「ＴＶＲＳＪＶｏ1.10Ｎ０．２ｐｐ217-220,2005

ショートペーパー

再帰性投影技術に関する位置検出を目的とした迷彩マーカーの研究
内田貴之*’圓道知博*２川上直樹*’舘障*’
Researchofthecamounagemarkerfbrpositionalmeasurement
inRetro-reflectiveProjectionLchnology

IbukayukiUchida車１，TbmohiroYbndo*２，NaokiKawakami.’andSusumunchi.’
Abstract-TheRetro-reHectiveProjectionI℃chnologyiwhichprojectBavirtualobject
ontheScreenofretrO-reHectivematerial，ｉｓＢｕｇｇｅｓｔｅｄａｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｆｍｓｅｔｈｅｒｅａｌ
ｗｏｒＭａｎｄｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｗｏｒｌｄｖｉｓuallybThismethodenablesthescreentobeconsideredasthemetaphorofthevirtualobjectandthevirtualobjecttobeoperatedintuitivcly
bydetectingthe3-dimensiona1coordmatesofascreen･Ｈｏｗｅｖｅｒｔｈｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｈａｐｅｏｆｓｃｒｅengarerestrainedinthecomentionalpositiondetectiontechniques･Ｗｅｓｏｌ泥d
thisproblembypositionmeasuremｅｎｔｕｓｍｇｔｈｅｉｍａｇｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｗｉｔｈthemarker･Ｉｔｓ

ｍａｒｋｅｒｉｓｍａｄｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｔｈａｔｉｓtransparentfbrthevisiblelightbｕｔａｂｓｏｒｂｓｔｈｅ
ｉｎｆｍｒｅｄｌｉｇｈｔｓｏｔｈａｔｉｔｄｏｅｓｎ'ｔｓｐｏｉｌｔｈｅｆｉｍｃｔｉｏｎｆｂｒｓｃｒｅｅｎ．

Keywords
marker：Retro-reHectiveProjection亜chnologyblmagerecognitiom，Camounage

では、これに磁気センサを用いていたが、金属が近傍１はじめに３次元ＣＡＤなどへの応用を目的とし、バーチャル物体をユーザが手で把持し直感的操作を可能にするインタフェースが注目されている。手などの実物体でバーチャル物体を操作する際問題になるのが、実物体より奥にあるはずのバーチャル物体が実物体より手前に描画される事などにより立体感が損なわれる遮蔽問題である。遮蔽問題を解決する提示系技術の１つとして、バーチャル物体を再帰性反射材のスクリーンに投数が限られていて多数のバーチャル物体を扱うには不向きであるという問題があった。この問題を解決する手法として、本稿ではマーカーを用いた画像認識で３次元計測を行うことを提案する。
２ＨＰＴに画像潔織を適用する際の問題点と解決法

画像認識を用いた再帰性反射スクリーンの位置計測

影する再帰性投影技術（以後、RPT(RBtrGreHectiveProjectionTbchnology)と略す)が提案されている[小手法としては､木島らによる赤外照明を用いた手法{３１

リズムを表面に並べることで入射方向とほぼ同じ方向に光を反射する反射材であり、ユーザの目と共役な位置に霞いたプロジェクタから投影することで高輝度な映像が得られる。ＲＰＴを用いたシステムとしては、任意形状の再帰性反射スクリーンにバーチャル物体を投影し、ユーザはスクリーンを手で動かすとバーチャル意形状の多数のスクリーンを用いてバーチャル物体を操作することを目的とし、スクリーン表面に画像認識

再帰性反射材とは、微小なガラスビーズやマイクロプ物体も同じ動きを行い、バーチャル物体を直接操作可能なシステムが試作されている[21゜しかし、ユーザによるバーチャル物体の操作を提示に反映させるにはスクリーンの座標を３次元計測する必要がある。従来があるが、同一形状のスクリーン同士は区別できずスクリーンの形状も平面に限定されていた。我々は、任用マーカーのパターンを設圃することを提案する。

今回のシステムの場合、手などでマーカーが遮蔽され画像の認識率が低下するのを抑えるため複数のマーカーを同一のスクリーン上に設置可能であることが望ましい。しかし、スクリーン上にマーカーパターンを配置するとバーチャル物体の映像を遮ってしまうという問題が生じる。特に複数のマーカーを配置する場合、このマーカーパターンによる映像の遮蔽は深刻な問題になる。この問題を解決するため、目視はできないが画像認識用のカメラでのみ搬影可能な「迷彩マーカー」】東京大学大学院佃鰯理工系研究科
2名古屋大学大学院エ学研究科のシステムを我々は提案する（図1)。このようなマー

ltheSchooloflST,ｔｈｅUniv･ofTbkyo
2SchoolofEngineeringONagoWLUniversity

カーとしては中里らによる半透明の再帰性反射材を用－２１７－●にある場所では使用できなかったり、同時計測可能な日本バーチャルリアリテイ学会瞳文腔Ｖ01.10,No.2,2005
再佃

適昼頓の毎今尽ｿカメ

図３１/4波長板による迷彩マーカーの原理
マーカーモード、スクリーンとして機能している状態をスクリーンモードと呼ぶ。

４迷彩マーカー２方式の比較（実験・評価）

図１迷彩マーカーの概念図いる手法(4]があるが、実環境上にマーカーを配樋している点で我々の手法とは異なる。

３迷彩マーカーの原理（２方式）

本章では迷彩マーカーの２種類の方式の評価・比較実験について述べる。我々はスクリーン/マーカーモードそれぞれにおいて、マーカーパターン部のコントラストを以下のように求め評価した。
４．１実験条件について

３．１手法１：赤外線方式

赤外線を吸収し、可視光を透過させる材料で作成したマーカーパターンをスクリーン上に設置する手法である。赤外照明でスクリーンを照射し、赤外線カメラで撮影することでマーカー認識が可能になる(図2)。
このような赤外照明下で機能するマーカーとしては、
赤外観吸収衆材

赤外IａＬＥＤ、■[魎 ロ
赤外飽フィルタカメラ

今回の実験では、反射の際に入射光の偏光状態を保つマイクロガラスビーズを用いた再帰性反射材を使用した。また、撮影に使用したカメラはソニー（株）
製DCRTRV900である赤外方式の実験では、今回は入手容易な近赤外LED(三洋製:SLR-931-A,ピーク波長:945nｍ）を用いた。赤外方式の実験で使用した市販の車窓用の断熱フイルムは、SC2000（アルフオリア・ジャパン（株)）およびFGRP2500（アイケーシー(株)）の２種類である。この２種類のフイルムは特に945,ｍ付近の赤外光の吸収率が高く、かつ可視光の透過率が高い性質のフイルムであるため、今回の実験に使用した。各フィルムの特性表によれば、可視光

図２赤外線による迷彩マーカーの原理の聴囲（400,ｍ～780,ｍ）におけるSC2000の透過率赤外線のみ透過させる材料を用いた非可視型バーコー

FGR2500の可視光帯での特性は、透過率60～80％とド[５１がある。ただし､我々の提案手法は可視光を透過なり、945,ｍ付近で約50％となっている。

は７０～80％、94511ｍ付近では約６０％である。また、し赤外線を吸収する材料を用いる点で大きく異なる。

４．２実験１（マーカーモード）
断熱フィルム・波長板を設磁したスクリーンのコン３．２手法２：偏光方式

スクリーン表面に１／４波長板で作成したマーカートラストを、マーカーモードの条件下で求める実験でパターンを設置する方法である。波長版は偏光状態ある。断熱フィルムあるいは１／４波長板を、正方形のみを変化させ、光量にはほとんど影響を与えないのの再帰性反射スクリーンの上半分に設置したものを今で、スクリーン上に設置しても提示映像を遮蔽しない。

回の実験用のスクリーンとした。カメラとほぼ共役位マーカーを撮影する為には、右回りの円偏光をカメラ圃に赤外照明あるいは白色光源（プロジェクタ）を光と共役な位圃からスクリーンに照射する。波長板を設源として設置した。カメラのレンズとスクリーン中央腫していない部分で反射した光は左回り円偏光になる間の距離をz(cm]、カメラの光軸とスクリーン法線の成す角を0[deg]とする。ｚ＝60,90,120[cmlの距離に固定して０＝O～60[deglを10[deg1刻みに回転させなが、波長板を設邇した部分の反射光は再度位相が反転し右回り円偏光になる。これら２種類の反射光を左回り円偏光板を通してカメラで掴影すると、波長板を設がらスクリーンをカメラで撮影した。以上の測定を赤圃した部分のみ光が遮蔽されて黒くなり、マーカー認外線方式（図4)･偏光方式（図5）の両方について行っ識が可能となる（図3)。以降、本稿ではこのマーカーた。キャプチャした画像からスクリーン中央の直線つきスクリーンがマーカーとして機能している状態を上における輝度信号分布を求めた。その後、断熱ブイ-２１８－

内田・回週・川上・餌：再帰性投影技術に関する位囮検出を目的とした迷彩マーカーの研究
１

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反一

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一一８

図７マーカーモードにおけるコントラストドにおいては、コントラストが低い方が望ましい。よっ肘ン
反一

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－－℃－可000２０３Ｄ４０５０６０

図４赤外線方式卸度信号の測定(上から見た図）､酢回り円偲ｺﾝﾄﾗｽﾄ回匡豆壷＝蕊冠5＝元壺5ａ的加帥扣加０

雛丘て、赤外線方式ではFGR2500の方がマーカーパターンの材料として望ましい。また、波長板は入射角度0＝30[deg]までは最もコントラストが低いがそれ以

図５偏光方式輝度信号の測定（上から見た図）

ルム・波長板を設置した部分とそれ以外のスクリーン上の角度では急激に上昇している。これは波長板の入射角に関する特性が原因であると考えられる。

部の輝度信号の平均値の比をコントラストを示す値Ｒとして算出した。輝度信号（Ｙ）は画像のＲＧＢ信号

スクリーンモードにおけるコントラストを方式・材５．２実験２（スクリーンモード）結果料ごとに図８に示す。マーカーモードとは反対に、コントラストが高い方が望ましいことに注意する。なお｢,,,ｂから以下のように算出される。
Ｙ＝0.298912｢＋0.5866119＋0.1144786（１）４．３実験２（スクリーンモード）

断熱フィルム・波長板を設圃したスクリーンのコントラストを、スクリーンモードの条件下で測定する。
図６と同様の構成で、３原色（RGB）および白色光をプロジェクタで投射、４．２と同様に色ごとのコントラＧ信号はＲ信号、Ｂ信号は白色光と特性がほぼ同じであったので図８では省略した。SC2000は赤・緑色
光ではFGR2500よりコントラストが上だが、青、白色光ではほぼ変わらない。また、波長板は断熱フィル
ム２種類と比較して、最も高いコントラストを全ての角度で示している。波長板の方が断熱フィルムと比較ストＲを求めた。なお、３原色に関してはＲＧＢの信して優れた性質を持つことがわかる。
ＲＥＯ白色品
１２０１

的的“ぬ鉤０斬瓢ＨＵＩ÷且躯一SCdOOO-rごﾛ500卦ﾗｽＨＵ一ｺ且E-SclUOo-fcR250o

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図６３原色の阿度信号測定実験

図８スクリーンモードにおけるコントラスト号値を輝度信号とし、白色光の反射光のみ式１で示される輝度信号Ｙを用いた。

５．３実験結果まとめ

偏光方式はスクリーンモードでは優れているが､マーカーモードでは入射角依存の問題から実用的ではない。

５実験結果

４の実験結果を５．１，に示す。縦軸がコントラスト[%１，横軸がスクリーンの角度Oldeglである。カメラー

スクリーン間距離範が変化しても、方式ごとの違いが見られなかったのでｚ＝90{cmlのデータを例として示す。

赤外線方式はスクリーンモードでは波長板より性能が低いが、マーカーモードにおいては波長板より安定した性能が得られる。

６マーカーを用いた投影実験と結果

実験の結果から、我々はスクリーンの機能よりマー５．１実験１（マーカーモード）結果
マーカーモードにおけるコントラストを方式・マーカーパターンの材料ごとに図７に示す。マーカーモー-２１９－カーとしての機能を優先し、赤外線方式(FGR2500を用いた)でバーチャル物体を操作するシステムの試作・実験を以下のように行った。ユーザの目と共役な位置