AR勉強会5章

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1. AR勉強会 5章「較正と位置合わせ」 Tajima Itsuro 特に注記ない限り，引用は以下による。 Schmalstieg, Dieter; Hollerer, Tobias. ARの教科書. 池田聖ほ か訳. マイナビ出版, 2018.
2. 本章の概要 • 最終目的(ARの定義) • 三次元的に整合性が取れているものである(p.27) • そのために何をすべきか？(p.116-117) • トラッキング:ある実物体の位置および姿勢が連続的 に測定されること • 較正:基準となるデバイスおよび較正されるデバイス の2つの異なるデバイス間で測定された値を比較する プロセス • 位置合わせ:仮想物体と実物体の間の座標系を一致さ せること
3. 本章の概要 わかりやすいようで わかりにくい図 (p.116)
4. 本章の概要 • ざっくりと，実際は何をやっているのか？ • UIだと人と機械の関係で済むが • 視覚ARだと • (最も重要な点のみ) デバイス 測定 データ 表示 実世界 人 トラッキング 較正 仮想物体 位置合わせ
5. 較正とは • 人に正しい実世界の視覚情報を見せる • そのためには以下が正しい必要がある • 視覚情報 (カメラの較正) • 見せ方(ディスプレイの較正) デバイス 測定 データ 表示 人 較正
6. 5.1 カメラの較正 • デバイスは，カメラの映像を視界のデータとする(4章) その上で利用者の視界と合わせる • デバイスにとってカメラとは何か→ピンホールカメラ モデル(p.157)
7. 5.1 カメラの較正 • デバイスにとってカメラとは何か→ピンホールカメラ モデル(p.157) • 内部パラメータや，レンズ歪みを較正し，適切にモデ ルを使えるようにする必要がある
8. 5.1 カメラの較正 • 内部パラメータや，レンズ 歪みを較正し，適切にモデ ルを使えるようにする必要 がある • 実際に得た画像から逆算す る • チェッカーボードやパター ンなどから点の対応を得る (p.215)
9. 5.1.1 カメラの内部パラメータ • 内部パラメータ(焦点距離など)を較正し，適切にモデ ルを使えるようにする必要がある • カメラの透視投影行列 • = [|] • が内部パラメータで，これを実際に得た画像から逆算 する • Tsaiのアルゴリズム(p.215) • 3Dの点qと2Dの点pの関係式と，実際の二次元上の点の データから，M,そしてKを解く • (p.165のLevenberg-Marquardt法を用いる)
10. 5.1.1 カメラの内部パラメータ • pとqが同じ方向であることを4章では姿勢推定に使った が，内部パラメータの推定にも使える
11. 5.1.2 レンズの歪み • レンズ歪みを較正し，適切にモデルを使えるようにす る必要がある • 放射状の歪みのモデル(p.217式5.5)から，与えられた画 像を補正可能 • (備考) • ズームレンズや，手ブレ補正機能によりパラメータが 変わる可能性がある • 既に較正されたものを使うのが一番(みもふたもない が)
12. 5.2 ディスプレイの較正 • 視覚情報を較正したあとは • 目に正しく表示する必要がある→ディスプレイの較正 • HMDの場合→正しくかぶった場合，目の位置と表示の 位置は正しく対応しているか？ • 人を較正に巻き込む→較正パターンを見る • 目は一種のカメラとみなせるので，カメラと似たよう な手法が用いられる
13. 5.2.1 単点能動的位置合わせ法(SPAAM) • 目で2D位置pを見てもらい(p.220図5.7)，3D位置qと の関係を見る • MW→Hを既知のものとし, p, qの対応からMH→Eを計算 • DLT法(p.161)で解く HMD 実世界 目 トラッキング 較正 MW→H q p = MH→E
14. 5.2.1 単点能動的位置合わせ法(SPAAM)
15. 5.2.2 ポインティングデバイス • 目でマーカー付きペンpを3D位置qに配置して見てもら い(p.221図5.9)，その関係を見る • 頭を動かす必要がない上，ペンを目から同じ直線上に 置くことで，幾何学的計算が可能→計算量削減 HMD マーカー 目 トラッキング 較正 MW→H q, MW→M p = MH→E
16. 5.2.2 ポインティングデバイス
17. 5.2.3 Hands-Eye較正 • 2つのトラッキングシステ ムを用いる • 固定されたRから頭部Hを 見る(A) • 頭部カメラEから物体Tを 見る(B) • →頭部から頭部カメラHま でのXを較正 • ロボティクス的手法で回転 と並進を解析可能
18. 5.3 位置合わせ • 実世界とデバイスをトラッキングで較正し，カメラも 較正し，カメラと目の間も較正した • もう正しいオブジェクトがちゃんと表示でき，位置合 わせなんていらないのでは？→そうは甘くない • 「実行時に実環境に対する仮想物体の位置合わせを維 持するための技術」(p.224)
19. 5.3.1 幾何学的測定歪み • センサーはズレる • 例:奥行き画像センサは遠くで誤差が出る • カメラのように，モデルを作ることである程度較正可 能
20. 5.3.2 誤差伝搬 • それぞれが正しく較正されていても，小さい誤差が重 なると増幅され，誤って配置される • 本章の例を見ても，カメラと目の較正それぞれで誤差 があり，実環境が変わるにつれどうなるかわからない • 座標系の動的連結を避けることで対応できる
21. 5.3.3 遅延 • 人が目で見ている間に • カメラ画像取得→処理→画像生成→表示 • 目で見ているものとカメラ画像の表示の間に時間的ズ レがある • 30fpsで33mm程度の誤差(Holloway)
22. 5.3.4 フィルタリングと予測 • 計測情報にはノイズがある→連続して値を取る場合 フィルタをかける • 正規分布に基づく→カルマンフィルタ • 正規分布に基づかない→パーティクルフィルタ • 複数のセンサを用いて補正する • →遅延に起因する位置合わせ誤差を補正できる
23. 5.4 まとめ • あらゆる構成要素を較正する必要がある • 誤差を出さないデザインにする必要がある • 位置合わせには動きの予測も必要である