赤外線パターン投射式深度センサの 光学系調整

■■■■■ 特別寄稿 ■■■■■
赤外線パターン投射式深度センサの
光学系調整
奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科／船谷浩之、中村彰宏、柴田智広
Microsoft社のKinectをはじめとする赤外線式深度センサが注目を集めている。これらのセ
ンサは、基本的に人体のモーションを取得することを目的としているため、近距離における
精度が十分でない、もしくはアプリケーションに必要な深度分解能が得られない場合があ
る。そのような場合でも、センサの構成を変えることなく、視差を変化させるプリズムを加え
るのみで、深度分解能の調整が可能となる場合がある。
本稿ではパターン投射式センサを対象とし、プリズムの視差変化により、深度方向の分解能
および計測範囲を解析的に導出し、実際に作成した光学系を用いて実証した。
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はじめに
レンズの焦点距離とエミッタとレシーバの距離が
固定され、計測可能な範囲を柔軟に変えることが
できない。この不満に応えた製品として、NYKO
赤外線パターンを対象に投射し、その深度マッ
社から販売されているKienctの焦点距離を短縮す
プ（あるいは深度画像）
を得る安価なセンサは、イ
る Zoom for Kinect 8）は、Kinect のパターン生成器
メージセンサおよび DSP の高集積化、低価格化と
および IR カメラの前にレンズを設置し、画角を広
ともに、ASUS 社が Xtion、Microsoft 社が Kinect
げることでより近距離での人体計測を可能にして
を販売したことで 2010 年の後半から注目を浴び
いる。われわれはこの方式とは別に、プリズムに
た。これらのセンサは以下の理由により、深度画
よって赤外線パターン投影式の深度取得に用いら
像によるモーションキャプチャ3〜5）、物体認識 6）
・
れる視差を変化させることで、深度分解能と深度
3Dマッピング など様々な領域で盛んに利用され
方向のセンサ範囲を調整する事のできる光学系を
ている。
開発した。この光学系を介して得られる深度（みか
①　安価で導入が容易な点
け深度）と、実際の深度（実深度）の関係式を赤外
②　OpenNI1）、Kinect SDK2）などソフトウェア基
線パターン投影式の深度取得の原理から導き、検
盤が整備されており、既存の技術との融和性
証実験によって式で示される関係が正しいことを
が高い点
確認した。
7）
③ 幅広い応用に必要十分な精度を有する点
以降、2 章では深度センサの深度マップ取得法
について、3 章では本研究で開発した光学系の原
さて、Kinect、Xtion は赤外線パターンを投射
理とみかけ深度・実深度間の関係式について、4
し、パターンの歪みによって距離を測定する方式
章では 3 章の関係式の検証のための実験について、
を取っている。これらのセンサは特に安価に入手
5 章でまとめと今後の課題について述べる。
可能であるが、人体用として開発されているため、
82 ︱December 2012
eizojoho industrial