PSDセンサアレイを用いた高速・連続三次元計測装置の開発

 本装置は、計測対象にレーザー(スリット光)を照射し、その反射光をPSDセンサアレイで撮像することにより高速かつ連続に距離画像を取得することが可能な装置です。本装置は128×128の解像度の距離画像を1/30秒で取得することができ、その計測誤差は±0.3%未満です。静止している物体だけでなく動いている物体もリアルタイムに計測することができます。

 

斜光投影法を用いた三次元計測装置の開発

 本装置は、計測対象にプロジェクタから傾斜光を照射し、その反射光をCCDカメラで撮像することによりレーザ光のようなコヒーレント光を用いずに安全な計測で距離画像を取得することが可能な装置です。本装置は640×480の解像度の距離画像を、2枚の傾斜光画像を投影するだけで取得することができます。

 

3次元計測装置とビデオカメラの同期によるカラー距離画像の取得

 3次元計測装置から得られるデータは装置から物体までの距離になります(距離画像)。この装置とビデオカメラを同期させることにより、得られる距離画像の各座標値に色情報を付加することができました。これにより、より現実に近い質感のある3次元CGを作成することができ、そのアニメーションを自動的に作成することが可能になりました。

 

傍探索法を用いた時系列距離画像の位置合わせ

 リアルタイムに距離画像を計測できる利点を活かし、連続する2枚の距離画像間から共通する座標値を取り出し、そこから誤差の最小となる4点(同一平面上にない)を抽出することにより、2画像間の相対的位置関係を記述する行列を作成します。その行列の乗算により複数枚の時系列距離画像の自動位置合わせを可能にしました。

 

張ガウス像を用いた時系列距離画像の位置合わせ

 連続する2枚の距離画像間において、共通する座標値が必ず計測されているとは限りません。そこで、拡張ガウス像を用いて4平面を導きだし,3平面による交点を4点導出することにより,2画像間の相対的位置関係を記述する行列の作成を試みました。これにより、幾何学的な物体に対して、精度の良い自動位置合わせを可能にしました。

 

地ドーム型データ構造を用いた複数枚距離画像の再構築

 複数枚の距離画像を位置合わせした場合、そのままの状態で保存しておくことは、容量が大きくなるため、データの管理や認識への応用にとって非効率です。そこで、測地ドームを利用したデータ構造を開発し、128×128の解像度の距離画像32枚のデータ量を1/10に圧縮し、かつ、等方性を保証したデータ構造の構築を可能にしました。

 

張ガウス像を用いた3次元物体認識

 距離画像から拡張ガウス像を生成し、セルのガウス質量の羅列をパターンとしてニューラルネットワークで学習させることで、3次元形状物体の認識を試みました。

 

地ドームを用いた3次元物体の姿勢推定

 測地ドームがたデータ構造に格納された3次元形状データに基づき,データ構造の等方性を利用して、物体の姿勢推定を行いました。対応するセルの距離差の総和が最も小さくなるところを測地ドームのレベル1~6まで探索することで、最適な姿勢を推定しています。

 

離画像を用いた個人顔識別

 手の3次元形状を連続的に計測することにより、その動きを認識する研究を試みました。2次元画像で利用されるオプティカルフローを応用したレンジフローを用いることにより手の3次元的な動きを導出することに成功しました。現在は計測装置にKinectを用い、精度良い動きの抽出と動きへの意味づけを行っています。

 

次元計測に基づくロボットシミュレータの開発

 リアルタイム3次元計測装置を視覚に用いたロボットの動作シミュレータの開発を試みました。このシミュレータは、装置モジュール、ロボットモジュール、環境モジュール、認識モジュールの4つから構成され、それぞれが関連し合いながらロボットが仮想環境内を自律的に行動します。また、モジュール単体でも動作が可能です。

 

次元データに基づくコンピュータグラフィックス表現の考察

 3次元データを用い、様々なコンピュータグラフィックス表現を試みました。図書館、食堂といった建物や液体である海、仮想的な空間など、様々な表現方法に取り組みました。

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