光等位相面切断法による植物の3次元構造解析システムの開発

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17780199
• Research Institution: Tohoku Gakuin University
• Principal Investigator: 熊谷 正朗 東北学院大学, 工学部, 講師 (70323045)
• Keywords: 3次元形状計測 / 3次元計測 / 三角測量 / 画像処理 / 同期検波 / オクルージョン / 高解像度 / ビデオカメラ

Research Abstract

本研究は新開発の3次元ビジョンシステムを用いて、農業用ロボット等に不可欠な、植物の構造解析手段の提案を最終目標とした研究である。初年度である本年度は、計測手法そのものの性能を高めることを最優先とし、改良を重ねた。これにより以下のような成果を得ている。
1:オクルージョンの低減
本手法は光源からの輝度変調光を対象に照射し、カメラで撮影することで、画素単位で三角測量の原理に基づいた距離計測を行う手法である。そのため他の手法と同様にカメラ-光源間を長くとれば分解能が上がる反面、光源からの影の領域=計測不可能な領域が多くなる。本手法は原理的に複数の光源を同時に使用し、多方向から同時照射を行うことが可能であったため、その実証試験を行った。具体的には3方向から合計6種類の光を照射することで、凹凸の多い物体における影領域を大幅に低減した。同時計測のため計測時間が長くなることはなく、演算も軽量であるため処理時間の増大も限定的であった。
2:計測の安定化
上記を実現するためにも、光源の映像との同期精度の向上が必要であった。もちろん計測精度にも直接関わるため、安定化を図った。制御回路および制御手法の改良により、回転ジッタを数分の1に低減し、計測が安定化した。
3:光学系の多様化
光があたり、カメラで見える限り計測可能な手法であるため、装置縮小のために鏡を採用したり、計測領域の小型高分解能化を図るために光源レンズ、カメラのズームレンズを採用するなど、光学系の改良を行った。
4:信号処理基板の開発
今後の研究の基盤となる高速画像信号処理基板の試作を行った。