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2014 年度 実施状況報告書

陰影アニメーションによる立体提示の実用化に向けた動的なプロジェクタカメラ系の較正

研究課題

研究課題/領域番号 26330222
研究機関和歌山大学

研究代表者

天野 敏之  和歌山大学, システム工学部, 准教授 (60324472)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード空間拡張現実感 / プロジェクタカメラ系 / 幾何学較正 / 国際情報交換
研究実績の概要

プロジェクタカメラ系を実用化するためには,コストの低減,扱いやすさと制御の頑強性の改善が重要である.本研究課題では,Shading Illusion技術を実用化するために,プロジェクタカメラ系の幾何学校正と光学校正を動的に実現する方法を明らかにすることを研究の目的としている.平成26年度には,「A1.高速撮影を用いた動的な幾何学補正手法の確立」と「A2.アーチファクトを利用した動的な幾何学較正の実現」の実施を予定していた.
A1では,DLPプロジェクタのミラーフリップシーケンスと同期した,高フレームレートカメラから構築されるシステムを構築して検討した.しかし,ミラーフリップパターンを安定して検出することは困難であることからA1の方法は断念し,同時に取り組んだA2に注力した.アーチファクトは,プロジェクタカメラ系でフィードバックを行う際に,あらかじめ較正で求めた投影画像Pと撮影画像Cの幾何学的な画像の対応関係(P2Cマップ)と実際の対応関係にずれがある場合に発生する模様であり,A2ではこの模様から動的に幾何学較正を行う方法の確立を試みた.
A2の検討の結果,P2Cマップとのズレによって発生する縞模様状のアーチファクトの周期はズレの大きさに関係する,また,縞模様ははずれの方向に伝搬することがわかった.この性質に着目し,まず,投影画像と撮影画像で縞模様の画像特徴のマッチングにより較正を行うことを試みた.様々な検討の結果,Pの複数の画素と一つのCの画素間での対応関係を逐次最小二乗法を利用することで連続的にも求めることができることを発見し,シミュレーションによって連続的にP2Cマップのズレ検出ができることを確認した.
現在,研究協力者であるヨハネス・ケプラー大のProf. Oliver Bimberとこのアイデアについて情報交換を行っており,さらなる詳細な検討を行っている.

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

本研究では,研究代表者が提案しているShading Illusionの実用化を目指し,「S1.制御対象の移動に対して動的にプロジェクタカメラ系の幾何学較正を行う方法を明らかにする」ことと,「S2.環境照明や制御対象の位置変化に対して動的に光学較正を行う方法を明らかにする」ことを研究の目標としており,平成26年度はこのうちS1について取り組んできた.
研究実績の概要で述べたように,計画に従って手法の検討を実施した.
最終的に見出したP2Cマップの動的な校正方法は,当初想定していた方法とは異なるが,逐次処理により連続的にP2Cマップのズレを検出することができる手法である.この方法は,ピクセルマップによる制約を持たない画期的な方法であり,プロジェクタカメラ系の新たな手法として大きな成果が得られた.
また,平成28年度には実用化に協力してくれる企業・団体を探すことを計画として述べていたが,既に1社と商品化もしくはサービス化を目指して共同研究・開発を開始している.以上の状況から,概ね良好に進展していると評価する.

今後の研究の推進方策

今後は研究計画に従って研究を進める.
平成27年度はS2で示すように,環境照明や制御対象の位置変化に対して動的に光学較正を行う方法を明らかにする.具体的には,DLPプロジェクタの投影シーケンスに着目して環境照明に影響されない反射率推定手法を検討する.具体的には,DLPプロジェクタは時分割で高速にR,G,Bの三原色を切り替えてカラー画像を提示していることに着目し,連続して取得した画像からベイズの定理を用いてプロジェクタから光が投影されていない状態を逐次処理によって連続的に推定する方法を検討する.これにより,環境照明の変動に処理結果が影響されないShading Illusionを実現する.また,平成26年度に確立した動的な幾何学較正手法と合わせて,プロジェクタとカメラの幾何学的な関係や環境照明の変化に動的に対応できるプロジェクタカメラ系の実現を目指す.
また,平成28年度は計画に従って,プロジェクタカメラ系からの距離によって印刷媒体に照射される投影光の光束密度の変化に対応する手法の確立する.その後,P2Cマップの補正量から形状復元を行い,ユーザインタラクションを実現を試みる.さらに,既に着手している企業との共同研究・開発によりShading Illusionの商品化もしくはサービス化について何らかの成果を得たい.

次年度使用額が生じた理由

平成26年度にはDLP開発キット(テキサス・インスツルメン ト LUXBEAM ライトエンジン)を購入する予定であったが,生産終了のためこの製品の購入が困難になった.これにともなって,DLP開発用 PCも購入を見送った.その対応策として,研究室で保有していた民生品のDLPプロジェクタを分解し代用する代替措置を講じたため,次年度使用額が生じた.

次年度使用額の使用計画

民生品のDLPプロジェクタを用いたため,開発キットのように任意のパターンを生成するなどの操作はできなかったが実際のDLPプロジェクタでの可能性を探ることはでき,平成26年度の研究実施には大きな影響をもたらさなかった.
しかし,平成27年度に実施を予定している動的に光学較正を行う方法の検討において,手法の実証実験を行うためには任意のミラーフリップパターンを設定できるDLPプロジェクタが必要である.そのため,今後の研究では,この差額で計画書に掲げたDLP開発キットに変わる実験環境を整備する予定である.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] プロジェクタカメラ系を用いた光沢感と透明感の実時間操作2014

    • 著者名/発表者名
      天野敏之
    • 雑誌名

      映像メディア学会誌

      巻: Vol.68,No.12 ページ: J528-J533

    • DOI

      http://doi.org/10.3169/itej.68.J528

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 質感プロジェクションマッピング2014

    • 著者名/発表者名
      天野敏之
    • 雑誌名

      VRSJ学会誌,特集■プロジェクションマッピング

      巻: Vol.19 No.2 ページ: 14-17

  • [学会発表] 見かけの質感操作 -プロジェクタカメラフィードバックとライトフィールド投影-2015

    • 著者名/発表者名
      天野敏之
    • 学会等名
      ライフ・3Dプリンタ創成センターシンポジウム2015-1
    • 発表場所
      米沢市,山形大学工学部
    • 年月日
      2015-04-03 – 2015-04-03
    • 招待講演
  • [学会発表] Cross Iterative Method for Angle Estimation and Ground Plane Detection with RGB-D Camera2015

    • 著者名/発表者名
      郎 彦昆,呉 海元,天野敏之,陳 謙
    • 学会等名
      情報処理学会全国大会
    • 発表場所
      京都市,京都大学
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-18
  • [学会発表] 現実の環境に適した見かけの制御アルゴリズムの提案2015

    • 著者名/発表者名
      河野邦起,牛田俊,天野敏之
    • 学会等名
      計測自動制御学会関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
    • 発表場所
      大阪大学吹田キャンパス
    • 年月日
      2015-01-16 – 2015-01-16
  • [学会発表] Successive Wide Viewing Angle Appearance Manipulation with Dual Projector Camera Systems2014

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Amano, Isao Shimana, Shun Ushida, Kunioki Kono
    • 学会等名
      ICAT - EGVE - International Conference on Artificial Reality and Telexistence - Eurographics Symposium on Virtual Environments
    • 発表場所
      Bremen, Germany
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-10
  • [学会発表] プロジェクタカメラ系を用いた連続的な見かけの操作2014

    • 著者名/発表者名
      天野敏之
    • 学会等名
      大阪府立大学・和歌山大学工学研究シーズ合同発表会
    • 発表場所
      岸和田,和歌山大学 岸和田サテライト
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-10
  • [学会発表] 同軸プロジェクタカメラ系を用いた連続的な質感操作2014

    • 著者名/発表者名
      天野敏之
    • 学会等名
      視覚情報基礎研究会
    • 発表場所
      新宿,工学院大学新宿キャンパス
    • 年月日
      2014-09-20 – 2014-09-20
  • [学会発表] プロジェクタカメラ系の協調制御による全周囲での見かけの操作2014

    • 著者名/発表者名
      天野敏之,島名功,牛田俊,河野邦起
    • 学会等名
      日本バーチャルリアリティ学会第19回大会
    • 発表場所
      名古屋,名古屋大学工学部
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-19
  • [学会発表] A Coordinated Projector Camera Control for the Omni Directional Appearance Manipulation2014

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Amano, Isao Shimana, Kensuke Minami, Shun Ushida
    • 学会等名
      International Symposium on Future of Shitsukan Research
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2014-07-16 – 2014-07-17
  • [学会発表] Projection Center Calibration for a Co-located Projector Camera System2014

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Amano
    • 学会等名
      3nd IEEE International Workshop on Computational Camera and Displays in conjunction on CVPR2014
    • 発表場所
      Columbus, Ohaio
    • 年月日
      2014-06-28 – 2014-06-30
  • [図書] Interface 2015年5月号2015

    • 著者名/発表者名
      天野敏之
    • 総ページ数
      10ページ(101から110ページを担当)
    • 出版者
      CQ出版社
  • [図書] AR(拡張現実)技術の基礎・発展・実践2015

    • 著者名/発表者名
      蔵田武志,清川清 編,分筆
    • 総ページ数
      20ページを担当
    • 出版者
      科学技術出版㈱

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公開日: 2016-05-27  

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