2014 Fiscal Year Research-status Report
多重鏡映像による仮想多視点カメラ環境を用いた高精度全周囲３次元形状推定
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25540068
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
延原 章平 京都大学, 情報学研究科, 講師 (00423020)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | コンピュータビジョン / 多視点幾何 / 鏡映変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般に鏡の位置・姿勢をカメラによる観測画像から推定するには，形状が既知の較正用物体を計測対象の代わりに配置して撮影し，較正用物体上の３次元点とその２次元画像上での投影位置の関係から得られる拘束式を解くことで行われる．そのため本研究のようにシーン中に複数枚の鏡が存在して，較正用物体の鏡映像が複数得られたとしても，各鏡について独立に位置・姿勢推定が行われてしまう．つまり「鏡に写された較正用物体はもともと同一のものである」という制約を使用していないことになり，逆にこのように各鏡について独立に位置・姿勢を推定してしまうと，３次元形状計測の際に対象表面上の同じ場所を異なる鏡を介して推定すると，計測結果が一致することが明示的に保証されないことになってしまう．本研究では複数枚の鏡に写された較正用物体の鏡像が，もともとは同一の物体であったことそのものを拘束式として使用し，全ての鏡の位置・姿勢を同時に推定する線形解法の構築を行うことでこの問題を解決する．これは数学的には，ある既知の点群を異なる鏡映変換（ハウスホルダー変換）によって写像し，さらにそれぞれを透視投影変換した像が与えられたときに，鏡映変換と透視投影変換のパラメータを推定することに相当する．
平成26年度は昨年度に実現した両面キャリブレーションパターンによる方法を多数枚の鏡へと展開するために，対称性のもっとも高い校正用物体として球体を用いた手法を考案し，鏡の位置姿勢推定アルゴリズムの改善を行った．
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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
本研究の目的は，多視点画像を用いた撮影対象の３次元形状復元を，単一のカメラと複数枚の鏡を用いて行う新たな高精度アルゴリズムを構築することである．これは被写体を万華鏡のような合わせ鏡の環境中で撮影することによって，１つのカメラの画像中に無数の多重鏡映像を生成させ，それらが撮影対象を相異なる仮想視点から撮影した状態と等価であること，つまり仮想多視点カメラ環境であることを利用して全周囲の形状復元を行うものである．これにより多視点環境を用意することが難しい微細な撮影対象の３次元計測が可能となり，例えば受精卵が細胞分裂する様子を全周囲から３次元的に形状計測することが可能となるなど，これまでコンピュータビジョン分野が扱ってこなかった生命・医療分野など新たな応用へとつながることが期待できる．
このような研究目標に対して，平成26年度は年度当初の研究計画の通りに直接像と１回反射像だけでなく，複数回の反射により構成される多数枚の仮想的な鏡の位置・姿勢を同時に推定するために，対称性の高い球体を用いた手法を考案し，これに基づいたアルゴリズムの設計を行うことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までの研究では，鏡の枚数と配置は既に与えられたものとして，その中でいかに３次元計測精度を向上させるかという点について検討を行った．
平成27年度は前年度までに構築したアルゴリズムの性能評価を進めるとともに，最適な鏡の枚数と配置の検討を行い，さらなる３次元計測精度の向上を図る．すなわち対象の全周囲を計測しなくてはならないという制約の下で，撮影画像中のより多くの画素を有効活用するとともに，実効撮影解像度を高くするという最適化問題を解くことを目指す．
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| Causes of Carryover |
当初計画では研究環境の整備のために高性能カメラを購入する予定であったが，製造業者よりH27年度に次世代品が提供可能となること，また所属研究組織にて当面の基礎的検討に耐える研究環境を用意できたことから，今年度の執行を見送った．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初計画で掲げた高性能カメラの購入に充てる予定である．
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