空中像を用いた広視域ライトフィールドカメラとリアルな３次元映像技術の開拓
| Project/Area Number |
23K24875
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| Project/Area Number (Other) |
22H03619 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 61010:Perceptual information processing-related
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
河北 真宏 大阪工業大学, 情報科学部, 教授 (40599734)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 裕紹 宇都宮大学, 工学部, 教授 (00284315)
藤井 俊彰 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30273262)
河合 紀彦 大阪工業大学, 情報科学部, 准教授 (30610670)
村木 祐太 大阪工業大学, 情報科学部, 講師 (60710077)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
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| Keywords | 3次元映像 / ライトフィールド / 空中像 / 3次元ディスプレイ / 3Dモデル / ３次元映像 / ３次元ディスプレイ / ３Dモデル |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、撮影対象の3次元物体から発せられる光線情報を広い角度範囲で取得できる簡易なライトフィールドカメラを開発する。3次元物体を光学プレートで空中像として結像し、レンズアレイを介して単一カメラで撮影する手法を提案する。本方式により、従来技術の30倍以上の角度（30度以上の視域角度）範囲で光線情報を取得することを目標とする。また、得られた光線情報をもとに、3次元映像のリアルタイム撮影・表示や3次元映像表示の広視域化、リアルな3Dモデルの生成とAR/VR映像への応用など、高度な3次元映像技術を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の学術的「問い」は、ライトフィールド(LF)技術の進化により、光線情報が持つ3次元情報を効果的に活用して、新しい映像研究の流れを創造することである。本研究では、3次元物体を空中像として結像してレンズアレイを介して撮影することで、単一カメラによる撮影でも30度以上の角度範囲で光線情報を得ることができるLFカメラを開発する。また、その光線情報をもとに、3次元映像のリアルタイム撮影・表示や広視域表示、リアルな3Dモデル生成とAR/VR映像への応用など、高度な映像技術の実現を目指す。
研究項目(A)「広視域ライトフィールドカメラの開発」では、提案する撮像方式の原理検証を実施した。実験では、被写体の空中像を再帰性反射光学素子により形成し、その像結像位置にレンズアレイを設置してカメラで要素映像を撮影した。実験により撮影可能な3次元映像の解像度特性や光線の取得角度を求め、想定通りに光線取得できることを実証した。また、空中像のゴースト光が光線取得の妨害となる課題については、再帰性反射光学素子への入射光線角度を光学フィルムで制限することで改善した。また、実験結果をもとに、30度以上の広角度の光線を取得できる専用の新規レンズアレイを設計して、年度内に試作を完了させた。
研究項目（B）「3次元映像表示の高機能化」（B-1）「リアルタイム表示」については、撮像系とインテグラル3D表示系を試作して撮影・表示実験を実施した。その結果、インテグラル3D映像のリアルタイム撮影と表示に成功した。（B-2）「広視域化」については、実験で得られた要素映像を、積層型ディスプレイ用映像への変換方法の開発を進めた。
研究項目（C）「3次元モデリングとAR/VRへの応用」では、実験で得られた映像データをもとに、必要となる映像処理技術を検討し、微小レンズに対応する要素映像の抽出や幾何補正技術などの開発を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究項目(A)「広視域ライトフィールドカメラの開発」では、当初の予定通りに原理検証実験を行い、提案方式の基本特性測定と課題の抽出、基本原理の実証ができた。この成果を踏まえ、目標とする光線角度30度を実現するためのレンズアレイの設計と試作を完了できた。研究項目（B）「3次元映像表示の高機能化」（B-1）「リアルタイム表示」に関しては、当初の研究計画よりも早期にインテグラル３D映像のリアルタイム撮影と表示を実験で示すことに成功した。研究項目（B-2）「広視域化」と（C）「3次元モデリングとAR/VRへの応用」に関しても映像処理技術の検討を進めるとともに、当初の予定通りに新規レンズアレイの設計・試作が2022年度に完了したことで、次年度から基礎実験を実施できる環境が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度に提案方式に最適化した専用の新規レンズアレイの試作が完了できたため、2023年度に実験により目標とする角度範囲30度の光線情報撮影を実験で達成する。また、空中像の形成光学系の最適化も進め、撮影性能の向上に取り組む。リアルタイムの3D撮影・表示技術に関しては、新規レンズアレイや高精細映像の適用により映像品質を向上するとともに、具体的な応用を想定した実験も進めていく。また、新規レンズアレイを用いて、積層型の3次元映像の広視域化や3次元形状計測、AR/VR映像生成などの高度な3次元映像技術に関する基礎実験に取り組んでいく。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
