[論文レビュー] Code Minimization for Fringe Projection Based 3D Stereo Sensors by Calibration Improvement

Christian Bräuer-Burchardt, Peter Kühmstedt+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2014

Optical measurement and interference techniques参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、二重トリアングレーションと向上したプロジェクターキャリブレーションを活用することで、フレア投影3Dステレオセンサにおけるグレイコードやその他の位相アンラップコードの必要性を排除する手法を提示する。キャリブレーション後、最小限の誤検出（最低1.0%）で99.5%に達する近似完全な3D再構成が達成され、追加の符号化シーケンスが不要なため、リアルタイム応用が可能となる。

ABSTRACT

Code minimization provides a speed-up of the processing time of fringe projection based stereo sensors and possibly makes them real-time applicable. This paper reports a methodology which enables such sensors to completely omit Gray code or other additional code. Only a sequence of sinusoidal images is necessary. The code reduction is achieved by involvement of the projection unit into the measurement, double triangulation, and a precise projector calibration or significant projector calibration improvement, respectively.

研究の動機と目的

• フレア投影3Dセンサにおけるグレイコードなどの追加位相アンラップコードの必要性を排除すること。
• 投影シーケンスの長さと処理時間を短縮することで、リアルタイム3D測定を可能にすること。
• 向上したプロジェクターキャリブレーションにより測定の完全性を向上させ、誤検出を低減すること。
• 外部符号化に依存を最小限に抑えた二重トリアングレーションを用いた幾何学的位相アンラップを実現すること。
• プロジェクターキャリブレーションの精度が3D再構成品質および誤検出率に与える影響を評価すること。

提案手法

• グレイコードなどの追加符号を含まず、単に正弦波フレアパターンのみを用いる。
• 二重トリアングレーションを採用：一方は2台のカメラ（CCモード）を用い、他方はカメラとプロジェクター（CPモード）を用いる。
• CCモードおよびCPモードから得られる3D点候補を生成し、それらを照合することで曖昧性を解消する。
• エピポーラ幾何学を用いて対応する位相値の探索空間を制限し、計算負荷を低減する。
• しきい値ベースの一致基準（thr）を適用して誤検出をフィルタリングし、thrはラジアン単位で設定される。
• 歪み補正を含む包括的なプロジェクターキャリブレーションを実施し、ベースライン誤差を低減し、トリアングレーションの精度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレア投影3Dセンサにおいて、追加の符号化シーケンスなしに位相アンラップを達成できるか？
• RQ2 プロジェクターキャリブレーションの向上が、3D再構成の精度と完全性に与える影響は何か？
• RQ3 二重トリアングレーションが誤検出検出および点の一意性に与える影響は何か？
• RQ4 符号化シーケンスを排除することで、本手法がリアルタイム性能を達成できるか？
• RQ5 異なるしきい値（thr）の設定が、完全性と誤検出率のトレードオフに与える影響は何か？

主な発見

• キャリブレーションの改善後、シュレーラー像のブロンズ像に対して、thr = 0.01πの条件下で99.1%の完全性と1.5%の誤検出率を達成した。
• ピラミッドスタムでは、最適な条件下で完全性が99.5%に達し、誤検出率は0.0%であった。
• 3D点距離誤差の平均（cpd_mn）は、キャリブレーション前は1.1 mmから、キャリブレーション後は0.2 mmに低下した。
• エピポーラ線誤差は0.1ピクセル未満にまで低減され、正確な幾何学的整合性が確認された。
• ブロンズ像では3D点測定の標準偏差が11 μm、スタムでは9 μmであり、高い精度が示された。
• モードm1は誤検出が少ないが、モードm2よりわずかに完全性が低く、ユーザーの好みに応じた選択が可能となった。