Accurate 3D measurement of narrow and long structure based on speckle pattern

基于散斑图的窄长结构精确3D测量

• 批准号: 19J10551
• 负责人: 樋口 寛
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J10551/
• 关键词: スペックル; 3次元計測; 運動推定; 光切断法; 長尺構造物; 長尺狭隘構造; 内視鏡

本研究の目的は，配管やエンジンなどの長尺狭隘構造内部を高精度に3次元計測可能なシステムを構築することである．提案手法では，内視鏡，全周ラインレーザ，およびスポットレーザから構成される装置を計測対象に挿入し，内視鏡による取得画像を入力として計測を行う．全周ラインレーザから光切断法による断面形状を計測し，スポットレーザ照射により生成されるスペックルから時系列の運動を推定する．断面形状を運動情報に基づいて統合することにより大域的な3次元形状を得る．本研究では，運動推定に利用する特徴量として，表面の微視的な凹凸に応じて発生する干渉パターンであるスペックルを利用する．これにより，従来手法では推定が困難であった環境内部に特徴が乏しい条件においても断面統合が可能な計測システムを新規に提案する．前年度に提案したシステムでは，ラインパターンとスペックルの両方を同時に明瞭に観測することができないという問題に対して．光学的に条件の異なる2台のカメラを導入した．本年度は，計測装置に拡散板を導入することにより1台のカメラのみでこの問題を解決した．拡散板上で発生するスペックルを観測することにより，スペックルを明瞭に観測可能なピント位置を拡散板の配置から制御可能なシステムを新規に提案した．これにより，スペックルとラインパターンに同時に合焦することが可能になり，1台のカメラのみで効率的にデータ取得が可能なシステムを実現した．複数のレーザスペックル情報を同時に活用し，3次元計測のための運動推定に活用するという未開拓な領域の運動推定理論を新規に構築し，シミュレーション，および実実験においてその有用性を示した点が本研究の意義である．

本研究的目的是构建一个能够以 3D 方式精确测量管道和发动机等狭长结构内部的系统。在所提出的方法中，将由内窥镜、全方位线激光器和点激光器组成的装置插入到测量目标中，并使用内窥镜获取的图像作为输入来执行测量。使用光学切割方法从圆周上的线激光测量横截面形状，并根据点激光照射产生的散斑来估计时间序列运动。通过基于运动信息整合横截面形状来获得全局三维形状。在这项研究中，我们使用斑点（一种响应于表面微观不规则性而发生的干涉图案）作为用于运动估计的特征。因此，我们提出了一种新的测量系统，即使在环境内部特征很少的情况下也可以执行横截面积分，而使用传统方法很难估计。针对前一年提出的系统无法同时清晰观察线纹和散斑的问题。我们介绍了两台具有不同光学条件的相机。今年，我们通过在测量设备中引入扩散器，仅用一台相机解决了这个问题。通过观察扩散板上产生的散斑，我们提出了一种新系统，可以通过扩散板的放置来控制可以清晰观察到散斑的焦点位置。这使得同时聚焦斑点和线条图案成为可能，从而创建一个仅使用一台相机即可有效获取数据的系统。我们在未探索的领域开发了一种新的运动估计理论，其中同时利用多条激光散斑信息进行3D测量的运动估计，并通过模拟和实际实验证明了其实用性，这就是本研究的意义。

项目成果

特徴が少ない環境の3次元計測のための2台のカメラによるスペックル運動推定

使用两个相机进行散斑运动估计，对特征很少的环境进行 3D 测量

• 发表时间: 2019
• 作者: 樋口 寛;藤井 浩光;谷口 敦史;渡辺 正浩;山下 淳;淺間 一
• 通讯作者: 淺間 一

Speckle Based Pose Estimation Considering Depth Information for 3D Measurement of Texture-less Environment

考虑深度信息的基于散斑的姿态估计，用于无纹理环境的 3D 测量

• 发表时间: 2020
• 作者: Hiroshi Higuchi;Hiromitsu Fujii;Atsushi Taniguchi;Masahiro Watanabe;Atsushi Yamashita and Hajime Asama
• 通讯作者: Atsushi Yamashita and Hajime Asama

Speckle Based Pose Estimation for 3D Measurement of the Feature-less Environment by Two Cameras

基于散斑的姿态估计，用于通过两个相机对无特征环境进行 3D 测量

• 发表时间: 2019
• 作者: Hiroshi Higuchi;Hiromitsu Fujii;Atsushi Taniguchi;Masahiro Watanabe;Atsushi Yamashita and Hajime Asama
• 通讯作者: Atsushi Yamashita and Hajime Asama