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産総研、直射日光下でのパターン投影による高速形状計測に成功

2017/7/14 17:50
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発表日:2017年7月14日

直射日光下でのパターン投影による高速形状計測に成功

-外乱光をノイズとして除去する画像処理で実現-

 

■ポイント

 ・直射日光など強い外乱光がある環境でも、パターン投影による高速形状計測を実現

 ・通信ノイズ除去手法を撮影システムに適用し、外乱光をノイズとして除去

 ・屋外での運動体計測、炉内の高温発光物体の形状計測、複数視点同時計測などの実現に期待

■概要

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)知能システム研究部門【研究部門長 河井 良浩】コンピュータビジョン研究グループ 佐藤 雄隆 研究グループ長、佐川 立昌 産業技術企画調査員は、直射日光のような強い外乱光がある環境でも、光源から対象物に投影した模様(パターン)を正確に検出して、高速に運動・変形する物体の形状を計測する手法を開発した。

 形状計測には、レーザー距離計測に基づいた形状計測法や、カメラを用いた非接触な計測方法などがある。なかでも、プロジェクターなどの光源からパターンを対象物に投影し、カメラで撮影したパターンを画像処理して対象物の3次元形状を計測する手法は、運動する対象物形状の高解像度な計測に向いている。しかし従来の方法では、直射日光など強い外乱光がある環境では、パターンを投影する光源の出力が太陽光に比べて小さいため、パターンの検出が困難であり計測が難しかった。この課題を解決するために、スペクトラム拡散変調技術というノイズの多い環境下でも小さな出力の電波による通信を可能にする手法を画像処理に応用し、光源の照射方法と画像処理の工夫により形状計測を実現した。これにより、ノイズとなる外乱光を撮影された画像から除去して影響を少なくして、外乱光よりも低出力の光源によって投影されたパターンの検出が可能となった。この技術により、屋外でも運動体を複数方向から同時に計測できるようになるなど、形状計測技術の適用範囲を拡大できる。また、形状計測だけでなく、バーチャルリアリティや埋め込み画像など光源とカメラを組み合わせたさまざまな画像処理法にも適用できるため、広く画像処理技術に貢献することが期待される。

 なお、この技術の詳細は、2017年7月21~26日に米国ホノルルで開催されるIEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR2017)で発表される。

 ※参考画像は添付の関連資料を参照

■開発の社会的背景

 昨今、産業や社会生活でのロボット利用や、あらゆるモノがインターネットでつながるIoT、バーチャルリアリティといった現実世界とコンピューターを繋いだ技術が実用化されつつある。これらを実現するための重要な要素に、現実世界をコンピューターで処理できるデータとして取り込むセンシング技術がある。その中でも、たとえば、ロボットアームが物体をつかむためには対象物の形状を知る必要があるように、物体の形状計測は多くの場面で必要とされる。

 形状計測には、レーザー距離計測に基づいた形状計測法や、カメラを用いた非接触な計測方法などがある。多くの場合、カメラを用いて非接触で形状を計測する方法が適しており、さまざまな方法が開発されている。その一つに、光源からパターンを対象物に投影し、カメラで撮影したパターンのゆがみから3次元形状を計算する方法(パターン投影法)がある。この方法は形状計測が容易で計測の精度もよく、しばしば用いられる。しかし、パターン光源以外に太陽光や照度の高い照明器具などの外乱光があると、パターンが外乱光に埋もれ、画像処理が適切に行えないため、明るい光源が別にある環境下などでは適用できず、その解決が望まれていた。

■研究の経緯

 産総研などでは、これまでに投影パターンとして波線グリッドパターンを用いて、撮像された瞬間の1枚の画像だけから形状を計測できる「ワンショット形状計測法」を開発した(2012年8月2日産総研プレス発表)。高速度カメラを用いれば高速に運動・変形する対象の表面形状の変化も計測可能である。1000コマ/秒を超える速度で撮影された映像から、運動する人体の形状計測や、水面に起こる波などのさまざまな対象の形状計測を実現した。運動する物体の形状計測にはさまざまな応用が考えられ、これまでに、スポーツ運動の解析や医療応用、工場ライン内を流れる物品の計測、衝突変形する物体の解析など多様な応用事例について研究を進めてきた。

 しかし、屋外で運動する人体の形状計測などでは、図1に示すように外乱光があるとパターンが埋もれてしまい、画像処理ができない場合があったため、太陽光などの強い外乱光がある環境での形状計測に対応できる技術の開発に取り組むこととした。

 ※図1は添付の関連資料を参照

 ※リリース詳細は添付の関連資料を参照

 

 

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

参考画像

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0451355_01.JPG

図1

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0451355_02.JPG

リリース詳細

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0451355_03.pdf

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