上記のように、信頼度S1,S2を用いた最尤法により、Ω1とΩ2を統合する面Ωeの法線ベクトルneと基準点qeを求める。In step ST202, the
ステップST203では、信頼度合成部25において、上記のように、面Ωeの信頼度を表す分散共分散行列Seを求める。In step ST203, the
ステップST204では、信頼度付与部10において、信頼度Seを面Ωeに付与して面モデルとする。In step ST204, the
ステップST205では、信頼度付与部10は面Ωeを表す面モデルをデータ入出力部2を通じて出力し、保存する。以上で、Ω1とΩ2を一つに統合した面Ωeの面モデルを生成する動作を完了する。In step ST205, the
なお、上記本開示の実施の形態2の形状モデリング装置1の動作では、二組の面モデルを一つの面モデル28に統合する動作を説明した。第一の点群データ5から得られた面モデルが複数あって第一の面モデル集合を構成し、第二の点群データ26から得られた面モデルが複数あって第二の面モデル集合を構成するような場合は、第一と第二の面モデル集合に共通して含まれる面に対して上記の動作を実行する。そこで得られた面モデルに、第一と第二の面モデル集合のどちらか一方にのみ含まれる面モデルを加えて、統合した面モデル集合とするように構成してもよい。これにより、第一と第二の面モデル集合の、共通するものは確からしく統合した上での和集合をとることができる。さらに、隣接する面モデル間で交線を求めることにより、統合した面モデル集合に合わせて、各面モデルの輪郭を生成あるいは修正するように構成してもよい。In the operation of the
また、統合後の面モデルの信頼度の評価値が所定の値よりも低い場合は、その面は再度の計測を要すると判定するように構成してもよい。 In addition, if the reliability evaluation value of the integrated surface model is lower than a predetermined value, it may be configured to determine that the surface requires re-measurement.
また、Ω1とΩ2の差異が大きい場合、統合部24はこれを判定して統合を行わないように構成してもよい。これは、例えば、以下のように行う。Ω1の近似面座標系で表したΩ2のパラメータは(a2,b2,c2)であり、これはΩ1からΩ2の差異を表す。これをΩ1の信頼度である分散共分散行列によるマハラノビス距離Dで表す。
In addition, if the difference between Ω1 and Ω2 is large, the
このDの値が所定の値、例えば、2あるいは3といった値より大きければ、Ω2は偶然誤差以外の要因によって誤って計測されるなど、Ω1とは違いすぎていると判定してΩ1との統合を行わないようにする。Ω1とΩ2とを入れ替えて同様に判定するようにしてもよい。If the value of D is greater than a predetermined value, for example, 2 or 3, it is determined that Ω2 is too different from Ω1, such as being measured incorrectly due to factors other than random error, and is not integrated with Ω1. It is also possible to switch Ω1 and Ω2 and make the same determination.
また、上記本開示の実施の形態2の形状モデリング装置1の面モデルの統合の動作に続いて、描画部によって統合後の信頼度やΩ1とΩ2のマハラノビス距離、またΩ1とΩ2との統合を行ったかどうかによって、面の色やハッチングを変えて描画するように構成してもよい。
Furthermore, following the operation of integrating face models in the
なお、図17のフローチャートに示す本開示の実施の形態2の動作は、点群データを必要としない。したがって、面モデルが得られていれば面モデルの統合の動作を実行できる、
このような形状モデリング装置1の構成によれば、元の点群データを用いることなく、異なる計測によって得られた面モデルをその信頼度によって確からしい面モデルに統合することができる。
Note that the operation of the second embodiment of the present disclosure shown in the flowchart of FIG. 17 does not require point cloud data. Therefore, if a surface model is obtained, the operation of integrating the surface models can be executed.
According to such a configuration of the
このように2つの面モデルに対してその信頼度を用いて統合することにより、確からしい面モデルにて面を表すことができる。 In this way, by integrating the two surface models using their reliability, the surface can be represented by a reliable surface model.
以上のように、点群データを入力して面モデルのデータを出力するデータ入出力手段と、点群データに近似する面形状を求める面近似手段と、面形状の信頼度を算出する信頼度算出手段と、信頼度を面モデルに付与する信頼度付与手段とを備えている。換言すれば、対象物を計測した点群データから対象物の形状を復元する形状モデリング方法であって、点群データを入力する入力工程と、点群データに近似する面形状を求める面近似工程と、面形状の信頼度を算出する信頼度算出工程と、信頼度を面モデルに付与する信頼度付与工程と、面モデルのデータを出力するデータ出力工程とを備えている。これによって、確からしさを示す信頼度が付与された近似面モデルによる形状モデリング装置及び形状モデリング方法をえることができる。As described above, the device includes a data input/output means for inputting point cloud data and outputting data of a surface model, a surface approximation means for determining a surface shape that approximates the point cloud data, a reliability calculation means for calculating the reliability of the surface shape, and a reliability assignment means for assigning reliability to the surface model. In other words, the device is a shape modeling method for restoring the shape of an object from point cloud data obtained by measuring the object, and includes an input process for inputting point cloud data, a surface approximation process for determining a surface shape that approximates the point cloud data, a reliability calculation process for calculating the reliability of the surface shape, a reliability assignment process for assigning reliability to the surface model, and a data output process for outputting data of the surface model. This makes it possible to obtain a shape modeling device and a shape modeling method using an approximate surface model to which a reliability indicating the likelihood has been assigned.
また、実質的に同じ面(共通する面、同一の面)を表す異なる点群データの信頼度による重み付け平均により一つの確からしい面に統合する統合手段を備えている。換言すれば、データ入出力手段は同じ面を表し信頼度を有する第1の面モデルと第2の面モデルを入力するとともに、第1の面モデルと第2の面モデルから対象の面を表すひとつの面モデルを求める統合手段を備え、統合手段は第1の面モデルと第2の面モデルそれぞれの面の形状を表すパラメータ毎の信頼度を用いた重み付け平均により統合する面モデルの形状を求められる。これによって、異なる計測によって得られた同一の面を表す第1及び第2の面モデルをその誤差の程度を表す信頼度によって統合することにより、より確からしい面モデルにて面を表すことができる。 The device also includes an integration means for integrating different point cloud data representing substantially the same surface (common surface, identical surface) into one likely surface by weighting the reliability of the data. In other words, the data input/output means inputs a first surface model and a second surface model representing the same surface and having reliability, and includes an integration means for obtaining one surface model representing the target surface from the first surface model and the second surface model, and the integration means obtains the shape of the surface model to be integrated by weighting the reliability of each parameter representing the surface shape of the first surface model and the second surface model. In this way, the first and second surface models representing the same surface obtained by different measurements are integrated by the reliability representing the degree of error, thereby making it possible to represent the surface with a more likely surface model.
さらに、信頼度算出手段は、実質的に同じ面(共通する面、同一の面)を表す異なる第1及び第2の点群データを最小二乗法による面近似での誤差行列として信頼度を算出し、第1の点群データによる誤差行列の第1の逆行列及び第2の点群データによる誤差行列の第2の逆行列の和となる逆行例を面モデルの信頼度とする統合手段を備えている。換言すれば、第1の面モデルの信頼度と第2の面モデルの信頼度から統合した面モデルの信頼度を生成する信頼度合成手段を備え、信頼度算出手段が算出する信頼度はその面に属する点の最小二乗法による面近似での誤差行列であり、信頼度合成手段は第1の面モデルと第2の面モデルそれぞれの信頼度である第1の誤差行列の逆行列と第2の誤差行列の逆行列の和の逆行列として統合した面モデルの信頼度を合成している。これによって、異なる計測によって得られた同一の面を表す第1及び第2の面モデルをその誤差の程度を表す信頼度によって統合した面モデルに対して、信頼度を合成して付与することができる。 Furthermore, the reliability calculation means includes a synthesis means for calculating the reliability of the first and second point cloud data representing substantially the same surface (common surface, identical surface) as an error matrix in surface approximation by the least squares method, and setting the inverse matrix, which is the sum of the first inverse matrix of the error matrix by the first point cloud data and the second inverse matrix of the error matrix by the second point cloud data, as the reliability of the surface model. In other words, the reliability calculation means includes a reliability synthesis means for generating the reliability of the integrated surface model from the reliability of the first surface model and the reliability of the second surface model, and the reliability calculated by the reliability calculation means is an error matrix in surface approximation by the least squares method of the points belonging to the surface, and the reliability synthesis means synthesizes the reliability of the integrated surface model as an inverse matrix of the sum of the inverse matrix of the first error matrix and the inverse matrix of the second error matrix, which are the reliability of the first surface model and the second surface model, respectively. This makes it possible to synthesize and assign reliability to a surface model obtained by integrating the first and second surface models representing the same surface obtained by different measurements using a reliability that represents the degree of error.
実施の形態3.
本開示の実施の形態2では、面モデルの信頼度を用いて、同じ面を表す二つの面モデルを確からしい面モデルに統合するように構成した。この信頼度を用いて、第一の点群データ5から得られた面モデルの集合に合致するように、第二の点群データ26から得られた面モデルの集合を変換するように構成してもよい。
In the second embodiment of the present disclosure, two surface models representing the same surface are integrated into a likely surface model using the reliability of the surface models. The reliability may be used to convert the set of surface models obtained from the second
図18は本開示の実施の形態3による形状モデリング装置1の一構成例を示す図である。変換算出手段である変換算出部32で実質的に同じ構造物を異なる計測で得た二つの面モデルの集合について、基準となる第一の面モデルの集合に第二の面モデルの集合の位置を合わせる変換を算出する。続いてモデル変換手段であるモデル変換部33において、第二の面モデルの集合を基準となる第一の面モデルの集合に重なるように変換する。さらに、点群補正手段である点群補正部34により、この面モデルの変換に合わせて第二の面モデルの元となる第二の点群データ26を変換する。
Figure 18 is a diagram showing an example configuration of a
ここで、面モデルの集合とは、構造物の表面形状は複数の面モデルからできており、構造物に対する面モデルを所定の単位の集合として捉えものである。実施の形態1で説明したように、実質的に同じ構造物に対して各面の点群データから複数の面モデルを求めて面モデル毎に信頼度を付与することができる。第一及び第二の面モデル集合とは、実質的に同一となる構造物に対して、異なる計測で求めた点群データから算出された面モデル毎に信頼度を付与したものを、計測単位で区別したものである。
Here, a set of surface models refers to the surface shape of a structure being made up of multiple surface models, and the surface models for the structure being considered as a set of predetermined units. As explained in
以下、基準となる第一の面モデル集合A1内のm番目の面モデルが表す近似面16をΩ1mとする。例えば、カメラやレーザスキャナ、あるいは走行計測によって計測された第一の点群データ5から近似して復元した面モデルである。あるいは、設計図面などの設計データから生成された面モデルであってもよい。この他、より精密な機器で計測された面モデルや、構造物15の竣工時に計測された面モデルなど、対象構造物15の管理の基準となるような面モデルであってもよい。A1の要素Ω1mに対応する第二の面モデル集合A2内の面モデルが表す面36をΩ2mとする。このA2の面モデルは、カメラやレーザスキャナ、あるいは走行計測によって計測された第二の点群データ26を近似した面モデルで構成される面モデルである。Hereinafter, the
図19に示すように、通常、A2の面モデル集合43とA1の面モデル集合42は重ならない。この図では、面モデル集合42は橋梁である構造物15の図中の右中ほどにレーザスキャナなどの計測器を置いて計測した状況を模擬している。面モデル集合43は構造物15の図中の左手前に計測器を置いて計測した状況を模擬している。計測器から陰面になって計測点が得られずモデル化できない面47はハッチングをかけて表している。また、面モデル集合42は区別のため破線で示した。
As shown in Figure 19, surface model set 43 for A2 and surface model set 42 for A1 do not normally overlap. In this figure, surface model set 42 simulates a situation in which measurements are taken with a measuring instrument such as a laser scanner placed in the middle right of
両者が重ならないため、このままではA2の面モデル集合43を用いてA1の面モデル集合42の補完やA1から変形した部分の検出を行うことができない。A1の面モデル集合に合致するように、A2の面モデル集合の全体的な位置を合わせなければならない。例えば、カメラやレーザスキャナの設置位置に誤差がある場合、点群データは系統的な誤差を有する。これは、三次元の回転変換と平行移動からなる剛体変換によって補正される。したがって、面モデル集合A1とA2とを照合して、両者の位置がもっとも合致するような剛体変換を求めることで位置合わせを実行することができる。 Because the two do not overlap, it is not possible to use A2's surface model set 43 to complement A1's surface model set 42 or to detect parts that have been deformed from A1. The overall position of A2's surface model set must be adjusted so that it matches A1's surface model set. For example, if there is an error in the installation position of the camera or laser scanner, the point cloud data will have systematic errors. This is corrected by a rigid transformation consisting of a three-dimensional rotation transformation and translation. Therefore, alignment can be performed by comparing the surface model sets A1 and A2 and determining the rigid transformation that best matches the positions of the two.
点群データ5は偶然誤差も有している。このため、A2の各Ω2mも誤差を有し、例えば、A1では直交する二つの面がA2ではわずかにずれて算出されるといったことが起こる。したがって、単一の変換では、A1とA2のすべての面モデルを厳密に一致させることはできない。このような場合に、その信頼度を用いて最も適切に重なるように、つまり、信頼度の高い面モデルが優先的に重なるように位置合わせを行う。
以下で、Ω1mとΩ2mの信頼度をそれぞれS1m,S2mとする。また、A1とA2に共に含まれる面が、mが1からMまでのM個あるとする。 In the following, the reliability of Ω1m and Ω2m are S1m and S2m, respectively. Also, suppose that there are M faces that are included in both A1 and A2, where m ranges from 1 to M.
変換の求め方について説明する。まず、図20を用いて、面モデルΩ2mをΩ1mに一致させることを考える。Ω1mの近似面座標系でΩ2mはパラメータ(a2m,b2m,c2m)と表されるとする。Ω1mの近似面座標の直交基底をex,ey,ez、Ω2mの法線ベクトルをn2、Ω1mとΩ2mの基準点17をそれぞれq1m,q2mとすると以下のようになる。なお、n2,ex,ey,ezでは添え字のmを省略している。
We will explain how to find the transformation. First, using Figure 20, consider matching the surface model Ω2m to Ω1m. In the approximate surface coordinate system of Ω1m, Ω2m is expressed as parameters (a2m, b2m, c2m). If the orthogonal basis of the approximate surface coordinates of Ω1m is ex, ey, ez, the normal vector of Ω2m is n2, and the
ここで、上記のように、a2mは法線ベクトルn2のy軸まわりの回転角度とみなせる。同様に、b2mは法線ベクトルn2のx軸まわりの回転角度とみなせる。つまり、Ω2mをΩ1mに一致させるには、Ω1mの近似面座標系のy軸まわりのa2mの回転、x軸まわりの-b2mの回転をΩ2mに行い、z軸方向への-c2mの平行移動をすることになる。なお、回転の符号が異なるのは座標軸の取り方による。Ω1mの近似面座標系のx軸、y軸上の単位ベクトルをそれぞれex=(uX,uY,uZ)、ey=(vX,vY,vZ)とすると、a2mとb2mの絶対値がともに小さいならば、Ω2mをΩ1mに重ねるための回転変換Rmは以下のように表現できる。Here, as mentioned above, a2m can be regarded as the rotation angle of normal vector n2 around the y-axis. Similarly, b2m can be regarded as the rotation angle of normal vector n2 around the x-axis. In other words, to make Ω2m coincide with Ω1m, Ω2m is rotated by a2m around the y-axis of the approximate surface coordinate system of Ω1m, rotated by -b2m around the x-axis, and translated by -c2m along the z-axis. Note that the sign of the rotation differs depending on the coordinate axes. If the unit vectors on the x-axis and y-axis of the approximate surface coordinate system of Ω1m are ex = (uX, uY, uZ) and ey = (vX, vY, vZ), respectively, then if the absolute values of a2m and b2m are both small, the rotation transformation Rm for superimposing Ω2m on Ω1m can be expressed as follows.
まず、exまわりの-b2m回転はロドリゲスの回転公式にて以下のように表される。 First, the -b2m rotation around ex is expressed by Rodrigues' rotation formula as follows.
同様に、y軸のまわりのa2mの回転は、以下で表される。 Similarly, the rotation of a2m around the y-axis is expressed as follows:
したがって、Rmは以下のようになる。 Therefore, Rm becomes:
また、平行移動tmは、以下で表される。 Furthermore, the parallel translation tm is expressed as follows:
この変換により、Ω2mをΩ1mに一致させることができる。この回転変換Rmと平行移動tmは、m番目の面モデルを合致させる変換である。各面の計測誤差により、この変換は面モデル毎に異なってくる。この信頼度による重み付け平均によって、全体の一律の変換を決定する。 This transformation allows Ω2m to be made to match Ω1m. This rotation transformation Rm and translation tm are transformations that match the mth surface model. Due to measurement errors of each surface, this transformation will differ for each surface model. A uniform transformation for the whole is determined by a weighted average based on this reliability.
上記のように、S1mとS2mで得た面モデルから最尤法で面を推定した場合、推定した面の分散共分散行列である信頼度Smは以下になる。 As described above, when a surface is estimated using the maximum likelihood method from the surface models obtained from S1m and S2m, the reliability Sm, which is the variance-covariance matrix of the estimated surface, is as follows.
これを用いて、以下のように重みwmを設定する。 Using this, we set the weight wm as follows:
wmの分子はκmのマハラノビス距離の二乗、分母はκmの大きさの二乗である。wmはκmの大きさの二乗をマハラノビス距離の二乗に変換する係数になる。これで重み付けすることにより、分散が小さく精度の高い面モデルを優先しての位置合わせを行うことができる。 The numerator of wm is the square of the Mahalanobis distance of κm, and the denominator is the square of the magnitude of κm. wm is a coefficient that converts the square of the magnitude of κm into the square of the Mahalanobis distance. By weighting in this way, it is possible to prioritize surface models with small variance and high accuracy when aligning.
第二の面モデル集合A2の剛体変換Gを、回転行列Rと平行移動ベクトルtで表す。回転行列Rは、各Rmの回転角度が小さいとみなして、以下のように決定する。The rigid transformation G of the second surface model set A2 is expressed by a rotation matrix R and a translation vector t. The rotation matrix R is determined as follows, assuming that the rotation angle of each Rm is small.
平行移動ベクトルtは以下のように決定する。Iは単位行列である。 The translation vector t is determined as follows, where I is the identity matrix.
これによりGは以下のようになる。 This gives us G as follows:
ここでΓはワールド座標系の座標値である。図21に示すように、変換GによりA2に含まれるΩ2mの法線ベクトルと基準点17を以下のように変換する。Here, Γ is the coordinate value of the world coordinate system. As shown in FIG. 21, the normal vector of Ω2m and the
n2m*は変換後の法線ベクトル44、q2m*は変換後の基準点45である。変換後のものに*を付して表した。図21では、変換後の面38もΩ2m*として表している。
n2m* is the transformed
この変換Gを、図22に示すように、A1に対応する面を持たない面モデル48も含め、A2の全ての面モデルについて行う。この図では、A1の面モデル集合42でモデル化されず、A2の面モデル48によって補完されるA1の面モデル集合の面モデル49を太枠の実線で表した。これでA2を信頼度の高い面モデルを優先してA1に合致させるとともに、A1では面モデル化できていない面をA2面モデルで補完することができる。この結果、図22のA1の面モデル集合42ではモデル化できずハッチングで表される面47がなくなっている。
This transformation G is performed on all surface models of A2, including
A1が設計図面などの設計データから生成された面モデルである場合や古くから基準とされている面モデルの場合など、これを真値とする場合がある。このような場合は、例えば、上記の式32でSmの代わりにS2mを用いてwmを算出する。
In some cases, A1 is a surface model generated from design data such as design drawings, or a surface model that has long been used as a standard, and so on. In such cases, for example, wm is calculated by using S2m instead of Sm in the
さらに、点群補正部34により、この面モデルの変換に合わせて第二の点群データ26も同様に変換し、面モデル集合A1に合致するように補正することができる。例えば、元の点群データの参照が必要になった場合に、変換した面モデルとの不整合が生じない。第二の点群データ26の計測点39の座標値をpとすれば、この変換は以下のG(p)で表される点46に変換される。
Furthermore, the point
これを、図23に示す。なお、この図でも簡潔に表現するため、計測点39と変換後の点46は面モデル上の一部のみを表記している。This is shown in Figure 23. Note that, for simplicity, the measurement points 39 and the converted points 46 are shown only partially on the surface model.
以下、本開示の実施の形態3の形状モデリング装置1の動作の一例を、図24のフローチャートを用いて説明する。なお、第一と第二の面モデル集合の面モデルは、上記本開示の実施の形態1の動作により、既にその信頼度が得られているとする。An example of the operation of the
図24のステップST301では、変換算出部32はデータ入出力部2を通じて二組の面モデルの集合A1とA2の情報を読み出す。A1の集合の要素である面モデル22と、A2の集合の要素である面モデル27には、それぞれ信頼度が付与されている。In step ST301 of Figure 24, the
ステップST302では、変換算出部32において、上記のように、m番目の対応する面モデルの組についてΩ2mをΩ1mに重ねるための、回転変換Rmと平行移動ベクトルtmおよびその重みwmを計算する。In step ST302, the
ステップST303では、変換算出部32において、各Rmとtmとwmから、A2の要素全体に作用させる変換Gを表す回転行列Rと平行移動ベクトルtを求める。
In step ST303, the
ステップST304では、モデル変換部33において、変換GによりA2の要素の各面モデルの法線ベクトル29と基準点37を変換する。
In step ST304, the
ステップST305では、モデル変換部33はデータ入出力部2を通じて、変換したA2の要素の面モデルデータ7をデータサーバ4に出力する。
In step ST305, the
さらに、ステップST306では、点群補正部34は、データ入出力部2を経由して第二の点群データ26を読み出す。
Furthermore, in step ST306, the point
ステップST307では、点群補正部34において、変換Gを上記のように第二の点群データ26の各点に対して作用させ、その座標値を変換する。
In step ST307, the point
ステップST308では、点群補正部34は、この変換した第二の点群データ26を、データ入出力部2を経由して出力、保存する。
In step ST308, the point
なお、上記本開示の実施の形態3の形状モデリング装置1においては、ステップST302からステップST304でA2の要素の各面モデル27をそれぞれ1回変換するように構成したが、ステップST302からステップST304を複数回繰り返して実行するように構成してもよい。このときの繰り返しは、例えば、所定の回数、または、回転行列Rの回転角度あるいは移動ベクトルtの絶対値が所定の値より小さくなるまで実行するようにする。In the
また、統合上記本開示の実施の形態3の形状モデリング装置1の面モデルの変換の動作に続いて、描画部によって統合後の信頼度による重みを評価値として面の色やハッチングを変えて描画するように構成してもよい。こうすることにより、どの面に重点をおいて変換を求めたかが容易にわかるようになる。
Furthermore, following the operation of converting the surface model of the
また、統合後の面モデルの信頼度の評価値が所定の値よりも低い場合は、その面は再度の計測を要すると判定するように構成してもよい。 In addition, if the reliability evaluation value of the integrated surface model is lower than a predetermined value, it may be configured to determine that the surface requires re-measurement.
また、面モデル集合のみが得られていて元の点群データがない場合、あるいは、元の点群データの座標の補正が必要でない場合は、ステップST306からステップST308を省略するようにしてもよい。このように、面モデル集合が得られていれば、点群データがなくとも面モデル集合間の位置合わせを実行することができる。 In addition, if only a surface model set is obtained and there is no original point cloud data, or if correction of the coordinates of the original point cloud data is not required, steps ST306 to ST308 may be omitted. In this way, if a surface model set is obtained, alignment between surface model sets can be performed even if there is no point cloud data.
このような形状モデリング装置1の構成によれば、元の点群データを用いることなく、異なる計測によって得られた面モデルの組について、その信頼度を利用し、精度よく一方を他方に重なるように変換することができる。
With this configuration of the
このように2つの面モデルの組に対してその信頼度を用いて位置合わせすることにより、最も確からしく、面モデルを変換して位置合わせすることができる。 By aligning two pairs of surface models in this way using their reliability, it is possible to transform and align the surface models with the highest degree of certainty.
なお、上記本開示の実施の形態1から実施の形態3では、面モデルの信頼度として、最小二乗法での近似における誤差行列を用いるように構成した。信頼度は、面モデルを近似するのに用いた点群データの誤差の性質を示すものであれば、これに限るものではない。例えば、面モデルを近似するのに用いた点群データの個数を信頼度とするように構成してもよい。推定量の標準誤差は標本数の平方根に反比例するとされている。したがって、標本数である点群データの点数が多いほど、近似面16の誤差が小さくなり、これを面の確からしさを示す信頼度とすることができる。また、信頼度は、面モデルの近似に用いる点群データの点数の平方根やその逆数として与えてもよい。あるいは、点数の平方根の逆数に点群データ計測の際の画像処理やレーザスキャナの精度を除した数値を与えてもよい。点数の平方根の逆数、あるいは、点数の平方根の逆数に点群データ精度を乗じた数値を対角成分に持たせた3×3の行列として与えるようにしてもよい。このようにすれば、上記実施の形態2と実施の形態3に示した数式がそのまま適用でき、それぞれの動作を実行できる。In the above-mentioned first to third embodiments of the present disclosure, the reliability of the surface model is configured to use the error matrix in the approximation by the least squares method. The reliability is not limited to this as long as it indicates the nature of the error of the point cloud data used to approximate the surface model. For example, the number of point cloud data used to approximate the surface model may be configured to be the reliability. It is said that the standard error of the estimate is inversely proportional to the square root of the number of samples. Therefore, the more the number of points of the point cloud data, which is the number of samples, the smaller the error of the
この他、点密度が一定の場合、点数は面積に比例するので、近似面16の面積を信頼度として設定するように構成してもよい。点数が同じ場合、面の面積が大きいほど、面の向きの精度がよくなるため、この場合も面積により信頼度を表すことができる。近似面16の面積は、例えば、点群データの近似面16上への射影の凸包の面積とする。あるいは、複数得られている近似面16間の交線で限られた範囲の面積とする。この他、点群データの近似面16上の分布状況を表すものとして、最近隣距離法の平均最近隣距離値やK関数法のK関数値などから信頼度を定義してもよい。In addition, when the point density is constant, the number of points is proportional to the area, so the area of the
また、上記本開示の実施の形態2では、面モデルΩ1と面モデルΩ2を統合する面モデルΩeを得るように構成したが、本開示の実施の形態3で用いた点群補正部34を備えて、点群の座標値を補正するように構成してもよい。面モデルΩ1に属する第一の点群データ5の点はΩ1をΩeに変換する変換により補正し、面モデルΩ2に属する第二の点群データ26の点はΩ2をΩeに変換する変換により補正する。In addition, in the above-described second embodiment of the present disclosure, the surface model Ωe is obtained by integrating the surface model Ω1 and the surface model Ω2, but the point
以上のように、点群データを入力して面モデルのデータを出力するデータ入出力手段と、点群データに近似する面形状を求める面近似手段と、面形状の信頼度を算出する信頼度算出手段と、信頼度を面モデルに付与する信頼度付与手段とを備えている。換言すれば、対象物を計測した点群データから対象物の形状を復元する形状モデリング方法であって、点群データを入力する入力工程と、点群データに近似する面形状を求める面近似工程と、面形状の信頼度を算出する信頼度算出工程と、信頼度を面モデルに付与する信頼度付与工程と、面モデルのデータを出力するデータ出力工程とを備えている。これによって、確からしさを示す信頼度が付与された近似面モデルによる形状モデリング装置及び形状モデリング方法をえることができる。As described above, the device includes a data input/output means for inputting point cloud data and outputting data of a surface model, a surface approximation means for determining a surface shape that approximates the point cloud data, a reliability calculation means for calculating the reliability of the surface shape, and a reliability assignment means for assigning reliability to the surface model. In other words, the device is a shape modeling method for restoring the shape of an object from point cloud data obtained by measuring the object, and includes an input process for inputting point cloud data, a surface approximation process for determining a surface shape that approximates the point cloud data, a reliability calculation process for calculating the reliability of the surface shape, a reliability assignment process for assigning reliability to the surface model, and a data output process for outputting data of the surface model. This makes it possible to obtain a shape modeling device and a shape modeling method using an approximate surface model to which a reliability indicating the likelihood has been assigned.
また、データ入出力手段は、実質的に同じ構造物に対して異なる第1及び第2の点群データを入力し、面近似手段は、第1及び第2の点群データから第1及び第2の面モデル集合を求め、信頼度算出手段は、第1及び第2の面モデル毎に信頼度を算出し、第1の面モデルに対応する第2の面モデル毎の信頼度から重み付け平均を算出して第1の面モデル集合の位置に第2の面モデル集合の位置を合わせるように変換する変換算出手段とを備えている。換言すれば、データ入出力手段は共通の面を含む第1と第2の点群データからそれぞれモデル化された信頼度を有する第1の面モデル集合と第2の面モデル集合を入力するとともに、
第1の面モデル集合に第2の面モデル集合の位置を合わせるための第2の面モデル集合の変換を算出する変換算出手段と、第2の面モデル集合を変換するモデル変換手段とを備え、変換算出手段は第1の面モデルと対応する第2の面モデルそれぞれの信頼度から重みを決定し、その重みによる対応する第2の面モデルを第1の面モデルに変換する変換の重み付き平均により第2の面モデル集合に対する変換を算出する。これによって、第1の面モデル集合と第2の面モデル集合について、その確からしさを表す信頼度を用いて位置合わせすることにより、最も確からしく、面モデルを変換して位置合わせすることができる。
The data input/output means inputs different first and second point cloud data for substantially the same structure, the surface approximation means obtains first and second surface model sets from the first and second point cloud data, the reliability calculation means calculates reliability for each of the first and second surface models, and includes a conversion calculation means for calculating a weighted average from the reliability for each second surface model corresponding to the first surface model and converting the second surface model set to match the position of the first surface model set. In other words, the data input/output means inputs a first surface model set and a second surface model set having reliability modeled from the first and second point cloud data including a common surface,
The apparatus includes a transformation calculation means for calculating a transformation of the second surface model set to align the position of the second surface model set with the first surface model set, and a model transformation means for transforming the second surface model set, the transformation calculation means determining weights from the reliability of each of the first surface model and the corresponding second surface model, and calculating a transformation for the second surface model set by a weighted average of transformations that transform the corresponding second surface model into the first surface model according to the weights.Therefore, by aligning the first surface model set and the second surface model set using the reliability that indicates the reliability, it is possible to transform and align the surface models most likely.
さらに、第2の面モデル集合のモデル化に用いた点群データの座標値を変換する点群座標変換手段を備えている。これによって、第1の面モデル集合と第二の面モデル集合について、その誤差の程度を表す信頼度を用いて行った位置合わせに合致するように点群データの座標値を変換することで、第1と第2の点群データの位置合わせを行うことができる。 Furthermore, a point cloud coordinate conversion means is provided for converting the coordinate values of the point cloud data used to model the second surface model set. This makes it possible to align the first and second point cloud data by converting the coordinate values of the point cloud data so that they match the alignment performed using the reliability indicating the degree of error for the first and second surface model sets.
1 形状モデリング装置、2 データ入出力部、3 計算機ネットワーク、4 データサーバ、5 点群データ、6 点群精度データ、7 面モデルデータ、8 面近似部、9 信頼度算出部、10 信頼度付与部、11 描画部、12 表示装置、13 入力装置、14 操作入力部、15 構造物、16 近似面、17 基準点、18 計測点、19 法線ベクトル、23 画像、24 統合部、25 信頼度合成部、32 変換算出部、33 モデル変換部、34 点群補正部、40 法線ベクトル。 1 Shape modeling device, 2 Data input/output unit, 3 Computer network, 4 Data server, 5 Point cloud data, 6 Point cloud accuracy data, 7 Surface model data, 8 Surface approximation unit, 9 Reliability calculation unit, 10 Reliability assignment unit, 11 Drawing unit, 12 Display device, 13 Input device, 14 Operation input unit, 15 Structure, 16 Approximation surface, 17 Reference point, 18 Measurement point, 19 Normal vector, 23 Image, 24 Integration unit, 25 Reliability synthesis unit, 32 Conversion calculation unit, 33 Model conversion unit, 34 Point cloud correction unit, 40 Normal vector.
Claims (8)
前記点群データに近似する面形状を求める面近似手段と、
前記面形状の信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記信頼度を前記面モデルに付与する信頼度付与手段と、
実質的に同じ面を表す異なる前記面モデルをそれぞれの面の形状を表すパラメータ毎の前記信頼度を用いた重み付け平均により得た形状により一つの前記面モデルに統合する統合手段とを備えた形状モデリング装置。 A data input/output means for inputting point cloud data and outputting surface model data;
a surface approximation means for obtaining a surface shape approximating the point cloud data;
A reliability calculation means for calculating a reliability of the surface shape;
a reliability assigning means for assigning the reliability to the surface model;
and an integration means for integrating different surface models representing substantially the same surface into one surface model based on a shape obtained by a weighted average using the reliability for each parameter representing the shape of each surface.
前記点群データに近似する面形状を求める面近似手段と、
実質的に同じ面を表す異なる第1及び第2の前記点群データを最小二乗法による面近似での誤差行列として前記面形状の信頼度を算出する信頼度算出手段と、
第1の前記点群データによる誤差行列の第1の逆行列及び第2の前記点群データによる誤差行列の第2の逆行列の和となる逆行例を前記面モデルの前記信頼度とする信頼度合成手段と、
前記信頼度を前記面モデルに付与する信頼度付与手段とを備えた形状モデリング装置。 A data input/output means for inputting point cloud data and outputting surface model data;
a surface approximation means for obtaining a surface shape approximating the point cloud data;
a reliability calculation means for calculating a reliability of the surface shape by using the first and second point cloud data, which are different and which represent substantially the same surface, as an error matrix in surface approximation by a least squares method;
a reliability synthesis means for determining an inverse matrix, which is a sum of a first inverse matrix of an error matrix based on the first point cloud data and a second inverse matrix of an error matrix based on the second point cloud data, as the reliability of the surface model;
and a reliability assigning means for assigning the reliability to the surface model.
第1の前記面モデルに対応する第2の前記面モデル毎の前記信頼度から重み付け平均を算出して第1の前記面モデル集合の位置に第2の前記面モデル集合の位置を合わせるように変換する変換算出手段とを備えた形状モデリング装置。 a data input/output means for inputting data of first and second surface models which are different for substantially the same structure and have respective reliability levels assigned thereto, and outputting data of the converted second surface model ;
and a transformation calculation means for calculating a weighted average from the reliability of each second surface model corresponding to the first surface model, and for transforming the second surface model set so as to align the position of the first surface model set with the position of the first surface model set.
前記点群データを入力するデータ入力工程と、
前記点群データを近似する面形状を求める面近似工程と、
前記面形状の信頼度を算出する信頼度算出工程と、
前記信頼度を面モデルに付与する信頼度付与工程と、
実質的に同じ面を表す異なる前記面モデルをそれぞれの面の形状を表すパラメータ毎の前記信頼度を用いた重み付け平均により得た形状により一つの前記面モデルに統合する統合工程と、
前記面モデルのデータを出力するデータ出力工程とを有する形状モデリング方法。 1. A shape modeling method for restoring a shape of an object from point cloud data obtained by measuring the object, comprising:
a data input step of inputting the point cloud data;
a surface approximation step of obtaining a surface shape that approximates the point cloud data;
a reliability calculation step of calculating a reliability of the surface shape;
a reliability assignment step of assigning the reliability to the surface model;
a merging step of merging different surface models representing substantially the same surface into one surface model based on a shape obtained by a weighted average using the reliability for each parameter representing the shape of each surface;
and outputting data of the surface model.
前記点群データを入力するデータ入力工程と、
前記点群データを近似する面形状を求める面近似工程と、
実質的に同じ面を表す異なる第1及び第2の前記点群データを最小二乗法による面近似での誤差行列として前記面形状の信頼度を算出する信頼度算出工程と、
第1の前記点群データによる誤差行列の第1の逆行列及び第2の前記点群データによる誤差行列の第2の逆行列の和となる逆行例を面モデルの前記信頼度とする信頼度合成工程と、
前記信頼度を前記面モデルに付与する信頼度付与工程と、
前記面モデルのデータを出力するデータ出力工程とを有する形状モデリング方法。 1. A shape modeling method for restoring a shape of an object from point cloud data obtained by measuring the object, comprising:
a data input step of inputting the point cloud data;
a surface approximation step of obtaining a surface shape that approximates the point cloud data;
a reliability calculation step of calculating the reliability of the surface shape by using the first and second point cloud data, which are different and represent substantially the same surface, as an error matrix in surface approximation by a least squares method;
a reliability synthesis step of determining an inverse matrix, which is a sum of a first inverse matrix of an error matrix based on the first point cloud data and a second inverse matrix of an error matrix based on the second point cloud data, as the reliability of the surface model;
a reliability assignment step of assigning the reliability to the surface model;
and outputting data of the surface model.
実質的に同じ構造物に対して異なる第1及び第2の面モデルのデータであってそれぞれ信頼度が付与された第1及び第2の前記面モデルのデータを入力するデータ入力工程と、
第1の前記面モデルに対応する第2の前記面モデル毎の前記信頼度から重み付け平均を算出して第1の前記面モデル集合の位置に第2の前記面モデル集合の位置を合わせるように変換する変換算出工程と、
変換された第2の前記面モデルのデータを出力するデータ出力工程とを有する形状モデリング方法。 A shape modeling method for restoring a shape of an object , comprising the steps of:
a data input step of inputting data of first and second surface models different from each other for substantially the same structure, the data of the first and second surface models being assigned respective reliability levels ;
a conversion calculation step of calculating a weighted average of the reliability of each of the second surface models corresponding to the first surface model, and converting the second surface model set so as to align the position of the first surface model set with the position of the first surface model set;
and a data output step of outputting data of the converted second surface model.
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