JP7198507B2 - 距離画像測定装置及び距離画像測定方法 - Google Patents
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Description
[第1実施形態]
SA=S2+S3-2S1…(1)
を用いて、距離データ有効性判定信号SAの値が計算される。上記式(1)では、検出信号S1~S3の示す信号の値(電圧値)が、そのまま記号S1~S3で示されている(以下同様)。この距離データ有効性判定信号SAの値は、検出信号S2,S3の値の合計値から、背景光及び暗電流等のノイズに起因する電荷量NBの成分を除いた値となっており、検出信号S1~S3のうちで入射パルス光LRを反映した成分の合計値となっている。そして、距離データ有効性判定手段34は、距離データ有効性判定信号SAの値を閾値Th1と比較することにより、検出信号S1~S3を用いた距離の計算が有効であるか否かを判定する。これにより、図3の(k)部に示すように、遅れ時間TDの“-1”~“0”の間の値から“1”~“2”の間の値までの範囲が、距離の計算が有効な範囲である「データ有効範囲」であると判定される。さらに、距離計算参照信号生成手段36によって、検出信号S1とS3との差の値S3-1が下記式(2);
S3-1=S3-S1…(2)
を用いて計算された後に、差の値S3-1と距離データ有効性判定信号SAの値との比を計算することにより、下記式(3);
XR=S3-1/SA…(3)
を用いて距離計算参照信号XRの値が計算される。
S1-3=S1-S3…(4)
を用いて、検出信号S1,S3の差分値S1-3が計算されてから、その差分値の絶対値|S1-3|が計算される。加えて、距離データ有効性判定信号生成手段33によって、検出信号S1,S3の加算値の絶対値|S1+3|が下記式(5);
|S1+3|=|S1+S3|…(5)
を用いて計算された後、加算値の絶対値|S1+3|と差分値の絶対値|S1-3|との差分が求められることにより、下記式(6);
SB=|S1+3|-|S1-3|…(6)
を用いてノイズに起因する信号成分SBの値が計算される。さらに、距離データ有効性判定信号生成手段33によって、検出信号S1~S3と信号成分SBの値とを基に、下記式(7);
SA=|S1-3|+S2-0.5SB…(7)
を用いて、距離データ有効性判定信号SAの値が計算される。そして、距離データ有効性判定手段34は、距離データ有効性判定信号SAの値を閾値Th1と比較することにより、検出信号S1~S3を用いた距離の計算が有効であるか否かを判定する。例えば、閾値Th1を“0”近傍に設定することにより、図4の(n)部に示すように、遅れ時間TDの“-1”~“0”の間の値から“2”~“3”の間の値までの範囲が、距離の計算が有効な範囲である「データ有効範囲」であると判定される。さらに、距離計算参照信号生成手段36によって、検出信号S1とS3との差の値S1-3と距離データ有効性判定信号SAの値との比を計算することにより、下記式(8);
XR=1-S1-3/SA…(8)
を用いて距離計算参照信号XRの値が計算される。
[第2実施形態]
S1-3=S1-S3…(9)
を用いて、検出信号S1,S3の差分値S1-3が計算されてから、その差分値の絶対値|S1-3|が計算される。加えて、距離データ有効性判定信号生成手段33Aによって、検出信号S2,S4を基に、下記式(10);
S2-4=S2-S4…(10)
を用いて、検出信号S2,S4の差分値S2-4が計算されてから、その差分値の絶対値|S2-4|が計算される。さらに、距離データ有効性判定信号生成手段33Aによって、差分値の絶対値|S1-3|と差分値の絶対値|S2-4|が加算されることにより、下記式(11);
SA=|S1-3|+|S2-4|…(11)
を用いて、距離データ有効性判定信号SAの値が計算される。そして、距離データ有効性判定手段34は、距離データ有効性判定信号SAの値を閾値Th1と比較することにより、検出信号S1~S4を用いた距離の計算が有効であるか否かを判定する。例えば、閾値Th1を“0”近傍に設定することにより、図12の(o)部に示すように、遅れ時間TDの“-1”~“0”の間の値から“3”~“4”の間の値までの範囲が、距離の計算が有効な範囲である「データ有効範囲」であると判定される。さらに、距離計算参照信号生成手段36Aによって、検出信号S1とS3との差の値S1-3と距離データ有効性判定信号SAの値との比を計算することにより、下記式(12);
XR=1-S1-3/SA…(12)
を用いて第1の距離計算参照信号XRの値が計算されると共に、検出信号S2とS4との差の値S2-4と距離データ有効性判定信号SAの値との比を計算することにより、下記式(13);
XR=2-S2-4/SA…(13)
を用いて第2の距離計算参照信号YRの値が計算される。
R1=1-S1-3/SA…(14)
を用いて距離計算参照信号R1の値が計算され、検出信号S2とS4との差の値S2-4と距離データ有効性判定信号SAの値との比を計算することにより、下記式(15);
R2=2-S2-4/SA…(15)
を用いて距離計算参照信号R2の値が計算され、検出信号S1とS3との差の値S1-3と距離データ有効性判定信号SAの値との比を計算することにより、下記式(16);
R3=3+S1-3/SA…(16)
を用いて距離計算参照信号R3の値が計算される。
QA=Q1-Q5,
QB=Q2-Q6,
QC=Q3-Q7,
QD=Q4-Q8
により計算される。これらのゾーン信号の値の大小関係の組み合わせは遅れ時間TD毎に決まっており、そのような性質を利用することで対象物Sの距離のゾーンを判定することができる。
QAB=QA+QB,
QBC=QB+QC,
QCD=QC+QD,
QAdC=QA-QC,
QBdD=QB-QD,
QAC=QA+QC,
QBD=QB+QD,
QABC=QA+QB+QC,
QBCD=QB+QC+QD,
QCDdA=QC+QD-QA,
QDdAdB=QD-QA-QB
ゾーンZ0:L=(1/2)cT0{(QBC/QAC)-1},
ゾーンZ1:L=(1/2)cT0{(-QAB/QAC)+2},
ゾーンZ2、ゾーンZ3:L=(1/2)cT0{(QAB/QAdC)+2},
ゾーンZ4:L=(1/2)cT0{(QBC/QBdD)+3},
ゾーンZ5:L=(1/2)cT0{(QAB/-QAC)+6},
ゾーンZ6:L=(1/2)cT0{(QAB/QAdC)+6},
ゾーンZ7:L=(1/2)cT0{(QBC/QBdD)+7},
ゾーンZ8:L=(1/2)cT0{(QCD/QABC)+8},
ゾーンZ9:L=(1/2)cT0{(-QBdD/QBCD)+9},
ゾーンZ10:L=(1/2)cT0{(-QAC/QCDdA)+10},
ゾーンZ11:L=(1/2)cT0{(-QBD/QDdAdB)+11},
ゾーンZ12:L=(1/2)cT0{(QCDdA/QABC)+12},
ゾーンZ13:L=(1/2)cT0{(QDdAdB/QBCD)+13}
ゾーンZ1:Q1≧QTH、かつ、Q3≧QTH,
ゾーンZ2:Q1≧QTH、かつ、Q4≧QTH,
ゾーンZ3:Q1≧QTH、かつ、Q5≧QTH,
ゾーンZ4:Q1≧QTH、かつ、Q6≧QTH,
ゾーンZ5:Q1≧QTH、かつ、Q7≧QTH,
ゾーンZ6:Q1≧QTH、かつ、Q8≧QTH,
ゾーンZ7:Q1<QTH、かつ、Q2≧QTH,
ゾーンZ8:Q1<QTH、かつ、Q3≧QTH,
ゾーンZ9:Q1<QTH、かつ、Q4≧QTH,
ゾーンZ10:Q1<QTH、かつ、Q5≧QTH,
ゾーンZ11:Q1<QTH、かつ、Q6≧QTH,
ゾーンZ12:Q1<QTH、かつ、Q7≧QTH
Q25=Q2-Q5,
Q36=Q3-Q6,
Q47=Q4-Q7,
Q58=Q5-Q8,
QA=Q25+Q36,
QB=Q36+Q47,
QC=Q47+Q58,
QD=Q25-Q47,
QE=Q36-Q58,
QF=Q25+Q47,
QG=Q36+Q58,
QH=Q25+Q36+Q47,
QI=Q36+Q47+Q58,
QJ=Q47-Q25-Q36,
QK=Q47+Q58-Q25,
QL=Q58-Q25-Q36
ゾーンZ1:L=(1/2)cT0{(-QD/QH)+1},
ゾーンZ2:L=(1/2)cT0{(-QA/QI)+2},
ゾーンZ3:L=(1/2)cT0{(-QB/QJ)+3},
ゾーンZ4:L=(1/2)cT0{(-QC/-QH)+4},
ゾーンZ5:L=(1/2)cT0{(QE/-QI)+5},
ゾーンZ6:L=(1/2)cT0{(QF/-QK)+6},
ゾーンZ7:L=(1/2)cT0{(QG/-QL)+7},
ゾーンZ8:L=(1/2)cT0{(-QD/QH)+8},
ゾーンZ9:L=(1/2)cT0{(-QA/QI)+9},
ゾーンZ10:L=(1/2)cT0{(-QB/QJ)+10},
ゾーンZ11:L=(1/2)cT0{(-QC/-QH)+11},
ゾーンZ12:L=(1/2)cT0{(QE/-QI)+12}
Claims (10)
- パルス光を発生させる光源と、
第1の持続時間を有する前記パルス光を1フレーム期間内で繰り返し発生させるように前記光源を制御する光源制御手段と、
光を電荷に変換する光電変換領域、前記光電変換領域に近接して互いに離間して設けられた第1~第M(Mは3以上の整数)の電荷読出領域、及び前記光電変換領域と前記第1~第Mの電荷読出領域とに対応してそれぞれ設けられ、前記光電変換領域と前記第1~第Mの電荷読出領域との間における電荷転送のための第1~第Mの制御パルスを印加するための第1~第Mの制御電極を有する画素回路部と、
前記光源制御手段による前記パルス光の発生に対応して、前記第1の持続時間以上である第2の持続時間の間だけ前記第1の制御電極に前記第1の制御パルスを印加した後、前記第2の持続時間の間だけ前記第2~第Mの制御電極に前記第2~第Mの制御パルスを順次印加する電荷転送制御手段と、
前記電荷転送制御手段による前記第1~第Mの制御パルスの印加後に、前記画素回路部の前記第1~第Mの電荷読出領域の電圧を第1~第Mの検出信号として読み出す電圧検出手段と、
前記第1~第Mの検出信号を基に距離を繰り返し計算する距離計算手段とを備え、
前記距離計算手段は、前記第1~第Mの検出信号を基に、前記第1~第Mの検出信号のうちの背景光を除いた前記パルス光から発生した電荷の信号成分の合計値を計算し、前記信号成分の合計値が所定の第1の閾値を超えた場合には、前記第1~第Mの検出信号から所定の計算式を用いて前記距離を計算し、前記信号成分の合計値が前記第1の閾値を超えていない場合には、前記距離の計算を無効とし、
前記合計値を計算する際には、前記第1~第Mの検出信号のうちの第1の検出信号と第3の検出信号との差分値の絶対値を前記電荷の信号成分として含む前記合計値を計算する、
距離画像測定装置。 - 前記距離計算手段は、前記第1~第Mの検出信号のうちの2つの検出信号の差と前記信号成分の合計値との比を計算することにより距離計算参照値を求め、前記距離計算参照値と所定の第2の閾値との比較結果に応じて前記距離計算参照値が有効であるか否かを判断し、前記距離計算参照値が有効な場合には前記距離計算参照値を基に前記距離を計算する、
請求項1記載の距離画像測定装置。 - 前記距離計算手段は、前記第1~第Mの検出信号のうちの第1の検出信号と第3の検出信号の差と前記信号成分の合計値との比を計算することにより第1の距離計算参照値を求め、前記第1~第Mの検出信号のうちの第2の検出信号と第4の検出信号の差と前記信号成分の合計値との比を計算することにより第2の距離計算参照値を求め、前記第1の距離計算参照値と所定の第3の閾値との比較結果に応じて、前記第1の距離計算参照値あるいは前記第2の距離計算参照値のいずれかを選択して前記距離を計算する、
請求項1又は2記載の距離画像測定装置。 - 前記画素回路部は、前記光電変換領域に蓄積された電荷を排出するための電荷排出領域と、前記光電変換領域と前記電荷排出領域との間における電荷転送のための制御パルスを印加するための制御電極とをさらに有する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の距離画像測定装置。 - 前記距離計算手段は、前記距離の計算が無効であるか否かを示す識別値を生成する、
請求項1~4のいずれか1項に記載の距離画像測定装置。 - 前記電荷転送制御手段と、前記電荷転送制御手段と前記第1~第Mの制御電極との間の回路と、前記電荷転送制御手段と前記光源制御手段との間の回路の一部とは、前記画素回路部と同一の半導体上、あるいは前記画素回路部に対して積層された半導体上に形成されている、
請求項1~5のいずれか1項に記載の距離画像測定装置。 - 前記画素回路部が2次元アレイ状に配列されたイメージセンサを含む、
請求項1~6のいずれか1項に記載の距離画像測定装置。 - 光源制御手段が、第1の持続時間を有するパルス光を1フレーム期間内で繰り返し発生させるように光源を制御する光源制御ステップと、
光を電荷に変換する光電変換領域、前記光電変換領域に近接して互いに離間して設けられた第1~第M(Mは3以上の整数)の電荷読出領域、及び前記光電変換領域と前記第1~第Mの電荷読出領域とに対応して設けられた第1~第Mの制御電極を有する画素回路部を用いて、電荷転送制御手段が、前記光源制御手段による前記パルス光の発生に対応して、前記第1の持続時間以上である第2の持続時間の間だけ前記第1の制御電極に、電荷の転送を制御するための第1の制御パルスを印加した後、前記第2の持続時間の間だけ前記第2~第Mの制御電極に、電荷の転送を制御するための第2~第Mの制御パルスを順次印加する電荷転送制御ステップと、
電荷検出手段が、前記電荷転送制御手段による前記第1~第Mの制御パルスの印加後に、前記画素回路部の前記第1~第Mの電荷読出領域の電圧を第1~第Mの検出信号として読み出す電圧検出ステップと、
距離計算手段が、前記第1~第Mの検出信号を基に距離を繰り返し計算する距離計算ステップとを備え、
前記距離計算ステップでは、前記第1~第Mの検出信号を基に、前記第1~第Mの検出信号のうちの背景光を除いた前記パルス光から発生した電荷の信号成分の合計値を計算し、前記信号成分の合計値が所定の第1の閾値を超えた場合には、前記第1~第Mの検出信号から所定の計算式を用いて前記距離を計算し、前記信号成分の合計値が前記第1の閾値を超えていない場合には、前記距離の計算を無効とし、
前記合計値を計算する際には、前記第1~第Mの検出信号のうちの第1の検出信号と第3の検出信号との差分値の絶対値を前記電荷の信号成分として含む前記合計値を計算する、
距離画像測定方法。 - 前記距離計算ステップでは、前記第1~第Mの検出信号のうちの2つの検出信号の差と前記信号成分の合計値との比を計算することにより距離計算参照値を求め、前記距離計算参照値と所定の第2の閾値との比較結果に応じて前記距離計算参照値が有効であるか否かを判断し、前記距離計算参照値が有効な場合には前記距離計算参照値を基に前記距離を計算する、
請求項8記載の距離画像測定方法。 - 前記距離計算ステップでは、前記第1~第Mの検出信号のうちの第1の検出信号と第3の検出信号の差と前記信号成分の合計値との比を計算することにより第1の距離計算参照値を求め、前記第1~第Mの検出信号のうちの第2の検出信号と第4の検出信号の差と前記信号成分の合計値との比を計算することにより第2の距離計算参照値を求め、前記第1の距離計算参照値と所定の第3の閾値との比較結果に応じて、前記第1の距離計算参照値あるいは前記第2の距離計算参照値のいずれかを選択して前記距離を計算する、
請求項8又は9記載の距離画像測定方法。
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