Development of underwater active 3D scanning techniques and analysis on underwater structures

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水中での形状計測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などに水中ロボットに、本課題で開発した計測装置を搭載し、移動しながら水中の３次元形状を取得・統合することで、GPSの使えない水中において広範囲の形状計測を実現する。具体的には、水中３次元計測の課題である、①屈折や光量減衰、ベースライン不足によるアクティブ計測の精度低下、②電波が届かず見通しの悪い水中での自己位置推定の困難さ、さらに③複数の３次元形状を統合・解析手法を提案する。初年度は、水中アクティブ３次元センサの基礎アルゴリズムの開発および、水中ロボットを用いたテストを屋内プールにて実施し特許出願した。2022年度は、開発した水中アクティブ３次元センサを用いた性能評価と、広範囲計測のためのアルゴリズム開発を行った。具体的には、広範囲計測のため、３次元センサを動かしながら複数フレームを取得し、それらを統合した３次元形状と、各フレームにおけるセンサの位置姿勢を同時に最適化するアルゴリズムを開発した。この時、移動経路にループが存在する場合、ループの端点同士が一致する拘束を用いて、結果が安定するアルゴリズムを開発した。その結果、本手法により誤差が減少することを確認した。これら成果を査読付き国際会議へ投稿し、採択され発表を行った。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形状計測するための実験を屋外（横浜港湾）にて実施した。その結果、屋外では水質が非常に悪いこと、また水中GPSの位置決め精度が空中のGPSなどに対して非常に低いことなどが判明した。そこで、この問題を解消するため、音響ソナー（DVL）を用いた新たな自己位置推定手法を開発することとし、その基礎アルゴリズムを開発した。その成果を、査読付き国際会議へ投稿した。