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

水下主动3D扫描技术发展及水下结构分析

• 批准号: 20H00611
• 负责人: 川崎 洋
• 金额: $ 28.37万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00611/
• 关键词: アクティブ3次元計測; 水中ROV; 水中AUV; 水中SLAM; 水中構造物計測; SLAM

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。

This paper presents a method for measuring three-dimensional shapes in water with high density and high accuracy. The proposed method is that the measuring device developed in this project can be carried and moved in the water such as ROV or AUV to obtain and integrate three-dimensional shapes in the water, and GPS can be used to implement a wide range of shape measurement in the water. The specific problems of three-dimensional measurement in water are: (1) refractive light attenuation, insufficient space, low precision of measurement,(2) difficulty in estimating one's own position in water due to radio wave communication, and (3) proposal of integration and analysis method for complex three-dimensional shapes. In the beginning of the year, the water was used as the basis for the development of the water and the water was used as the basis for the development of the water. In 2022, the development of water resources and water resources was carried out in three dimensions: performance evaluation, measurement and development. Specifically, a comprehensive system has been developed that allows a wide range of measurements to be made, allowing a plurality of three-dimensional objects to be obtained and integrated, and the position and posture of the three-dimensional objects to be simultaneously optimized. When this happens, the mobile network is open, and the endpoint is open, and the result is stable. The result of this method is that the error is reduced. The results of the conference were reviewed and submitted to the International Conference. 3-D configuration in water and shape measurement in outdoor environment The result is that the outdoor water quality is very high, and the GPS position determination accuracy in the water is very low. A new method for estimating one's own position is developed. The results of the survey were submitted to international conferences.

项目成果

深層学習を用いたパターン投影画像のスーパーピクセル推定によるグリッド方式ワンショット三次元計測の高密度化手法

基于网格的一次性 3D 测量的致密化方法，使用深度学习对图案投影图像进行超像素估计

• 发表时间: 2021
• 期刊: 第27回画像センシングシンポジウム
• 作者: 中村太郎,三鴨道弘;佐川立昌 ,古川亮 ;川崎洋
• 通讯作者: 川崎洋

Tensor-Based Texture Reconstruction for Rendering Time-Varying Water DropCondensation Using Heat Propagation and Water-Repellency

使用热传播和防水性渲染时变水滴凝结的基于张量的纹理重建

• 发表时间: 2021
• 期刊: IEVC2021,The 7th IIEEJ International Conference on Image Electronics and Visual Computing
• 作者: 大森涼平;川原僚;岡部孝弘;Michihiro Mikamo and Hiroshi Kawasaki
• 通讯作者: Michihiro Mikamo and Hiroshi Kawasaki

高周波形状復元のための微分可能レンダラーを用いたデータ拡張の最適化

使用可微分渲染器优化数据增强以实现高频形状恢复

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshikawa Takato;Endo Yuki;Kanamori Yoshihiro;時枝 康大，岩口 尭史，川崎 洋
• 通讯作者: 時枝 康大，岩口 尭史，川崎 洋

北京大学(中国)

北京大学（中国）

アムステルダム大学(オランダ)

阿姆斯特丹大学（荷兰）