2019 Fiscal Year Research-status Report
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19K22879
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
嵯峨 智 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (10451535)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱放射 / ハプティックインタフェース / レーザスキャン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，レーザ光源とガルバノミラーによる熱放射技術を利用し，空間中で仮想物体の触質感をユーザに提示しつつ，仮想物体の操作を可能にする錯触覚提示システムを実現することである．触覚を介した変形を伴う対象とのインタラクションは，粘土細工を筆頭に，無から有を作り出すことができる人間の最も根源的な創造の形とも言える．多自由度かつ拘束なし，高速な応答性をもつ仮想物体との高品質な質感インタラクションシステムを実現することで，情報化された仮想物体への直感的，質的インタラクションを容易なものとし，人の創造性を促進するデバイスのための触覚提示手法の確立を目指す．
我々が提案する熱放射を利用した触覚ディスプレイは，これまでにない概念をもっている．ひとつ目は，温覚と痛覚が遷移する温度(45℃周辺)を利用することで，熱を利用しながら触覚のような強い感覚情報を生起させる点であり，ふたつ目は，熱を電磁波である熱放射を利用して与え，高速かつ高精度な制御を可能にしている点である．この二つの特徴を最大限に利用することで，これまでのディスプレイでは実現できなかった多自由度かつ拘束なし，高速な応答性をもつ空間知覚を実現し，さらに，錯触覚で問題となる視覚情報と齟齬を生じない，視触覚情報を同一空間で扱えるディスプレイとなる．そして，人の創造性を促進するデバイスとして視覚障害者を含む多くの人が容易に利用できる触覚技術となる．
これまでに熱放射をレーザスキャナで投影するシステムを実装し，熱画像と光学画像を組み合わせた掌の空間位置取得手法を提案し実装をしている．これにより掌位置を取得することで安定したレーザスキャンの投影を実現した．
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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
我々はこれまでに熱放射をレーザスキャナで投影するシステムを実装した．熱放射のため 980 nm の波長を持つ最大出力 15 W の赤外レーザ光源を利用する．レーザ光源の出力は電圧制御が可能である．また，ガルバノミラーについても電圧制御によりパンチルト角を決定できる．そこで我々は Arduino Uno と MCP4922 を併用した DA 変換によるコントローラを構成した．すなわち，投光量，スキャンの大きさ，投光の中心位置はArduinoおよびPCから制御可能である．
また，熱画像と光学画像を組み合わせた掌の空間位置取得手法を提案し実装をしている．深度画像のトラッキングでは一部，掌位置をロストしている部分があることがわかった．このときの掌位置抽出に用いた深度画像およびRGB画像から，掌のレーザ照射部分の深度情報が抜けていることがわかった．
これはレーザ光源が掌に照射され拡散された光が深度カメラに入射し，強い光によりアクティブセンシング用の赤外光が打ち消されたため深度そのものの計測に失敗していると考えられる．さらにいうと，深度画像については，掌の温度上昇とともに，トラッキングに用いる掌形状の欠損が拡大するが，可視光カメラでは欠損はレーザ照射点に限定されていることがわかった．そのため，RGB画像を用いた掌位置トラッキングと，深度情報を用いた掌深度トラッキングをあわせた手法が最も安定して取得できる手段であると確認できた．
これにより掌位置を取得することで安定したレーザスキャンの投影システムを実現した．
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| Strategy for Future Research Activity |
我々は，空間中での触覚情報提示手法として，熱放射を利用する手法を提案した．これまでのハロゲンランプにかわり，レーザ光源を用いたシステムを構築し，簡単な照射テストにより，システムの実効性を検証した．また，金スパッタによる反射率の向上を実現した．
また，掌の位置検出のため，アクティブ光源を用いた計測システムの計測可能性を議論し，実際に計測結果をハロゲンランプ光源下とレーザ光源下の2つの環境で比較を行った結果から，レーザ光源下ではアクティブ光源を用いた計測システムによる掌の三次元位置計測が可能であることがわかったため，アクティブ光源を用いた計測システムを導入したシステムを構築した．さらに，掌のセンシング手法について議論し，光学計測の二種法を比較し，可視光計測が優れていることを確認した．
今後は本装置による主観的な触感試験を実施し，適切な刺激手法について検討をすすめる予定である．
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| Causes of Carryover |
COVID-19による国際会議の中止や延期により，所用金額に差異が生じた．しかしこちらの予算については深層学習用の実験用計算機への資金として利用する．これにより研究をより進展させることができる．
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