JP2022128516A - ranging camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般に、被写体までの距離を測定するための測距カメラに関し、より具体的には、被写体までの距離に応じた被写体像の倍率の変化が互いに異なる少なくとも2つの光学系によって形成された少なくとも2つの被写体像の像倍比に基づいて、被写体までの距離を測定する測距カメラに関する。 The present invention relates generally to a rangefinder camera for measuring the distance to an object, and more specifically to a rangefinder camera formed by at least two optical systems that differ from each other in the change in magnification of an object image according to the distance to the object. Also, the present invention relates to a distance measuring camera that measures the distance to a subject based on the image magnification ratio of at least two subject images.
近年、被写体を撮像することにより、被写体までの距離を測定する測距カメラが提案されている。このような測距カメラとしては、被写体からの光を集光し、被写体像を形成するための光学系と、該光学系によって形成された被写体像を画像信号に変換するための撮像素子とを2対以上備えるステレオカメラ方式の測距カメラや、被写体に対して一定パターン(例えば、格子パターン)の光を照射するためのプロジェクターと、一定パターンの光が照射された被写体を撮像するための撮像系とを備えるパターン照射式の測距カメラが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, distance measuring cameras have been proposed that measure the distance to a subject by taking an image of the subject. Such a distance measuring camera includes an optical system for condensing light from a subject and forming an image of the subject, and an image sensor for converting the image of the subject formed by the optical system into an image signal. A stereo camera type distance measuring camera equipped with two or more pairs, a projector for irradiating a subject with light of a certain pattern (for example, a lattice pattern), and an imager for capturing an image of the subject irradiated with light of a certain pattern. A pattern irradiation type distance measuring camera including a system is known (see, for example, Patent Document 1).
ステレオカメラ方式の測距カメラでは、光学系と撮像素子の組み合わせを2対以上用いることにより、異なる視差を有する複数の画像を取得し、取得した複数の画像間の視差に基づいて、被写体までの距離を算出する。複数の画像間の視差に基づいて被写体までの距離を正確に算出するためには、大きな視差を取得する必要がある。そのため、1つの測距カメラ内において、2つ以上の光学系を大きく離間して配置する必要があり、測距カメラのサイズが増大してしまう。また、ステレオカメラ方式の測距カメラでは、被写体が測距カメラから近い位置にある場合、得られる画像間の視差が小さく、被写体までの距離を正確に算出することが困難であるという問題があった。 A stereo-camera range-finding camera uses two or more pairs of optical systems and imaging devices to acquire multiple images with different parallaxes, and based on the parallaxes between the acquired multiple images, the distance to the subject is determined. Calculate the distance. In order to accurately calculate the distance to the object based on the parallax between multiple images, it is necessary to obtain a large parallax. Therefore, it is necessary to dispose two or more optical systems at a large distance in one ranging camera, which increases the size of the ranging camera. In addition, when a subject is located close to the rangefinder camera, the stereo camera type rangefinder camera has a problem that the parallax between the obtained images is small, making it difficult to accurately calculate the distance to the subject. rice field.
パターン照射方式の測距カメラでは、被写体に対して一定パターンの光を照射し、被写体に投影された一定パターンの歪みを解析することにより、被写体までの距離を測定している。そのため、パターン照射方式の測距カメラでは、被写体に対して一定パターンの光を照射するためのプロジェクターが必要となり、測距カメラの構成が大規模になってしまう。 In the pattern irradiation type ranging camera, the distance to the subject is measured by irradiating the subject with light of a predetermined pattern and analyzing the distortion of the predetermined pattern projected onto the subject. For this reason, the pattern irradiation type rangefinder camera requires a projector for irradiating the subject with light of a certain pattern, resulting in a large-scale configuration of the rangefinder camera.
本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、複数の画像間の視差を用いず、かつ、被写体への一定パターンの照射を行わずに、被写体までの距離を算出することが可能な測距カメラを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above conventional problems, and its object is to calculate the distance to a subject without using parallax between a plurality of images and without illuminating the subject in a certain pattern. To provide a distance measuring camera capable of
このような目的は、以下の(1)~(7)の本発明により達成される。
(1)被写体からの光を集光し、第1の被写体像を形成するための第1の光学系と、
前記被写体からの前記光を集光し、第2の被写体像を形成するための第2の光学系と、
前記第1の光学系によって形成された前記第1の被写体像および前記第2の光学系によって形成された前記第2の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第1の被写体像および前記第2の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
前記距離算出部は、前記第1の被写体像の倍率と前記第2の被写体像の倍率との像倍比に基づいて、前記被写体までの前記距離を算出し、
前記第1の被写体像の前記倍率と前記第2の被写体像の前記倍率との前記像倍比は、前記被写体までの前記距離に応じて変化し、
前記第1の光学系および前記第2の光学系は、前記第1の光学系の焦点距離と、前記第2の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第1の被写体像の前記倍率の変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第2の被写体像の前記倍率の変化と異なるようになっていることを特徴とする測距カメラ。
Such objects are achieved by the present invention of the following (1) to (7).
(1) a first optical system for condensing light from a subject and forming a first subject image;
a second optical system for condensing the light from the subject and forming a second subject image;
an imaging unit for capturing the first subject image formed by the first optical system and the second subject image formed by the second optical system;
a distance calculation unit for calculating a distance to the subject based on the first subject image and the second subject image captured by the imaging unit;
The distance calculation unit calculates the distance to the subject based on an image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image,
the image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image varies according to the distance to the subject;
The first optical system and the second optical system are configured such that the focal length of the first optical system and the focal length of the second optical system are different from each other. A change in the magnification of the first subject image according to the distance to the subject is different from a change in the magnification of the second subject image according to the distance to the subject. A rangefinder camera characterized by:
(2)前記第1の被写体像の前記倍率と前記第2の被写体像の前記倍率との前記像倍比の値と、前記被写体までの距離との間には、一対一関係が成立している上記(1)に記載の測距カメラ。 (2) A one-to-one relationship is established between the value of the image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image and the distance to the subject. The distance measuring camera according to (1) above.
(3)前記距離算出部は、少なくとも、
前記第1の被写体像の前記倍率と前記第2の被写体像の前記倍率との前記像倍比と、
前記第1の光学系の前記焦点距離と、
前記第2の光学系の前記焦点距離と、
前記第1の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第1の被写体像の結像位置までの距離と、
前記第2の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第2の被写体像の結像位置までの距離と、
前記撮像部の撮像面で前記第1の被写体像がベストピントとなる場合の前記第1の光学系の前側主点から前記被写体までの距離と、
前記撮像部の前記撮像面で前記第2の被写体像がベストピントとなる場合の前記第2の光学系の前側主点から前記被写体までの距離と、を用いて、前記被写体までの前記距離を算出する上記(1)または(2)に記載の測距カメラ。
(3) The distance calculation unit may at least:
the image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image;
the focal length of the first optical system;
the focal length of the second optical system;
a distance from the exit pupil of the first optical system to an imaging position of the first subject image when the subject exists at infinity;
a distance from the exit pupil of the second optical system to an imaging position of the second object image when the object exists at infinity;
a distance from the front principal point of the first optical system to the subject when the first subject image is in best focus on the imaging surface of the imaging unit;
the distance from the front principal point of the second optical system to the subject when the second subject image is in best focus on the imaging plane of the imaging unit, and The ranging camera according to (1) or (2) above.
(4)前記距離算出部は、さらに、前記第1の光学系の前記前側主点と前記第2の光学系の前記前側主点との間の奥行方向の差を用いて、前記被写体までの前記距離を算出する上記(3)に記載の測距カメラ。 (4) The distance calculator further calculates the distance to the subject using the difference in the depth direction between the front principal point of the first optical system and the front principal point of the second optical system. The ranging camera according to (3) above, which calculates the distance.
(5)被写体からの光を集光し、第1の被写体像を形成するための第1の光学系と、
前記被写体からの前記光を集光し、第2の被写体像を形成するための第2の光学系と、
前記第1の光学系によって形成された前記第1の被写体像および前記第2の光学系によって形成された前記第2の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第1の被写体像および前記第2の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
前記距離算出部は、少なくとも、
前記第1の被写体像の倍率と前記第2の被写体像の倍率との像倍比と、
前記第1の光学系の焦点距離と、
前記第2の光学系の焦点距離と、
前記第1の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第1の被写体像の結像位置までの距離と、
前記第2の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第2の被写体像の結像位置までの距離と、
前記撮像部の撮像面で前記第1の被写体像がベストピントとなる場合の前記第1の光学系の前側主点から前記被写体までの距離と、
前記撮像部の前記撮像面で前記第2の被写体像がベストピントとなる場合の前記第2の光学系の前側主点から前記被写体までの距離と、を用いて、前記被写体までの前記距離を算出することを特徴とする測距カメラ。
(5) a first optical system for condensing light from a subject and forming a first subject image;
a second optical system for condensing the light from the subject and forming a second subject image;
an imaging unit for capturing the first subject image formed by the first optical system and the second subject image formed by the second optical system;
a distance calculation unit for calculating a distance to the subject based on the first subject image and the second subject image captured by the imaging unit;
The distance calculation unit is configured to at least
an image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image;
a focal length of the first optical system;
a focal length of the second optical system;
a distance from the exit pupil of the first optical system to an imaging position of the first subject image when the subject exists at infinity;
a distance from the exit pupil of the second optical system to an imaging position of the second object image when the object exists at infinity;
a distance from the front principal point of the first optical system to the subject when the first subject image is in best focus on the imaging surface of the imaging unit;
the distance from the front principal point of the second optical system to the subject when the second subject image is in best focus on the imaging plane of the imaging unit, and A distance measuring camera characterized by calculating:
(6)前記距離算出部は、さらに、前記第1の光学系の前記前側主点と前記第2の光学系の前記前側主点との間の奥行方向の差を用いて、前記被写体までの前記距離を算出する上記(5)に記載の測距カメラ。 (6) The distance calculator further calculates the distance to the subject using the difference in the depth direction between the front principal point of the first optical system and the front principal point of the second optical system. The ranging camera according to (5) above, which calculates the distance.
(7)前記第1の被写体像の前記倍率と前記第2の被写体像の前記倍率との前記像倍比の値と、前記被写体までの距離との間には、一対一関係が成立している上記(5)または(6)に記載の測距カメラ。 (7) A one-to-one relationship is established between the value of the image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image and the distance to the subject. The ranging camera according to (5) or (6) above.
本発明の測距カメラでは、被写体までの距離に応じた被写体像の倍率の変化が互いに異なる少なくとも2つの光学系を用い、該2つの光学系によってそれぞれ形成された2つの被写体像の像倍比(倍率の比)に基づいて、被写体までの距離を測定することができる。そのため、本発明の測距カメラでは、従来の複数の画像間の視差を用いたステレオカメラ方式の測距カメラと異なり、大きな視差を確保する必要がないため、2つの光学系を近接して配置しても、被写体までの距離を正確に算出することができる。これにより、従来のステレオカメラ方式の測距カメラと比較して、測距カメラの小型化を実現することができる。また、本発明の測距カメラでは、被写体までの距離を算出するために視差を用いていないため、被写体が測距カメラから近い位置にある場合であっても、被写体までの距離を正確に測定することができる。また、本発明によれば、視差を考慮して測距カメラを設計する必要がなくなるため、測距カメラの設計の自由度を増大させることができる。 The distance measuring camera of the present invention uses at least two optical systems that differ in the change in magnification of the subject image according to the distance to the subject, and the image magnification ratio of the two subject images respectively formed by the two optical systems. Based on the (magnification ratio), the distance to the object can be measured. Therefore, in the ranging camera of the present invention, unlike conventional stereo camera type ranging cameras that use parallax between a plurality of images, there is no need to secure a large parallax, so two optical systems are arranged close to each other. However, the distance to the subject can be calculated accurately. As a result, it is possible to reduce the size of the distance measuring camera as compared with conventional stereo camera type distance measuring cameras. In addition, since the rangefinder camera of the present invention does not use parallax to calculate the distance to the subject, the distance to the subject can be accurately measured even if the subject is close to the rangefinder camera. can do. In addition, according to the present invention, since it is not necessary to design the range finding camera in consideration of parallax, the degree of freedom in designing the range finding camera can be increased.
また、本発明の測距カメラでは、従来のパターン照射方式の測距カメラと異なり、一定パターンの光を被写体に照射するプロジェクター等の特殊な光源を用いる必要がない。そのため、測距カメラのシステム構成をシンプルにすることができる。これにより、従来のパターン照射方式の測距カメラと比較して、測距カメラの小型化、軽量化、低消費電力化、および低コスト化を実現することができる。 Further, unlike the conventional pattern irradiation type range finding camera, the range finding camera of the present invention does not need to use a special light source such as a projector that irradiates a subject with light of a predetermined pattern. Therefore, the system configuration of the ranging camera can be simplified. As a result, it is possible to reduce the size, weight, power consumption, and cost of the range finding camera as compared with the conventional range finding camera of the pattern irradiation method.
最初に、本発明の測距カメラにおいて用いられている、被写体までの距離を算出するための原理について説明する。 First, the principle for calculating the distance to the subject, which is used in the distance measuring camera of the present invention, will be described.
光学系により形成される被写体像の倍率mODは、光学系の前側主点(前側主面)から被写体までの距離(被写体距離)a、光学系の後側主点(後側主面)から被写体像の結像位置までの距離bOD、および光学系の焦点距離fによって、レンズの公式から下記式(1)のように表すことができる。 The magnification m OD of the subject image formed by the optical system is the distance (subject distance) a from the front principal point (front principal surface) of the optical system to the subject, and the distance from the rear principal point (rear principal surface) of the optical system to The distance b OD to the imaging position of the subject image and the focal length f of the optical system can be expressed by the following formula (1) from the lens formula.
また、被写体像のサイズYODは、被写体像の倍率mODと、被写体の実際のサイズszから、下記式(2)のように表すことができる。 Also, the size YOD of the subject image can be expressed by the following formula (2) from the magnification mOD of the subject image and the actual size sz of the subject.
センサー等の撮像素子の撮像面が被写体像の結像位置にある場合、すなわち、ベストピントである場合、被写体像のサイズYODは、上記式(2)で表すことができる。光学系がオートフォーカス機能を有しており、常にベストピントで撮像を行う場合には、上記式(2)を用いて被写体像のサイズYODを求めることができる。 When the imaging surface of an imaging device such as a sensor is at the imaging position of the subject image, that is, when it is in best focus, the size YOD of the subject image can be expressed by the above equation (2). If the optical system has an autofocus function and the image is always taken with the best focus, the size YOD of the subject image can be obtained using the above equation (2).
しかしながら、光学系がオートフォーカス機能を有さない固定焦点系であり、センサー等の撮像素子の撮像面が被写体像の結像位置にない場合、すなわち、デフォーカスが存在する場合、撮像素子の撮像面上に形成される被写体像のサイズYFDを求めるためには、デフォーカス量、すなわち、被写体像の結像位置と撮像素子の撮像面の位置の奥行方向(光軸方向)の差(シフト量)を考慮する必要がある。 However, if the optical system is a fixed focus system that does not have an autofocus function, and the imaging surface of an imaging device such as a sensor is not at the imaging position of the subject image, that is, if there is defocus, the imaging device In order to obtain the size YFD of the subject image formed on the plane, the defocus amount, that is, the difference (shift amount) must be considered.
図1に示すように、光学系の射出瞳から、被写体が無限遠に存在する場合の被写体像の結像位置までの距離をEPとし、光学系の射出瞳から、被写体が任意の距離aに存在する場合の被写体像の結像位置までの距離をEPODとし、光学系の射出瞳から撮像素子の撮像面までの距離(フォーカス調整距離:Focus Distance)をEPFDとする。また、光学系の後側主点から、被写体が任意の距離aに存在する場合の被写体像の結像位置までの距離をbODとし、光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離をbFDとする。 As shown in FIG. 1, EP is the distance from the exit pupil of the optical system to the imaging position of the subject image when the subject exists at infinity. Let EP OD be the distance to the image forming position of the subject image when it exists, and EP FD be the distance from the exit pupil of the optical system to the image pickup surface of the image sensor (focus distance). Also, let bOD be the distance from the rear principal point of the optical system to the imaging position of the subject image when the subject is at an arbitrary distance a, and from the rear principal point of the optical system to the imaging surface of the imaging element Let b FD be the distance between .
光学系の後側主点から、任意の距離aに被写体が存在する場合の被写体像の結像位置までの距離bODは、レンズの公式から下記式(3)によって求めることができる。 The distance bOD from the rear principal point of the optical system to the imaging position of the object image when the object exists at an arbitrary distance a can be obtained from the lens formula by the following equation (3).
したがって、焦点距離fと距離bODとの差ΔbODは、下記式(4)によって求めることができる。 Therefore, the difference Δb OD between the focal length f and the distance b OD can be obtained by the following equation (4).
また、光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離bFDは、撮像素子の撮像面で被写体像がベストピントとなる場合の光学系の前側主点から被写体までの距離aFDを用いて、レンズの公式から下記式(5)によって求めることができる。 Also, the distance b FD from the rear principal point of the optical system to the imaging surface of the image sensor is the distance a FD from the front principal point of the optical system to the subject when the subject image is in the best focus on the imaging surface of the image sensor. can be obtained by the following equation (5) from the lens formula.
よって、焦点距離fと距離bFDとの差ΔbFDは、下記式(6)によって求めることができる。 Therefore, the difference Δb FD between the focal length f and the distance b FD can be obtained by the following formula (6).
また、図1から明らかなように、光軸と光学系の射出瞳との交点を頂点の一つとし、任意の距離aに被写体が存在する場合の被写体像の結像位置における被写体像のサイズYODを1つの辺とする直角三角形と、光軸と光学系の射出瞳との交点を頂点の一つとし、撮像素子の撮像面における被写体像のサイズYFDを1つの辺とする直角三角形とは相似関係にある。そのため、相似関係から、EPOD:EPFD=YOD:YFDが成立し、下記式(7)から撮像素子の撮像面における被写体像のサイズYFDを求めることができる。 As is clear from FIG. 1, the intersection of the optical axis and the exit pupil of the optical system is one of the vertices, and the size of the subject image at the imaging position of the subject image when the subject exists at an arbitrary distance a A right-angled triangle with Y OD as one side and the intersection of the optical axis and the exit pupil of the optical system as one of its vertices, and a right-angled triangle with one side as the size Y FD of the subject image on the imaging surface of the imaging device. have a similar relationship with Therefore, EP OD :EP FD =Y OD :Y FD is established from the similarity relationship, and the size Y FD of the subject image on the imaging surface of the imaging element can be obtained from the following equation (7).
上記式(7)から明らかなように、撮像素子の撮像面における被写体像のサイズYFDは、被写体の実際のサイズsz、光学系の焦点距離f、光学系の射出瞳から、被写体が無限遠に存在する場合の被写体像の結像位置までの距離EP、光学系から被写体までの距離(被写体距離)a、および撮像素子の撮像面で被写体像がベストピントとなる場合の光学系から被写体までの距離aFDの関数として表すことができる。 As is clear from the above formula (7), the size YFD of the subject image on the imaging surface of the image sensor is determined by the actual size sz of the subject, the focal length f of the optical system, and the exit pupil of the optical system, when the subject is at infinity. The distance EP to the imaging position of the subject image when it exists in the distance EP, the distance from the optical system to the subject (subject distance) a, and the distance from the optical system to the subject when the subject image is in the best focus on the imaging surface of the image sensor can be expressed as a function of FD .
次に、図2に示すように、同じ被写体100を、2つの撮像系IS1、IS2を用いて撮像した場合を想定する。第1の撮像系IS1は、被写体100からの光を集光し、第1の被写体像を形成する第1の光学系OS1と、第1の光学系OS1によって形成された第1の被写体像を撮像するための第1の撮像素子S1とを備えている。第2の撮像系IS2は、被写体100からの光を集光し、第2の被写体像を形成する第2の光学系OS2と、第2の光学系OS2によって形成された第2の被写体像を撮像するための第2の撮像素子S2とを備えている。また、図2から明らかなように、第1の撮像素子S1の第1の光学系OS1の光軸と、第2の撮像素子S2の第2の光学系OS2の光軸は一致していない。
Next, as shown in FIG. 2, it is assumed that the
第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、それぞれ焦点距離f1、f2を有する固定焦点の光学系である。第1の撮像系IS1が構成される際において、第1の光学系OS1の位置(レンズ位置)、すなわち、第1の光学系OS1と第1の撮像素子S1の離間距離は、任意の距離aFD1にある被写体100の第1の被写体像が第1の撮像素子S1の撮像面上に形成される、すなわち、任意の距離aFD1にある被写体100がベストピントとなるように調整されている。同様に、第2の撮像系IS2が構成される際において、第2の光学系OS2の位置(レンズ位置)、すなわち、第2の光学系OS2と第2の撮像素子S2の離間距離は、任意の距離aFD2にある被写体100の第2の被写体像が第2の撮像素子S2の撮像面上に形成される、すなわち、任意の距離aFD2にある被写体100がベストピントとなるように調整されている。
The first optical system OS1 and the second optical system OS2 are fixed focus optical systems having focal lengths f 1 and f 2 respectively. When the first imaging system IS1 is configured, the position (lens position) of the first optical system OS1, that is, the separation distance between the first optical system OS1 and the first imaging element S1 is an arbitrary distance a A first subject image of subject 100 at FD1 is formed on the imaging surface of first image sensor S1, that is, subject 100 at an arbitrary distance a FD1 is adjusted to be in best focus. Similarly, when the second imaging system IS2 is configured, the position (lens position) of the second optical system OS2, that is, the distance between the second optical system OS2 and the second imaging element S2 can be set arbitrarily. A second object image of the
また、第1の光学系OS1の射出瞳から、被写体100が無限遠に存在する場合の第1の被写体像の結像位置までの距離はEP1であり、第2の光学系OS2の射出瞳から、被写体100が無限遠に存在する場合の第2の被写体像の結像位置までの距離はEP2である。
Further, the distance from the exit pupil of the first optical system OS1 to the imaging position of the first object image when the
第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、第1の光学系OS1の前側主点(前側主面)と、第2の光学系OS2の前側主点(前側主面)との間に、奥行方向(光軸方向)の差Dが存在するよう構成および配置されている。すなわち、第1の光学系OS1の前側主点から被写体までの距離(被写体距離)をaとすると、第2の光学系OS2の前側主点から被写体までの距離は、a+Dとなる。 The first optical system OS1 and the second optical system OS2 are located between the front principal point (front principal surface) of the first optical system OS1 and the front principal point (front principal surface) of the second optical system OS2. , there is a difference D in the depth direction (optical axis direction). That is, when the distance from the front principal point of the first optical system OS1 to the subject (subject distance) is a, the distance from the front principal point of the second optical system OS2 to the subject is a+D.
図1を参照して説明した相似関係を利用することにより、第1の光学系OS1によって第1の撮像素子S1の撮像面上に形成される第1の被写体像の倍率m1は、下記式(8)で表すことができる。 By using the similarity relationship described with reference to FIG. 1 , the magnification m1 of the first object image formed on the imaging surface of the first imaging element S1 by the first optical system OS1 is obtained by the following formula: (8).
ここで、EPOD1は、第1の光学系OS1の射出瞳から、距離aに被写体100が存在する場合の第1の被写体像の結像位置までの距離であり、EPFD1は、第1の光学系OS1の射出瞳から、第1の撮像素子S1の撮像面までの距離である。これら距離EPOD1および距離EPFD1の位置関係は、第1の撮像系IS1が構成される際において、任意の距離aFD1にある被写体100がベストピントとなるように第1の光学系OS1の位置(レンズ位置)を調整することにより決定される。また、ΔbOD1は、焦点距離f1と、第1の光学系OS1の後側主点から、距離aに被写体100が存在する場合の第1の被写体像の結像位置までの距離bOD1との差であり、ΔbFD1は、焦点距離f1と、第1の光学系OS1の後側主点から第1の撮像素子S1の撮像面までの距離bFD1との差であり、mOD1は、距離aに被写体100が存在する場合の第1の被写体像の結像位置における第1の被写体像の倍率である。
Here, EP OD1 is the distance from the exit pupil of the first optical system OS1 to the imaging position of the first object image when the
上記式(1)、(4)および(6)が第1の光学系OS1による結像にも適用できるので、上記式(8)は、下記式(9)で表すことができる。 Since the above formulas (1), (4) and (6) can also be applied to imaging by the first optical system OS1, the above formula (8) can be expressed by the following formula (9).
ここで、aFD1は、第1の撮像素子S1の撮像面で第1の被写体像がベストピントとなる場合の第1の光学系OS1の前側主点から被写体100までの距離である。 Here, a FD1 is the distance from the front principal point of the first optical system OS1 to the subject 100 when the first subject image is best focused on the imaging surface of the first image sensor S1.
同様に、第2の光学系OS2によって第2の撮像素子S2の撮像面上に形成される第2の被写体像の倍率m2は、下記式(10)で表すことができる。 Similarly, the magnification m2 of the second object image formed on the imaging surface of the second imaging element S2 by the second optical system OS2 can be expressed by the following equation (10).
ここで、EPOD2は、第2の光学系OS2の射出瞳から、距離a+Dに被写体100が存在する場合の第2の被写体像の結像位置までの距離であり、EPFD2は、第2の光学系OS2の射出瞳から第2の撮像素子S2の撮像面までの距離である。これら距離EPOD2および距離EPFD2の位置関係は、第2の撮像系IS2が構成される際において、任意の距離aFD2にある被写体100がベストピントとなるように第2の光学系OS2の位置(レンズ位置)を調整することにより決定される。また、ΔbOD2は、焦点距離f2と、第2の光学系OS2の後側主点から、距離a+Dに被写体100が存在する場合の第2の被写体像の結像位置までの距離bOD2との差であり、ΔbFD2は、焦点距離f2と、第2の光学系OS2の後側主点から第2の撮像素子S2の撮像面までの距離bFD2との差であり、mOD2は、距離a+Dに被写体100が存在する場合の第2の被写体像の結像位置における第2の被写体像の倍率であり、aFD2は、第2の撮像素子S2の撮像面で第2の被写体像がベストピントとなる場合の第2の光学系OS2の前側主点から被写体100までの距離である。
Here, EP OD2 is the distance from the exit pupil of the second optical system OS2 to the imaging position of the second object image when the
したがって、第1の光学系OS1によって第1の撮像素子S1の撮像面上に形成される第1の被写体像の倍率m1と、第2の光学系OS2によって第2の撮像素子S2の撮像面上に形成される第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRは、下記式(11)で表すことができる。 Therefore, the magnification m1 of the first subject image formed on the imaging surface of the first imaging element S1 by the first optical system OS1 and the imaging surface of the second imaging element S2 by the second optical system OS2 The image magnification ratio MR to the magnification m2 of the second object image formed above can be expressed by the following equation (11).
ここで、Kは、係数であり、第1の撮像系IS1および第2の撮像系IS2の構成により決定される固定値f1、f2、EP1、EP2、aFD1、およびaFD2から構成される下記式(12)で表される。 where K is a coefficient and from fixed values f 1 , f 2 , EP 1 , EP 2 , a FD1 , and a FD2 determined by the configuration of the first imaging system IS1 and the second imaging system IS2, It is represented by the following formula (12).
上記式(11)から明らかなように、第1の光学系OS1によって第1の撮像素子S1の撮像面上に形成される第1の被写体像の倍率m1と、第2の光学系OS2によって第2の撮像素子S2の撮像面上に形成される第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRは、被写体100から第1の光学系OS1の前側主点までの距離aに応じて変化することがわかる。 As is clear from the above formula (11), the magnification m1 of the first subject image formed on the imaging surface of the first image sensor S1 by the first optical system OS1 and the magnification m1 by the second optical system OS2 The image magnification ratio MR between the magnification m2 of the second subject image formed on the imaging surface of the second image sensor S2 and the magnification m2 depends on the distance a from the subject 100 to the front principal point of the first optical system OS1. It can be seen that the
また、上記式(11)を距離aについて解くと、被写体100までの距離aについての一般式(13)を得ることができる。 Also, by solving the above equation (11) for the distance a, general equation (13) for the distance a to the subject 100 can be obtained.
上記式(13)中において、f1、f2、EP1、EP2、DおよびKは、第1の撮像系IS1および第2の撮像系IS2の構成により決定される固定値なので、像倍比MRを得ることができれば、被写体100から第1の光学系OS1の前側主点までの距離aを算出することができる。 In the above equation (13), since f 1 , f 2 , EP 1 , EP 2 , D and K are fixed values determined by the configurations of the first imaging system IS1 and the second imaging system IS2, the image magnification If the ratio MR can be obtained, the distance a from the subject 100 to the front principal point of the first optical system OS1 can be calculated.
図3には、上記式(13)に基づいて算出された、第1の光学系OS1によって第1の撮像素子S1の撮像面上に形成される第1の被写体像の倍率m1と、第2の光学系OS2によって第2の撮像素子S2の撮像面上に形成される第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRと、被写体100までの距離aとの関係の1例が示されている。図3から明らかなように、像倍比MRの値と、被写体100までの距離aとの間には、一対一関係が成立している。
一方、像倍比MRは、下記式(14)によって算出することができる。
FIG. 3 shows the magnification m1 of the first object image formed on the imaging surface of the first imaging element S1 by the first optical system OS1, calculated based on the above equation (13), and the An example of the relationship between the image magnification ratio MR between the magnification m2 of the second object image formed on the imaging surface of the second imaging element S2 by the second optical system OS2 and the distance a to the
On the other hand, the image magnification ratio MR can be calculated by the following formula (14).
ここで、szは、被写体100の実際のサイズ(高さまたは幅)、YFD1は、第1の光学系OS1によって第1の撮像素子S1の撮像面上に形成される第1の被写体像のサイズ(像高または像幅)、YFD2は、第2の光学系OS2によって第2の撮像素子S2の撮像面上に形成される第2の被写体像のサイズ(像高または像幅)である。
Here, sz is the actual size (height or width) of the
第1の被写体像のサイズYFD1および第2の被写体像のサイズYFD2は、第1の撮像素子S1および第2の撮像素子S2が第1の被写体像および第2の被写体像を撮像することにより取得される、第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号から算出することができる。そのため、実際に被写体100を第1の撮像系IS1および第2の撮像系IS2を用いて撮像することにより得られた第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号から、第1の被写体像のサイズYFD1および第2の被写体像のサイズYFD2を実測し、それに基づいて、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRを得ることができる。 The size Y FD1 of the first subject image and the size Y FD2 of the second subject image are obtained when the first image sensor S1 and the second image sensor S2 capture the first subject image and the second subject image. can be calculated from the image signal of the first subject image and the image signal of the second subject image obtained by . Therefore, from the image signal of the first subject image and the image signal of the second subject image obtained by actually imaging the subject 100 using the first imaging system IS1 and the second imaging system IS2, the second The size Y FD1 of the first subject image and the size Y FD2 of the second subject image are actually measured, and based on this, the image magnification ratio between the magnification m 1 of the first subject image and the magnification m 2 of the second subject image MR can be obtained.
本発明の測距カメラは、上述の原理により、実測される第1の被写体像のサイズYFD1および第2の被写体像のサイズYFD2に基づいて、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRを算出することにより、第1の光学系OS1の前側主点から被写体100までの距離aを算出する。
According to the principle described above, the distance measuring camera of the present invention determines the magnification m1 of the first object image and the second 2 , the distance a from the front principal point of the first optical system OS1 to the
なお、上記式(11)から明らかなように、第1の光学系OS1の焦点距離f1が第1の光学系OS1の焦点距離f2と等しく(f1=f2)、第1の光学系OS1の射出瞳から、被写体100が無限遠にある場合の第1の被写体像の結像位置までの距離EP1が、第2の光学系OS2の射出瞳から、被写体100が無限遠にある場合の第2の被写体像の結像位置までの距離EP2と等しく(EP1=EP2)、かつ、第1の光学系OS1の前側主点と、第2の光学系OS2の前側主点との間の奥行方向(光軸方向)の差Dが存在しない(D=0)場合、像倍比MRが距離aの関数として成立せず、像倍比MRは定数となる。この場合、被写体100までの距離aに応じた第1の被写体像の倍率m1の変化が、被写体100までの距離aに応じた第2の被写体像の倍率m2の変化と同一になってしまい、像倍比MRに基づいて第1の光学系OS1から被写体までの距離aを算出することが不可能となる。
As is clear from the above equation (11), the focal length f 1 of the first optical system OS1 is equal to the focal length f 2 of the first optical system OS1 (f 1 =f 2 ), and the first optical system OS The distance EP1 from the exit pupil of the system OS1 to the imaging position of the first object image when the object 100 is at infinity is the distance EP1 from the exit pupil of the second optical system OS2 when the
また、特別な条件として、f1≠f2、EP1≠EP2、かつD=0の場合であっても、f1=EP1かつf2=EP2の場合、像倍比MRが距離aの関数として成立せず、像倍比MRは定数となる。このような特別な場合にも、像倍比MRに基づいて第1の光学系OS1から被写体までの距離aを算出することが不可能となる。 Further, as a special condition, even if f 1 ≠f 2 , EP 1 ≠EP 2 , and D=0, if f 1 =EP 1 and f 2 =EP 2 , the image magnification ratio MR is the distance does not hold as a function of a, and the image magnification ratio MR becomes a constant. Even in such a special case, it becomes impossible to calculate the distance a from the first optical system OS1 to the object based on the image magnification ratio MR.
したがって、本発明の測距カメラでは、以下の3つの条件の少なくとも1つが満たされるよう、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が構成および配置され、これにより、被写体100までの距離aに応じた第1の被写体像の倍率m1の変化が、被写体100までの距離aに応じた第2の被写体像の倍率m2の変化と異なるようになっている。
Therefore, in the ranging camera of the present invention, the first optical system OS1 and the second optical system OS2 are configured and arranged so that at least one of the following three conditions is satisfied, whereby the distance to the subject 100 is A change in the magnification m1 of the first object image according to a is different from a change in the magnification m2 of the second object image according to the distance a to the
(第1の条件)第1の光学系OS1の焦点距離f1と、第2の光学系OS2の焦点距離f2とが、互いに異なる(f1≠f2)
(第2の条件)第1の光学系OS1の射出瞳から、被写体100が無限遠にある場合の第1の被写体像の結像位置までの距離EP1と、第2の光学系OS2の射出瞳から、被写体100が無限遠にある場合の第2の被写体像の結像位置までの距離EP2とが、互いに異なる(EP1≠EP2)
(第3の条件)第1の光学系OS1の前側主点と、第2の光学系OS2の前側主点との間に奥行方向(光軸方向)の差Dが存在する(D≠0)
(First Condition) The focal length f1 of the first optical system OS1 and the focal length f2 of the second optical system OS2 are different from each other ( f1≠f2)
(Second condition) Distance EP 1 from the exit pupil of the first optical system OS1 to the imaging position of the first object image when the
(Third condition) There is a difference D in the depth direction (optical axis direction) between the front principal point of the first optical system OS1 and the front principal point of the second optical system OS2 (D≠0).
加えて、上記第1~第3の条件の少なくとも1つを満たしていたとしても、上述したような特別な場合(f1≠f2、EP1≠EP2、D=0、f1=EP1かつf2=EP2)には、像倍比MRが距離aの関数として成立せず、像倍比MRに基づいて、第1の光学系OS1から被写体までの距離aを算出することが不可能となる。したがって、像倍比MRに基づいて第1の光学系OS1から被写体までの距離aを算出するために、本発明の測距カメラは、像倍比MRが距離aの関数として成立しているという第4の条件をさらに満たすよう構成されている。 In addition, even if at least one of the first to third conditions is satisfied, the above-mentioned special cases (f 1 ≠f 2 , EP 1 ≠EP 2 , D=0, f 1 =EP 1 and f 2 =EP 2 ), the image magnification ratio MR does not hold as a function of the distance a, and the distance a from the first optical system OS1 to the subject can be calculated based on the image magnification ratio MR. becomes impossible. Therefore, in order to calculate the distance a from the first optical system OS1 to the subject based on the image magnification ratio MR, the distance measuring camera of the present invention establishes the image magnification ratio MR as a function of the distance a. It is configured to further satisfy the fourth condition.
そのため、本発明の測距カメラを用いて取得された第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号から実測される第1の被写体像のサイズYFD1および第2の被写体像のサイズYFD2から像倍比MRを算出することにより、第1の光学系OS1の前側主点から被写体100までの距離aを算出することができる。
Therefore, the size Y FD1 of the first subject image and the second subject image actually measured from the image signal of the first subject image and the image signal of the second subject image obtained using the ranging camera of the present invention By calculating the image magnification ratio MR from the size Y FD2 of , the distance a from the front principal point of the first optical system OS1 to the
以下、上述の原理を利用して、第1の光学系OS1の前側主点から被写体100までの距離aを算出する本発明の測距カメラを、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳述する。
The distance measuring camera of the present invention, which calculates the distance a from the front principal point of the first optical system OS1 to the
<第1実施形態>
最初に、図4を参照して本発明の測距カメラの第1実施形態を説明する。図4は、本発明の第1実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the distance measuring camera of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram schematically showing a ranging camera according to the first embodiment of the invention.
図4に示す測距カメラ1は、測距カメラ1の制御を行う制御部2と、被写体100からの光を集光し、第1の被写体像を形成するための第1の光学系OS1と、被写体100からの光を集光し、第2の被写体像を形成するための第2の光学系OS2と、第1の光学系OS1によって形成された第1の被写体像および第2の光学系OS2によって形成された第2の被写体像を撮像するための撮像部Sと、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRと、被写体100までの距離aとを関連付ける関連付情報を記憶している関連付情報記憶部3と、撮像部Sによって撮像された第1の被写体像および第2の被写体像に基づいて、被写体100までの距離を算出するための距離算出部4と、撮像部Sが取得した第1の被写体像または第2の被写体像と、距離算出部4によって算出された被写体100までの距離aとに基づいて、被写体100の3次元画像を生成するための3次元画像生成部5と、液晶パネル等の任意の情報を表示するための表示部6と、使用者による操作を入力するための操作部7と、外部デバイスとの通信を実行するための通信部8と、測距カメラ1の各コンポーネント間のデータの授受を実行するためのデータバス9と、を備えている。
The ranging
本実施形態の測距カメラ1は、像倍比MRに基づいて被写体100までの距離aを算出するために要求される上述の3つの条件の内、第1の光学系OS1の焦点距離f1と、第2の光学系OS2の焦点距離f2とが、互いに異なる(f1≠f2)という第1の条件が満たされるよう、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が構成されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、上述の3つの条件の内、その他の2つの条件(EP1≠EP2およびD≠0)を満たすように構成および配置されていない。さらに、本実施形態の測距カメラ1は、像倍比MRが距離aの関数として成立しているという第4の条件が満たされるよう構成されている。
Of the above three conditions required for calculating the distance a to the
そのため、像倍比MRを用いて被写体100までの距離aを算出するための上記一般式(13)は、EP1=EP2=EPおよびD=0の条件により単純化され、下記式(15)で表すことができる。
Therefore, the above general formula (13) for calculating the distance a to the
ここで、係数Kは、下記式(16)で表される。 Here, the coefficient K is represented by the following formula (16).
本実施形態の測距カメラ1は、撮像部Sによって被写体100を撮像することにより第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRを算出し、さらに、上記式(15)を用いて、被写体100までの距離aを算出する。
The
以下、測距カメラ1の各コンポーネントについて詳述する。制御部2は、データバス9を介して、各コンポーネントとの間の各種データや各種指示の授受を行い、測距カメラ1の制御を実行する。制御部2は、演算処理を実行するためのプロセッサーと、測距カメラ1の制御を行うために必要なデータ、プログラム、モジュール等を保存しているメモリーとを備えており、制御部2のプロセッサーは、メモリー内に保存されているデータ、プログラム、モジュール等を用いることにより、測距カメラ1の制御を実行する。また、制御部2のプロセッサーは、測距カメラ1の各コンポーネントを用いることにより、所望の機能を提供することができる。例えば、制御部2のプロセッサーは、距離算出部4を用いることにより、撮像部Sによって撮像された第1の被写体像および第2の被写体像に基づいて、被写体100までの距離aを算出するための処理を実行することができる。
Each component of the ranging
制御部2のプロセッサーは、例えば、1つ以上のマイクロプロセッサー、マイクロコンピューター、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー(DSP)、中央演算処理装置(CPU)、メモリーコントールユニット(MCU)、画像処理用演算処理装置(GPU)、状態機械、論理回路、特定用途向け集積回路(ASIC)、またはこれらの組み合わせ等のコンピューター可読命令に基づいて信号操作等の演算処理を実行する演算ユニットである。特に、制御部2のプロセッサーは、制御部2のメモリー内に保存されているコンピューター可読命令(例えば、データ、プログラム、モジュール等)をフェッチし、信号操作および制御を実行するよう構成されている。 The processor of the control unit 2 is, for example, one or more microprocessors, microcomputers, microcontrollers, digital signal processors (DSPs), central processing units (CPUs), memory control units (MCUs), arithmetic processing units for image processing. An arithmetic unit that performs arithmetic operations such as signal manipulation based on computer readable instructions such as (GPU), state machines, logic circuits, application specific integrated circuits (ASIC), or combinations thereof. In particular, the processor of controller 2 is configured to fetch computer readable instructions (eg, data, programs, modules, etc.) stored in memory of controller 2 and to perform signal manipulation and control.
制御部2のメモリーは、揮発性記憶媒体(例えば、RAM、SRAM、DRAM)、不揮発性記憶媒体(例えば、ROM、EPROM、EEPROM、フラッシュメモリー、ハードディスク、光ディスク、CD-ROM、デジタル多用途ディスク(DVD)、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク)、またはこれらの組み合わせを含む着脱式または非着脱式のコンピューター可読媒体である。 The memory of the control unit 2 includes volatile storage media (eg, RAM, SRAM, DRAM), non-volatile storage media (eg, ROM, EPROM, EEPROM, flash memory, hard disk, optical disk, CD-ROM, digital versatile disk ( DVD), magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk), or any combination thereof, removable or non-removable.
第1の光学系OS1は、被写体100からの光を集光し、撮像部Sの第1の撮像素子S1の撮像面上に第1の被写体像を形成する機能を有する。第2の光学系OS2は、被写体100からの光を集光し、撮像部Sの第2の撮像素子S2の撮像面上に第2の被写体像を形成するための機能を有する。第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、1つ以上のレンズと絞り等の光学素子から構成されている。また、図示のように、第1の光学系OS1の光軸と、第2の光学系OS2の光軸は一致してない。 The first optical system OS1 has a function of condensing light from the subject 100 and forming a first subject image on the imaging surface of the first imaging element S1 of the imaging section S. The second optical system OS2 has a function of condensing light from the subject 100 and forming a second subject image on the imaging surface of the second imaging element S2 of the imaging section S. The first optical system OS1 and the second optical system OS2 are composed of optical elements such as one or more lenses and a diaphragm. Also, as shown in the figure, the optical axis of the first optical system OS1 and the optical axis of the second optical system OS2 do not match.
上述のように、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、第1の光学系OS1の焦点距離f1と第2の光学系OS2の焦点距離f2とが、互いに異なるよう(f1≠f2)、構成されている。これにより、第1の光学系OS1によって形成される第1の被写体像の倍率m1の被写体100までの距離aに応じた変化が、第2の光学系OS2によって形成される第2の被写体像の倍率m2の被写体100までの距離に応じた変化と異なるようになっている。
As described above, the first optical system OS1 and the second optical system OS2 are arranged such that the focal length f1 of the first optical system OS1 and the focal length f2 of the second optical system OS2 are different from each other ( f 1 ≠f 2 ), is configured. As a result, the change of the magnification m1 of the first object image formed by the first optical system OS1 in accordance with the distance a to the
なお、本実施形態における第1の光学系OS1の構成および第2の光学系OS2の構成および配置は、上述の第1の条件(f1≠f2)が満たされており、それにより、被写体100までの距離aに対する第1の被写体像の倍率m1の変化と、被写体100までの距離aに対する第2の被写体像の倍率m2の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。
Note that the configuration of the first optical system OS1 and the configuration and arrangement of the second optical system OS2 in this embodiment satisfy the first condition (f 1 ≠f 2 ) described above. What if the change in the magnification m1 of the first object image with respect to the distance a to 100 and the change in the magnification m2 of the second object image with respect to the distance a to the
撮像部Sは、第1の光学系OS1によって形成された第1の被写体像および第2の光学系OS2によって形成された第2の被写体像を撮像し、第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号を取得する機能を有している。本実施形態では、撮像部Sは、第1の被写体像を撮像し、第1の被写体像の画像信号を取得するための第1の撮像素子S1と、第2の被写体像を撮像し、第2の被写体像の画像信号を取得するための第2の撮像素子S2と、を備えている。 The imaging unit S captures a first object image formed by the first optical system OS1 and a second object image formed by the second optical system OS2, and outputs an image signal of the first object image and a second object image. 2 has a function of acquiring the image signal of the subject image. In the present embodiment, the imaging unit S includes a first imaging element S1 for capturing a first subject image and acquiring an image signal of the first subject image, capturing a second subject image, and capturing a second subject image. and a second image sensor S2 for acquiring image signals of two subject images.
なお、図示の形態では、第1の撮像素子S1および第1の光学系OS1が、同一の筐体内に設けられており、第2の撮像素子S2および第2の光学系OS2が、別の同一の筐体内に設けられているが、本発明はこれに限られない。第1の光学系OS1、第2の光学系OS2、第1の撮像素子S1、および第2の撮像素子S2がすべて同一の筐体内に設けられているような様態も、本発明の範囲内である。 In the illustrated embodiment, the first imaging device S1 and the first optical system OS1 are provided in the same housing, and the second imaging device S2 and the second optical system OS2 are provided in another identical housing. However, the present invention is not limited to this. A mode in which the first optical system OS1, the second optical system OS2, the first imaging element S1, and the second imaging element S2 are all provided in the same housing is also within the scope of the present invention. be.
第1の撮像素子S1および第2の撮像素子S2は、ベイヤー配列等の任意のパターンで配列されたRGB原色系カラーフィルターやCMY補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するCMOS画像センサーやCCD画像センサー等のカラー撮像素子であってもよいし、そのようなカラーフィルターを有さない白黒撮像素子であってもよい。 The first imaging element S1 and the second imaging element S2 are CMOS image sensors and CCD images having color filters such as RGB primary color filters and CMY complementary color filters arranged in an arbitrary pattern such as a Bayer array. It may be a color image sensor such as a sensor, or a monochrome image sensor without such a color filter.
第1の光学系OS1によって、第1の撮像素子S1の撮像面上に第1の被写体像が形成され、第1の撮像素子S1によって第1の被写体像のカラーまたは白黒の画像信号が取得される。取得された第1の被写体像の画像信号は、データバス9を介して、制御部2や距離算出部4に送られる。同様に、第2の光学系OS2によって、第2の撮像素子S2の撮像面上に第2の被写体像が形成され、第2の撮像素子S2によって第2の被写体像のカラーまたは白黒の画像信号が取得される。取得された第2の被写体像の画像信号は、データバス9を介して、制御部2や距離算出部4に送られる。距離算出部4に送られた第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号は、被写体100までの距離aを算出するために用いられる。一方、制御部2に送られた第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号は、表示部6による画像表示や通信部8による画像信号の通信のために用いられる。
The first optical system OS1 forms a first subject image on the imaging surface of the first image sensor S1, and the first image sensor S1 acquires color or black-and-white image signals of the first subject image. be. The acquired image signal of the first subject image is sent to the control section 2 and the distance calculation section 4 via the
関連付情報記憶部3は、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MR(m2/m1)と、第1の光学系OS1の前側主点から被写体100までの距離(被写体距離)aとを関連付ける関連付情報を記憶するための任意の不揮発性記録媒体(例えば、ハードディスク、フラッシュメモリー)である。関連付情報記憶部3に保存されている関連付情報は、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MR(m2/m1)から、被写体100までの距離aを算出するための情報である。
The association
典型的には、関連付情報記憶部3に保存されている関連付情報は、像倍比MRに基づいて被写体100までの距離aを算出するための上記式(15)(または、一般式(13))、並びに、該式中の第1の光学系OS1および第2の光学系OS2の構成および配置によって決定される上述の固定値(上記式(15)用であれば、固定値であるf1、f2、EP、およびK)である。代替的に、関連付情報記憶部3に保存されている関連付情報は、像倍比MRと被写体100までの距離aとを一意に対応づけたルックアップテーブルであってもよい。関連付情報記憶部3に保存されているこのような関連付情報を参照することにより、像倍比MRに基づいて被写体100までの距離aを算出することが可能となる。
Typically, the association information stored in the association
距離算出部4は、撮像部Sによって撮像された第1の被写体像および第2の被写体像に基づいて、被写体100までの距離aを算出する機能を有している。より具体的には、距離算出部4は、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRに基づいて、被写体100までの距離aを算出する機能を有している。距離算出部4は、撮像部Sの第1の撮像素子S1から第1の被写体像の画像信号を受信し、さらに、撮像部Sの第2の撮像素子S2から第2の被写体像の画像信号を受信する。 The distance calculator 4 has a function of calculating the distance a to the subject 100 based on the first subject image and the second subject image captured by the imaging section S. FIG. More specifically, the distance calculator 4 calculates the distance a to the subject 100 based on the image magnification ratio MR between the magnification m1 of the first subject image and the magnification m2 of the second subject image. have a function. The distance calculator 4 receives the image signal of the first subject image from the first image sensor S1 of the image sensor S, and further receives the image signal of the second subject image from the second image sensor S2 of the image sensor S. receive.
その後、距離算出部4は、第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号に対して、Cannyのようなフィルター処理を施し、第1の被写体像の画像信号内における第1の被写体像のエッジ部および第2の被写体像の画像信号内における第2の被写体像のエッジ部を抽出する。距離算出部4は、抽出した第1の被写体像のエッジ部に基づいて、第1の被写体像のサイズ(像幅または像高)YFD1を算出し、さらに、抽出した第2の被写体像のエッジ部に基づいて、第2の被写体像のサイズ(像幅または像高)YFD2を算出する。 After that, the distance calculation unit 4 performs filter processing such as Canny on the image signal of the first subject image and the image signal of the second subject image, and calculates the first distance in the image signal of the first subject image. and edge portions of the second subject image in the image signal of the second subject image. The distance calculation unit 4 calculates the size (image width or image height) YFD1 of the first subject image based on the extracted edge portion of the first subject image, and further calculates the size of the extracted second subject image. Based on the edge portion, the size (image width or image height) YFD2 of the second object image is calculated.
距離算出部4が、抽出した第1の被写体像のエッジ部および第2の被写体像のエッジ部に基づいて、第1の被写体像のサイズYFD1および第2の被写体像のサイズYFD2を算出する方法は特に限定されないが、例えば、各画像信号中において、被写体像のエッジ部の最も上側にある部分と最も下側にある部分との離間距離を被写体像の像高としてもよいし、被写体像のエッジ部の最も左側にある部分と最も右側にある部分との離間距離を被写体像の像幅としてもよい。 The distance calculation unit 4 calculates the size Y FD1 of the first subject image and the size Y FD2 of the second subject image based on the extracted edge portion of the first subject image and the edge portion of the second subject image. Although the method is not particularly limited, for example, in each image signal, the separation distance between the uppermost part and the lowermost part of the edge part of the subject image may be used as the image height of the subject image, or The distance between the leftmost edge portion and the rightmost edge portion of the image may be used as the image width of the subject image.
その後、距離算出部4は、算出した第1の被写体像のサイズYFD1および第2の被写体像のサイズYFD2に基づき、上記式(14)MR=YFD2/YFD1によって、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRを算出する。像倍比MRが算出されると、距離算出部4は、関連付情報記憶部3に保存されている関連付情報を参照し、像倍比MRに基づいて、被写体100までの距離aを算出(特定)する。
After that, the distance calculation unit 4 calculates the first object image size Y FD1 and the second object image size Y FD2 according to the above equation (14) MR=Y FD2 /Y FD1 . An image magnification ratio MR between the image magnification m1 and the second object image magnification m2 is calculated. When the image magnification ratio MR is calculated, the distance calculation unit 4 refers to the association information stored in the association
3次元画像生成部5は、距離算出部4によって算出された被写体100までの距離aおよび撮像部Sが取得した被写体100の2次元画像(第1の被写体像の画像信号または第2の被写体像の画像信号)に基づいて、被写体100の3次元画像を生成する機能を有している。ここで言う「被写体100の3次元画像」とは、通常の被写体100のカラーまたは白黒の2次元画像の各ピクセルに対して、算出された被写体100までの距離aが関連付けられているデータを意味する。 The three-dimensional image generation unit 5 generates the distance a to the subject 100 calculated by the distance calculation unit 4 and the two-dimensional image of the subject 100 acquired by the imaging unit S (the image signal of the first subject image or the second subject image image signal) to generate a three-dimensional image of the subject 100 . Here, the "three-dimensional image of the subject 100" means data in which the calculated distance a to the subject 100 is associated with each pixel of a normal two-dimensional image of the subject 100 in color or black and white. do.
表示部6は、液晶表示部等のパネル型表示部であり、制御部2のプロセッサーからの信号に応じて、撮像部Sによって取得された被写体100の2次元画像(第1の被写体像の画像信号または第2の被写体像の画像信号)、距離算出部4によって算出された被写体100までの距離a、3次元画像生成部5によって生成された被写体100の3次元画像のような画像、測距カメラ1を操作するための情報等が文字または画像の形態で表示部6に表示される。
The
操作部7は、測距カメラ1の使用者が操作を実行するために用いられる。操作部7は、測距カメラ1の使用者が操作を実行することができれば特に限定されず、例えば、マウス、キーボード、テンキー、ボタン、ダイヤル、レバー、タッチパネル等を操作部7として用いることができる。操作部7は、測距カメラ1の使用者による操作に応じた信号を制御部2のプロセッサーに送信する。
The operation unit 7 is used by the user of the
通信部8は、測距カメラ1に対するデータの入力または測距カメラ1から外部デバイスへのデータの出力を行う機能を有している。通信部8は、インターネットのようなネットワークに接続可能に構成されていてもよい。この場合、測距カメラ1は、通信部8を用いることにより、外部に設けられたウェブサーバーやデータサーバーのような外部デバイスと通信を行うことができる。
The
このように、本実施形態の測距カメラ1では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が、第1の光学系OS1の焦点距離f1と第2の光学系OS2の焦点距離f2とが、互いに異なるよう(f1≠f2)、構成されており、これにより、被写体100までの距離aに対する第1の被写体像の倍率m1の変化と、被写体100までの距離aに対する第2の被写体像の倍率m2の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本発明の測距カメラ1は、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MR(m2/m1)に基づいて、被写体100までの距離aを一意に算出することができる。
Thus, in the
<第2実施形態>
次に、図5を参照して、本発明の第2実施形態に係る測距カメラ1について詳述する。図5は、本発明の第2実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
<Second embodiment>
Next, with reference to FIG. 5, the
以下、第2実施形態の測距カメラ1について、第1実施形態の測距カメラ1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第2実施形態の測距カメラ1は、撮像部Sが第1の撮像素子S1のみから構成されている点、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が同一の筐体内に設けられている点、該筐体内に第1のシャッター10a、第2のシャッター10b、ミラー11とプリズム12が設けられている点を除き、第1実施形態の測距カメラ1と同様である。
In the following, the
図5に示すように、本実施形態では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が同一筐体内に配置されている。また、第1の光学系OS1の前面側(被写体側)に、第1の光学系OS1への被写体100からの光の入射を遮断する第1のシャッター10aが配置され、第2の光学系OS2の前面側に、第2の光学系OS2への被写体100からの光の入射を遮断する第2のシャッター10bが配置されている。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the first optical system OS1 and the second optical system OS2 are arranged in the same housing. In addition, a
第1のシャッター10aおよび第2のシャッター10bは、制御部2のプロセッサーによって制御され、制御部2のプロセッサーからの信号に応じて開閉する。第1のシャッター10aおよび第2のシャッター10bは、双方のいずれか一方のみが開かれるように制御され、同時に開かれることはない。
The
また、第2の光学系OS2によって集光される光の光路上には、ミラー11およびプリズム12が配置されている。第2のシャッター10bを通過し、第2の光学系OS2によって集光された光は、ミラー11およびプリズム12を通過し、第1の撮像素子S1の撮像面上に到達する。これにより、第2の被写体像が、第1の撮像素子S1の撮像面上に形成される。図示のように、本実施形態では、第1の光学系OS1の光軸と、第2の光学系OS2の光軸は、プリズム12から第1の撮像素子S1までの区間において一致するが、それ以外の区間、例えば、被写体100から第1の光学系OS1または第2の光学系OS2までの区間では、一致しない。
A mirror 11 and a
第1のシャッター10aが開かれると、被写体100からの光が第1の光学系OS1へ入射し、第1の撮像素子S1の撮像面上に第1の被写体像が形成される。この際、第1の撮像素子S1は、第1の被写体像の画像信号を取得し、制御部2や距離算出部4に第1の被写体像の画像信号を送る。
When the
一方、第2のシャッター10bが開かれると、被写体100からの光が第2の光学系OS2へ入射し、ミラー11やプリズム12を介して、第1の撮像素子S1の撮像面上に第2の被写体像が形成される。この際、第1の撮像素子S1は、第2の被写体像の画像信号を取得し、制御部2や距離算出部4に第2の被写体像の画像信号を送る。
On the other hand, when the
このように、本実施形態においては、制御部2のプロセッサーによる制御によって、第1のシャッター10aおよび第2のシャッター10bのいずれか一方が開かれる。このような制御によって、測距カメラ1は、第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号を分離して取得することができる。
Thus, in the present embodiment, either one of the
本実施形態によっても、上述の第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。また、本実施形態では、撮像部Sを、第1の光学系OS1によって形成される第1の被写体像および第2の光学系OS2によって形成される第2の被写体像の双方を撮像する単一の撮像素子(第1の撮像素子S1)で構成することができる。そのため、測距カメラ1の小型化および低コスト化を実現することができる。
This embodiment can also exhibit the same effect as the above-described first embodiment. Further, in this embodiment, the imaging unit S is a single unit for capturing both the first object image formed by the first optical system OS1 and the second object image formed by the second optical system OS2. image sensor (first image sensor S1). Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the ranging
<第3実施形態>
次に、図6を参照して、本発明の第3実施形態に係る測距カメラ1について詳述する。図6は、本発明の第3実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
<Third Embodiment>
Next, with reference to FIG. 6, the
以下、第3実施形態の測距カメラ1について、第1実施形態の測距カメラ1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の測距カメラ1は、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2の構成が変更されている点を除き、第1実施形態の測距カメラ1と同様である。
In the following, the
本実施形態の測距カメラ1は、像倍比MRに基づいて被写体100までの距離aを算出するために要求される上述の3つの条件の内、第1の光学系OS1の射出瞳から、被写体100が無限遠にある場合の第1の被写体像の結像位置までの距離EP1と、第2の光学系OS2の射出瞳から、被写体100が無限遠にある場合の第2の被写体像の結像位置までの距離EP2とが、互いに異なる(EP1≠EP2)という第2の条件が満たされるよう、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が構成されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、上述の3つの条件の内、その他の2つの条件(f1≠f2およびD≠0)を満たすように構成および配置されていない。さらに、本実施形態の測距カメラ1は、像倍比MRが距離aの関数として成立しているという第4の条件が満たされるよう構成されている。
Of the above three conditions required for calculating the distance a to the
そのため、像倍比MRに基づいて被写体100までの距離aを算出するための上記一般式(13)は、f1=f2=fおよびD=0の条件により単純化され、下記式(17)で表すことができる。
Therefore, the above general formula (13) for calculating the distance a to the
ここで、係数Kは、下記式(18)で表される。 Here, the coefficient K is represented by the following formula (18).
このように、本実施形態の測距カメラ1では、第1の光学系OS1の射出瞳から、被写体100が無限遠にある場合の第1の被写体像の結像位置までの距離EP1と、第2の光学系OS2の射出瞳から、被写体100が無限遠にある場合の第2の被写体像の結像位置までの距離EP2とが、互いに異なるよう(EP1≠EP2)、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が構成されており、これにより、被写体100までの距離aに対する第1の被写体像の倍率m1の変化と、被写体100までの距離aに対する第2の被写体像の倍率m2の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の測距カメラ1は、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MR(m2/m1)に基づいて、被写体100までの距離aを一意に算出することができる。
Thus, in the
本実施形態によっても、上述の第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態における第1の光学系OS1および第2の光学系OS2の構成および配置は、上述の第2の条件(EP1≠EP2)が満たされており、それにより、被写体100までの距離aに対する第1の被写体像の倍率m1の変化と、被写体100までの距離aに対する第2の被写体像の倍率m2の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。
This embodiment can also exhibit the same effect as the above-described first embodiment. Note that the configuration and arrangement of the first optical system OS1 and the second optical system OS2 in this embodiment satisfy the second condition (EP 1 ≠EP 2 ) described above. If the change in the magnification m1 of the first object image with respect to the distance a to the object 100 and the change in the magnification m2 of the second object image with respect to the distance a to the
<第4実施形態>
次に、図7を参照して、本発明の第4実施形態に係る測距カメラ1について詳述する。図7は、本発明の第4実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
<Fourth Embodiment>
Next, with reference to FIG. 7, the
以下、第4実施形態の測距カメラ1について、第3実施形態の測距カメラ1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の測距カメラ1と第3実施形態の測距カメラ1との相違点は、上述した第2実施形態の測距カメラ1と第1実施形態の測距カメラ1との相違点と同様である。すなわち、第4実施形態の測距カメラ1では、撮像部Sが第1の撮像素子S1のみから構成されている点、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が同一の筐体内に設けられている点、該筐体内に第1のシャッター10a、第2のシャッター10b、ミラー11とプリズム12が設けられている点を除き、第3実施形態の測距カメラ1と同様である。
In the following, the
第2実施形態の測距カメラ1と同様に、本実施形態の測距カメラ1では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が同一筐体内に配置されている。また、第1の光学系OS1の前面側(被写体側)に、第1の光学系OS1への被写体100からの光の入射を遮断する第1のシャッター10aが配置され、第2の光学系OS2の前面側に、第2の光学系OS2への被写体100からの光の入射を遮断する第2のシャッター10bが配置されている。
As with the
第1のシャッター10aおよび第2のシャッター10bは、上述した第2実施形態と同様の動作を行うので、測距カメラ1は、単一の撮像素子(第1の撮像素子S1)のみを用いて、第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号を分離して取得することができる。
Since the
本実施形態によっても、上述の第3実施形態と同様の効果を発揮することができる。また、上述した第2実施形態と同様に、本実施形態では、撮像部Sを、第1の光学系OS1によって形成される第1の被写体像および第2の光学系OS2によって形成される第2の被写体像の双方を撮像する単一の撮像素子(第1の撮像素子S1)で構成することができる。そのため、測距カメラ1の小型化および低コスト化を実現することができる。
This embodiment can also exhibit the same effect as the above-described third embodiment. Further, similarly to the above-described second embodiment, in the present embodiment, the imaging unit S is formed by the first object image formed by the first optical system OS1 and the second object image formed by the second optical system OS2. can be configured with a single image sensor (first image sensor S1) that captures both of the subject images. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the ranging
<第5実施形態>
次に、図8を参照して、本発明の第5実施形態に係る測距カメラ1について詳述する。図8は、本発明の第5実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
<Fifth Embodiment>
Next, referring to FIG. 8, the
以下、第5実施形態の測距カメラ1について、第1実施形態の測距カメラ1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の測距カメラ1は、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2の構成および配置が変更されている点を除き、第1実施形態の測距カメラ1と同様である。
In the following, the
本実施形態の測距カメラ1は、像倍比MRに基づいて被写体100までの距離aを算出するために要求される上述の3つの条件の内、第1の光学系OS1の前側主点と、第2の光学系OS2の前側主点との間に奥行方向(光軸方向)の差Dが存在する(D≠0)という第3の条件が満たされるよう、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が構成および配置されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、上述の3つの条件の内、その他の2つの条件(f1≠f2およびEP1≠EP2)を満たすように構成されていない。さらに、本実施形態の測距カメラ1は、像倍比MRが距離aの関数として成立しているという第4の条件が満たされるよう構成されている。
In the
そのため、像倍比MRに基づいて被写体100までの距離aを算出するための上記一般式(13)は、f1=f2=fおよびEP1=EP2=EPの条件により単純化され、下記式(19)で表すことができる。
Therefore, the above general formula (13) for calculating the distance a to the
ここで、係数Kは、下記式(20)で表される。 Here, the coefficient K is represented by the following formula (20).
このように、本実施形態の測距カメラ1では、第1の光学系OS1の前側主点と、第2の光学系OS2の前側主点との間に奥行方向(光軸方向)の差Dが存在するよう(D≠0)、構成および配置されており、これにより、被写体100までの距離aに対する第1の被写体像の倍率m1の変化と、被写体100までの距離aに対する第2の被写体像の倍率m2の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の測距カメラ1は、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MR(m2/m1)に基づいて、被写体100までの距離aを一意に算出することができる。
Thus, in the
本実施形態によっても、上述の第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態における第1の光学系OS1の構成および第2の光学系OS2の構成および配置は、上述の第3の条件(D≠0)が満たされており、それにより、被写体100までの距離aに対する第1の被写体像の倍率m1の変化と、被写体100までの距離aに対する第2の被写体像の倍率m2の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。
This embodiment can also exhibit the same effect as the above-described first embodiment. The configuration of the first optical system OS1 and the configuration and arrangement of the second optical system OS2 in this embodiment satisfy the above-mentioned third condition (D≠0). If the change in the magnification m1 of the first object image with respect to the distance a to the object 100 and the change in the magnification m2 of the second object image with respect to the distance a to the
<第6実施形態>
次に、図9を参照して、本発明の第6実施形態に係る測距カメラ1について詳述する。図9は、本発明の第6実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
<Sixth embodiment>
Next, referring to FIG. 9, the
以下、第6実施形態の測距カメラ1について、第5実施形態の測距カメラ1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の測距カメラ1と第5実施形態の測距カメラ1との相違点は、上述した第2実施形態の測距カメラ1と第1実施形態の測距カメラ1との相違点、および、上述した第4実施形態の測距カメラ1と第3実施形態の測距カメラ1との相違点と同様である。すなわち、第6実施形態の測距カメラ1では、撮像部Sが第1の撮像素子S1のみから構成されている点、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が同一の筐体内に設けられている点、該筐体内に第1のシャッター10a、第2のシャッター10b、ミラー11とプリズム12が設けられている点を除き、第5実施形態の測距カメラ1と同様である。
In the following, the
なお、本実施形態では、図示のように、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、同一の筐体内において、奥行方向(光軸方向)に直交する方向の同一直線上に配置されている。一方、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、第1の光学系OS1から第1の光学系OS1の前側主点までの距離と、第2の光学系OS2から第2の光学系OS2の前側主点までの距離とが異なるように構成されており、そのため、第1の光学系OS1の前側主点と、第2の光学系OS2の前側主点との間に奥行方向(光軸方向)の差Dが存在している(D≠0)。 In this embodiment, as shown in the figure, the first optical system OS1 and the second optical system OS2 are arranged on the same straight line in the direction orthogonal to the depth direction (optical axis direction) in the same housing. It is On the other hand, the first optical system OS1 and the second optical system OS2 are defined by the distance from the first optical system OS1 to the front principal point of the first optical system OS1 and the distance from the second optical system OS2 to the second optical system OS1. The distance to the front principal point of the system OS2 is different, so that the distance in the depth direction ( direction of the optical axis) exists (D≠0).
第2実施形態および第4実施形態の測距カメラ1と同様に、本実施形態の測距カメラ1では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が同一筐体内に配置されている。また、第1の光学系OS1の前面側(被写体側)に、第1の光学系OS1への被写体100からの光の入射を遮断する第1のシャッター10aが配置され、第2の光学系OS2の前面側に、第2の光学系OS2への被写体100からの光の入射を遮断する第2のシャッター10bが配置されている。
As with the
第1のシャッター10aおよび第2のシャッター10bは、上述した第2実施形態および第4実施形態と同様の動作を行うので、測距カメラ1は、単一の撮像素子(第1の撮像素子S1)のみを用いて、第1の被写体像の画像信号および第2の被写体像の画像信号を分離して取得することができる。
Since the
本実施形態によっても、上述の第5実施形態と同様の効果を発揮することができる。また、上述した第2実施形態と同様に、本実施形態では、撮像部Sを、第1の光学系OS1によって形成される第1の被写体像および第2の光学系OS2によって形成される第2の被写体像の双方を撮像する単一の撮像素子(第1の撮像素子S1)で構成することができる。そのため、測距カメラ1の小型化および低コスト化を実現することができる。
This embodiment can also exhibit the same effect as the fifth embodiment described above. Further, similarly to the above-described second embodiment, in the present embodiment, the imaging unit S is formed by the first object image formed by the first optical system OS1 and the second object image formed by the second optical system OS2. can be configured with a single image sensor (first image sensor S1) that captures both of the subject images. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the ranging
<第7実施形態>
次に、図10を参照して、本発明の第7実施形態に係る測距カメラ1について詳述する。図10は、本発明の第7実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
<Seventh Embodiment>
Next, referring to FIG. 10, the
以下、第7実施形態の測距カメラ1について、第6実施形態の測距カメラ1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第7実施形態の測距カメラ1では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2の構成および配置が変更されている点を除き、第1実施形態の測距カメラ1と同様である。
In the following, the
図10に示すように、本実施形態では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2は、同一の筐体内において、奥行方向の位置の差が存在するよう配置されている。そのため、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が、第1の光学系OS1から第1の光学系OS1の前側主点までの距離と、第2の光学系OS2から第2の光学系OS2の前側主点までの距離とが等しくなるよう構成されている場合であっても、第1の光学系OS1の前側主点と、第2の光学系OS2の前側主点との間の奥行方向(光軸方向)の差Dを確保することができる(D≠0)。本実施形態によっても、上述の第6実施形態と同様の効果を発揮することができる。 As shown in FIG. 10, in this embodiment, the first optical system OS1 and the second optical system OS2 are arranged in the same housing such that there is a difference in position in the depth direction. Therefore, the first optical system OS1 and the second optical system OS2 are divided into the distance from the first optical system OS1 to the front principal point of the first optical system OS1 and the distance from the second optical system OS2 to the second optical system OS1. Even if the distance to the front principal point of the system OS2 is the same, the distance between the front principal point of the first optical system OS1 and the front principal point of the second optical system OS2 A difference D in the depth direction (optical axis direction) can be ensured (D≠0). This embodiment can also exhibit the same effect as the sixth embodiment described above.
ここまで各実施形態を参照して詳述したように、本発明の測距カメラ1は、複数の画像間の視差を用いず、かつ、被写体への一定パターンの照射を行わずに、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MR(m2/m1)に基づいて、被写体100までの距離aを一意に算出することができる。
As described above in detail with reference to each embodiment, the
そのため、本発明の測距カメラ1では、従来の複数の画像間の視差を用いたステレオカメラ方式の測距カメラと異なり、大きな視差を確保する必要がないため、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2を近接して配置しても、被写体100までの距離aを正確に算出することができる。これにより、従来のステレオカメラ方式の測距カメラと比較して、測距カメラ1の小型化を実現することができる。また、本発明の測距カメラ1では、被写体100までの距離を算出するために視差を用いていないため、被写体100が測距カメラ1から近い位置にある場合であっても、被写体100までの距離aを正確に測定することができる。また、本発明によれば、視差を考慮して測距カメラ1を設計する必要がなくなるため、測距カメラ1の設計の自由度を増大させることができる。
Therefore, in the ranging
また、本発明の測距カメラ1では、パターン照射方式の測距カメラと異なり、一定パターンの光を被写体に照射するプロジェクター等の特殊な光源を用いる必要がない。そのため、測距カメラ1のシステム構成をシンプルにすることができる。これにより、従来のパターン照射方式の測距カメラと比較して、測距カメラ1の小型化、軽量化、低消費電力化、および低コスト化を実現することができる。
Further, unlike a pattern irradiation type rangefinder camera, the
また、上述のように、本発明の測距カメラ1において、像倍比MRに基づいて、被写体100までの距離aを算出するために用いられる上記一般式(13)は、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2がオートフォーカス機能を有さない固定焦点系であり、第1の撮像素子S1の撮像面が第1の被写体像の結像位置になく、第2の撮像素子S2の撮像面が第2の被写体像の結像位置にない場合、すなわち、デフォーカスが存在する場合であっても、被写体100までの距離aを算出するために用いることができる。
Further, as described above, in the
したがって、本発明の測距カメラ1では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2のオートフォーカス機能を提供するためのレンズ駆動系を用いる必要がない。そのため、測距カメラ1の部品点数を削減することができ、測距カメラ1の小型化、軽量化、および低コスト化を達成することができる。また、電力を消費して第1の光学系OS1および第2の光学系OS2を駆動させる必要もないので、測距カメラ1の消費電力を削減することができる。また、フォーカス動作に要する処理時間も不要となるため、被写体100までの距離aを算出するために要する測定時間を短縮することもできる。
Therefore, in the
また、上記各実施形態では、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2の2つの光学系が用いられているが、用いられる光学系の数はこれに限られない。例えば、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2に加え、追加的な光学系をさらに備えるような態様もまた本発明の範囲内である。この場合、追加的な光学系は、追加的な光学系によって形成される被写体像の倍率の被写体100までの距離aに対する変化は、第1の被写体像の倍率m1の被写体までの距離aに対する変化および第2の被写体像の倍率m2の被写体までの距離aに対する変化と異なるように構成および配置されている。
In each of the above embodiments, two optical systems, the first optical system OS1 and the second optical system OS2, are used, but the number of optical systems used is not limited to this. For example, in addition to the first optical system OS1 and the second optical system OS2, an aspect further comprising an additional optical system is also within the scope of the present invention. In this case, the additional optical system is such that the change in the magnification of the object image formed by the additional optical system with respect to the distance a to the
なお、上述した各実施形態は、像倍比MRに基づいて被写体100までの距離aを算出するために要求される上述の3つの条件の内のいずれか1つを満たすよう第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が構成および配置されているが、上述の3つの条件の内の少なくとも1つが満たされるよう、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が構成および配置されていれば、本発明はこれに限られない。例えば、上述の3つの条件の内の全てまたは任意の組み合わせが満たされるよう、第1の光学系OS1および第2の光学系OS2が構成および配置されている態様も、本発明の範囲内である。
In each of the above-described embodiments, the first optical system is arranged so as to satisfy any one of the above-described three conditions required for calculating the distance a to the
<測距方法>
次に図11を参照して、本発明の測距カメラ1によって実行される測距方法について説明する。図11は、本発明の測距カメラによって実行される測距方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下に詳述する測距方法は、上述した本発明の第1~第7実施形態に係る測距カメラ1および測距カメラ1と同等の機能を有する任意の装置を用いて実行することができるが、説明のため、第1実施形態に係る測距カメラ1を用いて実行されるものとして説明する。
<Range measurement method>
Next, referring to FIG. 11, the distance measurement method performed by the
図11に示す測距方法S100は、測距カメラ1の使用者が操作部7を用いて、被写体100までの距離aを測定するための操作を実行することにより開始される。工程S110において、撮像部Sの第1の撮像素子S1によって、第1の光学系OS1によって形成された第1の被写体像が撮像され、第1の被写体像の画像信号が取得される。第1の被写体像の画像信号は、データバス9を介して、制御部2や距離算出部4に送られる。工程S120において、距離算出部4は、受信した第1の被写体像の画像信号から、第1の被写体像のサイズ(像高または像幅)YFD1を算出する。
The distance measurement method S100 shown in FIG. 11 is started when the user of the
一方、工程S130において、撮像部Sの第2の撮像素子S2によって、第2の光学系OS2によって形成された第2の被写体像が撮像され、第2の被写体像の画像信号が取得される。第2の被写体像の画像信号は、データバス9を介して、制御部2や距離算出部4に送られる。工程S140において、距離算出部4は、受信した第2の被写体像の画像信号から、第2の被写体像のサイズ(像高または像幅)YFD2を算出する。
On the other hand, in step S130, the second image sensor S2 of the imaging unit S captures the second subject image formed by the second optical system OS2, and the image signal of the second subject image is obtained. An image signal of the second subject image is sent to the control section 2 and the distance calculation section 4 via the
なお、工程S110および工程S120における第1の被写体像の画像信号の取得と第1の被写体像のサイズYFD1の算出は、工程S130および工程S140における第2の被写体像の画像信号の取得と第2の被写体像のサイズYFD2の算出と同時に実行されてもよいし、別々に実行されてもよい。 The acquisition of the image signal of the first subject image and the calculation of the size YFD1 of the first subject image in steps S110 and S120 are the same as the acquisition of the image signal of the second subject image in steps S130 and S140. It may be executed simultaneously with the calculation of the size YFD2 of the two subject images, or may be executed separately.
第1の被写体像のサイズYFD1および第2の被写体像のサイズYFD2の双方が算出されると、処理は、工程S150に移行する。工程S150において、距離算出部4は、第1の被写体像のサイズYFD1および第2の被写体像のサイズYFD2から、上記式(14)MR=YFD2/YFD1に基づいて、第1の被写体像の倍率m1と第2の被写体像の倍率m2との像倍比MRを算出する。 When both the size Y FD1 of the first subject image and the size Y FD2 of the second subject image are calculated, the process proceeds to step S150. In step S150, the distance calculation unit 4 calculates the first distance from the size YFD1 of the first subject image and the size YFD2 of the second subject image based on the above equation (14) MR= YFD2 / YFD1 . An image magnification ratio MR between the magnification m1 of the subject image and the magnification m2 of the second subject image is calculated.
次に、工程S160において、距離算出部4は、関連付情報記憶部3に保存されている関連付情報を参照し、算出した像倍比MRに基づいて、被写体100までの距離aを算出(特定)する。工程S160において被写体100までの距離aが算出されると、処理は、工程S170に移行する。
Next, in step S160, the distance calculation unit 4 refers to the association information stored in the association
工程S170において、3次元画像生成部5が、距離算出部4によって算出された被写体100までの距離aおよび撮像部Sが取得した被写体100の2次元画像(第1の被写体像の画像信号または第2の被写体像の画像信号)に基づいて、被写体100の3次元画像を生成する。その後、ここまでの工程において取得された被写体の2次元画像、被写体100までの距離a、および/または被写体100の3次元画像が、表示部6に表示され、または通信部8によって外部デバイスに送信され、測距方法S100は終了する。
In step S170, the three-dimensional image generation unit 5 calculates the distance a to the subject 100 calculated by the distance calculation unit 4 and the two-dimensional image of the subject 100 acquired by the imaging unit S (the image signal of the first subject image or the first 2), a three-dimensional image of the subject 100 is generated. After that, the two-dimensional image of the subject, the distance a to the subject 100, and/or the three-dimensional image of the subject 100 acquired in the steps up to this point are displayed on the
以上、本発明の測距カメラを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、本発明の各構成に任意の構成のものを付加することができる。 Although the distance measuring camera of the present invention has been described above based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this. Each configuration of the present invention can be replaced with any one capable of exhibiting a similar function, or any configuration can be added to each configuration of the present invention.
本発明の属する分野および技術における当業者であれば、本発明の原理、考え方、および範囲から有意に逸脱することなく、記述された本発明の測距カメラの構成の変更を実行可能であろうし、変更された構成を有する測距カメラもまた、本発明の範囲内である。例えば、第1実施形態から第7実施形態の測距カメラを任意に組み合わせた態様も、本発明の範囲内である。 Those skilled in the art and technology to which the present invention pertains will be able to implement modifications in the described configuration of the inventive ranging camera without significantly departing from the principles, concepts and scope of the present invention. , ranging cameras with modified configurations are also within the scope of the present invention. For example, a mode in which the range finding cameras of the first to seventh embodiments are arbitrarily combined is also within the scope of the present invention.
また、図4~10に示された測距カメラのコンポーネントの数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意のコンポーネントが追加若しくは組み合わされ、または任意のコンポーネントが削除された態様も、本発明の範囲内である。また、測距カメラの各コンポーネントは、ハードウェア的に実現されていてもよいし、ソフトウェア的に実現されていてもよいし、これらの組み合わせによって実現されていてもよい。 Also, the number and type of components of the ranging camera shown in FIGS. 4 to 10 are merely examples for explanation, and the present invention is not necessarily limited thereto. Embodiments in which any components are added or combined, or any components are omitted, are within the scope of the present invention without departing from the principles and intent of the present invention. Also, each component of the ranging camera may be implemented in hardware, software, or a combination thereof.
また、図11に示された測距方法S100の工程の数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意の工程が、任意の目的で追加若しくは組み合され、または、任意の工程が削除される態様も、本発明の範囲内である。 Also, the number and types of steps of the ranging method S100 shown in FIG. 11 are merely examples for explanation, and the present invention is not necessarily limited to this. It is also within the scope of the present invention that any step is added or combined for any purpose, or any step is deleted without departing from the principle and intent of the present invention.
<利用例>
本発明の測距カメラ1の利用例は特に限定されないが、例えば、被写体のポートレートを撮像するとともに、被写体の顔の3次元画像を取得するために、測距カメラ1を用いることができる。このような利用形態では、本発明の測距カメラ1をスマートフォンや携帯電話等のモバイルデバイス内に組み込むことが好ましい。
<Usage example>
Examples of use of the ranging
また、本発明の測距カメラ1は、精密機器の組み立てや検査のために用いられるハンドラーロボットにおいて利用することができる。測距カメラ1によれば、精密機器を組み立てる際に、ハンドラーロボット本体またはハンドラーロボットのアームから、精密機器または精密機器の部品までの距離を測定することができることから、ハンドラーロボットの把持部によって正確に部品を把持することができる。
Also, the
また、本発明の測距カメラ1によれば、被写体までの距離を測定することができることから、被写体の3次元情報を取得することができる。このような被写体の3次元情報は、3Dプリンターによる3次元構造体の作製に用いることができる。
Further, according to the
また、自動車内において、本発明の測距カメラ1を利用することにより、自動車から歩行者や障害物等の任意の物体までの距離を測定することができる。算出された任意の物体までの距離に関する情報は、自動車の自動ブレーキシステムや自動運転に用いることができる。
Further, by using the
1…測距カメラ 2…制御部 3…関連付情報記憶部 4…距離算出部 5…3次元画像生成部 6…表示部 7…操作部 8…通信部 9…データバス 10a…第1のシャッター 10b…第2のシャッター 11…ミラー 12…プリズム 100…被写体 EP、EP1、EP2…光学系の射出瞳から、被写体が無限遠にある場合の被写体像の結像位置までの距離 EPOD…光学系の射出瞳から、任意の距離に被写体が存在する場合の被写体像の結像位置までの距離 EPFD…光学系の射出瞳から、撮像素子の撮像面までの距離 IS1…第1の撮像系 IS2…第2の撮像系 OS1…第1の光学系 OS2…第2の光学系 S…撮像部 S1…第1の撮像素子 S2…第2の撮像素子 S100…測距方法 S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170…工程 a…被写体までの距離 D…差 bFD…光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離 bOD…光学系の後側主点から、任意の距離に被写体が存在する場合の被写体像の結像位置までの距離 f…焦点距離 f1…第1の光学系の焦点距離 f2…第2の光学系の焦点距離 YFD…撮像素子の撮像面における被写体像のサイズ YOD…被写体像の結像位置における被写体像のサイズ ΔbOD…焦点距離fと距離bODとの差 ΔbFD…焦点距離fと距離bFDとの差
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記被写体からの前記光を集光し、第2の被写体像を形成するための第2の光学系と、
前記第1の光学系によって形成された前記第1の被写体像および前記第2の光学系によって形成された前記第2の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第1の被写体像および前記第2の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
前記距離算出部は、前記第1の被写体像の倍率と前記第2の被写体像の倍率との像倍比に基づいて、前記被写体までの前記距離を算出し、
前記第1の被写体像の前記倍率と前記第2の被写体像の前記倍率との前記像倍比は、前記被写体までの前記距離に応じて変化し、
前記第1の光学系および前記第2の光学系は、前記第1の光学系の焦点距離と、前記第2の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第1の被写体像の前記倍率の変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第2の被写体像の前記倍率の変化と異なるようになっていることを特徴とする測距カメラ。 a first optical system for condensing light from a subject and forming a first subject image;
a second optical system for condensing the light from the subject and forming a second subject image;
an imaging unit for capturing the first subject image formed by the first optical system and the second subject image formed by the second optical system;
a distance calculation unit for calculating a distance to the subject based on the first subject image and the second subject image captured by the imaging unit;
The distance calculation unit calculates the distance to the subject based on an image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image,
the image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image varies according to the distance to the subject;
The first optical system and the second optical system are configured such that the focal length of the first optical system and the focal length of the second optical system are different from each other. A change in the magnification of the first subject image according to the distance to the subject is different from a change in the magnification of the second subject image according to the distance to the subject. A rangefinder camera characterized by:
前記第1の被写体像の前記倍率と前記第2の被写体像の前記倍率との前記像倍比と、
前記第1の光学系の前記焦点距離と、
前記第2の光学系の前記焦点距離と、
前記第1の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第1の被写体像の結像位置までの距離と、
前記第2の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第2の被写体像の結像位置までの距離と、
前記撮像部の撮像面で前記第1の被写体像がベストピントとなる場合の前記第1の光学系の前側主点から前記被写体までの距離と、
前記撮像部の前記撮像面で前記第2の被写体像がベストピントとなる場合の前記第2の光学系の前側主点から前記被写体までの距離と、を用いて、前記被写体までの前記距離を算出する請求項1または2に記載の測距カメラ。 The distance calculation unit is configured to at least
the image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image;
the focal length of the first optical system;
the focal length of the second optical system;
a distance from the exit pupil of the first optical system to an imaging position of the first subject image when the subject exists at infinity;
a distance from the exit pupil of the second optical system to an imaging position of the second object image when the object exists at infinity;
a distance from the front principal point of the first optical system to the subject when the first subject image is in best focus on the imaging surface of the imaging unit;
the distance from the front principal point of the second optical system to the subject when the second subject image is in best focus on the imaging plane of the imaging unit, and 3. The distance measuring camera according to claim 1, wherein the distance measuring camera calculates.
前記被写体からの前記光を集光し、第2の被写体像を形成するための第2の光学系と、
前記第1の光学系によって形成された前記第1の被写体像および前記第2の光学系によって形成された前記第2の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第1の被写体像および前記第2の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
前記距離算出部は、少なくとも、
前記第1の被写体像の倍率と前記第2の被写体像の倍率との像倍比と、
前記第1の光学系の焦点距離と、
前記第2の光学系の焦点距離と、
前記第1の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第1の被写体像の結像位置までの距離と、
前記第2の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第2の被写体像の結像位置までの距離と、
前記撮像部の撮像面で前記第1の被写体像がベストピントとなる場合の前記第1の光学系の前側主点から前記被写体までの距離と、
前記撮像部の前記撮像面で前記第2の被写体像がベストピントとなる場合の前記第2の光学系の前側主点から前記被写体までの距離と、を用いて、前記被写体までの前記距離を算出することを特徴とする測距カメラ。 a first optical system for condensing light from a subject and forming a first subject image;
a second optical system for condensing the light from the subject and forming a second subject image;
an imaging unit for capturing the first subject image formed by the first optical system and the second subject image formed by the second optical system;
a distance calculation unit for calculating a distance to the subject based on the first subject image and the second subject image captured by the imaging unit;
The distance calculation unit is configured to at least
an image magnification ratio between the magnification of the first subject image and the magnification of the second subject image;
a focal length of the first optical system;
a focal length of the second optical system;
a distance from the exit pupil of the first optical system to an imaging position of the first subject image when the subject exists at infinity;
a distance from the exit pupil of the second optical system to an imaging position of the second object image when the object exists at infinity;
a distance from the front principal point of the first optical system to the subject when the first subject image is in best focus on the imaging surface of the imaging unit;
the distance from the front principal point of the second optical system to the subject when the second subject image is in best focus on the imaging plane of the imaging unit, and A distance measuring camera characterized by calculating:
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