VR学会2006年

1. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
Display-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

2. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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

3. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
背景
Display Based Computing 再帰性反射通信
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

4. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
本手法の特徴
今回の手法
• 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
従来手法
• 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．

5. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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
L E D a r r a y
4 x 5
L E D プロジェクタ
再帰性反射材
S C R E E N
フォトトランジスタ

6. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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．
" 0 "
• マーカーの検索は二
" 0 "
分木ソートの要領で
" 1 "
行う． " 0 " " 0 " " 1 " " 1 "
" 1 "
マーカー
スクリーン

7. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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 "
" 0 "
２
" 1 " " １
1 "
" 0 "
" 0 " " 1 "
" 1 "
" 0 "
" 1 "

8. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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．

9. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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
フォトトランジスタ
ハーフミラー
プロジェクタ
P l u s V - 1 1 0 0
再帰性反射材
A D 変換
W i n d o w s - P C
スクリーン

10. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications

11. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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．

12. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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4ch
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/m2

13. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
LEDプロジェクタ（外観）
C P L D
X i l i n x
X C 9 5 7 2
1 k H z O S C
T C 7 4 A C 0 4
4 個
緑色L E D
2 0 個
T P S 6 0 3 A
2 個
マーカー
位置出力
マーカー
検出信号コンパ
レータ

14. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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．

15. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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
X Y モード
L E D プロジェクタ
オシロ
スコープ
再帰性反射
マーカー
スクリーン
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

16. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications

17. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
実験結果
実験１
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
- 0.02 - 0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
- 0.05
秒[s ]
Y軸距離[m]
10mS

18. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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．

19. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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．

20. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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．

21. Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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．