JP2006046935A - 測距光学装置、測距方法、測距システム、車載用撮像装置および車載用運転支援装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 対象となる物体までの距離を測定する測距光学装置であって、撮像光学系と、撮像素子と、撮像光学系を光軸に対して略垂直方向に移動させる駆動部と、撮像素子が撮像するタイミングを指定する周期的なタイミング信号を出力する撮像素子制御部と、撮像光学系が往復運動するように駆動部を制御する駆動制御部とを備える。タイミング信号は、撮像光学系が光軸に対して略垂直方向に離れた二つの位置のそれぞれ近傍にある場合に出力される周期を持ち、さらに、二つの位置にある場合における夫々の映像信号を用いて、撮像光学系からの物体までの距離を演算する画像処理演算部を備える。
【選択図】 図1
Description
δ2≧P/(2|m−m’|)であることが望ましい。
図1は、実施の形態1における測距光学装置の概略構成を示す断面図である。光軸1上に、撮像光学系2と撮像素子3が筐体4により一体化されて、撮像光学装置5を構成している。筐体4の側部には永久磁石6、7が配置され、夫々の永久磁石6、7に対向してコイル8、9が配置されている。コイル8、9に駆動電流を流して磁界を発生させれば、永久磁石6、7の磁界との相互作用により、撮像光学装置5が、光軸1に対して略垂直方向に移動する。撮像光学装置5が移動する前後の位置における撮像素子3から得られる夫々の映像信号を、適当な画像処理装置で画像演算することで、物体距離を測距できる。
Δh=|m(h+δ)|−|mh|
=|m|δ
=|S0/S|δとなる。従って、
|S|=|S0|δ/Δhである。S0は、ほぼ撮像光学系2の焦点距離に等しい既知の値である。δも、予め決められた既知の値である。従って、撮像素子3上における像高さの差Δhを求めれば、撮像光学系2から物体10までの距離を求めることが出来、測距が可能である。Δhを求めるための、撮像光学装置の移動前後の撮像素子3から得られる映像信号に対する画像演算には、周知のどのような画像処理技術を用いてもよい。
(1)式を展開し整理すると(2)式が得られる。
測距が必要な最短撮像距離と測距分解能距離、撮像光学系2の焦点距離、及び撮像素子3の画素ピッチPが設定されれば、(2)式により、測距光学装置を光軸1に対して略垂直方向に移動させるべき移動量δ1を求めることができる。
実施の形態2における測距光学装置の概略構成は、図1に示したものと同様である。ただし、撮像光学装置を光軸1に対して略垂直方向に移動させる際、光軸1の両側に移動させる点が、実施の形態1とは相違する。光軸1の両側に移動させることにより、撮像光学装置が上側に移動した時と下側に移動した時の撮像素子3から得られる各映像信号から物体距離を測距することができる。両側に移動するので、撮像光学装置をばね性の構造体により支持して簡素な構成とすることができ、低コスト化を実現できる。
測距が必要な最短撮像距離と測距分解能距離、撮像光学系2の焦点距離、及び撮像素子3の画素ピッチPが設定されれば、(3)式により、測距光学装置を光軸に対して略垂直方向に移動させるべき移動量δ2を求めることができる。
図12は、実施の形態3における測距光学装置の概略構成を示す構成図である。光軸1上に、撮像光学系2と撮像素子3が配置されている。この実施の形態では、撮像光学系2と撮像素子3が別個に組み込まれている点が、図1に示した実施の形態1の場合と相違する。従って、図1に示した筐体4が設けられていない。撮像光学系2の側部に永久磁石6、7が設けられ、夫々の永久磁石6、7に対向してコイル8、9が配置されている。コイル8と9に駆動電流を流して磁界を発生させ、永久磁石6、7の磁界との相互作用により、撮像光学系2を光軸1に対して略垂直方向に移動させる点も、実施の形態1の場合と同様である。撮像光学系2が移動する前後の位置における撮像素子3から得られる夫々の映像信号を画像演算することで、物体距離を求めることができる。
実施の形態4における測距システムを、図13に示す。このシステムは、上述のいずれかの実施の形態に示した構成を有する測距光学装置15を用いて構成され、更に、画像処理装置16と、表示装置17とを備える。
実施の形態5における測距システムについて、図14および図15を参照して説明する。図14は、測距システムの表示装置17における表示窓21を示し、測距光学装置によって撮像された2つの物体の画像22と23が表示されている。画像22の撮像距離は小さく、画像23の撮像距離は大きい。表示窓21上に表示された画像では、撮像時に測距した距離情報に基づき、撮像距離の小さな画像22が、視認性の高い赤色や黄色に着色された線枠24によって囲まれ、注意を促すことができる。
図18は、上記いずれかの実施の形態の測距光学装置を用いて車載用撮像装置30を構成し、自動車31に搭載した構成を示す。本発明の測距光学装置は測距と共に撮像も可能であるので、自動車31の後方に搭載することで、後退時において後方をモニタして後方視界を確保すると同時に、後方の障害物までの測距を行うことができる。
2、2a 撮像光学系
3 撮像素子
4 筐体
5 撮像光学装置
6、7 永久磁石
8、9 コイル
10 物体
11、11a 像
12 近距離物体
12a 像
13 遠距離物体
13a 像
14 像
15 測距光学装置
151 駆動部
152 駆動制御部
153 撮像素子制御部
154 画像処理演算部
16 画像処理装置
161 映像信号切換部
162 映像信号記憶部
17 表示装置
21 表示窓
22、23 画像
24 線枠
26 画像処理装置
261 距離判断部
262 線枠映像信号発生部
263 映像信号重畳部
29 発音体
30 車載用撮像装置
31 自動車
Claims (18)
- 対象となる物体までの距離を測定する測距光学装置であって、
前記物体の像を形成する撮像光学系と、
前記撮像光学系により形成された前記物体の像を撮像し、電気的な映像信号に変換して出力する撮像素子と、
少なくとも前記撮像光学系を光軸に対して略垂直方向に移動させる駆動部と、
前記撮像素子が撮像するタイミングを指定するための周期的なタイミング信号を出力する撮像素子制御部と、
前記撮像光学系が前記光軸に対して略垂直方向に離れた二つの位置の間で所定の周期で往復運動するように前記駆動部を制御する駆動制御部とを備え、
前記タイミング信号は、前記駆動部により駆動される前記撮像光学系が前記光軸に対して略垂直方向に離れた前記二つの位置のそれぞれ近傍にある場合に出力される周期を持ち、
さらに、
前記撮像素子から出力される映像信号が入力され、前記撮像光学系が前記光軸に対して略垂直方向に離れた前記二つの位置にある場合における夫々の前記映像信号を用いて、前記撮像光学系からの前記物体までの距離を演算する画像処理演算部を備えることを特徴とする、測距光学装置。 - 前記駆動部は、前記撮像光学系を前記光軸に対して一方の側のみに移動させる、請求項1記載の測距光学装置。
- 前記撮像光学系の最短撮像距離における結像倍率をm、最短撮像物体から測距分解能距離離れた物体の結像倍率をm’、前記撮像素子の画素ピッチをP、前記撮像光学系を光軸に対して略垂直方向に片側に移動させる光軸からの距離をδ1としたとき、
δ1≧P/|m−m’|である、請求項2記載の測距光学装置。 - 前記駆動部は、前記撮像光学系を前記光軸に対して両側に移動させる、請求項1記載の測距光学装置。
- 前記撮像光学系の最短撮像距離における結像倍率をm、最短撮像物体から測距分解能距離離れた物体の結像倍率をm’、撮像素子の画素ピッチをP、前記撮像光学系を光軸に対して略垂直方向に両側に移動する光軸からの距離をδ2としたとき、
δ2≧P/(2|m−m’|)である、請求項4記載の測距光学装置。 - 前記駆動部は、前記撮像光学系とともに前記撮像素子を前記光軸に対して略垂直方向に移動させる、請求項1記載の測距光学装置。
- 前記駆動部は、前記撮像光学系のみを前記光軸に対して略垂直方向に移動させる、請求項1記載の測距光学装置。
- 対象となる物体までの距離を測定する測距方法であって、
前記物体の像を形成する撮像光学系と、
前記撮像光学系により形成された前記物体の像を撮像し、電気的な映像信号に変換して出力する撮像素子と、
少なくとも前記撮像光学系を光軸に対して略垂直方向に移動させる駆動部とを用い、
前記撮像光学系を前記光軸に対して略垂直方向に離れた二つの位置の間で所定の周期で往復運動させるとともに、前記撮像素子により撮像された前記撮像光学系が前記光軸に対して略垂直方向に離れた前記二つの位置にある場合における夫々の前記映像信号を用いて、前記撮像光学系から前記物体までの距離を演算する、測距方法。 - 対象となる物体までの距離を測定し、測定された前記距離に応じて操作者が認識すべき情報を生成して呈示する測距システムであって、
前記物体までの距離を測定する測距光学装置と、
前記測距光学装置により測定された前記距離に応じて、操作者が認識すべき情報を生成し、生成された情報を操作者へ呈示する呈示手段とを備え、
前記測距光学装置は、
前記物体の像を形成する撮像光学系と、
前記撮像光学系により形成された前記物体の像を撮像し、電気的な映像信号に変換して出力する撮像素子と、
少なくとも前記撮像光学系を光軸に対して略垂直方向に移動させる駆動部と、
前記撮像素子が撮像するタイミングを指定するための周期的なタイミング信号を出力する撮像素子制御部と、
前記撮像光学系が前記光軸に対して略垂直方向に離れた二つの位置の間で所定の周期で往復運動するように前記駆動部を制御する駆動制御部とを備え、
前記タイミング信号は、前記駆動部により駆動される前記撮像光学系が前記光軸に対して略垂直方向に離れた前記二つの位置のそれぞれ近傍にある場合に出力される周期を持ち、
さらに、
前記撮像素子から出力される映像信号が入力され、前記撮像光学系が前記光軸に対して略垂直方向に離れた前記二つの位置にある場合における夫々の前記映像信号を用いて、前記撮像光学系からの前記物体までの距離を演算する画像処理演算部を含む、測距システム。 - 前記操作者が認識すべき情報は、前記測距光学装置により測定された前記距離と予め定められた距離の値とを比較した結果に関する情報である、請求項9に記載の測距システム。
- 前記呈示手段は、情報を映像として表示する表示装置、情報を光信号として伝達する発光装置及び照明装置、情報を音声信号として伝達する発音体、操作者が操作する操作部材への振動を伝達することにより情報を触覚情報として伝達する振動発生装置、の内のいずれかを含む、請求項9に記載の測距システム。
- 前記呈示手段は、情報を映像として表示する表示装置を含み、当該表示装置は、前記撮像素子が撮像した映像信号を可視映像として表示可能である、請求項9に記載の測距システム。
- 前記呈示手段は、
情報を映像として表示する表示装置と、
前記撮像素子から得られる映像信号に対して、前記撮像光学系が光軸に対して略垂直方向に移動している期間の映像信号を、前記撮像光学系が移動する前の映像信号で置き換える処理を行う画像処理装置とを含む、請求項12に記載の測距システム。 - 前記呈示手段は、
情報を映像として表示する表示装置と、
前記撮像素子から得られる映像信号に対して、前記撮像光学系が光軸に対して略垂直方向に移動している期間の映像信号を、前記撮像光学系が移動する前の映像信号から動き予測を行った映像信号で置き換える処理を行う画像処理装置とを含む、請求項12に記載の測距システム。 - 前記画像処理装置は、撮像距離の小さな物体の表示画像を視認性の高い色の線枠で囲んで表示する、請求項13または14のいずれかに記載の測距システム。
- 前記画像処理装置は、撮像距離の小さな物体の表示画像を視認性の高い色で色変換して表示する、請求項13または14のいずれかに記載の測距システム。
- 請求項1〜6のいずれか1項記載の測距光学装置を備える、車載用撮像装置。
- 請求項8〜15のいずれか1項記載の測距システムを備える、車載用運転支援装置。
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