2016 Fiscal Year Research-status Report
複眼視覚航法を用いたロバスト自律航法システムの開発
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15K14254
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
外本 伸治 九州大学, 工学研究院, 教授 (80199463)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂東 麻衣 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40512041)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 運動推定 / 高度推定 / 自律飛行 / 複眼システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は，主に二つのポイントについて研究を進めた．一つは，オプティックフローボードを用いて運動推定精度を向上させるための実験的検討であり，もう一つはオプティックフローから速度・角速度以外の運動変数を推定するための理論的検討である．
実験的検討では，前年度より使用しているZMP製のOpticalFlow-Zによる運動推定とカメラを用いたモーションキャプチャから得られる推定量を比較し，推定精度や誤差の原因について調べた．まずは，前年度作成した推定処理アルゴリズムにカメラ位置に対する変換部分に不適切な箇所を発見し，それを改良した．その結果，カメラの取り付け位置により精度が低下することはなくなった．また，OpticalFlow-Zのカメラフォーカスの影響も調べた．一方で，OpticalFlow-Zのプログラムは本来よりも高精度にフローが得られるようにプログラムの改良を委託したものであるが，実験を繰り返す中で，いくつかの領域ごとに偏ったフローが得られていることが分かった．そのような領域ごとに偏ったフローを用いると，領域の大きさに応じて，運動推定精度が順次低下すること計算機シミュレーションにより確認した．
一方，オプティックフローに対する標準的な手法を用いると飛行体の速度と角速度だけが推定できる．しかし，飛行体の運動とオプティックフローの関係は非線形な推定式であり，その中には位置や角度の情報も含まれている．そこで，オプティックフローの関係式における姿勢角に関連する部分をまとめることで，姿勢角が推定できる条件を調べた．また，複数のカメラから得られるオプティックフローを比較・統合することで，飛行高度を推定する手法について理論的に研究した．これらの研究成果は，一編の査読付きの国際ジャーナル（印刷中）と，二つの国際会議において発表した．
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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
「３．研究実績の概要」で述べたように，実験で用いてきた改良版のセンサOpticalFlow-Zは，オプティックフローを必ずしも精度よく検出できていないが，ZMP社がこのボードの開発を終了したため，今後プログラムを改善することは難しい．そこで，別のオプティックフローセンサとして，3DR社製のPX4Flowを用いて実験的研究を進めることとした．ただし，このボードの本来の解像度は改良版OpticalFlow-Zよりもかなり低いため，解像度を向上させるためのプログラムを開発することとなった．現時点において，まだ少しバグが残っているものの，本来のPX4Flowの解像度を2倍にするプログラムがほぼできており，これを用いて実験的検証ができるレベルになっている．
一方で，オプティックフローの広域統合法を利用した推定理論については，いくつかの新しい手法について研究中である．まず，飛行体の高度の推定については，H28年度に開発した手法とは別の手法でも推定できそうなことが分かり，現在，計算機シミュレーションを用いて検証中である．さらに，オプティックフローを用いた障害物検知や回避および環境認識についての検討も始めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
「現在までの進捗状況」に記述したように，実験と理論の両面において，いくつかのテーマを実施する予定であり，研究期間の残り1年を用いて，それぞれのテーマ・課題について研究する．
実験機を用いた実用的なシステムの開発という目標に対しては，OpticalFlow-Zの出力が偏っているために定量的な検討が難しかったいくつかのパラメータ（取り付けの枚数・位置・方向など）の影響を，新しいセンサボードPX4Flowを用いて実施する．また，加速度センサやジャイロセンサなどの慣性航法センサとの組合せについても調べる．
理論的な研究としては，オプティックフローを用いた障害物検知や回避，また環境認識の手法について検討する．その上で時間的に可能であれば，それらの手法をPX4Flowボードで実行し，その有用性を実験的に示す．
なお，H29年度が研究の最終年度であるため，これまでの成果をまとめ学会やジャーナルに発表すると共に，成果報告書を作成する．
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| Causes of Carryover |
「現在までの進捗状況」に記述したように，新しいセンサボードPX4Flowの開発を進めている．その検証のためには，他のセンサ（モーションキャプチャ）との比較を通して実験的に精度を調べる必要がある．そこで，検証実験を行うための費用として，H28年度の経費の一部を繰り越すことにした．また，これまでの研究成果を学会やジャーナルに公表するための費用として，経費の繰越が必要であった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新しいセンサボードPX4Flow の検証のために，実験が必要となるので，そのための経費（謝金・消耗品費等を含む）として使用する．また，実証実験や理論解析などを通して研究成果が得られると期待できるので，その研究成果を学会やジャーナルに発表するための費用として，繰り越した経費をH29年度予算に合算して使用する．
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Research Products
(3 results)
