JP6298236B2 - Distance image generating apparatus and distance image generating method - Google Patents
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Description
本発明は、光飛行時間型距離画像センサを用いた距離画像生成技術に関し、特に、フレア現象の影響を補正する技術に関する。 The present invention relates to a distance image generation technique using an optical time-of-flight distance image sensor, and more particularly to a technique for correcting the influence of a flare phenomenon.
光飛行型距離画像センサを用いて、撮影対象空間の対象物の、当該センサからの距離を画素値とする距離画像を生成する距離画像生成装置がある。光飛行時間型(ＴＯＦ方式：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ方式)距離画像センサでは、画素毎に受光した反射光を元に距離値を算出する。しかし、レンズの解像力などの性能により、本来結像する画素以外の画素に反射光が回りこむフレア現象(以下、単にフレアと呼ぶ。)が発生することがある。フレアが発生すると、画素に入射する反射光は、近距離の物体のものからが支配的となり、算出される距離値も、本来の距離値とは異なった値が算出される。 There is a distance image generation device that generates a distance image having a pixel value of a distance from an object in an imaging target space using the optical flight distance image sensor. The time-of-flight (TOF method: Time Of Flight method) distance image sensor calculates a distance value based on the reflected light received for each pixel. However, a flare phenomenon (hereinafter, simply referred to as flare) may occur in which reflected light wraps around pixels other than the pixel that originally forms an image due to performance such as resolution of the lens. When flare occurs, the reflected light incident on the pixel is dominant from the object at a short distance, and the calculated distance value is also different from the original distance value.
これを解決するものとして、レンズへの反射防止膜の塗布、回り込んだ反射光を入射させないよう画素自体に回り込み防止壁をつける、等の工夫がなされている(例えば、特許文献１参照)。 In order to solve this problem, such means as applying an antireflection film to the lens and providing a wraparound prevention wall on the pixel itself so that the reflected light that wraps around is not incident are made (for example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上述のような距離画像センサの物理的構造に対する工夫でフレアに対処する場合、コストが高くなる。さらに、画素に回り込み防止壁を作ると、入射光量が制限され、測定精度が低下する。 However, when the flare is dealt with by devising the physical structure of the distance image sensor as described above, the cost becomes high. Furthermore, if a prevention wall is formed around the pixel, the amount of incident light is limited and the measurement accuracy is reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光飛行時間型距離画像センサを用いて距離画像生成する際、センサ自体の物理的な構成は変えずにフレアによる影響を排除することにより、低コストで、精度よく距離値を算出する技術を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above circumstances, and when generating a distance image using an optical time-of-flight distance image sensor, by eliminating the influence of flare without changing the physical configuration of the sensor itself, An object of the present invention is to provide a technique for accurately calculating a distance value at low cost.
本発明は、複数の電荷蓄積部間の電荷量の比を用い、測定により得られた測定電荷量内のフレアによるフレア電荷量を特定する。そして、各電荷蓄積部において、測定電荷量からフレア電荷量を除くことにより、フレアによる影響を排除した電荷量を得、得られた電荷量を用いて距離値を算出する。 The present invention specifies the amount of flare charge due to flare within the measured charge amount obtained by measurement using the ratio of the charge amount between the plurality of charge storage units. Then, in each charge storage unit, the flare charge amount is removed from the measured charge amount to obtain a charge amount that eliminates the influence of flare, and the distance value is calculated using the obtained charge amount.
具体的には、発光源から照射され、対象空間内の対象物で反射した反射光を含む変調光を受光して受光光量に応じた電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部毎に設けられた、当該光電変換部で変換した電荷を予め定められたタイミングで振り分けてそれぞれ蓄積する３つ以上の電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の電荷量である測定電荷量の、各電荷蓄積部間の比を測定電荷量比として算出する電荷量比演算部と、理想的な環境で前記対象物を測定して得た距離毎の前記電荷量比を、基準電荷量比として格納する電荷量比データベースと、前記測定電荷量に対し、前記測定電荷量比と前記基準電荷量比とを用い、フレアの影響を除くフレア補正を行い、前記対象物からの反射光による電荷量である対象物電荷量を算出するフレア補正部と、前記対象物電荷量を用い、前記対象物までの距離値を求め当該距離値を画素値とする距離画像を生成する距離画像生成部と、を備えることを特徴とする距離画像生成装置を提供する。 Specifically, a photoelectric conversion unit that receives modulated light including reflected light that is irradiated from a light emitting source and reflected by an object in a target space and converts the light into a charge corresponding to the amount of received light, and for each photoelectric conversion unit Three or more charge storage units that are provided to distribute and store the charges converted by the photoelectric conversion unit at predetermined timings, and a measurement charge amount that is a charge amount of the charges stored in the charge storage unit A charge amount ratio calculation unit that calculates the ratio between the charge storage units as a measured charge amount ratio, and the charge amount ratio for each distance obtained by measuring the object in an ideal environment, Using the measured charge amount ratio and the reference charge amount ratio for the charge amount ratio database stored as a ratio, the flare correction is performed to remove the influence of flare, and the reflected light from the object is used. Calculate the charge amount of the object, which is the charge amount A distance image comprising: a rare correction unit; and a distance image generation unit that calculates a distance value to the object using the object charge amount and generates a distance image using the distance value as a pixel value. A generating device is provided.
また、発光源から照射され、対象空間内の対象物で反射した反射光を含む変調光を受光して受光光量に応じた電荷に変換する光電変換ステップと、前記光電変換ステップで変換された電荷を、予め定められたタイミングで、３つ以上の電荷蓄積部にそれぞれ振り分けて蓄積する電荷蓄積ステップと、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の電荷量である測定電荷量の、各電荷蓄積部間の比を測定電荷量比として算出する電荷量比算出ステップと、前記測定電荷量に対し、前記測定電荷量比を用い、フレアの影響を除くフレア補正を行い、前記対象物からの反射光による電荷量である対象物電荷量を算出するフレア補正ステップと、前記対象物電荷量を用い、前記対象物までの距離値を求め当該距離値を画素値とする距離画像を生成する距離画像生成ステップと、を備えることを特徴とする距離画像生成方法を提供する。 Also, a photoelectric conversion step for receiving modulated light including reflected light that is irradiated from a light emitting source and reflected by an object in a target space, and converts the modulated light into a charge corresponding to the amount of received light, and the charge converted in the photoelectric conversion step Each of the charge accumulating units of a charge accumulating step for distributing and accumulating the three or more electric charge accumulating units at a predetermined timing, and a measured charge amount that is an amount of electric charges accumulated in the charge accumulating unit. A charge amount ratio calculating step for calculating a ratio between the measured charge amount ratios, and performing a flare correction for removing the influence of flare with respect to the measured charge amount, using the measured charge amount ratio, and reflecting light from the object A flare correction step for calculating an object charge amount, which is an amount of charge by the method, and a distance image generation for generating a distance image using the object charge amount to determine a distance value to the object and using the distance value as a pixel value. A step, in that it comprises providing a range image generating method characterized.
本発明によれば、光飛行時間型距離画像センサを用いて距離画像生成する際、センサ自体の物理的な構成は変えず、低コストで、精度よく距離値を算出できる。 According to the present invention, when a distance image is generated using a time-of-flight distance image sensor, the distance value can be accurately calculated at low cost without changing the physical configuration of the sensor itself.
以下、本発明を適用する実施形態について説明する。以下、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described. Hereinafter, in all the drawings for explaining the embodiments of the present invention, those having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
まず、光飛行時間型(ＴＯＦ方式)の距離画像生成装置における距離画像生成の原理を説明する。図１は、距離画像生成の原理を説明するための図である。出射される変調光１１１の強度が本図のような正弦曲線を描くように変化する場合、入射光１１２の強度も同様に正弦曲線を描くよう変化する。ただし、変調光１１１と入射光１１２とには、光が対象物まで往復する飛行時間による位相の遅延(位相差φ)が生じる。
First, the principle of distance image generation in a time-of-flight (TOF method) distance image generation device will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of distance image generation. When the intensity of the emitted modulated
光の速度ｃは既知であるため、この位相差φと変調周波数ｆとを用い、対象物までの距離値Ｄは、以下の式(１)で求めることができる。
従って、位相差φがわかれば、距離値Ｄは求めることができる。例えば、変調光の１周期を４等分し、それぞれの期間に電荷量を、それぞれ、４つの電荷蓄積部に蓄積するものとする。変調光１１１と入射光１１２との位相差φは、変調光１１１の１周期を４等分した各期間をＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４とし、それぞれの期間に蓄積される電荷量をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とすると、以下の式(２)で表される。
変調光１１１の変調周波数は数十ＭＨｚである。従って、変調の１周期は数十ｎｓ程度となる。このため、距離画像を得るためには、数百〜数十万周期の電荷蓄積時間を要する。距離画像生成装置は、この電荷蓄積時間Δｔ間隔で蓄積された各電荷量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を用い、画素毎に、式(２)に従って位相差φを求める。そして、求めた位相差φを用いて、式(１)に従って、対象物までの距離値Ｄを求め、距離値を画素値とする距離画像を生成する。
The modulation frequency of the modulated
なお、電荷蓄積時間Δｔ間隔毎に得られる１枚の距離画像をフレームと呼ぶ。また、電荷蓄積時間Δｔを、１フレーム時間Δｔと呼ぶ。 One distance image obtained at every charge accumulation time Δt is called a frame. The charge accumulation time Δt is referred to as one frame time Δt.
ＴＯＦ方式の距離画像生成装置では、パルス光の対象物からの反射光である入射光１１２の位相差により距離値を算出するため、受光する入射光１１２の波形(入射光波形)は、物体までの距離によらず同一である。フレア発生時の入射光波形ＷＦは、図２(ａ)のように、フレアによる強い光(近距離物体からの反射光)の波形ＷＡと、本来の測定対象物からの反射光の波形ＷＢとを合成した形となる。従って、本来の測定対象物からの反射光の波形ＷＢは、入射光波形ＷＦから、フレアによる光の波形ＷＡを減算したものである。
In the distance image generation device of the TOF method, the distance value is calculated from the phase difference of the
また、各電荷蓄積部に蓄積される電荷量は、入射光波形ＷＦの積分値に比例する。従って、入射光波形ＷＦは、各電荷蓄積部に蓄積される電荷量間の比で表される。なお、各電荷蓄積部に蓄積される電荷量は、電荷を振り分ける際に用いるゲート信号のタイミングと、入射光１１２の飛行時間とによって決定する。ただし、通常、ゲート信号のタイミングは、照射する光の発光周期と同期しているため、各電荷蓄積部に蓄積される電荷量は、入射光の飛行時間によってのみ決定する。
The amount of charge stored in each charge storage unit is proportional to the integral value of the incident light waveform WF. Therefore, the incident light waveform WF is represented by a ratio between the charge amounts accumulated in the charge accumulation units. Note that the amount of charge stored in each charge storage unit is determined by the timing of the gate signal used when distributing the charge and the time of flight of the
図２(ｂ)に、入射光波形（ＷＦ、ＷＡ、ＷＢ）と各電荷蓄積部に蓄積される電荷量との関係を示す。本図に示すように、フレア発生時の各電荷蓄積部の電荷量(Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４)は、近距離物体からの反射光(フレアによる光る)の波形ＷＡに対応する電荷量(Ｆ０１、Ｆ０２、Ｆ０３、Ｆ０４)と、本来の測定対象物からの反射光の波形ＷＢに対応した電荷量(Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４)との和となる。 FIG. 2B shows the relationship between the incident light waveform (WF, WA, WB) and the amount of charge stored in each charge storage unit. As shown in the figure, the charge amount (Q01, Q02, Q03, Q04) of each charge storage unit at the time of occurrence of flare is the charge amount (corresponding to the waveform WA of the reflected light (lighted by the flare) from the short-distance object ( F01, F02, F03, F04) and the amount of charge (S01, S02, S03, S04) corresponding to the waveform WB of the reflected light from the original measurement object.
図２(ｂ)からわかるように、測定対象物までの距離により、また、フレアの有無により、各電荷蓄積部に蓄積される電荷の分布は異なる。従って、本実施形態では、各電荷蓄積部に蓄積された電荷量の比(電荷量比)をフレア発生の有無の判別および補正に用いる。以下、本実施形態では、電荷量の比(電荷量比)とは、各電荷蓄積部に蓄積される電荷量どうしの比を意味する。例えば、電荷蓄積部が４つあり、それぞれに蓄積される電荷量をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とすると、電荷量の比(電荷量比)は、Ｃ２/Ｃ１、Ｃ３/Ｃ１、Ｃ４/Ｃ１、Ｃ３/Ｃ２、Ｃ４/Ｃ２、Ｃ４/Ｃ３の６つである。 As can be seen from FIG. 2 (b), the distribution of charges accumulated in each charge accumulation section varies depending on the distance to the measurement object and the presence or absence of flare. Therefore, in the present embodiment, the ratio of the amount of charge accumulated in each charge accumulation unit (charge amount ratio) is used for determining and correcting the occurrence of flare. Hereinafter, in the present embodiment, the charge amount ratio (charge amount ratio) means a ratio between the charge amounts stored in the charge storage units. For example, if there are four charge storage units, and the charge amounts stored in the charge storage units are C1, C2, C3, and C4, the charge amount ratio (charge amount ratio) is C2 / C1, C3 / C1, C4 / C1. , C3 / C2, C4 / C2, and C4 / C3.
本実施形態では、測定対象物の距離毎に電荷量比を予め測定しておき、実測した電荷量(測定電荷量)から得た電荷量比(測定電荷量比)と比較することにより、フレア発生の有無を判別する。さらに、フレアが発生していると判別された場合は、比較結果からフレアによる電荷量を特定し、測定電荷量からフレアによる影響を取り除き、本来の測定対象物からの電荷量を求める。 In the present embodiment, the charge amount ratio is measured in advance for each distance of the object to be measured, and compared with the charge amount ratio (measured charge amount ratio) obtained from the actually measured charge amount (measured charge amount). Determine if it occurred. Furthermore, when it is determined that flare has occurred, the amount of charge due to flare is specified from the comparison result, the influence of flare is removed from the measured charge amount, and the amount of charge from the original measurement object is obtained.
これを実現する、本実施形態の距離画像生成装置を説明する。図３は、本実施形態の距離画像生成装置１００のブロック図である。図３に示すように、距離画像生成装置１００は、照射される変調光１１１と入射光１１２との位相差を用いて距離画像を生成するもので、光源部１１０と、光電変換部１２０と、電荷振分部１３０と、制御部１４０と、電荷蓄積部１５０と、電荷量比演算部１６０と、フレア補正部１７０と、距離画像生成部１８０と、を備える。また、距離画像生成装置１００は、理想的な環境で測定した対象物(測定対象物)１１３の距離毎の電荷量比を格納する電荷量比データベース(電荷量比ＤＢ)１９０をさらに備える。
The distance image generation apparatus of this embodiment that realizes this will be described. FIG. 3 is a block diagram of the distance
光源１１０は、対象空間に変調光(例えば、正弦波もしくは矩形波等で高速に変調させた赤外光もしくは可視光)１１１を照射する発光源である。光源１１０には、ＬＥＤ等の高速変調が可能なデバイスが用いられる。
The
光電変換部１２０は、光源部１１０から照射された変調光１１１が対象空間内の測定対象物１１３で反射された反射光を含む入射光１１２を受光し、電荷に変換する。この光電変換部１２０の前には、レンズが配置される。また、光電変換部１２０は、受光量に応じた電荷に変換する複数の光電変換素子を備える。この光電変換素子が画素を形成する。このため、各光電変換素子は、距離画像の各画素に対応づけて規則的に配列される。
The
電荷振分部１３０は、後述する制御部１４０の制御に従って、光電変換部１２０が変換した電荷を後述する電荷蓄積部１５０に振り分ける。振り分けは、光電変換素子毎に行う。
The
電荷蓄積部１５０は、電荷振分部１３０が振り分けた電荷を蓄積する。距離情報である変調光１１１と入射光１１２との位相差は、電荷蓄積部１５０に蓄積された電荷を用いて上記式(１)および式(２)により算出する。この位相差を算出するためには、少なくとも３つ以上の位相情報(電荷蓄積部に蓄積された電荷)が必要である。このため、電荷蓄積部１５０は、光電変換素子毎に、少なくとも３つ以上設けられる。以下、本実施形態では、４つ用いる場合を例にあげて説明する。この４つ１組の電荷蓄積部１５０は、画素(光電変換素子)毎に設けられる。なお、電荷蓄積部１５０には、電荷そのものを蓄積してもよいし、この電荷量をＡＤ変換後のデータを蓄積してもよい。以下、本実施形態では、電荷そのものも、ＡＤ変換後のデータも、特に区別することなく電荷蓄積部１５０に蓄積されるものを電荷と呼ぶ。
The
制御部１４０は、光源部１１０と電荷振分部１３０とを同期制御する。制御は、それぞれ、変調信号およびゲート信号を生成し、それぞれ、光源部１１０および電荷振分部１３０に送信することにより行う。なお、変調信号とゲート信号とを合わせて制御信号と呼ぶ。
The
具体的には、制御部１４０は、変調信号を生成し、光源部１１０に送る。光源部１１０は、変調信号により変調された変調光１１１を生成し、対象空間に照射する。照射された変調光１１１は、対象物１１３により反射され、反射光となる。反射光は、入射光１１２として光電変換部１２０に入射し、電荷に変換されて電荷振分部１３０に送られる。また、制御部１４０は、ゲート信号を生成し、電荷振分部１３０に送る。電荷振分部１３０は、ゲート信号に応じて各電荷蓄積部１５０に電荷を振り分ける。本実施形態では、変調の１周期を４等分した期間毎に、これらの４つの電荷蓄積部に振り分ける。
Specifically, the
電荷量比演算部１６０は、各電荷蓄積部１５０に蓄積された電荷量(測定電荷量)の比、すなわち、測定電荷量比を算出し、測定電荷量とともにフレア補正部１７０に算出結果を送信する。算出する測定電荷量比は、各電荷蓄積部１５０に蓄積される測定電荷量を上述のようにＱ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４とすると、Ｑ０２/Ｑ０１、Ｑ０３/Ｑ０１、Ｑ０４/Ｑ０１、Ｑ０３/Ｑ０２、Ｑ０４/Ｑ０２、Ｑ０３/Ｑ０４の６つである。なお、本実施形態では、電荷量比を算出する際、分母に当たる電荷量が０の場合は、電荷量比は無限大∞とする。
The charge amount
フレア補正部１７０は、電荷量比演算部１６０が算出した測定電荷量比と、電荷量比ＤＢ１９０に保持される電荷量比(基準電荷量比)とを用いて、測定電荷量がフレアの影響を受けているか否か(フレアが発生しているか否か)を判別する。そして、フレアの影響を受けていると判別した場合、測定電荷量比と基準電荷量比とを用いて測定電荷量に対してフレアの影響を除くフレア補正を行う。そして、フレア補正後の測定電荷量を、対象物１１３からの反射光による電荷量である対象物電荷量とし、距離画像生成部１８０へ送信する。なお、フレアの影響を受けていないと判別した場合は、測定電荷量を対象物電荷量とし、距離画像生成部１８０へ送信する。
The
距離画像生成部１８０は、対象物電荷量を用い、上記式(１)および式(２)を用い、画素毎(光電変換素子毎)に距離値を算出し、距離画像を生成する。
The distance
電荷量比ＤＢ１９０は、予め測定した距離毎の電荷量比を基準電荷量比として保持する。電荷量比ＤＢ１９０は、距離画像生成装置１００の記憶装置等に構築される。各距離の電荷量比は、フレアの発生のない理想的な環境でそれぞれの距離に測定対象物１１３を配置し、測定することにより求めてもよい。また、測定対象物１１３は所定の位置に配置し、制御信号の開始タイミングをずらす(遷移させる)ことにより、仮想的に異なる距離条件を得、距離毎の電荷量比を測定してもよい。
The charge
後者の場合の具体的な測定手法を説明する。ここでは、変調信号に対し、ゲート信号をずらす(遷移させる)ことにより、実現する場合を例にあげて説明する。なお、上述のように、制御信号は、制御部１４０により制御される。従って、この場合、制御部１４０が、この制御信号を制御することにより、電荷量比ＤＢ１９０を作成する電荷量比ＤＢ作成部の機能を実現する。
A specific measurement method in the latter case will be described. Here, a case where the modulation signal is realized by shifting (transitioning) the gate signal will be described as an example. As described above, the control signal is controlled by the
まず、距離画像生成装置１００から、例えば、１．５ｍの距離の位置に測定対象物１１３を配置する。この場合、光の速度が３×１０８〔ｍ/ｓ〕であるため、光電変換部１２０は、発光時から１０ｎｓ遅れて反射光を受光する。従って、通常どおり変調信号１４１およびゲート信号１４２を用いると、図４に示すように、４つの電荷蓄積部１５０(ここでは、それぞれ１５１、１５２、１５３、１５４とする。)に、電荷(Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３、Ｃ０４)がそれぞれ振り分られる。なお、本図においては、Ｃ０４は０である。
First, from the distance
制御部１４０は、電荷量比演算部１６０に、各電荷(Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３、Ｃ０４)を用い、１．５ｍの距離での電荷量比Ｃ０２/Ｃ０１、Ｃ０３/Ｃ０１、Ｃ０４/Ｃ０１、Ｃ０３/Ｃ０２、Ｃ０４/Ｃ０２、Ｃ０３/Ｃ０４を算出させ、結果を電荷量比ＤＢ１９０に格納する。
The
ここで、図５に示すように、ゲート信号１４２を、変調信号１４１から１０ｎｓ遅らせる。実際に入射光１１２を受光するまでの時間は１０ｎｓであり、蓄積開始タイミングが１０ｎｓであるのに対し、蓄積開始タイミングは、０ｎｓとなる。これは、距離画像生成装置１００から０ｍの位置に配置された測定対象物１１３を測定した場合と同じ電荷の振分が行われる。図５の例では、電荷蓄積部１５１および１５２に、Ｃ１１、Ｃ１２が振り分けられ、電荷蓄積部１５３、１５４に振り分けられる電荷Ｃ１３、Ｃ１４は、それぞれ０となる。制御部１４０は、電荷量比演算部１６０に、各電荷を用い、０ｍの距離での電荷量比Ｃ１２/Ｃ１１、Ｃ１３/Ｃ１１、Ｃ１４/Ｃ１１、Ｃ１３/Ｃ１２、Ｃ１４/Ｃ１２、Ｃ１３/Ｃ１４を擬似的に算出させ、結果を電荷量比ＤＢ１９０に格納する。
Here, as shown in FIG. 5, the
このように、変調信号１４１のタイミングは固定し、ゲート信号１４２のタイミングを微小時間ずつ遷移させ、擬似的に各距離での電荷量比を求め、電荷量比ＤＢ１９０に格納する。
In this way, the timing of the
なお、電荷量比ＤＢ１９０においては、サンプリング距離数が多いほど、後に行う補正は正確なものとなる。サンプリング距離数は、測定対象物１１３の距離を細かく変化させるほど、または、ゲート信号タイミングの遷移量を細かく設定するほど、多くなる。
In the charge
なお、測定対象物１１３の位置を動かさず、制御信号のタイミングを遷移させて距離毎の電荷量比の測定を行う場合、遷移対象はゲート信号１４２に限らない。発光のタイミングと電荷振分部の振り分けタイミングとがずれればよいため、発光を制御する変調信号１４１を操作してもよい。
Note that the transition target is not limited to the
上記何れかの手法で作成した電荷量比ＤＢ１９０の一例を図６に示す。本図に示すように、本実施形態の電荷量比ＤＢ１９０には、距離毎(または、ゲート信号の開始タイミング毎)の、各電荷蓄積部間の電荷量比が基準電荷量比として１のデータとして格納される。
An example of the charge
本図では、電荷蓄積部１５０が４つ(１５１、１５２、１５３、１５４)である場合を例示する。項目Ｃ２/Ｃ１欄には、各距離(または、ゲート信号の開始タイミング)で得た基準電荷量比の中の、電荷蓄積部１５２に蓄積される電荷量Ｃ２の、電荷蓄積部１５１に蓄積される電荷量Ｃ１に対する比が格納され、項目Ｃ３/Ｃ１欄には、同１５３の１５１に対する比が、項目Ｃ４/Ｃ１欄には、同１５４の１５１に対する比が、項目Ｃ３/Ｃ２欄には、同１５３の１５２に対する比が、項目Ｃ４/Ｃ２欄には、同１５４の１５２に対する比が、項目Ｃ４/Ｃ３欄には、同１５４の１５３に対する比が、それぞれ格納される。
This figure illustrates the case where there are four charge storage units 150 (151, 152, 153, 154). In the item C2 / C1 column, the charge amount C2 stored in the
本実施形態では、例えば、電荷蓄積部１５１および電荷蓄積部１５２に蓄積された電荷量から得た電荷量比(Ｃ２/Ｃ１)を、キー(以後、アドレスとも呼ぶ)とし、フレア補正部１７０は、各データにアクセスする。
In the present embodiment, for example, the charge amount ratio (C2 / C1) obtained from the charge amounts stored in the
なお、電荷量比ＤＢ１９０内に保存されるデータは、上記数値に限られない。各電荷蓄積部１５０に蓄積される電荷量の比の関係がわかる数値であればよい。
The data stored in the charge
次に、フレア補正部１７０による、フレア補正処理について説明する。本実施形態では、フレア補正処理では、フレアが発生し、測定電荷量がその影響を受けているか否かを判別する判別処理と、判別処理によりフレアが発生していると判別された際に、各電荷蓄積部１５０に蓄積されている測定電荷量からフレアの影響を取り除き、対象物電荷量を得る電荷量補正処理とを行う。
Next, flare correction processing by the
判別処理では、キー項目の値が、電荷量比演算部１６０が算出した測定電荷量比のキー項目の値に最も近い基準電荷量比を、電荷量比ＤＢ１９０から抽出する。そして、測定電荷量比と基準電荷量比とを比較し、一致しているか否(不一致)かを判別する。
In the determination process, the reference charge amount ratio that is closest to the key item value of the measured charge amount ratio calculated by the charge amount
電荷量比ＤＢ１９０から抽出した基準電荷量比は、フレアが発生していない場合の理想的な電荷量比である。このため、測定電荷量比が基準電荷量比に一致していれば、フレアの発生がなく、得られた測定電荷量は、測定対象物１１３からの反射光によるものと判断する。一方、不一致の場合、フレアが発生し、その影響を受けていると判断する。
The reference charge amount ratio extracted from the charge
なお、ここで、判別処理における一致、不一致の判断手法について説明する。電荷量比ＤＢ１９０のキー項目として用いられる電荷量比の分解能は、電荷量比ＤＢ１９０作成時の距離のサンプリング数による。サンプリング数が少ないと、フレアが発生していなくても一致しないことがある。
Here, a determination method for matching or mismatching in the determination processing will be described. The resolution of the charge amount ratio used as a key item of the charge
図７(ａ)〜(ｃ)に例を示す。例えば、ゲート信号のタイミングを、１０ｎｓずつ遷移させ、電荷量比ＤＢ１９０を作成する。この場合、図７(a)に示すように、ゲート信号を１０ｎｓ遷移させた場合の電荷量比、図７(ｂ)に示すように、同２０ｎｓ遷移させた場合の電荷量比等が電荷量比ＤＢ１９０に格納される。このとき、例えば、距離２．７５ｍにある測定対象物１１３からの反射光である入射光１１２は、変調光１１１が測定対象物１１３に反射し光電変換部１２０で受光するまでの時間が１５ｎｓであるため、図７(ｃ)のように電荷が蓄積される。この場合、電荷量比ＤＢ１９０に格納されている、ゲート信号を１０ｎｓ遷移させた場合のデータ、２０ｎｓ遷移させた場合のデータいずれにも一致しないため、フレアが発生していると誤判断される。
An example is shown in FIGS. For example, the charge
上記のような誤判断を避けるため、一致不一致の判別には、所定の許容範囲を設ける。すなわち、測定電荷量比の各値が、基準電荷量比の対応するそれぞれの値を中心とする所定の範囲内であれば、一致と判別する。一方、１つの値でも、上記範囲外である場合、不一致と判別する。所定の範囲は、％で設定してもよいし、閾値（絶対値）で設定してもよい。 In order to avoid the erroneous determination as described above, a predetermined allowable range is provided for determination of coincidence / mismatch. That is, if each value of the measured charge amount ratio is within a predetermined range centered on each corresponding value of the reference charge amount ratio, it is determined that the values match. On the other hand, if even one value is outside the above range, it is determined that there is a mismatch. The predetermined range may be set by% or may be set by a threshold value (absolute value).
なお、比較する基準電荷量比の対応するそれぞれの値とは、同じ電荷蓄積部１５０間の比の値のことである。例えば、測定電荷量比の中のＣ２/Ｃ１の値は、基準電荷量比のＣ２/Ｃ１の値と比較し、Ｃ４/Ｃ３の値は、同Ｃ４/Ｃ３の値と比較する。
In addition, each value corresponding to the reference charge amount ratio to be compared is a ratio value between the same
判別処理で、一致と判別された場合、フレア補正部１７０は、各電荷蓄積部１５０に蓄積された測定電荷量をそのまま対象物電荷量とし、距離画像生成部１８０に受け渡す。一方、不一致と判別された場合、フレア補正部１７０は、測定電荷量に対し、電荷量補正処理を実行する。
When it is determined in the determination processing that they match, the
電荷量補正処理は、フレアの影響有りと判別された測定電荷量から、フレアの影響を取り除く処理である。電荷量補正処理は、電荷量比ＤＢ１９０から読み出した基準電荷量比と電荷蓄積部１５０に蓄積された測定電荷量とを用いて行う。ここでは、電荷量比ＤＢ１９０に格納されている電荷量比をもとに、測定電荷量内のフレアによる電荷量を特定し、その分を取り除く。フレアによる電荷量は、電荷量比ＤＢ１９０に格納されている電荷量比を用いて、仮のフレアによる電荷量および仮の対象物による電荷量を求めることを繰り返し、徐々に実際のフレアの電荷量に近づけていくことにより算出する。
The charge amount correction process is a process for removing the influence of flare from the measured charge amount determined to have the influence of flare. The charge amount correction process is performed using the reference charge amount ratio read from the charge
本実施形態の電荷量補正処理では、まず、フレアによる影響を受けやすい、電荷蓄積部１５１と１５２との電荷量比(Ｃ２/Ｃ１)を用い、この測定電荷量比が最も近い電荷量比ＤＢ１９０内の基準電荷量比を、仮のフレア電荷量比とみなす。フレアによる影響を受けやすい電荷蓄積部１５０は、近距離の測定対象物からの反射光の受光量の多い電荷蓄積部１５０であり、通常は、変調光１１１の照射後、蓄積開始タイミングが早い電荷蓄積部１５０である。なお、基準電荷量比を抽出する際にキー項目とする電荷量比は、０以外のものとする。
In the charge amount correction process of the present embodiment, first, the charge amount ratio (C2 / C1) between the
そして、測定電荷量に仮のフレア電荷量比を乗算することにより、仮のフレア電荷量を算出する。そして、仮のフレアの電荷量を測定電荷量から減算することにより、仮のフレアの影響を除去した、補正後の対象物電荷量を得る。この補正後の対象物電荷量から得る対象物電荷量比が、電荷量比ＤＢ１９０から読み出したいずれかの基準電荷量比と一致した場合、この補正後の対象物電荷量を、対象物電荷量とする。
Then, the provisional flare charge amount is calculated by multiplying the measurement charge amount by the provisional flare charge amount ratio. Then, by subtracting the charge amount of the temporary flare from the measured charge amount, the corrected object charge amount from which the influence of the temporary flare is removed is obtained. When the target charge amount ratio obtained from the corrected target charge amount matches any reference charge amount ratio read from the charge
一方、一致しない場合は、補正後の対象物電荷量から仮の対象物電荷量を算出し、測定電荷量と仮の対象物電荷量との差として、フレア電荷量を算出する。 On the other hand, if they do not match, the provisional object charge amount is calculated from the corrected object charge amount, and the flare charge amount is calculated as the difference between the measured charge amount and the provisional object charge amount.
その後、算出したフレア電荷量から得る電荷量比を用いて、上記同様仮のフレア電荷量比を算出する。そして、算出した仮のフレア電荷量を、測定電荷量から減算することにより、補正後の対象物電荷量を再算出し、一致不一致を判別する。以上の処理を、補正後の対象物電荷量から算出する電荷量比が、電荷量比ＤＢ１９０内のいずれかの基準電荷量比に一致するまで繰り返す。
Thereafter, a temporary flare charge amount ratio is calculated using the charge amount ratio obtained from the calculated flare charge amount. Then, by subtracting the calculated temporary flare charge amount from the measured charge amount, the corrected object charge amount is recalculated to determine coincidence mismatch. The above processing is repeated until the charge amount ratio calculated from the corrected object charge amount matches any reference charge amount ratio in the charge
以下、上記電荷量補正処理を、図８を用い、具体例で説明する。ここでは、４つの電荷蓄積部１５０に蓄積された測定電荷量を用いる。また、各電荷蓄積部１５０に蓄積された当初の測定電荷量を、Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４とする。なお、この測定電荷量(Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４)は、フレアによる電荷量(フレア電荷量)(Ｆ０１、Ｆ０２、Ｆ０３、Ｆ０４)と、測定対象物１１３からの反射光による電荷量(対象物電荷量)(Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４)との和である。すなわち、各測定電荷量は、以下の式(３-１)、式(３−２)、式(３−３)、式(３−４)のとおりである。
Ｑ０１＝Ｆ０１＋Ｓ０１・・・(３−１)
Ｑ０２＝Ｆ０２＋Ｓ０２・・・(３−２)
Ｑ０３＝Ｆ０３＋Ｓ０３・・・(３−３)
Ｑ０４＝Ｆ０４＋Ｓ０５・・・(３−４)
なお、図８の例では、Ｆ０４およびＳ０１を０とする。
Hereinafter, the charge amount correction process will be described with reference to FIG. Here, the measured charge amounts stored in the four
Q01 = F01 + S01 (3-1)
Q02 = F02 + S02 (3-2)
Q03 = F03 + S03 (3-3)
Q04 = F04 + S05 (3-4)
In the example of FIG. 8, F04 and S01 are set to 0.
ここで、フレアの影響の最も大きいと考えられる項目Ｃ２/Ｃ１の値が、測定電荷量比Ｑ０２/Ｑ０１に最も近い基準電荷量比を電荷量比ＤＢ１９０から抽出する。抽出した基準電荷量比を(Ｃ１２/Ｃ１１、Ｃ１３/Ｃ１１、Ｃ１４/Ｃ１１、Ｃ１３/Ｃ１２、Ｃ１４/Ｃ１２、Ｃ１４/Ｃ１３)とする。なお、ここで抽出した基準電荷量比を、仮のフレア電荷量比と呼ぶ。
Here, the reference charge amount ratio closest to the measured charge amount ratio Q02 / Q01 in the value of the item C2 / C1 considered to have the greatest influence of flare is extracted from the charge
次に、仮のフレア電荷量(Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４)を、測定電荷量と仮のフレア電荷量比とから、以下の式(４−１)、式(４−２)、式(４−３)、式(４−４)により算出する。これは、測定電荷量(Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４)に含まれるフレアの電荷量による電荷量比が、仮のフレア電荷量比であると仮定して算出するものである。
Ｆ１１＝Ｑ０１ ・・・(４−１)
Ｆ１２＝Ｑ０１×(Ｃ１２/Ｃ１１)・・・(４−２)
Ｆ１３＝Ｑ０１×(Ｃ１３/Ｃ１１)・・・(４−３)
Ｆ１４＝Ｑ０１×(Ｃ１４/Ｃ１１)・・・(４−４)
Next, the temporary flare charge amount (F11, F12, F13, F14) is calculated from the measured charge amount and the temporary flare charge amount ratio by the following equations (4-1), (4-2), and ( 4-3) and the formula (4-4). This is calculated on the assumption that the charge amount ratio due to the flare charge amount included in the measured charge amount (Q01, Q02, Q03, Q04) is a temporary flare charge amount ratio.
F11 = Q01 (4-1)
F12 = Q01 × (C12 / C11) (4-2)
F13 = Q01 × (C13 / C11) (4-3)
F14 = Q01 × (C14 / C11) (4-4)
しかしながら、図８の例では、実際には、Ｑ０２およびＱ０３には、フレアによるものと、測定対象物１１３からの反射光によるものとの両電荷量が含まれる。このため、測定電荷量比のうち、Ｑ０２/Ｑ０１およびＱ０３/Ｑ０１は、フレアによる電荷量比(Ｆ０２/Ｆ０１およびＦ０３/Ｆ０１)より大きな値となる。これは、言い換えると、Ｑ０１が本来のフレア電荷量比におけるＱ０１に比べて相対的に小さくみなされているということである。その結果、仮のフレア電荷量比(Ｃ１２/Ｃ１１、Ｃ１３/Ｃ１１)は、本来のフレアの電荷量比(Ｆ０２/Ｆ０１およびＦ０３/Ｆ０１)より大きいものとなる。従って、Ｃ１２/Ｃ１１をＦ０２/Ｆ０１、Ｃ１３/Ｃ１１をＦ０３/Ｆ０１と仮定して算出するＦ１２、Ｆ１３の値は、本来のフレアによる電荷量(Ｆ０２、Ｆ０３)より大きな値となる。
However, in the example of FIG. 8, Q02 and Q03 actually include both charge amounts due to flare and reflected light from the
これは、上記式(４−２)および式(４−３)を変形した、以下の式(５−１)、式(５−２)により、明らかである。
Ｆ１２＝Ｑ０１×(Ｃ１２/Ｃ１１)＝(Ｆ０１＋Ｓ０１)×(Ｃ１２/Ｃ１１)
＞Ｆ０１×(Ｆ０２/Ｆ０１)＝Ｆ０２ ・・・(５−１)
Ｆ１３＝Ｑ０１×(Ｃ１３/Ｃ１１)＝(Ｆ０１＋Ｓ０１)×(Ｃ１３/Ｃ１１)
＞Ｆ０１×(Ｆ０３/Ｆ０１)＝Ｆ０３ ・・・(５−２)
ここでは、Ｓ０１＝０との仮定を用いた。
This is apparent from the following formulas (5-1) and (5-2) obtained by modifying the above formulas (4-2) and (4-3).
F12 = Q01 × (C12 / C11) = (F01 + S01) × (C12 / C11)
> F01 × (F02 / F01) = F02 (5-1)
F13 = Q01 × (C13 / C11) = (F01 + S01) × (C13 / C11)
> F01 × (F03 / F01) = F03 (5-2)
Here, the assumption that S01 = 0 is used.
次に、得られた仮のフレア電荷量(Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４)を、測定電荷量(Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４)から差し引くことにより、測定電荷量内の対象物電荷量(補正後の対象物電荷量)(Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４)を得る。算出は、以下の式(６−１)、式(６−２)、式(６−３)、式(６−４)のとおりである。
Ｓ１１＝Ｑ０１−Ｆ１１・・・(６−１)
Ｓ１２＝Ｑ０２−Ｆ１２・・・(６−２)
Ｓ１３＝Ｑ０３−Ｆ１３・・・(６−３)
Ｓ１４＝Ｑ０４−Ｆ１４・・・(６−４)
Next, by subtracting the obtained temporary flare charge amount (F11, F12, F13, F14) from the measured charge amount (Q01, Q02, Q03, Q04), the object charge amount (correction) within the measured charge amount is corrected. (Subsequent object charge amount) (S11, S12, S13, S14) is obtained. The calculation is as shown in the following formulas (6-1), (6-2), (6-3), and (6-4).
S11 = Q01-F11 (6-1)
S12 = Q02-F12 (6-2)
S13 = Q03-F13 (6-3)
S14 = Q04-F14 (6-4)
なお、Ｆ１２＞Ｆ０２、Ｆ１３＞Ｆ０３であるため、上記式(６−２)および式(６−３)を変形すると、以下の式(７−１)、式(７−２)となり、補正後の対象物電荷量Ｓ１２およびＳ１３は、それぞれ、本来の対象物電荷量Ｓ０２およびＳ０３より小さいことがわかる。
Ｓ１２＝Ｑ０２−Ｆ１２＝(Ｆ０２+Ｓ０２)−Ｆ１２＜Ｓ０２・・・(７−１)
Ｓ１３＝Ｑ０３−Ｆ１３＝(Ｆ０３+Ｓ０３)−Ｆ１３＜Ｓ０３・・・(７−２)
Since F12> F02 and F13> F03, when the above formulas (6-2) and (6-3) are modified, the following formulas (7-1) and (7-2) are obtained and corrected. It can be seen that the object charge amounts S12 and S13 are smaller than the original object charge amounts S02 and S03, respectively.
S12 = Q02−F12 = (F02 + S02) −F12 <S02 (7-1)
S13 = Q03−F13 = (F03 + S03) −F13 <S03 (7-2)
次に、この補正後の対象物電荷量(Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４)を用いて、補正後の対象物電荷量比を計算する。そして、算出した電荷量比の中の、０、∞以外の正の値一つをキー項目とし、キー項目の電荷量比が最も近い基準電荷量比を電荷量比ＤＢ１９０から読み出す。ここでは、例えば、対象物電荷量の割合が最も大きいと考えられる電荷蓄積部１５０間の電荷量比Ｃ４/Ｃ３をキー項目とし、この値が、補正後の対象物電荷量から得た電荷量比Ｓ１４/Ｓ１３に最も近い基準電荷量比を電荷量比ＤＢ１９０から抽出する。なお、対象物電荷量の割合が大きい電荷蓄積部１５０は、上記フレアの影響の最も少ない電荷蓄積部１５０である。抽出した基準電荷量比(Ｃ２２/Ｃ２１、Ｃ２３/Ｃ２１、Ｃ２４/Ｃ２１、Ｃ２３/Ｃ２２、Ｃ２４/Ｃ２２、Ｃ２４/Ｃ２３)を、仮の対象物電荷量比と呼ぶ。
Next, the corrected object charge amount ratio is calculated using the corrected object charge amount (S11, S12, S13, S14). Then, one positive value other than 0 and ∞ in the calculated charge amount ratio is used as a key item, and the reference charge amount ratio with the closest charge amount ratio of the key item is read from the charge
そして、抽出した仮の対象物電荷量比と、算出した補正後の対象物電荷量比とを比較し、両者の一致不一致を判別する。一致不一致の判別手法は、上記判別処理における同判別手法と同様とする。一致していれば、補正を終了し、その時点での補正後の対象物電荷量を距離画像生成部１８０に送信する。一方、不一致と判別された場合は、さらに補正を行う。
Then, the extracted temporary object charge amount ratio is compared with the calculated corrected object charge amount ratio to determine whether or not they match. The discrimination method for coincidence / inconsistency is the same as the discrimination method in the discrimination process. If they match, the correction is terminated, and the corrected object charge amount at that time is transmitted to the distance
ここでは、まず、補正後の対象物電荷量(Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４)と仮の対象物電荷量比とから、仮の対象物電荷量(Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４)を、以下の式(８−１)、式(８−２)、式(８−３)、式(８−４)により算出する。これは、補正後の対象物電荷量(Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４)に含まれる対象物電荷量による電荷量比が、仮の対象物電荷量比であると仮定して算出するものである。 Here, first, based on the corrected target charge amount (S11, S12, S13, S14) and the temporary target charge amount ratio, the temporary target charge amount (S21, S22, S23, S24) is expressed as follows. (8-1), (8-2), (8-3), and (8-4). This is calculated on the assumption that the charge amount ratio based on the object charge amount included in the corrected object charge amount (S11, S12, S13, S14) is a temporary object charge amount ratio. .
Ｓ２１＝Ｓ１４×(１/Ｃ２４/Ｃ２１)・・・(８−１)
Ｓ２２＝Ｓ１４×(１/Ｃ２４/Ｃ２２)・・・(８−２)
Ｓ２３＝Ｓ１４×(１/Ｃ２４/Ｃ２３)・・・(８−３)
Ｓ２４＝Ｓ１４ ・・・(８−４)
S21 = S14 × (1 / C24 / C21) (8-1)
S22 = S14 × (1 / C24 / C22) (8-2)
S23 = S14 × (1 / C24 / C23) (8-3)
S24 = S14 (8-4)
なお、上記同様、Ｃ２４/Ｃ２２をＳ１３/Ｓ１２、Ｃ２４/Ｃ２３をＳ１４/Ｓ１３と仮定して算出されるＳ２２、Ｓ２３の値は、本来の測定対象物による電荷量(Ｓ０２、Ｓ０３)より小さな値となる。 As described above, the values of S22 and S23 calculated on the assumption that C24 / C22 is S13 / S12 and C24 / C23 is S14 / S13 are smaller than the charge amount (S02, S03) due to the original measurement object. It becomes.
次に、得られた仮の対象物電荷量(Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４)を、測定電荷量(Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４)から差し引き、測定電荷量内のフレア電荷量(Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３、Ｆ２４)を算出する。これは、ここで算出されるフレア電荷量を補正後のフレア電荷量と呼ぶ。 Next, the obtained provisional object charge amount (S21, S22, S23, S24) is subtracted from the measured charge amount (Q01, Q02, Q03, Q04) to obtain the flare charge amount (F21, F22) within the measured charge amount. , F23, F24). This is referred to as the corrected flare charge amount.
上記同様、フレアの影響の最も大きいと考えられる項目Ｃ２/Ｃ１をキー項目とし、この値が、補正後のフレア電荷量から得た電荷量比Ｆ２２/Ｆ２１に最も近い基準電荷量比を電荷量比ＤＢ１９０から抽出する。そして、抽出した基準電荷量比を各々補正後のフレア電荷量Ｆ２１に乗算し、上記同様、仮のフレア電荷量を得る。
Similarly to the above, the item C2 / C1 considered to have the greatest influence of flare is used as a key item, and this value is the reference charge amount ratio closest to the charge amount ratio F22 / F21 obtained from the corrected flare charge amount. Extracted from the
なお、得られた補正後のフレア電荷量Ｆ２２は、Ｆ２２＝Ｑ０２−Ｓ２２である。このため、補正後のフレア電荷量比Ｆ２２/Ｆ２１は、電荷量比を読み出す際に使用したＱ０２/Ｑ０１より大きな値（Ｆ２２/Ｆ２１＞Ｑ０２/Ｑ０１）となる。従って、ここで得られた仮のフレア電荷量から得た電荷量比は、−Ｓ２２の分、先に定義した仮のフレア電荷量比（ここでは、Ｃ１２/Ｃ１１、Ｃ１３/Ｃ１１・・・Ｃ１４/Ｃ１３）より本来のフレア電荷量比に近づく。 The corrected flare charge amount F22 obtained is F22 = Q02−S22. For this reason, the corrected flare charge amount ratio F22 / F21 is larger than Q02 / Q01 used when reading the charge amount ratio (F22 / F21> Q02 / Q01). Therefore, the charge amount ratio obtained from the provisional flare charge amount obtained here is the amount of -S22, and the provisional flare charge ratio defined earlier (here, C12 / C11, C13 / C11... C14). / C13) closer to the original flare charge ratio.
以後、測定電荷量から仮のフレア電荷量を減算し、補正後の対象物電荷量を更新し、上記同様、一致不一致を判別する処理を、一致するまで繰り返す。 Thereafter, the provisional flare charge amount is subtracted from the measured charge amount, the corrected object charge amount is updated, and the process for determining coincidence / mismatch is repeated as described above until they coincide.
上記フレア補正部によるフレア補正処理の流れを図９のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは、全画素数をＰ(Ｐは１以上の整数)とし、各画素の画素番号をｐとし、処理のカウンタとして用いる。 The flow of flare correction processing by the flare correction unit will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, the total number of pixels is P (P is an integer of 1 or more), the pixel number of each pixel is p, and it is used as a processing counter.
まず、カウンタｐを初期化(ｐ＝１)する(ステップＳ１００１)。画素番号ｐの画素に対応する各電荷蓄積部１５０から測定電荷量(Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４)を取得する(ステップＳ１００２)。得られた測定電荷量を用い、最もフレアの影響の大きい電荷蓄積部１５０間の測定電荷量比を算出する(ステップＳ１００３)ここでは、Ｑ０２/Ｑ０１を算出する。そして、電荷量比ＤＢ１９０にアクセスし、同じ電荷蓄積部１５０間の電荷量比(ここでは、Ｃ２/Ｃ１)が、Ｑ０２/Ｑ０１に最も近いデータを仮のフレア電荷量比として抽出する(ステップＳ１００４)。
First, the counter p is initialized (p = 1) (step S1001). The measured charge amount (Q01, Q02, Q03, Q04) is acquired from each
測定電荷量比(Ｑ０２/Ｑ０１)と、仮のフレア電荷量比(Ｃ１２/Ｃ１１)とを比較し(ステップＳ１００５)、一致不一致を判別する(ステップＳ１００６)。ここでは、両者の差が予め定めた閾値以内であれば一致と判別し、それ以外は不一致と判別する。 The measured charge amount ratio (Q02 / Q01) is compared with the provisional flare charge amount ratio (C12 / C11) (step S1005), and a coincidence / mismatch is determined (step S1006). Here, if the difference between the two is within a predetermined threshold value, it is determined to be a match, and otherwise, it is determined to be a mismatch.
不一致と判別された場合、上記手法で仮のフレア電荷量(Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４)を算出する(ステップＳ１００７)。そして。仮のフレア電荷量を測定電荷量から減算し、補正後の対象物電荷量(Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４)を算出する(ステップＳ１００８)。 If it is determined that they do not match, the tentative flare charge amounts (F11, F12, F13, F14) are calculated by the above method (step S1007). And then. The provisional flare charge amount is subtracted from the measured charge amount, and the corrected object charge amounts (S11, S12, S13, S14) are calculated (step S1008).
補正後の対象物電荷量を用い、最もフレアの影響の少ない電荷蓄積部１５０間の電荷量比を、補正後の対象物電荷量比として算出する(ステップＳ１００９)。ここでは、Ｓ１４/Ｓ１３を算出する。そして、電荷量比ＤＢ１９０から、Ｃ４/Ｃ３の値が算出した電荷量比に最も近いデータを仮の対象物電荷量比(Ｃ２４/Ｃ２３)として抽出する(ステップＳ１０１０)。
Using the corrected object charge amount, the charge amount ratio between the
そして、補正後の対象物電荷量比(Ｓ１４/Ｓ１３)と、仮の物体電荷量比(Ｃ２４/Ｃ２３)とを比較し(ステップＳ１０１１)、一致不一致を判別する(ステップＳ１０１２)。判別手法は上記同様閾値を用いて行う。 Then, the corrected object charge amount ratio (S14 / S13) is compared with the provisional object charge amount ratio (C24 / C23) (step S1011), and coincidence mismatch is determined (step S1012). The discrimination method is performed using a threshold value as described above.
不一致の場合、上記手法で仮の対象物電荷量(Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４)を算出し(ステップＳ１０１３)、測定電荷量から仮の対象物電荷量を減算することにより、補正後のフレア電荷量(Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３、Ｆ２４)を算出する(ステップＳ１０１４)。 If they do not match, the temporary object charge amount (S21, S22, S23, S24) is calculated by the above method (step S1013), and the corrected flare is calculated by subtracting the temporary object charge amount from the measured charge amount. Charge amounts (F21, F22, F23, F24) are calculated (step S1014).
補正後のフレア電荷量を用いて、最もフレアの影響の大きい電荷蓄積部１５０間の電荷量比を算出し(ステップＳ１０１５)、電荷量比ＤＢ１９０にアクセスし、同じ電荷蓄積部１５０間の電荷量比が最も近いデータを仮のフレア電荷量比として抽出する(ステップＳ１０１６)。そして、補正後のフレア電荷量と仮のフレア電荷量比とを用い、上記手法で仮のフレア電荷量を算出する(ステップＳ１０１７)。そして、ステップＳ１００７へ戻り、処理を繰り返す。
Using the corrected flare charge amount, the charge amount ratio between the
ステップＳ１０１２で一致と判別された場合、その時点の、各電荷蓄積部１５０の補正後の対象物電荷量を、当該画素の電荷量として記憶装置に格納する(ステップＳ１０１８)。また、各電荷蓄積部１５０について、当該補正後の対象物電荷量を、それぞれ測定電荷量から減算し、その結果をフレア電荷量として記憶装置に格納する(ステップＳ１０１９)。以上の処理を、全画素について、繰り返す(ステップＳ１０２１、Ｓ１０２２)。
If it is determined in step S1012 that they match, the target charge amount after correction of each
また、ステップＳ１００６で一致と判別された場合、各電荷蓄積部１５０の測定電荷量を、当該画素の電荷量として記憶装置に格納し(ステップＳ１０２０)、ステップＳ１０２１へ移行する。
If it is determined in step S1006 that they match, the measured charge amount of each
なお、本実施形態の距離画像生成装置１００は、ＣＰＵとメモリと記憶装置とを備え、制御部１４０、電荷振分部１３０、電荷量比演算部１６０、フレア補正部１７０、距離画像生成部１８０の各機能は、記憶装置に予め記憶されたプログラムを、ＣＰＵがメモリにロードして実行することにより実現される。
The distance
以上説明したように、本実施形態によれば、各電荷蓄積部１５０に蓄積された電荷量間の比と、測定対象物１１３の距離に応じた基準となる電荷量比とを用い、蓄積された電荷内のフレアの影響を取り除く。従って、光飛行時間型距離画像センサにおいて、蓄積した電荷から、フレアによる電荷を適切に除去できる。
As described above, according to the present embodiment, the charge amount is accumulated using the ratio between the charge amounts accumulated in each
さらに、本実施形態では、フレア補正部により、上記フレアによる影響の除去を実現する。従って、光飛行時間型距離画像センサを用いた距離画像生成装置において、物理的な構成を変えることなく、フレアによる影響を除去できる。そして、フレアによる影響を除去した電荷を用い、距離値を算出できる。このため、本実施形態によれば、光飛行時間型距離画像センサを用いた距離画像生成装置において、低コストで精度よく距離値を算出できる。 Furthermore, in this embodiment, the flare correction unit realizes the removal of the influence due to the flare. Therefore, in the distance image generation apparatus using the time-of-flight distance image sensor, the influence of flare can be removed without changing the physical configuration. The distance value can be calculated using the charge from which the influence of flare is removed. For this reason, according to the present embodiment, the distance value can be accurately calculated at low cost in the distance image generation device using the time-of-flight distance image sensor.
なお、上記実施形態では、判別処理において、測定電荷量比と基準電荷量比との全項目の値を比較し、一致不一致を判別する場合を例にあげて説明している。すなわち、上記例では、電荷蓄積部１５０の数が４つの場合、４つの電荷量で得られる６組の電荷量比を算出し、６組全てについて、測定電荷量比と基準電荷量比とを比較している。しかしながら、電荷量比を構成する全ての値を必ずしも比較する必要はない。
In the above-described embodiment, an example has been described in which, in the determination process, the values of all items of the measured charge amount ratio and the reference charge amount ratio are compared to determine coincidence / mismatch. That is, in the above example, when the number of the
少なくとも、電荷蓄積部１５０の数の半数＋１(電荷蓄積部１５０の数が奇数の場合は、半数＋０．５)の電荷蓄積部１５０の電荷量を用いて算出される電荷量比を比較すればよい。上述のように電荷蓄積部１５０が４つの場合、半数＋１の３つの電荷蓄積部１５０の電荷量を用いて、最低２組の電荷量比を比較すればよい。このような数の制約を設けるのは、以下のような場合に、フレアが発生していないと誤判断されるのを防ぐためである。
Comparing the charge amount ratio calculated by using the charge amount of the
本実施形態では、測定電荷量から算出する電荷量比と、電荷量比ＤＢ１９０に保持される電荷量比とを比較し、フレアの発生の有無を判別する。入射光波形のデューティー比が５０％である場合、電荷蓄積部１５０が４つ以上あると、フレアによる入射光と測定対象物１１３からの反射光とが、完全に別々の電荷蓄積部１５０に蓄積されることがある。
In the present embodiment, the charge amount ratio calculated from the measured charge amount is compared with the charge amount ratio held in the charge
例えば、電荷蓄積部１５０が４つの場合、半数の電荷蓄積部１５０のみを用いて電荷量比を比較するものとすると、算出される測定電荷量比、電荷量比ＤＢ１９０に格納される各電荷量比は、それぞれ１つとなる。例えば、フレアが電荷蓄積部１５１、１５２にのみ蓄積され、また、測定対象物１１３からの反射光が、電荷蓄積部１５３、１５４にのみ蓄積されたとする。上記電荷量比ＤＢ１９０に保持される電荷量比が、電荷蓄積部１５１および１５２に蓄積された電荷量を用いたものである場合、または、同１５３、１５４に蓄積された電荷量を用いたものである場合、フレアが発生しているにもかかわらず、データベースの値と一致してしまうことが発生する。
For example, when there are four
また、入射光波形のデューティー比が５０％であれば、少なくとも電荷蓄積部１５０の数の１/４、最大で半分に電荷が蓄積されない。このため、電荷量比が０となる期間が発生する。上記フレア補正のためには、値が０でない電荷量比を必要とするため、上記数の電荷蓄積部１５０を用いて算出する電荷量比が必要となる。
Further, if the duty ratio of the incident light waveform is 50%, the charge is not accumulated in at least 1/4 of the number of the
１００：距離画像生成装置、１１０：光源部、１１１：変調光、１１２：入射光、１１３：測定対象物、１２０：光電変換部、１３０：電荷振分部、１４０：制御部、１４１：変調信号、１４２：ゲート信号、１５０：電荷蓄積部、１５１：電荷蓄積部、１５２：電荷蓄積部、１５３：電荷蓄積部、１５４：電荷蓄積部、１６０：電荷量比演算部、１７０：フレア補正部、１８０：距離画像生成部、１９０：電荷量比データベース DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Distance image generation apparatus, 110: Light source part, 111: Modulated light, 112: Incident light, 113: Measuring object, 120: Photoelectric conversion part, 130: Charge distribution part, 140: Control part, 141: Modulation signal 142: gate signal, 150: charge storage unit, 151: charge storage unit, 152: charge storage unit, 153: charge storage unit, 154: charge storage unit, 160: charge amount ratio calculation unit, 170: flare correction unit, 180: Distance image generation unit, 190: Charge amount ratio database
Claims (5)
前記光電変換部毎に設けられた、当該光電変換部で変換した電荷を予め定められたタイミングで振り分けてそれぞれ蓄積する３つ以上の電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の電荷量である測定電荷量の、各電荷蓄積部間の比を測定電荷量比として算出する電荷量比演算部と、
理想的な環境で前記対象物を測定して得た距離毎の前記電荷量比を、基準電荷量比として格納する電荷量比データベースと、
前記測定電荷量比と前記基準電荷量比とを比較して前記測定電荷量比と前記基準電荷量比とが一致しない場合にフレアが発生していると判定し、前記基準電荷量比に基づいて前記測定電荷量内のフレアによる電荷量を特定して前記測定電荷量から取り除くことで前記対象物からの反射光による電荷量である対象物電荷量を算出するフレア補正を行うフレア補正部と、
前記対象物電荷量を用い、前記対象物までの距離値を求め当該距離値を画素値とする距離画像を生成する距離画像生成部と、を備えること
を特徴とする距離画像生成装置。 A photoelectric conversion unit that receives modulated light including reflected light that is irradiated from a light source and reflected by an object in a target space, and converts the light into a charge according to the amount of received light;
Three or more charge storage units that are provided for each photoelectric conversion unit and that distribute and store charges converted by the photoelectric conversion unit at predetermined timings,
A charge amount ratio calculating unit that calculates a ratio between measured charge amounts as a measured charge amount ratio of a measured charge amount that is a charge amount of charges accumulated in the charge storage unit;
A charge amount ratio database for storing the charge amount ratio for each distance obtained by measuring the object in an ideal environment as a reference charge amount ratio;
The measured charge amount ratio and the reference charge amount ratio are compared, and it is determined that flare has occurred when the measured charge amount ratio and the reference charge amount ratio do not match, and based on the reference charge amount ratio A flare correction unit for performing flare correction for calculating an object charge amount that is a charge amount due to reflected light from the object by specifying the charge amount due to flare within the measured charge amount and removing it from the measured charge amount; ,
A distance image generation device, comprising: a distance image generation unit that calculates a distance value to the object using the object charge amount and generates a distance image using the distance value as a pixel value.
前記フレア補正部は、前記測定電荷量比に最も近い前記基準電荷量比を前記電荷量比データベースから抽出し、当該測定電荷量比と前記抽出した基準電荷量比との差の絶対値が予め定めた範囲内である場合、前記測定電荷量を、前記対象物電荷量とすること
を特徴とする距離画像生成装置。 The distance image generating device according to claim 1,
The flare correction unit extracts the reference charge amount ratio closest to the measured charge amount ratio from the charge amount ratio database, and an absolute value of a difference between the measured charge amount ratio and the extracted reference charge amount ratio is previously determined. The distance image generation device characterized in that the measured charge amount is the object charge amount when the measured charge amount is within a predetermined range.
前記光電変換部毎に設けられた、当該光電変換部で変換した電荷を予め定められたタイミングで振り分けてそれぞれ蓄積する３つ以上の電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の電荷量である測定電荷量の、各電荷蓄積部間の比を測定電荷量比として算出する電荷量比演算部と、
理想的な環境で前記対象物を測定して得た距離毎の前記電荷量比を、基準電荷量比として格納する電荷量比データベースと、
前記測定電荷量に対し、前記測定電荷量比と前記基準電荷量比とを用い、フレアの影響を除くフレア補正を行い、前記対象物からの反射光による電荷量である対象物電荷量を算出するフレア補正部と、
前記対象物電荷量を用い、前記対象物までの距離値を求め当該距離値を画素値とする距離画像を生成する距離画像生成部と、を備え
前記フレア補正部は、前記測定電荷量比に最も近い前記基準電荷量比を前記電荷量比データベースから抽出し、当該測定電荷量比と前記抽出した基準電荷量比との差の絶対値が予め定めた範囲内である場合、前記測定電荷量を、前記対象物電荷量とし、前記範囲外である場合、前記抽出した基準電荷量比と前記測定電荷量とから、フレアによる仮の電荷量を算出し、前記測定電荷量から前記仮の電荷量を減算し、前記対象物電荷量を得ること
を特徴とする距離画像生成装置。 A photoelectric conversion unit that receives modulated light including reflected light that is irradiated from a light source and reflected by an object in a target space, and converts the light into a charge according to the amount of received light;
Three or more charge storage units that are provided for each photoelectric conversion unit and that distribute and store charges converted by the photoelectric conversion unit at predetermined timings,
A charge amount ratio calculating unit that calculates a ratio between measured charge amounts as a measured charge amount ratio of a measured charge amount that is a charge amount of charges accumulated in the charge storage unit;
A charge amount ratio database for storing the charge amount ratio for each distance obtained by measuring the object in an ideal environment as a reference charge amount ratio;
Using the measured charge amount ratio and the reference charge amount ratio for the measured charge amount, flare correction is performed to eliminate the influence of flare, and the object charge amount that is the charge amount due to the reflected light from the object is calculated. A flare correction unit to
A distance image generating unit that uses the object charge amount to obtain a distance value to the object and generates a distance image using the distance value as a pixel value, and the flare correction unit has a measured charge amount ratio. When the closest reference charge amount ratio is extracted from the charge amount ratio database and the absolute value of the difference between the measured charge amount ratio and the extracted reference charge amount ratio is within a predetermined range, the measured charge amount Is the object charge amount, and is outside the range, a temporary charge amount due to flare is calculated from the extracted reference charge amount ratio and the measured charge amount, and the temporary charge is calculated from the measured charge amount. A distance image generating apparatus characterized by subtracting an amount to obtain the object charge amount.
前記電荷量比データベースを作成する電荷量比データベース作成部をさらに備え、
前記電荷量比データベース作成部は、前記発光源の発光タイミングに対する前記電荷蓄積部への蓄積タイミングを相対的に変化させて同一対象物からの反射光による複数の前記測定電荷量を得、当該複数の測定電荷量を前記距離毎の電荷量比とすること
を特徴とする距離画像生成装置。 The distance image generating device according to claim 2,
A charge amount ratio database creating unit for creating the charge amount ratio database;
The charge amount ratio database creation unit obtains a plurality of measured charge amounts by reflected light from the same object by relatively changing an accumulation timing in the charge accumulation unit with respect to a light emission timing of the light emission source. The distance image generation apparatus characterized in that the measured charge amount is a charge amount ratio for each distance.
前記光電変換ステップで変換された電荷を、予め定められたタイミングで、３つ以上の電荷蓄積部にそれぞれ振り分けて蓄積する電荷蓄積ステップと、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の電荷量である測定電荷量の、各電荷蓄積部間の比を測定電荷量比として算出する電荷量比算出ステップと、
前記測定電荷量比と理想的な環境で前記対象物を測定して得た距離毎の前記電荷量比である基準電荷量比とを比較して、前記測定電荷量比と前記基準電荷量比とが一致しない場合にフレアが発生していると判定し、前記基準電荷量比に基づいて前記測定電荷量内のフレアによる電荷量を特定して前記測定電荷量から取り除くことで前記対象物からの反射光による電荷量である対象物電荷量を算出するフレア補正を行うフレア補正ステップと、
前記対象物電荷量を用い、前記対象物までの距離値を求め当該距離値を画素値とする距離画像を生成する距離画像生成ステップと、を備えること
を特徴とする距離画像生成方法。 A photoelectric conversion step of receiving modulated light including reflected light that is irradiated from a light emitting source and reflected by an object in a target space, and converts the received light into a charge according to the amount of received light;
A charge accumulation step of distributing and accumulating the charges converted in the photoelectric conversion step to each of three or more charge accumulation units at a predetermined timing; and
A charge amount ratio calculating step of calculating a ratio between measured charge amounts as a measured charge amount ratio of a measured charge amount that is a charge amount of charges accumulated in the charge storage unit;
By comparing the reference charge amount ratio is the charge amount ratio of each of the range obtained by measuring the object with the measured charge amount ratio and the ideal environment, the reference charge amount ratio and the measured charge amount ratio Is determined not to coincide with the reference charge amount ratio, and the charge amount due to the flare in the measured charge amount is specified based on the reference charge amount ratio and removed from the measured charge amount. A flare correction step for performing a flare correction to calculate an object charge amount that is a charge amount due to the reflected light of
A distance image generation method, comprising: a distance image generation step of determining a distance value to the object using the object charge amount and generating a distance image using the distance value as a pixel value.
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