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高度画像センシング

概要

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図1 高度カメラのコンセプト

画像センサ(カメラ)は，テレビを代表する映像メディアを始め，近年では監視システムや自動車，医療，ファクトリーオートメーションなど様々なアプリケーションに応用されています． しかしながら，最新のデジタルビデオカメラにおいても，受光素子がフィルムからCCDやCMOSなどの半導体素子に置き換わっただけで，基本構造すなわち光学系や撮像原理は，2世紀あまり前に発明された銀塩写真機から全く進歩していないのが現状です． 本研究では，図1に示すような従来のカメラ幾何や光学特性を超える高度カメラを提案し，新しい画像センシング手法に関しての研究を行っています．

詳細

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図2 高度カメラ

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図3 被写界深度拡張

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図4 奥行き推定

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図5 ライトフィールド撮像

本研究では，従来固定されてきたカメラの所々の特性を能動的に変化させることにより，従来のカメラでは撮影が不可能であった画像撮影を実現しようとしています． 高度画像センシングでは，カメラ光学系やハードウェアを見直し，画像入力から根本的な見直しを行うことで，従来の画像からでは難しかった様々な画像復元の問題解決を目指しています． 従来のカメラではレンズやフィルタなど屈折率や透過率，偏光特性の変化しない受動光学素子を用いてきましたが，提案する高度カメラでは，電気信号により特性の変化する特殊な能動光学素子を用いることで，高度撮像を実現します． また，特殊な光学素子を用いずとも，現在のカメラに搭載されているオートフォーカスやオートアイリス機構を利用することでも実現できます． これらを組み合わせることで，光学特性を高速に変化させながら画像を撮影することが可能となり，シーンの奥行きや解像度情報，動き情報の符号化や多重化撮像をすることができるようになります． この様なコンセプトに基づいて，フォーカススイープカメラや能動絞りカメラを実現し，画像のぼけ復元や被写界深度の制御，シーンの奥行き推定，ライトフィールド画像の取得など様々な応用を実現してきました． 我々は，これらの研究を単に特別な応用に対する画像取得手法の提案であるには留まらず，通常のカメラで撮像された画像に限定してきた従来の画像処理やコンピュータビジョンの枠組みや応用を大きく広げる可能性を秘めていると考えています．

研究助成

科学研究費補助金　若手研究(A)
「高度画像センシング」（研究課題番号：21680018）
科学研究費補助金　挑戦的萌芽研究
「高度センシングのための能動光学カメラ」（研究課題番号：20650023）
第8回 マイクロソフトリサーチ CORE 連携研究プログラム

発表文献

論文誌 (査読有)

  1. Shuhei Matsui, Hajime Nagahara, Rin-ichiro Taniguchi
    Half-sweep imaging for depth from defocus
    Image and Vision Computing, Vol.32, No.11, pp.954–964, 2014.11
    (Keyword: camera)
    BibTeX, ScienceDirect
  2. Toshiki Sonoda, Hajime Nagahara, Rin-ichiro Taniguchi
    Motion-invariant Coding Using a Programmable Aperture Camera
    IPSJ Transactions on Computer Vision and Applications, Vol.6, pp.25-33, 2014.06
    (Keyword: camera)
    BibTeX, Link
  3. Hajime Nagahara, Changyin Zhou, Takuya Watanabe, Hiroshi Ishiguro, Shree K. Nayar
    Programmable Aperture Camera Using LCoS
    IPSJ Transactions on Computer Vision and Applications, Vol.4, pp.1-11, 2012.03
    (Keyword: camera)
    BibTeX
  4. 向川康博, 長原一, 平林晃
    光学系・撮像過程・信号処理の工夫による光学センシング技術
    精密工学会誌, Vol.77, No.12, pp.1104-1108, 2011.11
    (Keyword: camera)
    BibTeX
  5. Sujit Kuthirummal, Hajime Nagahara, Changyin Zhou, Shree K. Nayar
    Flexible Depth of Field Photography
    IEEE Transactions on Pattern Recognition and Machine Intelligence, Vol.33, No.1, pp.58 - 71, 2011.01
    (Keyword: camera)
    BibTeX

国際会議 (査読有)

  1. Yao Shih-Hsuan, Diego Thomas, Akihiro Sugimoto, Shang-Hong Lai, Rin-ichiro Taniguchi
    SegmentedFusion: 3D human body reconstruction using stitched bounding boxes
    IEEE International Conference on 3D Vision (3DV 2018), 2018.09
    (Keyword: RGB-D camera)
    BibTeX, video
  2. Toshiki Sonoda, Hajime Nagahara, Rin-ichiro Taniguchi
    Motion-Invariant Coding Using a Programmable Aperture Camera
    The 11th Asian Conference on Computer Vision (ACCV2012), 2012.11
    (Keyword: camera)
    BibTeX
  3. Shuhei Matsui, Hajime Nagahara, Rin-ichiro Taniguchi
    Half-Sweep Imaging for Depth from Defocus
    Proc. 5th Pacific Rim Symposium on Advanced in Image and Video Technology, No.LNCS7087, pp.335-347, 2011.11
    (Keyword: camera)
    BibTeX
  4. Hajime Nagahara, Changyin Zhou, Takuya Watanabe, Hiroshi Ishiguro, Shree Nayar
    Programmable Aperture Camera Using LCoS
    Proc. European Conf. Computer Vision, No.LNCS6316, pp.337-350, 2010.09
    (Keyword: camera)
    BibTeX
  5. Hajime Nagahara, Sujit Kuthirummal, Changyin Zhou, Shree K. Nayar
    Flexible Depth of Field Photography
    Proc. European Conf. Computer Vision, No.LNCS 5305, pp.60-73, 2008.10
    (Keyword: camera)
    BibTeX

国内学会 (査読無し)

  1. 長原一
    符号化撮像の原理とその応用・実装
    第17回画像センシングシンポジウム(SSII2011), 2011.06
    (Keyword: camera)
    BibTeX
  2. 長原　一
    符号化撮像
    情報処理学会研究報告, No.14, pp.1-9, 2010.03
    (Keyword: camera)
    BibTeX