３次元センサの計測方式：ランダムドット
こんにちは~組み込みエンジニアの滝象540です。
数回にわたって、3次元センサ特にセンサから光を出して物の形状を計測するアクティブセンサ(能動センサ)の計測方式について少し詳しくまとめます。
色々な方式ありますよ〜。
主な、計測方式はTOF、LiDAR、ランダムドット、位相シフトなどです。今のところ群雄割拠な感じで、どの方式が優れているということはなく、計測方式毎にメリット、デメリットがあります。
どの方式も光が出る部分と計測対象で反射した光を受光するカメラから構成されますが、ランダムドット方式、位相シフト方式の場合は3次元センサメーカ毎にカメラが1台、2台、4台と構成の違いがあります。
今回はランダムドット方式についてまとめたいと思います。
ステレオビジョン
ステレオビジョンはランダムドット方式と位相シフト方式に共通の計測原理で、内蔵するカメラ2台で撮った画像から、対象物までの距離や形状を計測します。
それぞれのカメラから対象物への向き(視線)と、カメラ同士の間隔から、対象物までの距離を求める事ができます。
シンプルなステレオビジョンですが、視線を計算するためには、2つのカメラで撮像した2枚の画像の「どことどこが同じなのか」を対応付ける必要があります。
「対応付け」実はこれが大変です。
例えば、シーンに同じものが複数あるケースです。皆さん下の左右の画像でどの円柱が同じ円柱かわかりますか？私には無理です（笑）この様に人でも対応付けが難しい場合があります。
このままでは、シーンによってはどうやっても「対応付け」ができません。そこで、センサから模様を投影し円柱を区別できるようにします。
ランダムドット方式って何
ランダムドットと呼ばれる光の模様(パターン)を使って「対応付け」を行い、物の形状や距離を計測するセンサーです。
ランダムドットは、同じ大きさの光の輝点(ドット)をたくさん不規則に並べた模様のことです。先ほどの円柱にランダムドットを投影するとこんな感じです。これなら「対応付け」できそうですよね。
メリット
なんと言っても、LiDARと同じように計測時間が短いことがメリットです。
デメリット
模様の違いが分かるように、ある程度広い面があるものでないといけません。そのため、物の細かな形状を測ることには向いていません。
Intel製のRealsenceは、この方式を採用しているようです。
イラストは
イラストは妻に描いてもらいました。良かったら妻のnoteも見に行ってください。
最後まで読んでいただきありがとうございます。
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