JP2000241131A - レンジファインダ装置および撮像装置 - Google Patents
レンジファインダ装置および撮像装置Info
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Abstract
るレンジファインダ装置を提供する。 【解決手段】 光源部10は3次元計測のために被写体
1に光を投射する。カメラ部20は光源部10からの投
射光の被写体1での反射光を受ける。距離測定センサ1
01は被写体1までの概略距離を測定し、露光制御部1
02は距離測定センサ101によって測定された概略距
離に基づいて、光源部10の光出力およびシャッター部
104の開閉動作を制御する。これにより、例えば被写
体1が移動してもそれに応じて投射光の強度が制御され
るので、精度の高い3次元位置情報を常に得ることがで
きる。
Description
置情報を測定するレンジファインダ装置、および撮像装
置に関する。
構成例を示す図である。図22において、光源部10は
第1および第2の光源11A,11Bを備えており、各
光源11A,11Bの光投射側にはフィルタ12A,1
2Bがそれぞれ設けられている。第1および第2の光源
11A,11Bの出力光はハーフミラー13によって合
成され、この合成光はスリット14および回転ミラー1
5を介して被写体1に投射される。各光源11A,11
Bの出力波長は赤外領域に設定されている。
2Bの特性の一例を示す図である。フィルタ12Aおよ
びフィルタ12Bは、図23(a)に示すように、互い
に異なる波長の光が選択されて通過するようになってい
る。あるいは図23(b)に示すように、波長の高低に
よって、光を分離する。
び第2の撮像素子22A,22Bを備えており、各撮像
素子22A,22Bの受光側には、光源部に設けられた
フィルタ12Aおよびフィルタ12Bとそれぞれ同一特
性を有するフィルタ23Aおよびフィルタ23Bが設け
られている。これにより、各撮像素子22A,22B
は、被写体1の反射光から、第1の光源11Aの出力光
と第2の光源11Bの出力光とをそれぞれ分離して受光
することができる。また、カメラ部20は可視領域の光
を受ける第3の撮像素子22Cを備えており、この撮像
素子22Cの出力信号からカラー信号処理部27によっ
て被写体1のテクスチャ画像(カラー画像)が生成され
る。
θとの関係を示す図である。図24(a)に示すよう
に、光源コントローラ16は回転ミラー15による合成
光の投射角度の変化に合わせて、各光源11A,11B
の光強度IA,IBを制御する。これにより、光強度比
IA/IBは図24(b)のように変化する。図24
(b)から分かるように、光強度比IA/IBと投射角
度θとは1対1の対応関係があり、光強度比IA/IB
が求まればそのときの投射角度θが一義的に特定でき
る。投射角度θが特定されれば、図24(c)に示すよ
うに被写体までの距離Zを求めることができる。
ダ装置の動作について説明する。
2の光源11A,11Bが光を出力する。これらの出力
光はフィルタ12Aおよびフィルタ12Bを通ってハー
フミラー13によって合成され、合成された光はスリッ
ト14によって縦方向に細長い線状のスリット光に加工
される。このスリット光は回転制御部17によって制御
される回転ミラー15によって反射され、被写体1側に
投射される。
部20に入射され、各撮像素子22A,22B,22C
はレンズ21およびハーフミラー24A,24Bを介し
て反射光を受ける。このとき、第1および第2の撮像素
子22A,22Bが受ける光は、その受光側に設けられ
たフィルタ23A,23Bによって、合成光から分離さ
れた単一波長の光となる。
22Aの出力を受けて、第1の光源11Aから出力され
た光の反射光成分による画像信号を出力し、第2光源信
号処理部26は第2の撮像素子22Bの出力を受けて、
第2の光源11Bから出力された光の反射光成分による
画像信号を出力する。距離計算部30は第1光源信号処
理部25および第2光源信号処理部26から出力される
画像信号を用いて、各画素毎に、光強度比を計算する。
そして、図24(b)に示すような対応関係に基づい
て、各画素毎に、投射角度θを特定する。
1の中心とがなす視線とレンズ21の光軸とによって決
定される視線角度φ(図22参照)は、各画素位置と1
対1に対応した既知の値である。また、レンズ21と回
転ミラー15の回転中心との距離D(図22参照)も既
知である。
の原理により、各画素毎に、投射角度θ、視線角度φお
よび距離Dを次式に代入して、各画素に対応する被写体
1上の各点とカメラ部20との距離Zを算出することが
できる。
得ることができる。
に、第3の撮像素子22Cの出力からカラー信号処理部
27によって、被写体1のテクスチャ画像(カラー画
像)が得られる。
レンジファインダ装置では、次のような問題がある。
光源部10の光出力の調整はその使用者によって行われ
ており、実際には、使用者の経験に基づいて、あるいは
試行錯誤によって、適切な設定がなされていた。このた
め、例えば初心者がレンジファインダ装置を利用する場
合には、光出力を適切に設定することが困難であるた
め、精度の高い距離情報が必ずしも得られない。また、
被写体が移動する場合には、その都度光出力の再調整が
必要になり、このため時間や手間がかかるという問題も
あった。さらには、被写体が接近し過ぎている場合に、
光源部の出力光が過度に強いと、被写体に悪い影響を与
える可能性があった。
他の問題もあった。図25は3次元計測を行うときの映
像信号の信号レベルを示す図である。図25において、
Lは映像信号全体の信号レベル、LAは反射光成分の信
号レベル、LBは被写体の画像成分(背景光)の信号レ
ベルである。3次元位置情報の精度を高めるためには、
反射光成分の信号レベルLAのS/N比がより高くなる
ように、光源部10の光出力を高く設定すればよい。し
かしながら、カメラ部20のダイナミックレンジは決ま
っているので、反射光成分の信号レベルLAを上げるの
には限界がある。一方、通常の2次元画像を得るために
は、被写体の画像成分の信号レベルLBも、ある程度の
レベルが必要になる。したがって、被写体の反射光成分
のS/N比を十分に改善できず、これが3次元位置情報
の精度向上の妨げになっていた。
分野では、被写体の距離情報から背景画像と前景画像と
を区別し、この結果を用いて前景画像のみを切り出す技
術が一般に知られている。ところが、テレビ電話のよう
なシステムでは、人の顔(前景)を背景から切り出す機
能は要望されているものの、被写体の距離情報を求める
こと自体は必ずしも必要ではない。このため、被写体の
距離情報を用いないで、背景画像と前景画像とを区別で
きる機能が実現できるのが好ましい。
3次元位置情報が安定して得られ、また、被写体に対す
る安全性が高いレンジファインダ装置を提供することを
課題とする。
ないで、背景画像と前景画像とを区別できる撮像装置を
提供することを課題とする。
めに、請求項1の発明が講じた解決手段は、被写体に投
射した光の反射光を受けて前記被写体の3次元位置情報
を測定するレンジファインダ装置として、前記光を投射
する光源部と、被写体からの反射光を受けるカメラ部
と、前記被写体の距離情報に基づいて、前記光源部の光
出力および前記カメラ部の露出条件のうちの少なくとも
いずれか一方を制御する制御部とを備えたものである。
およびカメラ部の露出条件のうち少なくともいずれか一
方は、被写体の距離情報に基づいて、制御される。この
ため、例えば被写体が移動してもそれに応じて投射光の
強度、または受光信号のレベルが制御されるので、精度
の高い3次元位置情報を常に得ることができる。また、
被写体が近づき過ぎた場合でも、投射光が被写体に悪影
響を与えないように動作することも可能になる。
ジファインダ装置は、前記被写体までの距離を測定する
距離測定センサを備え、前記制御部は、前記距離測定セ
ンサの出力を前記被写体の距離情報として用いて制御を
行うものとする。
ジファインダ装置は、前記カメラ部から出力された映像
信号から距離画像を求める距離計算部を備え、前記制御
部は、前記距離計算部によって得られた距離画像を前記
被写体の距離情報として用いて制御を行うものとする。
は、被写体に投射した光の反射光を受けて前記被写体の
3次元位置情報を測定するレンジファインダ装置であっ
て、前記光を投射する光源部と、被写体からの反射光を
撮るカメラ部と、前記カメラ部から出力される映像信号
のレベル情報に基づいて、前記光源部の光出力および前
記カメラ部の露出条件のうち少なくともいずれか一方を
制御する制御部とを備えたものである。
およびカメラ部の露出条件のうち少なくともいずれか一
方は、カメラ部から出力される映像信号のレベル情報に
基づいて、制御される。このため、例えば被写体が移動
してもそれに応じて投射光の強度、または受光信号のレ
ベルが制御されるので、精度の高い3次元位置情報を常
に得ることができる。
4のレンジファインダ装置における制御部は、前記距離
情報または前記レベル情報から、前記被写体までの距離
が第1の閾値以上であると判定したときは前記光源部の
光出力を相対的に大きく設定する一方、第2の閾値以下
であると判定したときは前記光源部の光出力を相対的に
小さく設定するものとする。
4のレンジファインダ装置におけるカメラ部の露出条件
は、絞り、撮像素子の感度、およびシャッタ速度のうち
の少なくとも1つによって設定されるものとする。
4のレンジファインダ装置は、開閉自在に構成され、閉
状態のとき前記光源部の投射光を遮断するシャッタ部を
備え、前記制御部は、前記シャッタ部の開閉状態を切替
制御するものとする。
は、被写体に投射した光の反射光を受けて、前記被写体
の3次元位置情報を測定するレンジファインダ装置とし
て、前記光を投射する光源部と、前記光源部からの投射
光の前記被写体での反射光を受け、かつ、2次元画像を
撮像可能なカメラ部と、3次元計測のために前記光源部
が前記光を投射するとき、前記反射光の信号レベルが十
分高くなるよう、被写体の画像成分の信号レベルを、2
次元画像撮像のときよりも低く抑える制御部とを備えた
ものである。
分の信号レベルは、3次元計測の際には、2次元画像撮
像のときよりも、低く抑えられる。このため、光源部か
ら投射した光の被写体での反射光の信号レベルのS/N
比が向上し、かつ、2次元画像の画質は劣化しない。し
たがって、3次元位置情報の精度が向上する。
ジファインダ装置は、前記カメラ部は、当該カメラ部へ
の入射光量を調整するフィルタ部を備え、前記制御部
は、前記フィルタ部の光透過率を、3次元計測のときは
相対的に低くし、2次元画像撮像のときは相対的に高く
するものとする。
ンジファインダ装置におけるフィルタ部は、液晶素子を
有し、この液晶素子への印加電圧によって光透過率が制
御可能に構成されているものとする。
ンジファインダ装置における制御部は、前記カメラ部の
露出条件を制御するものとする。
レンジファインダ装置におけるカメラ部の露出条件は、
絞り、撮像素子の感度、およびシャッター速度のうちの
少なくとも1つによって設定されるものとする。
は、撮像装置として、光を投射しかつ投射光の光特性が
投射方向に応じて変化する光源部と、2次元画像を撮像
しかつ前記光源部からの投射光の被写体での反射光を受
けるカメラ部と、前記被写体での反射光における光特性
に基づいて、前記2次元画像において前景と背景とを区
別する前景・背景区別部とを備えたものである。
おいて前景と背景との区別が、光源部から投射した光の
被写体での反射光における光特性に基づいて、なされ
る。したがって、距離情報を用いないで、前景と背景と
を区別することができる。
撮像装置は、前記前景・背景区別部による区別結果を用
いて、前記2次元画像から前景または背景を切り出す切
り出し部を備えたものとする。
撮像装置における光源部は、光強度特性が投射方向に応
じて変化し、かつ、その変化パタンが互いに異なる第1
および第2の光を投射するものとし、前記前景・背景区
別部は、前記第1の光の反射光と前記第2の光の反射光
との光強度比を用いて前景と背景との区別を行うものと
する。
撮像装置における光源部は、光強度特性が投射方向に応
じて変化する光を投射するものとし、前記前景・背景区
別部は、前記光の反射光の光強度を用いて前景と背景と
の区別を行うものとする。
撮像装置は、前景と背景とを区別するための基準となる
閾値を被写体に応じて決定する閾値決定部を備えたもの
とする。
撮像装置における閾値決定部は、被写体での反射光の各
画素における光特性の分布に基づいて前記閾値を決定す
るものとする。
撮像装置における閾値決定部は、被写体の表面反射率を
用いて前記閾値を決定するものとする。
撮像装置は、被写体までの距離を測定する距離測定セン
サを備え、前記閾値決定部は、前記距離測定センサの測
定結果を用いて被写体の表面反射率を求めるものとす
る。
て、図面を参照して説明する。
実施形態に係るレンジファインダ装置の構成を示す図で
ある。図1において、図22に示す従来の構成と共通の
要素には図22と同一の符号を付しており、ここではそ
の詳細な説明を省略する。
本レンジファインダ装置と被写体1との間の概略距離
(平均的な距離)を測定する。この距離測定センサ10
1は超音波の反射を利用した距離センサ等によって実現
される。制御部としての露光制御部102は、距離測定
センサ101から出力された距離情報に応じて、光源コ
ントローラ16およびシャッタ部104の動作を制御す
る。光源コントローラ16は光源部10の光出力(光
量)を調整する。シャッタ部104は開閉自在に構成さ
れており、光源部10の光投射側前面に配置されてい
る。露光制御部102からの指令に応じて閉状態になる
と、光照射経路を遮断し、光源部10の投射光を遮断す
る。
装置の動作について説明する。図2において、(a)は
被写体1までの距離Lと光源部10の光出力との関係を
示す図、(b)は被写体1までの距離Lとシャッタ部1
04の動作との関係を示す図である。
での距離の測定を行い、距離測定結果Lを露光制御部1
02に送る。ここでは、光源部10からの光投射は行わ
れない。露光制御部102は送られてきた距離測定結果
Lから、被写体1が、第1領域(至近距離)、第2領域
(中間距離)または第3領域(遠距離)のいずれの領域
に存在するかを、予め定めた第1および第2の基準値l
1,l2に基づいて判断する。すなわち、ここでの判断
は次のように行われる。 (1)0 ≦L≦l1 のとき 第1領域 (2)l1<L<l2 のとき 第2領域 (3)l2≦L のとき 第3領域
領域に応じて、それぞれ、以下のように動作する。
し過ぎているので、被写体1への光の照射を避ける。し
たがって、露光制御部102は、図2(a)に示すよう
に光源部10の光出力を相対的に小さく設定し、また図
2(b)に示すようにシャッタ部104を閉状態にし
て、被写体1に光が照射されないようにする。ただしこ
のとき、光源部10の光出力を完全にOFF状態にはし
ない方が好ましい。この場合、完全にOFF状態にする
場合に比べて、光源部10の光出力の立ち上げをより早
く行うことができる。
は、照射される光パワーから被写体1を保護するためで
ある。特に、光源部10の光がレーザ光である場合、被
写体1が至近距離にあるとき、与えられるエネルギー密
度が高くなり、被写体1になんらかの悪影響を及ぼす可
能性もあり得るからである。
で、3次元位置情報の測定は実行されない。3次元位置
情報の測定を実行するためには、被写体1を本レンジフ
ァインダ装置から遠ざけて、適切な位置に移動させる必
要がある。
にシャッタ部104を開状態にするとともに、図2
(a)に示すように、カメラ部20から出力される画像
信号のレベルが適正なレンジに収まるように、光源部1
0の光出力を制御する。これにより、光量不足や光量過
多を防止することができ、反射光成分について常に高い
S/N比を維持できるので、精度の高い3次元位置情報
を測定することができる。
離れているので、光源部10からできるだけ強い光を投
射する必要がある。したがって、露光制御部102は、
図2(b)に示すようにシャッター部104を開状態に
するとともに、図2(a)に示すように、光源部10の
光出力を相対的に強く、好ましくは最大にする。
ときは、上記(2)(3)で述べた動作の後に、従来と
同様の3次元位置情報測定の動作が行われる。
種類の領域に分けて、光源部10の光出力を調整するも
のとしたが、光出力調整の方法はこれに限られるもので
はない。例えば、第1の基準値l1と第2の基準値l2
とを同一の値にして、2種類の領域に分けて光出力を行
ってもよい。または、領域をさらに細かく分けて、より
精密な光出力調整を行ってもかまわない。
に、または光源部10の光出力調整に加えて、カメラ部
20の露光条件を調整するようにしてもよい。カメラ部
20の露光条件の制御は、例えば絞り、撮像素子の感
度、またはシャッター速度を制御することによって実現
される。例えば第2領域において、光源部10の光出力
を100%に設定し、カメラ部20の露光条件を、カメ
ラ部20から出力される画像信号のレベルが適正なレン
ジに収まるように、制御してもよい。
10の光出力調整や、カメラ部20の露光条件の調整の
みを行ってもかまわない。
ある。図3(a)に示す構成では、各光源11A,11
Bの前に光透過率可変フィルタ41A,41Bが設けら
れており、光を掃引するのではなく、パターン光を投射
するように構成されている。図3(b)に示すように、
光透過率可変フィルタ41A,41Bの光透過率は、光
透過位置に応じて異なっている。また、光源11A,1
1Bとしてレーザのような単色光源を用いる場合には、
フィルタ12A,12Bは必要ない。
ー速度で制御する場合を示す図である。シャッタ速度に
よって露光制御を行う場合には、光源部10は、投射光
を掃引するタイプではなく、図3に示すようなパターン
光を投射するタイプであることが必要である。この場
合、図4(a)に示すように光源部10の発光期間Tを
一定にし、図4(b)に示すように、1垂直期間におけ
るカメラ部20の露光時間T0をシャッター速度の制御
によって変更すればよい。もちろん、カメラ部20の露
光時間T0を一定にして、光源部10の発光期間Tを可
変にしてもかまわない。この場合、T0≧Tとなる。
を得るための手段として距離測定センサ101を設けた
が、このような手段は必ずしも設ける必要はない。この
場合は、距離計算部30によって得られた距離画像を被
写体の距離情報として用いて、光源部10の光出力やカ
メラ部20の露光条件の制御を行えばよい。ただし、被
写体の存在領域を確認するためにとりあえずまず距離情
報が必要になるので、最初は、被写体への光照射を行う
必要がある。このときにはまだ被写体までの距離が分か
らないので、光源部10の光出力は必要最小限に低く抑
えることが望ましい。
各画素について、カメラからの距離または3次元座標系
における奥行き値が示された画像のことをいう。前者は
球座標系(r,θ,φ)のrに相当するものであり、後
者は直角座標系(x,y,z)のzに相当するものであ
る。
離画像は、カメラ部20から出力される画像信号の信号
レベルが適切でない場合等には、大きな誤差を含む可能
性がある。例えば被写体1が非常に遠方にある場合、投
射した光の反射光については微少な信号しか得られない
ので、距離画像のS/N比が低くなる。このようなS/
N比の低い距離画像を被写体の距離情報として用いて制
御を行うことは、システムが不安定になる要因になる。
言い換えると、本実施形態のように、距離画像を得る構
成とは別個に距離測定センサ101のような手段を設け
て、この手段による測定結果を被写体の距離情報として
用いる方が、より安定した制御を実現できる。
ラ部20から出力される映像信号のレベル情報に基づい
て、光源部10の光出力またはカメラ部20の露出条件
を制御するようにしてもよい。
3次元計測を行うレンジファインダ装置を例にとって説
明したが、光波長などの他の光特性を用いる構成であっ
てもかまわない。なお、光波長を用いる場合には、図1
に示すカメラ部20の代わりに、反射光の光波長を計測
できるカメラが必要となる。また、投射光の光特性と投
射角度との対応関係を利用する構成に限らず、例えば、
光の掃引開始から各ホトセンサに光が到達するまでの経
過時間を実測するような構成であっても、もちろんかま
わない(A.Gruss,S.Tada,T.Kanade,“A VLSI Smart Sen
sor for Fast Range Imaging”,in Proceedings of the
1992 IEEE/RSJ International Conference on Intelli
gent Robots and Systems,pp.349-358,July 1992) 。
実施形態に係るレンジファインダ装置の構成図である。
図5では、図22に示す従来の構成と共通の要素には同
一の符号を付しており、ここではその詳細な説明を省略
する。図5に示すレンジファインダ装置は、光源部10
から投射した光の被写体1での反射光をカメラ部310
で受けて、これにより被写体1の3次元位置情報を測定
する。また、カメラ部310はカラー画像(2次元画
像)を撮像可能である。3次元位置情報の測定の動作は
従来と同様である。
13および撮像素子(CCD)314を有し、さらにレ
ンズ312の前にフィルタ部としてのND(Neutral De
nsity )フィルタ素子311が設けられている。NDフ
ィルタ素子311は液晶素子を有し、この液晶素子への
印加電圧によって光透過率が制御可能に構成されてい
る。制御部としての露光制御部301は、カメラ部31
0から出力された画像信号に基づいて、カメラ部310
の絞り313若しくはNDフィルタ素子311等の制
御、または光源部10の光出力(光量)を調整するため
の制御を行う。
とNDフィルタ素子311の光透過率との関係を示すグ
ラフである。図6に示すように、ここでは、3次元計測
を行う、すなわち距離画像を撮像する第1期間T1と、
カラー画像を撮像する第2期間T2とが交互に設けられ
ている。NDフィルタ素子311の光透過率は、露光制
御部301によって、第1の期間T1では相対的に低
く、第2の期間T2では相対的に高く設定される。また
光源部10は、露光制御部301および光源制御部16
によって、第1の期間T1では従来の3次元計測の場合
と同様に制御され、第2の期間T2ではOFF状態に制
御される。
感度と光の波長との関係を示すグラフである。光源部1
0の投射光の波長は近赤外領域に設定されている。カメ
ラ部310の撮像素子314の感度は図7のように調整
されており、カメラ部310への入射光のうち、可視領
域の光がカラー画像の撮像に用いられ、近赤外領域の光
が3次元計測すなわち距離画像の撮像に用いられる。
ァインダ装置の技術的な特徴について説明する。同図
中、(a)は3次元計測を行う第1の期間T1における
映像信号の信号レベル、(b)は2次元画像撮像を行う
第2の期間T2における映像信号の信号レベルを示す。
させることなく、精度の高い3次元計測を実現するため
に、第1期間T1と第2期間T2とにおいて、絞り31
3やNDフィルタ素子311等の設定を切り替える。す
なわち、3次元計測のとき、光源部10の投射光の反射
光の信号レベルLAが十分高くなるように、被写体の画
像成分の信号レベルLBを、2次元画像撮像のときのカ
ラー画像成分の信号レベルL2よりも低く抑える。
光制御部301はNDフィルタ素子311の光透過率を
相対的に高く、好ましくは最大に設定する。そして、カ
ラー画像成分の信号レベルL2が飽和レベルに達しない
程度に大きくなるように、カメラ部310の露出条件例
えば絞り、撮像素子の感度またはシャッター速度を制御
する。ここでの制御は、カラー画像が適正露光の状態、
例えば画素値の平均値が所定の基準レベル以上または画
素値のピーク値が最大輝度の状態になるように、行えば
よい。
1はNDフィルタ素子311の光透過率を相対的に低く
設定し、背景光すなわち被写体の画像成分の信号レベル
LBを小さく抑える。そして、距離画像の信号レベルL
1がカメラ部310の撮像素子のレンジ幅を越えない程
度に大きくなるように、カメラ部310の露出条件を制
御する。このとき、NDフィルタ素子311の光透過率
を低く設定したことによって、実質的な距離画像成分で
ある光源部10からの投射光の反射光の信号レベルLA
も小さくなる。このため、光源部10の光出力(光量)
を高く設定し、実質的な距離画像成分LAを大きくする
のが好ましい。これによって、S/N比の高い距離画像
を得ることができる。
0の光をOFF状態にする第3期間T3を設け、この第
3期間T3において、NDフィルタ素子311の光透過
率を、カラー画像成分の信号レベルができるだけ抑制さ
れるように制御してもよい。この場合も、光源部10の
光出力を高く設定しておけば、第1期間T1において距
離画像のレンジ幅L1が小さくなる、という不都合を避
けることができる。
制御と併せて、光源部10の光出力のレベルをアップ・
ダウンさせる制御を行ってもかまわない。なお、ここで
の光出力の制御とは、図24に示すような光強度の変化
パターンは維持したまま、光量全体のレベルをアップダ
ウンさせる制御のことである。
を制御する代わりに、図4に示すように、カメラ部31
0のシャッター時間(例えばCCDの電子シャッタ機能
を用いる)を変化させて、入射光量を制御してもよい。
この場合は、光源部10がパターン光を投射する必要が
ある。
の光透過率およびカメラ部の露光条件の双方を制御する
ものとしたが、これに限らず、いずれか一方を制御する
構成でもかまわない。
T2が交互の場合を示したが、本発明はこれに限られる
ものではなく、例えば期間T1,T2のうちの一方の期
間が連続することがあってもかまわない。また、3次元
計測と2次元画像撮像とにおいてサンプリング周期を同
一にする必要はなく、例えば3次元計測のサンプリング
周期を長く設定してもかまわない。
装置における光源部およびカメラ部の他の構成例を示す
図である。図9に示すように、光源部10Aは1個の光
源51を用いて構成することができる。この場合、図1
0に示すように、3次元計測を行う第1期間T1におい
て、2種類のパターン光を時分割に投射させればよい。
の実施形態に係る撮像装置としてのテレビ電話システム
の構成図である。図11では、図5に示す構成と共通の
要素には同一の符号を付しており、ここではその詳細な
説明を省略する。ここでは、被写体711は人の顔であ
る。
分割処理を表す図である。図12(a)に示すように、
本実施形態では、赤外フラッシュランプ701aを点灯
させその反射光を用いて前景と背景の区別を行う第1期
間T1と、カラー画像(2次元画像)を撮像し前景画像
のみを切り出す第2期間T2とを、交互に実行する。
フラッシュランプ701aおよび透過型液晶表示素子7
01bを有する。赤外フラッシュランプ701aは光源
制御部702からの指令によって、第1期間T1におい
て2回点灯し(tA,tB)、被写体711に赤外線を
照射する。透過型液晶表示素子701bは光の通過位置
に応じて光透過率が異なるフィルタ素子であり、光透過
率の分布パタンとして2種類のパタンが設定可能になっ
ている。この光透過率の分布パタンは、光源制御部70
2からの指令によって、赤外フラッシュランプ701a
の点灯毎に切り替えられる。この結果、被写体711へ
の投射光の光強度パタンは図12(b)のようになる。
図12(b)において、光強度パタンIAがタイミング
tAにおける光の光強度特性に、光強度パタンIBがタ
イミングtBにおける光の光強度特性に、それぞれ対応
する。光強度パターンIA,IBは投射角度θに応じて
変化する。
撮像したカラー画像を処理する。前景・背景区別部とし
ての前景判断部704はカメラ部310からの出力信号
によって、前景と背景とを区別する。切り出し部705
は前景判断部704による区別結果を用いて、カラー信
号処理部703の出力画像から前景画像を切り出す。テ
レビ電話部706は、切り出し部705から出力された
前景画像および受話器707からの音声信号を電話回線
708を介して電話の相手側に送り出す。制御部709
は、NDフィルタ素子311、絞り313および光源制
御部702に対しては第2の実施形態における露光制御
部301と同様の制御を行い、これに加えて、カラー信
号処理部703および前景判断部704に対しても処理
のタイミング等の制御を行う。
話システムの動作について説明する。図13(a)は図
12(b)と同一の図であり、被写体711への投射光
の光強度パタンIA,IBを示す。また図13(b)は
光強度比IA/IBと投射角度θとの関係を示す。光強
度比IA/IBと投射角度θとの間には1対1の対応関
係があり、光強度比IA/IBが得られればその光の投
射角度θが一義的に特定できる。
期間T1において、赤外フラッシュランプ701aの2
回の光照射による反射光を受光する。前景判断部704
は撮像素子314からの画像信号を用いて、各画素毎
に、光強度比IA0/IB0を求める。そして図13
(c)に示すように、この光強度比IA0/IB0か
ら、各画素が前景であるか背景であるかを判定する。す
なわち、求めた光強度比IA0/IB0が、所定の判定
基準RTHよりも大きい値であるときは、その画素は前景
(人の顔)に対応するものと判定する一方、判定基準R
THよりも小さい値であるときは、背景に対応するものと
判定する。このような判定を全ての画素について行い、
この判定結果を切り出し部705に出力する。
が可能な理由について説明する。
の場合、カメラ部310の前に存在する被写体711の
中心位置Pは、平均的な位置として予め定めることがで
きる。したがって、このようにして定めた中心位置Pに
対応する投射角度θTHを、基準角度として用いればよ
い。図11から分かるように、投射角度が基準角度θTH
よりも大きいときは、被写体711は中心位置Pよりも
近くにあり、反対に、投射角度が基準角度θTHよりも小
さいときは、被写体711は中心位置Pよりも遠くにあ
る。そして、上述したように投射角度と光強度比とは1
対1の関係にあるので、基準角度θTHに対応する光強度
比RTHを基準として用いることによって、求めた光強度
比から直接に、背景か前景かの判定を行うことができ
る。
0は被写体711のカラー画像の撮像を行う。カラー信
号処理部703はカメラ部310からの撮像信号を得て
所定の処理を行い、切り出し部705にカラー画像信号
を出力する。切り出し部705は前景判断部704の判
定結果を用いて、カラー信号処理部703から送られた
カラー画像信号から前景画像のみを切り出し、テレビ電
話部706に出力する。テレビ電話部706はこの前景
画像と受話器707からの音声信号とを電話回線708
を介して出力する。
に、判定基準RTHにヒステリシス特性を持たせてもよ
い。これにより、ノイズに強い判定を行うことができ
る。
前景の判定を行う場合について説明したが、これに限ら
ず、例えば光強度そのものから判定を行ってもかまわな
い。この場合、図15(a)に示すように、タイミング
t2(またはt1)で照射された光の反射光の撮像素子
314による観測値(光強度IB)から、予め定めた基
準光強度ITHを用いて、背景・前景の判定を直接行うこ
とができる。これは、図15(b)に示すように、投射
角度θと光強度とが1対1の関係にあるためである。た
だし、光強度比を用いた場合と異なり、光強度そのもの
は被写体711表面の色によって異なる。このため、光
強度比を用いた場合と同程度の精度で前景・背景の区別
を行うためには、基準光強度ITHを被写体711の表面
の色に応じて変える必要がある。
ュランプを用いたが、連続発光するランプを用いてもか
まわない。この場合は、カメラ部310に可視光のみを
撮像する撮像素子と赤外光のみを撮像する撮像素子とを
設ける必要がある。また、図24に示すように、光強度
を時間的に変調し、投射方向を掃引させてもかまわな
い。
り出すように構成することも容易に可能である。
テレビ電話システムの他の構成を示す図である。図16
では、図11と共通の構成要素には同一の符号を付して
いる。図11と異なるのは、前景と背景とを区別するた
めの基準となる閾値を被写体に応じて決定する閾値決定
部1201を備える点である。閾値決定部1201は、
各画素における反射光の光強度比の分布に基づいて、閾
値を決定する。具体的には、閾値決定部1201はカメ
ラ部310からの出力信号に基づいて、前景と背景の区
別の際の判定基準となる閾値を、モード法、P−タイル
法または判別基準法等の手法を用いて決定する。
示す図である。モード法では、各画素における反射光の
光特性の分布を表すヒストグラムの谷間における値を閾
値として決定する。ここで、撮像素子314から出力さ
れる各画素毎の明るさの比(図13(b)に示す光強度
比)から図17(a)のようなヒストグラムが得られた
とする。閾値決定部1201はヒストグラムの谷間を認
識し、この谷間における光強度比RTHを閾値として決定
する。これにより、閾値は被写体に応じて変化すること
になり、より精度の高い判定を行うことができる。閾値
決定部1201で決定された閾値は前景判断部704に
送られる。
自体の分布を用いてもかまわない。この場合には、図1
5(a)に示す基準光強度ITHが決定される。背景・前
景の区別のために光強度そのものを用いる場合には、上
述したように被写体711の色の影響を受けやすいの
で、このような閾値決定部1201を設けることは判定
精度の向上のために極めて有効である。
定を示す図である。P−タイル法では、累積ヒストグラ
ムにおける累積値が所定の値になるときの値を閾値とし
て決定する。ここで、撮像素子314から出力される各
画素毎の光強度比から図17(b)のような累積ヒスト
グラムが得られたとする。閾値決定部1201は累積ヒ
ストグラムから、累積頻度がP%になるときの光強度比
RTHを閾値として決定する。テレビ電話システムの場
合、カメラ画像全領域に対する前景(すなわち人の顔)
領域の割合はほぼ所定の比率になると考えられるので、
閾値決定のための累積頻度の値P%を予め定めることが
できる。
される領域間のクラス間分散が最大になるように、閾値
を決定する。カメラ画像の全領域を領域R1と領域R2
とに分ける。領域R1,R2が占める面積の割合をそれ
ぞれω1 ,ω2 とし(ω1 +ω2 =1)、全領域におけ
る平均明るさをμT 、分散をσT 2 とし、領域R1,R
2の平均明るさをそれぞれμ1 ,μ2 とする。このと
き、クラス間分散σB 2(t)は、次式で表される。 σB 2(t)=ω1 (μ1 −μT )2 +ω2 (μ2 −μT )2 =ω1 ・ω2 (μ1 −μ2 )2 …(2) 判別基準η(t)は、次式で表される。 η(t) =σB 2(t)/σT 2 …(3) このη(t)が最大になるときのtの値を求め、これを
閾値として決定する。
一例であり、他の2値化手法を用いて閾値を決定しても
もちろんかまわない。
テレビ電話システムの他の構成を示す図である。図18
では、図16と同様に、図11と共通の構成要素には同
一の符号を付している。図11と異なるのは、超音波セ
ンサなどによる距離測定センサ1401を備える点であ
る。そして、閾値決定部1402は、撮像素子314か
らの信号と併せて、距離測定センサ1401からの距離
情報を用いて、被写体711に応じた閾値を決定する。
測定センサ1401によって測定された被写体711ま
での距離情報および撮像素子314の出力信号から、被
写体711の表面反射率Rを求め、求めた表面反射率R
に基づいて、前景と背景の区別の際の判定基準となる閾
値を決定する。
説明する。
での概略距離rを検出し、閾値決定部1402に出力す
る。閾値決定部1402は概略距離rおよび撮像素子3
14からの出力である光強度IB(またはIA)から、
次式によって、被写体711の表面反射率Rを画素毎に
計算する。 R=IB・r2/(K・A) …(4) ただし、Kは光源の明るさ、Aは撮像素子314の感度
である。
IBの閾値すなわち図15に示す基準光強度ITHを決定
する。まず最初に、前景(被写体711の表面)が白で
あるときの閾値IWTHを決定する。この閾値IWTHの決
定は、オペレータがモニター(図示省略)を見ながら、
最適な切り出し画像が得られるように閾値を調整するこ
とによって行う。この決定は、本装置の設計若しくは製
造段階において、または本装置を最初に使用する前のキ
ャリブレーションとして行われる。
光強度IWTHは、基準となる白の表面反射率RW を用い
て、次式で表すことができる。 IWTH=RW ・S …(5) ただし、S=K・A/r2 したがって、前景の任意の表面反射率Rに対する基準光
強度ITHは、予め決定された基準光強度IWTHと白の表
面反射率RW とを用いて、次式で表される。 ITH=IWTH(R/RW ) …(6) このように、被写体711に応じて、式(4)によって
表面反射率Rを求め、式(6)によって基準光強度ITH
を決定することができる。
別する場合には、上述したように被写体711の色の影
響を受けやすいので、このような閾値決定部1402を
設けることは、判定精度の向上に極めて有効である。
えるための手段として距離測定センサ1401を設ける
ものとしたが、距離測定センサ1401の代わりに、図
5に示すような距離計算部30を設けてもかまわない。
この場合、例えば距離計算部30において被写体711
の中心付近における距離の平均値を求め、この平均値を
概略距離rとして閾値決定部1402に与えるようにす
ればよい。
図である。図19に示す例では、2個の赤外LEDアレ
イ1501a,1501bを上下に、それぞれの照射光
が被写体711に向かうように配置しており、その前
に、光透過率が設定変更可能なフィルタ1502a,1
502bをそれぞれ設けている。フィルタ1502a,
1502bの光透過率は、その通過光の光強度IA,I
Bが図13(a)に示すように位置的に変化するよう
に、それぞれ調整されている。
区別するための閾値を撮像素子の画素の位置に応じて変
化させてもよい。これによって、撮像素子の各画素から
見た被写体の方向のズレを補正することができ、より正
確に前景・背景の区別を行うことができる。
/RTHと画素の水平位置の逆数であるΦとの関係が、次
式を満たすように、閾値RTHを定めてもかまわない。 1/RTH=k1・Φ+k2 …(7) (ただし、k1,k2は所定の係数) これは、図11において、カメラ部310または光源7
01から被写体711を見込む角度θPが小さい場合
に、被写体711の奥行き位置に応じて閾値RTHを定め
る、ということを近似している。また、角度φの逆数を
Φとして用いてもよい。また、式(7)では一次直線関
数を用いたが、単調に変化する関数であればどのような
関数を用いてもかまわない。
写体が移動しても、それに応じて投射光の強度や反射光
信号のレベルが制御されるので、精度の高い3次元位置
情報を常に得ることができる。また、2次元画像の画質
を劣化させることなく、反射光信号のS/N比を向上さ
せることができ、したがって、3次元位置情報の精度が
向上する。また、反射光の光特性を用いることによっ
て、距離情報を用いないで、前景と背景とを区別するこ
とができる。
ダ装置の構成図である。
写体までの距離と光源部の光出力との関係を示す図、
(b)は被写体までの距離とシャッタ部の動作との関係
を示す図である。
である。
る場合を示す図である。
ダ装置の構成図である。
率との関係を示す図である。
長との関係を示すグラフである。
するための図であり、(a)は3次元計測を行う第1期
間T1における映像信号の信号レベルを表す図、(b)
は2次元画像撮像を行う第2期間T2における映像信号
の信号レベルを表す図である。
メラ部の他の構成例を示す図である。
のタイミングを示す図である。
いたテレビ電話システムの構成図である。
(b)は2種類の光強度パターンを示す図である。
区別する方法を示す図である。
ステリシス特性を持たせた場合を示す図である。
前景を区別する方法を示す図である。
て、閾値決定部を設けた場合の構成を示す図である。
図、(b)はP−タイル法を用いた閾値決定を示す図で
ある。
て、距離センサおよび閾値決定部を設けた場合の構成を
示す図である。
ある。
ある。
る。
光学フィルタの特性を示す図である。
を示す図、(b)は光強度比と投射角度との関係を示す
図、(c)は投射角度と被写体までの距離との関係を示
す図である。
計測時の映像信号の信号レベルを示す図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 被写体に投射した光の反射光を受けて、
前記被写体の3次元位置情報を測定するレンジファイン
ダ装置であって、 前記光を投射する光源部と、 前記光源部からの投射光の前記被写体での反射光を、受
けるカメラ部と、 前記被写体の距離情報に基づいて、前記光源部の光出力
および前記カメラ部の露出条件のうちの少なくともいず
れか一方を、制御する制御部とを備えたことを特徴とす
るレンジファインダ装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のレンジファインダ装置に
おいて、 前記被写体までの距離を測定する距離測定センサを備
え、 前記制御部は、前記距離測定センサの出力を前記被写体
の距離情報として用いて、制御を行うことを特徴とする
レンジファインダ装置。 - 【請求項3】 請求項1記載のレンジファインダ装置に
おいて、 前記カメラ部から出力された映像信号から、距離画像を
求める距離計算部を備え、 前記制御部は、前記距離計算部によって得られた距離画
像を前記被写体の距離情報として用いて、制御を行うこ
とを特徴とするレンジファインダ装置。 - 【請求項4】 被写体に投射した光の反射光を受けて、
前記被写体の3次元位置情報を測定するレンジファイン
ダ装置であって、 前記光を投射する光源部と、 前記光源部からの投射光の前記被写体での反射光を、受
けるカメラ部と、 前記カメラ部から出力される映像信号のレベル情報に基
づいて、前記光源部の光出力および前記カメラ部の露出
条件のうち少なくともいずれか一方を制御する制御部と
を備えたことを特徴とするレンジファインダ装置。 - 【請求項5】 請求項1または4記載のレンジファイン
ダ装置において、 前記制御部は、 前記距離情報または前記レベル情報から、前記被写体ま
での距離が第1の閾値以上であると判定したときは、前
記光源部の光出力を相対的に大きく設定する一方、第2
の閾値以下であると判定したときは、前記光源部の光出
力を相対的に小さく設定するものであることを特徴とす
るレンジファインダ装置。 - 【請求項6】 請求項1または4記載のレンジファイン
ダ装置において、 前記カメラ部の露出条件は、絞り、撮像素子の感度、お
よびシャッタ速度のうちの少なくとも1つによって設定
されることを特徴とするレンジファインダ装置。 - 【請求項7】 請求項1または4記載のレンジファイン
ダ装置において、 開閉自在に構成され、閉状態のとき前記光源部の投射光
を遮断するシャッタ部を備え、 前記制御部は、前記シャッタ部の開閉状態を切替制御す
ることを特徴とするレンジファインダ装置。 - 【請求項8】 被写体に投射した光の反射光を受けて、
前記被写体の3次元位置情報を測定するレンジファイン
ダ装置であって、 前記光を投射する光源部と、 前記光源部からの投射光の前記被写体での反射光を受
け、かつ、2次元画像を撮像可能なカメラ部と、 3次元計測のために前記光源部が前記光を投射すると
き、前記反射光の信号レベルが十分高くなるよう、被写
体の画像成分の信号レベルを、2次元画像撮像のときよ
りも低く抑える制御部とを備えていることを特徴とする
レンジファインダ装置。 - 【請求項9】 請求項8記載のレンジファインダ装置に
おいて、 前記カメラ部は、当該カメラ部への入射光量を調整する
フィルタ部を備え、 前記制御部は、前記フィルタ部の光透過率を、3次元計
測のときは相対的に低くし、2次元画像撮像のときは相
対的に高くすることを特徴とするレンジファインダ装
置。 - 【請求項10】 請求項9記載のレンジファインダ装置
において、 前記フィルタ部は、液晶素子を有し、この液晶素子への
印加電圧によって光透過率が制御可能に構成されている
ことを特徴とするレンジファインダ装置。 - 【請求項11】 請求項8記載のレンジファインダ装置
において、 前記制御部は、前記カメラ部の露出条件を制御すること
を特徴とするレンジファインダ装置。 - 【請求項12】 請求項11記載のレンジファインダ装
置において、 前記カメラ部の露出条件は、絞り、撮像素子の感度、お
よびシャッター速度のうちの少なくとも1つによって設
定されることを特徴とするレンジファインダ装置。 - 【請求項13】 光を投射し、かつ、投射光の光特性が
投射方向に応じて変化する光源部と、 2次元画像を撮像し、かつ、前記光源部からの投射光の
被写体での反射光を受けるカメラ部と、 前記被写体での反射光における光特性に基づいて、前記
2次元画像において、前景と背景とを区別する前景・背
景区別部とを備えたことを特徴とする撮像装置。 - 【請求項14】 請求項13記載の撮像装置において、 前記前景・背景区別部による区別結果を用いて、前記2
次元画像から、前景または背景を切り出す切り出し部を
備えたことを特徴とする撮像装置。 - 【請求項15】 請求項13記載の撮像装置において、 前記光源部は、光強度特性が投射方向に応じて変化し、
かつ、その変化パタンが互いに異なる第1および第2の
光を、投射するものであり、 前記前景・背景区別部は、前記第1の光の反射光と前記
第2の光の反射光との光強度比を用いて、前景と背景と
の区別を行うことを特徴とする撮像装置。 - 【請求項16】 請求項13記載の撮像装置において、 前記光源部は、光強度特性が投射方向に応じて変化する
光を投射するものであり、 前記前景・背景区別部は、前記光の反射光の光強度を用
いて、前景と背景との区別を行うことを特徴とする撮像
装置。 - 【請求項17】 請求項13記載の撮像装置において、 前景と背景とを区別するための基準となる閾値を、被写
体に応じて決定する閾値決定部を備えていることを特徴
とする撮像装置。 - 【請求項18】 請求項17記載の撮像装置において、 前記閾値決定部は、被写体での反射光の各画素における
光特性の分布に基づいて、前記閾値を決定するものであ
ることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項19】 請求項17記載の撮像装置において、 前記閾値決定部は、被写体の表面反射率を用いて、前記
閾値を決定するものであることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項20】 請求項19記載の撮像装置において、 被写体までの距離を測定する距離測定センサを備え、 前記閾値決定部は、前記距離測定センサの測定結果を用
いて、被写体の表面反射率を求めるものであることを特
徴とする撮像装置。
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