2014 Fiscal Year Research-status Report
マルチレーザ光投射に基づく高速小型距離画像センサの構築とその応用
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26330205
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
梅田 和昇 中央大学, 理工学部, 教授 (10266273)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増山 岳人 中央大学, 理工学部, 助教 (20707088)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 距離画像センサ / マルチスリットレーザ / アクティブステレオ / 三次元マッピング / 高速ビジョン / 勾配拘束 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，スリット光などを多数投射するレーザプロジェクタを用いて距離画像を高速に計測する小型距離画像センサを構築し，ロボティクスへの応用を行うことを目的としている．具体的には(a) マルチスリット光を用いたカラーテクスチャを同時取得可能な距離画像センサの構築，(b) 超高速オンライン3 次元マッピング手法の構築，(c) ロボットハンドに搭載可能な超小型距離画像センサの構築を行うという内容である．
(a)に関しては，カラーカメラも付加したセンサのプロトタイプの構築を行い，カラーテクスチャと距離画像の同時取得を実現した．ただし，現状では，カラー画像と距離画像のキャリブレーションが不十分，計測速度が遅いなどの課題が残っている．
(b)に関しては，顕著な成果を挙げることができた．連続する距離画像間の勾配拘束を利用して運動パラメータを直接算出する手法を構築し，我々が以前開発した200Hzで画像取得が可能なマルチスポット光を用いた距離画像センサに実装した．構築した手法は期待以上に高速であり，画像間の運動パラメータの算出を5ms以内に行うことが可能となり，これにより，200Hzという高速でのオンラインの3次元マッピングを実現した．また，市販の一般的な距離画像センサであるKinectにも本手法が適用可能なことを実証した．さらには，同時取得されるカラー画像に関する勾配拘束も導出し，距離画像に関する勾配拘束と合わせて利用することで，距離画像のみでの運動計測が不安的な物体における計測の安定化を実現した．
(c)に関しては，マルチスリット光を用いた，超小型で近距離計測が可能な距離画像センサのプロトタイプを開発した．内視鏡用の超小型カメラを利用することで，センサの小型化を実現すると同時に，基線長を10mmと短くすることで，最短距離60mmの距離画像計測を可能にした．
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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
本研究の3テーマのうち，(b)の超高速オンライン3 次元マッピング手法の構築に関しては，当初の計画以上に進展した．特に，3 次元モデル構築手法の2 桁程度の高速化を目標に掲げたのに対し，数秒を要していた連続する画像の位置合わせを5ms以下に短縮した，すなわち3桁もの高速化を実現できたのは，予想以上の成果である．さらには，当初の計画にはなかったカラー画像に関する勾配拘束の導出とその利用なども実現した．一方，(a)のマルチスリット光を用いた距離画像センサの構築ならびに(c)の超小型距離画像センサの構築に関しては，全体としては，おおむね期待通りの進捗であったと言えるが，(a)に関してはキャリブレーションが不十分，計測速度が遅い，ロボティクス応用への展開を行うに至っていないという課題が残った．また，(c)に関しては，近距離でのスリット光のぼけを生かした計測に関しては，十分な検討が行えていない．
以上を総合的に見て，テーマごとに多少の凹凸はあるが，全体としてはおおむね順調に進展していると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には現状の研究を継続して推進する．順調に進捗している(b)の超高速オンライン3 次元マッピング手法の構築に関しては，カラー画像の勾配拘束の改良などによって，3次元マッピング手法の安定化をはかり，さらにはマルチスリット光を用いた距離画像センサに提案手法を拡張することを行う．マルチスポット光を用いたセンサは，一方に密，もう一方に疎という異方性があるため，現状の勾配拘束を用いたマッピング手法をそのまま適用することは困難であり，手法の改良が必要不可欠である．また，(a)のマルチスリット光を用いた距離画像センサの構築ならびに(c)の超小型距離画像センサの構築に関しては，現状の課題を解決しつつ，センサの基本性能（カラー画像つき距離画像の計測精度，計測速度，計測レンジなど）を向上させていく．さらには，ロボティクスへの応用も進めていくが，ロボティクス応用への展開よりも，まずはセンサならびにセンシング手法の性能向上を重視していくことを考えている．
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| Causes of Carryover |
既存の装置の活用により，当初計画より物品費が抑えられたことが，次年度使用額が生じた主たる理由である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2014年度に成果が順調にあがったこともあり，成果発表ならびに情報収集のための学会発表の旅費・学会参加費が想定よりかかる見込みである．また，マルチスリットレーザプロジェクタ，カメラなどを物品費で購入し，センサの改良を実施する予定である．
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