SLAM計測で取得した点群を確認したとき、床や壁、本来なら滑らかなはずの構造物表面に、細かな縞模様や波打つような段差が見えることがあります。現地では平坦に見えていた面が点群上では何層にも分かれていたり、進行方向に沿って筋状の濃淡や凹凸が連続していたりすると、計測そのものに問題があったのではないかと不安になる実務担当者も少なくありません。
ただし、点群に現れる縞模様には複数の原因があります。本記事では主に、LiDARなどの距離センサーを利用し、移動しながら三次元点群を生成するSLAM計測を想定します。点の走査パターンや表示条件が縞として見えているだけの場合もあれば、移動中の姿勢変化、センサーの逐次走査に伴うモーションディストーション、自己位置推定のずれ、往路と復路の重なり、対象物の反射特性、動体や遮蔽などが影響している場合もあります。
そのため、縞模様があるという事実だけで計測精度を判断するのではなく、どこに、どの方向で、どの程度の縞が発生しているのかを確認し、原因を切り分けることが重要です。
特に出来形確認、既設構造物の寸法確認、断面作成、三次元モデル作成などにSLAM計測の点群を利用する場合、見た目の滑らかさだけではなく、必要な部分の形状が適切に取得できているか、目的とする座標や高さに対して許容できないずれがないかを確認する必要があります。本記事では、SLAM計測の点群に縞模様が出る代表的な原因を整理し、現場で実践しやすい6つの改善方法を解説します。
SLAM計測の点群に縞模様が出る状態とは
LiDARなどの距離センサーを用いるSLAM計測では、センサーが周囲までの距離を繰り返し観測し、その観測と自己位置・姿勢の推定結果を組み合わせながら三次元点群を構築します。計測者が歩いて移動する方式では、センサーの位置と姿勢が時間とともに変化し、それぞれの時刻に取得された点が一つの点群として統合されます。
また、多くの走査型センサーは空間全体を完全に同一時刻で取得するわけではなく、一定時間をかけて複数の点を順次取得します。そのため、計測中にセンサーが移動している場合、各点を取得した時刻に応じた位置・姿勢の補正が重要になります。機種やSLAM方式によって処理方法は異なりますが、補正が十分でない場合には、面の波打ちや重なりとして見えることがあります。
一方、縞が見えるからといって、必ずしも三次元形状そのものが乱れているとは限りません。センサー固有の走査線、点密度の違い、表示する点の大きさ、陰影処理、視点などによって、ほぼ同一平面上にある点が筋状に強調される場合があります。
たとえば平坦な床面を断面表示したとき、縞として見えていた部分の高さがほぼ同一であれば、主に点の配列や表示条件による可能性があります。反対に、縞ごとに床面の高さが周期的に変化していたり、平らな壁が前後に波打ったりしている場合は、実際の座標値に差が生じているため注意が必要です。
縞が計測経路に沿って長く伸びている場合、移動方法、センサーの走査方式、軌跡推定などとの関係を確認します。特定の壁や床だけに発生している場合には、表面材質、入射角、遮蔽、反射や透過の影響なども原因候補になります。
重要なのは、画面上で縞を発見した時点で一律にノイズと判断しないことです。まず縞に直交する断面を作り、山と谷に実際の座標差があるかを確認します。そのうえで、必要に応じて既知寸法、基準点、別の測定結果などと照合し、表示上の問題なのか、局所的な計測誤差なのか、軌跡全体に関わる問題なのかを切り分けます。
こうした前提を踏まえ、現場計測で縞模様や形状の乱れを減らすための改善方法を見ていきます。
改善方法1｜計測速度を安定させて走査間隔のばらつきを抑える
SLAM計測で確認したい条件の一つが、計測中の移動速度です。ただし、歩行速度が変化すれば必ず縞が発生するという単純な関係ではありません。影響の大きさはセンサーの走査方式、取得周期、視野、姿勢補正方法、SLAM処理などによって異なります。
移動型の計測では、一定時間ごとに取得される観測に対し、計測者が進む距離が変われば、対象面を観測する位置の間隔も変化します。そのため、機種によっては点密度が局所的に高くなったり低くなったりし、俯瞰表示したときに帯状の濃淡として見えることがあります。
また、短時間に急加速、急停止、急旋回を繰り返すと、センサーの位置や姿勢の変化量も大きくなります。逐次走査するセンサーでは、計測中の動きを考慮した補正が必要になるため、急激な動きが多いほど処理条件が厳しくなる場合があります。
改善の基本は、機器の推奨する計測方法を確認したうえで、無理のない速度で滑らかに移動することです。速く歩けば短時間で広範囲を計測できますが、すべての環境で速い移動が適しているわけではありません。特徴の少ない場所、狭い場所、階段や段差付近では、周囲の形状を継続して観測できるよう速度を調整します。
曲がり角では、直線区間と同じ速度のまま急旋回するより、進行速度を落として滑らかに向きを変える方が扱いやすい場合があります。狭い通路から広い空間へ出る場所、階段の上り下り、段差をまたぐ場所でも、短時間に姿勢や視野が大きく変わらないよう意識します。
一方、必要以上にゆっくり歩けば必ず精度が上がるわけでもありません。SLAM方式によっては一定の移動量や視点変化があることで周辺との対応を取りやすくなるため、その場で細かな回転や停止を何度も繰り返すより、安定した動作で計測した方が良い場合があります。
縞模様が一定間隔で繰り返されている場合は、計測経路と縞の方向を比較します。進行方向に直交する周期的な凹凸が確認できる場合には、歩行による上下動、走査周期、姿勢補正など複数の要因を候補として確認します。同じ短区間を条件を変えて試し取りし、縞の間隔や高さが変化するか比較する方法も原因切り分けに役立ちます。
現場では本計測の前に短い区間で試し取りし、点密度、面のばらつき、固定物の重なりを確認しておくと、長時間計測した後に問題へ気付くリスクを減らせます。
改善方法2｜機器の揺れと姿勢変化を減らして面の波打ちを抑える
点群の縞が単なる濃淡ではなく、壁や床の三次元形状そのものを波打たせている場合は、計測機器の動きと姿勢推定の状態を確認します。
歩行しながらSLAM計測を行うと、機器には上下、左右、前後の移動と回転が生じます。人が普通に歩くだけでも身体は周期的に上下し、保持方法によってはその動きが機器へ伝わります。段差や荒れた路面では変化がさらに大きくなります。
また、走査型LiDARなどは一つの点群フレームを完全な同一時刻に取得するとは限りません。センサーが点を順次取得している間にも機器が動くため、各点の取得時刻に応じた姿勢補正が適切でない場合には、モーションディストーションと呼ばれる形状のゆがみが生じることがあります。実際の影響はセンサーやSLAM方式によって異なり、IMUなどの情報を利用して補正するシステムもあります。
そのため、急激な振動や大きな回転を減らし、計測機器を安定して保持することが重要です。ただし、機器を完全に静止させることが目的ではありません。SLAMが想定する計測方法に従い、急な上下動や左右への振り、短時間の大きな旋回を避けながら滑らかに移動します。
対象物へセンサーを向けようとして、手首だけで機器を素早く回転させると、短時間に姿勢が大きく変化します。必要な方向転換は身体の向きや歩行経路も使い、可能な範囲で滑らかに行うと管理しやすくなります。
階段や斜面では平地より上下方向の動きが大きくなりやすいため、床や壁の縞だけでなく、手すり、段鼻、柱などが二重になっていないかも確認します。二重化が複数の固定物で同じ方向に現れている場合は、局所的な表面ノイズだけでなく姿勢や軌跡の推定状態も確認する必要があります。
足元が悪い場所では計測品質より安全を優先します。安定した姿勢を維持できない場所を無理に歩けば、点群品質だけでなく作業安全にも問題が生じます。安全に移動できる経路を選び、その範囲で計測条件を整えます。
縞模様と機器の動きとの関係を調べるときは、平面部分の断面を見ると分かりやすくなります。周期的な上下動が見える場合には歩行や走査との関係を確認し、計測区間全体が徐々に曲がったり傾いたりしている場合には、単純な振動だけでなく軌跡推定の累積的なずれも候補にします。
改善方法3｜特徴の少ない場所では計測経路と重複区間を工夫する
LiDARを利用するSLAMでは、周囲の幾何形状を照合して位置や姿勢を推定する方式が広く利用されています。そのため、十分な幾何学的な拘束を得にくい環境では、自己位置推定が不安定になったり、特定方向の誤差を抑えにくくなったりする場合があります。
代表的なのは、長い直線通路、トンネル、大きく平坦な床、凹凸の少ない長大な壁面、似た形状が繰り返す空間などです。こうした環境では、移動しても観測される形状が似ており、移動量や方向を一意に推定するための情報が不足することがあります。
長距離を一直線に進んだ場合、システムや環境条件によっては小さな推定誤差が蓄積し、後半で壁や床の位置が徐々に変化することがあります。複数時刻の点群がわずかに異なる位置へ配置されれば、重なった部分が縞状や層状に見える可能性もあります。
改善方法の一つは、可能であれば既に計測した範囲を再観測できる経路を設けることです。SLAMシステムにループ閉合や再訪地点を利用する機能がある場合、過去に観測した場所を再認識することで、蓄積した軌跡誤差を抑えるための制約として利用できることがあります。ただし、単に同じ場所へ戻れば必ず補正されるわけではなく、使用するSLAM方式や設定によって動作は異なります。
長い通路では、端まで進んで終了するだけでなく、安全に可能であれば途中の特徴的な場所を再び観測できる経路を検討します。広い空間では外周だけを回るのではなく、内部と外周をつなぎ、異なる方向から固定構造物を観測できる経路が有効な場合があります。
周囲と区別しやすい柱の角、壁の出隅、開口部、設備基礎などを継続的に観測できる経路も有効です。ただし、既存設備を勝手に移動したり、通行を妨げる目印を設置したりすることは避け、施設管理者や現場の安全ルールに従います。
特徴の少ない場所で縞やずれが発生した場合は、縞だけではなく軌跡全体を確認します。往路と復路で同じ場所を通ったはずなのに壁や柱が離れて見える、開始地点へ戻ったときに同じ固定物が一致しない、計測後半ほど二重化が大きくなるといった現象があれば、計測経路や自己位置推定の状態を含めて再検討します。
SLAM計測では、どこを測るかだけでなく、どの順序で移動し、どこで既計測範囲を再観測するかを考えておくことが重要です。
改善方法4｜往路と復路のずれを基準物で確認して補正する
点群の縞模様を評価するときは、個々の縞だけでなく、異なる時刻に取得された点群同士がどの程度一致しているかを確認します。
特に分かりやすいのが、往路と復路で同じ固定構造物を計測した場所です。往路で取得した壁面と復路で取得した壁面が重ならず、わずかに離れた二つの面として表示されると、重なり部分が縞や二重線のように見えることがあります。
この状態は、単純な走査線の見え方とは意味が異なります。複数時刻の観測を同一座標へ統合する過程にずれが生じている可能性があるため、寸法確認や位置確認へ利用する場合には影響を評価する必要があります。
確認には、形状が明確で移動しない固定物を使います。柱の角、壁の出隅、床と壁の交線、設備基礎の角、開口部などは比較しやすい対象です。平滑な壁の中央だけでは、壁面に垂直な方向のずれは確認できても、壁面に沿った方向のずれを判断しにくい場合があります。
同じ固定物について往路と復路の点がどの程度重なっているかを複数箇所で確認します。一部だけに差がある場合は、局所的な遮蔽や反射条件などが影響している可能性があります。反対に、計測後半ほど差が大きくなる場合には、軌跡全体の累積誤差も候補になります。
使用しているシステムにループ閉合や軌跡の再最適化などの機能がある場合は、正しい再訪対応が得られているかを確認したうえで再処理を検討します。ただし、SLAMであれば必ず後処理によって任意のずれを補正できるわけではありません。対応機能がない場合や、固定物の観測自体が不足している場合には、経路を見直して再計測した方が適切なこともあります。
SLAM計測を測量や施工管理へ利用する場合は、SLAM内部での整合性だけでなく、必要に応じて既知点や現場基準との照合も行います。点群内部がきれいに一致していても、目的とする座標系に対する位置が正しいことを自動的に保証するものではありません。
反対に、画面上で多少の点のばらつきが見えていても、対象用途で求める確認精度への影響が小さい場合があります。点群の見た目だけで合否を決めず、利用目的に応じた基準で評価することが重要です。
往路と復路を固定物で比較する習慣を持つと、縞模様だけでなく、二重壁、柱の二重化、床面の段差、天井面の位置ずれなどにも気付きやすくなります。
改善方法5｜反射特性が特殊な面やガラスなど対象物の性質を見極める
点群に縞模様や欠落、実在しない点が発生する原因は、計測者の動きやSLAM処理だけではありません。対象物の表面材質や光学的な性質も影響します。
LiDARなどの距離センサーでは、照射した光が対象物からどのように戻るかが測距結果に関係します。一般的な拡散反射面とは異なり、ガラスなどの透明面、鏡面性の高い材料、光沢の強い金属、濡れた面、水面などでは、透過や鏡面反射などによって安定した距離を取得しにくい場合があります。
特にガラスは単純に反射が弱い物体と表現するのは適切ではありません。入射角やセンサーの波長、方式、ガラスの構成などによって、光の一部が反射し、一部が透過するなど挙動が変わります。そのため、ガラス面そのものの点が欠落したり、ガラスの向こう側の物体が取得されたり、反射によって実際には存在しない位置へ点が生成されたりする場合があります。
鏡面性の高い面についても、入射角によって戻ってくる信号の状態が変わります。このため、同じ面を異なる位置から観測すると、取得できる範囲や点のばらつきが変化する場合があります。複数方向の観測を統合した結果、取得条件の境界が帯状に見えることも考えられます。
改善するときは、まず縞や欠落の位置と材質の位置が一致しているかを確認します。床全体ではなく濡れた部分だけで点が不安定になっている、一般的な壁面は安定しているのに光沢面だけ点が散っている、透明面周辺で点が抜けたり背後へ点が現れたりしている場合には、対象物の反射・透過特性を原因候補とします。
安全に移動できる場合には観測角度を変えて状態を比較する方法があります。ただし、複数方向から取得すれば必ず正しい面が復元できるわけではありません。透明面や鏡面など、センサーにとって本質的に測距しにくい対象では、観測を増やしても安定した結果にならない場合があります。
また、点群に表示されている点が本当に目的の表面を示しているかを確認します。透明面の向こうにある構造物を取得している場合、点群だけを見ると透明面そのものを取得できたように誤解する可能性があります。現場写真や周辺構造と照合し、どの点がどの対象に対応しているのかを判断します。
後処理で強い平滑化や外れ値除去を行えば、見た目の縞が減る場合があります。しかし、本来存在する小さな段差や角部まで消してしまえば、施工確認や形状把握に必要な情報を失います。材質による観測限界が原因の場合は、点群処理だけで解決しようとせず、必要に応じて別方向からの確認や他の測定方法との照合を検討します。
改善方法6｜動体と遮蔽物を避けてSLAMの誤対応を減らす
SLAM計測では、多くの場合、位置推定の手掛かりとして利用する周辺環境が計測中に大きく変化しない方が扱いやすくなります。しかし施工現場、駅、倉庫、工場、道路周辺などでは、人、車両、建設機械、搬送設備などが動いています。
動体がセンサーの視野を大きく占めると、SLAM方式によっては異なる時刻の観測を対応付ける処理へ影響する可能性があります。また、計測者と固定構造物の間を人や車両が通過すると、本来観測したい壁や柱が一時的に遮蔽されます。
その結果、ある区間では十分な固定構造を観測できたのに、別の区間では動体や遮蔽物が多くなり、利用できる観測情報が減ることがあります。動体そのものも複数位置に残像のような点として記録される場合があります。
改善の基本は、安全管理や現場運用を優先しながら、対象構造物を継続的に観測しやすい時間帯や経路を選ぶことです。常時稼働している現場では動体を完全になくすことは難しいため、固定した壁や柱などが視野から長時間失われない経路を考えます。
ただし、計測のために作業動線へ不用意に立ち入ったり、重機の旋回範囲や車両通路で立ち止まったりしてはいけません。安全上のルールを最優先し、その条件内で計測方法を調整します。
動体が一度通過したからといって、必ず全区間を再計測する必要があるとは限りません。対象構造物が前後で十分に取得され、固定物の位置関係にも異常がない場合は、後処理で動体由来の点を除外できる可能性があります。
一方、狭い通路で大型の移動物が長時間視野を遮った場合や、固定構造をほとんど観測できない状態が続いた場合は、前後区間のつながりを慎重に確認します。
動体由来の点と軌跡推定のずれを区別することも重要です。人物や車両の点だけが複数位置に残り、壁や床は連続しているのであれば、主な問題は動体点の処理である可能性があります。反対に、動体が多かった区間を境に固定壁そのものがずれている場合は、自己位置推定への影響も候補として確認します。
棚、仮設材、資材、車両などによって対象構造物が物理的に隠れている場合、後処理だけで実際の形状を復元できるとは限りません。必要な範囲が取得できているかを現場で確認しながら進めることが重要です。
縞模様を発見したときの点群確認手順
SLAM計測後に縞模様を発見した場合は、すぐに点群全体を再計測するのではなく、原因を段階的に切り分けます。
最初に確認したいのは、縞が点の濃淡として見えているだけなのか、三次元座標そのものが凹凸になっているのかです。平面表示だけでは判断しにくいため、縞に直交する断面を作成し、床や壁の位置を確認します。
断面上で縞部分の点がほぼ同一平面に収まっているのであれば、走査線、点密度、表示サイズ、陰影などによって縞が強調されている可能性があります。一方、断面が周期的に上下または前後へ変化している場合は、実際の座標値に差が生じています。
次に、縞の方向と計測経路の関係を確認します。計測方向に沿って伸びているのか、計測方向にほぼ直交して繰り返しているのか、特定の材質だけに現れているのかによって原因候補が変わります。
計測経路との関係が強い場合は、移動速度、機器の上下動、急旋回、走査時の動き、往復経路の重複などを確認します。材質の異なる部分だけに出ている場合は、反射や透過、入射角の影響を確認します。人や車両の通過場所と一致する場合は、動体や遮蔽も原因候補になります。
その後、柱の角や壁の交点など、位置を比較しやすい固定物を複数確認します。一つの縞だけを見るのではなく、その前後で固定構造が連続しているかを見ることで、局所的なノイズと軌跡全体のずれを区別しやすくなります。
さらに、用途上必要であれば既知情報と照合します。利用可能な基準点や既知寸法がある場合は、点群との違いを確認します。点群単独では滑らかに見えていても外部基準に対してずれている場合があり、反対に細かな縞が見えていても目的とする寸法確認への影響が小さい場合があります。
問題区間が限定できたら、再計測が必要かを判断します。局所的に取り直す場合でも、問題箇所だけを極端に短く取得するのではなく、前後の固定構造を含めて十分に観測し、既存データとの関係を確認しやすくします。
再計測時には何を変更したかを記録しておくと、改善効果を判断しやすくなります。速度を変えたのか、保持方法を見直したのか、経路を変更したのか、既計測区間を再観測したのか、動体の少ない条件を選んだのかを残しておけば、点群の違いと計測条件を対応付けられます。
縞模様をなくすことだけを目的にしないことが重要
SLAM計測の点群を扱うとき、見た目のきれいさだけを追求しすぎることには注意が必要です。
点群処理では、外れ値除去、間引き、平滑化などによって見た目を整えられる場合があります。細かなばらつきをならせば縞模様が目立たなくなることもあります。しかし、処理後の点群が滑らかになったからといって、元の計測時に生じていた位置推定の問題まで解消されたとは限りません。
特に出来形確認や既設構造物の形状把握では、小さな凹凸そのものが必要な情報である場合があります。床の不陸、コンクリート表面の段差、部材の角、設備基礎の立ち上がりなどを強く平滑化すると、実際に存在する形状まで失う可能性があります。
縞模様を見つけた場合は、どう消すかより先に、なぜ出ているかを確認します。表示上の問題であれば点の表示サイズや密度を変更することで見え方が変わる場合があります。計測中の動きが影響しているのであれば、再計測条件の改善が必要になることがあります。軌跡のずれが原因であれば、表面だけを平滑化しても固定物同士の位置関係は改善しません。
点群に必要な品質は用途によって異なります。現場全体の概況を把握する点群と、部材寸法や高さを確認する点群では、要求される品質や確認すべき項目が同じとは限りません。
そのため計測前に、どの範囲を、何のために、どの程度の精度や細かさで取得する必要があるのかを整理しておくことが重要です。目的が明確であれば、縞模様を発見した際にも、その影響を用途に照らして判断しやすくなります。
また、全体を一様に滑らかにすることより、必要部分を正しく取得することを優先します。床面の高さ確認が目的であれば床面の断面と基準との整合性が重要です。配管位置の記録であれば、配管と周辺構造との位置関係が重要になります。
点群品質を確認するときは、見栄え、点密度、局所形状、相対的な位置関係、外部基準に対する位置を分けて考えることが大切です。
現場計測と位置情報を一体で残す
SLAM計測で縞模様や局所的なずれが発生した場合、後から原因を調べるためには現場情報が重要になります。
点群だけを保存していても、その場所で段差を通過したのか、車両が連続して通過していたのか、壁がガラスや光沢面だったのかといった計測時の状況が分からない場合があります。計測者本人が直後には覚えていても、時間が経過したり別の担当者が確認したりすると判断が難しくなります。
そこで、計測時には対象箇所の位置、現場写真、地点名、計測条件などを点群と関連付けて記録しておくと、原因の切り分けがしやすくなります。
たとえば縞が大きくなった地点について、段差を通過した場所や車両が横切った場所を記録しておけば、点群確認時に原因候補を絞りやすくなります。再計測が必要になった場合も、現場のどこへ戻ればよいかを把握しやすくなります。
特に広い施工現場や似た柱・壁が繰り返す施設では、点群画面だけから現地の場所を特定することが難しい場合があります。位置情報、地点名、写真などを組み合わせて管理することが有効です。
こうした現場情報の整理には、位置情報付きの現場記録を残せるLRTK Phoneを活用する方法があります。SLAM計測そのものとの役割を整理しながら、確認地点の座標や現場写真などを記録しておけば、点群確認後に同じ地点へ戻る際の手掛かりとして利用できます。
点群に縞模様を見つけたときも、単に再計測が必要と伝えるのではなく、どの地点のどの範囲を確認するのかを位置情報とともに共有しやすくなります。計測、確認、再計測という一連の作業を効率よく進めるには、三次元データだけでなく、現場での記録も合わせて管理することが重要です。
まとめ
SLAM計測の点群に現れる縞模様には複数の原因があります。センサー固有の走査線や点密度、表示方法によって縞が見えているだけの場合もあれば、計測中の移動や姿勢変化、逐次走査に伴うモーションディストーション、特徴の少ない環境での自己位置推定、往路と復路のずれ、対象物の反射・透過特性、動体や遮蔽物などが影響している場合もあります。
そのため、縞模様を発見しても、すぐに強いノイズ除去や平滑化を行うのではなく、まず断面で実際の形状差を確認することが重要です。次に計測経路との関係、固定物の重なり、往復経路の整合性、対象物の材質、動体や遮蔽の有無などを順番に確認します。
改善のポイントは、計測速度と動作を安定させること、機器の急激な揺れや姿勢変化を減らすこと、特徴の少ない場所では計測経路と再観測区間を工夫すること、往路と復路を固定物で照合すること、透明面や鏡面などの反射特性を理解すること、動体や遮蔽物の影響を減らすことの6点です。
ただし、それぞれの影響度や有効な対策は、使用するセンサー、SLAMアルゴリズム、姿勢補正、ループ閉合などの機能によって異なります。特定の歩き方や後処理だけで、すべてのSLAM計測に共通して縞模様を解消できるわけではありません。
また、点群の見た目が滑らかかどうかだけで品質を判断することは避けます。最終的には、利用目的に必要な形状や位置関係を確認できるか、必要に応じて既知点や既知寸法などと照合したときに問題がないかを評価します。
SLAM計測は、移動しながら広い範囲の三次元情報を取得できる一方、センサー方式、移動方法、計測経路、周囲環境が結果へ影響します。縞模様の発生地点や再確認したい場所を現場位置と結び付けて管理したい場合は、LRTK Phoneで地点の座標や写真などの現場記録を残し、点群確認と現地作業をつなげる運用も検討できます。