JP2004325397A - Ranging device - Google Patents
Ranging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004325397A JP2004325397A JP2003123969A JP2003123969A JP2004325397A JP 2004325397 A JP2004325397 A JP 2004325397A JP 2003123969 A JP2003123969 A JP 2003123969A JP 2003123969 A JP2003123969 A JP 2003123969A JP 2004325397 A JP2004325397 A JP 2004325397A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- image
- light
- laser
- imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光を測定対象物上に照射し、測定対象物の面上に発生した輝点を撮像し、輝点の撮像素子面上での結像位置から測定対象物までの距離を測定する三角測量方式による測距装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の測距装置では、照射するレーザ光をパルス発光させ、受光素子の読み出し周期毎にレーザの点灯、無点灯を繰り返し、パルス点灯時の撮像素子出力信号と無点灯時の撮像素子出力信号とを差分演算することにより、外乱光の影響を除去している(例えば特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平4−328408号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような測距装置にあっては、測定対象物と測距装置とが相対的に移動している場合、点灯時と無点灯時においては対象物が移動しているため、点灯、無点灯時の各タイミングにおいて撮像素子面上に形成される像が異なることとなる。このため、両タイミングに検出された撮像素子の出力信号の差分演算を行った場合、像の移動に伴う輝度変化が演算結果に反映され、本来抽出したいレーザスポットのみでなく像ズレによる輝度差が発生することとなり、外乱光除去の効果はなくなる。
【0005】
この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、測定対象物が動的に移動する場合においても、外乱光を除去し、レーザ光の輝点のみを抽出することが可能となる測距装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る測距装置は、測定対象物上にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記レーザ光の波長を含む第1の波長域と前記レーザ光の波長を含まない第2の波長域とを選択的に抽出する波長選択手段と、同一視野を有し、前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射により前記測定対象物の面上に発生した輝点を前記波長選択手段によって選択された第1の波長域と第2の波長域の波長成分の光でそれぞれ結像して2つの画像を同期して取り込む撮像手段と、前記撮像手段により得られた2つの画像の差分演算に基づいて結像位置から測定対象物までの距離を演算する演算手段とを備えたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る測距装置を説明するための配置図である。図1に示す測距装置は、レーザ照射手段1からのレーザ光2が測定対象物3に照射され、測定対象物3上にレーザ光2により輝点2−1が発生し、測定対象物3上に発生した輝点2−1は、撮像手段としてのカメラユニット4により撮像されるようになされている。
【0008】
前記カメラユニット4は、図2に示すように、輝点2−1を撮像するにあたって撮像に寄与する光の波長成分を分離するために光路上に設けられたダイクロイックミラー5と、ダイクロイックミラー5を透過した光のうちレーザ光の波長を含む所定の波長域(検出波長)のみを選択的に抽出する波長フィルタ6と、輝点2−1を結像させるための撮像レンズ7と、測定対象物3の面上に発生した輝点2−1を波長フィルタ6によって選択された波長成分の光で結像する撮像素子8と、光路を折り曲げるミラー9と、ダイクロイックミラー5を介して分離された波長域の光のうちレーザ光の波長をはずした波長域(参照波長)を選択的に透過させる波長フィルタ10と、波長フィルタ10を透過する波長成分の光により結像するための撮像レンズ11と、測定対象物3の面上に発生した輝点2−1を波長フィルタ10によって選択された波長成分の光で結像する撮像素子12とを備えている。
【0009】
そして、前記カメラユニット4には、両撮像素子8,12からの出力信号に応じた画素データの差分演算を行う信号前処理ユニット18が接続され、この信号前処理ユニット18からの差分画像データの入力を受ける距離演算処理部19により輝点2−1までの距離を演算するようになされている。ここで、前記信号前処理部18は、撮像素子8からの出力信号をディジタル信号に変換するA/D変換部13と、撮像素子8からの出力信号のうち1走査周期のデータを2周期分順次蓄積するためのビデオメモリ14と、撮像素子12からの出力信号をディジタル変換するA/D変換部15と、撮像素子12からの出力信号の1走査周期のデータを2周期分順次蓄積するビデオメモリ16と、ビデオメモリ14、16中の相該当する画素のデータを差分演算する差分演算部17とを備えている。なお、20は両撮像素子8,12の画像取込みの同期をとる同期信号発生回路を示す。
【0010】
図3は、検出波長、参照波長及びダイクロイックミラー5の波長分離特性の相関関係を示した図である。この図3において、横軸30は波長軸を、縦軸31は強度軸をそれぞれ示し、また、32は照射するレーザ波長である検出波長、34は参照波長を示している。図3に示すように、波長フィルタ6の透過波長特性33の透過波長域中に照射レーザの発光波長が含まれるよう波長フィルタ6の特性を決定し、また、波長フィルタ10の透過率波長分布35中に照射レーザ光の発光波長が含まれないよう波長フィルタ10の透過率分布を設定する。さらに、ダイクロイックミラー5の波長分離特性36は、検出波長32と参照波長34をそれぞれ透過、反射させ分離させる特性を有している。
【0011】
図4は、各波長帯(検出波長、参照波長)において得られる画像及び両画像間の差分結果を示す図である。図4(a)に示す検出波長域において得られる画像(撮像素子8から出力される画像;検出画像)37には、レーザ光2の照射によって発生した輝点2−1の画像中の輝点38、カメラ視野中にある構造体などの輪郭39が示され、図4(b)に示す参照波長域において得られる画像(参照画像)40には、視野中に存在する構造体の輪郭41が示され、図4(c)に示す検出画像と参照画像の差分画像42には、両画像間の差分演算の結果抽出されたレーザ照射による輝点43が示される。
【0012】
以下に動作について説明する。レーザ照射手段1から照射されたレーザ光2は測定対象物3上に輝点2−1を発生させる。測定対象物3を撮像するカメラユニット4は、輝点2−1までの距離の変化により、撮像素子面上での結像位置が所定の変化をするよう、レーザ光2の照射軸からずれた位置に設置されている。カメラユニット4では、輝点2−1からの光を、ダイクロイックミラー5を用いて、波長の領域に応じて透過、反射させる。ダイクロイックミラー5は、図3に示す如く波長分離特性36を有しており、レーザの波長を含み、これより長波長の光を透過させ、これより短波長の光を反射させる。ダイクロイックミラー5を透過した光は、波長フィルタ6によってレーザ光2の波長を含む狭帯域の光を透過させ、撮像レンズ7によって、測定対象物3の像が撮像素子8上に結像される。一方、ダイクロイックミラー5を反射した光は、ミラー9を介して波長フィルタ10によってレーザ光2の波長を含まない狭帯域な光(図3に示す参照波長34の光)のみが透過し、撮像レンズ11によって測定対象物3の像が撮像素子12面上に結像される。
【0013】
撮像素子8からの信号は、画像37(図4(a)参照)として出力され、測定対象物3の構造の輪郭39(図4(a)参照)とともに、レーザ光2の照射によって発生した輝点2−1も画像中の輝点38(図4(a)参照)となって現れる。一方、撮像素子12からの信号は、画像40(図4(b)参照)を形成し、測定対象物の構造の輪郭41(図4(b)参照)のみが画像中に現れる。この2つの画像は、同一視野となるよう撮像光学系を構築するとともに、同期信号発生回路20によって取り込みタイミングの同期をとっており、同一視野の同一タイミングの画像となっている。
【0014】
これら両画像は、差分演算部17によって差分演算を行い、その結果、背景光が除去され測定対象物の構造の輪郭がない画像42(図4(c)参照)が得られ、レーザによる輝点43(図4(c)参照)のみが抽出される。距離演算部19は、画像中の輝点43の座標を求め、測定対象物までの距離を算出する。
【0015】
従って、実施の形態1によれば、同一視野を2つの撮像素子8,12で同時に取得できる撮像光学系を構成し、片方の撮像素子は照射レーザ光の波長を含む波長成分の光によって結像させ、かつ他方の撮像素子には照射レーザ光の波長をはずした光によって結像させるよう光学系を構成するとともに、両波長域の検出画像と参照画像との差分処理を施すことにより、時間的ずれのない画像差分が可能となり、測定対象物が移動体であっても、背景光の除去が可能となり、その結果、レーザ照射による輝点のみの抽出が可能となり、外乱光の影響を受けない安定した測距が可能となる。
【0016】
実施の形態2.
また、検出画像と参照画像の差分演算を行うにあたっては、撮像素子からの出力信号をそのままアナログ信号処理的にH/Wで直接処理を実施してもかまわない。図5に示すように、検出用、参照用の両撮像素子8、12からの出力信号をそれぞれバッファ回路51、52を介して、差分演算器53に入力し、差動演算器53では、入力された撮像信号の差分演算を実施し、その結果を出力するように、信号前処理ユニット54を構成することもできる。
【0017】
実施の形態3.
視野が同一な検出画像と参照画像の生成させる光学系の構成として、図6に示すように、撮像レンズ60と撮像素子62、63の間に、波長によって光路を分離する光学素子としてダイクロイックミラー61を設けることにより、波長によって光路を分離し、分離した光路ごとに波長フィルタ6、7及び撮像素子62、63を設置する。このような構成をとることにより、撮像光学系の小型・軽量化が可能となり、装置規模の縮小化が実現できる。
【0018】
次に動作について説明する。撮像レンズ60と結像位置までの間にダイクロイックミラー61を設置し、波長分離特性36(図3参照)に示すようにレーザ光の波長を含む光を透過させ、レーザの波長を含まない光を反射させる。ダイクロイックミラー61を透過した光は波長フィルタ6によって、透過波長特性33(図3参照)で示されるレーザ光2の波長を含む狭帯域の光が透過され、撮像素子62面上に測定対象物の像が結像される。一方、ダイクロイックミラー61によって反射された光は、波長フィルタ7によって透過率波長分布35(図3参照)に示されるようにレーザ光2の波長を含まない狭帯域の光が透過され、撮像素子63面上に測定対象物の像が結像される。
【0019】
また、実施の形態1と3において、ダイクロイックミラーを用いて航路を分離しているが、波長分離特性を有しないハーフミラーを用いても、結像する像の輝度は低下するが同等の効果が得られる。
【0020】
実施の形態4.
図7は、この発明の実施の形態4に係る測距装置を説明するための配置図である。図7に示す測距装置において、レーザ照射手段1からのレーザ光は偏光方向を選択する偏光板70により偏光されて、偏光されたレーザ光72が測定対象物73に照射される。なお、71は選択された偏光の方向を示し、ここでは光は紙面に対して垂直方向を示す。測定対象物73上にレーザ光72により輝点72−1が発生し、測定対象物73上に発生した輝点72−1は、撮像手段としてのカメラユニット74により撮像されるようになされている。
【0021】
前記カメラユニット74は、図8に示すように、輝点72−1を撮像するにあたって撮像に寄与する光の偏光成分を分離するために、レーザ光72と同一方向の偏光成分を透過しレーザ光72と直交する方向の偏光成分を反射する機能をもつ、光路上に設けられた、偏光選択手段としての偏光ビームスプリッタ75と、輝点72−1を結像させるための撮像レンズ7と、測定対象物73の面上に発生した輝点72−1が偏光ビームスプリッタ75によって選択されたレーザ光72と同一方向の偏光成分の光で結像される撮像素子8と、光路を折り曲げるミラー9と、偏光ビームスプリッタ75によって反射分離されたレーザ光72と直交する偏光成分の光により結像するための撮像レンズ11と、測定対象物73の面上に発生した輝点72−1が偏光ビームスプリッタ75によって反射分離されたレーザ光72と直交する偏光成分の光で結像される撮像素子12とを備えている。図8において、その他の信号前処理ユニット18と距離演算処理部19及び同期信号発生回路20は、図2に示す実施の形態1の構成と同様なのでその説明は省略する。
【0022】
図9は、照射するレーザ光の偏光特性と測定対象物から発生する散乱光の偏光特性との関連を示した図である。図9では、測定対象物として、測定対象とする表面が金属や樹脂などの粗度が小さく滑らかな構造物体73−1と、木や地面などの表面が粗く粗度が大きい物体73−2を示し、物体73−1に照射されたレーザ光72によって散乱光80、81が発生し、物体73−2にレーザ光72が照射した場合に散乱光82、83が発生していることを示している。なお、相反する2方向に向いた矢印は偏光成分が紙面に水平方向に発生していることを示し、黒丸は紙面に対して垂直方向に偏光成分が発生していることを示している。
【0023】
また、図10は、各撮像素子8、12によって得られた画像とその差分画像の関係を示した図である。図10(a)に示す照射レーザ光72と同一方向の偏光成分の光によって得られる画像(撮像素子8によって得られる画像;検出画像)84には、測定対象物となる物体73−1の像の輪郭85、レーザ光72の物体73−1への照射によって発生した画像中の輝点86、カメラ視野中にある物体73−2の像の輪郭87が示され、図10(b)に示す照射レーザ光72と直交する偏光成分の光によって得られる画像(参照画像)88には、画像視野内に存在する物体73−1の像の輪郭89、画像視野内に存在する物体73−2の像の輪郭90が示され、図10(c)に示す画像84と画像88を差分した結果得られる差分画像91には、両画像間の差分演算の結果抽出されたレーザ照射による輝点92が示されている。
【0024】
また、図11は、レーザ光72が物体73−2を照射した場合の各撮像素子8、12によって得られた画像とその差分画像の関係を示した図である。図11(a)に示す照射レーザ光72と同一方向の偏光成分の光によって得られる画像(撮像素子8によって得られる画像;検出画像)84には、測定対象物となる物体73−2を示す像の輪郭85、カメラ視野中にある物体73−2の像の輪郭87、レーザ光72の物体73−2への照射によって発生した輝点の画像中の輝点93が示され、図11(b)に示す照射レーザ光72と直交する偏光成分の光によって得られる画像(参照画像)88には、画像視野内に存在する物体73−1の輪郭89、画像視野内に存在する物体73−2の像の輪郭90、レーザ光72の物体73−2への照射によって発生した輝点の画像中の輝点94が示され、図11(c)に示す画像91には、画像84と画像88の差分した結果得られる差分画像が示される。
【0025】
以下に動作について説明する。レーザ照射手段1から照射され偏光方向を選択されたレーザ光72は測定対象物73上に照射され、輝点を発生させる。測定対象物を撮像するカメラユニット74は、輝点までの距離の変化により、撮像素子面上での結像位置が所定の変化をするよう、レーザの照射軸からずれた位置に設置されている。カメラユニット74では、輝点からの光を、偏光ビームスプリッタ75を用いて、偏光方向がレーザ光72と同一なら透過し、直交なら反射させる特性をもつ。透過した光は、撮像レンズ7によって測定対象物の像を撮像素子8に結像させる。一方、反射した光は、撮像レンズ11によって測定対象物の像を撮像素子12に結像させる。
【0026】
測定対象物が金属、ガラス、樹脂などの表面粗度が小さく滑らかな面で形状が球や円筒物体などのように曲率をもち、レーザを照射すると撮像系に正反射光が受光される場合、測定対象物から反射し受光される反射光80、81は、照射レーザ光がもつ偏光を保存する。一方、表面の粗度が大きく荒れている物体に対して、レーザ光を照射した場合、表面からの反射光82、83は、照射レーザ光の偏光が崩れ、レーザ光と同一方向及び直交方向の偏光が混在した光となる。また、太陽光の照射による物体からの反射光は、通常偏光性が崩れ、各種方向の偏光が混在した光となる。
【0027】
このようなことから、撮像に寄与する光の偏光方向が照射レーザ光と同一である撮像素子8からの信号は、画像84(図10(a)参照)として出力され、測定対象物の輪郭85とともに、レーザ光2の照射によって発生した輝点86、さらに周辺の構造物も太陽の照射による像87が撮像中に現れることとなる。一方、撮像に寄与する光の偏光方向が照射レーザと直交する撮像素子12からの信号は、画像88(図10(b)参照)を形成し、測定対象物の物体89、他の一般構造物90のみが画像中に現れる。この2つの画像は、同一視野となるよう撮像光学系を構築するとともに、同期信号発生回路20によって取り込みタイミングの同期をとっており、同一視野の同一タイミングの画像となっている。
【0028】
これら両画像は、差分演算部17によって差分演算を行い、その結果、背景光が除去され測定対象物の構造の輪郭がない画像91が得られ、レーザによる輝点92のみが抽出される。距離演算部19は、画像中の輝点92の座標を求め、測定対象物までの距離を算出する。
【0029】
このように、測定対象物の表面が滑らかあるいは表面が曲率を有し、表面からの反射光が照射レーザ光の偏光特性を保持する物体である場合、同一視野を2つの撮像素子で同時に取得できる撮像光学系を構成し、片方の撮像素子は照射レーザ光の同一の偏光成分の光によって結像させ、かつ他方の撮像素子には照射レーザ光の直交する方向の偏光成分の光によって結像させるよう光学系を構成するとともに、両偏光方向の光による検出画像と参照画像との差分処理を施すことにより、測定対象物が移動体であっても、レーザ照射による輝点のみの抽出が可能となり、外乱光の影響を受けない安定した測距が可能となる。
【0030】
実施の形態5.
視野が同一な検出画像と参照画像を生成させる光学系の構成として、図12に示すように、撮像レンズ60と撮像素子101、102の間に、偏光によって光路を分離する光学素子として偏光ビームスプリッタ100を設けることにより、偏光方向により光を分離し、各分離した光路ごとに撮像素子101、102を設置する。このような構成をとることにより、両撮像素子面上にそれぞれ結像させることができ、撮像光学系の小型・軽量化が可能となり、装置規模の縮小化が実現できる。
【0031】
実施の形態4と5において、光路を分離するにあたっては偏光方向によって光を透過、反射させる偏光ビームスプリッタを用いたが、ハーフミラーと検光子を用いても同等の効果が得られる。また、光源から出る光に対し偏光子を用いて偏光成分を選択したが、光源そのものが直線偏光特性を有するものであれば、偏光子がなくても同等の効果が得られることは明らかである。
【0032】
次に動作について説明する。撮像レンズ60と結像位置までの間に偏光ビームスプリッタ100を設置し、レーザ光と同一方向の偏光を透過させ、レーザ光と直交する偏光を反射させる。偏光ビームスプリッタ100を透過した光は、撮像素子101に結像される。一方、偏光ビームスプリッタ100で反射した光は、素子102面上に測定対象物の像として結像される。
【0033】
このような構成をとることにより、撮像光学系の部分の小型・軽量化が実現できる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、測定対象物が動的に移動する場合においても、外乱光を除去し、レーザ光の輝点のみを抽出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係る測距装置を説明するための配置図である。
【図2】図1に示すカメラユニット4の内部構成と、信号前処理ユニット18、距離演算処理部19及び距離演算処理部20の接続図である。
【図3】検出波長、参照波長及びダイクロイックミラー5の波長分離特性の相関関係を示した図である。
【図4】各波長帯(検出波長、参照波長)において得られる画像及び両画像間の差分結果を示す図である。
【図5】この発明の実施の形態2に係る信号前処理ユニット54の構成図である。
【図6】この発明の実施の形態3に係る視野が同一な検出画像と参照画像の生成させる光学系の構成図である。
【図7】この発明の実施の形態4に係る測距装置を説明するための配置図である。
【図8】図7に示すカメラユニット74の内部構成と、信号前処理ユニット18、距離演算処理部19及び距離演算処理部20の接続図である。
【図9】照射するレーザ光の偏光特性と測定対象物から発生する散乱光の偏光特性との関連を示した図である。
【図10】各撮像素子8、12によって得られた画像とその差分画像の関係を示した図である。
【図11】レーザ光72が物体73−2を照射した場合の各撮像素子8、12によって得られた画像とその差分画像の関係を示した図である。
【図12】この発明の実施の形態5に係る視野が同一な検出画像と参照画像の生成させる光学系の構成図である。
【符号の説明】
1 レーザ照射手段、2 レーザ光、2−1 輝点、3 測定対象物、4 カメラユニット、5 ダイクロイックミラー、6 波長フィルタ、7 撮像レンズ、8 撮像素子、9 ミラー、10 波長フィルタ、11 撮像レンズ、12 撮像素子、18 信号前処理ユニット、19 距離演算処理部、13 A/D変換部、14 ビデオメモリ、15 A/D変換部、16 ビデオメモリ、17 差分演算部、20 同期信号発生回路、51,52 バッファ回路、53 差分演算器、54 信号前処理ユニット、60 撮像レンズ、61 ダイクロイックミラー、62,63 撮像素子、70 偏光板、72 レーザ光、72−1 輝点、73 測定対象物、74 カメラユニット、75 偏光ビームスプリッタ、100 偏光ビームスプリッタ、101、102 撮像素子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention irradiates a laser beam onto a measurement target, captures an image of a luminescent spot generated on the surface of the measurement target, and determines the distance from the image forming position of the luminescent spot on the imaging element surface to the measurement target. The present invention relates to a distance measuring device based on a triangulation method for measuring.
[0002]
[Prior art]
In the conventional distance measuring device, the laser light to be irradiated is pulsed, and the laser is repeatedly turned on and off at each readout cycle of the light receiving element. , The effect of disturbance light is removed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-4-328408
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a distance measuring device, when the object to be measured and the distance measuring device are relatively moving, the object moves during lighting and non-lighting. An image formed on the imaging element surface at each timing when the light is not lit is different. Therefore, when the difference calculation of the output signal of the image sensor detected at both timings is performed, the change in luminance due to the movement of the image is reflected in the calculation result, and not only the laser spot to be originally extracted but also the luminance difference due to the image shift is calculated. And the effect of removing disturbance light is lost.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and a distance measuring apparatus capable of removing disturbance light and extracting only a bright point of a laser beam even when a measurement target dynamically moves. The purpose is to obtain.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A distance measuring apparatus according to the present invention includes a laser irradiating unit that irradiates a laser beam onto an object to be measured, a first wavelength range including a wavelength of the laser light, and a second wavelength range not including a wavelength of the laser light. And a wavelength selecting means for selectively extracting the light source, the luminescent spot having the same field of view, and a luminescent spot generated on the surface of the measuring object by the irradiation of the laser light by the laser irradiating means is selected by the wavelength selecting means. An imaging unit that forms an image with light of wavelength components in the first wavelength region and the second wavelength region and captures two images in synchronization with each other; and forms an image based on a difference operation between the two images obtained by the imaging unit. Calculating means for calculating the distance from the image position to the object to be measured.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a layout diagram for explaining a distance measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The distance measuring device shown in FIG. 1 irradiates a laser beam 2 from a laser irradiating means 1 onto a measurement target 3, and a bright spot 2-1 is generated on the measurement target 3 by the laser beam 2. The bright spot 2-1 generated above is picked up by the camera unit 4 as an image pickup means.
[0008]
As shown in FIG. 2, the camera unit 4 includes a dichroic mirror 5 provided on an optical path for separating a wavelength component of light contributing to imaging when imaging the bright spot 2-1. A
[0009]
The camera unit 4 is connected to a signal pre-processing
[0010]
FIG. 3 is a diagram showing the correlation between the detection wavelength, the reference wavelength, and the wavelength separation characteristics of the dichroic mirror 5. 3, the
[0011]
FIG. 4 is a diagram illustrating an image obtained in each wavelength band (detection wavelength, reference wavelength) and a difference result between the two images. The image 37 (the image output from the imaging device 8; the detected image) 37 obtained in the detection wavelength range shown in FIG. 4A includes a bright spot in the image of the bright spot 2-1 generated by the irradiation of the laser light 2. 38, an
[0012]
The operation will be described below. The laser light 2 emitted from the laser irradiation means 1 generates a bright spot 2-1 on the measurement target 3. The camera unit 4 that images the measurement target 3 is deviated from the irradiation axis of the laser light 2 so that the imaging position on the imaging element surface changes by a predetermined change due to a change in the distance to the bright spot 2-1. It is installed in a position. The camera unit 4 transmits and reflects the light from the bright spot 2-1 using the dichroic mirror 5 according to the wavelength range. The dichroic mirror 5 has a wavelength separation characteristic 36 as shown in FIG. 3, and transmits light of a longer wavelength including the wavelength of the laser, and reflects light of a shorter wavelength. The light transmitted through the dichroic mirror 5 transmits a narrow band light including the wavelength of the laser light 2 by the
[0013]
The signal from the imaging element 8 is output as an image 37 (see FIG. 4A), and together with the
[0014]
These two images are subjected to a difference operation by the
[0015]
Therefore, according to the first embodiment, an imaging optical system capable of simultaneously acquiring the same field of view by the two
[0016]
Embodiment 2 FIG.
Further, in performing the difference calculation between the detected image and the reference image, the output signal from the image sensor may be directly processed by the H / W in analog signal processing as it is. As shown in FIG. 5, output signals from both the detection and
[0017]
Embodiment 3 FIG.
As a configuration of an optical system for generating a detection image and a reference image having the same field of view, as shown in FIG. 6, a dichroic mirror 61 is provided between an
[0018]
Next, the operation will be described. A dichroic mirror 61 is installed between the
[0019]
In Embodiments 1 and 3, the routes are separated by using dichroic mirrors. However, even if a half mirror having no wavelength separation characteristics is used, the brightness of an image to be formed is reduced, but the same effect is obtained. can get.
[0020]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a layout diagram for explaining a distance measuring apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the distance measuring apparatus shown in FIG. 7, the laser light from the laser irradiating means 1 is polarized by a
[0021]
As shown in FIG. 8, the
[0022]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the polarization characteristics of the irradiated laser light and the polarization characteristics of the scattered light generated from the measurement object. In FIG. 9, as a measurement object, a surface having a small roughness such as metal or resin and a smooth structure object 73-1 such as a metal or a resin, and an object 73-2 having a rough surface and a large roughness such as a tree or the ground are used as measurement objects.
[0023]
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the images obtained by the
[0024]
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the images obtained by the
[0025]
The operation will be described below. The
[0026]
If the object to be measured is a metal, glass, resin, or other surface with small surface roughness and a smooth surface with a curvature like a sphere or cylindrical object, and the laser is irradiated, the imaging system receives specularly reflected light. The reflected lights 80 and 81 reflected and received from the measurement object preserve the polarization of the irradiation laser light. On the other hand, when an object whose surface roughness is large and rough is irradiated with laser light, the reflected lights 82 and 83 from the surface lose the polarization of the irradiated laser light, and are reflected in the same direction and the orthogonal direction as the laser light. The light is a mixture of polarized light. In addition, the reflected light from the object due to the irradiation of sunlight usually becomes a light in which the polarization property is broken and polarized lights in various directions are mixed.
[0027]
For this reason, a signal from the imaging element 8 in which the polarization direction of light contributing to imaging is the same as that of the irradiation laser light is output as an image 84 (see FIG. 10A), and the
[0028]
These two images are subjected to a difference operation by the
[0029]
As described above, when the surface of the object to be measured is smooth or the surface has a curvature, and the reflected light from the surface is an object that retains the polarization characteristics of the irradiation laser light, the same field of view can be acquired simultaneously by the two imaging devices. An imaging optical system is formed, and one of the imaging devices forms an image with light having the same polarization component of the irradiation laser light, and the other imaging device forms an image with light having a polarization component in a direction orthogonal to the irradiation laser light. By configuring the optical system as described above and performing the difference processing between the detection image and the reference image based on the light in both polarization directions, it is possible to extract only the bright spot by laser irradiation even if the measurement target is a moving object. In addition, stable distance measurement that is not affected by disturbance light can be performed.
[0030]
Embodiment 5 FIG.
As a configuration of an optical system for generating a detection image and a reference image having the same field of view, as shown in FIG. 12, a polarization beam splitter is provided between an
[0031]
In the fourth and fifth embodiments, a polarization beam splitter that transmits and reflects light according to the polarization direction is used to separate the optical path. However, the same effect can be obtained by using a half mirror and an analyzer. In addition, the polarization component was selected using a polarizer for the light emitted from the light source, but it is clear that equivalent effects can be obtained without the polarizer if the light source itself has linear polarization characteristics. .
[0032]
Next, the operation will be described. The polarization beam splitter 100 is installed between the
[0033]
With such a configuration, the size and weight of the imaging optical system can be reduced.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to remove the disturbance light and extract only the bright spot of the laser light even when the measurement target moves dynamically.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a layout diagram for explaining a distance measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a connection diagram of an internal configuration of the camera unit 4 shown in FIG. 1 and a
FIG. 3 is a diagram showing a correlation between a detection wavelength, a reference wavelength, and a wavelength separation characteristic of a dichroic mirror 5;
FIG. 4 is a diagram showing an image obtained in each wavelength band (detection wavelength, reference wavelength) and a difference result between the two images.
FIG. 5 is a configuration diagram of a signal preprocessing unit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of an optical system for generating a detection image and a reference image having the same field of view according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 7 is a layout diagram for explaining a distance measuring apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
8 is a connection diagram of the internal configuration of the
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a polarization characteristic of a laser beam to be irradiated and a polarization characteristic of scattered light generated from an object to be measured.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an image obtained by each of the
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between images obtained by the
FIG. 12 is a configuration diagram of an optical system for generating a detection image and a reference image having the same field of view according to Embodiment 5 of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 laser irradiation means, 2 laser light, 2-1 luminescent spot, 3 measurement object, 4 camera unit, 5 dichroic mirror, 6 wavelength filter, 7 imaging lens, 8 imaging device, 9 mirror, 10 wavelength filter, 11 imaging lens , 12 image sensor, 18 signal preprocessing unit, 19 distance operation processing unit, 13 A / D conversion unit, 14 video memory, 15 A / D conversion unit, 16 video memory, 17 difference operation unit, 20 synchronization signal generation circuit, 51, 52 buffer circuit, 53 difference operation unit, 54 signal preprocessing unit, 60 imaging lens, 61 dichroic mirror, 62, 63 imaging device, 70 polarizing plate, 72 laser light, 72-1 luminescent spot, 73 measurement object, 74 camera unit, 75 polarizing beam splitter, 100 polarizing beam splitter, 101, 102 imaging device.
Claims (4)
前記レーザ光の波長を含む第1の波長域と前記レーザ光の波長を含まない第2の波長域とを選択的に抽出する波長選択手段と、
同一視野を有し、前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射により前記測定対象物の面上に発生した輝点を前記波長選択手段によって選択された第1の波長域と第2の波長域の波長成分の光でそれぞれ結像して2つの画像を同期して取り込む撮像手段と、
前記撮像手段により得られた2つの画像の差分演算に基づいて結像位置から測定対象物までの距離を演算する演算手段と
を備えた測距装置。Laser irradiation means for irradiating a laser beam onto the object to be measured,
Wavelength selection means for selectively extracting a first wavelength range including the wavelength of the laser light and a second wavelength range not including the wavelength of the laser light,
A luminescent spot having the same field of view and generated on the surface of the object to be measured by the irradiation of the laser light by the laser irradiating means is selected from the wavelengths of the first wavelength range and the second wavelength range selected by the wavelength selecting means. Imaging means for forming two images in synchronization with the light of the components,
Calculating means for calculating the distance from the image forming position to the object to be measured based on the difference calculation between the two images obtained by the imaging means.
前記波長選択手段は、波長によって光路を分離する光学素子を備えると共に、
前記撮像手段は、2つの撮像素子を備え、
前記光学素子を介して分離される各光路の結像位置に前記2つの撮像素子を設置した
ことを特徴とする測距装置。The distance measuring device according to claim 1,
The wavelength selecting means includes an optical element that separates an optical path according to a wavelength,
The imaging means includes two imaging elements,
A distance measuring apparatus, wherein the two image sensors are installed at image forming positions of respective optical paths separated via the optical element.
前記偏光板を介在して測定対象物上に選択された偏光方向のレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
照射レーザ光と同一方向の第1の偏光成分と照射レーザ光に対して直交する第2の偏光成分を選択する偏光選択手段と、
同一視野を有し、前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射により前記測定対象物の面上に発生した輝点を前記偏光選択手段によって選択された第1の偏光成分と第2の偏光成分の光でそれぞれ結像して2つの画像を同期して取り込む撮像手段と、
前記撮像手段により得られた2つの画像の差分演算に基づいて結像位置から測定対象物までの距離を演算する演算手段と
を備えた測距装置。A polarizing plate for selecting a polarization direction,
Laser irradiating means for irradiating a laser beam in a selected polarization direction on the measurement object via the polarizing plate,
Polarization selecting means for selecting a first polarization component in the same direction as the irradiation laser light and a second polarization component orthogonal to the irradiation laser light,
A first polarized light component and a second polarized light component, which have the same field of view and have a bright spot generated on the surface of the object to be measured by laser light irradiation by the laser irradiation means, selected by the polarization selection means; Imaging means for forming two images in synchronization with each other,
Calculating means for calculating the distance from the image forming position to the object to be measured based on the difference calculation between the two images obtained by the imaging means.
前記波長選択手段は、偏光によって光路を分離する光学素子を備えると共に、
前記撮像手段は、2つの撮像素子を備え、
前記光学素子を介して分離される各光路の結像位置に前記2つの撮像素子を設置した
ことを特徴とする測距装置。The distance measuring device according to claim 3,
The wavelength selecting means includes an optical element that separates an optical path by polarized light,
The imaging means includes two imaging elements,
A distance measuring apparatus, wherein the two image sensors are installed at image forming positions of respective optical paths separated via the optical element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003123969A JP2004325397A (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Ranging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003123969A JP2004325397A (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Ranging device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004325397A true JP2004325397A (en) | 2004-11-18 |
Family
ID=33501708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003123969A Pending JP2004325397A (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Ranging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004325397A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008045984A (en) * | 2006-08-15 | 2008-02-28 | Nissan Motor Co Ltd | Light extraction apparatus, light extraction method, and distance measurement system |
JP2020016605A (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 京セラ株式会社 | Electromagnetic wave detection device and information acquisition system |
-
2003
- 2003-04-28 JP JP2003123969A patent/JP2004325397A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008045984A (en) * | 2006-08-15 | 2008-02-28 | Nissan Motor Co Ltd | Light extraction apparatus, light extraction method, and distance measurement system |
JP2020016605A (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 京セラ株式会社 | Electromagnetic wave detection device and information acquisition system |
CN112469976A (en) * | 2018-07-27 | 2021-03-09 | 京瓷株式会社 | Electromagnetic wave detection device and information acquisition system |
JP7257751B2 (en) | 2018-07-27 | 2023-04-14 | 京セラ株式会社 | Electromagnetic wave detector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9704249B2 (en) | Method and system for object reconstruction | |
US10788318B2 (en) | Three-dimensional shape measurement apparatus | |
US6600168B1 (en) | High speed laser three-dimensional imager | |
US10302424B2 (en) | Motion contrast depth scanning | |
CN101514893B (en) | Three-dimensional shape measuring instrument and method | |
KR100752758B1 (en) | Apparatus and method for measuring image | |
KR930007296A (en) | 3D stereoscopic information acquisition device | |
KR101659302B1 (en) | Three-dimensional shape measurement apparatus | |
EP3524929B1 (en) | Projection system | |
WO2013012335A1 (en) | Imaging device for motion detection of objects in a scene, and method for motion detection of objects in a scene | |
US20060221331A1 (en) | High Throughput Inspection System and a Method for Generating Transmitted and/or Reflected Images | |
KR20000071087A (en) | Outdoor range finder | |
JP2009025225A (en) | Three-dimensional imaging apparatus and control method for the same, and program | |
JP2005127989A (en) | Flaw detector and flaw detecting program | |
JP2002039716A (en) | Depth map input device | |
JP2004045266A (en) | Three-dimensional information detection method and apparatus | |
JP3414624B2 (en) | Real-time range finder | |
JP2006308323A (en) | Three-dimensional shape measuring method | |
Zhang et al. | High dynamic range scanning technique | |
JP2014238299A (en) | Measurement device, calculation device, and measurement method for inspected object, and method for manufacturing articles | |
JP2010014505A (en) | Three-dimensional shape measuring apparatus and three-dimensional shape measurement method | |
JP2004325397A (en) | Ranging device | |
Riza et al. | Data efficient digital micromirror device-based image edge detection sensor using space-time processing | |
JP3711808B2 (en) | Shape measuring apparatus and shape measuring method | |
JP2019022147A (en) | Light source direction estimation device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20051115 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070413 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20070417 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070608 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071016 |