[論文レビュー] 3D Scanning: A Comprehensive Survey

Morteza Daneshmand, Ahmed M. Helmi+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2018

3D Surveying and Cultural Heritage参考文献 109被引用数 48

ひとこと要約

この論文は、3Dスキャンの方法論と技術を概観し、近距離写真測量、空中写真測量、レーザースキャン、TOF、構造化光、SFMを比較し、外れ値除去や表面フィッティングなどの後処理の手順を論じています。

ABSTRACT

This paper provides an overview of 3D scanning methodologies and technologies proposed in the existing scientific and industrial literature. Throughout the paper, various types of the related techniques are reviewed, which consist, mainly, of close-range, aerial, structure-from-motion and terrestrial photogrammetry, and mobile, terrestrial and airborne laser scanning, as well as time-of-flight, structured-light and phase-comparison methods, along with comparative and combinational studies, the latter being intended to help make a clearer distinction on the relevance and reliability of the possible choices. Moreover, outlier detection and surface fitting procedures are discussed concisely, which are necessary post-processing stages.

研究の動機と目的

• Photogrammetry、リモートセンサ、コンピュータビジョンで使用される3Dスキャン技術の最新動向の概要を提供する。
• 主要な3Dスキャン手法（近距離、空中、MLS、TLS、TOF、構造化光、位相比較）を分類・比較し、それぞれの典型的なユースケースを示す。
• 外れ値検出や表面フィッティングなどの後処理手順を強調し、アルゴリズムのテストにおける課題とベンチマークを特定する。

提案手法

• CRP、空中、SFM、陸上写真測量、LS（モバイル、陸上、航空）、TOF、構造化光、位相比較法に関する文献をレビューし統合する。
• 適用性と信頼性を明確にするため、比較・組み合わせ研究を議論する。
• 外れ値検出や表面フィットを含む後処理手順を要約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 dominant 3Dスキャン技術とそれらの相対的な利点と制限は何か？
• RQ2 写真測量、LiDAR、SFMは、さまざまなシナリオ（地上、空中、モバイル）での精度、速度、コストをどう比較するか？
• RQ3 これらのパイプラインにおいて、信頼性の高い3D表面再構成に不可欠な後処理手順は何か？
• RQ4 どの応用分野（遺産、林業、沿岸監視、都市モデリング）で特定の手法が最適に機能するか、または課題に直面するか？

主な発見

• UAV写真測量とSFMは、サブミリメートルからセンチメートルレベルの詳細を達成し、さまざまな状況でいくつかのLiDARアプローチよりも競争力のある精度と低コストで高密度の3D点群を生成できる。
• 写真測量ベースの手法はしばしば高密度な再構成を提供し、多視ジオメトリと斜めビューを組み合わせると強化され、さまざまな研究でsub-mm〜cmレベルの詳細を達成している。
• TLSとMLSは詳細な地形や遺産モニタリングの高精度スキャンを提供するが、コストと処理要件が高く、速度とカバレージとのトレードオフがある。
• UAVベースのアプローチにはコスト削減と効率向上の証拠があるが、校正、基準点の分散、画像の配置は精度確保に不可欠である。
• 写真測量およびLiDARベースのアプローチは、外れ値検出と表面フィッティングのような頑健な後処理手順によって補完され、信頼性の高い表面を確保する。