JP2021148608A - 撮像装置、測距装置及び撮像プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
(ハードウェア構成)
図1は、第1の実施の形態の測距撮像装置のハードウェア構成を示すブロック図である。この図1に示すように、測距撮像装置は、光源1、イメージセンサ2(位相画像撮像部の一例)、アナログ−デジタルコンバータ(ADC)3及び測距制御部4を有している。
次に、測距制御部4のCPU8は、SSD11に記憶されている測距撮像プログラムを実行することで、図2に示すように、撮像制御部20、記憶制御部21、光源制御部22、画像加算部23、モーション推定部24、位相画像補正部25、距離計算部26及び出力制御部27の各機能を実現する。
イメージセンサ2は、1つの受光素子に対して、例えば2つの電荷蓄積部(第1の電荷蓄積部及び第2の電荷蓄積部)を有しており、電荷を蓄積する電荷蓄積部を高速に切り替えることができる。このため、一つの矩形波に対して、真逆となる2つの位相信号を同時に検出できる。一例として、0度の位相信号及び180度の位相信号を同時に検出できる。また、90度の位相信号及び270度の位相信号を同時に検出できる。これは、2回の投光受光プロセスにより、距離計測が可能であることを意味している。
0度(A0)、90度(A90)、180度(A180)及び270度(A270)の4つの位相信号は、それぞれ投光される光(照射光)のパルス周期に対して、時間的に0度、90度、180度及び270度の4つの位相に分割された位相信号である。このため、以下の数式を用いて、位相差角φを求めることができる。
図4は、比較例となる一般的なToFカメラ装置における、複数回にわたる撮像動作により得られる位相画像を示す図である。一般的なToFカメラ装置の場合、1回の撮像毎に、0度、180度、90度及び270度の各位相の位相画像を取得する。そして、各撮像で得られた、例えば0度の位相の各位相画像同士、又は、90度の位相の各位相画像同士等の、同じ位相の位相画像同士を加算処理することで、ダイナミックレンジを拡大した位相画像を得る。このダイナミックレンジを拡大した位相画像に基づいて、位相角の算出及び距離変換処理が行われる。
図5は、第1の実施の形態の測距撮像装置のイメージセンサ2における撮像動作を示す図である。この図5に示すように、第1の実施の形態の場合、図2に示す撮像制御部20は、1回の撮像で、同じ位相の位相画像を複数枚撮像するようにイメージセンサ2を制御する。撮像制御部20は、このような撮像制御を、各位相で行う。
図6は、第1の実施の形態の測距撮像装置のイメージセンサ2における撮像動作を説明するためのタイミングチャートである。このうち、図6(a)は、対象物に光を投光するタイミングを示し、図6(b)は、対象物からの反射光の受光タイミングを示す。また、図6(c)は、例えば0度の位相の位相信号の生成タイミングを示し、図6(d)は、例えば180度の位相の位相信号の生成タイミングを示す。
次に、図7は、位相画像の動き量の補正動作を説明するための図である。この図7は、例えば0度の位相の位相画像をN枚撮像し、180度の位相の位相画像をN枚撮像した状態を示している。また、図7に示す「位相0a」の位相画像は、0度の位相で撮像したN枚分の位相画像を各座標の画素毎に加算して生成した位相画像(加算位相画像の一例)を示し、「位相1a」の位相画像は、180度の位相で撮像したN枚分の位相画像を各座標の画素毎に加算して生成した位相画像(加算位相画像の一例)を示している。
Tackling 3D ToF Artifacts Through Learning and the FLAT Dataset
著者
Qi Guo (SEAS, Harvard University)、
Iuri Frosio
Orazio Gallo
Todd Zickler(SEAS, Harvard University)
Jan Kautz
公開日
Monday,September 10, 2018
公開元
ECCV(European Conference on Computer Vision) 2018
URL(Uniform Resource Locator)
https://research.nvidia.com/publication/2018-09_Tackling-3D-ToF
ここで、さらに正確に動き量の補正を行う場合について、図5の撮像動作を例に以下に記載する。モーション推定部24は、N枚の加算処理後の加算位相画像において、0度の位相の加算位相画像及び180度の位相の加算位相画像との間の動き量、180度の位相の加算位相画像及び90度の位相の加算位相画像との間の動き量、90度の位相の加算位相画像及び270度の位相の加算位相画像との間の動き量をそれぞれ求める。このとき、それぞれの位相画像の撮像動作の開始時刻の差はNtとなる。
以上の説明から明らかなように、第1の実施の形態の測距撮像装置は、1回の撮像で同じ位相のN枚の位相画像を撮像する動作を、位相毎に行う。そして、各位相のN枚の画像を加算処理することで、各位相の位相画像を生成する。これにより、各位相の位相画像のダイナミックレンジを、それぞれ拡大処理することができる。このため、ダイナミックレンジの広い位相画像に基づいて対象物までの距離を計算でき、測距精度の向上を図ることができる。このダイナミックレンジの拡大は、加算処理する各位相の位相画像の枚数を多くする程、大きくすることができる。
次に、第2の実施の形態の測距撮像装置の説明をする。
2 イメージセンサ
3 アナログ−デジタルコンバータ(ADC)
4 測距制御部
5 センサインタフェース(センサI/F)
6 光源駆動回路
7 入出力インタフェース(入出力I/F)
8 CPU
11 SSD
20 撮像制御部
21 記憶制御部
22 光源制御部
23 画像加算部
24 モーション推定部
25 位相画像補正部
26 距離計算部
27 出力制御部
Claims (7)
- 光源から対象物に対して光を照射することで得られる反射光を異なるタイミングで受光して複数種類の異なる位相の位相画像を撮像する位相画像撮像部を、1回の撮像動作で、同じ位相の複数枚の位相画像を撮像するように制御する撮像制御部と、
前記1回の撮像動作で撮像された前記同じ位相の複数枚の位相画像同士を加算処理することで、前記1回の撮像動作ごとに加算位相画像を生成して出力する画像加算部と、を備え、
前記撮像制御部は、前記位相画像撮像部に、前記複数種類の異なる位相ごとに前記撮像動作をさせるように制御すること
を特徴とする撮像装置。 - それぞれ異なる位相の前記加算位相画像に基づいて、異なる位相の前記加算位相画像間の動き量を検出する動き量検出部と、
検出された前記動き量に基づいて、前記加算位相画像に動き量補正処理した補正加算位相画像を出力する位相画像補正部と、をさらに備えること
を特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - それぞれ異なる位相の前記加算位相画像に基づいて、異なる位相の前記加算位相画像間の動き量を検出し、当該動き量に基づき加算処理前の前記複数枚の位相画像のごとの動き量を算出する、動き量検出部と、
前記複数枚の位相画像ごとの動き量に基づいて、前記位相画像に動き量補正処理した補正位相画像を生成する位相画像補正部と、をさらに備え、
前記画像加算部は、同じ位相の前記補正位相画像を加算処理した補正加算位相画像を出力すること
を特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される、複数の異なる位相の前記加算位相画像に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離計測部と、
を有する測距装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される、複数の異なる位相の前記補正加算位相画像に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離計測部と、
を有する測距装置。 - 前記撮像制御部は、1回の前記撮像動作において、第1の周波数で受光した位相画像と、前記第1の周波数より低い第2の周波数で受光した位相画像を生成するように前記位相画像撮像部を制御し、
前記距離計測部は、前記第2の周波数で受光した位相画像に基づいて算出された距離を用いて、前記対象物までの距離を補正すること
を特徴とする請求項4又は請求項5に記載の測距装置。 - 光源から対象物に対して光を照射することで得られる反射光を異なるタイミングで受光して複数種類の異なる位相の位相画像を撮像する位相画像撮像部を、1回の撮像動作で、同じ位相の複数枚の位相画像を撮像するように制御する撮像制御部と、
前記1回の撮像動作で撮像された前記同じ位相の複数枚の位相画像同士を加算処理することで、前記1回の撮像動作ごとに加算位相画像を生成して出力する画像加算部と、して機能させるプログラムであって、
前記撮像制御部は、前記位相画像撮像部に、前記複数種類の異なる位相ごとに前記撮像動作をさせるように制御すること
を特徴とするプログラム。
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