モーションキャプチャおよび3次元スキャナのマシンビジョンへの適応について
株式会社ノビテック／佐藤眞平
従来、モーションキャプチャシステムはリアルタイム性と高い精度を持ちながら、学術研究用途以外の目的への適応例が以下の理由によりごくわずかに限られていた。
Ⅰ． 1システム当たり1千万円からの高額機器
Ⅱ． 有識者による詳細なパラメータ設定が必要
Ⅲ． 計測目的としてのAPI等の整備
弊社モーションキャプチャシステムVENUS3Dは、上記問題点を解決し、FAをはじめとした様々な現場での適応事例が増えてきている。その1例を本稿にて紹介したい。
また、弊社新商品の高速3次元スキャナMephistoにおいても、1秒以下の高速にて高精度スキャンを行うことが可能であることから、マシンビジョンとしての今後の適用が数多くのユーザから期待されている。今回は、Mephistoの計測原理やマシンビジョンとしての今後の応用見込みを紹介する。

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VENUS3Dの特徴

1〜3）。また 1 マーカでの認識を行うことにより、誤差を最小限に止めることができることも本

モーションキャプチャシステムVENUS3Dの計測システムの特長である（剛体認識の誤差は複数

原理は、ダイナミックキャリブレーションとエピマーカの誤差すべてが反映されるため）。次章にてポーラマッチングによるもので、本件に関してはその代表的な使用事例を 2 つ紹介する。

既知の技術であり、詳細は割愛するが、本システ
ムの最大の特長はマーカラベリングのアルゴリズ
ムにある。従来は複数マーカの配列を認識させ剛体として扱うか、マーカ配列をテンプレート化し、2モーションキャプチャ応用例事例
その1（可動部品の検査）

位置関係や可動域による情報をもとにラベリング

今回は可動域と速度を検査対象項目とし、加えを行っていた。そのため、多くのマーカ数を用いるエネルギーとの相関を検査することを目的としる必要性がある多関節の対象においては、ラベリたシステムを構築した。生産現場においては、以ングの全自動化が困難となり、マシンビジョン用下を実現する必要がある。

途も含め、様々な現場への適合が困難であった。

Ⅰ . 安価であること

VENUS3Dは独自のアルゴリズムを組み込むことにより、必要な場所に必要な数のみのマーカセッ
トを施せば全自動でマーカラベリングを行うため、Ⅱ．生産ラインの環境下で使用出来ること
Ⅲ．現場作業者（非有識者）でも継続して利用できること

様々な現場での適応領域が飛躍的に向上した（図eizojoho industrialFebruary 2012︱1

■ ロボットビジョン

図1

簡単な計測手順

図 2 指先などの多関節対象も独自アルゴリズムにより自動ラベリング

図3

独自アルゴリズムによるラベリング

アルタイムで取得しつつ本体の座標により移動成
弊社のVENUS3D Duoは、上記の問題を解決す分を算出し差分することにより、可動部品の純粋ることを可能としている。上記ユニットはステレな動きである相対座標変位を取得することが可能

オセンサが 1 ユニットに内蔵されているため、生となっている。

産現場における次の 3 次元計測を実現することがロードセルや加速度計等の他機器との同期計測できる。

が可能であることから、加えたエネルギーに対すⅠ．100 万円台の低価格

る可動部品の動きを短いタクトタイムで自動取得

Ⅱ．キャリブレーション不要の為、設置後の準備をし、計測の目的を果たすことができたシステムや設定が不要で 3 次元計測可能（図4）事例である。また、応用例として本システムは赤Ⅲ．誤ってセンサが移動しても再度校正の必要が外線投影によるマーカ反射による座標算出を行っなく、そのまま継続利用可能ているが、金属部品を対象とした際のノイズの対策として、反射式ではなく、自発光するマーカも可動部品と本体にマーカを張り付け、その座標をリアルタイムで取得する。可動部品の座標をリ

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準備している。自発光マーカは防水加工もしており、水中での計測の実績としてある。

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ロボット座標に変換した上でロボット側に情報を送信することが可能となる（図5）。
次に、照明の工夫により突起物等のある一部のエリアのみを照射し、突起物の高さ情報や位置情報を認識して、合否判定を行うことが可能である。

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図 4 キャリブレーション不要の一体型モーションキャプチャユニット

高速3次元スキャナMephisto
概要

高速 3 次元スキャナ Mephisto は 0.3 秒〜の高ス
ピードで 3 次元形状を読み取ることが可能なシス

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モーションキャプチャ応用例事例
その2（マーカレスでの検査）

テムである（図6）。指紋などの微細な凹凸から乗用車全体まで、様々な計測対象を高速で高精度にスキャンすることが可能なシステムである（図7）。

基本的にモーションキャプチャシステムは、マーCAD、CG ソフトウェアなど、様々なファイル出カが必須のシステムであるが、一部の用途では力に対応している。形状の読み取り方式もレーマーカレスでの計測も可能である。座標の認識はザーをしないため、人体を対象とした計測も安全・輝度による認識を行っているため、次の方法で計容易に行うことができる。黒色や金属の対象もス

測対象物を認識しマシンビジョンとして応用利用キャン可能であり（図8）、広範囲な用途に対応し、ができる。

コンパクトなシステムで様々なフィールドでの形

まずは、3 点のレーザーポインタ照射によるワー状計測を行うことを目的としたシステムであり、クの高さや傾きの認識している事例である。レー弊社にも多方面のユーザよりマシンビジョンとしザーポインタをワーク設置位置上部に設置し、運ての利用を期待し、お問い合わせをいただいていばれてくるワークの情報をリアルタイムで認識し、る商品である。

図5

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レーザーポインタによるマーカレス計測

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図 10

スキャンイメージ 1

図 12

スキャンイメージ 3

図 11

スキャンイメージ 2

図 13

スキャン結果る 16 パターンの正弦波パターンを投写し、縞模様静止した小さい対象物をスキャン（図 14 、15）。の位相測定を用いることにより行われる。計測対• ポイント距離間：0.16mm

象の形状によって歪んだパターンを従来の計算で• カメラ解像度：968 × 644

はなく独自の最小二乗法および多項式フィッティ• 精度（平均）：0.1mmングアルゴリズムによりサブピクセルの精度にて• スキャン時間：20 秒

形状計測を行っている（図 10〜13）。
カメラとプロジェクタは 60Hz で動作しており、◆ Mephisto EOS スタンダードモデル

プロジェクタ投影とカメラのスキャンを同期して静止した対象物を高精度・高精細にスキャン行っていることにより高速スキャンが実現となっ（図 16 、17）。ている。

• ポイント距離間：0.1mm• カメラ解像度

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3次元スキャナラインナップ：1,936 × 1,288• 精度（平均）：0.01mm〜0.02mm• スキャン時間：20 秒

Mephisto は用途に応じて以下の様々なラインナップを用意している。
◆ PicoScan 低価格（50 万円）エントリーモデル

eizojoho industrial◆ Mephisto CX ミドルレンジモデル
静止した物も生きた物も短時間でスキャン可能

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■ ロボットビジョン

図 14

PicoScan

図 15

iPhone

図 16

Mephisto EOS

図 17

図 18

Mephisto EX

図 19◆ Mephisto EX ハイエンドモデル（図 18 、19）。
• ポイント距離間：0.52〜3.7mm

小さい物から大きい物まで静止した物も生きた• カメラ解像度：1,024 × 768

物も短時間でスキャン可能なモデル（図 20 、21）
。

• 精度
（平均）

：0.15mm• ポイント距離間：0.43〜2.8mm、• スキャン時間：0.3〜1.5 秒

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0.14〜0.85mm（Micro アドオン時）

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