連立眼光学系を用いた超小型立体内視鏡における3次元計測システムの開発

使用多目光学系统的微型立体内窥镜三维测量系统的开发

• 批准号: 16700388
• 负责人: 山田 憲嗣
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Hiroshima Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16700388/
• 关键词: 画像処理; 超解像; マイクロレンズアレイ; 立体内視鏡; 撮像素子

本研究では、昆虫などにみられる複眼構造である連立眼光学系に着目した超小型立体内視鏡システムの開発を行った。特に、連立眼光学系より取得した多数の画像群から画像処理により高精度な3次元形状を計測するアルゴリズムの検討を行った。連立眼の1つの眼に対応する単眼像の解像度はかなり低い。そのため、従来の3次元形状抽出に用いられてきた特徴抽出などによる対応点探索問題を本装置に適用することは、画像群の画像点数不足のため、位置精度を向上させることが困難であった。そこで、統計的手法であるベイズ推定法を用いて位置精度を向上させ、高密度な3次元形状の再構築を行った。対象の表面形状モデルと物体の表面特性モデルを仮定し、コンピュータグラフィクス分野で一般に用いられている3角形のメッシュ格子を用いた。このメッシュの頂点の値が、高さ方向(位置)の情報となり、3次元座標情報を表現する。また表面特性モデルには、ランベルトモデルを使用した。これはポリゴンの法線ベクトルと照明ベクトルの内積により面の輝度を計算するシンプルで高速なシェーディング技法である。単眼像の投影による対象物体の3次元位置情報を幾何光学的に2次元マップに投影する。得られたデータは、物理的な要因によりボケが生じるので、各単眼像から得られたデータをもとにこれらのモデルのパラメータをベイズ推定により最適化した。厚さ1.8mm、12 x 14mmの大きさの試作システムを作製し、開発したアルゴリズムの原理確認実験を行った。対象物体5 x 5mmの鶏肉を撮影距離25mmで撮影した。3次元形状を解析した結果、1mmほどの誤差があった。これは実際に鶏肉を配置した際の誤差や光学系の歪による誤差が考えられる。今後は、光学系の歪みを考慮したアルゴリズムの改良を行う。また、取得した情報をもとに3次元表示する技術としてインテグラルイメージングを用い、試作システムを作製した。

This study focuses on the development of ultra-compact stereoscopes in the Department of Optometry. Special, continuous vision system to obtain a large number of images, image processing, high-precision three-dimensional shape measurement, search and analysis The resolution of a single eye image is low. 3-D shape extraction is difficult because of the lack of image points in the image group. The method of statistical estimation is used to improve the positional accuracy and reconstruct the three-dimensional shape with high density. The surface shape of the image is similar to the surface characteristics of the object. The surface characteristics of the object are fixed, and the surface characteristics of the object are divided into three angles. The information of the vertex value, height direction (position) and three-dimensional coordinate information are displayed. The surface characteristics of the film are not used. The method of calculating the luminance of the surface of the light source is to calculate the luminance of the surface of the light source. The 3D position information of the object in the single eye projection The main reason for this is that the physical image is optimized. 1.8 mm thick, 12 x 14mm thick test room system, open the test room system principle confirmation The object 5 x 5mm and the skin are imaged at a distance of 25 mm. 3-D shape analysis results, 1mm error The error of the optical system is the error of the optical system. In the future, the optical system will be improved. 3-D information acquisition system

项目成果

画像処理装置

图像处理装置

• 发表时间: 2019