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．

这项研究旨在提高三维图像测量技术（例如运动捕获）的测量精度。具体而言，我们旨在达到10^（-6）的测量精度，并且对应于1千米的测量精度，对于1米的测量范围。这导致创建用于图像测量的新应用领域，例如精确的机械系统中的运动测量。此外，该相对精度对应于1000像素的图像范围1毫像素的检测准确性。为了实现Milli像素检测，我们提出了一个用于图像测量的新标记，即“荧光球标记”。荧光球形标记具有照片图像中轮廓的高对比度的特征和高形状的精度，从而可以通过几何拟合到检测到的边缘来检测高度准确的标记位置。荧光球形标记允许的精确标记位置检测比常规逆转录标记物高出约10倍。在高精度图像测量中，“照明波动”是一个重要的问题，导致测量准确性下降，我们研究了在照明波动中的准确性提高，以高精度检测荧光球体标记。具体而言，我们努力纠正相对于荧光球标记的照明位置更改时发生的错误，并且我们成功地达到了更高的精度约为五次。这达到了1.3 mm像素的均方根误差，从而确认了Milli像素图像测量的可行性。这种校正是在已知照明位置的条件下进行的，估计照明位置是一个挑战。将来，我们将通过深入学习荧光球体标记的图像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