2022 Fiscal Year Research-status Report
高速可変焦点光学系を用いた高速三次元ビジョンの拡張
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22K17930
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田畑 智志 東京大学, 情報基盤センター, 特任助教 (50855319)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 小型高速三次元スキャナ / 高速三次元ビジョン / 高速ビジョン / 高速可変焦点制御 / マーカー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，高速三次元形状計測の計測距離範囲拡大と高精度・高精細化であり，高速可変焦点光学系を用いたフィードバックシステムを構築することでこれを実現する．そのためには，高速三次元計測システムの計測アルゴリズムの拡張と可変焦点光学系との融合が必要となる．そこで本年度は小型高速三次元スキャナの開発と，可変焦点光学系を用いたフィードバックアルゴリズム及びキャリブレーション用マーカの基礎検討を行った．
まず，計測対象を適切にとらえスキャンを行うには対象を安定してトラッキングする必要がある．そこで，これまでに開発してきた高速形状計測と高速運動計測に加え，新たにリアルタイムのモデル生成とドリフト補正アルゴリズムを導入し，高速にスキャンする手法を提案した．また，提案手法を小型ユニットで実現し，小型高速三次元スキャナとして実現した．10cm角の立方体に収まるサイズのユニットを手に持って操作し，1,000fpsの計測によってリアルタイムに計測対象のスキャンを達成した．
また，可変焦点光学系においては制御によって合焦距離が変化する．そのため，キャリブレーションを安定して行うためには，適切な距離制御やピンボケに対してロバストなマーカを用いることが望ましい．そのため，計測時の距離制御方法と安定性と高精度性を満たすマーカの基礎検討を進めている．
これらの開発及び基礎検討は，いずれも主目的に不可欠な要素技術であり，現段階ではそれぞれの要素を実現してきている．
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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
基盤となる高速三次元計測技術を拡張し，計測対象の高速三次元スキャンを安定して実現できるようになったことに加え，高速可変焦点光学系の制御機構・キャリブレーション用のマーカの基礎検討が進み，高速三次元計測システム及び高速可変焦点光学系の統合に向けた要素技術の開発が進んでいる．また，類似する光学系の関連技術の調査も進行しており，システムのキャリブレーション及び制御に向けた下地が整いつつある．
一部使用予定の機材の調達が遅れている面はあるが，既存のデバイスを用いた基礎検討を進められており，現在までの進捗状況としてはおおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
高速三次元スキャンの一層の安定化を進めるとともに，高速可変焦点光学系に適した制御機構・キャリブレーション方法の検討を継続し手法の実現を進める予定である．スキャンに関しては，トラッキングから外れた際の復帰等において可変焦点制御に大きく影響するため両者に適したアプローチを模索する．また，システム全体のキャリブレーションに関して検討を進め，制御と組み合わせ広い距離範囲で高効率かつ高精度に校正を実現する方法を探る．可変焦点光学系の制御においてもトラッキング中，トラッキング外によって適切なアプローチが変わってくる．そのため，異なる状態に対する対処法の検討を深めていく予定である．
また，調達が遅れている機材についても手配を進め，システムの構築を進める．
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| Causes of Carryover |
物流の遅れから必要物品の調達に多大な時間がかかる状況であったこともあり，研究室の既存のデバイスを使ってある程度の研究遂行が実現可能であったために，一時的に一部の機材の購入を見送った．これにより次年度使用額が生じた．
使用計画としては，現在進めている基礎検討を深め，より用途に見合ったデバイスの購入や試作検討等に充てる予定である．
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