2020年4月 - 2025年3月
水中環境のアクティブ3次元計測および水中構造物の解析手法の確立
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
水中での形状計測や解析に対する関心が高まっていることから、本研究では、高密度・高精度に広範囲の水中の3次元形状を計測する手法を開発する。提案手法では、ROVやAUVなど水中ロボットに開発する計測装置を搭載し、移動しながら水中の3次元形状を取得し、これらを位置合わせすることで、GPSの使えない水中においても広範囲の形状を計測する。
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具体的には、本研究を通して、水中3次元計測の課題である、①屈折の影響や光量の減衰やベースライン不足による精度低下、②電波が届かず見通しの悪い水中での自己位置推定の難しさ、さらに③複数の3次元形状を統合することや計測結果の解析の困難さの解消を目指す。
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初年度は、上記課題を解消するため、主に水中アクティブ3次元センサの基礎アルゴリズム開発および検証実験を実施した。具体的には、水中では中心投影カメラモデルが成り立たないため、ライトフィールドによる補正手法や、大きな歪に対応した近似モデルの2つの手法による解決を実現した。また、プロジェクタの光量の減衰については、i)ラインレーザを用いる共面性復元を水中で使用するできるように変更するための理論構築および実装し実験した。これにより、従来のレーザ復元手法では、1本のラインレーザしか使用できなかったのに対し、共面性による本手法では、より多くのラインレーザを用いたグリッドパターンにより、高精度かつ高密度に3次元復元することができることを確認した。また、並行して、水中ロボットに3次元センサを設置して水中で広範囲の形状計測を実現するための水中ロボット開発やロボットに設置する3次元復元計測装置の開発、およびそれらを用いた実験を実施した。具体的にはROVに、現在開発を進めている水中3次元アクティブセンサを設置して、プールや港湾にて計測テストや精度評価を実施した。これら成果を査読付き会議へ投稿した他、九州大学から特許出願の予定である。
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具体的には、本研究を通して、水中3次元計測の課題である、①屈折の影響や光量の減衰やベースライン不足による精度低下、②電波が届かず見通しの悪い水中での自己位置推定の難しさ、さらに③複数の3次元形状を統合することや計測結果の解析の困難さの解消を目指す。
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初年度は、上記課題を解消するため、主に水中アクティブ3次元センサの基礎アルゴリズム開発および検証実験を実施した。具体的には、水中では中心投影カメラモデルが成り立たないため、ライトフィールドによる補正手法や、大きな歪に対応した近似モデルの2つの手法による解決を実現した。また、プロジェクタの光量の減衰については、i)ラインレーザを用いる共面性復元を水中で使用するできるように変更するための理論構築および実装し実験した。これにより、従来のレーザ復元手法では、1本のラインレーザしか使用できなかったのに対し、共面性による本手法では、より多くのラインレーザを用いたグリッドパターンにより、高精度かつ高密度に3次元復元することができることを確認した。また、並行して、水中ロボットに3次元センサを設置して水中で広範囲の形状計測を実現するための水中ロボット開発やロボットに設置する3次元復元計測装置の開発、およびそれらを用いた実験を実施した。具体的にはROVに、現在開発を進めている水中3次元アクティブセンサを設置して、プールや港湾にて計測テストや精度評価を実施した。これら成果を査読付き会議へ投稿した他、九州大学から特許出願の予定である。
- ID情報
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- 課題番号 : 20H00611
- 体系的課題番号 : JP20H00611