2021 Fiscal Year Annual Research Report
Spatio-temporal modulation imaging toward measurements of shape and physical properties
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20H04215
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
高谷 剛志 筑波大学, システム情報系, 助教 (90809758)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青砥 隆仁 筑波大学, システム情報系, 助教 (00785462)
鄭 銀強 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (30756896)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | コンピュテーショナルフォトグラフィ / コンピュータビジョン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の主課題は，照明光を時空間的に変調する新しい枠組みである「時空間変調イメージング」の基盤確立である．これを実現するため，プロトタイプシステムの構築，キャリブレーション手法の開発，観測モデルの構築，形状・物性計測手法の開発という4つの項目に分けて研究を進めている．本年度は，空間位相変調器と半導体レーザを用いた時空間変調光源モジュールに加えて，間接Time-of-Flight方式用画像センサを時間同期したプロトタイプシステムを開発した．従来の2軸ガルバノミラーを用いたシステムと比較し，スキャニング不要での面計測が可能となり，計測時間が大幅に削減される．また，開発したプロトタイプを用いた半透明物体の計測に基づき，時空間的位相差と半透明性との関係性が変調周波数に依存することを確認した．時空間変調の発展として昨年度に提案した二波長吸収差分イメージング法についてより深い解析を行った．輝度変化を検出でき，高ダイナミックレンジで高時間分解能という特長を持つイベントカメラと，二波長光源の時間変調と組み合わせることで二波長吸収差分量を直接的に面計測できる．二波長吸収差分量から水中物体の形状計測や混合溶液の濃度計測が可能であることを示した．また，イベントカメラのスペックに応じて，適切な変調周波数が異なることを示した．全体的な成果として，変調周波数を下げることで計測精度が向上する傾向があるが，計測に要する時間が長くなるため，トレードオフの関係があり，応用先に応じて適切な周波数を見つけることが重要であることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は，作製したプロトタイプを用いた実験に基づく観測モデルの構築，形状・光学特性計測手法の開発を目標としていた．目標に対して，空間位相変調器と半導体レーザを用いた時空間変調光源モジュールの開発，変調周波数に依存する観測モデルの構築，半透明物体の形状計測を行った．しかしながら，観測モデルの構築は未完であり，任意の半透明物体の特性をモデル化できておらず，一部の半透明物体の形状が正しく推定できていない．昨年度に引続き，パンデミックの影響で人材確保が困難である点に加えて，今年度は研究者の所属変更が重なり，実験系の構築に遅れが発生した．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，より複雑な半透明性を持つ材質を計測することでデータを増強し，構築した観測モデルを大幅に改善する計画である．一方で，今年度に引き続き，光の波動的挙動を説明する物理理論式を近似することで形状と光学特性を要因とする新しい定式化も目指す．また，形状と光学特性のみでなく，物体の内部構造を計測するための時空間変調方式についても研究を進める．
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