2012 Fiscal Year Annual Research Report
Recording, Rendering and Presentation of Cognitive Shitsukan Properties
| Project Area | Integrative studies of neural mechanisms and advanced information technologies for perception of material and surface qualities |
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| Project/Area Number |
22135003
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| Research Institution | Hiroshima City University |
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Principal Investigator |
日浦 慎作 広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (40314405)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩井 大輔 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (90504837)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 質感 / HDR / 反射解析 / BTF |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では今年度，能動照明を用いた質感の計測および提示に関して研究を行った．
能動照明を利用した質感の計測については，任意の固定照明条件下で鏡面反射成分を除去し，拡散反射成分のみを含む画像を生成する手法を新たに開発した．対象物体上の各点において鏡面反射成分は観測方位に依存して変化するため，様々な方位からの観測輝度値の最小値を求めることで拡散反射成分を抽出することが出来る．しかし実際には対象物体上の各点の対応関係を求めることが容易でないため，プロジェクタからグレイコードパターンを投影し，それぞれの入力画像をプロジェクタの投影中心から観測した時に得られるであろう「プロジェクタ視点画像」に変換する．この画像は幾何学的な視点がプロジェクタの投影中心にあり，測光学的な視点が実カメラ位置にあるような特殊な画像である．これらの画像から画素ごとに最小値を求めることで，拡散反射成分を求めることが出来る．その他，BTF画像の各画素から求めた統計値に対しグラフカット法を適用することで，テクスチャ合成を行う手法を開発した．
質感の提示については，テクスチャを有する物体上へ映像をプロジェクタ投影する際の投影像の色補正に関する研究を行った．プロジェクタから投影された画素は無限小の点ではなく，対象上のある拡がりをもった領域を照らす．この画素サイズよりも細かな単位での色補正は不可能であるため，投影画素領域内で対象面の反射特性が空間的に均一でない場合，色補正の精度が低下してしまう．そこで高解像度カメラを用いてこの問題を解決した．投影1画素内の投影反射色を高密度に計測し，プロジェクタに入力する画素値と投影表示される反射色との関係を得ることで，表示したい目標画像との差を最小化する投影像を算出する．従来手法と比較して，反射特性の変化が急峻な領域での色補正精度の悪化を最大で27.7%抑えられることを確認した．
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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
この研究課題では当初より，単なる画像の入力に基づく質感の解析でなく，能動照明を用いることでより詳細かつ正確に質感を構成する各光学的要素を分離，解析することを目的としており，その観点で多くの解析手法を順調に開発することができている．これまでに，高空間周波数照明を用いた鏡面反射と拡散反射の分離，パターン照明を用いた表面下散乱・相互反射の抑制，線形化に基づく反射現象の分類などの成果を収めているが，それに加え今年度は，より一般的な照明条件下における鏡面反射の除去にパターン光の投影を用いる方法を提案し，良好に鏡面反射の除去ができることを確認した．
また一方，質感の提示については，プロジェクタの画素の大きさに起因するアーティファクトの抑制を目的に，高解像度カメラを用いた投影光の補正方法を提案した．従来はプロジェクタ投影光と対象のテクスチャとの間に線形な関係を仮定していたが，実際には微細なテクスチャによる視覚的な不自然さが感じられることがあり，これを高解像度カメラによる観測を通して補正できることが確認でき，より高精細で正確なテクスチャを実物体上に投影表示するための基礎が確立されたとかんがえられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として，研究組織の充実を図ることを予定している．具体的には連携研究者として，宮崎大輔（広島市立大学 准教授）および吉元俊輔（大阪大学 助教）を加える．宮崎大輔は特に高度画像計測，具体的にはマルチスペクトル画像および偏光画像を用いた画像の解析の専門家であり，偏光に基づく微細形状の計測，およびマルチスペクトル画像を用いたメタメリズムの生起などの研究を通して物体の見えに関する質感に関する研究を行う．一方で吉元俊輔は電気刺激パターンやダイラタント流体を用いた触覚・力触覚の提示など，触覚提示に関する様々な新方式について研究を行なっており，触質感の提示に関する研究を進めていくことを予定している．これらの研究者が互いに交流することで，より総合的な質感の計測および提示技術の研究が推進される体制を組んでいく予定である．
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