2017 Fiscal Year Annual Research Report
Light field construction using projector for multi purposes
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16H02849
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
川崎 洋 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (80361393)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日浦 慎作 広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (40314405)
古川 亮 広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (50295838)
小野 智司 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (90363605)
辻村 誠一 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (10381154)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | コンピュータビジョン / ライトフィールド / プロジェクタ・カメラシステム / コンピュテーショナル・フォトグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、(Ａ)符号化したアパーチャをプロジェクタのレンズに設置することによるライトフィールド・プロジェクタを構築し、被写界深度の拡大を実現する。さらに、これを実システムで使用するため、(Ｂ)ライトフィールド・プロジェクタのキャリブレーション手法を開発する。加えて、複数台のプロジェクタを用いて、（Ｃ）合成ライトフィールドを生成することで遮蔽物の多いシーンにおける密な３次元復元を実現するシステム、および、（Ｄ）空間中の任意の平面に任意のパターンを描画するシステムを開発する。平成29年度はこのうち、(Ａ)のパターンによる実機の作成および、（Ｂ）の複数台のプロジェクタによる合成ライトフィールドの構築、（Ｄ）の最適パターン設計を行った。具体的には、１）シミュレーションにより求めた最適パターンセットを用いて、回折光学素子を用いたグリッドパターン投影機を実際に構築し、評価を行った。また、２）複数プロジェクタを用いたライトフィールド・プロジェクタを開発し、広範囲を高精度に計測する手法を提案した。さらに、３）人間の視覚特性を利用した最適をパターン設計し、2台のプロジェクタで3平面でも視認可能な3次元ディプレイを開発した。これらの成果を、査読付き会議・論文誌への投稿、および研究発表を行った。
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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
本年度は、大きく3つのテーマで研究開発を行った。
１）実機によるパターンの設計・テスト：シミュレーションで求めた最適なパターンセットを、回折光学素子を用いてグリッドパターン投影機を実際に構築し、評価を行った。シミュレーションの結果、単純なグリッドではなく、ドットなどの高周波を組み合わせた方が安定化することが分かったことから、そのようなパターンを生成し、実際に評価したところ従来手法よりも高密度な結果が得られた。これら、成果を国際会議に投稿し採択されたことから次年度に発表予定である。
２）複数プロジェクタを用いたライトフィールド・プロジェクタの開発：複数プロジェクタを投影することで、広範囲を投影可能な仮想の全方位プロジェクタを作成した。また、これを３次元復元に利用するためのアルゴリズムを設計した。具体的には、マッチングを解析的に行うことが困難であるため、データベースを作成し、学習ベースで復元する手法を提案した。成果は、著名な国際会議に採択され発表した他、現在国際ジャーナルに論文投稿中である。
３）人間の視覚特性を利用した最適パターン設計：複数パターンを同じ場所に投影する場合、光は足し合わされるのみで、減じることができないため、ダイナミックレンジが低下してしまい、人にとっては見にくいパターンとなるため、人間の視覚特性を利用して、人の目に認知されやすいパターンを設計した。具体的には、ドットの集合がラインに見える特性を利用して、分離されるとランダムになるようにすることで目的を達成することに成功した。成果は、国内研究会、シンポジウムにて発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、前年度に引き続き、ライトフィールド・プロジェクタの開発・実験を行うと同時に、結果をフィードバックしながら課題の改良を行う。さらに並行して、実データ実験や研究成果の発表を行う。具体的な目標は以下の通りである。
○複数台による計測範囲の拡大：プロジェクタを複数台用意することで、より複雑なライトフィールドを構築し、広い範囲で効率よく３次元計測を実現する手法を開発する。それぞれのプロジェクタを、個別にキャリブレーション行うのではなく、同時最適化することで、精度の向上及び、最適なパターン設計を目指す。
○ライン・ドット方式（DOEプロジェクタ）による計測システムの開発：前年度に開発した、DOEによるライン・ドット方式のプロジェクタは、複数のドットを用いてユニークなパターンを投影する方式のため、利用可能なパターンの数に限界があり、細かい障害物がある場合に精度を維持することに限界がある。そこで、特にパターンの検出およびデコードに近年目覚ましい進歩を遂げているディープラーニングを利用することで、障害物に強い復元アルゴリズムを開発する。
○複数スクリーンへの投影システム：任意デプスへの任意パターンの投影ができれば、３次元ディスプレイへの拡張が可能となる。そこで、実際に複数スクリーンを用意し、それらに異なる像を投影することで、簡易３次元ディスプレイを実現する。
○水中での実データ計測：上記３次元計測システムは、泡や浮遊物などの障害物が多く、さらに屈折により中心投影ではない水中計測に好適である。そこで、水中での実データ実験を行う。
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