JP2018063221A - 距離測定装置、距離測定方法及びプログラム - Google Patents

距離測定装置、距離測定方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】距離測定装置、距離測定方法及びプログラムにおいて、各測距点までの距離を表す距離画像からエッジノイズを検出することを目的とする。【解決手段】2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定する距離測定装置は、背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して前記対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成し、前記差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出し、前記差分2値画像の前記第1の領域内の各点について、前記第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出し、前記差分2値画像中、前記第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力するよう構成される。【選択図】図3

Description

本発明は、距離測定装置、距離測定方法及びプログラムに関する。
レーザ光を用いた距離測定装置は、例えばレーザ光をパルス状に出射し、レーザ光が対象物で反射されて戻ってくるまでの往復時間(TOF:Time Of Flight)ΔTを計測することで、対象物までの距離を測定する。ここで、光速をc(約30万km/s)で表すと、対象物までの距離は、(c×ΔT)/2から求めることができる。
距離測定装置の測定結果は、各測距点までの距離を表す距離画像の形式で出力される場合がある。このような形式で出力される距離画像は、各測距点までの距離を、例えば距離値に応じた色の画素で表すことができる。各測距点までの距離を表す距離画像中、例えば対象物の内側部分等では、レーザ光全体が対象物に当たって反射されるため、正確なTOF値を計測できる。
一方、各測距点までの距離を表す距離画像中、対象物の輪郭部分は、対象物と背景との境界部分に相当する。境界部分では、レーザ光の一部分のみが対象物に当たって反射される。このため、レーザ光全体が対象物に当たって反射される場合と比べると、境界部分から反射されるレーザ光の量が少なくなり、レーザ光を検出する光検出器の出力波形の立ち上がりが緩やかになり、当該出力波形の振幅が低くなり、当該振幅が、レーザ光が対象物に到達した時点を判定するための閾値を超える時点も遅くなる。また、レーザ光全体が対象物に当たって反射される場合と比べると、光検出器の出力波形の振幅が閾値を超える時点が遅くなる分、計測されるTOF値が大きくなる。このため、対象物の境界部分から反射されるレーザ光を検出して計測されるTOF値は、当該境界部分からの実際の距離を表すTOF値よりも大きくなる。この場合、計測されるTOF値に基づいて各測距点までの距離を表す距離画像を生成すると、対象物の境界部分に相当するTOF値から生成した画素群がノイズとして現れる。一方、光検出器の出力波形が対象物までの距離を表しているか、或いは、対象物の境界部分からの距離を表しているかは、単純にTOF値の大きさからでは判別できない。
本明細書では、各測距点までの距離を表す距離画像中、対象物の境界部分に起因するノイズを「エッジノイズ」と言う。各測距点までの距離を表す距離画像に基づいて、例えば対象物の3次元画像を生成すると、3次元画像では、対象物の後方にエッジノイズが現れる。
特開2005−242488号公報 特開2014−35302号公報
従来の距離測定装置では、光検出器の出力波形が対象物までの距離を表しているか、或いは、対象物の境界部分からの距離を表しているかを判別できないため、各測距点までの距離を表す距離画像からエッジノイズを検出することは難しい。
そこで、1つの側面では、各測距点までの距離を表す距離画像からエッジノイズを検出することができる距離測定装置、距離測定方法及びプログラムを提供することを目的とする。
1つの案によれば、2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して前記対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成する手段と、前記差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出する手段と、前記差分2値画像の前記第1の領域内の各点について、前記第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出する手段と、前記差分2値画像中、前記第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する手段と、を備えた距離測定装置が提供される。
一態様によれば、各測距点までの距離を表す距離画像からエッジノイズを検出することができる。
一実施例における距離測定装置の一例を示す図である。 コンピュータの一例を示すブロック図である。 第1実施例における距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。 ステップS1の処理の一例を説明する図である。 ステップS2の処理の一例を説明する図である。 ステップS3の処理の一例を説明する図である。 近接する距離値が近い点を説明する図である。 ステップS4の処理の一例を説明する図である。 ノイズ除去処理を施されていない現距離画像に基づく対象物の3次元画像を生成の一例を説明する図である。 ノイズ除去処理を施された距離画像に基づく対象物の3次元画像を生成の一例を説明する図である。 第1実施例における距離測定処理の一例をより詳細に説明するフローチャートである。 第1実施例における距離測定処理の一例をより詳細に説明するフローチャートである。 第2実施例における距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。 ステップS41〜S43の処理の一例を説明する図である。 ステップS41の処理の一例を説明する図である。 輪郭線の内側と外側の判定の一例を説明する図である。 輪郭線の内側と外側の判定の一例を説明する図である。 ステップS42の処理の一例を説明する図である。 ステップS43の処理の一例を説明する図である。 ノイズ除去処理の一例を説明する図である。 第2実施例における距離測定処理の一例をより詳細に説明するフローチャートである。
開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムは、2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定するものであり、背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成する。また、差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出し、差分2値画像の第1の領域内の各点について、第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出する。更に、差分2値画像中、第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する。
以下に、開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。
図1は、一実施例における距離測定装置の一例を示す図である。図1に示す距離測定装置は、投光ユニット2及び受光ユニット3を含むセンサ本体1と、コンピュータ4とを有する。
投光ユニット2は、例えば制御回路21と、発光回路22と、レーザ光源23と、2次元MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー34と、走査角度拡大レンズ25とを含む、周知の構成を有する。制御回路21は、発光回路22の制御下でレーザ光源23がパルス状のレーザ光を出射するように、発光回路22を制御する。また、制御回路21は、レーザ光源23から出射されたレーザ光を2次元で(例えば、地面に対して水平方向及び垂直方向へ)走査させるように、2次元MEMSミラー34を2次元で駆動する周知の駆動部(図示せず)を制御する。これにより、レーザ光は、図1中実線で示すように、走査角度拡大レンズ25を介して2次元で走査する。被写体の一例である対象物100で反射されたレーザ光は、図1中点線で示すように受光ユニット3により受光される。レーザ光源23は、例えば赤外又は近赤外のレーザ光を出射する周知の構成を有する。
受光ユニット3は、例えば受光レンズ31と、光検出器32と、距離計測回路33とを含む、周知の構成を有する。対象物100で反射されたレーザ光は、受光レンズ31を介して光検出器32で検出される。光検出器32の検出出力は、距離計測回路33に供給される。距離計測回路33は、レーザ光を出射してから、レーザ光が対象物100で反射されて戻ってくるまでの往復時間(TOF:Time Of Flight)ΔTを計測することで、対象物100までの距離を光学的に計測し、計測した距離を示す信号を出力する。ここで、光速をc(約30万km/s)で表すと、対象物までの距離は、(c×ΔT)/2から求めることができる。
距離計測回路33で計測された各測距点までの距離を示す信号は、受光ユニット3からコンピュータ4へ出力される。測距点とは、センサ本体1から出射されたレーザ光が到達する、距離を測定する対象上の点であり、この例では対象物100上の点及びレーザ光の走査範囲内のバックグランド上の点を含む。また、測距点までの距離とは、センサ本体1から測距点までの距離である。コンピュータ4は、各測距点までの距離を示す信号に基づき、各測距点までの距離を表す距離画像を生成する。この例では、コンピュータ4は、各測距点までの距離を示す信号に基づき、各測距点を距離値に応じた色の画素で表す距離画像を生成する。なお、コンピュータ4は、図1中破線で示すように、投光ユニット2の制御回路21が制御するレーザ光源23の発光タイミング、発光パワー等を設定しても良い。
コンピュータ4は、例えば図2に示す構成を有しても良い。図2は、コンピュータの一例を示すブロック図である。図2に示すコンピュータ4は、バス40を介して互いに接続されたプロセッサ41と、メモリ42と、入力装置43と、表示装置44と、インタフェース(又は、通信装置)45とを有する。プロセッサ41は、例えば中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)等で形成可能であり、メモリ42に記憶されたプログラムを実行して、コンピュータ4全体の制御を司る。メモリ42は、例えば半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体等の、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体により形成可能である。メモリ42は、プロセッサ41が実行する距離測定プログラムを含む各種プログラム、各種データ等を記憶する。
入力装置43は、ユーザ(又は、オペレータ)により操作される、例えばキーボード等で形成可能であり、プロセッサ41にコマンド及びデータを入力するのに用いられる。表示装置44は、ユーザに対するメッセージ、距離測定処理の測定結果の画像等を表示する。インタフェース45は、コンピュータ4を他のコンピュータ等と通信可能に接続する。この例では、コンピュータ4は、インタフェース45を介して受光ユニット3の距離計測回路33に接続されている。コンピュータ4は、インタフェース45を介して投光ユニット2の制御回路21に接続されていても良い。
なお、コンピュータ4は、当該コンピュータ4の構成要素がバス40を介して接続されたハードウェア構成に限定されるものではない。コンピュータ4には、例えば汎用コンピュータを用いても良い。
また、コンピュータ4の入力装置43及び表示装置44は、省略可能である。また、コンピュータ4のインタフェース45を更に省略したモジュール、半導体チップ等の場合、センサ本体1の出力(即ち、距離計測回路33の出力)は、バス40に接続されても、プロセッサ41に直接接続されても良い。
(第1実施例)
図3は、第1実施例における距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。図3に示す距離測定処理は、例えば図2に示すプロセッサ41が、メモリ42に格納された距離測定プログラムを実行することにより、実行される。図3において、ステップS1では、プロセッサ41が、各測距点までの距離を、例えば距離値に応じた色の画素で表す2種類の距離画像から、差分2値画像を生成する。具体的には、図4に示すように、背景距離画像101と現距離画像102とから、差分2値画像103を生成する。図4は、ステップS1の処理の一例を説明する図である。背景距離画像101は、例えば背景に対して対象物無しの状態で生成した距離画像であり、現距離画像102は、前記背景に対して対象物100有りの状態で生成した距離画像である。図4では便宜上、背景距離画像101及び現距離画像102は、白い程距離が近いことを示し、ハーフトーンが濃い程距離が遠いことを示し、黒は測定可能な距離の範囲外であることを示す。また、図4では便宜上、差分2値画像103のハーフトーンの異なる濃度レベルは、単に異なる2値を識別するためのものであり、上記の背景距離画像101及び現距離画像102のハーフトーンの濃度レベルのように各点の距離値を示すものではない。
各測距点までの距離を距離値に応じた色の画素で表す距離画像内での2次元座標上の1つの点は、例えば距離画像の1つの画素に対応しても、複数の画素に対応しても良い。距離画像内での2次元座標上の1つの点を、距離画像の1つの画素に対応させるか、或いは、複数の画素に対応させるかは、例えばレーザ光のパルス周期、距離画像に求められる解像度等に応じて選定しても良い。
ステップS2では、プロセッサ41が、図5に示すように、差分2値画像103の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域100Aを抽出する。図5は、ステップS2の処理の一例を説明する図である。
ステップS3では、プロセッサ41が、図6に示すように、差分2値画像103の第1の領域100A内の各点について、現距離画像102上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域100Bを抽出する。図6は、ステップS3の処理の一例を説明する図である。図6では、便宜上、各第2の領域100Bをハーフトーンの異なる濃度レベルで示すが、各点の距離値を示すものではない。
図7は、近接する距離値が近い点を説明する図である。図7に示す例では、例えばハッチングで示す着目点P1に近接する近接点が8個ある。近接点とは、図7に示す例では、互いに隣接する点である。また、距離値が近い点とは、距離値の差が閾値以下である点を言う。
ステップS4では、プロセッサ41が、図8に示すように、差分2値画像103中、第2の領域100Bの中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域100B−1を抽出し、各第3の領域100B−1内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する。ステップS4の判定結果は、例えば図2に示す表示装置44上に表示しても良く、例えば図2に示すインタフェース45を介して他のコンピュータ等の外部装置(図示せず)に出力しても良い。図8は、ステップS4の処理の一例を説明する図である。図8では、便宜上、グレーのハーフトーンで示す領域内の点100Cは、対象物100を形成する点に相当し、白い領域内の点100Dは、エッジノイズを形成する点に相当し、黒い領域内の点は背景を形成する点に相当する。
なお、例えば対象物100の輪郭部分にある点であるか否かを判定してエッジノイズを検出する方法が考えられるが、例えば対象物100が人間であり、例えば両脚を開いていない場合には、脚の間のエッジノイズが検出できない。これに対し、ステップS4の処理によれば、例えば対象物100が人間であり、例えば両脚を開いていない場合であっても、脚の間のエッジノイズが検出できる。
ステップS4の後、処理は終了しても良いが、ステップS5のノイズ除去処理を行うようにしても良い。ステップS5では、プロセッサ41が、図9に示す現距離画像102から、ステップS4において検出したエッジノイズを除去する、ノイズ除去処理を行う。ステップS5のノイズ除去処理の結果は、例えば図2に示す表示装置44上に表示しても良く、例えば図2に示すインタフェース45を介して他のコンピュータ等の外部装置(図示せず)に出力しても良い。図9に示す現距離画像102は、図4に示す現距離画像102と同じである。ノイズ除去処理により、図10に示すように、エッジノイズが除去された距離画像104を生成できる。ノイズ除去処理を行うことで、距離画像の精度を向上できる。
図9は、ノイズ除去処理を施されていない現距離画像に基づく対象物の3次元画像を生成の一例を説明する図である。また、図10は、ノイズ除去処理を施された距離画像に基づく対象物の3次元画像を生成の一例を説明する図である。図9及び図10中、各画像は、白い程距離が近いことを示し、ハーフトーンが濃い程距離が遠いことを示し、黒は測定可能な距離の範囲外であることを示す。
ノイズ除去処理を施されていない、図9に示す現距離画像102に基づいて、例えば対象物の3次元画像を生成すると、図9に示す3次元画像102Aでは、対象物の後方(図9中、対象物の右側)にエッジノイズを形成する点100B−2が現れる。これに対し、ノイズ除去処理を施した、図10に示す距離画像104に基づいて、例えば対象物の3次元画像を生成すると、図10に示す3次元画像102Bでは、対象物の後方(図10中、対象物の右側)にエッジノイズを形成する点は現れない。このように、ノイズ除去処理を行うことで、距離画像に基づいて、例えば対象物の3次元画像を生成した場合も、3次元画像の精度を向上できる。
図1に示す如き、2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物100までの距離を測定する距離測定装置において、コンピュータ4は、背景に対して対象物100無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像の一例である背景距離画像101と、当該背景に対して対象物100有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像の一例である現距離画像102とから、差分2値画像103を生成する、上記ステップS1の処理を実行する手段の一例を形成可能である。コンピュータ4は、差分2値画像103の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域100Aを抽出する、上記ステップS2の処理を実行する手段の一例を形成可能である。また、コンピュータ4は、差分2値画像103の第1の領域100A内の各点について、現距離画像102上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域100Bを抽出する、上記ステップS3の処理を実行する手段の一例を形成可能である。更に、コンピュータ4は、差分2値画像103中、第2の領域100Bの中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域100B−1を抽出し、各第3の領域100B−1内の各点100Dをエッジノイズ(100D)であると判定した判定結果を出力する、上記ステップS4の処理を実行する手段の一例を形成可能である。
コンピュータ4は、現距離画像102から、エッジノイズ100Dを除去するノイズ除去処理を行う、上記ステップS5の処理を実行する手段の一例を形成しても良い。また、コンピュータ4は、各測距点を距離値に応じた色の画素で表す距離画像を生成する処理を実行する手段の一例を形成しても良い。
図11及び図12は、第1実施例における距離測定処理の一例をより詳細に説明するフローチャートである。図11及び図12に示す距離測定処理は、例えば図2に示すプロセッサ41が、メモリ42に格納された距離測定プログラムを実行することにより、実行される。図11において、ステップS11では、プロセッサ41が、図4に示す背景距離画像101と現距離画像102とから、差分2値画像103を生成する。図4に示す例では、差分2値画像103のハーフトーンの異なる濃度レベルは、黒が背景を示す2値が「0」に相当し、グレーが非背景を示す2値が「1」に相当する。ステップS11の処理結果は、図3に示すステップS1の処理結果に相当する。
ステップS12では、プロセッサ41が、差分2値画像103中、未処理の2値が「1」の着目点があるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS13へ進む、判定結果がNOであると処理は後述するステップS16へ進む。ステップS13では、プロセッサ41が、着目点に近接する近接点のうち、未処理の近接点があるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS14へ進み、判定結果がNOであると処理はステップS12へ戻る。ステップS14では、プロセッサ41が、未処理の近接点の2値が「1」であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS15へ進み、判定結果がNOであると処理はステップS12へ戻る。ステップS15では、プロセッサ41が、着目点と2値が「1」である近接点を同じグループにグルーピングし、処理はステップS12へ戻る。
一方、ステップS16では、プロセッサ41が、ステップS15で形成されたグループに相当する領域の番号idxをidx=1に設定する。ステップS17では、プロセッサ41が、idxが領域数以下であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS18へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS21へ進む。ステップS18では、プロセッサ41が、idx番の領域のサイズが閾値サイズ以下であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS19へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS20へ進む。ステップS19では、プロセッサ41が、idx番の領域を、サイズが第1の閾値以上の第1の領域100Aの候補から除外して、処理はステップS20へ進む。ステップS20では、プロセッサ41が、idxをidx=idx+1にインクリメントし、処理はステップS17へ戻る。
ステップS17の判定結果がNOである場合の処理結果は、図3に示すステップS2の処理結果に相当し、第1の領域100Aが抽出される。
ステップS21では、プロセッサ41が、idx1をidx1=1に設定し、処理はステップS22へ進む。ステップS22では、プロセッサ41が、idx1が第1の領域100Aの領域数以下であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS23へ進み、判定結果がNOであると処理は図12と共に後述するステップS31へ進む。ステップS23では、プロセッサ41が、idx1番の第1の領域100Aに未処理の着目点があるか否かを判定し、判定結果がNOであると処理はステップS24へ進み、判定結果がYESであると処理はステップS25へ進む。ステップS24では、プロセッサ41が、idx1をidx1=idx1+1にインクリメントし、処理はステップS22へ戻る。
ステップS25では、プロセッサ41が、着目点に近接する近接点のうち、未処理の近接点があるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS26へ進み、判定結果がNOであると処理はステップS23へ戻る。ステップS26では、プロセッサ41が、着目点の距離値と、着目点に近接する未処理の近接点の距離値との差が閾値以下であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS27へ進み、判定結果がNOであると処理はステップS23へ戻る。ステップS27では、着目点と、着目点に近接する未処理の近接点であって着目点との距離値との差が閾値以下である近接点を同じグループにグルーピングし、処理はステップS23へ戻る。
ステップS22の判定結果がNOである場合の処理結果は、図3に示すステップS3の処理結果に相当し、第2の領域100Bが抽出される。
図12において、ステップS31では、プロセッサ41が、idx2をidx2=1に設定し、処理はステップS32へ進む。ステップS32では、プロセッサ41が、idx2が第2の領域100Bの領域数以下であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS33へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS36へ進む。ステップS33では、プロセッサ41が、idx2番の第2の領域100Bのサイズが第2の閾値以下であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS34へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS35へ進む。ステップS34では、プロセッサ41が、サイズが第2の閾値以下である第2の領域100B内の各点を、エッジノイズを形成する点として検出し、処理はステップS35へ進む。ステップS35では、プロセッサ41が、idx2をidx2=idx2+1にインクリメントし、処理はステップS32へ戻る。
ステップS32の判定結果がNOである場合の処理結果は、図3に示すステップS4の処理結果に相当し、各第3の領域100B−1内の各点がエッジノイズであると判定した判定結果を出力する。具体的には、ステップS36では、プロセッサ41が、各第3の領域100B−1内の各点がエッジノイズであると判定した判定結果を出力し、処理は終了する。この場合、出力される判定結果は、例えば図2に示す表示装置44上に表示しても良く、例えば図2に示すインタフェース45を介して他のコンピュータ等の外部装置(図示せず)に出力しても良い。なお、ステップS36の後に、図3に示すステップS5と同様のノイズ除去処理を行って、検出したエッジノイズを除去しても良い。
本実施例によれば、各測距点までの距離を表す距離画像からエッジノイズを検出することができる。また、距離画像から、検出したエッジノイズを除去して、距離画像の精度を向上しても良い。
(第2実施例)
図13は、第2実施例における距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。図13に示す距離測定処理は、例えば図2に示すプロセッサ41が、メモリ42に格納された距離測定プログラムを実行することにより、実行される。図13において、ステップS1〜S4は、上記第1実施例の場合と同様である。
本実施例では、上記第1実施例のステップS1〜S4により検出されたエッジノイズを形成する点を、エッジノイズ候補点とする。また、エッジノイズ候補点のうち、背景に接している点、又は、長さが一定以上である対象物の輪郭線の外側に接している点をエッジノイズを形成する点と判定し、それら以外の点はエッジノイズを形成する点から除外することで、エッジノイズの検出精度を更に向上する。
図13において、ステップS41では、プロセッサ41が、上記第1実施例の距離測定処理により検出されたエッジノイズを形成する点を、エッジノイズ候補点とし、背景に接しているエッジノイズ候補点を判定する。ステップS42では、プロセッサ41が、長さが一定以上である対象物の輪郭線の外側に接しているエッジノイズ候補点を判定する。ステップS43では、プロセッサ41が、ステップS41及びステップS42で判定されたエッジノイズ候補点以外のエッジノイズ候補点を、エッジノイズを形成する点から除外し、ステップS41及びステップS42で判定されたエッジノイズ候補点を、エッジノイズであると判定した判定結果を出力する。ステップS43の判定結果は、例えば図2に示す表示装置44上に表示しても良く、例えば図2に示すインタフェース45を介して他のコンピュータ等の外部装置(図示せず)に出力しても良い。また、ステップS43の後に、図3に示すステップS5と同様のノイズ除去処理を行って、検出したエッジノイズを除去しても良い。
図14は、ステップS41〜S43の処理の一例を説明する図である。図14及び後述する図15、図18、図19及び図20では、説明の便宜上、各点(1又は複数の画素に対応)を拡大した矩形で示す。図14において、ステップS1〜S4の処理により得られた差分2値画像203中、グレーのハーフトーンで示す点200Cは、対象物200に相当し、白い点200Dは、エッジノイズに相当し、黒い点は背景に相当する。対象物200は、この例では人間である。点200D−1は、対象物200が着用している衣類又は装飾品の反射率が低いことが影響して、エッジノイズとして検出された箇所である。点200D−1は、対象物200の部分の点群密度が低下すると、差分2値画像203を用いたその後の認識処理等の精度を低下させてしまう。このため、点200D−1は、エッジノイズとして判定されたり除去されないように、エッジノイズではない点、或いは、対象物200と同じ距離にある点と置き換えることが望ましい。一方、点200D−2は、対象物200の両脚の間の、エッジノイズとして検出された箇所である。両脚間の点を対象物200と同じ距離にある点と置き換えてしまうと、両脚が繋がった状態になってしまう。このため、点200D−2は、エッジノイズとして判定したり、除去することが望ましい。
そこで、本実施例では、ステップS41〜S43の処理により、差分2値画像203から、エッジノイズを絞り込んだ差分2値画像210を取得する。図14において、差分2値画像210中、左下がりのハッチングで示す点200E及び格子のハッチングで示す点200Fは、長さが一定以上である対象物の輪郭線を示す。
図15は、ステップS41の処理の一例を説明する図である。図15において、ステップS1〜S4の処理により得られた差分2値画像203中、グレーのハーフトーンで示す点200Cは、対象物200を形成する点に相当し、白い点200Dは、エッジノイズに相当し、黒い点は背景を形成する点に相当する。ステップS41では、プロセッサ41が、差分2値画像203から、距離測定処理により検出されたエッジノイズを形成する点200Dを、エッジノイズ候補点とし、背景に接しているエッジノイズ候補点200Eを判定した差分2値画像204を生成する。差分2値画像204中、背景に接しているエッジノイズ候補点200Eは、「×印」で示す。
図16及び図17は、輪郭線の内側と外側の判定の一例を説明する図である。図16中、着目点は、黒い矩形で示し、着目点に近接する近接点には、例えば時計回りに「0」〜「7」の番号を付ける。図17中、対象物200の輪郭線の途中の3つの点のうち、第N番の点に着目すると、第N番の点から見て第N−1番の点に付けられた番号は「7」となり、第N+1番の点に付けられた番号は「3」となる。また、第N番の点に近接する近接点のうち、時計回りで見ると、「0」〜「3」の番号を付けられた点が輪郭線の外側に相当し、「4」〜「6」の番号が付けらた点が輪郭線の内側に相当する。この例では、「0」〜「3」の番号を付けられた点が輪郭線の外側に相当するので、対象物200の輪郭線の外側に接しているエッジノイズ候補点を判定できる。
図18は、ステップS42の処理の一例を説明する図である。図18において、ステップS42では、プロセッサ41が、ステップS41で判定されたエッジノイズ候補点200Eを含む差分2値画像204のうち、図16及び図17と共に説明した方法で判定した、長さが一定以上である対象物200の輪郭線の外側に接しているエッジノイズ候補点200Fも、「×印」で示す。
図19は、ステップS43の処理の一例を説明する図である。図19において、ステップS43では、プロセッサ41が、差分2値画像205のうち、ステップS41及びステップS42で判定されたエッジノイズ候補点200E,200F以外のエッジノイズ候補点200Gを、エッジノイズを形成する点200Dから除外し、ステップS41及びステップS42で判定されたエッジノイズ候補点200E,200Fを、エッジノイズを形成する点であると判定した差分2値画像206、即ち、判定結果を出力する。図19では、エッジノイズを形成する点から除外したエッジノイズ候補点200Gを、「○印」で示す。
図20は、ノイズ除去処理の一例を説明する図である。ステップS43の後、処理は終了しても良いが、ステップS5のノイズ除去処理を行うようにしても良い。ステップS5では、プロセッサ41が、ステップS43で生成された差分2値画像206からエッジノイズを形成する点200Dを除去した差分2値画像207、即ち、ノイズ除去処理の処理結果を出力する。この場合の除去されるエッジノイズ(200D)を形成する点200Dは、エッジノイズ候補点から、ステップS41及びステップS42で判定されたエッジノイズ候補点200E,200F以外のエッジノイズ候補点200Gを除外したものに相当する。ステップS5のノイズ除去処理の処理結果は、例えば図2に示す表示装置44上に表示しても良く、例えば図2に示すインタフェース45を介して他のコンピュータ等の外部装置(図示せず)に出力しても良い。
図19に「○印」で示す点200Gは、対象物200が着用している衣類又は装飾品の反射率が低いことが影響して、エッジノイズとして検出された箇所である。点200Gは、対象物200の部分の点群密度が低下すると、差分2値画像206を用いたその後の認識処理等の精度を低下させてしまう。そこで、この例では、点200Gは、エッジノイズとして判定されたり除去されないように、エッジノイズではない点、或いは、対象物200と同じ距離にある点と置き換える。一方、点200Eは、対象物200の両脚の間の、エッジノイズとして検出された箇所である。両脚間の点を対象物200と同じ距離にある点と置き換えてしまうと、両脚が繋がった状態になってしまう。そこで、この例では、点200Eは、エッジノイズとして判定したり、除去する。
図1に示す如き距離測定装置において、コンピュータ4は、ステップS1〜S4の処理による判定結果に基づいて、エッジノイズ200Dを形成する点をエッジノイズ候補点とし、エッジノイズ候補点のうち、背景に接している第1の点200E、又は、長さが一定以上である対象物200の輪郭線の外側に接している第2の点200Fをエッジノイズを形成する点と判定し、第1及び第2の点以外の点200Gはエッジノイズを形成する点から除外してエッジノイズ200Dを絞り込む、ステップS41〜S43の処理を実行する手段の一例を形成可能である。
コンピュータ4は、除外したエッジノイズ候補点200Gを、対象物200と同じ距離値の点で置き換える処理を実行する手段の一例を形成しても良い。また、コンピュータ4は、現距離画像102から、エッジノイズ200Dを除去するノイズ除去処理を行う手段の一例を形成しても良い。
図21は、第2実施例における距離測定処理の一例をより詳細に説明するフローチャートである。図21に示す距離測定処理は、例えば図2に示すプロセッサ41が、メモリ42に格納された距離測定プログラムを実行することにより、実行される。図21において、ステップS51では、プロセッサ41が、上記第1実施例のステップS1〜S4により検出されたエッジノイズを形成する点を、エッジノイズ候補点とする。ステップS52では、プロセッサ41が、未処理のエッジノイズ候補点があるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS53へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS55へ進む。ステップS53では、プロセッサ41が、未処理のエッジノイズ候補点に近接する近接点に背景があるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS54へ進み、判定結果がNOであると処理はステップS52へ戻る。ステップS54では、プロセッサ41が、エッジノイズ候補点をエッジノイズ点と判定し、処理はステップS52へ戻る。
ステップS52の判定結果がNOである場合の処理結果は、図13に示すステップS41の処理結果に相当し、図15に示す差分2値画像204を生成できる。
ステップS55では、プロセッサ41が、上記第1実施例のステップS1〜S4により検出されたエッジノイズを形成する点を含む差分2値画像203中、対象物200を形成する点200Cのうち、対象物200の輪郭線を抽出する。ステップS56では、プロセッサ41が、輪郭線の番号idx3をidx3=1に設定する。ステップS57では、プロセッサ41が、idx3が輪郭線数以下であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS58へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS64へ進む。ステップS58では、プロセッサ41が、idx3番の輪郭線の長さが閾値以上であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS59へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS61へ進む。ステップS59では、プロセッサ41が、輪郭線の点の番号idx4をidx4=1に設定する。
ステップS60では、プロセッサ41が、輪郭線のidx4番の点が、idx3番の輪郭線の長さ以下であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS62へ進み、判定結果がNOであると処理はステップS61へ進む。ステップS61では、プロセッサ41が、輪郭線の番号idx3をidx3=idx3+1にインクリメントし、処理はステップS57へ戻る。
ステップS62では、idx3番の輪郭線のidx4番の点の外側の近接点にエッジノイズ候補点があるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS63へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS64へ進む。ステップS63では、プロセッサ41が、ステップS62であると判定されたエッジノイズ候補点を、エッジノイズを形成する点、即ち、エッジノイズ点であると判定し、処理はステップS64へ進む。ステップS64では、プロセッサ41が、輪郭線の点の番号idx4をidx4=idx4+1にインクリメントし、処理はステップS60へ戻る。
ステップS57判定結果がNOである場合の処理結果は、図13に示すステップS42
の処理結果に相当し、図18に示す差分2値画像205を生成できる。
ステップS65では、プロセッサ41が、残ったエッジノイズ候補点は全て、エッジノイズ点ではないと判定し、処理は終了する。ステップS65の処理結果は、図13に示すステップS43の処理結果に相当し、図19に示す差分2値画像206を生成できる。
なお、ステップS65の後に、図13に示すステップS5と同様のノイズ除去処理を行って、検出したエッジノイズを除去しても良い。
本実施例によれば、各測距点までの距離を表す距離画像からエッジノイズを検出することができる。また、距離画像から、検出したエッジノイズを除去して、距離画像の精度を向上しても良い。更に、エッジノイズ候補点のうち、背景に接している点、又は、長さが一定以上である対象物の輪郭線の外側に接している点をエッジノイズを形成する点と判定し、それら以外の点はエッジノイズを形成する点から除外することで、エッジノイズの検出精度を更に向上することができる。
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して前記対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成する手段と、
前記差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出する手段と、
前記差分2値画像の前記第1の領域内の各点について、前記第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出する手段と、
前記差分2値画像中、前記第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する手段と、
を備えたことを特徴とする、距離測定装置。
(付記2)
前記判定結果に基づいて、前記エッジノイズを形成する点をエッジノイズ候補点とし、前記エッジノイズ候補点のうち、前記背景に接している第1の点、又は、長さが一定以上である前記対象物の輪郭線の外側に接している第2の点をエッジノイズを形成する点と判定し、前記第1及び第2の点以外の点は前記エッジノイズを形成する点から除外してエッジノイズを絞り込む手段を更に備えたことを特徴とする、付記1記載の距離測定装置。
(付記3)
前記絞り込む手段は、
前記判定結果に基づいて、前記エッジノイズを形成する点をエッジノイズ候補点として、前記背景に接しているエッジノイズ候補点を判定し、
前記判定結果に基づいて、前記長さが一定以上である前記対象物の輪郭線の外側に接しているエッジノイズ候補点を判定し、
判定されたエッジノイズ候補点以外のエッジノイズ候補点を、前記エッジノイズを形成する点から除外し、前記エッジノイズを絞り込むことを特徴とする、付記2記載の距離測定装置。
(付記4)
前記除外したエッジノイズ候補点を、前記対象物と同じ距離値の点で置き換える手段を更に備えたことを特徴とする、付記2又は3記載の距離測定装置。
(付記5)
前記第2の距離画像から、前記エッジノイズを除去するノイズ除去処理を行う手段を更に備えたことを特徴とする、付記1乃至4のいずれか1項記載の距離測定装置。
(付記6)
前記第1及び第2の距離画像内での2次元座標上の1つの点は、前記第1及び第2の距離画像の1又は複数の画素に対応することを特徴とする、付記1乃至5のいずれか1項記載の距離測定装置。
(付記7)
各測距点を距離値に応じた色の画素で表す距離画像を生成する手段を更に備えたことを特徴とする、付記1乃至6のいずれか1項記載の距離測定装置。
(付記8)
2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して前記対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成し、
前記差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出し、
前記差分2値画像の前記第1の領域内の各点について、前記第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出し、
前記差分2値画像中、前記第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する、
処理をコンピュータが実行することを特徴とする、距離測定方法。
(付記9)
前記判定結果に基づいて、前記エッジノイズを形成する点をエッジノイズ候補点とし、前記エッジノイズ候補点のうち、前記背景に接している第1の点、又は、長さが一定以上である前記対象物の輪郭線の外側に接している第2の点をエッジノイズを形成する点と判定し、前記第1及び第2の点以外の点は前記エッジノイズを形成する点から除外してエッジノイズを絞り込む、
処理を前記コンピュータが更に実行することを特徴とする、付記8記載の距離測定方法。
(付記10)
前記絞り込む処理は、
前記判定結果に基づいて、前記エッジノイズを形成する点をエッジノイズ候補点として、前記背景に接しているエッジノイズ候補点を判定し、
前記判定結果に基づいて、前記長さが一定以上である前記対象物の輪郭線の外側に接しているエッジノイズ候補点を判定し、
判定されたエッジノイズ候補点以外のエッジノイズ候補点を、前記エッジノイズを形成する点から除外し、前記エッジノイズを絞り込む
ことを特徴とする、付記9記載の距離測定方法。
(付記11)
前記除外したエッジノイズ候補点を、前記対象物と同じ距離値の点で置き換える
処理を前記コンピュータが更に実行することを特徴とする、付記9又は10記載の距離測定方法。
(付記12)
前記第2の距離画像から、前記エッジノイズを除去するノイズ除去処理を行う
処理を前記コンピュータが更に実行することを特徴とする、付記8乃至11のいずれか1項記載の距離測定方法。
(付記13)
前記第1及び第2の距離画像内での2次元座標上の1つの点は、前記第1及び第2の距離画像の1又は複数の画素に対応することを特徴とする、付記8乃至12のいずれか1項記載の距離測定方法。
(付記14)
各測距点を距離値に応じた色の画素で表す距離画像を生成する
処理を前記コンピュータが更に実行することを特徴とする、付記8乃至13のいずれか1項記載の距離測定方法。
(付記15)
2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定する距離測定処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して前記対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成し、
前記差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出し、
前記差分2値画像の前記第1の領域内の各点について、前記第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出し、
前記差分2値画像中、前記第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
(付記16)
前記判定結果に基づいて、前記エッジノイズを形成する点をエッジノイズ候補点とし、前記エッジノイズ候補点のうち、前記背景に接している第1の点、又は、長さが一定以上である前記対象物の輪郭線の外側に接している第2の点をエッジノイズを形成する点と判定し、前記第1及び第2の点以外の点は前記エッジノイズを形成する点から除外してエッジノイズを絞り込む、
処理を前記コンピュータに更に実行させることを特徴とする、付記15記載のプログラム。
(付記17)
前記絞り込む処理は、
前記判定結果に基づいて、前記エッジノイズを形成する点をエッジノイズ候補点として、前記背景に接しているエッジノイズ候補点を判定し、
前記判定結果に基づいて、前記長さが一定以上である前記対象物の輪郭線の外側に接しているエッジノイズ候補点を判定し、
判定されたエッジノイズ候補点以外のエッジノイズ候補点を、前記エッジノイズを形成する点から除外し、前記エッジノイズを絞り込む
ことを特徴とする、付記16記載のプログラム。
(付記18)
前記除外したエッジノイズ候補点を、前記対象物と同じ距離値の点で置き換える
処理を前記コンピュータに更に実行させることを特徴とする、付記16又は17記載の距離測定方法。
(付記19)
前記第2の距離画像から、前記エッジノイズを除去するノイズ除去処理を行う
処理を前記コンピュータに更に実行させることを特徴とする、付記15乃至18のいずれか1項記載のプログラム。
(付記20)
前記第1及び第2の距離画像内での2次元座標上の1つの点は、前記第1及び第2の距離画像の1又は複数の画素に対応することを特徴とする、付記15乃至19のいずれか1項記載のプログラム。
(付記21)
各測距点を距離値に応じた色の画素で表す距離画像を生成する
処理を前記コンピュータに更に実行させることを特徴とする、付記15乃至20のいずれか1項記載のプログラム。
以上、開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
1 センサ本体
2 投光ユニット
3 受光ユニット
4 コンピュータ
21 制御回路
22 発光回路
23 レーザ光源
24 2次元MEMSミラー
25 走査角度拡大レンズ
31 受光レンズ
32 光検出器
33 距離計測回路
41 プロセッサ
42 メモリ
43 入力装置
44 表示装置
45 インタフェース

Claims (6)

  1. 2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
    背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して前記対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成する手段と、
    前記差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出する手段と、
    前記差分2値画像の前記第1の領域内の各点について、前記第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出する手段と、
    前記差分2値画像中、前記第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する手段と、
    を備えたことを特徴とする、距離測定装置。
  2. 前記判定結果に基づいて、前記エッジノイズを形成する点をエッジノイズ候補点とし、前記エッジノイズ候補点のうち、前記背景に接している第1の点、又は、長さが一定以上である前記対象物の輪郭線の外側に接している第2の点をエッジノイズを形成する点と判定し、前記第1及び第2の点以外の点は前記エッジノイズを形成する点から除外してエッジノイズを絞り込む手段を更に備えたことを特徴とする、請求項1記載の距離測定装置。
  3. 前記絞り込む手段は、
    前記判定結果に基づいて、前記エッジノイズを形成する点をエッジノイズ候補点として、前記背景に接しているエッジノイズ候補点を判定し、
    前記判定結果に基づいて、前記長さが一定以上である前記対象物の輪郭線の外側に接しているエッジノイズ候補点を判定し、
    判定されたエッジノイズ候補点以外のエッジノイズ候補点を、前記エッジノイズを形成する点から除外し、前記エッジノイズを絞り込むことを特徴とする、請求項2記載の距離測定装置。
  4. 前記第2の距離画像から、前記エッジノイズを除去するノイズ除去処理を行う手段を更に備えたことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項記載の距離測定装置。
  5. 2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
    背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して前記対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成し、
    前記差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出し、
    前記差分2値画像の前記第1の領域内の各点について、前記第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出し、
    前記差分2値画像中、前記第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する、
    処理をコンピュータが実行することを特徴とする、距離測定方法。
  6. 2次元で走査するパルス状のレーザ光の反射光に基づき対象物までの距離を測定する距離測定処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    背景に対して対象物無しの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第1の距離画像と、当該背景に対して前記対象物有りの状態で生成した、各測距点までの距離を表す第2の距離画像とから、差分2値画像を生成し、
    前記差分2値画像の非背景の点の領域から、サイズが第1の閾値以上の第1の領域を抽出し、
    前記差分2値画像の前記第1の領域内の各点について、前記第2の距離画像上で近接する距離値が近い点同士を同じグループにグルーピングし、各グループに相当する第2の領域を抽出し、
    前記差分2値画像中、前記第2の領域の中でサイズが第2の閾値以下の第3の領域を抽出し、各第3の領域内の各点をエッジノイズであると判定した判定結果を出力する、
    処理をコンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
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