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高速ビジョンを用いた3次元形状計測と自由映像提示の統合

研究課題

研究課題/領域番号 22K17931
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分61020:ヒューマンインタフェースおよびインタラクション関連
研究機関東京理科大学 (2023)
東京大学 (2022)

研究代表者

宮下 令央  東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 准教授 (40808721)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード近赤外線 / 光学系 / pnp問題 / ダイナミックプロジェクションマッピング / 3次元計測 / 高速画像処理 / アクティブステレオ / De Bruijn トーラス / 映像提示 / プロジェクションマッピング
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は3次元形状計測を兼ねた映像提示の手法を体系化するとともに、プロジェクタとカメラを用いたシステムの性能を最大化する手法を開発し、これにより動く物体にプロジェクションマッピングを施すダイナミックプロジェクションマッピングを中心とした応用を発展させることである.本研究では計測と提示それぞれの受け手であるコンピュータと人間の時間応答の差に着目し、計測系と提示系の包括的な性能を最大化するという問題に対して、1,000fpsを超えるような高速3次元形状計測技術と高速映像提示技術を用いて解決に取り組む.

研究実績の概要

本研究ではプロジェクターとカメラからなるプロカムシステムにおいて,高速3次元形状計測と映像提示を連携させ,システム全体の性能を最大化する手法の開発を目指している.本年度はダイナミックプロジェクションマッピングでの3次元計測を行う新たな枠組みの開発と、前年度に確立した高速3次元形状計測技術で用いられるバイナリパターン解析の応用展開を進めた.

動的な対象にもぴったりと映像を投影することで実現するダイナミックプロジェクションマッピングにおいて、対象の形状計測を行う手法のひとつに法線計測が挙げられる.法線計測は対象表面の細かな凹凸を計測できる点で有用である一方、絶対位置や絶対姿勢は原理上決定できず、コンテンツとなる映像の内容や表現に制限が生じるという問題がある.本研究では絶対位置と絶対姿勢の計測、および法線計測を同時に実現する光学系を設計し、実際に赤外線領域でプロジェクションの可視光に影響を受けることなく同時計測が可能であることを示した.本成果は光学系の構成と配置によって映像提示に影響を与えることなく形状および絶対位相の取得を可能とするものであり、本研究の目的に貢献するものである.また、高速3次元形状計測のために開発したバイナリパターンの解析技術を派生させ、対象の個体識別手法に展開した.本成果はバイナリ空間パターンの解析が3次元形状計測だけでなく、幅広い分野で活用できる基盤技術であることを示している.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

複数のデバイスにおいて、開発した独自の高速3次元計測手法を実装することにより、校正や実装上のノウハウが得られ、映像提示との連携を行う準備が整った.また、実際に計測と投影が連携するための光学系として研究実績の概要に挙げたような成果が出つつあり、研究は概ね順調といえる.

今後の研究の推進方策

高速3次元形状計測や映像提示デバイスの実装上のノウハウが得られたため、研究目標の実現に向けて、改造や調整が行いやすいデバイス構成で土台となるプロカムシステムの構築を進める予定である.また、引き続き機能的なパターンの設計や解析手法の開発によりプロカムシステムの校正や対象の計測などを補助していく.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 高速画像処理を用いた3次元計測とその応用2023

    • 著者名/発表者名
      宮下令央, 田畑智志, 石川正俊
    • 雑誌名

      レーザー学会誌 レーザー研究

      巻: 54 ページ: 215-219

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高速ビジョンが開くダイナミックプロジェクションマッピング技術2023

    • 著者名/発表者名
      宮下 令央, 末石 智大, 田畑 智志, 早川 智彦, 石川 正俊
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 通信ソサイエティマガジン

      巻: 16 号: 4 ページ: 275-284

    • DOI

      10.1587/bplus.16.275

    • ISSN
      1881-9567, 2186-0661
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Portable High-Speed Optical Gaze Controller with Vision Chip2022

    • 著者名/発表者名
      Leo Miyashita, Masatoshi Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 34 号: 5 ページ: 1133-1140

    • DOI

      10.20965/jrm.2022.p1133

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • 年月日
      2022-10-20
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Virtual Material Creation by High-speed Projection2023

    • 著者名/発表者名
      Leo Miyashita
    • 学会等名
      International Display Workshops (IDW 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Individual identification using black spots pattern on Humboldt penguins' (Spheniscus humboldti) chest2023

    • 著者名/発表者名
      Akane Ogata, Chika Shirakata, Leo Miyashita
    • 学会等名
      11th International Penguin Congress
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-speed optical sensing of pose, position, and surface normal for dynamic projection mapping2023

    • 著者名/発表者名
      Leo Miyashita, Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      SPIE Optical Metrology 2023, Automated Visual Inspection and Machine Vision V
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] パラレルバスパターンによる高速低遅延3次元形状計測2022

    • 著者名/発表者名
      宮下 令央, 田畑 智志, 石川 正俊
    • 学会等名
      計測自動制御学会, 第39回 センシングフォーラム, 1B1-1, 予稿集 pp.49-54
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] High-speed and Low-latency 3D Sensing with a Parallel-bus Pattern2022

    • 著者名/発表者名
      Leo Miyashita, Satoshi Tabata, Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      International Conference on 3D Vision
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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