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Adaptive High-speed Space Sensing and Safe Landing Control System for Aerial Robot Using High-speed Image Processing

Research Project

Project/Area Number 20J22318
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

井倉 幹大  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords高速画像処理 / イベントカメラ / スパイキングニューラルネットワーク / 高度道路交通システム / 適応的三次元形状計測 / リアルタイムビジュアルフィードバック
Outline of Research at the Start

本研究では,高速画像処理を用いて飛行ロボットが高速に空間センシングを行い,認識した周囲の障害物を回避する安全な飛行を実現する.加えて,空間センシングを地面に対し行うことで,未知の不整地に対して安全な着陸を実現する.飛行中の周囲の障害物や未知の不整地を計測する際,計測範囲を適応的に変更することで,その時々に応じて必要な領域を重点的に計測する.そして,必要な領域に対して時空間分解能を向上させる.

Outline of Annual Research Achievements

R4年度は,ミュンヘン工科大学(TUM)へ研究留学を行った.この留学の目的は,イベントカメラに関する研究に従事することであった.本申請では,UAVのための空間センシングを目標にしていたが,UAVのように空間を高速に動くロボットにとって,高速にセンシングできることは重要である.また,UAVは空間を自由に移動できることから,移動中に周囲の光環境が大きく変化する可能性がある.これらの問題に対し,イベントカメラは高速かつ環境光変化に頑健なセンサであるため,注目していた.TUMではイベントカメラとスパイキングニューラルネットワークを用いた高度道路交通システムのための車体検出をテーマにした.TUMではProf. Knollの研究室に所属し,その研究室のプロジェクトに参加した.プロジェクトが所有しているシミュレーション環境を用いてイベントカメラからの人工データセットを作成し,スパイキングニューラルネットワークの学習に用いた.またそのシミュレーションは天候も変えることが出来るので,悪天候の場合での学習も行った.評価実験では,イベントカメラを用いることで,従来のネットワークより悪環境にロバストな物体検出を実現できたことを示した.また,スパイキングニューラルネットワークを用いたことで,計算時間とエネルギー効率を向上することが出来た.これらの結果は,UAVが将来的に悪環境中に飛行して障害物を認識する際に,環境光変化に頑健で高効率な物体検出を実現できる指標を示すことが出来た.また,これらの結果を国際会議IEEE Intelligent Vehicles Symposium 2023に投稿し,無事アクセプトされた.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Occulusion-Free Video Superimposing System from Arbitrary Viewpoint Using a High-Speed Blinking LED Markers and Multiple RGB-D Sensors2022

    • Author(s)
      井倉 幹大, 宮下 令央, 山下 淳, 石川 正俊, 淺間 一
    • Journal Title

      Journal of the Japan Society for Precision Engineering

      Volume: 88 Issue: 3 Pages: 282-290

    • DOI

      10.2493/jjspe.88.282

    • ISSN
      0912-0289, 1882-675X
    • Year and Date
      2022-03-05
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stabilization System for UAV Landing on Rough Ground by Adaptive 3D Sensing and High-Speed Landing Gear Adjustment2021

    • Author(s)
      Mikihiro Ikura, Leo Miyashita, and Masatoshi Ishikawa
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 33 Issue: 1 Pages: 108-118

    • DOI

      10.20965/jrm.2021.p0108

    • NAID

      130007988336

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • Year and Date
      2021-02-20
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] AdjustSense: Adaptive 3D Sensing System with Adjustable Spatio-temporal Resolution and Measurement Range Using High-speed Omnidirectional Camera and Direct Drive Motor2021

    • Author(s)
      Mikihiro Ikura, Sarthak Pathak, Jun Younes Louhi Kasahara, Atsushi Yamashita, Hajime Asama
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 21 Issue: 21 Pages: 1-18

    • DOI

      10.3390/s21216975

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Spiking Neural Networks for Robust and Efficient Object Detection in Intelligent Transportation Systems With Roadside Event-Based Cameras2023

    • Author(s)
      Mikihiro Ikura, Florian Walter, Alois Knoll
    • Organizer
      IEEE Intelligent Vehicles Symposium 2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Polynomial-fitting Based Calibration for an Active 3D Sensing System Using Dynamic Light Section Method2021

    • Author(s)
      Mikihiro Ikura, Sarthak Pathak, Atsushi Yamashita, Hajime Asama
    • Organizer
      15th International Conference on Quality Control by Artificial Vision (QCAV2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ダイレクトドライブモータを用いた計測範囲の能動的変更が可能な三次元形状計測システムの提案2020

    • Author(s)
      井倉 幹大, Pathak Sarthak, 山下 淳, 淺間 一
    • Organizer
      第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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