博 士 （ 情 報 科 学 ） 大 村 功
学 位 論 文 題 名
方向 符 号照 合 の FPGA に よる実現 と 産業応用に向けた画像センサの研究開発
学位論文内容の要旨
画像計測は工場内の生産ライン，1鴇質検査に多用されている一方で，屋外での利用は限定的であ る．屋外での画像の利用においては，計測環境の変化に対するロバスト性とともに，設置スベースや 電力，耐環境性をど，多くの制限ヘ対応する必要があり，これらが導入の課題にをっていると考えら れる．しかし抵がら，農業をど一次産業においては人手不足等の問題から，作業の軽減と効率の向上 が求 め られ て韜 り， 作業 の 自動化を進める上で，セン サとしての画像計測への期待 は大きい．
本研究では，このような分野で実利用可能顔画像センサを提供することを目的として，明度変化に 口バストを方向符号照合を用い，FPGA(Field Programmable Gate Array)を利用したハードウェア化 を行って，ロバスト性，高速性，回路規模，汎用性の点で優位性があり，実利用可能をセンサの研究開 発を行った，具体的な応用として，農作業機向けの車速計測センサとステレオビジョンセンサヘ適用 した．
FPGAをJ羽いたハ ードウェア化については，一 部取り組まれているものの，実利用を目指したセ ンサとしてロ/ヾスト性，高速性，汎用性，さらに回路規模について論じられている研究は非常に少を い，車速計測センサでは，計測原理に関しては類似した手法が考案されているものの，実際に実用可 能なセンサの開発と そのロバスト性の検証を具体的に進めた研究事例はをく。特に農業分野への応 用としては新しい試 みである，またステレオビジョンセンサについては，従来から提案されている 様々なシステムがあるものの，回路規模，汎用性，ロバスト性の点で本研究に優位性があることを示 した．
本センサの開発に おいては，ハードウェアによる画像照合処理の基本的顔フレームワークを検討 すると共に，方向符 号照合の最適を回路設計と 実装を行った．さらにFPGAを搭載した独自の処理 ボードを開発して，プ口トタイプセンサの試作を行い，実フィールドでの検証を進めた．車速計測セ ンサにおいては，対地画像におけるフレーム毎の変位量をi画像照合により計測し車速の推定を行う；
新規性の高いセンサとした．このセンサは農作業機向けとして，小型化，低消費電力化を図り，さら に耐環境性を高めて，実用を目指した実圃場での検証試験を進めている．ステレオピジョンセンサで は，さらに並列処理を高めるとともに，回路規模低減の工夫を図り，従来研究を超える処理性能を備 え る と 共 に ， ロ バ ス ト 性 と 汎 用 性 の 点 で 優 位 性 の 高 い ス テ レ オ 画 像 処 理 を 実 現 し た ． 本研究では，方向 符号照合を用いたハードウェア実現の有用性とこれを利用した画像センサの有 効性を，車速計測センサおよびステレオビジョンセンサの事例により示すと共に，ハードウェアによ る画像照合処理の高速化手法を提示した，
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学位論文審査の要旨 主 査 教 授 金子俊 一 副 査 教 授 五 十 嵐 副査 准教授 田中孝之
学 位 論 文 題 名
方 向 符号 照 合の FPGA による 実現と 産業応用に向けた画像センサの研究開発
画 像計 測は 工 場内 の生 産ラ イン ， 品質検査だけでをく，様々 を分野において利用が期待 されてい る． 農業 など 一 次産 業に おい ては 人 手不足等の問題から，作業 の軽減と効率の向上が求め られてお り；作業の自動化を進め る上で，センサとしての画像 計測への期待は大きい．こ のよう哲多様な産業 分野での画像処理の実利 用を進めるには，環境に対する処理のロ′ヾスト性を高めるとともに，装置の 小型化，高速化，耐環境 性をどの課題ヘ対応する必要 がある．
本 論文 は， 方 向符 号照 合をFPGA(Field Programmable Gate Array)により処理する高速 でコンパ クト教ハードウェア処理 手法を提案し，速度計測セン サ，ステレオビジョンセン サヘ応用し，試作セ ンサによる検証を行って ，実利用におけるロバスト性 ，高速性，回路規模の有効性を検証している．6 つの 章か らを り，第1章では画像処 理の実利用における処理装置 の小型化，高速化，屋外で の利用の 必要 性に つい て概観するとともに， 本研究の位置づけおよび目 的を明確にしている．第2章 では方向 符 号 照 合 と そ のFPGAに よ る 実 現 の 有 効 性 につ いて 述べ る とと もに ，FPGAに よ る処 理の フレ ー ム ワー クを 提示 し てい る， 第3章で は， 第2章に おい て 提示 した ハー ドウ ェ ア処 理手 法を速 度計測に 応用し，画像照合を利用 した新たを農作業機向け速度 計測センサを提案するとと もに，センサの試作 を行 って ，そ の 有効 性に つい て実 フ イー ルド で評 価 して いる ，第4章では実用化に向けた 農作業機 向け 速度 計測 セ ンサ の検 証結 果と 課 題を示し，その対処方法の 一部を示している，第5章で は，第2 章に おい て提 示 した ハー ドウ ェア 処 理手 法の2っ めの 応用 とし て，ステレオビジョンセン サヘ応用 し，処理性能を大きく向 上させてりアルタイムでの処 理性能を実現したセンサを 提示し，処理性能と 回路規模における有効性 を示している．第6章は，本 論文の結諭として，以上の成果を統括している，
ま ず， 画像 処 理の 実利 用を 進め る 上で のFPGA利 用 の有 効性 を指 摘す る とと もに ，方向 符号照合 を用 いる こと で ，ロ バス ト性 を備 え ると とも に回 路 規模 の点 にお いて も 効果 があ ること を指摘し た.FPGAを用 いた ハ← ド ウェ ア処 理に おけ る 独自 のア ルゴ リズ ムを提案するとともに，こ れを応用 した画像照合を用いた新 たを速度計測センサを提案し た．センサの試作により， コンパクトを回路規 模で実現可能であること を示し，圃場においてタイヤ のスリップに影響され′よ い高い精度での計測 が可能であることを実験 により検証するとともに，実 用化における課題への対応 について示した．さ
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らに ， 高速 をス テレ オビ ジ ョン セン サを 提 案し た.FPGAを利用した 高い並列度とパイプライン処 理 回路による独自の 回路構成を提示し，処理性能 ，回路規模において，優位 性の高い回路であることを 示 し た ． セ ン サ の 試 作 に よ り ， そ の 実 現 性 と り ア ル タ イ ム 処 理 に つ い て 検 証 し た ， 以 上 を要 する に， 筆者 は ，方 向符 号照 合 をFPGAに より 処理 す るハ ード ウェ アアルゴリズムを 提 案し，これを，速 度計測センサ，ステレオピジョンセンサヘ応用するとともに，センサの試作，検証を 行って，その有効 性を明らかにした．速度計測 センサは，画像照合を用い た農作業機向けの新しいセ ンサであり，タイ ヤのスリップによる影響の教 い精度の高い計測を実現し た．ステレオビジョンセン サは処理性能，回 路規模において優位性の高い 照合回路を開発し，リアル タイム処理センサを実現し た．本研究の成果 は，画像処理分野をらぴに農 業機械分野における発展に 寄与するところ大なるもの があ る ．よ って ，筆 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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