読者です 読者をやめる 読者になる 読者になる

PCLで点群処理

PCLで点群処理したあれこれを書いていきます。

【論文100本ノックの71】つくばチャレンジにおける屋外ナビゲーションシステムの問題分析と基本設計

1 目 的

 点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。

 

2 はじめに

 100本計画の71本目として、和文9ページの本論文を読む。

 

3 対象論文と要約

3.1 対象論文

つくばチャレンジにおける屋外ナビゲーションシステムの問題分析と基本設計

友納正裕, 吉田智章, 入江清, & 小柳栄次 千葉工業大学

日本ロボット学会誌 30.3 (2012): 262-270. 2013

http://ci.nii.ac.jp/naid/130002152234/

3.2 研究内容

(社会的ニーズ)

 なし。

(提案手法)

 つくばチャレンジにおける屋外ナビゲーションシステムの開発/設計について、筆者らのシステムを例に考え方や知見を述べる。

3.3 従来の問題点と解決法

3.4 提案手法

(1)(3Dセンサによる)自己位置推定

 基本的にジャイロオドメトリにより自己位置推定を行う。

 また、3次元点群データを地面に射影して2次元化した占有格子地図も作成し、マップマッチングやパーティクルフィルタを用いて誤差修正を行う。

(2)カメラによる自己位置推定

 魚眼カメラで格子屋を確保しつつ、HDR画像により照明問題も軽減。

 Cannyオペレータで画像エッジを検出し、エッジを残して不要なテクスチャを排除することで、地面のタイルから地図を作成できるようにした。

(3)障害物回避

 静止物は自己運動による回避、移動体は自己静止による回避促進で対応。

3.5 検証実験

(1)(3Dセンサによる)自己位置推定

 ジャイロオドメトリの精度は極めて高く、位置の誤差は1[km]あたり4~12[m]であった。

 また、マップマッチングやパーティクルフィルタも有効に機能した。

(2)カメラによる自己位置推定

 想定したとおりの機能を発揮したが、有効に機能した範囲が限定であったのも想定どおりであった。

(3)障害物回避

 いくつかの意図しない状況下においても有効に働いた。

3.6 今後の検討

・オンライン環境認識の比重を増やす

4 出現用語

 

5 おわりに

 点群処理の研究をしていると、応用先の1つとしてロボットビジョンが挙がる。

 しかし、ロボットの運用には、単にソフトウェア的知識だけでなく、ハードウェア的な知識も必要であり、求められる知識技能が多すぎるため、一介のソフト屋には手を出しにくい分野である。

 本論文は、ロボット屋がロボットビジョンシステムをどのように選定し、またその結果がどのようであったかを記した、非常に参考になる文献である。

 ロボットビジョンへの応用を考える場合、本論文の知見を改めて参考にしたい。

 

 細部について気になった点として、カメラによる自己推定において、SIFT特徴量は激しい照明変化に弱いためうまく機能しないと述べられていた。

 SIFTは、照明変化にロバストであると言われているが、白飛びするほどの強烈な変化では、役に立たないらしい。

 このように、「理論的」説明と異なる情報が得られるのも、実践主義のロボット屋ならではの知見である。

6 今後調査したい事項

  その他つくばチャレンジレポート

【論文100本ノックの70】私の研究開発ツール―第 64 回― Kinectを用いた画像処理プログラミング(2)

1 目 的

 点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。

 

2 はじめに

 100本計画の70本目として、和文5ページの本論文(記事)を読む。

 

3 対象論文と要約

3.1 対象論文

私の研究開発ツール―第 64 回― Kinectを用いた画像処理プログラミング(2)

大垣慶介 東京大学

映像情報メディア学会誌: 映像情報メディア 66.10 (2012): 861-865. 2012

http://ci.nii.ac.jp/naid/110009579276

3.2 研究内容

(社会的ニーズ)

 なし。

(提案)

 学部1・2年を対象にしたKinectプログラミングの内容を紹介する

3.3 ツールの概要

(1)Kinectからのスケルトン(人体骨格)の取得、混色の話

(2)クラスの簡単な使い方

(3)音声(OpenAL)または3次元グラフィックス(OpenGL)ライブラリの簡単な導入

(4)2チームに分かれての作品制作

4 出現用語

 

5 おわりに

 学生に対してツールの使い方を示し、それをもとに学生が作品を制作するというものである。

 教える側としては、最後の作品を楽しみにできるので、理想的な授業形態である。

 しかし、実際には、すべての学生が制作できるレベルになるのは難しく、また技量があっても制作に対して意欲的でない場合も多く、一部の学生しか熱心に取り組まない。

 悩ましい問題である。

6 今後調査したい事項

 

【論文100本ノックの69】私の研究開発ツール―第 63 回― Kinectを用いた画像処理プログラミング(1)

1 目 的

 点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。

 

2 はじめに

 100本計画の69本目として、和文5ページの本論文(記事)を読む。

 

3 対象論文と要約

3.1 対象論文

私の研究開発ツール―第 63 回― Kinectを用いた画像処理プログラミング(1)

松井勇佑 東京大学

映像情報メディア学会誌: 映像情報メディア 66.9 (2012): 766-770. 2012

http://ci.nii.ac.jp/naid/110009579288

3.2 研究内容

(社会的ニーズ)

 なし。

(提案)

 学部1・2年を対象にしたKinectプログラミングの内容を紹介する

3.3 ツールの概要

(1)環境構築、画像表示

 Visual Studio, Kinect for Windows SDK, OpenCVの設定を学生にさせ、簡単な画像を表示させる。

(2)KinectからRGB画像とデプス画像を表示

(3)光学迷彩

 手前の人物画像に、背景(らしき画像)を重ねる。

(4)自由課題

 (3)を引き続き行うか、最終課題について考える

4 出現用語

 

5 おわりに

 プログラミング未経験者である受講生に対してどのような実験を提供したか、ソースコードも含め丁寧に解説されている。

 学生実験の内容を考える際、「教えたい内容」はもちろんだが、「学生のレベルに合わせた内容」「学生の興味を引く内容」を考えるのが、最終的な成否に直接関わってくる。

 本稿は「攻殻機動隊」に出てくる「光学迷彩」をモチーフにしている。

 「攻殻機動隊」は個人的に好きだが、やや古い作品であり、現在の学生の知名度は低く、訴求力も低いだろう。

 現在なら、「ソードアート・オンライン」をモチーフにし、Oculus+Kinectなどがウケそうである。

6 今後調査したい事項

  後編

【論文100本ノックの68】私の研究開発ツール―第 34 回― クラウドコンピューティングサービスAmazon EC2

1 目 的

 点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。

 

2 はじめに

 100本計画の68本目として、和文4ページの本論文(記事)を読む。

 

3 対象論文と要約

3.1 対象論文

私の研究開発ツール―第 34 回― クラウドコンピューティングサービスAmazon EC2

川原圭博 東京大学

映像情報メディア学会誌: 映像情報メディア 64.5 (2010): 738-741. 2010

http://ci.nii.ac.jp/naid/110009669360/en

3.2 研究内容

(社会的ニーズ)

 クラウドコンピューティングが盛んになっているが、未だ一般の任地は低い。

(提案)

 現在提供されているクラウドコンピューティング関連サービスを概観し、中でもIaaS型として最も多く利用されているAmazon EC2の利用法について紹介する

3.3 ツールの概要

(1)SaaS(Software as a Service)

 ネット上にインストールされたアプリケーションを、期間や利用者数に基づいた従量課金により提供する

(2)PaaS(Platform as a Service)

 Webアプリケーションを独自のプラットフォーム上で開発可能で運用可能なサービス

(3)IaaS(Infrastructure as a Service)

 サーバやストレージといったコンピュータ資源を、ネットワークを介して提供するサービス

(4)Amazon EC2

 IaaS型サービス。

 メモリ1.7GB,1CPU,HDD160GB

 OSはLinux,Solaris,Windows Serverなど

 使用プラン、使用時間、データ転送量により課金額が決まる。

 

4 出現用語

 

5 おわりに

 点群処理では、大量のデータを処理する必要がある。

 そのため、自前のPCでは、夜実行して朝結果確認という流れになるが、どこかにバグがあったりするとまたやり直しになるため、フラストレーションが溜まるし、開発スピードも制限される。

 コンピュータリソースを一時的に借りることができるという点で、本サービスは非常に柔軟性に富み、有用であるように思える。

6 今後調査したい事項

  

【論文100本ノックの67】高解像度レーザレーダによる歩行者識別

1 目 的

 点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。

 

2 はじめに

 100本計画の55本目として、和文8ページの本論文を読む。

 

3 対象論文と要約

3.1 対象論文

高解像度レーザレーダによる歩行者識別

城殿清澄, 渡邉章弘, 内藤貴志, & 三浦純 (株)トヨタ中央研究所、豊橋技術科学大学

日本ロボット学会誌 29.10 (2011): 963-970. 2011

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jrsj/29/10/29_10_963/_pdf

3.2 研究内容

(社会的ニーズ)

 自動車の自律運転において、歩行者認識のニーズがある。

(提案手法)

 高解像度のレーザレーダで取得した三次元レンジデータ群から歩行者を識別する手法を提案する。

 従来手法に新たな2つの特徴量を追加することで識別性能の向上を図った。

3.3 従来の問題点と解決法

・Premebidaらは、Arrasらの手法を改良し、5種類の識別手法で35m以内の人物検出を実施したが、3次元レンジデータに拡張する場合、処理が複雑になり計算時間の増大が懸念される

・Spinelloらは、17の特徴量をAdaBoostによって推定したが、パーツごとに相当の点数が必要となるため、距離が離れるほど精度が低下する。

・Navarro-Sermentらは、対象領域を「上半身」「左下半身」「右下半身」に分割し、各領域の点群の二次元分布を特徴量としたが、遠方における識別性能の劣化が課題である。

→遠距離領域においても高い識別性能を実現するため、新たな特徴量としてスライス特徴と反射強度分布を提案

3.4 提案手法

(1)スライス特徴

 対象の足元から頭にかけて大まかな凸凹形状を歩行者の3次元的な輪郭特徴として利用する。

(2)反射強度分布

 レーザレーダの反射強度が材質で異なることを利用し、対象が歩行社会中を判断する。 

3.5 検証実験

 従来手法の2次元ヒストグラム特徴量と、提案手法の特徴量を比較

(1)特徴量別評価

 従来手法による歩行者の形状表現は識別性能が低いが、提案手法は小さい次元数で高い性能を実現できた。

(2)距離別評価

 30m以内でも提案手法のほうが優れているが、30m以遠ではその差が顕著になった。

(3)走行環境における評価

 比較的高い検出率が達成された。

3.6 今後の検討

・走行速度と認識性能の関係性

クラスタリング処理の改良

・Sliding Windowの考え方を3次元点群に適用した探索方法

・反射強度分布を手がかりとしたクラスタリング手法の開発

・解像度面で優れる画像センサとレーザレーダの統合システム開発

・オクルージョンに対してロバスト性の高い特徴量や識別手法の開発

・歩行者以外の交通弱者の識別

4 出現用語

 

5 おわりに

 世界のトヨタが自動運転に関して点群処理技術を研究し、そのせいかを報告した内容である。

 今後の課題が、他の研究では見かけないほど大量にあるが、これらを克服する研究があれば採用してくれるということだろうか。

 5年ほど前の論文のため、幾つかの課題は克服されているだろうが、まだ克服されていない分野は、研究価値が高そうである。

6 今後調査したい事項

  「今後の課題」領域の最新研究

【論文100本ノックの66】ヒューマンインタフェースのためのカメラ位置姿勢の推定

1 目 的

 点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。

 

2 はじめに

 100本計画の66本目として、和文4ページの本論文を読む。

 

3 対象論文と要約

3.1 対象論文

ヒューマンインタフェースのためのカメラ位置姿勢の推定

森岡一幸, and 橋本秀紀 明治大学東京大学

The Journal of The Institute of Image Information and Television Engineers 64.12 (2010): 1805-1808. 2010

http://ci.nii.ac.jp/els/110009669231.pdf?id=ART0010148816&type=pdf&lang=en&host=cinii&order_no=&ppv_type=0&lang_sw=&no=1489291984&cp=

3.2 研究内容

(社会的ニーズ)

 なし。

(提案手法)

 画像によるカメラの位置姿勢の推定に関する 要素技術として,未知の環境にてユーザが所持する動きの あるカメラ画像からカメラの位置姿勢を推定する手法と, 空間に分散配置したカメラを用いた空間知能化による 手法を説明する.

3.3 概要

(1)カメラの位置姿勢と環境地図の同時推定

 コンピュータビジョンにおいてはSfM(Structure from Motion)、ロボティクス分野ではSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)と呼ばれる。

 カメラの位置姿勢は、回転行列と並進ベクトルの合計6個の変数により表される。

(2)空間知能化を利用したカメラの位置姿勢の推定

 環境に認識用のカメラを設置する。

 

4 出現用語

 

5 おわりに

 VRで例えるなら、(1)はOculus、(2)はValveか。

 学部生時代に人間行動学かなにかで学んだが、水中では歩かず泳ぐように、人間がどんな行動をするかは環境によって決定づけられ、これを「アフォーダンス」というらしい。

 主観的な画像処理は今のところ、実用化して何も問題がないといえるほどのものではない。

 しかし、オリンピックまでに自動運転タクシーを導入するなど、社会的ニーズは脅迫に近いほど強い。

 であれば、(2)同様、環境側のフォローを得ることで、技術不足を補完してもらいたいものだ。

6 今後調査したい事項

  

【論文100本ノックの65】私の研究開発ツール―第 21 回― バイオメトリクス認証テータベース

1 目 的

 点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。

 

2 はじめに

 100本計画の65本目として、和文4ページの本論文(記事)を読む。

 

3 対象論文と要約

3.1 対象論文

私の研究開発ツール―第 21 回― バイオメトリクス認証テータベース

伊藤康一 東北大学

映像情報メディア学会誌: 映像情報メディア 63.3 (2009): 308-311. 2009

http://ci.nii.ac.jp/els/110007115800.pdf?id=ART0009052271&type=pdf&lang=en&host=cinii&order_no=&ppv_type=0&lang_sw=&no=1489295090&cp=

3.2 研究内容

(社会的ニーズ)

 セキュリティが重視される昨今、バイオメトリクス認証が注目されている。

(提案)

 バイオメトリクス認証に用いられる生体特徴の中で、指紋、顔、虹彩、掌紋に関し、よく使われているデータベースを紹介する

3.3 ツールの概要

(1)バイオメトリクス認証データベース

 ア 指紋画像データベース

 イ 顔画像データベース

   FRGC2.0には、943人の顔の3次元データも含まれている

 ウ 虹彩画像データベース

 エ 掌紋画像データベース

4 出現用語

 

5 おわりに

 バイオメトリクス認証用の画像等のデータベースに関する記事。

 多くは画像処理分野の研究者向けの話であったが、顔の3次元データが943個もあるデータベースは、今後の研究で活用できるかもしれない。

6 今後調査したい事項