189 - 電子情報通信学会

平成 20 年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会
講演番号：189
胸腹部表面形状計測を目的とした空間コード化システムの実装と評価
Inplementation and Evaluation of the Structured Light System for the Body Surface Shape Measurement
小石毅*2
生江達哉*3
中口俊哉*3
津村徳道*3
三宅洋一*3,4
岡田銀平*1
Ginpei Okada Takeshi Koishi Tatsuya Namae Toshiya Nakaguchi Norimichi Tsumura Yoichi Miyake
*1
*2
千葉大学工学部情報画像工学科
千葉大学大学院自然科学研究科 *3 千葉大学大学院融合科学研究科
*4
千葉大学フロンティアメディカル工学研究開発センター
*1
Department of Information and Image Science, Faculty of Engineering, Chiba University
*2
Graduate School of Science and Technology, Chiba University
*3
Graduate School of Advanced Integration Science, Chiba University
*4
Research Center for Frontier Medical Engineering, Chiba University
1. はじめに
我々がこれまでに開発してきたプロジェクターに
よる腹腔鏡下手術支援システム[1]では，人体胸腹部
表面の形状を，カメラとプロジェクターを用いた空
間コード化法により計測する．空間コード化法では
一般に，投影する構造光の枚数と計測の信頼性がト
レードオフの関係にあり，信頼できる計測結果を得
るためには多数の構造光の投影を必要とする傾向が
ある．しかし，計測対象が人体のように常に動いて
いる場合，複数枚の投影は誤差要因となる．そのた
め，最適なシステムを設計するには，計測対象の動
きが引き起こす誤差の影響を評価する必要がある．
本研究では，代表的な空間コード化法である位相シ
フト法とグレイコードを用いた計測システムを実装
し，実験により胸腹部表面形状の計測精度を調べた．
2. 空間コード化法による形状計測システムの実装
カメラ（Lumenera 社製 LU-175C-IO，レンズは
FUJINON 社 製 HF16HA-1B ） の 解 像 度 を 1280 ×
1024，プロジェクター（StereoGraphics 社製 InFocus
DepthQ）の解像度を 800×600 として計測システム
を実装した．現在は外部信号によるカメラとプロジ
ェクターの同期を取っておらず，構造光の撮影には
1 枚あたり 0.29 秒を要する．
位相シフト法の実装においては，キャリブレーシ
ョン[2]，プロジェクターのγ補正[3]，位相のアンラ
ップ[4]に Zhang らの手法を用いた．この手法では位
相のシフト量は 2/3πとし，アンラップした位相と
カメラ画像座標を対応付けるための基準位置投影と
合わせ，計 4 枚の投影画像を用いる．ここでは，16
周期分の正弦波からなるパターンを用いて実装した．
グレイコードは位相シフト法よりも信号ノイズや
プロジェクターとカメラの非線形なγ特性に対しロ
バストである．しかし，位相シフト法よりも投影パ
ターンが多いため，計測対象の動きの影響を受けや
すい．ここでは 22 枚の投影画像を用いる最大解像
度の投影パターンを実装した．
実装したシステムを用いて静止した状態の白色の
平面を計測し，理想的な平面にフィッティングした
結果，位相シフト法での RMSE は 0.73mm，グレイ
コードでの RMSE は 0.63mm であった．
カメラ
750mm
170mm
800
奥行き
[mm]
700
プロジェクター 850mm
図 1 実験ジオメトリ
25
20
誤差
[mm]
図 2 位相シフト法の計測結果
位相シフト法
グレイコード
15
10
5
0
図 3 胸腹部表面形状の計測精度(被験者 4 人)
するために，B チャネルを使ってプロジェクター座
標が既知である 49 点のドットパターンを投影する．
投影されたドットパターンの三次元座標を用い，空
間コード化システムの計測精度を評価する．着席し，
4 秒に 1 回の間隔で呼吸するよう指示した被験者 4
人についての計測結果の RMSE と標準偏差を図 3
に示す．位相シフト法はグレイコードに比べ誤差が
小さくなった．グレイコードの場合，呼吸による形
状の変化の大きい腹部付近で誤差が大きくなり体動
の影響を受けやすいことがわかった．
4. 結論
空間コード化法による形状計測システムを実装し，
胸腹部表面形状の計測精度を調べた．静止した物体
の形状計測は，位相シフト法に比べグレイコードの
方が高精度である．しかし対象が人体のように常に
動いている場合，位相シフト法の方が誤差は小さく，
我々のシステムに有効であると考えられる．今後は
実際の手術に近い状態での評価が必要である．
<参考文献>
[1] T. Koishi et al., SPIE MI, 6918-35, 2008
[2] S. Zhang and P. Huang, Optic.Eng., 45 8, 083601,
2006
[3] S. Zhang and S. T. Yau, Appl.Opt., 46 1, 36-43, 2007
[4] S. Zhang et al., Appl.Opt., 46 1, 50-57, 2007
3. 実験
実験ジオメトリを図 1 に，位相シフト法による計
測形状の例を図 2 に示す．プロジェクターの G チ
ャネルから構造光を投影し，形状の正解値を算出
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