時間相関イメージセンサに基づく新世代パターン計測技術の基礎的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450158
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 安藤 繁 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (70134468)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小野 順貴 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助手 (80334259) ; 来海 暁 大阪電気通信大学, 総合情報学部, 講師 (30312987)
• Keywords: CMOSビジョンチップ / 知能化センサ / 相関計測 / 画像センシング / 能動センシング / 固視微動 / 三次元計測 / パターン計測

Research Abstract

本研究の目的は、能動的な画像センシングに適した新しい原理のイメージセンサである時間相関イメージセンサを開発し、それに基づいて従来にない新しいパターン計測技術を展開してゆくことにある。時間相関イメージセンサとは、入射光強度と全画素共通に与える外部電気信号との時間相関を出力するイメージセンサであり、従来の汎用イメージセンサでは不可能だった、光パターン入力の高周波時間軸情報を利用した画像センシングを可能にするものである。本研究で取り組むべき主な課題は、1)時間相関イメージセンサのための能動計測理論の構築、2)汎用CMOSプロセスで容易に集積化可能な設計法の確立、3)256×256画素を目標とした半導体チップの試作と検証、4)画像処理・画像認識・画像計測のための応用システムの構築、であり、前年度までに1)64×64画素の試作、2)振動パターン計測法の提案、3)三次元計測法の提案、4)時間相関型光位置検出素子(PSD)の提案と試作、5)16×16ディジタル画素の提案と試作、6)固視微動型センサに基づく画像の局所対称特徴抽出法の提案、を行ってきた。これを承けた本年度の成果は以下の通りである。
1.スペクトルマッチングイメージャの実現
波長可変単色光源を用いることにより波長軸を時間軸に変換し、これを時間相関型イメージセンサで検出することにより、特定の分光特性のみを選択的に抽出するスペクトルマッチングイメージャを実現した。
2.時間位相符号化方式実時間レンジファインダへの応用
時間変調された照明による空間情報の位相符号化と、時間相関型イメージセンサによるその復号化に基づく実時間レンジファインダへの応用を提案し、試作システムを構成してこれを検証した。また、空間情報を高周波数の変調信号に符号化するために、回転モアレを用いる新たな方法を提案した。
3.三相時間相関イメージセンサの提案と試作
外部参照信号として互いに120度ずつ位相がずれた正弦波を供給し、これらとの相関を一度に生成する三相相関方式時間相関型イメージセンサを提案し、デバイスの試作を行ない動作を確認した。本方式は、入力光信号の振幅・位相を1フレームで復調できる特色を有する。

Research Products

• [Publications] 来海 暁, 安藤 繁: "ノンパラメトリックカルマンフィルタを用いた両眼視による多層立体再構成"電子情報通信学会論文誌 D-II. J84-D-II・7. 1328-1338 (2001)
• [Publications] A.Kimachi, T.Kurihara, M.Takamoto, S.Ando: "A Novel Range Finding System Using Correlation Image Sensor"Trans. IEEJ. 121-E・7. 367-375 (2001)
• [Publications] A.Kimachi, T.Imaizumi, A.Kato, S.Ando: "Spectral Matching Imager Using Correlation Image Sensor"Tech. Digest 18th Sensor Symp, Kawasaki, Japan. 117-122 (2001)
• [Publications] S.Ando, H.Hontani: "Tag Sensor and Network Vision Systems"Tech. Digest 18th Sensor Symp, Kawasaki, Japan. 127-130 (2001)
• [Publications] S.Ando, H.Hontani: "Automatic Visual Searching and Reading of Barcodes in 3-D Scene"Proc. IEEE Int. Vehicle Electronics Conf, Tottori, Japan. 49-54 (2001)
• [Publications] M.Boukraa, S.Ando: "3-D Consistent Gradient Operators and their Application to Optical Flow Determination"第7回画像センシングシンポジウム,横浜. 121-126 (2001)
• [Publications] A.Kimachi, T.Imaizumi, A.Kato, S.Ando: "Spectral Matching Imager Using Correlation Image Sensor"第18回センシングフォーラム資料,札幌. 193-198 (2001)
• [Publications] 五嶋, 山本, 鈴木, 小野, 安藤: "空間位相変調光源を用いた実時間レンジファインダ"電気学会E部門総合研究会,東京. MSS-01-18. 5-10 (2001)
• [Publications] M.Boukraa, S.Ando: "Tag-Based Vision : Assisting 3D Scene Analysis with Radio-Frequency Tags"第58回パターン計測部会研究会,札幌. 21-27 (2002)
• [Publications] 小野, 五嶋, 安藤: "回転運動を並進運動に変換するモアレ縞"平成14年電気学会全国大会,新宿. (2002)
• [Publications] 五嶋, 山本, 鈴木, 小野, 安藤: "空間位相変調光源を用いた実時間シングルフレームレンジファインダ"平成14年電気学会全国大会,新宿. (2002)