JP6377295B2 - 距離計測装置及び距離計測方法 - Google Patents
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Description
《1−1》構成
図1は、本発明の実施の形態1に係る距離計測装置1の概略構成を示すブロック図である。距離計測装置1は、実施の形態1に係る距離計測方法を実施することができる装置である。図1に示されるように、距離計測装置1は、主要な構成として、被写体(物体)を撮影することで撮像画像(画像データ)を取得する画像データ取得部(カメラ及び投光装置)10と、画像データ取得部10で取得された画像データ(例えば、撮像画像における各画素の輝度値)を用いて被写体までの距離(被写体距離)を求め、求められた距離を示す距離データZout(例えば、画素ごとの距離データ)を出力する画像データ処理部20とを備えている。画像データ処理部20は、距離データZoutを数値で、又は、距離データを示すマップとして表示するための表示部(液晶表示部)及びユーザー操作のための操作部を備えてもよい。
制御部14は、光学系11の焦点距離を第1の焦点距離(短い焦点距離、すなわち、撮像部12に近い焦点位置)f1に設定させ、このときに、投写部13に複数のパターン光を順次投写させて撮像部12に複数のパターン光に対応する複数の第1の撮像画像G1を取得させる。複数のパターン光の一例は、図3(A1)、(A2)、(B1)、(B2)、(C1)、(C2)、(D1)、(D2)、(E1)、(E2)、(F1)、及び(F2)に示される。
Df={P(A1)−P(A2)}/{(P(A1)+P(A2))/2}
(1)
Sf=(P(A1)+P(A2))/2 (2)
If=Dfmax−Dfmin (3)
z=L/(tanθ+tanφ) (4)
なお、上記の処理では、2種類の焦点位置f1,f2の画像について実施し、それぞれに対応する距離を求める。2種類の焦点位置f1,f2のうち、焦点位置が光学系11に近い方(第1の焦点距離f1)の画像を用いて算出した距離zをZnと表記し、焦点位置が光学系11から遠い方(第2の焦点距離f2)の画像を用いて算出した距離zをZfと表記する。
三角測量による距離計測による従来の距離計測では、撮像画像内の画像ぼけが有る領域について、正確な距離情報を得ることができなかった。これに対し、実施の形態1に係る距離計測装置1及び距離計測方法によれば、画像ぼけが有る領域についての被写体距離Zoutとして、画像ぼけ量に基づいて求められた距離Zdを出力し、画像ぼけが無い領域についての被写体距離Zoutとして、三角測量による距離計測によって算出された距離Zn又は距離Zfを出力する。このため、実施の形態1に係る距離計測装置1及び距離計測方法によれば、画像ぼけの有無にかかわらず、被写体までの距離を正確に計測することができる。
《2−1》構成
実施の形態1では、投写部13及び撮像部12を1つの位置に固定し、画像ぼけ量を用いた距離計測と三角測量による距離計測とを組み合わせて、距離データZoutを出力する装置及び方法について説明した。しかし、被写体の形状が複雑である場合(例えば、凹部を含む場合)には、1つの位置に固定された投写部13によるパターン光の投写では、被写体上にパターン光が当たらない死角となる領域ができることがある。被写体上のパターン光が当たらない領域では、実施の形態1に係る距離計測装置1及び方法を用いても、被写体距離を正確に計測することができない場合がある。そこで、実施の形態2においては、投写部13、光学系11、及び撮像部12を含む撮影ユニット10bを移動させ、及び、撮像部12の撮影方向を変更し(撮影ユニット10bを回転させ)、複数の位置から複数の撮影角度で撮影を行うことで、パターン光が当たらない領域(距離計測不可能な領域)を減らして(望ましくは、なくして)いる。
実施の形態2に係る距離計測装置2は、まず画像ぼけ量による距離計測と三角測量による距離計測の組合せによる距離計測(1回目の距離計測)を実施したのち、カメラアーム部15を制御して、撮影ユニット10bの位置を移動させ、2回目以降の距離計測を行う。
また、Zout_u+Tz<Zout_dのときには、撮影ユニット10bを下方向に移動させ、撮影ユニット10bの撮像部12の撮影方向をM度上向きに変更する(撮影ユニット10bを回転させる)。
また、|Zout_u−Zout_d|≦Tzのときには、撮影ユニット10bの上下方向の移動を行わず、撮影ユニット10bの撮像部12の撮影方向も変更しない。
また、Zout_r+Tz<Zout_lのときには、撮影ユニット10bを左方向に移動させ、撮影ユニット10bの撮像部12の撮影方向をM度右向きに変更する(撮影ユニット10bを回転させる)。
また、|Zout_r−Zout_l|≦Tzのときには、撮影ユニット10bの左右方向の移動を行わず、撮影ユニット10bの撮像部12の撮影方向も変更しない(撮影ユニット10bは回転しない)。
以上に説明したように、実施の形態2に係る距離計測装置2及び距離計測方法によれば、1回目に実施する距離計測の結果に基づき、エラー発生領域を減らすように撮影ユニット10bを移動及び回転させて、2回目以降の距離計測の露光条件、撮影位置、撮影方向を変化させて画像データを取得し、距離計測を行い、距離計測を行うので、距離計測できないエリアが少なく、精度の高い被写体距離を取得することが可能となる。
図15は、上記実施の形態1及び2に係る距離計測装置の画像データ処理部の変形例の構成を示すハードウェア構成図である。距離計測装置1及び2の画像データ処理部20は、ソフトウェアとしてのプログラムを格納する記憶装置としてのメモリ91と、メモリ91に格納されたプログラムを実行する情報処理部としてのプロセッサ92とを用いて(例えば、コンピュータにより)実現することができる。この場合には、図1及び図11における画像データ処理部20は、図15におけるメモリ91とプログラムを実行するプロセッサ92に相当する。なお、図1に示される画像データ処理部20の一部を、図15に示されるメモリ91と、プログラムを実行するプロセッサ92とによって実現してもよい。
Claims (8)
- 被写体に複数のパターン光を投写する投写部と、
焦点距離を変更する機構を備えた光学系と、
前記光学系を介して前記被写体を撮影する撮像部と、
前記光学系の前記焦点距離を第1の焦点距離に設定させたときに、前記投写部に前記複数のパターン光を順次投写させて前記撮像部に前記複数のパターン光に対応する複数の第1の撮像画像を取得させ、及び、前記光学系の前記焦点距離を前記第1の焦点距離よりも長い第2の焦点距離に設定させたときに、前記投写部に前記複数のパターン光を順次投写させて前記撮像部に前記複数のパターン光に対応する複数の第2の撮像画像を取得させる制御部と、
前記複数の第1の撮像画像及び前記複数の第2の撮像画像から、画素ごとに画像ぼけの有無を判定し、前記画像ぼけの程度を示す画像ぼけ指標値から、画素ごとに前記被写体までの距離である第1の距離を取得する第1の距離計測部と、
前記複数の第1の撮像画像及び前記複数の第2の撮像画像から、三角測量によって画素ごとに前記被写体までの距離である第2の距離を取得する第2の距離計測部と、
前記第1の距離計測部で前記画像ぼけが有ると判定された画素については前記第1の距離を出力し、前記画像ぼけが無いと判定された画素については前記第2の距離を出力する計測結果合成部と
を備えたことを特徴とする距離計測装置。 - 前記投写部によって投写される前記複数のパターン光は、
一方向に規則的に交互に配列され、配列方向に互いに同じ幅を持つ第1の明部領域と第1の暗部領域とを有する第1のパターン光と、
前記第1のパターン光の前記第1の明部領域と前記第1の暗部領域とを逆にした第2の暗部領域と第2の明部領域とを有する第2のパターン光と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の距離計測装置。 - 前記画像ぼけ指標値は、前記第1のパターン光が投写されたときの前記第1の撮像画像における注目画素の輝度値と前記第2のパターン光が投写されたときの前記第2の撮像画像における前記注目画素の輝度値との差分値を正規化して得られた正規化差分値の最大値と最小値との差であることを特徴とする請求項2に記載の距離計測装置。
- 前記第2の距離計測部は、前記第1の焦点距離に設定したときの撮影で取得した近い焦点位置の画像データと前記第2の焦点距離に設定したときの撮影で取得した遠い焦点位置の画像データとを用いて三角測量による距離計測を行い、
前記計測結果合成部は、
前記第1の距離計測部において、前記近い焦点位置の画像データと前記遠い焦点位置の画像データの一方の画像が前記画像ぼけが無い、他方の画像が前記画像ぼけが有ると判定された箇所については、前記画像ぼけが無い画像の第2の距離計測部による距離計測結果を出力し、
前記第1の距離計測部において、前記近い焦点位置の画像データと前記遠い焦点位置の画像データのいずれの画像でも前記画像ぼけが無いと判定された箇所については、前記第2の距離計測部で画像ぼけ量を示す画像ぼけ指標値が大きい方の画像の第2の距離計測部による距離計測結果を出力する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の距離計測装置。 - 前記被写体に対する、前記投写部、前記光学系、及び前記撮像部の位置及び前記撮像部による撮影方向を変化させるカメラアーム部をさらに備え、
前記第1の距離計測部、前記第2の距離計測部、及び前記計測結果合成部による1回目の距離計測の実施後に、
前記投写部による前記パターン光の強度と、前記撮像部による撮影位置及び撮影方向とを変えて、前記第1の距離計測部、前記第2の距離計測部、及び前記計測結果合成部による2回目以降の距離計測を実施し、
前記計測結果合成部は、1回目及び2回目以降の距離計測実施の結果を合成して出力する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の距離計測装置。 - 前記第1の距離計測部、前記第2の距離計測部、及び前記計測結果合成部による1回目の距離計測の実施においてエラーが発生したエラー発生領域の上側と下側の距離計測結果を比較し、前記エラー発生領域の左側と右側の距離計測結果を比較し、前記カメラアーム部は、前記距離計測結果の比較結果に基づいて、前記投写部、前記光学系、及び前記撮像部を移動させ、前記撮像部による撮影方向を変更することを特徴とする請求項5に記載の距離計測装置。
- 前記計測結果合成部は、
前記投写部、前記光学系、及び前記撮像部を移動させる前に計測した被写体距離によって示される点を、出力される計測距離を示す点として、三次元空間上にプロットする処理を行い、
前記投写部、前記光学系、及び前記撮像部を移動させ、及び前記撮像部による撮影方向を変更させて計測した被写体距離のうち、既にプロットされた点と前記撮像部とを結ぶ線上に前記撮像部を移動させる前に計測した被写体距離によって示される点が存在しない場合にはプロットの追加を行い、既にプロットされた点と前記撮像部とを結ぶ線上に前記撮像部を移動させる前に計測した被写体距離によって示される点が存在する場合にはプロットの追加を行わない
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の距離計測装置。 - 被写体に複数のパターン光を投写する投写部と、焦点距離を変更する機構を備えた光学系と、前記光学系を介して前記被写体を撮影する撮像部とを備えた装置における、距離計測方法であって、
前記光学系の前記焦点距離を第1の焦点距離に設定させたときに、前記投写部に前記複数のパターン光を順次投写させて前記撮像部に前記複数のパターン光に対応する複数の第1の撮像画像を取得させる工程と、
前記光学系の前記焦点距離を前記第1の焦点距離よりも長い第2の焦点距離に設定させたときに、前記投写部に前記複数のパターン光を順次投写させて前記撮像部に前記複数のパターン光に対応する複数の第2の撮像画像を取得させる工程と、
前記複数の第1の撮像画像及び前記複数の第2の撮像画像から、画素ごとに画像ぼけの有無を判定し、前記画像ぼけの程度を示す画像ぼけ指標値から、画素ごとに前記被写体までの距離である第1の距離を取得する工程と、
前記複数の第1の撮像画像及び前記複数の第2の撮像画像から、三角測量によって画素ごとに前記被写体までの距離である第2の距離を取得する工程と、
前記第1の距離を取得する前記工程で前記画像ぼけが有ると判定された画素については前記第1の距離を出力し、前記画像ぼけが無いと判定された画素については前記第2の距離を出力する工程と
を備えたことを特徴とする距離計測方法。
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