セミナーレポート

生活・社会・産業の各分野で進む実用化 プロジェクターの高速化などで,発展する3D画像センシング技術オムロン(株) 諏訪 正樹

本記事は、画像センシング展2013にて開催された特別招待講演を記事化したものになります。

代表的な手法としてのアクティブ三角測量

 その中で,2つの受光素子で,それぞれが光を受けた位置から距離を算出するのがパッシブ三角測量です。片方の受光素子をプロジェクターなどの投光素子に変えて,光の出た位置と光の受けた位置から距離を算出するのがアクティブ三角測量です。ここでいう「位置」とは厳密には方位情報を示しています。
 アクティブ三角測量では距離を特定するための光情報に唯一性を付与する必要があり,投光部のどの位置から出た光なのかを特定できるパターンで,計測対象にマーキングを行います。パターン投光の方法には空間コード化法と時間コード化法があり,実際の計測ではどちらかを選びます。もちろん両方のハイブリッド方式も可能です。空間コード化法は,空間軸方向の情報を利用して,投光部と受光部を対応づけるやり方で,空間軸方向の分解能は画素分解能に依存します。一方,時間コード化法は,時間軸方向の情報を利用して投光部と受光部を対応づけるやり方で,時間軸方向の分解能は撮像枚数に依存します。
 時間コード化法の例として,光切断があります。ライン状のレーザー光を投光し,物体表面の形状に応じたライン光の像のゆがみ具合を計測します。1回の計測で1ライン分を測るので,画面全体の計測値を得るためにはスキャン機構が必要になります。もう1つの例として,位相シフト法があります。これは正弦波縞パターンを時間軸に沿って移動させて,複数回照射し,位相ズレ量を算出することで,距離を測定します。位相算出のためには最低3枚の画像が必要で,枚数が多いほど計測精度が高くなります。計算の容易性から4枚の画像を用いる場合が多く,用途としては,計測精度が求められる分野が主になります。一方,空間コード化法の例として,マイクロソフトのゲーム用インターフェース「Kinect1」があります。投光する赤外線プロジェクター以外に,赤外線カメラとRGBカメラの2つを装備し,特殊な投影パターンを照射し,投影位置を特定します。
 こうしたパターン照射で,3D計測の実用化が加速したのは,投光用に使われるデジタルミラーデバイス(DMD)の急速な発展があったからです。DMDは表示素子の1画素に相当する多数の可動式マイクロミラーを平面に配列します。そして,各ミラーの光源をオンオフで切り替え,個別に駆動させることで,表示画素ごとに光の投射を制御します。

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オムロン(株) 諏訪 正樹

1997年4月
オムロン(株) 入社
2008年4月
オムロン(株) 技術本部コアテクノロジーセンタ 技術専門職
2010年4月
立命館大学 理工学研究科 客員教授 兼任
奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 客員教授 兼任

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