低価格 Lidar を用いた簡易 3D スキャナーシステムの構築
― 測量・マッピングへの応用 ―
Development of the simplified 3D scanner system using a low-cost Lidar
―
application for measurement and mapping ―
柳澤英明（東北学院大学）*
Hideaki YANAGISAWA (Tohoku Gakuin Univ.)
キーワード：3D スキャナー、ライダー、樹木測量、マッピング、ポイントクラウド Keywords：3D Scanner, Lidar, Tree Measurement, Mapping, Point Cloud
1. はじめに 近年、レーザー技術を利用した非接触型の形状測量が 様々な分野で利用されるようになってきた。特に、3 次元 的な形状を計測できる 3D スキャナーは、地物の詳細な形 状を簡便かつ高精度で計測することができ、測量分野にお いて利用が進んでいる。また GIS（地理情報システム）な どと連携することで、地物の3 次元空間マッピングへの応 用も期待される。 一方で、3D スキャナーを一般的に広く普及していく上で 大きな弊害となっている点の一つに、システムの高額な費 用負担があげられる。3D スキャナーシステムを導入する場 合、数百～一千万円以上の費用負担が必要となるため、シ ステムを活用できる機関は、専門の業者や一部の研究機関 に限られてしまう。そのため、3D スキャナーをより幅広く 社会普及させるためには、システムの低価格化が必須とな る。このような中で、最近、数万円程度で購入可能な低価 格 Lidar が開発・販売されるようになってきた。これらを 3D スキャナーへ応用することができれば、システムの低価 格化が実現できると考えられる。そこで本研究では、低価 格Lidar を用いて簡便的な 3D スキャナーシステムの構築を 行うとともに、実用例として樹木測量・マッピングへ適用 性について検証する。 2. 簡易 3D 計測システムについて 本研究では、情報機器に対する高度な知識を必要としな いことを前提とした簡便かつ低価格な3D スキャナーシス テムを構築する。まず地物への距離測量を行うセンサーと し て 、6 ～ 7 万 円 程 度 で 購 入 可 能 な RPLidar A3M1 （SLAMTEC）を利用した。RPLidar A3M1 は屋外での利 用も可能であり、最大25m 程度までの計測が可能である。 ただし、XY 平面での 2D 計測となるため、三次元での計測 を行うためにはLidar 機器を 360 度回転させる必要がある。 そこで本研究では簡単に手に入れることができるカメラ撮 影用の自動雲台（1 万円程度）を利用した。また点群に色 を付けるため、全天球カメラRICOH THETA SC（2 万円 程度）を活用した。さらに本研究ではLidar からのデータ を記録し3D データを構築ための Windows 用ソフトとして、 TG3DMaker を開発した。TG3DMaker は、Lidar からの データを取得し、PCL(Point Cloud Library)により 3D デ ータの構築、表示、カラー処理、レジストレーション、デ ータ分析が可能な統合ソフトとなっている。 3. 樹木測量・マッピングへの適用性 低価格Lidar は業務用の高額 3D スキャナーと比較し、 計測範囲や精度などが劣るため、どの程度の実務に利用可 能かを検証する必要である。本研究では樹木測量への適用 を目的に、大学キャンパス内の樹木（幹径）で精度検証を 行った。3D データにおける幹径の評価には、非線形マーカ ート法による円近似を用いた。その結果、幹径が円形に近 い樹種については±2cm 程度の誤差(RMSE)で測量するこ とができた。3D データで抽出した幹径や位置は、平面図へ 容易にマッピングすることができるため、今後は本システ ムとGIS との連携にも期待できる。 図１ 簡易 3D スキャナーによる計測例（プレハブ）
