H30 JACIC研究助成報告会 06中川雅史

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1 デジカメ点群を主とした 規模構造物の 3D 変状の取得と管理 法 中川雅史 ( 芝浦 業 学 ) mnaka@shibaura-it.ac.jp

2 デジカメ点群を主とした 規模構造物の 3D 変状の取得と管理 法 - はじめに - レーザー計測と 較した画像計測の優位性 - 構造物計測におけるSfM/MVS 処理の意義 - デジカメ画像を いた従来型 SfM/MVS 処理 - 持ちデジカメを いた従来型 SfMによる橋梁計測の実証実験 - 撮影コストと処理コストに関する課題の整理 - SfM/MVS 処理の効率化 - 構造物計測におけるSfM/MVS 処理の効率化 - 画像群のブロック化にもとづく画像組合せ候補の絞り込みによる処理 速化 - 全天球カメラ利 による撮影時間短縮 - 構造物計測におけるSfM/MVSのための撮影時間コスト改善 - 全天球画像群から多視点の中 投影画像群を 成し, 点群を 成する 法を提案 - TOF カメラを いた実時間メッシュモデル作成 - ヘッドマウント型 TOFカメラによるメッシュモデルの実時間 成に関する検証実験 - ハンズフリーな3D 計測の可能性を提 - 構造物情報管理のためのアブストラクションおよびモデリング - 点群から3Dモデル (CAD/BIM) への中間処理 ( アブストラクション処理 ) を提案 - 橋梁の点群を いて, 提案 法を検証 + 橋梁点検における成果の活 法の提

3 はじめに 的 : 規模構造物の点検のための3Dデータ取得を迅速かつ安価に実現すること 意義 :i-constructionを全国展開できない課題をボトムアップで解決 既往 法との差異 従来型点検 ( 紙媒体 ) ドローン空撮, レーザー計測 提案 法 メリット デメリット 実績がある 外業時間が短い 点検の 数をこなす ならば, 従来型点検が簡単 2 回 以降の点検結果と重ならない 完全性を担保できない 記録精度が主観に依存 CIM 対応が不完全 点検結果を補修 管理へ 分活 できない 記録が客観的 点検漏れを 幅に減らせる CIM に対応できる 動 精度に情報重畳できるので, 2 回 ( 例 :5 年先 ) 以降の点検を 幅に 動化できる 導 コストが すぎ 計測ノウハウが必要 規模構造物の計測に適さない CIM を円滑に全国展開できない 記録が客観的 点検漏れを 幅に減らせる CIM に対応できる 導 リスクが低い 低性能センサで 分解能 従来型点検とほぼ同コスト 新規性 1 回りの効く 3D 計測 2GPS に依存しない変状位置データ管理 3 点群上での変状の位置情報管理 発展性 CIM の全国展開で必須 地 治体や中 企業による 3D 計測と利 の促進 中規模構造物の点検や施 管理への適 ディープラーニング 学習データの 度化

4 JACIC 研究のターゲット 規模構造物に対応した計測 法の提案 地上計測なので, 計測コストは低い UAV LiDAR (5000 万円 (1 億円級 ) 級 ) LiDAR (2000 万円級 ) UAV (500 万円級 ) 空撮許可が必要なので, 漸減率が低い ゲートブリッジ級 規模構造物に適した計測 法は提案されている 規模構造物に適した計測 法がそれほどない 構造物規模 LiDAR (500 万円級 ) UAV (50 万円級 ) 構造物規模 計 70 万橋 JACIC 研究のターゲット JACIC 研究のターゲット 橋 10m 計測コスト 計測技術需要

5 デジカメ画像を いた従来型 SfM/MVS 処理 橋梁点検の移動ルートに沿って撮影した画像で SfM 処理できそう 橋梁点検の移動ルート 橋上 視 ( 欄 ) 視 ( 排 装置 ) 視 ( 橋 舗装 ) 打 ( 橋 舗装 ) 視 ( 全景 ) Water flow 橋下 視 ( 床版 ) 視 ( 橋台 橋脚 ) 視 ( 伸縮装置 ) ひび割れ ゲル 環境条件 はく離はく落 スケーリング断 損 使 条件 荷重条件 初期 陥 施 時に じるもの 浮きさび汁遊離 灰変 鋼材腐 外観付帯設備の損傷伸縮継ぎ の不良異常なたわみや振動 変状 劣化 損傷 時間の経過に伴って進 するもの ( アルカリシリカ反応, 塩害など ) 地震や交通事故で発 したもの

6 従来型 SfM 処理における課題 橋梁を対象とした SfM 処理では, 橋梁全体の抜けもれない撮影が求められる 橋梁表 全体を多視点かつ画像間の重複を 分に確保した撮影 ある領域の画像が 2 枚以上撮影されている オーバーラップ率は 90% を 安 まんべんなく橋梁表 全体を 視する 視点検の流れに沿って画像を撮影することで実現できる ただし, 規模橋梁の場合であっても 枚程度の 量の画像撮影 - SfM/MVS 処理に 1 3 程度の処理時間 膨 な計測コスト ( 撮影時間 ) 膨 な処理コスト 計測コストと処理コストに関する課題への解決策の検討 - SfM/MVS 処理の効率化 - 全天球カメラ利 による撮影時間短縮

7 SfM/MVS 処理の効率化 Close- and Long-range images Image acquisition for bridge modeling - Detailed images - High resolution (0.2mm) Matching matrix Grayed grids show the existence of actual image combinations - Close-range images The row and column indicate input image numbers The combinations of row and column show image combinations in image matching Subblock - Outline images - Low resolution - Long-range images Main block Main block Sparse block Subblock 1 Subblock 2 1Generate sampling lines 2Select representative images from Main block Extract key image pairs 16 Blocked images Other image combinations would be sparse between the main block and each subblock Many actual image combinations exist in the main block and subblocks Main block Subblock 1 Subblock 2 - 副ブロック数 3の場合, 約 1.3 倍速へ - 副ブロック数 10の場合, 約 2 倍速へ

8 全天球カメラ利 による撮影時間短縮 計測 カメラではなく, 安価なカメラを利 する Panoramic camera Image size Focus distance Sensor (s) Weight (THETA S, RICOH) 14 M pixels ( ) 10 cm - 1/2.3 CMOS ( 2) 125 g 構造物を対象とした点群 成例 Panoramic Image Decomposition for SfM 広 8 眼での撮影例 Mercator to Centric (18 directions) 〇撮影時間は 幅短縮できる SfM 処理で扱う枚数が膨 になりすぎ e.g. 10 panorama images = 180 images = 16,110 matching patterns!

9 ヘッドマウント型 TOF カメラを いた実時間メッシュモデル作成 外線による深度センサと SLAM 処理 コンクリート桁橋 橋上 橋台, 床版 厚みのある計測対象は安定的に計測 鋼桁橋 橋上 橋 42m に対して,42.14m(4 測線の平均値 ) 橋台, 床版 損箇所 鋼桁橋の主桁や横構, 対傾構など, 厚さが 10mm 程度の計測対象

10 構造物情報管理のためのアブストラクションおよびモデリング 点群を 3D モデル (CAD/BIM) で有効に利 するための 法を開発 般的な利 における諸 3D データ形式の特徴 情報形式法線エッジ幾何検索属性検索 点群 保持可能 不保持 対応なし 対応なし ボクセル 保持可能 不保持 対応なし 対応なし 容易 構築コスト TIN 提案形式 CAD 保持保持不保持 不保持保持不保持 対応なし対応対応 対応なし対応可能対応可能 容易 容易でない BIM 保持 保持 対応 対応 点群 CAD/BIM との中間モデルを提案 中間モデルの 成 法を提案 = アブストラクション

11 デジカメ点群を主とした 規模構造物の 3D 変状の取得と管理 法 - はじめに - レーザー計測と 較した画像計測の優位性 - 構造物計測におけるSfM/MVS 処理の意義 - デジカメ画像を いた従来型 SfM/MVS 処理 - 持ちデジカメを いた従来型 SfMによる橋梁計測の実証実験 - 撮影コストと処理コストに関する課題の整理 - SfM/MVS 処理の効率化 - 構造物計測におけるSfM/MVS 処理の効率化 - 画像群のブロック化にもとづく画像組合せ候補の絞り込みによる処理 速化 - 全天球カメラ利 による撮影時間短縮 - 構造物計測におけるSfM/MVSのための撮影時間コスト改善 - 全天球画像群から多視点の中 投影画像群を 成し, 点群を 成する 法を提案 - TOF カメラを いた実時間メッシュモデル作成 - ヘッドマウント型 TOFカメラによるメッシュモデルの実時間 成に関する検証実験 - ハンズフリーな3D 計測の可能性を提 - 構造物情報管理のためのアブストラクションおよびモデリング - 点群から3Dモデル (CAD/BIM) への中間処理 ( アブストラクション処理 ) を提案 - 橋梁の点群を いて, 提案 法を検証 + 橋梁点検における成果の活 法の提

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