JP2006038603A - 測距装置、カメラおよび測距方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測距光のケラレによらず、高精度な測距が可能な測距装置を提供する。
【解決手段】 レンズ１１、１２と、複数の画素を有するラインセンサ１３、１４を備え、受光量に応じた信号を出力する撮像部１０と、隣り合う画素のセンサデータの差が所定範囲内にある画素を、測距光がケラレている画素と判定し、該画素を除いて測距データを求める制御部２とを有している。測距光がケラレている画素を判定し、この画素を除いて測距データを求めるので、測距光のケラレが発生しても高精度に測距することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は対象物までの距離を測定する測距装置及び測距方法に関する。

例えば、測距装置をカメラに搭載した場合、測距装置の取り付け位置によっては、レンズ鏡筒や撮影者の指が測距に必要な測距光を遮り、測距光がケラレ（蹴られ）るという問題がある。測距光のケラレが発生すると正確な測距ができなくなる。

図１２に示すようにレンズを保持する鏡筒が、光軸方向に移動可能となるズームレンズ機構を備えている場合、図１２（Ａ）に示すワイド端では測距光のケラレが発生しないが、図１２（Ｂ）に示すテレ端の時に鏡筒が測距装置の画角を遮ってケラレが発生することがある。

このため特許文献１では、レンズ鏡筒や撮影者の指によって測距に必要な光（測距光）がケラレないように測距装置をカメラ本体に適宜配置し、指規制部を設けている。

特開２００１−２１５５９５号公報

しかしながら、特許文献１では、測距装置の位置が制限されるので、カメラ本体の小型化の妨げになる。また撮影者の指が偶然測距装置の画角を遮る可能性もある。さらに特許文献１には、測距光のケラレが発生しても測距を精度よく行うための技術については開示されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、測距光のケラレによらず、高精度に測距可能な測距装置、カメラおよび測距方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の測距装置は、複数の画素を有するセンサを備え、受光量に応じたセンサデータを出力するセンサデータ出力手段と、隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素のセンサデータを除いて測距データを求める制御手段とを有する構成としている。

このように隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素を、測距光がケラレている画素と判定でき、この画素のセンサデータを除いて測距データを求めるので、測距光のケラレが発生しても高精度に測距することができる。

前記測距装置において、前記制御手段は、前記隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素を除いた前記複数の画素を複数のエリアに分割し、該エリア毎に測距データを求めるように構成している。

このように測距光がケラレている画素を除いた複数の画素を、複数のエリアに分割してエリア毎に距離データを求めるので、複数のエリアで高精度に測距することができる。

前記測距装置において、前記制御手段は、前記隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素数に応じて、前記エリア数を変更するように構成している。

各エリアに割り当てる画素数が減少すると、エリア毎の距離の測定精度が低下するので、測距光がケラレている画素数に応じてエリア数を変更することで、エリア毎の測距精度を維持することができる。
前記測距装置において、前記制御手段は、一端部の画素から他端部の画素に向けて、隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にあるかを判定するように構成している。これによれば、測距光のケラレが発生する可能性が高い端部からケラレているか否かの判定を開始でき、ケラレの判定処理を効率良く行うことができる。

前記測距装置において、前記制御手段は、隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にない場合に、前記判定を終了するように構成している。

測距光のケラレが発生する可能性が高い端部からケラレているか否かの判定を開始し、ケラレが発生していない場合にケラレの判定を終了するので、ケラレの判定処理を迅速かつ確実に行うことができる。

前記測距装置において、前記制御手段は、前記隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素数が所定数以上の場合に、測距エラーと判定するように構成している。

測距光がケラレている画素数が所定数以上の場合に、測距エラーと判定することで不要な測定を行わず、距離の測定を正確に行うことができる。

本発明のカメラは、請求項１から６のいずれか一項に記載の測距装置を備えている。従って、測距光のケラレが発生しても高精度に測距することが可能なカメラを提供することができる。

本発明の測距方法は、センサの複数の画素の出力から、測距光の受光量に応じたセンサデータを得るステップと、隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素のセンサデータを除いて測距データを求めるステップとを有している。

このように隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素を、測距光がケラレている画素と判定でき、この画素のセンサデータを除いて測距データを求めるので、測距光のケラレが発生しても高精度に測距することができる。

本発明は、測距光のケラレによらず、高精度な測距が可能となる。

次に、添付図面を参照しながら本発明の最良の実施例を説明する。

本実施例の測距装置１は、対象物までの距離を測定するライン型パッシブ測距装置であり、図１に示すように対象物の像を撮像する撮像部（センサデータ出力手段）１０と、撮像部（センサデータ出力手段）１０から出力される画像信号の相関値を演算して、対象物までの距離を演算する演算部２０とを有している。

撮像部（センサデータ出力手段）１０の構成について説明する。図１に示されるように撮像部（センサデータ出力手段）１０には、対象物からの光を集光する一対のレンズ１１、１２と、各々のレンズ１１、１２に対応して設けられたラインセンサ１３、１４と、ラインセンサ１３、１４の各画素上に結像された画像の光量に応じた電気信号を直列的に出力する出力部１５とが設けられている。

図２（Ａ）に測距装置１を正面から見た図を示す。図２に示すように測距装置１の正面には一対のレンズ１１、１２が設けられており、これらのレンズ１１、１２は水平方向に基線長ａだけ離間して配置されている。また、基線長方向の延長上には撮影用のレンズを備えたレンズ鏡筒３が位置している。図２（Ｂ）に測距装置１をカメラに搭載した図を示す。

一対のレンズ１１、１２の下には、図３に示すようにこれらレンズ１１、１２からそれぞれ焦点距離ｆだけ離間して一対のラインセンサ１３、１４が配置されている。図３に示すようにラインセンサ１３、１４も水平方向に沿って配置され、基線長ａだけ離れて配置されている。ラインセンサ１３、１４は直線状に配列された所定数、例えば１０５個の光検出素子（画素）を有する一対のラインＣＣＤまたはその他のライン型撮像素子からなる。一対のラインセンサを用いたパッシブ測距では、左右のレンズ１１、１２によってラインセンサ１３、１４上に結像する画像の位相差によって対象物までの距離を測定するため、図３に示すように左右両方のラインセンサに結像する領域が測距可能領域となる。

図４を参照しながらラインセンサ１３、１４について説明する。図４には、複数方向の距離を検出するラインセンサ１３、１４の構成が示されている。図４に示すように、ラインセンサ１３、１４を複数エリアに分割し、測距方向に応じて基準位置を複数設定することにより、１つの測距装置で複数方向の距離を検出、所謂マルチ測距することができる。すなわち、一対のラインセンサ１３，１４で複数方向の測距を行う際には、図４に示すようにラインセンサ１３中に複数の測距方向（本例ではＲ（右）、Ｃ（中央）、Ｌ（左）とする）に基づく複数の基準位置に応じた複数の測距演算領域（１３Ｒ、１３Ｃ、１３Ｌ）を設ける。同様にラインセンサ１４中に複数の測距方向（Ｒ、Ｃ、Ｌ）に基づく複数の基準位置に応じた複数の測距演算領域（１４Ｒ、１４Ｃ、１４Ｌ）を設ける。そして、測距方向で対応する１対の測距演算領域（１３Ｒと１４Ｒ、１３Ｃと１４Ｃ、１３Ｌと１４Ｌ）中の部分映像データを使用して基準位置からのずれ量を求めることができる。

次に、演算部２０について説明する。演算部２０は、図１に示すようにＡ／Ｄ変換部２１、メモリ部２２、フィルタ処理部２３、相関演算部２４、最大相関度検出部２５、補間演算部２６、位相差検出部２７、制御部２を備えている。

Ａ／Ｄ変換部２１は、撮像部（センサデータ出力手段）１０の出力部１５から出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換する。ラインセンサ１３及び１４からのデジタル化された出力信号はそれぞれ画像データ信号列ＩＬ及びＩＲとして、メモリ部２２内にその後の処理のために記憶される。従って、メモリ部２２内にはそれぞれ１０４個のデータ列からなる一対の画像データ信号列ＩＬ及びＩＲが記憶される。

フィルタ処理部２３は、メモリ部２２に記憶されたラインセンサ出力信号に平均値処理を施しノイズ成分を除去する。ノイズ除去後のラインセンサ出力信号は、再度メモリ部２２に記録される。

相関演算部２４は、この後において図５を参照して説明するように、画像データ信号列ＩＬ及びＩＲ内から空間的に近接した例えば２６個の画素グループからなる部分画像データ群ｉＬｍ（基準部）及びｉＲｎ（参照部）をそれぞれ選択的に取り出して、データの一致度を計算するために両部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに比較する。例えば、一方の部分画像データ群ｉＬｍを基準部として固定して、他方の部分画像データ群ｉＲｎを参照部としてＩＲ内で画素を１つずつづらしながら、互いに比較を繰り返す。

最大相関度検出部２５は、一対の画像データ信号列ＩＬ及びＩＲ内で最もデータの一致度の高い２つの部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを検出する。

補間演算部２６は、最大相関度検出部２５で得られた最大の一致度の部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎの位置間隔を、既知の補間方法により画素ピッチ単位の位置間隔よりも正確な位置間隔に補間する。この補間演算部２６により補間された位置間隔に基づいて、位相差検出部２７は、一対のラインセンサ１３及び１４上に結像された対象物の一対の像の相対的な位相差（ずれ量）αを算出する。

制御部２は、メモリ部２２に保存されたセンサデータを取得して、ケラレが発生している画素を判定する。ケラレと判定された画素があると、この画素を除いて、測距に使用するラインセンサ１３、１４を各測距エリアに割り当てる。また制御部２は、得られたセンサデータにより対象物までの距離を求めるように、相関演算部２４、最大相関度検出部２５、補間演算部２６、位相差検出部２７を制御する。

次に、図５を参照しながら測距装置１の動作を説明する。ラインセンサ１３及び１４上に、それぞれ対応するレンズ１１及び１２を介して対象物Ｘの画像が結像される。図５（Ａ）においては、対象物Ｘが異なる方向の光路Ｘ１及びＸ２を通って、それぞれのレンズ１１及び１２を介してラインセンサ１３及び１４上に結像されている。

対象物Ｘの位置が無限遠の位置にあると仮定した場合、一対のレンズ１１及び１２から焦点距離ｆにあるラインセンサ１３及び１４上には、対象物Ｘがレンズ１１及び１２のそれぞれの光軸Ｓ及びＵと交差する基準位置Ｔ及びＶに結像されることになる。ここで対象物Ｘが無限遠位置からレンズ１１の光軸Ｓ上の方向Ｘ１に沿って近づき、図５（Ａ）の位置、すなわち、レンズ１１から対象物までの距離ＬＣに達すると、対象物Ｘはラインセンサ１３上においては、基準位置Ｔ上に結像されたままであるが、ラインセンサ１４上においては、レンズ１２により基準位置Ｖから位相差（ずれ量）αだけずれた位置に結像される。

このとき、三角測距の原理から対象物Ｘまでの距離ＬＣは、ＬＣ＝ａｆ／αで求められる。ここで、基線長ａと焦点距離ｆは予め知られている既知の値であり、ラインセンサ１４上の基準位置Ｖからの位相差（ずれ量）αを検出すれば、距離ＬＣを測定できる。すなわち、対象物までの距離を検出できる。これが外光三角測距の動作原理である。

ラインセンサ１４の基準位置Ｖからの位相差（ずれ量）αの検出は、一対のラインセンサ１３及び１４から出力される一対の画像データ信号列ＩＬ及びＩＲからそれぞれ抽出した部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎについて、相関演算部２４が相関演算を行なうことにより検出する。

上記相関演算の概略を説明する。図５（Ｂ）に示すように、相関演算は部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに重ねた時に最も一致度が高くなる領域を、重ね合わせる部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎをラインセンサ１３及び１４上で相対的にずらしながら検出していく演算である。図５（Ｂ）においては、一方のラインセンサ１３からの部分画像データ群ｉＬｍを基準位置Ｔに固定して、基準部として使用する。他方のラインセンサ１４からの部分画像データ群ｉＲｎは参照部として位置を一画素ずつずらして行き、基準部と最も一致度の高い部分画像データ群ｉＲｎを探す。最も一致度の高い部分画像データ群ｉＲｎを発生するラインセンサ１４上の位置とそのラインセンサ１４の基準位置Ｖと間の間隔が位相差（ずれ量）αである。

ラインセンサ１３及び１４の各々は、所定数の光検出素子（画素）を所定長の直線上に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、位相差（ずれ量）αは、部分画像データ群ｉＲｎの画像データ信号列ＩＲ内の画素位置と画素ピッチから容易に求めることができる。このようにして、レンズ１１の光軸Ｓと同じ方向Ｘ１にある対象物Ｘまでの距離ＬＣを、位相差（ずれ量）αを検出することにより測定できる。

本実施例の測距装置１は、測定して得られたセンサデータにケラレが発生しているか否かを判定し、ケラレが発生していた場合にはケラレた画素のセンサデータを取り除くことで距離の測定を高精度に行う。このための動作手順を図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、一対のラインセンサ１３、１４から出力される電気信号に演算部２０で演算を行い、センサデータを取り出す（ステップＳ１）。ラインセンサ１３、１４は、それぞれ対応するレンズ１１、１２で集光された光を受光して、受光量に応じた電気信号を出力する。電気信号は、演算部２０のＡ／Ｄ変換部２１でデジタル信号に変換され、メモリ部２２に一度保存される。フィルタ処理部２３は、メモリ部２２に保存されたセンサデータにフィルタ処理を施し、処理後のセンサデータを再度メモリ部２２に保存する。フィルタ処理部２３は、図７に示すように処理対象の画素に隣接する所定個の画素の平均値を求め、これを対象画素の新たなセンサデータとする。なお、フィルタ処理部２３によるフィルタ処理はこれだけに限定されるものではなく、例えば所定の範囲を決めておいて、この範囲外のセンサデータを取り除く処理であってもよい。

演算部２０内の制御部２は、得られたセンサデータからケラレ判定処理を行う。ケラレ判定処理について図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、画素番号をカウントするｎをゼロクリアする（ステップＳ１１）。次に、ｎに１を加算して（ステップＳ１２）、ｎ番目のセンサデータＤ（ｎ）と、ｎ＋１番目のセンサデータＤ（ｎ＋１）との差の絶対値Ｘを求める（ステップＳ１３）。Ｘを求める式を以下に示す。
Ｘ＝｜Ｄ（ｎ）−Ｄ（ｎ＋１）｜

次に、得られたＸの値を所定値と比較してケラレが発生しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。ケラレが発生している場合、隣接するセンサデータの差の絶対値が所定値よりも小さくなる。これは、反射光が障害物によって遮られているので、図９に示すように隣接するセンサデータの値に差ができないためである。隣り合うセンサデータの差の絶対値Ｘが所定値よりも小さい場合には（ステップＳ１４／ＹＥＳ）、ケラレていると判定し、対応する画素番号をメモリ部２２に記憶する（ステップＳ１５）。ステップＳ１４で、隣り合うセンサデータの差の絶対値Ｘが所定値よりも小さいと判定された場合には、すべての画素について隣り合うセンサデータの差の絶対値Ｘが所定値よりも小さいか否かの判定を行う（ステップＳ１６）。

また隣り合うセンサデータの差の絶対値Ｘが所定値よりも大きい場合には（ステップＳ１４／ＮＯ）、ケラレが発生していないと判定する。本実施例は、ケラレが発生すると判断される側の端部、すなわち、レンズ鏡筒側の端部から反対側の端部に向けてセンサデータの比較を行っていくので、ケラレの判定処理を効率良く行うことができる。また、一度でもケラレが発生していないと判定すると、それ以降の画素にもケラレが発生していないと判定することができる。このためレンズ鏡筒によるケラレの判定処理を迅速かつ確実に行うことができる。

ケラレ判定の処理が終了すると、図１０に示すように、ケラレていると判定した画素を除いた画素に測距エリアの設定を行う（ステップＳ１７）。複数のエリア（測距エリア）で距離を測定可能であるため、測距エリアごとに割り当てる画素数を設定する。

測距エリアの設定が終了すると（ステップＳ１７）、図６に示すフローチャートに戻り、設定された測距エリアに基づいて複数の距離を算出する。ラインセンサ１１、１２の各画素は、設定された各エリアからの測距光を受光して、光量に応じた電気信号を出力する（ステップＳ３）。上述したステップＳ１と同様に電気信号は、演算部２０のＡ／Ｄ変換部２１でデジタル信号に変換され、メモリ部２２に一度保存される。さらにフィルタ処理部２３でフィルタ処理が施され、補正後のセンサデータがメモリ部２２に保存される。

センサデータが得られると、センサデータにより対象物までの距離を算出する。距離の算出は、相関演算（ステップＳ４）、補間演算（ステップＳ５）、位相差検出（ステップＳ６）、距離演算（ステップＳ７）の順に行われる。詳細な説明は、図１及び図７を参照しながら既に行っているので、ここでは簡単に概略を説明する。相関演算（ステップＳ４）では、左側のラインセンサ１３で撮像された画像データ信号列ＩＬと、右側のラインセンサ１４で撮像された画像データ信号列ＩＲとから部分画像データ群ｉＬｍ（基準部）及びｉＲｎ（参照部）をそれぞれ選択的に取り出して、データの一致度を計算するために両部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに比較する。補間演算（ステップＳ５）では、相関演算で得られた最大の一致度の部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎの位置間隔を、既知の補間方法により画素ピッチ単位の位置間隔よりも正確な位置間隔に補間する。位相差検出処理（ステップＳ６）では、補間された位置間隔に基づいて、一対のラインセンサ１３及び１４上に結像された対象物の一対の像の相対的な位相差（ずれ量）αを算出する。距離演算（ステップＳ７）では、位相差算出処理で求められた相対的な位相差（ずれ量）αと、ラインセンサ１３、１４の基線長ａと、レンズ１１、１２とラインセンサ１３、１４との焦点距離ｆとから対象物までの距離を求める。求められた距離データは、図示しない他の機能部に出力される。

このように本実施例は、測距光がケラレていると判定された画素を除いて距離を算出するので、測距光のケラレによらず高精度に測距することができる。

なお、上述した実施例の変形例として、ケラレ判定の判定結果に応じて、測距エリアのエリア数を変更してもよい。測距に使用する各エリアの画素数が少ないと測距の精度が低下するので、エリア数を削減することで測距の精度を保つことができる。

上述した第１実施例では、測距光がケラレていると判定された画素を除いて測距エリアの再設定を行い、測距を行っていた。本第２実施例では、測距エリアの再設定を行わずに、ケラレ判定の画素を除いて再度測距を行う。すなわち、図８に示すフローチャートのステップＳ１７の処理が省かれ、図６に示すステップＳ１とステップＳ３とで各画素は、同一の測距エリアのセンサデータを出力する。このとき、メモリ部２２に記録された画素番号の画素のセンサデータは第１実施例と同様に不使用とする。

このような手順であっても第１実施例と同様に測距光のケラレによらず高精度に測距することができる。なお、本実施例では、ケラレ判定後に再度センサデータを出力し、このセンサデータを使用して対象物までの距離を求めているが、ステップＳ１で測定したセンサデータから測距光がケラレていると判定した画素のセンサデータを除いて距離データを算出してもよい。

上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば上述した実施例では、パッシブ測距装置を例に説明を行ったが、測距光を自ら照射して対象物までの距離を測定するアクティブ型の測距装置にも本発明を適用することができる。またレンズ１１、１２の基線方向にレンズ鏡筒３が配置されていなくてもよい。

また上述した実施例では、フィルタ処理部２３を設けてフィルタ処理を行っているが、フィルタ処理は行わなくてもよい。また、ケラレ判定の開始位置は適宜変更可能である。例えば、実施例では、レンズ鏡筒側の端部の画素から行っていたが、撮影者のグリップ位置側の画素からケラレ判定を行ってもよい。この場合、撮影者の指によるケラレ判定処理をより迅速かつ確実に行うことができる。

また図６に示すステップＳ２のケラレ判定で、所定数以上の画素で測距光がケラレていると判定した場合には、エラー表示を行い、測距を中止してもよい。例えば、測距装置１の周囲が暗くコントラストがでない場合には、図１１に示すようにセンサデータに差が出ない。このような場合には全画素に渡ってケラレていると判定されることがある。従って制御部２はエラー表示を行い、測距を中止する、又はケラレ判定を再度行うようにしてもよい。

測距装置１の構成を示すブロック図である。 （Ａ）は、測距装置１の撮像部１０を正面から見た構成を示す図であり、（Ｂ）は、測距装置１を搭載したカメラを示す図である。 レンズ１１、１２周りの構成を示す図である。 ラインセンサ１３、１４の構成を示す図である。 測距装置１により対象物Ｔまでの距離を測距する様子を示した図である。 距離データ算出までの手順を示すフローチャートである。 フィルタ処理部２３の処理を説明するための図である。 ケラレ判定の手順を示すフローチャートである。 測距光がケラレた画素のセンサデータを表す図である。 測距エリアの再設定を説明するための図である。 全画素に渡ってケラレと判定される場合のセンサデータの例を示す図である。 測距光のケラレを説明するための図である。

符号の説明

１ 測距装置 ２ 制御部
３ レンズ鏡筒 ４ シャッタボタン
１０ 撮像部 １１、１２ レンズ
１３、１４ ラインセンサ １５ 出力部
２０ 演算部 ２１ Ａ／Ｄ変換部
２２ メモリ部 ２３ フィルタ処理部
２４ 相関演算部 ２５ 最大相関度検出部
２６ 補間演算部 ２７ 位相差検出部

Claims (8)

1. 複数の画素を有するセンサを備え、受光量に応じたセンサデータを出力するセンサデータ出力手段と、
   隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素のセンサデータを除いて測距データを求める制御手段とを有することを特徴とする測距装置。
2. 前記制御手段は、前記隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素を除いた前記複数の画素を複数のエリアに分割し、該エリア毎に測距データを求めることを特徴とする請求項１記載の測距装置。
3. 前記制御手段は、前記隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素数に応じて、前記エリア数を変更することを特徴とする請求項２記載の測距装置。
4. 前記制御手段は、一端部の画素から他端部の画素に向けて、隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にあるかを判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の測距装置。
5. 前記制御手段は、前記隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にない場合に、前記判定を終了することを特徴とする請求項４記載の測距装置。
6. 前記制御手段は、前記隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素数が所定数以上の場合に、測距エラーと判定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の測距装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の測距装置を備えたことを特徴とするカメラ。
8. センサの複数の画素の出力から、測距光の受光量に応じたセンサデータを得るステップと、
   隣り合う画素とのセンサデータの差が所定範囲内にある画素のセンサデータを除いて測距データを求めるステップとを有することを特徴とする測距方法。

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