蛍光に着目したマーカを用いた幾何と深層学習の融合によるミリピクセル画像計測

使用基于荧光标记的几何和深度学习融合进行毫像素图像测量

• 批准号: 22K04136
• 负责人: 寺林 賢司
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Toyama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04136/
• 关键词: 蛍光球体マーカ; 画像計測; ミリピクセル; 幾何; 深層学習

本研究では，モーションキャプチャに代表される三次元画像計測技術の計測精度の向上を目的としている．具体的には，相対精度10^(-6)の計測精度を目指しており，計測範囲1メートルに対して計測精度1マイクロメートルに相当する．これは精密な機械システムの運動計測といった新たな画像計測の応用分野の創出につながるものである．また，この相対精度は，画像範囲1000ピクセルに対して検出精度1ミリピクセルに相当する．ミリピクセル検出の実現のために，新たな画像計測用マーカである「蛍光球体マーカ」を提案した．蛍光球体マーカは，撮影画像中において輪郭部分のコントラストが高く，また形状精度が高いという特徴を持ち，検出エッジに対する幾何フィッティングにより高精度なマーカ位置検出が可能となる．蛍光球体マーカにより従来の再帰性反射マーカよりも約10倍精密なマーカ位置検出を実現した．高精度な画像計測において「照明変動」は計測精度の低下につながる重要な課題であり，蛍光球体マーカの高精度な検出における照明変動時の正確さの改善について検討を行った．具体的には，蛍光球体マーカに対する相対的な照明位置を変化させたときに生じるかたより誤差の補正に取り組み，約5倍の高精度化に成功した．これにより，二乗平均平方根誤差1.3ミリピクセルを達成し，ミリピクセル画像計測の実現可能性を確認した．本補正は照明位置が既知である条件で実施しており，照明位置の推定が課題である．今後は，蛍光球体マーカの撮影画像を対象とした深層学習により回帰問題として本課題の解決に取り組む．

本研究的目的是提高运动捕捉等三维图像测量技术的测量精度。具体来说，我们的目标是测量精度为 10^(-6) 相对精度，对应于 1 米测量范围的 1 微米测量精度。这将导致图像测量应用新领域的创建，例如精密机械系统的运动测量。另外，这个相对精度对应于1000像素的图像区域1毫像素的检测精度。为了实现毫像素检测，我们提出了一种新的图像测量标记，即“荧光球标记”。荧光球形标记具有拍摄图像中轮廓部分对比度高、形状精度高的特点，通过与检测边缘的几何拟合，可以实现高精度的标记位置检测。使用荧光球形标记，我们实现了标记位置检测，其精确度比传统逆反射标记大约高 10 倍。在高精度图像测量中，“光照波动”是导致测量精度下降的一个重要问题，因此我们研究了在荧光球形标记的高精度检测中提高光照波动期间精度的方法。具体来说，我们致力于校正改变相对于荧光球形标记的相对照明位置时发生的偏差误差，并成功将精度提高了约 5 倍。结果，我们实现了 1.3 毫像素的均方根误差，证实了毫像素图像测量的可行性。这种校正是在已知照明位置的情况下进行的，问题是估计照明位置。将来，我们将致力于使用荧光球形标记拍摄的图像，使用深度学习来解决这个问题作为回归问题。

项目成果

Displacement measurement with phosphorescent spherical marker

使用磷光球形标记进行位移测量

• 发表时间: 2023
• 作者: Kenji Terabayashi;Yuuki Hamamoto;Kazuya Ogasawara;Takaaki Oiwa;Tohru Sasaki
• 通讯作者: Tohru Sasaki