神奈川県産業技術センター研究報告 No.20／2014 室内照明のみによる高速度カメラ撮影の検証 電子技術部 電子制御チーム 石 田 博 之 高速度カメラの撮影においては，通常は高輝度照明を用いる．しかし人と接する状態で作動するロボットを人と 合わせて撮影する場合，人の眼に危険な高輝度照明を当てることは望ましくない．そこでそのような撮影条件の目 安を得ることを目的に，高輝度照明無しで実用的な映像を撮影できるか検証を行った．その結果，撮影速度 500 コ マ/秒（シャッター速度 1/1,000 秒）で，実用的な映像を撮影できることを確認した． キーワード：高速度カメラ，撮影，屋内照明 ２．３ 方法 １ はじめに 実験は，高速度カメラで対象を撮影し，その映像から静 高速度カメラは，機械や装置の高速動作の観察に用いら 止画像を取り出して，輝度のヒストグラム分布を確認した． 実験は平成 26 年 6 月 25 日，午前 10 時から 12 時にか れてきた．通常は高輝度照明を当てて撮影を行うことが多 いが，人と接する状態で作動するロボット等を撮影対象と けて行った．当日の天気は晴れであった． した場合，人の目に危険な高輝度照明を当てることは望ま 撮影対象は，生活支援ロボット等を人と接した状態で撮 しくない．そこでこのような撮影条件の目安とすることを 影する場合の目安を得ることを目的としているので，画質 目的に，昨年度導入した高速度カメラを用いて，高輝度照 評価用テストチャートではなく人の動きを対象とし，全身 明無しで実用的な映像が撮影できるか検証を行った． が入る様，高さ 2m 程度の範囲を撮影することとした． カメラのレンズはニコンの Ai Nikkor 35mm F 1.4 を ２ 実験 使用し，カメラから被写体までの距離は 4.5 m とした． また，カメラの高さは床から 1 m とした． ２．１ 高速度カメラ 実験に使用した高速度カメラは，(株)ナックイメージテ また高速度カメラの設定は，撮影速度 500 コマ/秒，シ クノロジー製 MEMRECAM HX-6（カラー，内蔵メモリ ャッター速度 1/1,000 秒，撮影解像度 2,560×1,920 画素， 8 GB モデル）である．主な仕様は，撮影速度（最大映像 ゲインは Normal とした．なおこの撮影速度は，人と接 解像度）が 1,000 コマ/秒（2,560×1,920 画素），2,000 した状態で作動するロボットの能動的な動きの検証や，人 コ マ / 秒 （ 1,920×1,080 画 素 ） ， 3,500 コ マ / 秒 とぶつかった時の受動的な挙動の検証に十分な速度である． （1,280×1,024 画素），10,000 コマ/秒（768×576 画素）， 撮影は，外光の影響が異なる 2 つの条件で行った．条 70,000 コマ/秒（512×112 画素）等，記録時間は 1 秒～ 件 1 は，廊下側の壁から距離 1 m の位置で西側壁に向い 数十秒（撮影速度と映像解像度による），撮影感度は た対象を撮影（外光の影響が少ないと考えられる），条件 ISO 2,000 相当（2×2 画素合成増感モード ISO 8,000 相 2 は，廊下側の壁から距離 1 m の位置で北側窓に向いた 当），レンズマウントはニコン F マウントである． 対象の撮影（外光の影響が大きいと考えられる）である． ２．２ 実験環境 それぞれの撮影で，レンズの絞りを 3 段階（F 1.4（開 実験を行った場所は，当センター実験棟 3 階の北側に 放），F 2，F 2.8）に変えて撮影した．なお，条件 1 の被 位置する情報処理実験室である．部屋の大きさは東西方向 写体正面（高さ 1 m）の照度は 670 lx，条件 2 の被写体 12 m × 南北方向 9 m，天井高は 3 m である．部屋の南側 正面（高さ 1 m）の照度は 1,060 lx であった． は廊下となっており，出入り扉は 1.8 m × 2.2 m の扉が 2 ３ 結果と考察 箇所で扉の半分ほどがガラスとなっている．部屋の北側は 2 つの撮影条件での撮影画像と輝度ヒストグラムを図 1， 外に面した 2 m × 2 m の窓が 4 箇所ある．室内照明は天 井に 40 型 37 W の 120 cm 管蛍光灯 3 本の照明器具が 12 図 2 に示す．また，それぞれの画像の輝度ヒストグラム 箇所あり，廊下側から 1 m 位置の照明直下の床面照度は から得られる輝度の平均値と標準偏差を表 1 に示す． 660 lx，机上（高さ 80 cm）の照度は 760 lx，頭上（165 撮影条件 1（壁向き）では，レンズの絞り F 1.4 と F 2 cm）位置の照度は 1,210 lx であった．照度は，(株)トプ においては十分に明るい画像を取得できているが，輝度ヒ コンテクノハウスのデジタル照度計 IM-2D で計測した． ストグラムを見るとやや低輝度に偏っており，良好な画像 82 神奈川県産業技術センター研究報告 No.20／2014 であるがやや暗いと言える．また F 2.8 においては，暗す ４ おわりに ぎて良好な画像ではないと言える． 撮影条件 2（窓向き）では，絞り F 1.4 では明るくて良 高速度カメラで，人と接する状態で作動するロボット 好な画像に見えるが，輝度ヒストグラムを見るとやや高輝 を人と合わせて撮影する際の目安とするために，高輝度照 度に偏っており，やや明るすぎると言える．また絞り F 2 明無しで実用的な映像が撮影できるか検証を行った． の画像は，輝度ヒストグラムが中央に位置しており，良好 その結果，撮影速度 500 コマ/秒（シャッター速度 な画像と言える．絞り F 2.8 の画像は，十分に明るい画像 1/1,000 秒）で，実用的な映像を撮影できることが確認で であるが，輝度ヒストグラムを見ると低輝度に偏っており， きた．今後は県内大学との共同研究において，人と接する 良好な画像であるがやや暗いと言える． ロボットの高速度カメラ撮影を，高輝度照明無しで行う予 定である． この結果から，室内で高輝度照明をあてずに高速度カ メラ撮影を行って，実用的な映像を撮影できることが確認 できた．しかしレンズの絞りの開放（F 1.4）は被写界深 度が浅くなるため，撮影に際してはより絞った状態で撮影 を行うことができる明るい環境で行うことが望ましい． 実験では，北向きの部屋で窓から遠い位置での撮影で 表 1 撮影条件 1 と 2 の画像の輝度の平均値と標準偏差 あっても外光の影響が大きいことが確認できたので，より 撮影条件 良好な映像の撮影のためには，晴れの日の正午前後に，南 向きの窓の多い部屋で，窓際に設置したカメラで，窓に向 かった撮影対象を撮影することが推奨される． 1 壁向き 参考までに実験日の午後 2 時頃，南に面した他の部屋 で照度を計測したが，窓から 4.5 m 離れた地点で，窓に 2 窓向き 向いた被写体正面の照度は 1,800 lx であり，より被写界 深度を深くした映像や，撮影速度を上げた映像を撮影する レンズ絞り 輝度平均値 F 1.4 が開放 0(黒) - 255(白) 中央値 128 F 1.4 F2 F 2.8 F 1.4 F2 F 2.8 98.3 85.4 55.7 157.8 135.0 93.7 標準偏差 42.7 39.7 31.1 47.0 47.8 41.5 ことが可能になると考えられる． a) レンズ絞り F 1.4 の画像 b) 輝度ヒストグラム a) レンズ絞り F 1.4 の画像 b) 輝度ヒストグラム c) レンズ絞り F 2 の画像 d) 輝度ヒストグラム c) レンズ絞り F 2 の画像 d) 輝度ヒストグラム e) レンズ絞り F 2.8 の画像 f) 輝度ヒストグラム e) レンズ絞り F 2.8 の画像 f) 輝度ヒストグラム 図 2 撮影条件 2（窓向き）の画像と輝度ヒストグラム 図 1 撮影条件 1（壁向き）の画像と輝度ヒストグラム 83
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