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中村 啓太*; 羽成 敏秀; 今渕 貴志; 川端 邦明
Proceedings of 2024 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2024), p.7 - 8, 2024/07
写真測量法は、対象物を撮影した複数の画像から3次元的に復元する技術である。実際の撮影では、対象物を撮影するカメラの画角に振動が発生し、写真測量に適した画像を撮影できず、対象物を復元できない場合がある。そこで、この振動をシミュレーション上で乱数を用いて実装し、振動の大きさが写真測量法で得られる復元結果に与える影響を検証した。検証の結果、振動の大きさと3次元復元の成功率との関係が示された。
松本 拓; 羽成 敏秀; 川端 邦明; 中村 啓太*; 八代 大*
Artificial Life and Robotics, 29(2), p.358 - 371, 2024/05
This paper describes a three-dimensional (3D) modeling method for sequentially and spatially understanding situations in unknown environments from an image sequence acquired from a camera. The proposed method chronologically divides the image sequence into sub-image sequences by the number of images, generates local 3D models from the sub-image sequences by the Structure from Motion and Multi-View Stereo (SfM-MVS), and integrates the models. Images in each sub-image sequence partially overlap with previous and subsequent sub-image sequences. The local 3D models are integrated into a 3D model using transformation parameters computed from a camera trajectory estimated by the SfM-MVS. In our experiment, we quantitatively compared the quality of integrated models with a 3D model generated from all images in a batch and the computational time to obtain these models using three real data sets acquired from a camera. Consequently, the proposed method can generate a quality integrated model that is compared with a 3D model using all images in a batch by the SfM-MVS and reduce the computational time.
中村 啓太; 羽成 敏秀; 松本 拓; 川端 邦明; 八代 大*
Journal of Robotics and Mechatronics, 36(1), p.115 - 124, 2024/02
During the decommissioning activities, a movie was shot inside the reactor building during the investigation of the primary containment vessel by applying photogrammetry, which is one of the methods for three-dimensional (3D) reconstruction from images, to the images from this movie, it is feasible to perform 3D reconstruction of the environment around the primary containment vessel. However, the images from this movie may not be suitable for 3D reconstruction because they were shot remotely by robots owing to limited illumination, high-dose environments, etc. Moreover, photogrammetry has the disadvantage of easily changing 3D reconstruction results by simply changing the shooting conditions. Therefore, this study investigated the accuracy of the 3D reconstruction results obtained by photogrammetry with changes in the camera angle of view under shooting conditions. In particular, we adopted 3D computer graphics software to simulate shooting target objects for 3D reconstruction in a dark environment while illuminating them with light for application in decommissioning activities. The experimental results obtained by applying artificial images generated by simulation to the photogrammetry method showed that more accurate 3D reconstruction results can be obtained when the camera angle of view is neither too wide nor too narrow when the target objects are shot and surrounded. However, the results showed that the accuracy of the obtained results is low during linear trajectory shooting when the camera angle of view is wide.
馬場 啓多*; 渡部 有隆*; 中村 啓太*; 松本 拓; 羽成 敏秀; 川端 邦明
Proceedings of 29th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 29th 2024) (Internet), p.751 - 756, 2024/01
This study proposes a partial-to-partial point cloud registration method based on estimated parameters in photogrammetry and QR code. Some research and development on Generating a 3D map of the workspace by photogrammetric methods have been proposed for the decommissioning work at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. Photogrammetry is a method for 3D reconstruction of the location and shape of target objects from many images, and the processing time depends on the number of images. Considering the reconstruction of a large area, the number of images increases, and processing time also increases significantly. To reduce such computational time, this study considers applying SfM-MVS (Structure from Motion and Multi-View Stereo), which is one of the photogrammetry methods, to each segmented image group, aligning each obtained result, integrating them, and creating a model of the entire space. This alignment is called partial-to-partial registration and it is difficult to find the correspondence points for registration. Therefore, we place markers such as QR codes in the target reconstruction space to make it easy to find the correspondence points. We adopt the QR code as a 2D code because it is easy to reconstruct by photogrammetry. In this paper, we discuss the validity of this approach by comparing it with the integrated model using all images applying SfM-MVS. We verify the validation of the proposed method by simulation due to the large number of images and the ease of modifying the environment. The experiment about varying the number of image divisions shows that the reconstruction result from all images is more accurate than the integrated result. However, all of these models have high reconstruction accuracy. Moreover, the accuracy of the integrated model does not depend on the number of divisions.
松本 拓; 羽成 敏秀; 川端 邦明; 八代 大*; 中村 啓太*
Proceedings of 2023 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (IEEE ROBIO 2023) (Internet), 7 Pages, 2023/12
This paper describes an automatic system that performs three-dimensional (3D) modeling from image sequences acquired from a camera during a survey to understand the state of the environment sequentially. The developed system sequentially generates local 3D models from image sequences acquired from a camera by the Structure from Motion and Multi-View Stereo (SfM-MVS) and integrates the models. This system, consisting of a camera, a computer, and storage, handles streaming, image acquisition, 3D modeling, and integration processes. The system is designed to perform each process in parallel while performing image acquisition. Local 3D models are integrated based on the similarity of camera trajectories, which correspond to overlapped images in each sequence, estimated from SfM. Our experiments verified the operation of the developed system from the image acquisition to the integration of local 3D models in two cases. Consequently, we confirmed that an integrated model could be generated by automatically executing each process in the system through experiments.
小林 恵太; 奥村 雅彦; 中村 博樹; 板倉 充洋; 町田 昌彦; 浦田 新吾*; 鈴谷 賢太郎
Scientific Reports (Internet), 13, p.18721_1 - 18721_12, 2023/11
被引用回数：5 パーセンタイル：51.61(Multidisciplinary Sciences)非晶質物質の構造因子に現れる鋭い第一ピークはFSDPと呼ばれ、非晶質物質中の中距離秩序構造を反映したものであると考えられているが、その構造的起源に関しては現在まで議論が続いている。今回、第一原理計算と同等の精度を持つ機械学習分子動力学を用いることにより、高密度シリカガラスにおけるFSDPの構造起源を解析した。まず、機械学習分子動力学を用いることにより、高密度シリカガラスの様々な実験データの再現に成功した。また、高密度シリカガラスにおけるFSDPの発達(減少)は、ガラス構造の圧縮に伴う、Si-O共有結合ネットワーク中のリング構造の変形挙動によって特徴付けられることを明らかにした。
O近藤 洋介*; Achouri, N. L.*; Al Falou, H.*; Atar, L.*; Aumann, T.*; 馬場 秀忠*; Boretzky, K.*; Caesar, C.*; Calvet, D.*; Chae, H.*; et al.
Nature, 620(7976), p.965 - 970, 2023/08
被引用回数：18 パーセンタイル：95.53(Multidisciplinary Sciences)非常に中性子が過剰な原子核Oは、陽子、中性子ともに魔法数であることから古くからその性質に興味が持たれていたが、酸素の最後の束縛核
Oよりも中性子が4個も多いため、これまで観測されてこなかった。この論文では、理化学研究所RIBFにて
Fからの1陽子ノックアウト反応によってOを生成し、そこから放出される中性子を測定することによって初めてその観測に成功した。核構造の観点からは、Oでは二重閉殻が保たれているか興味が持たれていたが、実験で得られた分光学的因子が殻模型計算で予言されて程度の大きいことから、閉殻構造をもたない可能性が高いことがわかった。
Ne at the transition into the island of inversion; Detailed structure study of NeWang, H.*; 安田 昌弘*; 近藤 洋介*; 中村 隆司*; Tostevin, J. A.*; 緒方 一介*; 大塚 孝治*; Poves, A.*; 清水 則孝*; 吉田 数貴; et al.
Physics Letters B, 843, p.138038_1 - 138038_9, 2023/08
被引用回数：3 パーセンタイル：75.57(Astronomy & Astrophysics)Neからの1中性子除去反応を用いて、Neの詳細な
線分光を行った。平行運動量分布の解析に基づき、Neの準位構造とスピンパリティを決定し、初めて負のパリティ状態を同定した。測定された断面積と運動量分布から、N=20とN=28のシェルギャップの消失の証拠となる有意なintruder p-wave強度が明らかになった。束縛状態については、弱いf-waveの可能性のある強度が観測された。いくつかの有効相互作用を用いた大規模殻模型計算では、実験的に観測された大きなp-wave強度と小さなf-wave強度は再現されず、Ne同位体に沿った反転の島への遷移の完全な理論的記述への挑戦が続いていることを示している。
松本 拓; 羽成 敏秀; 川端 邦明; 八代 大*; 中村 啓太*
Proceedings of 22nd World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC 2023) (Internet), p.12107 - 12112, 2023/07
This paper describes a method that integrates Three-Dimensional (3D) environment models reconstructed from image sequences to reduce the computation time of 3D environment modeling that estimates camera poses and simultaneously reconstructs a 3D environment model from images based on photogrammetry. However, 3D environment modeling is time-consuming when using many images because it finds correspondence points between them by feature matching. Therefore, we assume that the computation time is reduced by reconstructing 3D environment models from image sequences divided from an image sequence because the number of images used in 3D environment modeling becomes less. However, it is difficult to integrate the 3D environment models because the scale between them may not be the same, and overlapping regions between 3D environment models are small for integrating the models. In this paper, we propose a method that integrates 3D environment models based on camera trajectories corresponding to overlapped images between image sequences used in 3D environment modeling. To integrate them, transformation parameters are calculated from poses of camera trajectories between 3D environment models. After that, the transformed camera trajectory is aligned using coarse and fine registration. Consequently, compared with 3D environment modeling that processes an image sequence in batch, the proposed method could reduce the computation time and reconstruct a comparable integrated model.
羽成 敏秀; 川端 邦明; 中村 啓太*
Proceedings of 22nd World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC 2023) (Internet), p.11597 - 11602, 2023/07
本論文では、時系列画像に基づく立体復元の計算効率を向上させるための多峰性検出による画像選択手法について述べる。立体復元にかかる計算時間を低減するためには、時系列画像から適切な画像を選択する必要がある。そのため、画像選択過程において統計的な検定による多峰性検出を導入し、カメラから取得した画像間のオプティカルフローに基づく変位の健全性評価に適用した。その結果、立体復元の計算時間を低減するために、時系列画像から適した画像を抽出可能であることが示唆された。このことから、提案手法によって選択された画像群は、立体復元計算の効率的な実行に寄与できることを確認した。
小林 恵太; 中村 博樹; 板倉 充洋; 町田 昌彦; 奥村 雅彦
まてりあ, 62(3), p.175 - 181, 2023/03
核燃料の研究開発において、原子炉運転時からシビアアクシデント時の融点付近に至る温度領域まで、核燃料物質の高温物性を把握することが必須となるが、その取扱いの困難さから、実験研究を行うことは容易ではない。一方、シミュレーション研究は安全に実施可能であるが、高温物性評価のために必要である、高精度な大規模構造の長時間シミュレーションは、従来のシミュレーション手法では、実施が難しかった。我々は、最近開発された機械学習技術を応用して高精度な大規模構造の長時間シミュレーションが実施可能な「機械学習分子動力学法」を用いて、酸化トリウムの高温熱物性評価に成功した。本稿は、機械学習分子動力学法と我々の研究成果について概説する。
中村 啓太; 羽成 敏秀; 川端 邦明; 馬場 啓多*
Artificial Life and Robotics, 28(2), p.352 - 360, 2023/02
In photogrammetry, when each image captures the features of the target object for 3D reconstruction, a more highly accurate 3D reconstruction can be obtained in a shorter time from a small number of images. For this reason, effective images for 3D reconstruction must be selected. We generate test images by constructing a virtual environment and changing the shooting conditions based on the simulation for this image selection. In particular, we focus on linear trajectory shooting, in which the camera moves on a straight rail and obtains images. We verify the 3D reconstruction considering the calculation time reduction based on effective image selection. The experimental result shows that the camera pose estimation can be improved by using images obtained at multiple shooting angles in the case of linear trajectory shooting. The additional experimental result reveals that the calculation time for the reconstruction result is reduced by applying the images selected at regular intervals.
松本 拓; 羽成 敏秀; 川端 邦明; 八代 大*; 中村 啓太*
Proceedings of 28th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 28th 2023) (Internet), p.768 - 773, 2023/01
This paper reports on an automatic process for 3D environmental modeling from acquired image sequences. We have studied methods of 3D environment modeling to understand unknown environments. However, 3D environment modeling using acquired image sequences is a time-consuming task. When 3D environment modeling is performed using image sequences acquired in an unknown environment, the generated models do not always produce the expected result. Therefore, we consider that the quality of the generated 3D environment models could be quickly verified by realizing the sequential presentation of the generated models. To verify the effectiveness of the automatic process, we implemented it under different execution environments. Consequently, the automatic process could generate a 3D environment model from acquired image sequences.
加藤 正人; 町田 昌彦; 廣岡 瞬; 中道 晋哉; 生澤 佳久; 中村 博樹; 小林 恵太; 小澤 隆之; 前田 宏治; 佐々木 新治; et al.
Materials Science and Fuel Technologies of Uranium and Plutonium mixed Oxide, 171 Pages, 2022/10
プルトニウム燃料を使用した革新的で先進的な原子炉が各国で開発されている。新しい核燃料を開発するためには、照射試験が不可欠であり、核燃料の性能と安全性を実証する必要がある。照射試験を補完する技術として、照射挙動を正確にシミュレートする技術を開発できれば、核燃料の研究開発にかかるコスト,時間,労力を大幅に削減でき、核燃料の照射挙動をシミュレーションすることで、安全性と信頼性を大幅に向上させることができる。核燃料の性能を評価するためには、高温での燃料の物理的および化学的性質を知る必要がある。そして、照射中に発生するさまざまな現象を記述した行動モデルの開発が不可欠である。以前の研究開発では、モデル開発の多くの部分で、フィッティングパラメータを使用した経験的手法が使用されてきた。経験的手法では、データがない領域では非常に異なる結果が得られる可能性がある。したがって、この研究では、燃料の基本的な特性を組成と温度に外挿できる科学的記述モデルを構築し、モデルが適用される照射挙動分析コードの開発を行った。
中村 啓太; 馬場 啓多*; 羽成 敏秀; 川端 邦明
Proceedings of 2022 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2022), p.1497 - 1498, 2022/07
Although the three-dimensional (3D) reconstruction result obtained by structure from motion and multi-view stereo from an image can visually confirm whether 3D reconstruction is achieved, it is not possible to scale the obtained 3D reconstruction result. Therefore, we verify whether the 3D reconstruction can be scaled based on the size of the two-dimensional (2D) code by simultaneously performing a 3D reconstruction of its target and its code whose size is known. Experimental results show that the scaled 3D reconstruction is highly accurate according to the size of the reconstructed 2D code.
小林 恵太; 奥村 雅彦; 中村 博樹; 板倉 充洋; 町田 昌彦; Cooper, M. W. D.*
Scientific Reports (Internet), 12(1), p.9808_1 - 9808_11, 2022/06
被引用回数：11 パーセンタイル：71.89(Multidisciplinary Sciences)核燃料の一つであるトリウム酸化物に対し、機械学習分子動力学法を用い、その高温物性を調査した。様々な交換汎関数により第一原理計算を実施し、ニューラルネットによりその結果を学習することにより機械学習力場を構築した。特にSCANと呼ばれる交換汎関数を用いた第一原理計算結果を学習することにより得られた機械学習力場は、ラムダ転移温度や融点を含め、比較可能な実験データの多くに対し高精度な結果を示した。
羽成 敏秀; 川端 邦明; 中村 啓太
Proceedings of 2022 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII 2022) (Internet), p.1041 - 1045, 2022/01
被引用回数：7 パーセンタイル：97.46(Computer Science, Interdisciplinary Applications)本稿では、時系列画像からの立体復元計算を効率に行うための画像選択法について述べる。立体復元計算の効率を向上させるためには、時系列画像から適切な画像を選択する必要がある。そこで本研究では、遠隔操作ロボットに搭載されたカメラから得られた画像間の変位に基づくしきい値を検討した。その結果、提案手法は時系列画像からオプティカルフローに基づくしきい値を設定することで、効率的な立体復元のために適切な画像を選択できることが確認された。これにより、重複画像や類似度の高い画像を除外して効率的な立体復元を行うことで、計算コストを削減できることが示唆された。
中村 啓太; 羽成 敏秀; 川端 邦明
Proceedings of 27th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 27th 2022) (Internet), p.771 - 775, 2022/01
画像からの三次元復元において、画像枚数が少なくても、各画像が三次元復元の対象物の特徴を捉えていれば、短時間で高精度な三次元復元を実現できることが知られている。そこで、三次元復元に有効な画像を選択するために、シミュレーションによる仮想環境の構築と撮影条件の変更により、画像選択のためのテストデータを生成することが考えられる。本研究では、直線レール上をカメラが移動して画像を撮影する場合に着目し、この場合における、三次元復元にかかる計算時間短縮を考慮した有効な画像選択条件をシミュレーションにより調査・検証する。
中村 啓太; 馬場 啓多*; 吉川 拓真*; 羽成 敏秀; 川端 邦明; 松本 拓
New Trends in Intelligent Software Methodologies, Tools and Techniques; Frontiers in Artificial Intelligence and Applications, Vol.355, p.427 - 438, 2022/00
It is generally difficult to measure complex shapes such as stairs with high accuracy for indoor environment scanning by the robot. Therefore, we consider the 3D (three-dimensional) reconstruction of stairs using SfM (Structure from Motion) and MVS (Multi-View Stereo) which perform 3D reconstruction from images acquired by the robot vision. In this study, we verify whether it is possible to acquire a 3D reconstruction result of stairs by using images shot while ascending and descending the stairs as input to the reconstruction method. To calculate the accuracy of the reconstruction result, we use 3D computer graphics software to generate artificial image data to be applied to the 3D reconstruction. Experimental results show that 3D reconstruction results of the stairs are more accurate by applying both images shot when ascending and descending stairs to the 3D reconstruction methods.
小林 恵太; 中村 博樹; 山口 瑛子; 板倉 充洋; 町田 昌彦; 奥村 雅彦
Computational Materials Science, 188, p.110173_1 - 110173_14, 2021/02
被引用回数：20 パーセンタイル：74.88(Materials Science, Multidisciplinary)セメント水和物(セメントペースト)は建築材はもとより、放射性セシウムの閉じ込め材料として利用される。本論文はセメント水和物の代表的なモデル物質であるトバモライトの機械学習力場の構築を行ったものである。トバモライトに対し第一原理計算を実施し、様々な原子配置とそのポテンシャルデータを大量に生成し、ニューラルネットを用いた機械学習力場の学習を行った。構築した機械学習力場はトバモライトの弾性係数,振動状態密度をほぼ第一原理と同等の精度で計算可能であることを確かめた。また、機械学習分子動力学法を実行し、トバモライト細孔における水,イオンの輸送特性の解析を行った。
