円振動眼ステレオ：距離画像とオプティカルフローの統合検出理論とその実装

本研究は１）直接代数法およびその数値計算アルゴリズムの開発（27,28年度），２）近傍連立型の反復最適解法の開発，および相関画像の同時撮像次数の多重化の方式設計とデバイス開発（27,28年度），３）統合撮像システムの円振動光学系の適応調整機構の開発・試作実装・評価（28,29年度），三次元距離と運動情報を同時検出する視覚聴覚統合システムの試作実装と実証実験（29年度），の計画で開始したが，１）と２）の課題が非常に効果的な形で解決し，28,29年度でのハードウエア開発に関する２），３）のテーマがすぐに実行可能な状況となった。早期に研究内容を実機検証可能なレベルに到達させ，実用化を視野に入れた展望を獲得するため，開発を前倒し実施することとした。前倒し実施期間においては，１）従来のHCI3/HCI4時間相関イメージセンサを用い，参照信号を4系統化して多重化次数を増し，さらにUSB3.0インターフェースによる高フレームレート化，恒温制御による温度安定性の向上を実現した。また，画素の半導体三次元シミュレーションにより，native MOSトランジスタによって微少光量領域におけるRTN雑音レベルを下げる最適設計を実施した。これにより高性能化した時間相関イメージセンサを作成する準備を整えた。２）円振動眼ステレオ装置の開発においては，Horn-Schunck型の反復大域最適化解法を実装した。次に，円振動を生成するロンボイドプリズムを誤差数秒以下の平行度と多層膜無反射コーティングし，誤差の主要因であった像のスキュー円振動と迷光の低減を実現し，三次元再構成誤差が従来の数分の１以下まで減少することを確認した。また，輻輳角の適応制御に向けて，中空ロンボイド反射鏡とその反射面のピエゾ駆動機構の検討を行った。さらに，同時並行で実施している企業との共同研究の中で，円振動眼ステレオ装置を製造プロセスでの三次元計測に適用する実験を行った。

本研究は１）直接代数法およびその数値計算アルゴリズムの開発（27,28年度），２）近傍連立型の反復最適解法の開発，および相関画像の同時撮像次数の多重化の方式設計とデバイス開発（27,28年度），３）統合撮像システムの円振動光学系の適応調整機構の開発・試作実装・評価（28,29年度），三次元距離と運動情報を同時検出する視覚聴覚統合システムの試作実装と実証実験（29年度），の計画で開始したが，１）と２）の課題が非常に効果的な形で解決し，28,29年度でのハードウエア開発に関する２），３）のテーマがすぐに実行可能な状況となった。早期に研究内容を実機検証可能なレベルに到達させ，実用化を視野に入れた展望を獲得するため，開発を前倒し実施することとした。前倒し実施期間においては，１）従来のHCI3/HCI4時間相関イメージセンサを用い，参照信号を4系統化して多重化次数を増し，さらにUSB3.0インターフェースによる高フレームレート化，恒温制御による温度安定性の向上を実現した。また，画素の半導体三次元シミュレーションにより，native MOSトランジスタによって微少光量領域におけるRTN雑音レベルを下げる最適設計を実施した。これにより高性能化した時間相関イメージセンサを作成する準備を整えた。２）円振動眼ステレオ装置の開発においては，Horn-Schunck型の反復大域最適化解法を実装した。次に，円振動を生成するロンボイドプリズムを誤差数秒以下の平行度と多層膜無反射コーティングし，誤差の主要因であった像のスキュー円振動と迷光の低減を実現し，三次元再構成誤差が従来の数分の１以下まで減少することを確認した。また，輻輳角の適応制御に向けて，中空ロンボイド反射鏡とその反射面のピエゾ駆動機構の検討を行った。さらに，同時並行で実施している企業との共同研究の中で，円振動眼ステレオ装置を製造プロセスでの三次元計測に適用する実験を行った。