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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
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
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
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 
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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.
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 
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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
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 
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マーカー 
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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, 
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の位置を特定. 
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1 " 
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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.
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 
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ハーフミラー 
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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 
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Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
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.
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 
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筐体中判カメラ(MAMIYA RB67) 
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LEDプロジェクタ(外観) 
C P L D 
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X C 9 5 7 2 
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マーカー 
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マーカー 
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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.
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 
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再帰性反射光 
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比較回数8 回 
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Inami Laboratory / The University of Electro-Communications
Inami Laboratory / The University of Electro-Communications 
実験結果 
実験1 
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- 0.05 
秒[s ] 
Y軸距離[m] 
10mS
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.
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.
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.
Inami Laboratory / The University of Electro-Communications 
今後の展望 
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Display Based Computing, the 4th report

  • 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.