マイクロ波を用いたマイクロ波を用いたモーションキャプチャシステムモーションキャプチャシステムにに関する基礎的研究関する基礎的研究慶應義塾大学大学院慶應義塾大学大学院

新居　英明新居　英明舘　暲舘　暲

研究背景研究背景問題点問題点光を用いた光を用いた

情報投影プロジェクタ情報投影プロジェクタによる位置取得による位置取得

グレイコードフィルム

マスクを時分割分割マスクを時分割分割により駆動するため，により駆動するため，プロジェクタの台数プロジェクタの台数とフレームレートにとフレームレートにトレードオフの関係トレードオフの関係位置分解能不足位置分解能不足光の回折の影響で光の回折の影響で限界がある．限界がある．

研究目標研究目標モーションキャプチャ用の速度情報をモーションキャプチャ用の速度情報を含む遠隔位置計測手法の確立含む遠隔位置計測手法の確立

十分な速度情報十分な速度情報を得ることがを得ることが可能な高分解能可能な高分解能な位置情報な位置情報

多数同時計測 速度情報取得多数のマーカを多数のマーカを同時に計測する同時に計測する必要必要 マイクロ波の利用？

マイクロ波による先行研究マイクロ波による先行研究複数のマイクロ波を使った距測技術を人に対して用いた研究事例►岡村慎一郎らの「マイクロ波測距技術の開発“ひと”に適した測距アルゴリズムについて」人の動きをドップラーモジュールで計測►谷川紗恵子らの「マイクロ波ドップラーセンサを用いた咀嚼の検出手法」これらの研究においては，運動方向や距離などを主眼に置いているわけではない．

マイクロ波に注目した点マイクロ波に注目した点►多数同時計測多数同時計測

時分割多重時分割多重 空間分割多重空間分割多重 周波数分割多重周波数分割多重

►速度情報計測速度情報計測 位置分解能高精度化位置分解能高精度化 速度成分は慣性センサにより対応速度成分は慣性センサにより対応 干渉させることで安定した位相検出干渉させることで安定した位相検出

従来のプロジェクタとマイクロ波の従来のプロジェクタとマイクロ波の違い違い

XY

光 軸

2-5m

1 22550

座 標 情 報× 256

1-2.5m

DeviceX

Y

Device~20m

10GHz

Z

t

送 信

干 渉 出 力

参 照 波受 信 波

空間投影プロジェクタは X軸上の座標値を取得分解能：約 1mm

電波による提案手法は Z軸上の座標値を取得波長： 30mm，分解能<1mmDeviceの移動により干渉出力の位相が変化．光の干渉に比べ回路が簡単．

モーションキャプチャ手法の分類モーションキャプチャ手法の分類商品例商品例 計測範囲の計測範囲の

拡張について拡張について 位置分解能位置分解能光光 VICONVICON カメラ追加でカメラ追加で時分割多重時分割多重 位置分解能位置分解能

<1mm<1mm磁気磁気 PolhemusPolhemus 最大半径最大半径 5m5m拡張不可拡張不可 位置分解能位置分解能

<<1mm<<1mm超音波超音波 IntersenseIntersense 送信部追加で送信部追加で空間分割多重空間分割多重 位置分解能位置分解能

≒≒ 1mm1mm電波電波 提案手法提案手法 周波数分割多周波数分割多重により可能重により可能 原理的には原理的には高分解能高分解能

提案手法提案手法►ドップラーレーダモジュールによる電波をドップラーレーダモジュールによる電波を使い，物体の移動を位相出力として取得．使い，物体の移動を位相出力として取得．►位相出力が位相出力が SIN/COSSIN/COS のの 22 位相あれば，物位相あれば，物体の移動が位相変化として取得可能．体の移動が位相変化として取得可能．

X

Y

Device~20m

10GHz

Z

t

反 射 波

干 渉 出 力

IF outド ッ プ ラ ー レ ー ダモ ジ ュ ー ル

ドップラーレーダモジュールとは？ドップラーレーダモジュールとは？►送信した電波と反射波干送信した電波と反射波干渉させ，うなり信号を取渉させ，うなり信号を取り出すことにより，物体り出すことにより，物体の相対速度を検出する装の相対速度を検出する装置．コストは数千円．置．コストは数千円．►ボールの速度を測ったり，ボールの速度を測ったり，自動車の速度取り締まり自動車の速度取り締まりなどに使われている．などに使われている．

提案手法の特徴提案手法の特徴►印加電圧により，周波数を調整でき，印加電圧により，周波数を調整でき，複数計測が簡単に実現可能．複数計測が簡単に実現可能．►移動速度による周波数は移動速度による周波数は 1000Hz1000Hz 以下以下のため，フィルタで他の干渉波を制限のため，フィルタで他の干渉波を制限可．可．►物体が静止時，位相の物体が静止時，位相の SIN/COSSIN/COS信号信号を直流として取得可能であるため，特を直流として取得可能であるため，特別な演算は不要．別な演算は不要．

位相検出及び周波数多重化の実験位相検出及び周波数多重化の実験以下の以下の 22点が可能であるか検討点が可能であるか検討►位相検出位相検出

22つのパルス出力により，運動方向と位つのパルス出力により，運動方向と位相情報の関係が維持できるか確認相情報の関係が維持できるか確認►周波数多重化による干渉周波数多重化による干渉

22台のドップラーレーダモジュールの周台のドップラーレーダモジュールの周波数を異なるように設置し，互いに干渉波数を異なるように設置し，互いに干渉していないか確認していないか確認

実験装置概要実験装置概要►22台のドップラーレーダモジュールを台のドップラーレーダモジュールを位相情報を取得できるように並べる．位相情報を取得できるように並べる．►ドップラーレーダからのパルスをカウドップラーレーダからのパルスをカウントし位置情報とする．ントし位置情報とする．（（ 3.75mm/3.75mm/ カウント）カウント） Object

Phase pulse counter

Doppler ladar modules

Draw the position time change

USB

センサの配置センサの配置

1/8λの段差

実験の様子実験の様子

結果結果A相の立ち上がり A相の立ち上がり

B相は High B相は Low

物体が離れる方向時の位相出力物体が近づく方向時の位相出力

実験結果実験結果物体の移動と共に，物体の移動と共に，►22つの異なる位相出力つの異なる位相出力►位置情報が変化位置情報が変化考察考察►22台のセンサ出力の干渉は問題ない台のセンサ出力の干渉は問題ない►位相変化方向から移動方向を検出位相変化方向から移動方向を検出

まとめまとめ電波を用いて，空間エンコーダを実現電波を用いて，空間エンコーダを実現►複数台を同時使用が可能であることを複数台を同時使用が可能であることを確認した．確認した．►位相情報が保存されるため，運動方向位相情報が保存されるため，運動方向が正しく判定できた．が正しく判定できた．

周波数分割多重化により周波数分割多重化により高い拡張性が維持できる．高い拡張性が維持できる．

SIN/COSSIN/COS 同時出力モジュール同時出力モジュールにより位相計測が可能である．により位相計測が可能である．

今後の予定今後の予定►11台のドップラーレーダモジュールか台のドップラーレーダモジュールから２つの信号（ら２つの信号（ SIN,COSSIN,COS）を取り出）を取り出す．す．

位相情報を直接計測し，速度情報を得る位相情報を直接計測し，速度情報を得る►複数台を組み合わせ，複数台を組み合わせ， 22 次元以上の情次元以上の情報を取得する．報を取得する．