2018 Fiscal Year Annual Research Report
Novel user interface using transparent screen camera
| Project/Area Number |
18H03256
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
山口 雅浩 東京工業大学, 工学院, 教授 (10220279)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | ホログラム光学素子 / 画像入力 / ユーザインタフェース / ディスプレイ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
最も基本的な構成として、一種類の反射型グレーティングによるホログラム光学素子（HOE）を用い、単一のイメージセンサで撮影する方式を実装した。これによって透明スクリーンの前方にある物体をエッジ部に設置したカメラで撮影できることを確認した。
試作した導波路型ホログラム光学素子に対して入射する被写体からの光について光線追跡を行い、イメージセンサの配置とエッジ部で撮像される像の関係をモデル化した。配置によってはホログラム光学素子内で複数回反射する光が混在するため、鏡像や多重像が発生する。画像再構成アルゴリズムを適用してこれらの影響を取り除く手法を共役勾配法により実装し、計算機シミュレーションによりその原理確認を行った。
上記多重像は大きなHOEを用いて撮像範囲を拡大する場合に発生する。これを確認するため、今年度は小さなHOEを複数並べて配置した系を構築し、より広い範囲を撮像できること、またその際に多重像が発生することを実験的に確認した。
カメラで取得される像には、HOEで回折された対象物からの光の他に、環境光やディスプレイからの光が混入しノイズとなるため、分光的画像処理を用いてこのノイズを除去する方法を考案し、その原理を実証する実験の準備を行った。
さらに、本透明スクリーンカメラとディスプレイを組み合わせることで、正面自画撮影を可能にするシステムの原理検証を開始した。具体的にはHOEで回折してガラス板内を全反射して伝搬した光を、もう一枚のHOEで回折させてスマートフォンに搭載されたカメラで撮影する。スマートフォンの前面に提案した導波路型HOEを配置し、実際にHOEによる回折像を撮影できることを確認し、スマートフォンによる正面自撮りへの応用可能性を示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
最も基本的な構成のホログラム光学素子による実装、多重像の実験的確認、画像再構成のシミュレーションによる検証などの本研究の基本部分を確立することができた。それに加えて、２枚のHOEを用いてスマートフォンを用いて撮影を行う方式により比較的良好な結果が得られることが分かったため、今後の方針が明確になった。また導波路型ではないものの、HOEとしてRGBの3色のレーザで記録した体積型ホログラムを作成し、ブラッグ回折による波長選択性により、透過率の高い透明スクリーンを実現できることを確認した。
さらに、ハイパースペクトルカメラを用いて回折光と非回折光の波長帯域を分離し、分光的画像処理を用いてこのノイズを除去する方法を定式化し、計算機シミュレーションによる基礎検討と実験装置の構築までを行うことができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
反射型ホログラム2枚を用いた構成のメリットが大きいことが判明したため、2枚のホログラムを用いた導波路型ホログラム光学素子を用いた構成で実験を行う。
またハイパースペクトルカメラを用いて回折光と非回折光の波長帯域を分離し、分光的画像処理を用いてこのノイズを除去する方法について、理論及び計算機シミュレーションにより有望な結果が得られたため、本格的なシステム実装を行い実験を実施する。
研究代表者らがこれまでに開発した3Dタッチ検出システムなどに対して本提案の透明スクリーンカメラを適用して薄型化を実現するため、ライトフィールドディスプレイと通常の液晶ディスプレイを組み合わせたシステムの基礎検討を進める。
|
