display based computing, the 4th report
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ionsDisplay-Based Computingの研究 (第四報 ): プロジェクタと再帰性反射材を使用した位置検出システム
国立大学法人 電気通信大学電気通信学研究科
新居英明 , 橋本悠希 , 杉本麻樹 , 稲見昌彦
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発表内容•背景•再帰性光通信による位置測定手法の特徴•使用機材及び位置検出手順•市販プロジェクターによる実験• LED プロジェクターについて• LED プロジェクターによる実験•考察•まとめ
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背景カメラ主体ではなく，プロジェクターなどの表示器主体の画像処理技術
再帰性反射材を用いた通信技術
再帰性反射を利用した位置検出技術
再帰性反射通信Display Based Computing
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本手法の特徴
•プロジェクターとフォトトランジスタにより構成．–複数マーカの検出が可能–マーカーに能動回路が不必要
今回の手法• PSD と発光マーカー
– 高速– 複数取得するにはマーカー側に工夫が必要
• ビデオカメラと反射マーカ– マーカーに能動素子が無いので簡単．
– カメラのフレームレートにより取り込み速度に制限がある．
従来手法
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使用機材について• プロジェクター• フォトトランジスタによる受光部
• 再帰性反射材マーカー（複数可）
使用したプロジェクタ• 市販のプロジェクタ• LED プロジェクタ
LEDプロジェクタ
LED array4x5
SCREEN
再帰性反射材
フォトトランジスタ
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位置検出手順
• プロジェクタから，マーカーへ映像を投影する．• マーカーの検索は二分木ソートの要領で行う． " 0" " 1"" 0" " 1"
" 0"
" 1"
" 0"
" 1"
スクリー ン
マー カー
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位置検出手順（複数発見時の動作）
• 片方のマーカーのために現状の状態を「スタック」保存，片方のマーカーの位置を先に特定する．• 次に，スタックから状態を復帰させて，もう片方のマーカーの位置を特定．• この動作を再帰的に行う．
" 0"
" 1"" 0" " 1"
" 0"
" 1"
" 0"
" 1"
" 0"
" 1" １２
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実験１
•市販のプロジェクタとフォトトランジスタを用いて，マーカーからの再帰性反射した光を捉え，マーカーの位置を検出する．
•上記の手法を用いて，複数のマーカーの位置を正しく検出できるか確認する．
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市販プロジェクターによる実験• 手法検証のための基礎実験．• 実験装置概要
項目 値解像度 16×16
マーカ１つ時比較回数
8回
比較時間 約 0.1 秒
マーカ１つ時の走査速度
約 1回／秒
プロジェクタPlus V-1100
フォトトランジスタハーフミラー
再帰性反射材
Windows-PC
AD変換
スクリーン
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実験１の結果
• 結果– 市販のプロジェクタとフォトトランジスタを用いて，再帰性反射材によるマーカーを複数位置検出できることが確かめられた．
• 考察– 位置特定手順が正しいことを確認．しかし検出速度が遅い．
そこで高速情報投影が可能なＬＥＤプロジェクターで実験し検討する．
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LED プロジェクタ（仕様）
主要機能 各画素毎に異なる情報（ 10Mbps ）を投影可能な情報プロジェ
クター外形寸法 250mm×130mm×140mm
筐体 中判カメラ（ MAMIYA RB67 ）レンズ 中判カメラ用レンズ
(MAMIYA KL-65 K4L)制御回路 CPLD とマイコン使用入力信号 デジタル信号 0 ～ 10MHz を 4c
h発光素子 フィルムバック内に 20 個配置
（焦点面に LED ボード配置）発光輝度 半値角 9 度，中心部では 25cd/
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LED プロジェクタ（外観）
CPLDXilinx XC9572
1kHz OSCTC74AC04
4個LED緑色
20個
TPS603A2個
マーカー位置出力
マーカー検出信号 コンパ
レータ
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実験２
•ＬＥＤプロジェクタの位置出力にＸ－Ｙ表示のオシロスコープをつなぎ，マーカーの位置をオシロスコープ上に表示できるようにした．
•この状態で複数のマーカーをＬＥＤプロジェクタの前に置き，複数の位置が出力されるか確認する．
•また，マーカーを直線上で高速に動かし，そのときの検出速度を計測する．
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LED プロジェクターによる実験
•実験概要
X座標の電圧Y座標の電圧
XYモード
LEDプロジェクタ
オシロスコープ
スクリーン
再帰性反射マーカー
投影光
再帰性反射光
マーカー位置表示
項目 値
解像度 4×4
マーカ１つ時の比較回数
8回
マーカ 1つ時の検出速度
100 回／秒
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実験結果
実験１
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
[s]秒
Y[m]
軸距
離 10mS
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実験 2の考察
•ＬＥＤプロジェクタを用いて本手法を実装し実験を行い，複数のマーカーの座標検出が可能であることを確認した．
•マーカーを高速に移動したときに実際に 10mS 程度の時間で位置を特定できることを確認した．
•なお，この手法は VHDL 言語で CPLD に実装したが，アルゴリズム部は 30行程度と小さく，必要レジスタも 12bit 程度となった．
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問題点
•予想より検出速度が遅くなった．•理由としては再帰性反射光の強度にバラつきが多いため，受信回路が安定しないからである．
•再帰性反射光を受光するセンサの位置を厳密に固定する．
•受信回路を改良し，安定させる．
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まとめ• DBC 的な手法であるプロジェクタと少数のフォトトランジスタにより，複数マーカーの位置計測が可能であることが確認された．
•この手法はカメラを用いないために，簡単な処理で済むことが特徴である．
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今後の展望
•センサの受信回路を改良し，より高速性を追求する．（目標は 1万回／秒）
• 応用例として人の動きを入力するデバイスを予定している．