博 士 （ 情 報 科 学 ） 栢 場 皓 之
学 位 論 文 題 名
産 業 応 用 の た め の 形 状 の 特 徴 付 け に 基 づ く 高 精 度 3 次 元 形状計測
(High Accuracy 3D Measurement Systems for Industrial Application based on Characterization of an Object)
学位論文内容の要旨
本 論文 では，3次 元距離点群データ のロバスト照合法 を用い，ダイカスト 鋳造型の複雑3次元形状 の 対象物を高精度に欠 陥検査を行える技 術を提案する．こ こで提案する点群照合法は．照合の重みと し て 個々 の点データが持つ 勾配情報や相対位置 関係から計算され る幾何特徴である エッジ情報をど の 特徴量を利用するこ とにより，照合精 度を改善させた手 法である．欠陥検出においては，モデル形 状 （良品データ）とデ ータ形状（不良品 データ）を比較し て形状の違いを認識することにより欠陥部 を 検 出す るアプロ―チに基 づぃている．提案手 法の照合精度や欠 陥検査における有 効性を実計測さ れ た デー タに 基 づく 実験 に よって示 す．また，自由曲 面を持つ産業部品に 対して高精度を3次元形 状 計 測を 行える基礎技術に ついて提案する．こ こで提案するステ レオ計測は，ター ンテープル上の 対 象 物を 回転 さ せな がら 全 周囲画像 を計測し。この画 像群から3次元座標位置を推 定する方法であ る ．さらに，照明変動 の影響が大きい金 属光沢面を持つよ うな産業部品に対してロパストを計測を行 う 工夫として，明度変 化に対してロバス ト性を有する方向 符号照合法(Orientation Code Matching:
OCM)を用 いた ス テレ オ計 測 を行 う． 提 案手 法の 計 測精度や照明 変動に対する有効 性を実計測され た 画像に基づく実験に よって示す，
本論文の構成は以下 の通りである．第1章は，本 論文の背景と目的 について述べる．ここでは本研 究 で 対象 とする点群にっい て述ベ，従来の点群 照合法と画像処理 を用いた外観検査 に関して問題点 や 課 題を 示すことにより， 本論文の目的を明確 にする．第2章は，本論文で 扱う3次 元距離点群照合 法 の 基 本 的 枠 組 み と 教 るICPア ル ゴ リ ズ ム とM推 定 法 を 導 入 し たrvnCPアル ゴリ ズ ムに つい て 説 明し，点群密度に依 存する照合誤差要 因について論じる ．第3章は ，照合精度を向上させる独自の 試 み とし て勾配評価に基づ く重みづけを提案す る．勾配値の計算 方法や照合評価関 数への適用方法 に ついて説明する．ま た，高速化への試 みとして，幾何特 徴としてエッジ情報を用いた照合について も 検 討す る． 第4章 は ，独 自に 開発された計測 装置と対象物の製 造法であるダイカ スト鋳造法につ い て説明する．そして ，実データから提 案するロバスト3次元距離点 群照合法の有効性を確認し。照 合 精度，計算時間につ いての評価をする ．第5章は 。提案手法の欠陥 検出システムの応用について述 べ る．初めに，検出す る欠陥点群の実例 を示し，欠陥検出 ・判定アルゴリズムについて説明する．次 に ，実データを用いた 欠陥検出性能実験 を行い，提案手法 の有効性を確認する．最後に，現実の生産 ラ インヘの応用を考慮 して，マスタデー タとをるモデル形 状の保持の仕方についての考察を行う．第 6章は，単眼 回転ステレオ法に ついて述べる．初め に，単眼回転ステレオの原理について説明し．3次 元 位 置計 算法 の 定式 化を 行 う．照明 変化にロバストを2次元画像 の照合法として。 方向符号照合法 (OCM)に つ いて 説明 す る． 最後 に，実データを 用いた実験により 提案手法の有効性 について確認す る ．第7章は ，本論文の結論に ついて述べる．
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学位論文審査の要旨 主査 副査
副査 副査
客員教授 教授 教授 准 教 授
前田 金子 金井 田中
学 位 論 文 題 名
俊二 俊一 理 孝之
産 業 応 用 の た め の 形 状 の 特 徴 付 け に 基 づ く 高 精 度 3 次 元 形 状 計 測
(High Accuracy 3D Measurement Systems for Industrial Application based on Characterization of an Object)
本論文 では，3次 元距離点群データ のロバスト照合法を用い，ダイカスト鋳造型の複雑3次元形状 の対象物 を高精度に欠陥検 査を行える技術を提 案している．ここで提案する点群照合法は。照合の 重みとし て個々の点データ が持つ勾配情報や相 対位置関係から計算される幾何特徴であるエッジ晴 報をどの 特徴量を利用することにより，照合精度を改善させた手法である，欠陥検出においては，モ デル形状 （良品データ）とデータ形状（不良品データ）を比較して形状の違いを認識することにより 欠陥部を 検出するアプロー チに基づぃている． 提案手法の照合精度や欠陥検査における有効性を実 計測され たデータに基づく 実験によって示した ．また，自由曲面を持つ産業部品に対して高精度を 3次元形状計測を行 える基礎技術につ いて提案した．こ こで提案するステレオ計測は．ターンテー ブル上の 対象物を回転させ をがら全周囲画像を 計測し，この画像 群から3次元座標位置を推定する 方法であ る．さらに，照明 変動の影響が大きい 金属光沢面を持つようを産業部品に対してロバスト を計測を 行う工夫として， 明度変化に対してロバスト性を有する方向符号照合法(Orientation Code Matching:OCM)を 用 いたステレ オ計測を行った，提 案手法の計測精度 や照明変動に対す る有効性 を実計測 された画像に基づ く実験によって示し た．
第1章は，本論文 の背景と目的につ いて述べている． ここでは本研究で対象とする点群について 述ベ，従 来の点群照合法と画像処理を用いた外観検査に関して問題点や課題を示すことにより，本論 文 の目 的を 明 確に する ．第2章 は，本論文で扱う3次元距離 点群照合法の基本的 枠組みとをるICP ア ルゴ リズ ム とM推 定法 を導 入 したMICPア ルゴ リズ ム につ いて 説明 し，点群密度に依 存する照 合誤差要 因について論じた ．第3章は ，照合精度を向上 させる独自の試みとして勾配評価に基づく 重みづけ を提案している．勾配値の計算方法や照合評価関数への適用方法について説明する．また．
高速化へ の試みとして，幾 何特徴としてエッジ情報を用いた照合についても検討した．第4章は，独 自に開発 された計測装置と 対象物の製造法であ るダイカスト鋳造法について説明する．そして，実 データか ら提案するロバス ト3次元距離点群照合法の有効性を確認し，照合精度，計算時間について の評価を 行った，第5章では，提案手法の欠陥検出システムの応用について述べている．初めに，検 出する欠 陥点群の実例を示し，欠陥検出・判定アルゴリズムについて説明する．次に，実データを用 いた欠陥 検出性能実験を行い，提案手法の有効性を確認する，最後に，現実の生産ラインへの応用を 考慮して ，マスタデータと なるモデル形状の保持の仕方についての考察を行った．第6章は、単眼回
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転ステレ オ法について述べ ている．初めに，単眼回転ステレオの原理について説明し，3次元位置計 算法の定 式化を行った．照 明変化にロバスト誼2次元画 像の照合法として， 方向符号照合法(OCM) について 説明している，最 後に，実データを用 いた実験により提案手法の有効性について確認して いる．第7章は．本 論文の結論につい て述べている．
これを 要するに，申請者 はこの学位請求論文 において，計測さ れた3次元点群の高精度は照合手 法を独自 に提案し，更に独 自の工夫を導入した 回転ステレオによ る3次元計測法を提示しているも のであり ，その実応用分野への貢献度は大きいと判断できる．また学術的・技術論的価値も少をく顔 く ，よ って 著 者は 北海 道 大学 博士 （ 情報 科学 ） の学 位を 授 与さ れる 資 格あ るも の と認める．
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