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独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
東京大学情報理工学系研究科

イメージセンサと画像処理回路をワンチップ化した高速・高機能な視覚センサ
センサ単体で撮像と画像処理を行い、産業用ロボットなどのリアルタイム制御に威力を発揮する


【新規発表事項】　
　独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ技術開発機構）の産業技術研究助成事業（予算規模：約50億円）の一環として、東京大学講師、小室孝氏は、イメージセンサと画像処理回路をワンチップ化した「画像モーメントセンサ」を開発しました。このセンサは撮像と画像処理をセンサ単体で行い、産業用ロボット等の瞬時な制御に威力を発揮するものと期待されています。
　さらに、従来型ビジョンチップの解像度が48×32画素だったものを128×128画素とし、かつ、感度を向上させることで強力な照明を不要にし、毎秒1,000という高フレームレートを実現しました。
　センサはCMOSイメージセンサの画素ごとに簡便な処理回路を付加し、画像内に映った複数の対象の大きさ、位置、形状、重心、傾きなどの情報を取得します。
　今後、産業用ロボットの制御や工作機械の位置決め、三次元計測のほか、各種検査、監視・セキュリティ、微生物の継続観察、入力インターフェイスといった幅広い用途への適用が見込まれます。



１．研究成果概要
　画像モーメントセンサは撮像対象の大きさ、位置、形状、重心、傾きなど多様な情報を得ることができます。たとえば、対象を形によって分類したり、あらかじめ形状がわかっている三次元物体の姿勢を求めたりすることも可能です。また点滅照明と併せて利用することにより、光が当たっている部分のみ情報のみを得ることもできます。対象の形や姿勢がわかることで、産業用ロボットがその対象を操作したり、情報端末に用いることで人間の手や指の動きを縦・横・奥行き方向で認識し、さまざまなコントロールをすることも可能となります。
　画像処理をセンサ内で行うことで1,000フレーム毎秒という高フレームレートのリアルタイム視覚情報処理を小型・安価な装置で実現しました。高速ビジョンをセンサフィードバックに用いることで、ロボットの高速制御や微生物トラッキングなどの新しいアプリケーションも考えられます。


２．競合技術への強み
1）高フレームレート：センサ面状で画像処理を行うため、画像の転送が不要です。
2）装置が小型・安価：画像そのものではなく機器制御に必要な情報のみ出力するので、小型・安価に装置を構成できます。PCとはUSBコネクタで接続可能です。
3）多機能：複数対象のモーメント量（傾き）が個別に取得できることや、二値化により背景を除去できること、大きさ・形状など多彩な情報を得られるなどの利点があります。
4）演算が高速：センサ内の専用回路により画素単位で並列処理を行うため、高速にリアルタイムで演算を行うことができます。
5）高解像度化・高感度化が可能：従来のビジョンチップに比べて大幅（13 % = 7.4分の1）に回路面積を縮小しました。


■画像処理装置に係る従来技術と本技術との比較

・一般の画像処理装置
機能：◎　多機能でフレキシブル
速度：×　〜30フレーム/秒
サイズ：×　カメラ＋PC
コスト：×　約１０〜５０万円

・ポジションセンサ（PSD）
機能：×　単一対象の位置情報のみ取得
速度：◎　〜1,000フレーム/秒
サイズ：◎　ワンチップ
コスト：◎　約１００円

・画像モーメントセンサ（試作品）
機能：○　複数対象の大きさ、位置、傾き、形状などの特徴量を取得
速度：◎　〜1,000フレーム/秒
サイズ：◎　ワンチップ
コスト：○　１,０００円（目標）




３．今後の展望
　これまで既に、ファクトリー・オートメーションや計測関連の企業から「使ってみたい」「評価してみたい」という引き合いが多くありました。これらの引き合いのあった用途向けの実用化に向けた検討の結果によっては、実用化に向けたスピードは加速する可能性もあります。量産効果が生まれれば1台1000円台で販売することも可能と思われます。また、シリコンを使った場合、製品の量産体制が必須のため、一定量以上の需要を創出しうるようなキラー・アプリケーションの開発が必要課題のひとつといえます。
　今後、共同開発パートナーを募集し、LSIメーカー・画像機器メーカーへの技術移転、アプリケーションの開拓、センサの感度向上、その他、画像処理LSI、高速・高フレームレート画像処理に関する研究等の技術開発を進めていく予定です。

以上