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2012 年度 実績報告書

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

研究課題/領域番号 23360147
研究機関東京大学

研究代表者

池田 誠  東京大学, 大規模集積システム設計教育研究センター, 准教授 (00282682)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード時間符号化二次元パタン / イメージセンサ / 三次元形状計測 / 検波 / 背景光除去 / 注目点のみ検波 / 全画素並列
研究概要

平成24年度は、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、カウンターを用いることで、0度(InPhase)、90度(Quad-Phase)の情報を完全ディジタルにより取得することで、ピクセルパラレルに光信号を検波し、背景光より微弱な時間符号化二次元パタンを取得することで三次元形状計測を実現するイメージセンサの試作とそのシステムの実現を行った。イメージセンサは最先端の65nmCMOSプロセスを用いて実現することで、ピクセルサイズの縮小および検波速度の高速化を目指した。ただし、通常のイメージセンサプロセスと比較すると、マイクロレンズを用いない影響、および配線総数が大きく光が透過しにくいこと、フォトダイオードが低感度であることなどからイメージセンサとしての感度は1/10程度に劣化しているものと予想される。本イメージセンサシステムを実測することで、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(背景光に対して信号光強度が 1/3)において、毎秒10フレームの速度で三次元形状計測が可能であることを示した。なお、イメージセンサ感度が低いために、ToFを測定するのに十分な信号光照射強度を得る実験環境の構築に至っておらず、ToFの測定は次年度に実現する予定である。また、全画素並列による検波ではピクセルサイズが大きくなってしまうことが問題であることから、新たに注目点のみ検波を行う手法の検討を行うことで、全画素並列手法と比較して、ほぼ同等の検波速度・フレーム取得速度を実現しながら、ピクセル寸法の削減の実現可能性を示すことができた。

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

背景光以下の信号を検出することで三次元形状取得を実現するイメージセンサ、システムを構築することで、当初今年度目標としていた研究成果の多くは実現できているが、光走行時間法(ToF)による距離測定にまでは実験環境の整備が間に合わず実験ができていない点が若干の研究進捗の遅れと考えている。

今後の研究の推進方策

特に大幅に研究計画を変更することなく、三次元形状測定の実時間・高速測定を可能とするシステム構築を目指した研究を推進する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] 3-D Range Map Acquisition System Based on CMOS Image Sensor Using Time-Multiplexing Structured Pattern2012

    • 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
  • [学会発表] A CMOS Image Sensor for In-Pixel Background Suppression and Frequency and Phase Detection for Structured Light 3-D Acquisition Systems2013

    • 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
    • 年月日
      20130612-20130616
  • [学会発表] CMOS Image Sensor for 3-D Range Map Acquisition With Pixel-Parallel Correlation In Region of Interest2013

    • 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
    • 年月日
      20130612-20130616
  • [学会発表] System LSI Design and VDEC Activities toward More Than Moore2013

    • 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
    • 年月日
      20130327-20130327
    • 招待講演
  • [学会発表] Measurement of a Pulse Frequency Modulator for Correlation Image Sensor2013

    • 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
    • 年月日
      20130319-20130322
  • [学会発表] System LSI Design and VDEC2012

    • 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
    • 年月日
      20121022-20121022
    • 招待講演
  • [学会発表] A study on improving modulated light detection performance in the presence of background light2012

    • 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
    • 年月日
      20120928-20120928
  • [学会発表] Evaluation of Background Light Suppression Characteristics and Range Accuracy for Time-of-Flight Image Sensors2012

    • 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
    • 年月日
      20120928-20120928

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公開日: 2014-07-24  

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