我々が生きる現実世界は全て三次元です。驚くべきことに、従来のカメラは世界を2次元で認識しますが、原始動物でさえ世界をより豊かな3次元形式で認識しています。技術の進歩のおかげで、今はカメラでも深度が分かる3Dデータが取れるようになりました。それでは、深度情報が取れる3Dカメラとは何か、どんな種類があるかについて、ご紹介いたします。

3Dカメラとは

3Dカメラは横と縦の2次元情報に加えて三次元データも取得することにより、対象物を3Dイメージングで観測することが可能になります。三次元データを取得するにはパッシブ（受動的）とアクティブ（能動的）二つのアプローチがあります。その違いは、カメラから人工光が撮像物に投影するかしないかによります。人工光が搭載されている場合は、アクティブ方式に該当します。

3Dカメラの種類

ストラクチャードライト（構造化光）

半導体素子メモリーを使ったSSDは、HDDと比べて発熱や消費電力が少なく、読み書きの速度が速いことが特徴です。サイズが小さく軽いため、近年はストレージに採用が進んでいます。インテルROptaneTMメモリーは、PCの応答性を高めるスマートなテクノロジーです。電源をオフにした後でもそのアクセスを記憶しているため、頻繁に使用するドキュメント、画像、動画、アプリケーションに素早くアクセスし、制作・編集作業を進められます。

ステレオ

ステレオは人間の両眼立体視を模倣して奥行きの距離情報を取得するアプローチです。人間の目に視差があるように、異なる位置にある2つのカメラで撮影し、その2D画像を照合することで深度情報を算出します。一般的には赤外線(IR) プロジェクターが搭載されます。それは暗い撮影環境でカメラの補助になります。ステレオカメラは近距離および中距離のアプリケーションに一番活用されます。

ToF

ToF（Time-of-Flight）は赤外線を使用してその光が対象物に当たりセンサーに戻るまでの時間により距離を取得する方法になります。光速度は不変であるため、投射された光と戻ってきた光の時間差を分析することにより、プロセッサは対象物までの距離を計算しています。周囲の光に頼ることはないため、暗い環境でも機能できます。また、長距離のアプリケーションに向いています。

レーザー三角（レーザープロファイリング）

レーザー三角はレーザーとカメラを組み合わせて三次元 データを取得する技術です。レーザーとカメラの距離を固定し、レーザー光のビームを通して移動した撮像物の3次元データが高さの偏差を比較することによって生成されます。 ストラクチャードライトともよく比較されますが、ストラクチャードライトは静止物に向いている一方で、レーザー三角法はコンベアや搬送ラインなどで対象物が動いている場合に適するとされています。

3Dカメラの活用事例

昨今3Dイメージングの技術は様々な場面で活用されています。身近な例ですと、スマホの顔認証では赤外線カメラによって奥行き情報を取得しています。三次元情報が取れることにより一層実世界 の環境に近づけられるため、その用途も多岐にわたります。産業分野においてもここ数年、ロボット関連のアプリケーション、衝突回避、物体検知、マップ作成など、重要な役割をはたしています。弊社においても、3Dカメラを使った活用事例が取り上げられます。

ネット通販の普及により物流需要が拡大する一方で、倉庫での人手不足も深刻となっています。中でも荷積みや荷降ろしなど肉体労働が必要な環境が厳しく、課題とされてきました。近年ではパレタ イズ・デパレタイズロボットの進化が著しく、段ボールの寸法と位置を認識するには3Dカメラが活用されています。中でもステレオカメラとToFの応用が多く見られます。

物流のみならず、農業や工場でも需要が高まるAGV（無人搬送車）には、3Dカメラは目の代わりになって環境の特徴を認識し、ロボットがナビゲートできるようになります。カメラを使ったマッピングは設置コストが低く、ルート変更するのも簡単などのメリットが挙げられます。ただし、照明環境の変化は、カメラの精度に影響を与える可能性があります。

スーパーやコンビニのDX化にも3Dカメラが活用されています。3Dカメラで撮影された画像から性別、人気のあるルートやゾーン、歩行経路、顧客の移動パターンが分かるようになり、店舗レイアウトやキャンペーンの追跡、ヒートマップ分析に基づいたデータ主導のビジネスができるようになります。 このように、末端市場でも3Dカメラの活躍はもっと増えていくでしょう。

レスター取扱いの3Dカメラ

Intel RealSense

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Framos D400e

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LUCID ToF

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HMS Stereo