MIT、微软支援で開発した新技術「mmNorm」が小さな物体でも高精度な3D再構築を実現

MIT が開発した新しいミリ波成像技術、非視界の物体も精密に3D再現 米マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者がミリ波（mmWave）を用いて、非視界でも物体の形状を精密に3D再現する技術「mmNorm」を開発しました。ミリ波は30～300GHzの電磁波で、波長は1～10mmです。この波はプラスチックの容器や壁など一般的な障害物を透過できる特徴があります。これまで、ミリ波はコストが低い商用レーダーを利用して様々なアプリケーションに活用されてきましたが、小さな物体（例如、家庭用品）に対する再現精度が不足していました。 mmNormの画期的な点は、鏡面反射を考慮した信号処理技術にあります。鏡面反射とは、信号が物体の表面から特定の角度で反射し、それがレーダーに到達しない現象です。mmNormは反射信号の角度、時間差、微小な変化を解析し、物体表面各点の向きを推定します。これを「表面法線ベクトル」と呼び、多数の法線ベクトルを結合することで、物体の詳細な3Dモデルを再構築できます。 研究では、マルチアテンナレーダーを搭載したロボットアームを用いて、隠された物体周辺でデータ収集を行いました。異なる位置からの信号強度の比較を通じて、物体表面の曲率を推定します。強い信号が正対する表面から来る一方、弱い信号は他方向からくることを基に、各天線が法線方向の「投票」を行います。高い有効性を持つ天線からの情報を総合し、最適な表面法線ベクトルを決定します。その後、これらの法線ベクトルを利用して、複雑な形状にもかかわらず高精度の3Dモデルを生成します。 実験で、mmNormは60種類以上の中から110もの物体を評価し、平均96%の重建精度を達成しました。これは、現在の最優秀の基準方法の78%を超える精度です。特に、手柄のあるマグカップやさまざまな材料（木、金属、プラスチック、ラバー、ガラス）の物体に対して優れた性能を示しました。ただし、金属や非常に厚い壁材の透過成像にはまだ課題があります。 mmNormの実現は、ロボットの操作精度の向上、ARデバイスの透過視機能、セキュリティチェックでの詳細検査など、さまざまな場面での応用が期待されます。MITの研究アシスタント Laura Dodds は、「我们的研究彻底改变了对毫米波信号及三维重建过程的理解方式。我们期待这一突破能带来更广泛的影响」（私たちの研究はミリ波信号と3D再構築プロセスの理解を根本的に変えました。この突破が更なる影響をもたらすことを期待しています）とコメントしています。 未来の研究では、低反射率物体の成像性能の向上、より厚い障害物の透過能力の強化、そして解像度のさらなる最適化が課題となっています。この技術の進歩が、精密3D再現による新たな用途開拓へ繋がる可能性が高いでしょう。