2021 Fiscal Year Research-status Report

LiDAR based Sensing System Focused on Privacy Preserving and Occlusions

Research Project

Project/Area Number	21K20413
Research Institution	Keio University
Principal Investigator	吉岡健太郎慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20910566)
Project Period (FY)	2021-08-30 – 2023-03-31
Keywords	LiDAR / 3Dセンシング / 見守りセンシング / プライバシー
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では3Dセンシング技術を使い、人体をプライバシー保全しつつ見落としなく見守るセンシングシステム構築を目指している。特にLight Detection and Ranging(LiDAR)センサはレーザ照射により直接物体までの距離を測定するため信頼性が高く、自動運転への大規模活用を背景に近年大きくコストと性能を改善している。本研究では将来3Dセンサの中核を占めるであろう高画質LiDARを用いて病気の兆候、転倒といったQuality of Life(QOL)向上に欠かせない健康異常を自動で検知可能なシステム基盤開発を実施する。令和3年度は複数LiDARセンサを用いた3Dセンシング基盤構築に関する研究を行った。LiDARセンサと一声で括っても各社センサで実は測距原理が異なることは広く知られていない。そのためメーカ間でセンサのデータ特性・誤差特性・ノイズ耐性は著しく異なる。これらの特性差を吸収するシステム構築を最終的に我々は目指しており、今期は複数種の撮像原理（MEMSスキャン、ラスタースキャン、機械スキャン等）が異なるLiDARの動作原理解析およびセンシング誤差の評価・解析を実施した。我々は本研究を通じ得られた測定結果をチュートリアル、レビュー論文としてまとめ、その成果はIEICE英文論文誌に受理された。LiDAR測距原理差に着目し調査した研究は従来なく、誤差特性差などはよく知られていなかったため、こういった成果の公開は3D LiDARセンサのより一般的な活用への一助になると考えている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究課題では3Dセンシング技術、特にLiDARセンサを使い、人体をプライバシー保全しつつ見落としなく見守るセンシングシステム構築を目指しており、具体的にはLiDARを用いた3Dセンシングによって病気の兆候、転倒といったQuality of Life(QOL)向上に欠かせない健康異常を検知可能なシステム基盤の開発を実施している。当該年度は複数LiDARセンサを用いた3Dセンシング基盤構築に関する研究を行い、各種LiDARセンサが持つデータ特性・誤差特性・ノイズ耐性について網羅的に測定を実施した。加えてこれらの特性差をLiDAR測距動作に着目し評価・解析した。LiDAR測距原理差から生じる測定性能差について論じた研究は従来なく、我々の研究結果は有用な成果として論文誌に受理された。以上より，現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると評価することができると考えられる．
Strategy for Future Research Activity	今後の研究では令和3年度に構築したセンシングフレームワークを利用して，LiDARの人体センシング実験を実施していく．具体的には令和3年度の研究がセンサ特性の評価および静止画データの解析であったのに対し，令和4年度は連続フレーム（動画）における人体の関節情報や動作のデータセット構築および解析を行う．そのための方策として，大容量点群データと画像データを効率良く扱えるフレームワークの確立が必要となり例として圧縮率の高いフォーマットへ点群変換などの必要性が生じる。加えて大規模な人体データを解析するために姿勢推定フレームワークを構築し、高精度な関節推定や動作解析を可能とさせることで、最終目標である健康異常見守りシステム樹立に推進する．以上のような実験を実施するため，追加で3Dセンサを購入しGPU計算機も購入することで研究の加速を目指す．
Causes of Carryover	センサ購入費として確保していた予算が半導体不足に伴う納期延期により年度内に支出することができなかったため次年度使用額が生じた．次年度にセンサ購入費として使用予定である．