2015 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，昨年度までに構築したセンサのプロトタイプのソフトウェアの改善などにより，問題であったカラーテクスチャと距離画像との位置ずれの解消，計測精度ならびに計測速度の向上を実現した．
(b)に関しては，昨年度までに構築した高速オンライン3次元マッピング手法の改善，特にカラー画像の利用法の改善を行った．具体的には，カラー画像に関しては，距離画像と異なり，昨年度提案した勾配拘束を用いるのではなく，連続する画像での特徴点の対応を求め，その特徴点の3次元座標を距離画像の補間から得て，3次元運動を求めるという手法を導入した．これにより，処理速度はやや犠牲になる一方，マッピング精度の大幅な向上を実現した．
(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複数台開発すると共に，スリット光像のぼけを用いて距離を算出する手法を提案した．ぼけたスリット像にガウス曲線を当てはめ，その分散の大きさから，距離を取得するという手法である．これにより，対象物の色や反射率によらず距離の算出が可能であることを確認した．近距離ではスリット光像のぼけを用いた手法，中距離では従来の視差を用いた手法を実装し，両手法を組み合わせることで，広い計測範囲での距離画像の計測が実現可能であることを示した．
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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テーマのいずれも，一定の進捗を得ることが出来た．
(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をほぼ解消することができ，単体のセンサのプロトタイプとしてほぼ完成することができた．
(b)に関しては，マルチスポット光を用いたセンサのマッピング手法に関して十二分な進捗を実現している．昨年度顕著な成果を上げることができたマッピング手法を改良し，マッピング精度の向上ができたことは，地道ではあるが重要な進捗であると考えている．一方で，当初の計画にあったマルチスリット光を用いたセンサに対してのマッピング手法の構築は，(a)のセンサの性能向上が遅れたこともあって，十分な進捗を得るには至っていない．
(c)に関しては，センサ・センシング手法の構築という点で，十二分な進捗を実現している．特に，スリット光像のぼけを用いた近距離計測手法の構築を実現できたことが，本研究の2015年度の最も重要な成果であると考えている．ただし，（昨年度の今後の研究の推進方策通りではあるが）センサ・センシング手法の開発に注力することで，当初計画にあったロボティクス応用への展開に関する検討は不十分である．
以上を総合的に見て，一部進捗が不十分の点もあるが，想定を上回る成果が上がった点もあり，全体としては順調に進展していると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には引き続き現状の研究を継続して推進する．
(a)に関しては，更なる計測精度・速度の向上に加え，計測範囲の拡大を行いたいと考えている．当初計画にあって未達成の，対応点問題を回避するための撮像素子上で生じる視差の制限条件を回避する手法の構築も行っていく予定である．
(b)に関しては，マルチスリット光を用いたセンサに対してのマッピング手法の構築を行うことに注力したい．この点が，本研究の2016年度の最重要課題であると考えている．マルチスリット光を用いた場合，計測の密度に大きな異方性があることから，これまでの距離画像に関する勾配拘束を用いた手法をそのまま適用することができず，新たな手法の提案が必要である．
(c)に関しては，昨年度構築したスリット光像のぼけを用いた手法の評価，ぼけを用いた手法と視差を用いた手法の切替の自動化手法の構築などを行うと共に，ロボティクス応用への展開に関する検討も行いたい．
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| Causes of Carryover |
平成26年度ならび平成27年度に想定以上に精力的に本研究を進め，情報収集を積極的に行っていること，また成果も順調にあがっていることから，情報収集ならびに成果発表のための学会発表の旅費・学会参加費が想定よりかかり，前倒し支払い請求をお願いした．その上で多少の金額が端数的に余った次第である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度も精力的に情報収集ならびに成果発表を行う予定であるので，旅費に使用したいと考えている．
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