Intel RealSense Depth Camera D405のセットアップと活用

Intel RealSense Depth Camera D405のセットアップと活用#

Intel RealSense D405について#

Intel RealSense Depth Camera D405は，ステレオビジョン方式を採用した深度カメラである．特に近距離での深度測定に優れており，約7cmから測定可能という特徴がある．

公式製品ページ

主な特徴#

  • 近距離測定: 7cm〜50cmの範囲で高精度な深度測定が可能

  • ステレオビジョン方式: 2つのカメラを使った三角測量による距離測定

  • 小型・軽量: ロボットの手先やヘッド部に搭載可能なコンパクト設計

  • USB接続: PCに接続するだけで使用可能

ロボティクスでの活用例#

大型ロボットでのマニピュレーション#

大型のロボットマニピュレータの手先（エンドエフェクタ）にD405を取り付けることで，以下のような利点がある：

  • 把持対象物の深度情報取得: ロボットハンドに近い物体の正確な3D位置を把握

  • マニピュレーション精度の向上: 対象物までの距離を正確に測定し，安全で確実な把持を実現

  • 近接作業の支援: 細かい組み立て作業や精密な位置決めに必要な視覚情報を提供

小型ロボット（Jedy）での活用#

Jedyのような小型の移動ロボットに搭載した場合：

  • 自己の手先（マニピュレータ）の視認: カメラの視野内にロボット自身のアームや手先が映り，作業状態をリアルタイムで確認可能

  • 近接物体の認識: ロボットの周辺にある小さな物体や障害物を検出

  • テーブル上の作業: 机上の物体をピックアップする際の位置推定に活用

ステレオカメラの測距原理#

ステレオビジョンとは#

ステレオカメラは，人間の両眼視と同じ原理で距離を測定する：

  1. 視差（Disparity）の利用: 2つのカメラで同じ対象を異なる角度から撮影すると，画像上での対象物の位置がずれる．このずれ（視差）が距離に対応する．

  2. 三角測量:

    • 2つのカメラ間の距離（ベースライン）は既知

    • 各カメラの画像上での対象物の位置から視差を計算

    • 視差と幾何学的な関係から，対象物までの距離を算出

  3. 計算式:

    距離（Z）= （ベースライン × 焦点距離）/ 視差

    視差が大きい（対象物が近い）ほど距離は短く，視差が小さい（対象物が遠い）ほど距離は長くなる．

測距のプロセス#

  1. キャリブレーション: 2つのカメラの位置関係と内部パラメータを事前に校正

  2. ステレオマッチング: 左右の画像で同じ特徴点（対応点）を探索

  3. 視差マップの生成: 画像の各ピクセルについて視差を計算

  4. 深度マップの生成: 視差から実際の距離（深度）に変換

近距離測定の利点#

D405が7cmという近距離から測定できる理由：

  • 広角レンズの採用: 視野角が広く，近い物体も画角に収まる

  • 短いベースライン: カメラ間の距離を最適化し，近距離での視差計算精度を向上

  • 高解像度センサー: 細かい視差の変化を捉えることができる

Kinectとの違い#

Intel RealSense D405（ステレオビジョン方式）#

  • 原理: 2つのカメラによる三角測量

  • 光源: 不要（自然光や室内照明で動作）

  • 測定範囲: 7cm〜50cm（近距離特化）

  • 屋外使用: 可能（太陽光下でも動作）

  • 利点: パッシブ方式のため省電力，他のセンサーとの干渉がない

Kinect（赤外線構造化光方式）#

  • 原理: 赤外線パターンを投射し，その歪みから距離を測定

  • 光源: 赤外線プロジェクタが必要

  • 測定範囲: 0.5m〜4.5m（中距離向け）

  • 屋外使用: 困難（太陽光の赤外線が干渉）

  • 利点: 単眼でも動作，テクスチャのない面でも測定可能

使い分け#

  • 近距離マニピュレーション: RealSense D405

  • 室内ナビゲーション・全身トラッキング: Kinect

  • 屋外での深度測定: RealSense D405（ステレオ方式）

インストール方法#

Ubuntu環境でIntel RealSense D405を使用するには，librealsense2をインストールする必要がある．以下では，パッケージからのインストールとソースからのインストールの2つの方法を説明する．

パッケージからのインストール（推奨）#

最も簡単な方法は，Intel公式のAPTリポジトリからパッケージをインストールすることである：

# 1. GPGキー用のディレクトリを作成
$ sudo mkdir -p /etc/apt/keyrings

# 2. Intel RealSenseのGPGキーをダウンロード
$ curl -sSf https://librealsense.intel.com/Debian/librealsense.pgp | sudo tee /etc/apt/keyrings/librealsense.pgp > /dev/null

# 3. APTリポジトリを追加
$ echo "deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/librealsense.pgp] https://librealsense.intel.com/Debian/apt-repo `lsb_release -cs` main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/librealsense.list

# 4. パッケージリストを更新
$ sudo apt-get update

# 5. librealsense2-utilsをインストール
$ sudo apt-get install librealsense2-utils librealsense2-dev

ソースからのインストール#

最新の機能やバグ修正が必要な場合，または特定のビルドオプションを指定したい場合は，ソースからビルドすることができる：

# 1. ソースコード用のディレクトリを作成
$ mkdir -p ~/src/github.com/IntelRealSense
$ cd ~/src/github.com/IntelRealSense

# 2. librealsenseリポジトリをクローン
$ git clone https://github.com/IntelRealSense/librealsense.git
$ cd librealsense/

# 3. ビルドに必要な依存パッケージをインストール
$ sudo apt install -y git libssl-dev libusb-1.0-0-dev pkg-config libgtk-3-dev libglfw3-dev libgl1-mesa-dev libglu1-mesa-dev cmake

# 4. udevルールをセットアップ
$ ./scripts/setup_udev_rules.sh

# 5. ビルドディレクトリを作成してビルド
$ mkdir build && cd build
$ cmake ../ -DCMAKE_BUILD_TYPE=release -DBUILD_EXAMPLES=false -DBUILD_GRAPHICAL_EXAMPLES=false
$ sudo make clean && make && sudo make install

ビルドオプションの説明：

  • -DCMAKE_BUILD_TYPE=release: リリースビルド（最適化有効）

  • -DBUILD_EXAMPLES=false: サンプルプログラムをビルドしない

  • -DBUILD_GRAPHICAL_EXAMPLES=false: GUIサンプルをビルドしない

GUIサンプル（realsense-viewerなど）が必要な場合は，-DBUILD_GRAPHICAL_EXAMPLES=trueに変更する．

インストール確認#

カメラを接続して，以下のコマンドで動作確認する：

# RealSenseビューアを起動
realsense-viewer

このビューアで，カラー画像と深度画像がリアルタイムで表示されれば，正常にインストールされている．

ROSでの使用#

ROSからRealSenseカメラを使用する場合は，以下のパッケージをインストールする：

sudo apt-get install ros-${ROS_DISTRO}-realsense2-camera

起動方法：

roslaunch realsense2_camera rs_camera.launch

これにより，以下のトピックが配信される：

  • /camera/color/image_raw: カラー画像

  • /camera/depth/image_rect_raw: 深度画像

  • /camera/aligned_depth_to_color/image_raw: カラー画像に位置合わせされた深度画像

  • /camera/color/camera_info: カメラキャリブレーション情報

参考情報#

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