Chapter 6 反応性ロボットのための一般的なセンシング技術芝浦工業大学システム理工学部機械制御システム学科運転支援システム研究室大澤健太概要反応性ロボットシステムの知覚は，二つの役割を持つ •ふるまいを解放する •ふるまいの行動をサポート，ガイドする ⇒反応性ロボットは信頼性の高い直接知覚に頼っている反応性ロボットのための，センシング技術を取り上げる Logical sensors （ロジカルセンサー）センサの強力的な抽出化がロジカルセンサ •センシングのユニット •センシングの特有な知覚表象を提供するモジュール Behavioral Sensor Fusion （センサフュージョンふるまい）センサフュージョンとは… いくつかのプロセスから得た多くのデータを統合的に処理することによって，単一のセンサからは得られない高度な認知機能を実現する手法センサは， False positiveとFalse negativeという違ったものを生み出してしまう  False positive:第一種過誤（ないのにあると判断）  False negative:第二種過誤（あるのにないと判断） Proprioceptive Sensors （固有受容性のセンサ）固有受容性は推測航法例：ロボットシャフトエンコーダを使用どれだけ移動したのかある程度の推定ロボット自身が方向性を測定可能 Inertial navigation system (INS) （慣性航行装置システム） •慣性空間における位置検出方法手順加速度を検出 ⇒1回積分し速度取得 ⇒さらに積分し位置を算出 •外界の条件とは無関係に，航法に必要な，加速度・速度・現在位置・姿勢方位角を検出する Inertial navigation system (慣性航行装置システム) GPS(Global Positioning System) •人工衛星を利用し自分が今どこにいるかを正確に割り出すことのできるシステム •米軍の軍事技術の一つで，地球周回軌道に30基程度配置された人工衛星が発信する電波を利用受信機の緯度，経度，高度などを数cmから数十mの誤差で位置を割り出すことが可能マルチパスがあるという欠点がある！ Proximity Sensors 近接センサは，環境内のセンサと物体間の相対距離を測定するセンサ超音波ソナーは，近接センサで最も人気 ⇒ほとんどの近接センサはアクティブ Sonar or ultrasonics ソナーとは… •超音波を使用し，広範囲を測量可能 •用途によって周波数を変える •アクティブセンサに分類＜欠点＞ •反射に依存 ⇒鏡面反射の影響を受けやすい Infrared (IR) 赤外線センサとは… •近接センサの別のタイプ •遠赤外線エネルギーを放射し，IR光の有意な量が返されるかどうかを測定 •人間の視覚を刺激しないで物体を検出可能 •物体の温度を遠距離から非接触で瞬時に測定可能＜欠点＞ •周囲の環境にノイズ(周囲が照明によって明るすぎる)が多い場合は検出が困難 Bump and feeler sensors 衝撃センサとは… •物体と接触し，生じた電圧で衝撃を検知するセンサ •衝突センサ感度は異なる接触圧力によって調節が可能触覚センサとは… •人間の皮膚は感覚受容器 ⇒接触・圧力・温冷など複数の物理的刺激を検出可能 •感覚機能(皮膚など)を工学的に実現しようとするセンサ Computer Vision コンピュータビジョンとは… 入力データ(静止画・動画などの画像データ)をコンピュータに取り入れる生の画像データを処理し，必要な画像情報の抽出コンピュータによる視覚を実現 CCD cameras 反応性ロボットにおけるコンピュータビジョンは，ほとんどビデオカメラから得ている可視光を検出するために ⇒カメラはCCD（電荷結合素子）を使用 MOS（金属酸化膜半導体）キャパシタを密集した配列が基本構造感度が高くノイズが少ない ⇒計算的に高価 Grayscale and color representation グレースケール… •コンピュータ上での色の表現方法の一つ •画像を白から黒までの明暗で表現 •灰色を何階調で表現するかをビット数によって表現 1ビット⇒白と黒のみで中間色なし 8ビット⇒256階調で表現色の表現… •赤・緑・青(RGB)で多くの色を表現 ⇒光の三原色 Region segmentation 領域分割とは… 画像を特徴の一様な部分領域に分割し，対象物の占める領域を抽出する手法の総称最も簡単な抽出方法は閾値によって領域を抽出する方法 Color histogramming ヒストグラムとは… 画像の明るさの分布をグラフにしたもの横軸は画素値(明るさ)を表現(上記は256階調) 縦軸は画素値を持った画素がどれだけあるかを表現 ⇒全体をみて明るさの分布によってその画像の明るさの特徴が分かるカラーヒストグラムとは… 赤・緑・青(RGB)別のヒストグラムのこと Range from Vision コンピュータビジョンにおいて，重要なこと…  距離検出人間は二つの目による，三角測量可能 ⇒景色から奥行を検出可能ロボットは，3つのビジョンセンサーで奥行を検出  ステレオカメラ  ライトストライパー  レーザーレンジ Stereo camera ステレオカメラとは… 二つのカメラからの画像を取り込み，赤三角形と緑三角形の相似関係から， 𝑩×𝑭 𝒁= 𝑫 という式で距離が求められる． Z：距離,B：カメラ間距離,F：焦点距離 D：視差カメラを用いた手法 ⇒パッシブセンサ Light stripers ライトストライパーとは… •環境におけるドットのパターン,グリッド,カラーラインを投影することで動作する •高価な飛行時間型の検出器が不要なため安価 測定方法(例) 4つのラインを投影 •図a:表面が平らなので等間隔のライン •図b,c:物体,段差があるので不規則(改行がある)なライン ⇒改行の位置が障害物の情報を提供 Laser ranging（レーザー距離計）レーザー距離計とは… •レーザー光の反射により数cmから数十mの距離を瞬時に測定できる測定機 •レーザーを発振し，目標物に照射しその反射の度合いで距離を測定レーザーを用いた手法 ⇒アクティブセンサ