JP4644540B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、撮像対象である物体を非接触で撮像する撮像装置に関し、特に、かかる物体の位置（当該撮像装置からの距離）、あるいは、傾き、もしくは、姿勢を検出する機能をそなえた撮像装置に関する。
従来から、非接触で物体（以下、撮像対象という）を撮像する撮像装置において、撮像対象を撮像しながら、当該撮像対象の位置（例えば、当該撮像装置からの距離）、あるいは、当該撮像対象の傾き、もしくは、当該撮像対象の姿勢を検出する機能を有するものがある。
このような撮像装置は、例えば、図１３に示すような、光学式三角測量法を用いた距離センサ１００をそなえて構成されている。
このような撮像装置は、例えば、図１３に示すような、光学式三角測量法を用いた距離センサ１００をそなえて構成されている。
図１３に示す距離センサ１００は、レーザ光を照射する光源１０１から測定対象物に対してレンズ１０２を介してスポット光（レーザ光）を照射し、このスポット光の測定対象物からの反射光をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）などの光学的位置検出センサ（以下、単に位置センサという）１０３で検出するものである。なお、位置センサ１０３と測定対象物との間にはレンズ１０４が介装されている。
この距離センサ１００では、距離センサ１００から測定対象物Ａ，Ｂまでの距離に応じて反射光の反射角が変化するために、位置センサ１０３によって検出される反射光の光点位置Ａ´，Ｂ´が距離センサ１００から測定対象物Ａ，Ｂまでの距離に応じて変化することを利用して、かかる光点位置Ａ´，Ｂ´に基づいて距離センサ１００から測定対象物Ａ，Ｂまでの距離を算出する。
また、測定対象物までの距離を測定する装置として、例えば、下記特許文献１には、図１４(ａ)，（ｂ）に示すような距離測定装置１００ａが開示されている。
図１４(ａ)，（ｂ）に示す距離測定装置１００ａは、水平画角α（図１４（ａ）参照）、垂直画角β（図１４（ｂ）参照）をもつＣＣＤカメラ１１０と、ＣＣＤカメラ１１０の両サイドに設けた放射角θ（図１４（ｂ）参照）を持つ一組の放射状直角平行レーザ光１１１，１１１を放射するレーザ光源１１１ａ，１１１ａと、演算部１１２とをそなえて構成されている。ここで、ＣＣＤカメラ１１０は固定焦点レンズ１１０ａと、光電変換部であるＣＣＤ（Charged Coupled Device）１１１ｂとから構成されている。
図１４(ａ)，（ｂ）に示す距離測定装置１００ａは、水平画角α（図１４（ａ）参照）、垂直画角β（図１４（ｂ）参照）をもつＣＣＤカメラ１１０と、ＣＣＤカメラ１１０の両サイドに設けた放射角θ（図１４（ｂ）参照）を持つ一組の放射状直角平行レーザ光１１１，１１１を放射するレーザ光源１１１ａ，１１１ａと、演算部１１２とをそなえて構成されている。ここで、ＣＣＤカメラ１１０は固定焦点レンズ１１０ａと、光電変換部であるＣＣＤ（Charged Coupled Device）１１１ｂとから構成されている。
この距離測定装置１００ａでは、例えば、図１５（ａ），（ｂ）に示すごとく、レーザ光源１１１ａ，１１１ａが線状の光を測定対象物Ｃに投光してＣＣＤカメラ１１０によって撮影された画像１２０における、測定対象物Ｃ上の輝線（レーザ光源１１１ａ，１１１ａからの投光による輝線）１２１，１２２の位置に基づいて、演算部１１２が測定対象物Ｃの距離等を算出する。なお、図１５（ｂ）における検出ライン１２３〜１２５は輝線１２１，１２２の位置を検出するためのものである。
特開２０００−２３０８０７号公報
ところで、上記図１３に示す距離センサ１００は、測定対象物のある一点の距離を求める機能しか持たないので、上述した従来の撮像装置では、撮像対象の傾き（２次元情報）を検出する場合には、距離センサ１００を２以上そなえなければならず、撮像対象の姿勢（３次元情報）を検出する場合には、距離センサ１００を３以上そなえなければならず、これらの場合には、当該撮像装置の大型化や高コスト化を免れなかった。
しかも、距離センサ１００では、光源１０１はＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の安価なものではなく、高価なレーザ光源を用いることを前提としているので、これによってもコストが嵩んでしまい、さらに、位置センサ１０３は反射光の光点位置を検出する必要があるので、これによっても大型化してしまう。
また、上記図１４（ａ），（ｂ）に示す距離測定装置１００ａでも、光源１１１ａとしては、線状の投光を行なうためにレーザ光源を用いることを前提としており、コストが嵩んでしまう。
また、上記図１４（ａ），（ｂ）に示す距離測定装置１００ａでも、光源１１１ａとしては、線状の投光を行なうためにレーザ光源を用いることを前提としており、コストが嵩んでしまう。
ここで、距離測定装置１００ａにおいて、光源１１１ａとして安価なＬＥＤを用いた場合には、ＣＣＤカメラ１１０によって撮像された画像１２０における輝線の両端が暗くなる、もしくは、線幅がぼけて広がるなど、十分な性能が期待できなくなってしまう。
また、距離測定装置１００ａは、光源１１１ａが一方向に所定の広がり（つまり放射角θ）を持った線状の光を測定対象物Ｃに対して投光し、ＣＣＤカメラ１１０によって撮影された画面１２０において輝線１２１，１２２の長さは測定対象物Ｃの距離に関わらず、常に同一になるように構成されている。
また、距離測定装置１００ａは、光源１１１ａが一方向に所定の広がり（つまり放射角θ）を持った線状の光を測定対象物Ｃに対して投光し、ＣＣＤカメラ１１０によって撮影された画面１２０において輝線１２１，１２２の長さは測定対象物Ｃの距離に関わらず、常に同一になるように構成されている。
したがって、例えば、図１６（ａ）に示すごとく、測定対象物Ｃが遠ざかった場合には、図１６（ｂ）に示すごとく、画面１２０において、輝線１２１，１２２が測定対象物Ｃからはみ出してしまうことになり、その結果、想定した検出ができなくなるという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、撮像対象の距離、あるいは、傾き、もしくは、姿勢を検出する機能をそなえた撮像装置の小型化及び低コスト化を実現しながら、撮像装置から撮像対象までの距離に関わらずかかる検出を確実に実行できるようにすることを目的とする。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、撮像対象の距離、あるいは、傾き、もしくは、姿勢を検出する機能をそなえた撮像装置の小型化及び低コスト化を実現しながら、撮像装置から撮像対象までの距離に関わらずかかる検出を確実に実行できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮像対象を撮像する撮像カメラと、前記撮像カメラの光軸と略平行なスポット光を直接前記撮像対象に対して投光する投光部と、前記撮像カメラによって撮像された前記投光部により投光された前記スポット光を含む前記撮像対象の画像における当該撮像対象上の前記スポット光の位置と前記画像の中心点との距離を算出し、下記（Ａ）式に基づいて、前記撮像カメラと前記撮像対象との距離を算出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴としている（請求項１）。
但し、
ｌ：前記撮像カメラと前記撮像対象との距離
θ １ ：前記撮像カメラの光軸に対する前記スポット光の光軸の傾き
ａ：前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の位置と前記画像の中心点との距離
α １ ：前記撮像カメラの画角の半分の値
ｄ：前記撮像カメラの中心から前記投光部の中心までの距離
Ｗ：前記画像の中心点と、前記画像の中心点から前記画像における前記スポット光の方向へ伸びる直線と前記画像の端部との交点と、の距離
ｌ：前記撮像カメラと前記撮像対象との距離
θ １ ：前記撮像カメラの光軸に対する前記スポット光の光軸の傾き
ａ：前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の位置と前記画像の中心点との距離
α １ ：前記撮像カメラの画角の半分の値
ｄ：前記撮像カメラの中心から前記投光部の中心までの距離
Ｗ：前記画像の中心点と、前記画像の中心点から前記画像における前記スポット光の方向へ伸びる直線と前記画像の端部との交点と、の距離
なお、前記投光部が３以上のスポット光を投光するように構成され、前記検出部が、前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部による前記３以上のスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の姿勢情報を算出することが好ましく（請求項２）、このとき、前記画像において、当該画像の中心点から前記３以上のスポット光の位置のそれぞれへ向かう方向が異なる方向となるように、前記投光部が前記３以上のスポット光を投光することが好ましい（請求項３）。
さらに、前記画像において前記検出部が認識しうる前記投光部からのスポット光の照射領域が、隣接する他のスポット光の照射領域と干渉しないように、前記投光部が前記３以上のスポット光を投光することが好ましい（請求項４）。
また、前記検出部が、前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の照射領域からスポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記画像の中心点との距離に基づいて前記算出を行なうことが好ましく（請求項５）、このとき、前記検出部が、前記照射領域の中心点もしくは重心点を前記スポット位置として抽出することが好ましい（請求項６）。
また、前記検出部が、前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の照射領域からスポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記画像の中心点との距離に基づいて前記算出を行なうことが好ましく（請求項５）、このとき、前記検出部が、前記照射領域の中心点もしくは重心点を前記スポット位置として抽出することが好ましい（請求項６）。
なお、前記検出部が、前記画像の中心点から所定の方向に向けて前記照射領域を検索し、最初に前記照射領域として検索された領域から前記スポット位置を抽出することが好ましい（請求項７）。
また、前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを制御する制御部をそなえ、この制御部が、前記投光部によるスポット光が投光されていない状態の前記撮像対象の第１画像と、前記投光部によるスポット光が投光されている状態の前記撮像対象の第２画像とを前記撮像カメラに撮像させ、前記検出部が、前記第２画像から前記第１画像における明領域を除いた画像に基づいて前記算出を行なうことが好ましい（請求項８）。
また、前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを制御する制御部をそなえ、この制御部が、前記投光部によるスポット光が投光されていない状態の前記撮像対象の第１画像と、前記投光部によるスポット光が投光されている状態の前記撮像対象の第２画像とを前記撮像カメラに撮像させ、前記検出部が、前記第２画像から前記第１画像における明領域を除いた画像に基づいて前記算出を行なうことが好ましい（請求項８）。
また、上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮像対象を撮像する撮像カメラと、前記撮像カメラの光軸と略平行な複数のスポット光を直接前記撮像対象に対して投光する投光部と、前記撮像カメラによって撮像された前記投光部により投光された前記複数のスポット光を含む前記撮像対象の画像における当該撮像対象上の前記複数のスポット光の位置と前記画像の中心点との距離をそれぞれ算出し、下記（Ａ）式に基づいて、前記撮像カメラと当該撮像対象との距離、及び、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の傾きを算出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴としている（請求項９）。
但し、
ｌ：前記撮像カメラと前記撮像対象との距離
θ １ ：前記撮像カメラの光軸に対する前記スポット光の光軸の傾き
ａ：前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の位置と前記画像の中心点との距離
α １ ：前記撮像カメラの画角の半分の値
ｄ：前記撮像カメラの中心から前記投光部の中心までの距離
Ｗ：前記画像の中心点と、前記画像の中心点から前記画像における前記スポット光の方向へ伸びる直線と前記画像の端部との交点と、の距離
ｌ：前記撮像カメラと前記撮像対象との距離
θ １ ：前記撮像カメラの光軸に対する前記スポット光の光軸の傾き
ａ：前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の位置と前記画像の中心点との距離
α １ ：前記撮像カメラの画角の半分の値
ｄ：前記撮像カメラの中心から前記投光部の中心までの距離
Ｗ：前記画像の中心点と、前記画像の中心点から前記画像における前記スポット光の方向へ伸びる直線と前記画像の端部との交点と、の距離
このように、本発明によれば、撮像カメラによって撮像された、撮像対象の画像における、投光部のスポット光の位置に基づいて、検出部が、撮像カメラと撮像対象との距離及び撮像カメラの光軸に対する撮像対象の傾きを検出するので、撮像カメラから撮像対象までの距離を検出するためのセンサ（位置センサ等）を別途そなえる必要がなく、したがって、装置全体の小型化及び低コスト化を実現することができる。
さらに、撮像カメラをそなえた既存の撮像装置に、撮像対象の距離や傾きを検出する機能を追加する際にも、ハード構成としては、投光部を追加するのみでよいので、小型化且つ低コストにて本撮像装置を実現することができる。
しかも、本発明によれば、投光部によって投光されるスポット光が、撮像カメラの光軸に対して平行もしくは略平行になるように構成されているので、撮像対象が撮像カメラの光軸に対して平行に移動する限りは、撮像カメラによって撮像された画像における撮像対象上のスポット光の位置は変化することがない。したがって、撮像カメラに対する撮像対象の距離に関わらず、検出部によって、当該撮像対象の距離及び傾きの検出を確実に実行することができる。
しかも、本発明によれば、投光部によって投光されるスポット光が、撮像カメラの光軸に対して平行もしくは略平行になるように構成されているので、撮像対象が撮像カメラの光軸に対して平行に移動する限りは、撮像カメラによって撮像された画像における撮像対象上のスポット光の位置は変化することがない。したがって、撮像カメラに対する撮像対象の距離に関わらず、検出部によって、当該撮像対象の距離及び傾きの検出を確実に実行することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
〔１〕本発明の一実施形態について
まず、本発明の一実施形態としての撮像装置について説明する。図１は本発明の一実施形態としての撮像装置の正面図であり、図２は本発明の一実施形態としての撮像装置の構成を示す図である。
〔１〕本発明の一実施形態について
まず、本発明の一実施形態としての撮像装置について説明する。図１は本発明の一実施形態としての撮像装置の正面図であり、図２は本発明の一実施形態としての撮像装置の構成を示す図である。
図１，図２に示すように、本撮像装置１は、撮像カメラ１０，複数（ここでは４つ）の投光部２０ａ〜２０ｄ，及び演算部３０をそなえて構成されている。
撮像カメラ１０は、この撮像カメラ１０の正面に存在する撮像対象を撮像するものである。
投光部２０ａ〜２０ｄ（以下、投光部２０ａ〜２０ｄを特に区別しない場合には、投光部について単に符号“２０”を用いて説明する）は、すべて同一の構成であり、図２に示すごとく、撮像カメラの光軸と平行もしくは略平行なスポット光を撮像対象に対して投光するものである。なお、投光部２０から投光される光は赤外光であることが好ましく、これによって、例えば撮像対象が人体である場合や人がいる環境で撮像する場合などでは、人が感知することなく、投光部２０による投光を実施することができる。
撮像カメラ１０は、この撮像カメラ１０の正面に存在する撮像対象を撮像するものである。
投光部２０ａ〜２０ｄ（以下、投光部２０ａ〜２０ｄを特に区別しない場合には、投光部について単に符号“２０”を用いて説明する）は、すべて同一の構成であり、図２に示すごとく、撮像カメラの光軸と平行もしくは略平行なスポット光を撮像対象に対して投光するものである。なお、投光部２０から投光される光は赤外光であることが好ましく、これによって、例えば撮像対象が人体である場合や人がいる環境で撮像する場合などでは、人が感知することなく、投光部２０による投光を実施することができる。
投光部２０は、図３に示すごとく、光源２１と、この光源２１によって発光（投光）された光を平行光に変換するレンズ（例えば、コリメータレンズ）２２と、このレンズ２２を介して投光される光（スポット光）のスポット径を調整（ここでは縮小）するためのアパーチャ２３を有する調整部２４とをそなえて構成されている。
ここで、光源（発光素子）２１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなることが好ましい。
ここで、光源（発光素子）２１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなることが好ましい。
そして、投光部２０ａ〜２０ｄは、図４に示すごとく、撮像カメラ１０に対して、撮像カメラ１０の基準点（ここでは中心点）Ｓから投光部２０ａ〜２０ｄそれぞれに向かう方向（図４中の破線矢印）Ｄａ〜Ｄｄが異なる方向となるように配置されている。すなわち、本撮像装置１では、撮像カメラ１０によって撮像された画像において、画像の基準点（ここでは中心点）から複数のスポット光の位置のそれぞれに向かう方向が異なる方向となるように、投光部２０ａ〜２０ｄによって複数のスポット光が投光されるのである。
なお、本撮像装置１では、撮像カメラ１０によって撮像された画像を縦横２等分した各領域に、投光部２０のそれぞれのスポット光による明領域（スポット光の照射領域；以下、単にスポット光ともいう）が一つだけ表われるように設定されている。
また、かかる画像において、後述する検出部３２のスポット位置抽出部３２ａが認識しうる投光部２０からのスポット光による明領域が、隣接する投光部２０からのスポット光による明領域と干渉しないように、投光部２０が配置されている。すなわち、本撮像装置１では、かかる画像において、スポット光の明領域が隣接する他のスポット光の明領域と干渉しないように、複数のスポット光が投光されるのである。
また、かかる画像において、後述する検出部３２のスポット位置抽出部３２ａが認識しうる投光部２０からのスポット光による明領域が、隣接する投光部２０からのスポット光による明領域と干渉しないように、投光部２０が配置されている。すなわち、本撮像装置１では、かかる画像において、スポット光の明領域が隣接する他のスポット光の明領域と干渉しないように、複数のスポット光が投光されるのである。
したがって、本撮像装置１では、後述するスポット位置抽出部３２ａが、画像からスポット位置を確実に抽出することができるのである。
このように、本撮像装置１では、図５（ａ）に示すごとく、円柱状の撮像対象Ｔを、位置Ｐ，Ｑ，Ｒと、撮像カメラ１０の光軸方向に平行移動した際に、位置Ｐ，Ｑ，Ｒのそれぞれにおいて撮像カメラ１０によって撮像対象Ｔを撮像すると、図５（ｂ）に示すような画像Ｐ´，Ｑ´，Ｒ´が撮像される。なお、図５（ｂ）において、画像Ｐ´は位置Ｐのときの画像であり、画像Ｑ´は位置Ｑのときの画像であり、画像Ｒ´は位置Ｒのときの画像である。また、画像Ｐ´〜Ｒ´において符号“２０ａ´”は投光部２０ａのスポット光による明領域（以下、単にスポット光ともいう）を示し、符号“２０ｂ´”は投光部２０ｂのスポット光による明領域を示し、符号“２０ｃ´”は投光部２０ｃのスポット光による明領域を示し、符号“２０ｄ´”は投光部２０ｄのスポット光による明領域を示している。
このように、本撮像装置１では、図５（ａ）に示すごとく、円柱状の撮像対象Ｔを、位置Ｐ，Ｑ，Ｒと、撮像カメラ１０の光軸方向に平行移動した際に、位置Ｐ，Ｑ，Ｒのそれぞれにおいて撮像カメラ１０によって撮像対象Ｔを撮像すると、図５（ｂ）に示すような画像Ｐ´，Ｑ´，Ｒ´が撮像される。なお、図５（ｂ）において、画像Ｐ´は位置Ｐのときの画像であり、画像Ｑ´は位置Ｑのときの画像であり、画像Ｒ´は位置Ｒのときの画像である。また、画像Ｐ´〜Ｒ´において符号“２０ａ´”は投光部２０ａのスポット光による明領域（以下、単にスポット光ともいう）を示し、符号“２０ｂ´”は投光部２０ｂのスポット光による明領域を示し、符号“２０ｃ´”は投光部２０ｃのスポット光による明領域を示し、符号“２０ｄ´”は投光部２０ｄのスポット光による明領域を示している。
この図５（ｂ）に示すごとく、本撮像装置１では、投光部２０が投射するスポット光が撮像カメラ１０の光軸に対して平行もしくは略平行であり、且つ、投光部２０が投射するスポット光が互いに平行であるので、撮像カメラ１０で撮像した画像Ｐ´〜Ｒ´において、撮像対象Ｔにスポット光が当たる位置（つまり、画像Ｐ´〜Ｒ´の撮像対象Ｔ上の明領域２０ａ´〜２０ｄ´の位置）は変化せず、かかる距離に応じて、画像上の撮像対象Ｔの大きさが変化する。この撮像対象Ｔの大きさの変化に伴ない、スポット光の相対的な距離が変化する。すなわち、図５（ｂ）の画像Ｐ´〜Ｒ´において、撮像対象Ｔにあたっている複数のスポット光の間の距離が、画像Ｐ´では離れ、画像Ｒ´では近づくことになる。
したがって、本撮像装置１では、撮像カメラ１０から撮像対象までの距離に係わらず、撮像カメラ１０によって撮像された画像において、撮像対象上の投光部２０のスポット光による明領域が必ず存在することになり、後述するスポット位置抽出部３２ａがかかる明領域からスポット位置を確実に抽出することができる。
演算部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）からなり、図２に示すごとく、制御部３１及び検出部３２をそなえて構成されている。
演算部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）からなり、図２に示すごとく、制御部３１及び検出部３２をそなえて構成されている。
制御部３１は、撮像カメラ１０による撮像と、投光部２０によるスポット光の投光とを制御するものであり、ここでは、撮像カメラ１０及び投光部２０を制御して、撮像カメラ１０による撮像と、投光部２０によるスポット光の投光とを同期して実行させ、スポット光が投光された撮像対象の画像を撮像させる。
検出部３２は、撮像カメラ１０によって撮像された撮像対象の画像における、撮像対象上の投光部２０による複数のスポット光の位置に基づいて、撮像カメラ１０と撮像対象との距離と、撮像カメラ１０の光軸に対する撮像対象の傾き（２次元情報）、もしくは、かかる距離と撮像カメラの光軸に対する撮像対象の姿勢（３次元情報）とを検出するものであり、スポット位置抽出部３２ａ，距離算出部３２ｂ，及び撮像対象情報検出部３２ｃをそなえて構成されている。
検出部３２は、撮像カメラ１０によって撮像された撮像対象の画像における、撮像対象上の投光部２０による複数のスポット光の位置に基づいて、撮像カメラ１０と撮像対象との距離と、撮像カメラ１０の光軸に対する撮像対象の傾き（２次元情報）、もしくは、かかる距離と撮像カメラの光軸に対する撮像対象の姿勢（３次元情報）とを検出するものであり、スポット位置抽出部３２ａ，距離算出部３２ｂ，及び撮像対象情報検出部３２ｃをそなえて構成されている。
スポット位置抽出部３２ａは、撮像カメラ１０によって撮像された画像（以下、単に画像という）における、撮像対象上の投光部２０からのスポット光による明領域を特定し、特定した明領域からスポット位置を抽出するものである。
なお、スポット位置とは、スポット光による明領域の位置を特定するために用いる、明領域の基準点のことをいい、ここではスポット位置抽出部３２ａが明領域の中心点もしくは重心点をスポット位置とする。
なお、スポット位置とは、スポット光による明領域の位置を特定するために用いる、明領域の基準点のことをいい、ここではスポット位置抽出部３２ａが明領域の中心点もしくは重心点をスポット位置とする。
また、スポット位置抽出部３２ａは、投光部２０の数に対応して明領域を検索する。
スポット位置抽出部３２ａは、図６に示すごとく、画像の中心点Ｕを起点として、上記図４に示す方向Ｄａ〜Ｄｄのそれぞれに対応する直線Ｄａ´〜Ｄｄ´上を検索して明領域を特定する。これは上記図５（ａ），（ｂ）を参照しながら上述したように、本撮像装置１では撮像対象が撮像カメラ１０の光軸に対して平行に移動する限りは、画像において撮像対象上のスポット光による明領域の位置は変化せず、したがって、画像においては上記図４に示す方向Ｄａ〜Ｄｄに対応する直線上に投光部２０のスポット光による明領域が必ず存在するという特性を利用している。
スポット位置抽出部３２ａは、図６に示すごとく、画像の中心点Ｕを起点として、上記図４に示す方向Ｄａ〜Ｄｄのそれぞれに対応する直線Ｄａ´〜Ｄｄ´上を検索して明領域を特定する。これは上記図５（ａ），（ｂ）を参照しながら上述したように、本撮像装置１では撮像対象が撮像カメラ１０の光軸に対して平行に移動する限りは、画像において撮像対象上のスポット光による明領域の位置は変化せず、したがって、画像においては上記図４に示す方向Ｄａ〜Ｄｄに対応する直線上に投光部２０のスポット光による明領域が必ず存在するという特性を利用している。
つまり、スポット位置抽出部３２ａは、画像の中心点Ｕから本撮像装置１において投光部２０が配置されている方向に向けて、すなわち、スポット光が投光される所定の方向に向けて、明領域を検索する。
これにより、スポット位置抽出部３２ａによれば、画像上のすべての領域を検索対象とはせず、投光部２０が配置されている線上のみを検索して明領域を特定するため、非常に効率良く明領域を特定することができる。
これにより、スポット位置抽出部３２ａによれば、画像上のすべての領域を検索対象とはせず、投光部２０が配置されている線上のみを検索して明領域を特定するため、非常に効率良く明領域を特定することができる。
さらに、スポット位置抽出部３２ａは、上述のごとく検索を行ない、最初に検索された明領域を投光部２０のスポット光による明領域であると特定する。
したがって、例えば、図７に示すごとく、撮像カメラ１０によって撮像対象Ｔを撮像した際に、撮像対象Ｔの背景に投光部２０からのスポット光以外の光が存在したために、画像においてスポット光による明領域Ｄａ〜Ｄｄ以外に明領域Ｖが存在する場合であっても、スポット位置抽出部３２ａが画像の中心点Ｕを起点として明領域の検索を開始するので、最初に検索された明領域は必ず撮像対象Ｔ上に存在するスポット光による明領域Ｄａ〜Ｄｄになり、スポット位置抽出部３２ａによれば、スポット光による明領域Ｄａ〜Ｄｄを確実に検索することができる。
したがって、例えば、図７に示すごとく、撮像カメラ１０によって撮像対象Ｔを撮像した際に、撮像対象Ｔの背景に投光部２０からのスポット光以外の光が存在したために、画像においてスポット光による明領域Ｄａ〜Ｄｄ以外に明領域Ｖが存在する場合であっても、スポット位置抽出部３２ａが画像の中心点Ｕを起点として明領域の検索を開始するので、最初に検索された明領域は必ず撮像対象Ｔ上に存在するスポット光による明領域Ｄａ〜Ｄｄになり、スポット位置抽出部３２ａによれば、スポット光による明領域Ｄａ〜Ｄｄを確実に検索することができる。
そして、スポット位置抽出部３２ａは、検索（特定）した明領域から、明領域の中心点もしくは重心点（ここでは中心点）をスポット位置として抽出する。
本撮像装置１では、スポット位置抽出部３２ａは、直線Ｄａ´〜Ｄｄ´上を検索するように構成されているので、スポット位置抽出部３２ａによれば、図８に示すごとく、直線Ｄａ´〜Ｄｄ´上に輝度（明るさ）が高くなる明領域（ガウス曲線分布）が検索され、スポット位置抽出部３２ａはこの明領域の中心点Ｍをスポット位置として抽出する。
本撮像装置１では、スポット位置抽出部３２ａは、直線Ｄａ´〜Ｄｄ´上を検索するように構成されているので、スポット位置抽出部３２ａによれば、図８に示すごとく、直線Ｄａ´〜Ｄｄ´上に輝度（明るさ）が高くなる明領域（ガウス曲線分布）が検索され、スポット位置抽出部３２ａはこの明領域の中心点Ｍをスポット位置として抽出する。
図２に示す距離算出部３２ｂは、スポット位置抽出部３２ａによって抽出されたスポット位置と画像の中心点との距離に基づいて、撮像カメラ１０と撮像対象との距離を算出するものである。
つまり、距離算出部３２ｂは、複数の投光部による明領域から抽出されるスポット位置のそれぞれについて、距離を算出し、本撮像装置１では、一つの撮像対象に対して４つの距離を算出する。
つまり、距離算出部３２ｂは、複数の投光部による明領域から抽出されるスポット位置のそれぞれについて、距離を算出し、本撮像装置１では、一つの撮像対象に対して４つの距離を算出する。
ここで、図９（ａ），（ｂ）を参照しながら、距離算出部３２ｂによる距離算出方法について説明する。なお、図９（ａ）において、符号“Ｅ”は撮像対象Ｔに照射された投光部２０からのスポット光による明領域を示している。また、図９（ｂ）は図９（ａ）の状態で撮像カメラ１０によって撮像された画像を示す図である。
本撮像装置１において、理想的な実装では撮像カメラ１０の光軸と投光部２０によって投光されるスポット光の投光軸とは平行であるが、厳密に平行にすることは高精度な実装（組み立て）が求められ現実的には困難である。そのため、実際の撮像装置１においては、投光部２０によるスポット光の投光軸が撮像カメラ１０の光軸に対して完全に平行にならずにわずかながら傾くことが考えられる。
本撮像装置１において、理想的な実装では撮像カメラ１０の光軸と投光部２０によって投光されるスポット光の投光軸とは平行であるが、厳密に平行にすることは高精度な実装（組み立て）が求められ現実的には困難である。そのため、実際の撮像装置１においては、投光部２０によるスポット光の投光軸が撮像カメラ１０の光軸に対して完全に平行にならずにわずかながら傾くことが考えられる。
したがって、距離算出部３２ｂは、図９（ａ）に示すように、撮像カメラ１０の光軸に対する投光部２０によるスポット光の投光軸の傾き（ここではθ）を考慮して、後述する式（３）によって撮像カメラ１０と撮像対象Ｔとの距離ｌを算出する。
なお、撮像カメラ１０の光軸に対する投光部２０によるスポット光の投光軸の傾きは、撮像カメラ１０と投光部２０（光源２１）とを結ぶ直線方向だけを考慮すればよく、直線の法線方向の傾きは無視できる。なお、補足までに述べると、法線方向の傾きはスポット光の移動直線が仮定した画像上の直線からどれだけ離れた直線になるかに関係する。
なお、撮像カメラ１０の光軸に対する投光部２０によるスポット光の投光軸の傾きは、撮像カメラ１０と投光部２０（光源２１）とを結ぶ直線方向だけを考慮すればよく、直線の法線方向の傾きは無視できる。なお、補足までに述べると、法線方向の傾きはスポット光の移動直線が仮定した画像上の直線からどれだけ離れた直線になるかに関係する。
そして、図９（ａ）に示すごとく、撮像対象Ｔが撮像カメラ１０から距離ｌだけ離れ、撮像カメラ１０の光軸と直交する位置にあるとすると、この距離ｌでの撮像カメラ１０の撮像範囲をｗ、撮像対象Ｔ上のスポット光が照射された位置をｄ＋ｘとするとともに、撮像カメラ１０の中心から投光部２０（ここでは光源２１）の中心までの距離をｄ、光軸のずれθ1により生じた変位量である照射位置のずれをｘとする。一方、図９（ｂ）に示すごとく、撮像カメラ１０によって撮像された画像では、明領域Ｅ´のスポット位置は画像の中心Ｕから距離ａの位置で観測され、スポット光の移動方向の画像範囲（上記図６における直線Ｄａ´〜Ｄｄ´に対応）をＷとする。
このとき、図９（ａ），（ｂ）に示す状態では、下記式（１）に示す比例関係が成り立つ。
ここで、撮像範囲ｗはカメラの画角の半値α1と距離ｌとで表わすことができ、光軸ずれθによるずれｘも距離ｌと光軸ずれθ1とで表わすことができるため、上記式（１）は、下記式（２）のように置き換えることができる。
そして、この式（２）を距離ｌについて解くことによって、下記式（３）が得られる。
距離算出部３２ｂは、このようにして導き出される上記式（３）に基づいて、距離ｌを算出する。
そして、上記式（３）における光軸ずれθ1は未知の値であるため、距離算出部３２ｂが、本撮像装置１の初期設定時において、後述する下記式（４）〜（７）に基づいて、光軸ずれθ1を求める。
そして、上記式（３）における光軸ずれθ1は未知の値であるため、距離算出部３２ｂが、本撮像装置１の初期設定時において、後述する下記式（４）〜（７）に基づいて、光軸ずれθ1を求める。
つまり、上記式（３）を光軸ずれθ1について解くことにより、下記式（４）が求められる。
そして、距離算出部３２ｂは、この式（４）に基づいて光軸ずれθ1を解くべく、本撮像装置１の初期設定時に、既知の距離ｌでスポット位置ａを計測することによって、ｔａｎθ1を算出（校正）する。なお、この処理は、投光部２０ａ〜２０ｄのそれぞれについて実行する。
ここで、通常は、既知の距離ｌを一つ用いるだけでｔａｎθ1を算出することができる。
しかしながら、撮像カメラ１０のレンズの実装上の制限等に起因して、既知の距離ｌを決定する際の距離原点（すなわち、既知の距離ｌを得るための撮像カメラ１０のレンズ上の起点となる点）を厳密に求めることが困難な場合があり、この場合には、距離算出部３２ｂは、２つの校正測定点を用いてｔａｎθ1を算出する。
しかしながら、撮像カメラ１０のレンズの実装上の制限等に起因して、既知の距離ｌを決定する際の距離原点（すなわち、既知の距離ｌを得るための撮像カメラ１０のレンズ上の起点となる点）を厳密に求めることが困難な場合があり、この場合には、距離算出部３２ｂは、２つの校正測定点を用いてｔａｎθ1を算出する。
つまり、撮像カメラ１０のレンズから撮像対象までの距離ｌのみに基づいてｔａｎθ1を算出するのではなく、２つの校正測定点の距離（差）にも基づいてｔａｎθ1を算出する。
すなわち、距離差Δを予め厳密に求めた２つの校正測定点のそれぞれに撮像対象を配置して撮像カメラ１０によって画像を撮像し、距離算出部３２ｂが、撮像された画像から撮像対象までの距離の算出を行なうことによって、光軸ずれθ1を校正する。
すなわち、距離差Δを予め厳密に求めた２つの校正測定点のそれぞれに撮像対象を配置して撮像カメラ１０によって画像を撮像し、距離算出部３２ｂが、撮像された画像から撮像対象までの距離の算出を行なうことによって、光軸ずれθ1を校正する。
具体的には、距離算出部３２ｂが、既知の距離Ｌの校正測定点ａ1において撮像した画像におけるスポット位置ａ1´を計測し、さらに、校正測定点ａ1から距離Δだけ離れた校正測定点ａ2において撮像した画像におけるスポット位置ａ2´を測定し、それぞれを上記式（４）に代入することによって、下記式（５）を得る。
そして、上記式（５）を距離Ｌについて解くことによって、下記式（６）を求める。
但し、上記式（６）においてｋは、下記式（７）であらわされる。
これにより、距離算出部３２ｂは、距離Ｌを算出し、さらに、上記式（６）を上記式（４）に代入することによって、ｔａｎθ1を算出（校正）する。
このように、距離算出部３２ｂは、初期設定時に、２つの既知の距離で撮像カメラ１０によって撮像された撮像対象の画像からスポット位置を抽出し、抽出されたスポット位置に基づいて、撮像対象までの距離を算出するための上記式（３）を完成させる。これにより、距離算出部３２ｂは、撮像カメラ１０の光軸に対する投光部２０によるスポット光の投光軸のずれを考慮して、撮像対象までの距離を算出することができるようになる。
このように、距離算出部３２ｂは、初期設定時に、２つの既知の距離で撮像カメラ１０によって撮像された撮像対象の画像からスポット位置を抽出し、抽出されたスポット位置に基づいて、撮像対象までの距離を算出するための上記式（３）を完成させる。これにより、距離算出部３２ｂは、撮像カメラ１０の光軸に対する投光部２０によるスポット光の投光軸のずれを考慮して、撮像対象までの距離を算出することができるようになる。
したがって、本撮像装置１では、投光部２０の投光軸が撮像カメラ１０の光軸と平行になるように厳密に配置しなくてもよくなり、高精度な組み立てを要せず、製造コストを低減することができる。
図２に示す撮像対象情報検出部３２ｃは、距離算出部３２ｂによって算出された距離（ここでは４つの距離）に基づいて、撮像対象の撮像カメラ１０の光軸に対する傾き、及び、撮像対象の撮像カメラ１０の光軸に対する姿勢情報を検出するものである。
図２に示す撮像対象情報検出部３２ｃは、距離算出部３２ｂによって算出された距離（ここでは４つの距離）に基づいて、撮像対象の撮像カメラ１０の光軸に対する傾き、及び、撮像対象の撮像カメラ１０の光軸に対する姿勢情報を検出するものである。
つまり、撮像対象情報検出部３２ｃは、距離算出部３２ｂによって算出された２つの距離に基づいて撮像対象の一方向の傾き（２次元情報）を検出し、また、距離算出部３２ｂによって算出された３つまたは４つの距離に基づいて撮像対象の姿勢（２方向の傾き；３次元情報）を検出する。
ここで、図１０，図１１を参照しながら、撮像対象情報検出部３２ｃによる撮像対象の傾き及び姿勢情報の検出方法について説明する。
ここで、図１０，図１１を参照しながら、撮像対象情報検出部３２ｃによる撮像対象の傾き及び姿勢情報の検出方法について説明する。
図１０に示すごとく、本撮像対象１における投光部２０ａ〜２０ｄの位置を、ｘｙ平面上に投光部２０ｃを原点としてあらわすと、投光部２０ｂはｘ軸上の座標（ｎ，０）に、投光部２０ｄはｙ軸上の座標（０，ｎ）に、投光部２０ａは座標（ｎ，ｎ）に配置されることになる。
そして、これら投光部２０からスポット光を投光して撮像対象に照射された結果（つまり、画像においてスポット位置抽出部３２ａによって抽出されたスポット位置Ｐａ〜Ｐｄ）を、図１１に示す。なお、図１１に示すごとく、スポット位置Ｐａは投光部２０ａに、スポット位置Ｐｂは投光部２０ｂに、スポット位置Ｐｃは投光部２０ｃに、スポット位置Ｐｄは投光部２０ｄにそれぞれ対応している。
そして、これら投光部２０からスポット光を投光して撮像対象に照射された結果（つまり、画像においてスポット位置抽出部３２ａによって抽出されたスポット位置Ｐａ〜Ｐｄ）を、図１１に示す。なお、図１１に示すごとく、スポット位置Ｐａは投光部２０ａに、スポット位置Ｐｂは投光部２０ｂに、スポット位置Ｐｃは投光部２０ｃに、スポット位置Ｐｄは投光部２０ｄにそれぞれ対応している。
ここで、距離算出部３２ｂによって算出された各スポット位置Ｐａ〜Ｐｄまでの距離が、それぞれ、Ｌａ〜Ｌｄであったとすると、スポット位置Ｐａ〜Ｐｄのそれぞれの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、スポット位置Ｐａが（ｎ，ｎ，Ｌａ）、スポット位置Ｐｂが（ｎ，０，Ｌｂ），スポット位置Ｐｃが（０，０，Ｌｃ），スポット位置Ｐｄが（０，ｎ，Ｌｄ）となる。
撮像対象の撮像カメラ１０への対向面が平面、もしくは、平面とみなせる場合、撮影面は係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いて下記式（８）で表わすことができる。
したがって、撮像対象情報検出部３２ｃは、この式（８）にスポット位置Ｐａ〜Ｐｄの座標値を代入して解くことによって、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求め、スポット位置Ｐａ〜Ｐｄからなる平面を決定して、この平面から撮像対象の傾きや姿勢情報を検出する。
ここで、平面はスポット位置が３点あれば決定するので、スポット位置が４点以上の場合には冗長となるため、撮像対象情報検出部３２ｃは、最小二乗法によって近似平面を求める。あるいは、平面を三角形に分割して複合平面として求める。
ここで、平面はスポット位置が３点あれば決定するので、スポット位置が４点以上の場合には冗長となるため、撮像対象情報検出部３２ｃは、最小二乗法によって近似平面を求める。あるいは、平面を三角形に分割して複合平面として求める。
なお、撮像対象情報検出部３２ｃは、図１１に示す例では、スポット位置Ｐｂ，Ｐｄを通る直線で平面を分割し、スポット位置Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを通る平面と、スポット位置Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｄを通る平面との２つの平面を求めることができる。
そして、撮像対照情報検出部３２ｃは、例えば、撮像対象がｙ軸を中心にどれだけ傾いているかを検出する場合、つまり、図１１における角度θ2を検出する場合には、上記式（８）に基づいて下記式（９）を得て、傾きθ2を検出する。
そして、撮像対照情報検出部３２ｃは、例えば、撮像対象がｙ軸を中心にどれだけ傾いているかを検出する場合、つまり、図１１における角度θ2を検出する場合には、上記式（８）に基づいて下記式（９）を得て、傾きθ2を検出する。
なお、撮像対象情報検出部３２ｃは、上記式（８）に基づいて平面を算出せずに、例えば、下記式（１０）から傾きθ2を求めてもよい。
また、撮像対象情報検出部３２ｃは上述した傾きを求める処理を３次元分行なう、つまり、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸のそれぞれに対する傾きを求めることによって、撮像対象の姿勢情報を検出する。
このように、本発明の一実施形態としての撮像装置１によれば、撮像カメラ１０によって撮像された、撮像対象の画像における、投光部２０のスポット光の位置（スポット位置）に基づいて、検出部３２が、撮像カメラ１０と撮像対象との距離及び撮像カメラ１０の光軸に対する撮像対象の傾き、もしくは、撮像カメラ１０と撮像対象との距離及び撮像カメラ１０の光軸に対する撮像対象の姿勢情報を検出するので、上述した従来の撮像装置（図１３参照）のように、撮像カメラ１０から撮像対象までの距離を検出するためのセンサ（位置センサ等）そなえる必要がなく、したがって、装置全体の小型化及び低コスト化を実現することができる。
このように、本発明の一実施形態としての撮像装置１によれば、撮像カメラ１０によって撮像された、撮像対象の画像における、投光部２０のスポット光の位置（スポット位置）に基づいて、検出部３２が、撮像カメラ１０と撮像対象との距離及び撮像カメラ１０の光軸に対する撮像対象の傾き、もしくは、撮像カメラ１０と撮像対象との距離及び撮像カメラ１０の光軸に対する撮像対象の姿勢情報を検出するので、上述した従来の撮像装置（図１３参照）のように、撮像カメラ１０から撮像対象までの距離を検出するためのセンサ（位置センサ等）そなえる必要がなく、したがって、装置全体の小型化及び低コスト化を実現することができる。
なお、撮像カメラ１０をそなえた既存の撮像装置に、撮像対象の距離、傾き、姿勢などを検出する機能を追加する際にも、ハード構成としては、投光部２０を追加するのみでよいので、小型化且つ低コストにて実現することができる。
しかも、本撮像装置１では、撮像カメラ１０によって撮像された画像における、撮像対象上の投光部２０からのスポット光による明領域に基づいて、検出部３２が、かかる距離の検出を行なうため、投光部２０から投光されるスポット光はレーザ光のような精度の高いスポット光（つまり、スポット径が狭い平行光）でなくてもよく、本撮像装置１では、投光部２０の光源２１として、安価なＬＥＤを用いることができ、これによっても低コスト化を実現することができる。
しかも、本撮像装置１では、撮像カメラ１０によって撮像された画像における、撮像対象上の投光部２０からのスポット光による明領域に基づいて、検出部３２が、かかる距離の検出を行なうため、投光部２０から投光されるスポット光はレーザ光のような精度の高いスポット光（つまり、スポット径が狭い平行光）でなくてもよく、本撮像装置１では、投光部２０の光源２１として、安価なＬＥＤを用いることができ、これによっても低コスト化を実現することができる。
さらに、本撮像装置１では、投光部２０によって投光されるスポット光が、撮像カメラ１０の光軸に対して平行、もしくは、略平行になるように構成されているので、上記図５（ａ），（ｂ）を参照しながら上述したように、撮像対象が撮像カメラ１０の光軸に対して平行に移動する限りは、撮像カメラ１０によって撮像された画像において、撮像対象上のスポット光による明領域の位置は変化することがない。したがって、本撮像装置１では、撮像カメラ１０に対する撮像対象の距離に関わらず、検出部３２によって、当該撮像対象の距離及び傾き、もしくは、距離及び姿勢の検出を確実に実行することができる。
〔２〕その他
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、撮像装置１が投光部２０を４つ（投光部２０ａ〜２０ｄ）そなえて構成された例をあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出部３２が撮像対象の傾きを検出する場合には、少なくとも２つの投光部２０をそなえていればよく、また、検出部３２が撮像対象の姿勢情報を検出する場合には、少なくとも３つの投光部２０をそなえていればよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、撮像装置１が投光部２０を４つ（投光部２０ａ〜２０ｄ）そなえて構成された例をあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出部３２が撮像対象の傾きを検出する場合には、少なくとも２つの投光部２０をそなえていればよく、また、検出部３２が撮像対象の姿勢情報を検出する場合には、少なくとも３つの投光部２０をそなえていればよい。
また、上述した実施形態では、演算部３０の制御部３１が撮像カメラ１０の撮像と投光部２０の投光とを同期して実行させ、投光部２０によるスポット光が投光されている状態の撮像対象の画像のみを撮像するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、制御部３１が、投光部２０によるスポット光が投光されていない状態の撮像対象の第１画像と、投光部２０によるスポット光が投光されている状態の第２画像とを撮像させるように、撮像カメラ１０及び投光部２０を制御してもよい。
この場合、検出部３２のスポット位置抽出部３２ａは、第１画像と第２画像との差の画像、つまり、第２画像から第１画像における明領域を除いた画像に基づいて、投光部２０のスポット光による明領域を特定し、特定した明領域からスポット位置を抽出する。
これにより、上述した実施形態による効果に加えて、撮像カメラ１０によって撮像された画像において、投光部２０のスポット光による明領域以外の明領域が存在していても、この明領域は第２画像から第１画像の明領域を除くことによって削除されるので、スポット光による明領域だけを確実に特定することができる。
これにより、上述した実施形態による効果に加えて、撮像カメラ１０によって撮像された画像において、投光部２０のスポット光による明領域以外の明領域が存在していても、この明領域は第２画像から第１画像の明領域を除くことによって削除されるので、スポット光による明領域だけを確実に特定することができる。
また、制御部３１が、投光部２０によるスポット光の輝度を変化させながら、撮像カメラ１０によってスポット光の輝度が異なる複数の画像を撮像させるように、撮像カメラ１０及び投光部２０を制御してもよい。
この場合、検出部３２のスポット位置抽出部３２ａは、撮像カメラ１０によって撮像された複数の画像において、輝度が変化している部分を投光部２０のスポット光による明領域として特定し、特定した明領域からスポット位置を抽出する。
この場合、検出部３２のスポット位置抽出部３２ａは、撮像カメラ１０によって撮像された複数の画像において、輝度が変化している部分を投光部２０のスポット光による明領域として特定し、特定した明領域からスポット位置を抽出する。
これにより、上述した実施形態による効果に加えて、例えば、撮像対象の背景からの光が強いために、撮像カメラ１０によって撮像された画像において、投光部２０のスポット光による明領域が特定し難いような場合であっても、複数の画像において輝度が変化している明領域をスポット光による明領域として特定することによって、スポット光による明領域だけを確実に特定することができる。
さらに、スポット位置抽出部３２ａが、撮像カメラ１０によって撮像された複数の画像の撮像時の投光部２０による投光パターン（輝度）に基づいて、この投光パターンと同一のパターンで輝度が変化している明領域を、投光部２０からのスポット光による明領域として特定するように構成してもよく、これによって、投光部２０のスポット光による明領域を、より確実に特定することができるようになる。
また、上述した実施形態では、検出部３２の距離算出部３２ｂが、計算式に基づいて撮像カメラ１０から撮像対象までの距離を算出するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、演算部３０が、撮像カメラ１０によって撮像された画像におけるスポット光のスポット位置（つまり、画像の中心点からスポット位置までの距離）と、撮像カメラ１０と撮像対象との距離との対応関係を示すテーブルをそなえ、距離算出部３２ｂが、このテーブルに基づいて、撮像カメラ１０から撮像対象までの距離を求めるように構成してもよい。
なお、この場合には、かかるテーブルは、例えば、演算部３０のＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等に保持される。
また、この場合にも、上述した実施形態と同様に、距離算出部３２ｂは、本撮像装置１の初期設定時に既知の距離に基づいてテーブルを校正する。
つまり、距離算出部３２ｂは、初期設定時に、１または複数の既知の距離において撮像カメラ１０によって撮像された撮像対象の画像から、スポット位置抽出部３２ａによって抽出されたスポット位置と、かかる既知の距離とに基づいて、テーブルを校正する。これにより、上述した実施形態と同様に、投光部２０の撮像カメラ１０の光軸に対するずれを補正することができるので、高精度な組み立ては要求されなくなる。また、テーブルに基づいて距離を検出する機構において上述のごとくテーブルを校正することにより、撮像装置１を複数製造した際に生じる撮像装置１ごとの微妙な配置ずれ等を校正することができる。
また、この場合にも、上述した実施形態と同様に、距離算出部３２ｂは、本撮像装置１の初期設定時に既知の距離に基づいてテーブルを校正する。
つまり、距離算出部３２ｂは、初期設定時に、１または複数の既知の距離において撮像カメラ１０によって撮像された撮像対象の画像から、スポット位置抽出部３２ａによって抽出されたスポット位置と、かかる既知の距離とに基づいて、テーブルを校正する。これにより、上述した実施形態と同様に、投光部２０の撮像カメラ１０の光軸に対するずれを補正することができるので、高精度な組み立ては要求されなくなる。また、テーブルに基づいて距離を検出する機構において上述のごとくテーブルを校正することにより、撮像装置１を複数製造した際に生じる撮像装置１ごとの微妙な配置ずれ等を校正することができる。
しかも、距離算出部３２ｂがかかるテーブルに基づいて撮像対象までの距離を検出することにより、上述した実施形態のごとく計算が不要となるため、例えば、非力なＣＰＵでも処理可能となり、本撮像装置１の低コスト化に寄与することができるとともに、組み込み聞きなどへの実装も可能になる。
なお、撮像対象が撮像カメラ１０から所定の距離内にあるか否かを認識することができるだけでよい場合には、その所定の距離における画像上のスポット位置を予め設定しておき、投光部２０によるスポット光の位置が、予め設定されたスポット位置よりも画像の基準点（例えば中心点）に近ければ（すなわち、投光部２０によるスポット光の位置が画像の基準点から予め設定されたスポット位置までの間に存在すれば）、撮像対象が所定の距離内にあると検出部３２が判定するように構成してもよい。
なお、撮像対象が撮像カメラ１０から所定の距離内にあるか否かを認識することができるだけでよい場合には、その所定の距離における画像上のスポット位置を予め設定しておき、投光部２０によるスポット光の位置が、予め設定されたスポット位置よりも画像の基準点（例えば中心点）に近ければ（すなわち、投光部２０によるスポット光の位置が画像の基準点から予め設定されたスポット位置までの間に存在すれば）、撮像対象が所定の距離内にあると検出部３２が判定するように構成してもよい。
また、制御部３１が、投光部２０によるスポット光が投光された画像と、投光部２０によるスポット光が投光されていない画像とを連続して撮像させるように構成することによって、動画を撮像しているかのごとく撮像対象を撮像しながら、当該撮像対象の傾きや姿勢情報などの撮像対象情報も同時に得ることができるようになり、例えば、移動中の撮像対象を撮像しながら、撮像対象情報を時系列に把握することが可能になる。
さらに、本撮像装置１において、撮像カメラ１０の撮像範囲内に撮像対象が存在しない場合以外には、撮像カメラ１０による撮像を一時停止することによって不要な時間には回路（例えば、演算部３０）を休止させることで、消費電力を低減することができる。具体的には、例えば、撮像カメラ１０による撮像を所定の間隔で実行させ、画像に撮像対象が発見された場合にのみ、投光部２０による投光及び演算部３０（特に検出部３２）の処理を実行させてもよい。
また、上述した実施形態では、投光部２０がレンズ２２と調整部２４とをそなえて構成されている例をあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述したように本撮像装置１では、投光部２０から投光されるスポット光はレーザ光のような高精度なスポット光を要しないので、例えば、図１２に示すごとく、レンズ２２をそなえずに調整部２４のみをそなえて構成してもよく、逆に、調整部２４をそなえずにレンズ２２のみをそなえて構成してもよい。これによっても上述した実施形態と同様の効果を得ることができ、したがって、さらなる低コスト化を実現することができる。
さらに、上述した実施形態では、投光部２０が一つの光源２１によって一つのスポット光を投光する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、調整部２４に複数のアパーチャを設けることによって、投光部２０が一つの光源２１によって複数のスポット光を投光するように構成してもよい。
〔３〕付記
（付記１）
撮像対象を撮像する撮像カメラと、
該撮像カメラの光軸と平行もしくは略平行なスポット光を前記撮像対象に対して投光する投光部と、
前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部によるスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラと当該撮像対象との距離を検出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴とする、撮像装置。
〔３〕付記
（付記１）
撮像対象を撮像する撮像カメラと、
該撮像カメラの光軸と平行もしくは略平行なスポット光を前記撮像対象に対して投光する投光部と、
前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部によるスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラと当該撮像対象との距離を検出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴とする、撮像装置。
（付記２）
前記投光部が３以上のスポット光を投光するように構成され、
前記検出部が、前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部による前記３以上のスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の姿勢情報を検出することを特徴とする、付記１記載の撮像装置。
前記投光部が３以上のスポット光を投光するように構成され、
前記検出部が、前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部による前記３以上のスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の姿勢情報を検出することを特徴とする、付記１記載の撮像装置。
（付記３）
前記画像において、当該画像の基準点から前記３以上のスポット光の位置のそれぞれへ向かう方向が異なる方向となるように、前記投光部が前記３以上のスポット光を投光することを特徴とする、付記２記載の撮像装置。
（付記４）
前記画像において前記検出部が認識しうる前記投光部からのスポット光の照射領域が、隣接する他のスポット光の照射領域と干渉しないように、前記投光部が前記３以上のスポット光を投光することを特徴とする、付記２または付記３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記画像において、当該画像の基準点から前記３以上のスポット光の位置のそれぞれへ向かう方向が異なる方向となるように、前記投光部が前記３以上のスポット光を投光することを特徴とする、付記２記載の撮像装置。
（付記４）
前記画像において前記検出部が認識しうる前記投光部からのスポット光の照射領域が、隣接する他のスポット光の照射領域と干渉しないように、前記投光部が前記３以上のスポット光を投光することを特徴とする、付記２または付記３のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記５）
前記投光部の光源がＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなることを特徴とする、付記１〜付記４のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記６）
前記投光部が、光源が発光した光のスポット径を縮小するアパーチャを有する調整部をそなえて構成されていることを特徴とする、付記１〜付記５のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記投光部の光源がＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなることを特徴とする、付記１〜付記４のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記６）
前記投光部が、光源が発光した光のスポット径を縮小するアパーチャを有する調整部をそなえて構成されていることを特徴とする、付記１〜付記５のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記７）
前記投光部が、光源が発光した光を平行光に変換するレンズをそなえて構成されていることを特徴とする、付記１〜付記６のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記８）
前記投光部によって投光される前記スポット光が赤外光であることを特徴とする、付記１〜付記４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記投光部が、光源が発光した光を平行光に変換するレンズをそなえて構成されていることを特徴とする、付記１〜付記６のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記８）
前記投光部によって投光される前記スポット光が赤外光であることを特徴とする、付記１〜付記４のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記９）
前記検出部が、前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の照射領域からスポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記画像の中心点との距離に基づいて前記検出を行なうことを特徴とする、付記１〜付記８のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記１０）
前記検出部が、前記照射領域の中心点もしくは重心点を前記スポット位置として抽出することを特徴とする、付記９記載の撮像装置。
前記検出部が、前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の照射領域からスポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記画像の中心点との距離に基づいて前記検出を行なうことを特徴とする、付記１〜付記８のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記１０）
前記検出部が、前記照射領域の中心点もしくは重心点を前記スポット位置として抽出することを特徴とする、付記９記載の撮像装置。
（付記１１）
前記検出部が、前記画像の中心点から所定の方向に向けて前記照射領域を検索し、最初に前記照射領域として検索された領域から前記スポット位置を抽出することを特徴とする、付記９または付記１０記載の撮像装置。
（付記１２）
前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを同期して実行させる制御部をそなえて構成されていることを特徴とする、付記１〜付記１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記検出部が、前記画像の中心点から所定の方向に向けて前記照射領域を検索し、最初に前記照射領域として検索された領域から前記スポット位置を抽出することを特徴とする、付記９または付記１０記載の撮像装置。
（付記１２）
前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを同期して実行させる制御部をそなえて構成されていることを特徴とする、付記１〜付記１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記１３）
前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを制御する制御部をそなえ、
該制御部が、前記投光部によるスポット光が投光されていない状態の前記撮像対象の第１画像と、前記投光部によるスポット光が投光されている状態の前記撮像対象の第２画像とを前記撮像カメラに撮像させ、
前記検出部が、前記第２画像から前記第１画像における明領域を除いた画像に基づいて前記検出を行なうことを特徴とする、付記１〜付記１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを制御する制御部をそなえ、
該制御部が、前記投光部によるスポット光が投光されていない状態の前記撮像対象の第１画像と、前記投光部によるスポット光が投光されている状態の前記撮像対象の第２画像とを前記撮像カメラに撮像させ、
前記検出部が、前記第２画像から前記第１画像における明領域を除いた画像に基づいて前記検出を行なうことを特徴とする、付記１〜付記１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記１４）
前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを制御する制御部をそなえ、
該制御部が、前記投光部によるスポット光の輝度を変化させながら、前記撮像カメラに複数の画像を撮像させ、
前記検出部が、前記複数の画像において輝度が変化している部分を前記スポット光の位置と特定することを特徴とする、付記１〜付記１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを制御する制御部をそなえ、
該制御部が、前記投光部によるスポット光の輝度を変化させながら、前記撮像カメラに複数の画像を撮像させ、
前記検出部が、前記複数の画像において輝度が変化している部分を前記スポット光の位置と特定することを特徴とする、付記１〜付記１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記１５）
前記検出部が、前記撮像カメラによって撮像された画像におけるスポット光の位置と、前記撮像カメラと前記撮像対象との距離との対応関係を示す計算式に基づいて前記撮像カメラと前記撮像対象との距離を検出することを特徴とする、付記１〜付記１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記検出部が、前記撮像カメラによって撮像された画像におけるスポット光の位置と、前記撮像カメラと前記撮像対象との距離との対応関係を示す計算式に基づいて前記撮像カメラと前記撮像対象との距離を検出することを特徴とする、付記１〜付記１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記１６）
前記検出部が、初期設定時に、既知の距離において前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像から前記スポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記既知の距離とに基づいて、前記計算式を校正することを特徴とする、付記１５記載の撮像装置。
前記検出部が、初期設定時に、既知の距離において前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像から前記スポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記既知の距離とに基づいて、前記計算式を校正することを特徴とする、付記１５記載の撮像装置。
（付記１７）
前記撮像カメラによって撮像された画像におけるスポット光の位置と、前記撮像カメラと前記撮像対象との距離との対応関係を示すテーブルをそなえ、
前記検出部が、前記テーブルに基づいて前記撮像カメラと前記撮像対象との距離を検出することを特徴とする、付記１〜付記１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記撮像カメラによって撮像された画像におけるスポット光の位置と、前記撮像カメラと前記撮像対象との距離との対応関係を示すテーブルをそなえ、
前記検出部が、前記テーブルに基づいて前記撮像カメラと前記撮像対象との距離を検出することを特徴とする、付記１〜付記１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記１８）
前記検出部が、初期設定時に、既知の距離において前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像から前記スポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記既知の距離とに基づいて、前記テーブルを校正することを特徴とする、付記１７記載の撮像装置。
前記検出部が、初期設定時に、既知の距離において前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像から前記スポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記既知の距離とに基づいて、前記テーブルを校正することを特徴とする、付記１７記載の撮像装置。
（付記１９）
撮像対象を撮像する撮像カメラと、
該撮像カメラの光軸と平行もしくは略平行な複数のスポット光を前記撮像対象に対して投光する投光部と、
前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部による複数のスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の傾きを検出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴とする、撮像装置。
撮像対象を撮像する撮像カメラと、
該撮像カメラの光軸と平行もしくは略平行な複数のスポット光を前記撮像対象に対して投光する投光部と、
前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部による複数のスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の傾きを検出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴とする、撮像装置。
（付記２０）
撮像対象を撮像する撮像カメラと、
該撮像カメラの光軸と平行もしくは略平行な複数のスポット光を前記撮像対象に対して投光する投光部と、
前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部による複数のスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラと当該撮像対象との距離、及び、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の傾きを検出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴とする、撮像装置。
撮像対象を撮像する撮像カメラと、
該撮像カメラの光軸と平行もしくは略平行な複数のスポット光を前記撮像対象に対して投光する投光部と、
前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部による複数のスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラと当該撮像対象との距離、及び、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の傾きを検出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴とする、撮像装置。
１ 撮像装置
１０ 撮像カメラ
２０，２０ａ〜２０ｄ 投光部
２０ａ´〜２０ｄ´ 明領域（スポット光，照射領域）
２１，１０１ 光源
２２，１０２，１０４ レンズ
２３ アパーチャ
２４ 調整部
３０，１１２ 演算部
３１ 制御部
３２ 検出部
３２ａ スポット位置抽出部
３２ｂ 距離算出部
３２ｃ 撮像対象情報検出部
１００ 距離センサ
１００ａ 距離測定装置
１０３ 位置センサ
１１０ ＣＣＤ（Charged Coupled Device）カメラ
１１０ａ 固定焦点レンズ
１１１ レーザ光
１１１ａ レーザ光源
１１１ｂ 光電変換部（ＣＣＤ）
１２０ 画像
１２１，１２２ 輝線
１２３〜１２５ 検出ライン
１０ 撮像カメラ
２０，２０ａ〜２０ｄ 投光部
２０ａ´〜２０ｄ´ 明領域（スポット光，照射領域）
２１，１０１ 光源
２２，１０２，１０４ レンズ
２３ アパーチャ
２４ 調整部
３０，１１２ 演算部
３１ 制御部
３２ 検出部
３２ａ スポット位置抽出部
３２ｂ 距離算出部
３２ｃ 撮像対象情報検出部
１００ 距離センサ
１００ａ 距離測定装置
１０３ 位置センサ
１１０ ＣＣＤ（Charged Coupled Device）カメラ
１１０ａ 固定焦点レンズ
１１１ レーザ光
１１１ａ レーザ光源
１１１ｂ 光電変換部（ＣＣＤ）
１２０ 画像
１２１，１２２ 輝線
１２３〜１２５ 検出ライン
Claims (9)
- 撮像対象を撮像する撮像カメラと、
前記撮像カメラの光軸と略平行なスポット光を直接前記撮像対象に対して投光する投光部と、
前記撮像カメラによって撮像された前記投光部により投光された前記スポット光を含む前記撮像対象の画像における当該撮像対象上の前記スポット光の位置と前記画像の中心点との距離を算出し、下記（Ａ）式に基づいて、前記撮像カメラと前記撮像対象との距離を算出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴とする、撮像装置。
ｌ：前記撮像カメラと前記撮像対象との距離
θ １ ：前記撮像カメラの光軸に対する前記スポット光の光軸の傾き
ａ：前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の位置と前記画像の中心点との距離
α １ ：前記撮像カメラの画角の半分の値
ｄ：前記撮像カメラの中心から前記投光部の中心までの距離
Ｗ：前記画像の中心点と、前記画像の中心点から前記画像における前記スポット光の方向へ伸びる直線と前記画像の端部との交点と、の距離 - 前記投光部が３以上のスポット光を投光するように構成され、
前記検出部が、前記撮像カメラによって撮像された前記撮像対象の画像における、当該撮像対象上の前記投光部による前記３以上のスポット光の位置に基づいて、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の姿勢情報を算出することを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。 - 前記画像において、当該画像の中心点から前記３以上のスポット光の位置のそれぞれへ向かう方向が異なる方向となるように、前記投光部が前記３以上のスポット光を投光することを特徴とする、請求項２記載の撮像装置。
- 前記画像において前記検出部が認識しうる前記投光部からのスポット光の照射領域が、隣接する他のスポット光の照射領域と干渉しないように、前記投光部が前記３以上のスポット光を投光することを特徴とする、請求項２または請求項３記載の撮像装置。
- 前記検出部が、前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の照射領域からスポット位置を抽出し、抽出された前記スポット位置と前記画像の中心点との距離に基づいて前記算出を行なうことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
- 前記検出部が、前記照射領域の中心点もしくは重心点を前記スポット位置として抽出することを特徴とする、請求項５記載の撮像装置。
- 前記検出部が、前記画像の中心点から所定の方向に向けて前記照射領域を検索し、最初に前記照射領域として検索された領域から前記スポット位置を抽出することを特徴とする、請求項５または請求項６記載の撮像装置。
- 前記撮像カメラによる撮像と、前記投光部によるスポット光の投光とを制御する制御部をそなえ、
該制御部が、前記投光部によるスポット光が投光されていない状態の前記撮像対象の第１画像と、前記投光部によるスポット光が投光されている状態の前記撮像対象の第２画像とを前記撮像カメラに撮像させ、
前記検出部が、前記第２画像から前記第１画像における明領域を除いた画像に基づいて前記算出を行なうことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。 - 撮像対象を撮像する撮像カメラと、
前記撮像カメラの光軸と略平行な複数のスポット光を直接前記撮像対象に対して投光する投光部と、
前記撮像カメラによって撮像された前記投光部により投光された前記複数のスポット光を含む前記撮像対象の画像における当該撮像対象上の前記複数のスポット光の位置と前記画像の中心点との距離をそれぞれ算出し、下記（Ａ）式に基づいて、前記撮像カメラと前記撮像対象との距離、及び、前記撮像カメラの光軸に対する当該撮像対象の傾きを算出する検出部とをそなえて構成されていることを特徴とする、撮像装置。
ｌ：前記撮像カメラと前記撮像対象との距離
θ １ ：前記撮像カメラの光軸に対する前記スポット光の光軸の傾き
ａ：前記画像における前記撮像対象上の前記スポット光の位置と前記画像の中心点との距離
α １ ：前記撮像カメラの画角の半分の値
ｄ：前記撮像カメラの中心から前記投光部の中心までの距離
Ｗ：前記画像の中心点と、前記画像の中心点から前記画像における前記スポット光の方向へ伸びる直線と前記画像の端部との交点と、の距離
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