背景光の変動に強い微弱光を用いた高精度・高速三次元形状計測システムの構築

• 研究課題/領域番号: 23360147
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 池田 誠 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00282682)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円); 2013年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2012年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2011年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: 三次元形状計測 / 光切断法 / ＴＯＦ / 背景光抑圧 / 検波回路 / ＲＯＩ / 検波 / 光走行時間法 / ピクセル読み出し回路共有 / 二進木探索 / 時間符号化二次元パタン / イメージセンサ / 背景光除去 / 注目点のみ検波 / 全画素並列 / 三角測量 / 二次元構造光 / 背景光

研究概要

背景光に強い三次元形状計測手法の実現に向けた検討を行った。光切断法において、検波回路による背景光除去性能の最適化によりシミュレーションにより-40dBの背景光抑圧の実現可能性を示した。時間符号化二次元パタンをチップ面上でピクセル値を投影毎に読みだすことなく空間コードを得るアーキテクチャにおいて、最先端の65nmCMOSプロセスを用いて実現することで、最大４ケタ以上の光強度に対するダイナミックレンジを有し、-21dB(光強度で２ケタ以上)の背景光除去特性を実証するとともに、-5.5dBにおいて、毎秒10フレームで三次元形状計測が可能であることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] A Structured Light 3-D Acquisition System with a CMOS Image Sensor for Background Suppression and Frequency and Phase Detection (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe, M. Ikeda
  • 雑誌名: ITE Transactions on Media Technology and Applications 巻: Vol. 2, No. 2 ページ: 154-160
• [雑誌論文] A Structured Light 3-D Acquisition System with a CMOS Image Sensor for Background Suppression and Frequency and Phase Detection (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Yabe, Makoto Ikeda
  • 雑誌名: ITE Transactions on Media Technology and Applications 巻: Vol. 2, No.2 ページ: 154-160
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3-D Range Map Acquisition System Based on CMOS Image Sensor Using Time-Multiplexing Structured Pattern (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 雑誌名: IEICE Trans. on Electronics 巻: Vol. E95-C, No. 4 ページ: 635-642
  • NAID: 10030940886
• [雑誌論文] 3-D Range Map Acquisition System Based on CMOS Image Sensor Using Time-Multiplexing Structured Pattern (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe
  • 雑誌名: IEICE Trans. on Electronics 巻: E95-C, No. 4 ページ: 635-642
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3-D Range Map Acquisition System Based on CMOS Image Sensor Using Time-Multiplexing Structured Pattern (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Yabe
  • 雑誌名: IEICE Trans.On Electronics 巻: Vol.E95-C,No.4 ページ: 635-642
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cascaded Time Difference Amplifier With Differential Logic Delay Cell (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mandai, T. Nakura, T. Iizuka, M. Ikeda and K. Asada
  • 雑誌名: IEICE Trans. on Electronics 巻: Vol. E94-C, No.4 ページ: 654-662
  • NAID: 10029505749
• [雑誌論文] 1.0ps Resolution Time-to-Digital Converter based on Cascaded Time-Difference-Amplifier utilizing Differential Logic Delay Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mandai, T. Iizuka, T. Nakura, M. Ikeda and K. Asada
  • 雑誌名: IEICE Trans. on Electronics 巻: Vol. E94-C, No.6 ページ: 1098-1104
  • NAID: 10029804423
• [雑誌論文] 1.Ops Resolution Time-to-Digital Converter based on Cascaded Time-Difference-Amplifier utilizing Differential Logic Delay Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Shingo Mandai
  • 雑誌名: IEICE Trans.On Electronics 巻: Vol.E94-C,No.6 ページ: 1098-1104
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3次元形状計測カメラ～Smart Image Sensorを用いた高性能3次元形状測定システムの実現例～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 池田誠
  • 雑誌名: 映像情報メディア学会誌 巻: Vol.66, No.3 ページ: 204-208
  • NAID: 110009668969
• [学会発表] A Proposal for A Method of High Speed Texture Mapping with Dual Imager Core Chip(デュアル・イメージャコア・チップを用いた高速テクスチャマッピング手法の提案) (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, M. Ikeda
  • 学会等名: IEICE General Conference
  • 発表場所: C-12-14
• [学会発表] ピクセル面上での最小電圧回路を用いた線位置検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢部, 池田
  • 学会等名: IEICE Society Conference
  • 発表場所: C-12-15
• [学会発表] ビニング読み出し処理と高速エッジ検出によるToF 法および光切断法に基づく3 次元撮像用CMOS イメージセンサ (2014)
  • 著者名/発表者名: 松島, 池田
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: C-12-16
• [学会発表] A 3D Image Sensor with Binning Readout and Fast Edge Detection Using ToF Method and Light-Section Method (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matsushima and M. Ikeda
  • 学会等名: IEICE Society Conference
  • 発表場所: C-12-16
• [学会発表] ビニング読み出し処理と高速エッジ検出によるToF法および光切断法に基づく3次元撮像用CMOSイメージセンサ (2014)
  • 著者名/発表者名: 松島多佳彦, 池田誠
  • 学会等名: 電子情報通信学会２０１４年総合大会
  • 発表場所: 新潟大学,新潟市
• [学会発表] デュアル・イメージャコア・チップを用いた高速テクスチャマッピング手法の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: R.Ishikawa, M. Ikeda
  • 学会等名: 電子情報通信学会２０１４年総合大会
  • 発表場所: 新潟大学,新潟市
• [学会発表] ピクセル面上での最小電圧回路を用いた線位置検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 学会等名: 電子情報通信学会２０１４年総合大会
  • 発表場所: 新潟大学,新潟市
• [学会発表] ￥A CMOS Image Sensor for In-Pixel Background Suppression and Frequency and Phase (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 学会等名: Detection for Structured Light III-D Acquisition Systems in Proceedings of the 2013 International Image Sensor Workshop
• [学会発表] CMOS Image Sensor for 3-D Range Map Acquisition With Pixel-Parallel Correlation In Region of Interest (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Mastsushima and M. Ikeda
  • 学会等名: Proceedings of the 2013 International Image Sensor Workshop
• [学会発表] Introduction (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ikeda
  • 学会等名: IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC 2013), Scientific Imaging Forum
  • 招待講演
• [学会発表] A CMOS Image Sensor for In-Pixel Background Suppression and Frequency Fig. 2 Reconstructed 3-D image of a 1cm step Fig. 3 Detection of stripes for a plane and Phase Detection for Structured Light 3-D Acquisition Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 学会等名: Report on IISW
• [学会発表] Measurement of a Pulse Frequency Modulator for Correlation Image Sensor (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 学会等名: IEICE General Conference 2013
• [学会発表] A CMOS Image Sensor for In-Pixel Background Suppression and Frequency and Phase Detection for Structured Light 3-D Acquisition Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 学会等名: International Image Sensor Workshop(IISW)
  • 発表場所: Snowbird Resort, Utah, USA
• [学会発表] CMOS Image Sensor for 3-D Range Map Acquisition With Pixel-Parallel Correlation In Region of Interest (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Mastsushima and M. Ikeda
  • 学会等名: International Image Sensor Workshop(IISW)
  • 発表場所: Snowbird Resort, Utah, USA
• [学会発表] Measurement of a Pulse Frequency Modulator for Correlation Image Sensor (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe
  • 学会等名: IEICE General Conference 2013
  • 発表場所: 岐阜県・岐阜大学
• [学会発表] System LSI Design and VDEC Activities toward More Than Moore (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ikeda
  • 学会等名: The 60th JSAP Spring Meeting, 2013
  • 発表場所: 神奈川県・神奈川工科大学
  • 招待講演
• [学会発表] A CMOS Image Sensor for In-Pixel Background Suppression and Frequency and Phase Detection for Structured Light 3-D Acquisition Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe
  • 学会等名: 2013 International Image Sensor Workshop (IISW)
  • 発表場所: 米国ユタ州スノーバード
• [学会発表] CMOS Image Sensor for 3-D Range Map Acquisition With Pixel-Parallel Correlation In Region of Interest (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsushima
  • 学会等名: 2013 International Image Sensor Workshop (IISW)
  • 発表場所: 米国ユタ州スノーバード
• [学会発表] Evaluation of Background Light Suppression Characteristic and Range Finding Accuracy for 3-D Measurement using Smart Image Sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: Xinghua Hu
  • 学会等名: 映像情報メディア学会研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] スマートイメージセンサにおける背景光下での変調光検出性能向上に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢部紘貴
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] Introduction (2012)
  • 著者名/発表者名: Makoto Ikeda
  • 学会等名: IEEE International Solid-state Circuits Conference (ISSCC), Computational Imaging Forum
  • 発表場所: 米国サンフランシスコ(招待講演)
  • 年月日: 2012-02-23
• [学会発表] 3-D Image Acquisition System Using Modulated Structured Light (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Yabe
  • 学会等名: IEEE International Solid-state Circuit Conference (ISSCC) Student Research Preview
  • 発表場所: 米国サンフランシスコ
  • 年月日: 2012-02-19
• [学会発表] (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 学会等名: IEEE International Solid-State Circuit Conference (ISSCC) Student Research Preview
• [学会発表] Introduction (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ikeda
  • 学会等名: IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) Computational Imaging Forum
  • 招待講演
• [学会発表] Evaluation of Background Light Suppression Characteristics and Range Accuracy for Time-of-Flight Image Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: X. Hu and M. Ikeda
  • 学会等名: ITE Technical Group on Information Sensing Technologies
• [学会発表] A study on improving modulated light detection performance in the presence of background light (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 学会等名: ITE Technical Group on Information Sensing Technologies
• [学会発表] "Evaluation of Background Light Suppression Characteristic and Range Finding Accuracy for 3-D Measurement using Smart Image Sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: X. Hu and M. Ikeda
  • 学会等名: ITE Technical Report
• [学会発表] A study on improving modulated light detection performance in the presence of background light (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe
  • 学会等名: ITE Technical Group on Information Sensing Technologies
  • 発表場所: 東京都・機械振興会館
• [学会発表] Evaluation of Background Light Suppression Characteristics and Range Accuracy for Time-of-Flight Image Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: X. Hu
  • 学会等名: ITE Technical Group on Information Sensing Technologies
  • 発表場所: 東京都・機械振興会館
• [学会発表] System LSI Design and VDEC (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ikeda
  • 学会等名: IEEJ 29th Symposium on Sensors, Micro-Machines and Application Systems
  • 発表場所: 福岡県・北九州国際会議場/西日本総合展示場
  • 招待講演
• [学会発表] 時間多重構造光を用いた3次元レンジマップ取得のためのCMOSイメージセンサ (2011)
  • 著者名/発表者名: 矢部紘貴
  • 学会等名: 映像情報メディア学会研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] Overview of SoC Design (2011)
  • 著者名/発表者名: 池田誠
  • 学会等名: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • 発表場所: 北海道(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] CMOS Image Sensor for 3-D range map acquisition Using Time Encoded 2-D structured Pattern (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Yabe
  • 学会等名: International Image Sensor Workshop (IISW2011)
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2011-06-08
• [学会発表] High-Speed Real-Time Range-finding based on Triangulation by Focal Plane Image Processing (2011)
  • 著者名/発表者名: Makoto Ikeda
  • 学会等名: 4^<th> Int.Symp.On Pohotoelectronic Detection and Imaging (ISPDI 2011)
  • 発表場所: 中国北京市(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] High-Speed Real-Time Range-finding based on Triangulation by Focal Plane Image Processing (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Ikeda
  • 学会等名: 4th Int. Symp. On Pohotoelectronic Detection and Imaging (ISPDI 2011)
  • 招待講演
• [学会発表] CMOS Image Sensor for 3-D range map acquisition Using Time Encoded 2-D Structured Pattern (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yabe and M. Ikeda
  • 学会等名: International Image Sensor Workshop
  • 発表場所: Hokkaido, Japan
• [備考]
  • URL: http://www.mos.t.u-tokyo.ac.jp
• [産業財産権] イメージセンサ (2013)
  • 発明者名: 池田 誠, 松島多佳彦
  • 権利者名: 国立大学法人東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-256973
  • 出願年月日: 2013-12-12
• [産業財産権] 固体撮像素子による高速三次元計測 (2013)
  • 発明者名: 池田 誠, 太田 宗吾, 山口 琢己
  • 権利者名: 株式会社Rosnes,国立大学法人東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-156472
  • 出願年月日: 2013-07-29
• [産業財産権] イメージセンサ (2013)
  • 発明者名: 池田誠他
  • 権利者名: 池田誠他
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-256973
  • 出願年月日: 2013-12-12