博 士 （ 情 報 科 学 ） 北 村 和 男
学 位 論 文 題 名
大型建築物の 3 次元計測のための画像及び 3 次元点群 データのロバスト特徴抽出
学位論文内容の要旨
近 年 、 建築 物 の ラ イ フサ イ ク ルの管 理を行 う手法 として 、BIM(Building Information Modeling) が 注 目 さ れ て いる 。 こ の 手 法に おいて 、建 築物の 施工計 画やシ ミュ レーシ ョン、 検査、 改修計 画顔 ど を 行 う 場 合 、 図 面 や3Dモデ ル が 用 い られ て い る 。 しか し 、 施 工 後の 建 築 物 の 図 面作 成 や3Dモ デ リ ン グ では、 建築物 の3次元形 状計測 が必 要と橡 る。現 状では 、デ ジタル カメラ による 写真損IJ量 や 地上 据え置 き型レ ―ザス キャ ナ(Terrestrial Laser Scanner: TLS)を用 いた計 測が行われている。
ど ち ら の 手 法 もデ ー タ 取 得 が簡 単に行 える 反面、 データ 解析に マニ ュアル 作業が 含まれ ため、 作業 効 率 が 問 題 と 社っ て い た 。 そこ で 本 件 研 究で は 、3次元 形状計 測を 自動化 するた めのロ バスト を特 徴 抽出 手法を 開発す ること と誼 った。
デ ジ タ ルカ メ ラ を 用 いた 写 真 測 量 で は、 筆 者 ら が 開発 し た 手 法 では ス テ レオマ ッチ ングに 、幾 何 学変 形 に ロ バ スト を 最 小 二 乗相 関(LSM)を 用 い て 行わ れ て い た 。し か し 、 明 度変 動 や オ ク ルー ジ ョン に対す るロ′ ヾスト 性に 劣るた め、計 測空間 におけ る概 略位置 を与え る必要 があった。そこで 本 研 究 で は 、 従 来 のLSMと そ れ ら に 対 して ロ パ ス ト をマ ッ チ ン グ が可 能 を 方 向 符号 照 合 法(oavD を 組 み 合 わ せ るこ と に し た 。こ れによ り、 ロパス トで高 速をス テレ オマッ チング が可能 とをり 、解 析 処 理 の 自 動 化を 達 成 し た 。更 に、処 理時 間の短 縮と精 度向上 の効 果も得 られ、 本研究 に優位 性が あ るこ とを示 した。
TLSを 用 い た 計 測 は 、 機 器 を 設 置す る だ け で3次 元 座 標 を 持っ た 点 を 広 範 囲、 高 密 度 で 取得 す る こ と が 可 能 であ る 。 し か し、 取得さ れた 点群デ ータか ら図面 作成 やモデ リング などを 行うに はマ ニ ュ ア ル 作 業 が合 ま れ る た め、 その自 動化 が望ま れてい た。特 に本 研究で は、余 り議論 がをさ れて い を い ス キ ャ ナと 対 象 物 間 を通 過 す る 歩 行者 や 車 両 等 によ る ノ イ ズ に 着目 し、 これら の丿イ ズが 含 ま れ た 場 合 でも 処 理 が 可 能誼 、 ロ バ ス ト誼 特 徴 抽 出 手法 を 開 発 す る こと とを った。 開発手 法に よ り 、 ノ イ ズ を除 去 す る 前 処理 や 計 測 中 に通 行 を 制 限 する こ と を く 、 実環 境で 計測さ れたデ ータ に 対し て 自 動 で 解析 を 行 う こ とが 可 能 と を っ た。 ま たTLSで の 計 測 では 側 面 や 裏 面 を考 慮 し て 、 機 器 を 移 動 さ せ春 が ら 複 数 の視 点 で 計 測 を行 う 。 そ の ため 、 複 数 の 視 点か らの 点群デ ータの 位置 合 わ せ 作 業 が 必要 と な る 。 これ に対し 、従 来の位 置合わ せは計 測空 間にタ ーゲッ トを置 く手法 や、
ICP(Iterative Closest Point)を どの位 置合わせ手法を用いて行われていた。しかし、前者は設置の準 備 や 時 間 、 後 者は 初 期 値 や 前処 理が必 要で あり、 作業効 率の面 から やはり 自動化 が望ま れてい た。
こ れ に 対 し 、 上述 の 特 徴 抽 出で の結果 を用 いた位 置合わ せ手法 を開 発し、 異をる 視点の 点群デ ータ の 位置 合わせ 処理の 自動化 を実 現した 。
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学位論文審査の要旨 主 査 教 授 金子 俊 一 副 査 教 授 金井 理 副査 准教授 田中孝之
学 位 論 文 題 名
大 型建築物の 3 次元計測のための画像及び 3 次元点群 データの ロバスト 特徴抽出
近年 、建 築物の ライフ サイク ルの 管理を 行う手 法とし て、BIM(Building Infor．mationModeling） が 注 目 され て い る 。 この 手 法 に お いて 、 建築 物の施 工計画 やシミ ュレ ーショ ン、検 査、改 修計 画顔 ど を 行 う 場 合 、 図 面 や3Dモ デ ル が 用い ら れ て い る。 し か し 、 施工 後 の 建 築 物 の図 面 作 成 や3Dモ デ リ ン グ で は、 建 築 物 の3次 元 形 状 計 測が 必 要 と を る 。現 状 で は 、 デジ タ ル カ メ ラに よ る 写 真 測 量や 地上据 え置 き型レ ーザス キャナ （′ren．es価甜LaserScaImer：TLS）を用いた計測が行われている が 、 ど ちら の 手 法 も デー タ 取 得 が 簡単 に 行え る反面 、デー タ解析 にマ ニュア ル作業 が含ま れた め、
作 業 効 率が 問 題 と を って い た 。 本 論文 で は画 像およ び点群 データ を用 いたロ バスト を特徴 抽出 手法 の開 発によ り、3次元 形状 計測を 自動化 する手 法につ いて 論じて いる。
まず 、 本 論 文 では 画 像 計 測 に よる ロ バ ス ト 顔ス テ レ オ マ ッチ ング 手法を 用い た物体 の3次元計 測 に つ い て論 じ て い る 。デ ジ タ ル カ メラ を 用い た写真 測量で は、筆 者ら が開発 した手 法では 、ス テレ オ マ ッ チン グ に お い て幾 何 学 変 形 にロ バ ス ト を 最小 二 乗 相 関 法 （LQゆ を 用い て 行 わ れて いた。 し か し 、 明度 変 動 や オ クル ー ジ ョ ン に対 す るロ バスト 性に劣 るため 、計 測空間 におけ る概略 位置 を与 え る 必 要が あ っ た 。 そこ で 、 従 来 のLSMと そ れら に 対 し て ロ′ ヾ ストを マッチ ングが 可能 橡方向 符 号 照 合 法（OCM）を 組 み 合 わ せる 手 法 を 提 案 し、 実 シ ス テ ムで の データ からそ の有効 性を 検証し て い る 。 提案 手 法 で は 、ロ バ ス ト で 高速 を ステ レオマ ッチン グが可 能と をり、 解析処 理の自 動化 を達 成 し 、 更 に は 処 理 時 間 の 短 縮 と 精 度 向 上 の 効 果 も 得 ら れ た こ と を 確 認 し て い る 。 次 に 、 本 論 文 で はTLSに よ る 点 群 デ ー タ を用 い た ロ バ ス ト特 徴 抽 出 に よる 建 築 物 の3次 元 計 測 に つ い て 論 じて い る 。 皿 ぶを 用 い た 計 測 は、 機 器 を 設 置す る だ け で3次 元 座 標 を 持っ た 点 を 広 範 囲 、 高 密度 で 取 得 す るこ と が 可 能 であ る 反面 、取得 点群デ ータか ら図 面作成 教どを 行うに はマ ニュ ア ル 作 業が 合 ま れ る ため 、 そ の 自 動化 が 望ま れてい た。特 に本論 文で は、他 では余 り議論 がを され て い 毅 いス キ ャ ナ と 対象 物 間 を 通 過す る 歩 行 者 や車 両 等 に よ る ノイ ズ に 着 目 し、 こ れら のノ イズ が 合 ま れた 場 合 で も 処理 が 可 能 を 、ロ バ スト を特徴 抽出手 法を提 案し ている 。実環 境で計 測さ れた デ ー タ か ら その 有 効 性 を 確認 し 、 実 用 化 にお け る 課 題 への 対 応 を 示 した 。 ま たTLSで の 計 測 では 側 面 や 裏面 を 考 慮 し て、 機 器 を 移 動さ せ をが ら複数 の視点 で計測 を行 うため 、複数 の視点 から の点 群 デ ー タの 位 置 合 わ せを 行 う 方 法 につ い ても 提案し ている 。上述 の特 徴抽出 の結果 を用い た位 置合 わせ 手法を 提案 し、実 データ を用い てその 有効 性を確 認して いる。
以上 を 要 す る に、 筆 者 は 、3次 元 形 状 計 測 の自 動 化 を 目 的と し た画像 及び点 群デー タの ロバス ト
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を 特 徴 抽出 手 法 を 提 案 し、実 デー タによ る検証 を行い 、そ の有効 性を明 らかに した。 画像 計測に お い て 従 来手 法 と 方 向 符 号を用 いた 手法の 組み合 わせ手 法を 提案し 、計測 処理の 自動化 を実 現した 。 点 群 デ ータ に 括 い て 、 平面抽 出に 基づぃ たノイ ズにロ バス トな手 法を提 案し、 特徴抽 出お よび位 置 合 わ せ 処理 の 自 動 化 を 実現し た。 これら の手法 は従来 にを い新規 性の高 い手法 であり 、本 研究の 成 果 は 、 計測 分 野 だ け で 掾く 、 画 像 処 理お よ び 点 群 処理 分 野 に お ける 発 展に寄 与する とこ ろが大 き い 。 よ って 、 著 者 は 北 海道 大 学 博 士 （情 報 科 学 ） の学 位 を 授 与 され る 資格が あるも のと 認める 。
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