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ポイントクラウドはどのように作られているのか
(Georeferenced Pointcloudとは?)

業界の記事 2020年11月20日

LiDARでは、調査を行うためにナビゲーションデータが必要です。そのナビゲーションデータとLiDARのデータを組み合わせて、ジオリファレンスされたポイントクラウドを作成します。LiDARデバイスは自分自身に対して点がどこにあるかを知っていますが、LiDARを動かしながらPointcloudを構築するためには、世界のどこにあるのかを教えてもらう必要があります。ナビゲーションデータは、多くの場合 慣性航法装置.INSは、以下のような洗練された組み合わせです。慣性測定単位そして ジーエヌエスエス OxTS は、1998 年以来、慣性および GNSS の世界的なリーダーです。INSからの座標は、ポイントクラウドで使用される最終的な座標を得るために、LiDARのポイント座標にベクトル的に追加されます。これにより、LiDARデバイスをバンや無人航空機(UAV)のような車両に搭載し、複数の静的な調査を行ってそれらをつなぎ合わせるのではなく、広いエリアを効率的に調査することが可能になります。

xNAV550とZ&F LiDARを使用したショップフロントの測量
xNAV550とZ&F LiDARを使って測量したショップフロント。

 

座標系

私たちには小さな角度に見えるものが、大きな距離を移動すると非常に大きな問題になることがあります。2 本の線が正確に平行であるはずなのに、2 本の線の間に 0.5°のずれがあると想像してみてください。これは、線が交差する点に焦点を当てると小さく見えるかもしれませんが、この角度を10mにわたって外挿してみると、線の間の直線的な変位は約10×0.5/360 2π=0.09m=9cmになります。これはボアサイトのズレと呼ばれる問題で、2つの座標系が正確に一致していない場合に発生します。これは、センチメートル単位の精度を求めているアプリケーションで問題となり、例えばLiDAR測量のように、数十メートル離れた物体を見る場合に問題となります。最も正確な点群を得るためには、ナビゲーションデバイスとLiDARの座標フレーム間で最も正確な角度較正を行う必要があります。50mの距離では、これらの角度を0.1°に校正しなければならないことが想像できると思いますが、これは非常に難しいことです。人間の目は1度よりも正確に角度を認識できないことが多く、CADでモデリングされたマウントでさえ、これが難しいと感じるでしょう。また、INSユニット内のIMUの取り付けと真のレーザー座標系は、このような小さな角度で仕様と異なる場合があります。

角度の問題に加えて、直線的な変位の問題もあります。LiDARとINSは、お互いにある程度離れた場所に設置され、これも測定しなければなりません。これは、距離によって影響が悪化しないため、角度変位よりも問題が少ないことが多いのですが、特に複数の方向から同じエリアを測量する場合に問題になることがあります。現実と測定値の間の1つの軸に5cmのオフセットがあった場合、ポイントクラウドのすべてのポイントにおいて、その軸に一定の5cmのオフセットがありますが、その後、振り向いて反対方向に測量すると、同じ5cmのオフセットが反対方向に適用されます。そうすると、測量したすべてのオブジェクトが 10cm 離れて 2 回繰り返されることになります。これはしばしば「ダブルビジョン」と呼ばれています。地理参照されたポイントクラウドがポイントの位置を最高の精度で測定するためには、角度と変位を可能な限り現実に近づけて校正されたセットアップを行う必要があります。

OxTS Georeferencer このソフトウェアは、データを使ってポイントクラウドを作成するだけでなく、使用したセットアップを校正する機能をユーザーに提供します。

xNAV550とZ&F LiDARを使用したトンネル調査
xNAV550とZ&F LiDARを使用したトンネル調査。

 

 

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