フルカラー3Dの高速撮像が実現

Ajile社「構造化照明型3Dカメラ」の強み

近年、マシンビジョンで3Dカメラが用いられるケースも多くなってきました。3Dマシンビジョンの市場規模は2020年で推計15億ドルですが、2025年には24億ドルに拡大するという予測もあります[参考元]。

需要の高まりと共に、3Dカメラに求められる要件も変わりますが、やはり「撮影スピード」や一定以上の「画質」は満たしておきたいポイントとして挙げられるでしょう。
また色の判別が必要な場合は「フルカラー」で撮像できる3Dカメラが求められます。

今回は、マシンビジョンへの適合性も高い革新的な「構造化照明型3Dカメラの強み」を2つご紹介。
高性能の秘密に迫っていきます。

構造化照明型カメラの「2つの強み」

強み1高速・リアルタイム撮像

強み2高画質・フルカラーの3Dデータ

Ajile社の3Dカメラ「Depth Scan」は、瞬時に1824×2280カラーポイントクラウドの撮影が可能です。

実は、一瞬の撮影時間で膨大な情報を撮像できるのは構造化照明型3Dカメラの「撮影の仕組み」が深く関係しています。
ここからは「何故、高速・高画質・フルカラーが実現し得るのか？」を、その仕組みに触れながら、解説していきます。

強み1DMDコントローラーで「高速・リアルタイム撮像」が実現！

構造化照明型3Dカメラは「照明」と「カメラ」の2つによって構成されています。

照明は「構造化光」と呼ばれる特殊なパターンの光を照射できる「構造化照明」です。
実は、この「構造化照明」が高速撮影のポイントです。

撮影の仕組み

構造化型照明の場合、対象に光を照射することでz方向の情報を獲得します。

このように照射された光の凹凸によって、3Dイメージを生成します。
実は構造化照明から照射される構造化光にはいくつかのパターンがあります。
3Dカメラは複数のパターンの凹凸を見ることで、正確な位置情報や色の情報を撮像します。

つまり高速で撮像するためには、複数パターンの光を高速で照射するための「光の制御」が欠かせません。 これを実現しているのが「DMDコントローラー」です。

DMDコントローラーによる光の高速制御

DMDコントローラーは「構造化照明」に組み込まれており、DMDの制御に関わっています。

DMDコントローラーは100万個以上のマイクロミラーを高速且つ正確に制御します。これによって構造化照明は、2500fpsというスピードで異なるパターンを対象に照射できます。
DMDコントローラーがDMDの綿密かつ高速なコントロールを実現しているからこそ、様々なパターンの光の高速照射が実現し、ひいてはリアルタイム撮像にも対応できる「高速撮像」が可能になったのです。

強み2高画質のフルカラー撮像の秘密は「センサー密度」に有り

センサーの密度が濃いほど、高画質のイメージを取得できますが、構造化照明型3Dカメラは別の撮影方式を用いているカメラに比べて「センサー密度が濃い」です。

何故、センサー密度が濃いのか？

通常カラーイメージを取得する場合、光の三原色であるRGB（赤・緑・青）それぞれに対応するセンサーが必要です。
つまり、1画素の撮影でRGB3つのセンサーが必要になります。

一方、構造化照明型3Dカメラは「モノクロセンサー」です。
モノクロセンサーは、光の明暗（強弱）のみを判別し、RGBとしての「色」は判別しません。
1画素の撮影に1つのセンサーで対応できるため、その分同じ面積でもRGBに比べてセンサーの密度が濃くなり、高画質な撮影が実現します。

ここで、一つ疑問が湧きます。
3Dカメラで撮影されているのは、フルカラーイメージ。
「フルカラーイメージをモノクロセンサーで取得する」これは一見、不可能なように思えます。

しかし構造化照明型3Dカメラの場合「照明」と「カメラ」が分離しています。
この分離がポイントです。

カラーイメージを取得する方法

通常のカメラの場合

通常のカメラはRGBの3つセンサーが、赤・青・緑それぞれの光の明暗（強弱）を判断しています。

各センサーで取得した情報が統合され一つのイメージになります。

構造化照明型3Dカメラの場合

カメラのセンサーはモノクロですが、構造化照明には「RGB」3つのLEDが組み込まれており、これによってカラー撮像が可能になります。

モノクロセンサーは「色」の判別はできません。しかし「光の明暗（強弱）」は測定できます。 そのため、次の方法を用いることで、RGBそれぞれの明暗（強弱）を取得できます。

このようにプロセスを分割することで、通常のカメラと同じように、カメラはモノクロセンサーで「RGB」それぞれの光の明暗（強弱）の情報を獲得できます。
照明とカメラは連動しているため、RGBそれぞれのデータを結合すれば、問題なくフルカラーでの3Dイメージを撮像できます。

RGBそれぞれに対応するセンサーがなくても、照明と連動させ、プロセスを踏んで撮影することで、1つのセンサーでRGBの情報を取得できます。

よって、1画素に対し、RGB3つのセンサーを用いなくても、フルカラー撮影ができ、センサー密度を濃くできます。
これは「照明」と「カメラ」が分離している構造化照明型3Dカメラならではの強みです。

照明側でRGBを高速制御し、カメラ側ではRBGを判断せず、それぞれの明暗（強弱）のみを取得するという仕組みのため、高画質に求められるセンサー密度を確保した状態で、高速でのフルカラー3Dイメージの取得が可能になります。

構造化照明型3Dカメラで「できること」

Ajile社の構造化照明型3Dカメラは「照明」と「カメラ」が分離しているため、高速、高画質、フルカラー撮影が実現します。
さらにAjile社独自の技術により、低遅延の同期を実現して、より高速な撮像が可能になるなど、構造化照明型3Dカメラは様々なことができます。
ここからはAjile社の構造化照明型3Dカメラ「Depth Scan」でできることを2つご紹介します。

できること1リアルタイムでプログラム処理

「Depth Scan」はリアルタイムの撮影にも対応しています。
自動組み立て用ロボットなどへの組み込みが可能など、幅広い応用が可能です。

こちらは22Hzでのリアルタイム撮影の映像です。

3D CADシステムとの連携

製品紹介