JP2006275553A - 位置計測システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本位置計測システムは、光源12、12’からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよびこのレンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有するカメラ15と、受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて光源12、12’までの距離を計測するPC(演算処理装置)16とを備える。ここで、光源までの距離が所定範囲内にあるときは、PC16は、上記光リング像の非飽和領域の光量に代えて、受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて光源までの距離を計測することができる。
【選択図】 図5
Description
また、本発明に係る位置計測方法は、光源からの光で球面収差により光リング像を形成し、前記形成された光リング像を検出し、前記光リング像の検出情報に基づいて前記光源までの距離を計測する位置計測方法であって、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測するものである。ここで、前記検出された光リング像の光量は前記光リング像の非飽和領域の光量とすることができる。また前記光リング像は、半球レンズによる球面収差により形成されるものとすることができる。
x=L*cos(θ) (式1)
y=L*sin(θ)*cos(s) (式2)
z=L*sin(θ)*cos(s) (式3)
D=a/L+b (式4)
I=a/L2 (式5)
I’=a/(L’)2 (式6)
この式5と式6から、距離L’は次式で表される。
L’=L√I/I’ (式7)
I=a・cosθ/L2 (式8)
I’=a・cosθ’/(L’)2 (式9)
この式8と式9から、距離L’は次式で表される。
L’=L√I・cosθ’/(I’・cosθ) (式10)
図10(a)、(b)は、光源LEDが比較的近距離の位置から遠ざかった場合に、どのように光リング像の光量分布が変化するかを示した図である。光源距離が近い場合には、図10(a)に示すように、輝度が飽和している領域(飽和領域)101は大きいが、遠ざかると、図10(b)に示すように、その領域は小さくなる。逆に、輝度が飽和していない領域(非飽和領域)102は光源距離が近い場合には図10(a)に示すように小さいが、遠ざかると、図10(b)に示すように、その領域は大きくなる。このようにリング像内の光量分布は変化するが、その全光量がどのように変化するかを実際に測定した。図11にその実験データをグラフに整理した。横軸は距離の逆数(1/m)であり、縦軸が全光量である。全光量とは各画素の輝度値を全て積算した値である。センサーには256階調、480×640画素、1/3インチのエリアセンサを利用した。球面収差の大きいレンズには半径12mmの半球レンズを用いた。光源にはLEDを用いた。実験では、この光源をレンズの光軸方向に1m〜3.18mの間で移動させた。図中の■印が実測データ値であるが、その値は近似式
y=ax3+bx2+cx+d (式11)
で表せることが分かった。yはセンサーが受光した光量の積算量であり、xは光源距離の逆数である。このように、光リング像の全光量は光源位置の関数として表されるので、光リング像の全光量を測定することにより、光源の位置を計測できる。光リング像の光量による位置計測では、このデータからも分かるように、比較的遠距離にある光源の3次元位置を計測できる。
11 半球レンズ
12、12’ 光源
13 受光素子
14 光リング像
15 カメラ(撮像手段)
16 PC(演算処理装置)
Claims (13)
- 光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備えたことを特徴とする位置計測システム。
- 前記演算処理装置が、前記受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする請求項1記載の位置計測システム。
- 前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記演算処理装置が前記光リング像の光量に代えて、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする請求項1または2記載の位置計測システム。
- 光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の検出情報に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備え、前記演算処理装置が、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする位置計測システム。
- 前記演算処理装置が、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする請求項4記載の位置計測システム。
- 前記レンズが半球レンズであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の位置計測システム。
- 光源からの光で球面収差により光リング像を形成し、前記形成された光リング像を検出し、前記検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする位置計測方法。
- 前記検出された光リング像の光量が前記光リング像の非飽和領域の光量であることを特徴とする請求項7記載の位置計測方法。
- 前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記光リング像の光量に代えて、前記検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする請求項7または8記載の位置計測方法。
- 光源からの光で球面収差により光リング像を形成し、前記形成された光リング像を検出し、前記光リング像の検出情報に基づいて前記光源までの距離を計測する位置計測方法であって、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする位置計測方法。
- 前記検出された光リング像の光量が前記光リング像の非飽和領域の光量であることを特徴とする請求項10記載の位置計測方法。
- 前記光リング像が、半球レンズによる球面収差により形成されることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の位置計測方法。
- 光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備えた位置計測システムにおいて、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときに前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することにより、前記光リング像の光量に基づく位置計測の値を補正することを特徴とする位置計測システム。
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