固 視 微 動 と い う運 動 の 特 に トレ モ ア に 相 当す る カ メ ラ運 動 に 基 づ く形 状 復 元 に お い て 近 似 誤 差 を 見 積 も り,そ れ に 基 づ く 勾 配 方 程 式 の 選 択 的 利 用 法 を 提 案 した.加 え て,固 視 微 動 を 模 擬 す る カ メ ラ 撮 影 シ ス テ ム を 構 成 し,提 案 して い る 奥 行 復 元 手 法 の 有 効 性 を 実 験 的 に 確 認 した.既 提 案 手 法 で は,輝 度 値 の 空 間 的 な 波 長 に 対 して 画 像 変 位 が 大 き く な る場 合,エ イ リア ス 現 象 が 起 き る.そ れ に 対 し,提 案 手 法 に よ り誤 差 低 減 を 確 立 し,奥 行 復 元 精 度 の 向 上 を 確 認 した.
ま た,実 画 像 で 奥 行 復 元 す る こ と は 難 し く,実 空 間 で の 正 確 な 測 定 を 求 め られ る.今 後 の 課 題 と し て,よ り 正 確 に 測 定 で き る 用 具 を購 入 し,照 明 の 光 に よ る 輝 度 値 の 影 響 を 考 慮 し た 実 験 を 行 う こ と で,奥 行 復 元 の 精 度 を 上 げ て い く 必 要 が あ る.
59
謝辞
本 研 究 を遂 行 す る に あ た り,御 指 導 御 鞭 擬 を頂 い た 田川 憲 男 教 授,大 久 保 寛 准 教 授 に心 よ り 深 く感 謝 い た しま す,ま た,日 頃 よ りお 世 話 に な っ て い る本 研 究 室 の学 生 の 皆 様 に感 謝 い た し ま す.最 後 に,シ ス テ ム デ ザ イ ン研 究 科 情 報 通 信 シ ステ ム学 域 の 教 員 各 位,学 生 の 皆 様 に 心 よ
り御 礼 を 申 し上 げ ま す,
60
参考文献
r1]N.Lazaros,G.C.Sirakoulis,A.Gasteratos.̀̀Reviewofstereovisionalgorithm:from softwaretohardware,"int.J.Optomechatronics,voL5,no.4,pp.435.462,2008.
[2]S.Martinez‑Conde,S.L.Macknik,D.Hubel,"Theroleoffixationaleyemovementsin visualperception':NatureReviews,voL5,pp.229.240,2004.
[3]Martinez‑Conde,S.,Macknik,S.L.,andHubel,D.(2004).Theroleoffixationaleye movementsinvisualperception.NatureReviews,5:229.240.
[4]A.BruhnandJ.Weickert,"Locas/KanademeetsHorn/Schunk:combininglocaland globalopticflowmethods';lnt.J.Comput.Vision,voL61,no.3,pp.211.231,2005.
[5]B.K.P.HornandB.Schunk.̀̀Determiningoptica1臼ow';Artif.IntelL,voL17,pp.
185.203,1981.
[6]E.P.Simoncelli,"Bayesianmu且ti‑scaledifferentialopticalflow;:HandbookofCom‑puter VisionandApPlications.voL2,PP.397.422,1999.
[7]A.BruhnandJ.Weickert."Locas/KanademeetsHom/Schunk:combininglocaland
globaloptic伺owmethods「 コnt.J.Comput.Vision,vol.61,no.3,pp.211.231.2005.
[8]Hom,B.K.P.andSchunk.B.(1981).Determiningopticalflow.Aetif.lntell.,17:185‑
203Dempster,A.P..Laird.N.M..andRubin,D.B.(1997).
[9]N.Tagawa,J.Kawaguchi,S.Naganuma.K.Okubo,"Direct3‑Dshaperecoveryfromimage sequencebasedonmulti‑scaleBayesiannetWork;「Proc.ICPRO8,CD‑ROM.2008.
[10]ロ ボ ッ ト ビ ジ ョ ン の 基 礎 出 口 光 一 郎 著 コ ロ ナ 社2000年
[11]P.J.Green,̀̀OnuseoftheEmalgorithmfbrpenalizedlikelihoodestimation';J.Roy.
Statist.Soc.B,voL52,PP.443。452.1990.
61
[12]Tagawa,N.(2010).DepthPerceptionmodelbasedonfixationaleyemovementsusing byesianstaticsticalinference.Inproc.ICPR2010,pages1662‑1665
[13]Tagawa,N.andNaganuma,S.(2009).patternRecignition,Structureandmotionfromimage sequencebasedonmu且ti‑sca且eBayesiannetwork.In‑Tech.Croatia.
[14]Maximumlikelihoodfromincompletedata.」.Roy.Statist.Soc.B,39:1‑38
[15]Z.,zhang,andSeniorMember,IEEE.(2000).AFIexibleNewTechniqueforCamera Calibration.PatternAnalysisandMach董neIntelligence,IEEE.Transactionson (Volume:22,Isuee:11),pages1330‑1334
[16】J.More,"TheLevenbergMarquardtAlgorithm,lmplementation,andTheory,"Numerical Analysis,G.A.Watson,ed.,Springer‑Verlag,1977.
[17]カ メ ラ キ ャ リ ブ レ ー シ ョ ン 手 法 の 改 良 田 島 勝 一 大 分 大 学 工 学 部 技 術 部 www.tech.iwate‑u.ac.jp/ihatov2014/houkoku/data/pdfンA‑7.pdf
62
本 研究 に関す る研 究業績
学会発表
(1)固 視 微 動 型 カ メ ラ 運 動 に 基 づ く微 分 型 奥 行 復 元 ア ル ゴ リ ズ ム の 実 装 と 評 価 塚 田翔 太 田 川 憲 男,何 宜 欣,大 久 保 寛 映 像 情 報 メ デ ィ ア 情 報 学 会(冬 季 大 会2014)
12月2014年
(2)S.Tsukada,N.Tagawa,Y.HoandK.Okubo:Accuracyimprovementfor
depthfromsmallirregularcameramotionsanditsperformanceevaluation.
InternationalConferenceonlmageAnalysisandRecognition(ICIAR2015).
PaperNo.202,Sep.2015,NiagaraFalls.Canada.
(3)カ メ ラ の 不 規 則 微 小 回 転 を 利 用 す る 微 分 型 奥 行 き 復 元 手 法 の 高 精 度 化 と そ の 性 能 評 価 塚 田 翔 太,田 川 憲 男,何 宜 欣,大 久 保 寛
映 像 情 報 メ デ ィ ア 情 報 学 会(年 次 大 会2015)8月2015年
63
付 録1
A.平 行 ス テ レオ に よ る正解 奥 行 値Zの 導 出
最 初 に,必 要 な パ ラ メ ー タ に つ い て,モ デ ル を 通 して 説 明 を 行 う.[図A参 照]
ま ず ベ ー ス ラ イ ンbと は,2つ の カ メ ラ の レ ン ズ 中 心 同 士 も し く は 平 行 移 動 前 後 の レ ン ズ 中 心 同 士 の 距 離 をmm単 位 で 計 っ た も の で,b(mm)と す る,
次 に 視 差x1‑xrに つ い て 説 明 す る.異 な る位 置 に あ る2つ の カ メ ラ が 同 じ対 象 物 体 を 撮 影 す る と,そ れ ぞ れ の 画 像 平 面 上 に 対 象 物 体 が 写 り こ む.画 像 中 心 を 基 準 の 0(pix)と した 時,こ の 対 象 物 体 の 写 像 位 置 はx方 向 の ピ ク セ ル 単 位(カ メ ラ1をxl (pix),カ メ ラ2をx7・(pix))で 計 測 可 能 で あ る.そ して,そ の 双 方 の 差 分xl‑xe(pix) が 視 差 と な る.(位 置 の 計 測 が ス ム ー ズ に 行 え る よ うに,第5章 図5.1の 実 験 画 像 に
シ ー ル 等 の マ ー カ ー を 付 け た.)
こ れ らの パ ラ メ ー タ を 甚 に す る と奥 行Zは 以 下 の 式 で 表 現 で き る.(焦 点 距 離 ∫ (pix)は キ ャ リ ブ レー シ ョ ン で 算 出 され た もの を使 用.)
f(pix) ゐ(1㎜)(A
.1)Z(㎜)=(
xl‑xr)(pix)
対象物体
カ メ ラ1
ペ ー ス ラ イ ン1 視 差.yi‑.rl・
焦 点 距 離 ∫
奥 行
カ メ ラ2
画像 平面
図A:平 行 ス テ レオ モ デ ル
64
以 上 か ら平 行 ス テ レオ の 原 理 を 用 い て,実 際 に 奥 行Zを 求 め る.
求 め る 奥 行 は,図5.1の よ うに 中 央 立 体 部 分 と 奥 板 の2種 類 あ り,両 者 共 通 の パ ラ メ ー タ と し て,べ 一 ス ラ イ ンb=30(mm),焦 点 距 離 ノ=Il41.4(pix)と 設 定 した.
視 差 に つ い て は,中 央 立 体 部 分 と奥 板 そ れ ぞ れ に 任 意 数 の 特 徴 点 を 設 け,そ の 板 ご との 点 か ら求 め られ た 視 差 の 平 均 を 算 出 値 と した.こ の 場 合,中 央 立 体 部 分 の 視 差 をdf, 奥 板 の 視 差 をd,と して 計 算 す る と,df=242(pix),d,=179(pix)と 算 出 され,こ れ を 設 定 値 と した.こ れ ら の パ ラ メ ー タ か ら,中 央 立 体 部 分 の 奥 行 をZf,奥 板 の 奥 行 をZ,と
して,式(A.1)を 参 考 に 計 算 を 行 っ た.
Z∫ 一考b‑1幾 欝)3・(一)‑141・5(一) ・
Zb‑‑Lb‑1141・4(pix)3・(㎜)‑191.3(㎜) . db179(pix)
こ の よ うな 過 程 か ら正 解 の 奥 行 値Zを 導 出 す る こ とが で き る.
B.平 行 ス テ レオ に よ る焦 点距 離Zの 導 出
仮 に,対 象 物 体 に お け る 中 央 立 体 部 分 と奥 板 の 差 分Zh‑Z〆 が 既 知 だ っ た 場 合,式 (A.1)か ら 逆 算 して 焦 点 距 離!を 算 出 す る こ とが 可 能 で あ る.
⊥ ら
一
‑ 可 酬 加 ! 可 卜 / 可 戸 { ろ
!=
Zb‑Zf
ll ゐ(一 一 一)
dbdf
(A.2)
(A.3)
本 研 究 で 使 用 して い る対 象 物 体 の,中 央 立 体 部 分 と奥 板 の 差 分 は51(mm)と な っ て い る.ベ ー ス ラ イ ンbと 視 差df,d,は 奥 行 値Zを 求 め た と き の も の を利 用 す る と して, 式(A.3)を 参 考 に 焦 点 距 離!の 計 算 を 行 っ た.
!==1168.9(pix) 51
11
30(一 一) 179242
こ の よ う に,キ ャ リブ レー シ ョ ン 以 外 の 焦 点 距 離 の 導 出 方 法 も存 在 す る.
65
付 録2
回転 中心 距 離z。の導 出
初 め に,図Bの モ デ ル で 扱 わ れ て い るパ ラ メ ー タ に つ い て 説 明 を 行 う.
基 本 的 に は,カ メ ラ の 動 か し方 を 平 行 移 動 か ら回 転 移 動 に 変 え た もの で,視 差 の 求 め 方 や 奥 行 の 関 係 は 変 わ ら な い が 新 た な 成 分 と して 回 転Rが 加 わ り,式 が よ り複 雑 に な る.
第1に 基 本 的 な 情 報 と して,回 転 はx軸 周 りを 想 定 して お り,よ っ て 視 差 は 画 像 平 面 上 で ア方 向 に 発 生 す る.さ ら に 焦 点 距 離 ∫=1と モ デ ル で 定 義 し て い る の で,求 め た ピ
ク セ ル 単 位 の 視 差 を!で 割 ら な け れ ば な ら な い.ま た 各 ベ ク トル に 付 い て い る 下 側 の 数 宇 は,1が 基 準 の カ メ ラ座 標,2が 回 転 後 の カ メ ラ座 標 の 数 値 を そ れ ぞ れ 表 して い る.
上 側 の 数 字 は,1と2ど ち らの カ メ ラ 座 標 の 基 底 か ら数 値 を 見 る か を 表 し て い る.
第2に,各 ベ ク トル の 説 明 を 行 う.xは 画 像 上 の位 置,zは 画 像 平 面 の 位 置,Xは 実 空 間 で の 対 象 物 体 の 位 置,Zは 実 空 間 で の 対 象 物 体 の 奥 行,Tは 回 転Rに 付 随 して 発 生 す る レ ン ズ 中 心 の 平 行 移 動 を そ れ ぞ れ 表 して い る.な おZ2に 関 して は,xlの 計 測 が 複 雑 で あ る の で,未 知 と し て い る.
回転帖 づR
←M7: .M→z1
基 準力メラ座 標 X1
xl=R「(XトT1)⇒RxlニX}‑T1