CN102859320A - 信息取得装置以及物体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能提高距离检测的精度并减轻用于距离检测的处理量的信息取得装置以及物体检测装置。信息取得装置投射以规定的点图案而投射的激光，通过CMOS图像传感器来接受反射光。基于基准图案区域来设定包含在设定于受光面的多个片段区域中的搜索用的点图案。在实际测量时，从受光面上的点图案中搜索与包含在各片段区域中的搜索用的点图案一致的区域。此时，在基准图案区域的中央部的上下方向上延伸的区域中，将各片段区域的尺寸设定得较大。由此，能对目标区域的中央的上下方向提高距离检测的精度，而对其它的区域将处理量抑制得较低。

Description

信息取得装置以及物体检测装置

技术领域

本发明涉及根据将光投射到目标区域时的反射光的状态来检测目标区域内的物体的物体检测装置、以及适于在该物体检测装置中使用的信息取得装置。

背景技术

现有技术中，在各个技术领域都开发了使用光的物体检测装置。在使用了所谓的距离图像传感器的物体检测装置中，不仅能检测二维平面上的平面的图像，还能检测检测对象物体的纵深方向的形状和运动。在相关的物体检测装置中，从激光器光源或LED(Light Emitting Diode，发光二极管)向目标区域投射预先决定的波段的光，用CMOS图像传感器等的光检测器来接受(拍摄)该反射光。作为距离图像传感器，已知各种类型。

在将具有规定的点图案的激光照射到目标区域的类型的距离图像传感器中，具有点图案的激光从目标区域反射的反射光被光检测器接受。然后，基于点在光检测器上的受光位置，使用三角测量法来检测出到检测对象物体的各部(检测对象物体上的各点的照射位置)为止的距离(例如非专利文献1)。

先行技术文献

非专利文献

非专利文献1：第19次日本机器人学会学术演讲会(2001年9月18～20日)预稿集，P1279-1280

发明的概要

发明要解决的课题

在上述物体检测装置中，对在离开了规定距离的位置配置基准面时由光检测器所接受的点图案、和实际测量时由光检测器所接受的点图案进行比较，由此来进行距离的检测。例如，在针对基准面的点图案上设定规定的尺寸的多个区域。物体检测装置，基于包含在各区域中的点移动到了实际测量时所接受点图案上的哪个位置，来对每个区域检测出到对象物体为止的距离。

这种情况下，设定在点图案上的区域的尺寸越大，距离检测的精度就越提高。但是，若区域的尺寸大，则会产生用于进行各区域内的点和实际测量时的点图案之间的比较、比对的处理量增加的问题。

发明内容

本发明鉴于这一点而提出，目的在于提供一种能提高距离检测的精度，并减轻用于距离检测的处理量的信息取得装置以及物体检测装置。

本发明的第1方式涉及使用光来取得目标区域的信息的信息取得装置。该形态所涉及的信息取得装置具备：投射光学系统，其以规定的点图案将激光投射到所述目标区域；受光光学系统，其按照相对所述投射光学系统离开规定的距离地排列的方式来配置，并拍摄所述目标区域；和距离取得部，其基于由所述受光光学系统拍摄的所述点图案来取得距存在于目标区域中的物体的各部为止的距离。在此，所述距离取得部在被基准面反射并由所述受光光学系统拍摄的基准点图案中设定片段区域，通过比对距离测量时拍摄目标区域而取得的摄像点图案、和所述各片段区域内的点，来取得针对所述各片段区域的距离。所述片段区域的尺寸，设定为按所述基准点图案的区域不同。

本发明的第2方式涉及物体检测装置。该方式所涉及的物体检测装置具有上述第1方式所涉及的信息取得装置。

发明的效果

根据本发明，提供了能提高距离检测的精度并减轻用于距离检测的处理量的信息取得装置以及物体检测装置。

本发明的特征透过以下所示的实施方式的说明会变得更明确。但是，以下的实施方式终究只是本发明的一个实施方式，本发明乃至各构成要件的用于的意义并不受到以下的实施方式中所记载的构成的限制。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的物体检测装置的概略构成的图。

图2是表示实施方式所涉及的信息取得装置和信息处理装置的构成的图。

图3是表示实施方式所涉及的投射光学系统和受光光学系统的设置状态的立体图。

图4是示意性地表示实施方式所涉及的投射光学系统和受光光学系统的构成的图。

图5是示意性地表示实施方式所涉及的对目标区域的激光的照射状态的图以及示意性地表示CMOS图像传感器中的激光的受光状态的图。

图6是说明实施方式所涉及的基准模板的生成方法的图。

图7是说明对在实施方式所涉及的基准模板的片段区域在实际测量时移位到哪个位置进行检测的手法的图。

图8是验证将全部的片段区域设定为相同尺寸的情况下的距离检测的精度的结果的图。

图9是表示对实施方式所涉及的基准图案区域设定的片段区域的尺寸的示意图以及说明片段区域的设定的图。

图10是表示针对实施方式所涉及的片段区域的点图案的设定处理以及实际测量时的距离检测的处理的流程图。

图11是表示对实施方式所涉及的基准图案区域设定的片段区域的尺寸的变更例的示意图以及示意性地表示距离检测信息的图。

图12是表示实施方式的变更例所涉及的片段区域的再设定的处理的流程图。

图13是表示对实施方式所涉及的基准图案区域设定的片段区域的尺寸的变更例的示意图。

图14是表示对实施方式所涉及的基准图案区域设定的片段区域的尺寸的变更例的示意图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。在本实施方式中，例示了将具有规定的点图案的激光照射到目标区域的类型的信息取得装置。

首先，在图1中示出了本实施方式所涉及的物体检测装置的概略构成。如图所示，物体检测装置具备信息取得装置1、和信息处理装置2。通过来自信号处理装置2的信号来控制电视机3。另外，由信息取得装置1和信息处理装置2构成的装置相当于本发明的物体检测装置。

信息取得装置1通过向目标区域整体投射红外光，并用CMOS图像传感器接受其反射光，由此取得处于目标区域的物体各部的距离(下面称作“三维距离信息”)。将所取得的三维距离信息经由线缆4而送到信息处理装置2。

信息处理装置2例如是电视控制用的控制器或游戏机、个人计算机等。信息处理装置2基于从信息取得装置1接收到的三维距离信息，检测出目标区域中的物体，并基于检测结果来控制电视机3。

例如，信息处理装置2基于接收到的三维距离信息来检测出人，并根据三维距离信息的变化来检测该人的运动。例如，在信息处理装置2是电视控制用的控制器的情况下，在信息处理装置2中安装有如下应用程序：根据接收到的三维距离信息来检测该人的手势，并按照手势来对电视机3输出控制信号。这种情况下，用户能通过一边看着电视机3一边作出规定的手势，来使电视机3执行频道切换、音量的增大/降低等的规定的功能。

另外，例如在信息处理装置2是游戏机的情况下，在信息处理装置2中安装有如下应用程序：根据接收到的三维距离信息来检测该人的运动，并按照检测到的运动来使电视机画面上的角色动作，由此来改变游戏的对战状况。这种情况下，用户能通过一边看着电视机3一边进行规定的运动，来体验将自身作为电视机画面上的角色来进行游戏的对战的临场感。

图2是表示信息取得装置1和信息处理装置2的构成的图。

信息取得装置1具备投射光学系统11和受光光学系统12来作为光学部的构成。此外，信息取得装置1具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)21、激光器驱动电路22、摄像信号处理电路23、输入输出电路24和存储器25，来作为电路部的构成。

投射光学系统11将规定的点图案的激光照射到目标区域。受光光学系统12接受从目标区域反射来的激光。之后，参照图3、4来说明投射光学系统11和受光光学系统12的结构。

CPU21按照容纳在存储器25中的控制程序来控制各部。通过相关的控制程序，对CPU21赋予了用于控制投射光学系统11内的激光器光源111(后述)的激光器控制部21a、和用于生成三维距离信息的三维距离运算部21b的功能。

激光器驱动电路22按照来自CPU21的控制信号来驱动激光器光源111(后述)。摄像信号处理电路23控制受光光学系统12内的CMOS图像传感器123(后述)，从而按每一行来依次取入由CMOS图像传感器123生成的各像素的信号(电荷)。然后，将取入的信号依次输出给CPU21。

CPU21以从摄像信号处理电路23提供来的信号(摄像信号)为基础，通过三维距离运算部21b进行的处理，来算出从信息取得装置1到检测对象物的各部为止的距离。输入输出电路24控制与信息处理装置2的数据通信。

信息处理装置2具备CPU31、输入输出电路32、和存储器33。另外，在信息处理装置2中，除了该图所示的结构以外，还配备有用于进行与电视机3的通信的结构、用于读取容纳在CD-ROM等的外部存储器中的信息并安装到存储器33中的驱动器装置等，但为了方便而省略了这些周边电路的结构的图示。

CPU31按照存放在存储器33中的控制程序(应用程序)来控制各部。通过相关的控制程序，对CPU31赋予了用于检测图像中的物体的物体检测部31a的功能。相关的控制程序例如通过未图示的驱动器装置从CD-ROM中读取并安装到存储器33中。

例如，在控制程序是游戏程序的情况下，物体检测部31a根据从信息取得装置1提供来的三维距离信息来检测图像中的人及其运动。然后，通过控制程序来执行用于按照检测出的运动来使电视机画面上的角色动作的处理。

另外，控制程序是用于控制电视机3的功能的程序的情况下，物体检测部31a根据从信息取得装置1提供来的三维距离信息来检测图像帧的人及其运动(手势)。然后，通过控制程序来执行用于按照检测出的运动(手势)来控制电视机3的功能(频道切换、音量调整等)的处理。

输入输出电路32控制与信息取得装置1的数据通信。

图3是表示投射光学系统11和受光光学系统12的设置状态的立体图。

投射光学系统11和受光光学系统12设置在热传导性高的底板300上。构成投射光学系统11的光学部件设置在底盘11a上，将该底盘11a设置在底板300上。由此，将投射光学系统11设置在了底板300上。

受光光学系统12设置在底板300上的2个基座300a的上面、和2个基座300a之间的底板300的上面。在2个基座300a之间的底板300的上面，设置有后述的CMOS图像传感器123，在基座300a的上面设置有保持板12a，在该保持板12a上设置有保持后述的滤光器121以及摄像透镜122的透镜架12b。

投射光学系统11和受光光学系统12按照投射光学系统11的投射中心和受光光学系统12的摄像中心排在与X轴平行的直线上的方式，在X轴方向上隔开规定的距离来并排设置。在底板300的背面，设置有保持信息取得装置1的电路部(参照图2)的电路基板200(参照图4)。

在底板300的中央下部形成有用于将激光光源111的布线取出到底板300的背部的孔300b。另外，在底板300的受光光学系统12的设置位置的下部，形成有用于使CMOS图像传感器123的连接器12c露出到底板300的背部的开口300c。

图4是示意性地表示本实施方式所涉及的投射光学系统11和受光光学系统12的结构的图。

投射光学系统11具备：激光器光源111、准直透镜112、光路调整反射镜(立ち上げミラ一)113、衍射光学元件(DOE：Diffractive Optical Element)114。另外，受光光学系统12具备：滤光器121、摄像透镜122、和CMOS图像传感器123。

激光器光源111输出波场830nm程度的窄波段的激光。激光器光源111按照激光的光轴与X轴平行的方式而设置。准直透镜112将从激光器光源111出射的激光变化成大致平行光。准直透镜112按照自身的光轴与从激光器光源111出射的激光的光轴一致的方式来设置。光路调整反射镜113反射从准直透镜112侧入射的激光。激光的光轴通过光路调整反射镜113而弯折90度，成为与Z轴平行。

DOE114在入射面具有衍射图案。衍射图案例如由台阶形的全息图构成。通过该衍射图案进行的衍射效应，由光路调整反射镜113反射并入射到DOE114的激光被变换成点图案的激光后照射到目标区域。衍射图案按照在目标区域中形成规定的点图案的方式来设计。

另外，在激光器光源111和准直透镜112之间配备有用于使激光的轮廓成为圆形的光圈(未图示)。另外，该光圈也可以通过激光器光源111的出射开口来构成。

从目标区域反射来的激光透过滤光器121而入射到摄像透镜122。

滤光器121透过包含激光器光源111的出射波场(830nm程度)的波段的光，截止其它的波段的光。摄像透镜122将经由滤光器121而入射的光汇聚到CMOS图像传感器123上。摄像透镜122由多个透镜构成，在规定的透镜与透镜之间插有光圈和隔板。该光圈按照符合摄像透镜122的光圈值的方式，来对来自外部的光施加光圈调整。

COMS图像传感器123，接受汇聚在摄像透镜122的光，按每个像素将与受光光量响应的信号(电荷)输出给摄像信号处理电路2。在此，CMOS图像传感器123能根据各像素中的接受的光来高响应速度地将其像素的信号(电荷)输出给摄像信号处理电路23，从而使信号的输出速度高速化。

滤光器121按照受光面与Z轴垂直的方式来配置。摄像透镜122按照光轴与Z轴平行的方式来设置。CMOS图像传感器123按照受光面与Z轴垂直的方式来设置。另外，按照滤光器121的中心与CMOS图像传感器123的受光区域的中心排在摄像透镜122的光轴上的方式，来配置滤光器121、摄像透镜122以及CMOS图像传感器123。

投射光学系统11和受光光学系统12按照参照图3而进行的说明那样，设置于底板300上。在底板300的下表面设置有电路基板200，布线(柔性基板)201、202从该电路基板200连接到激光器光源111以及CMOS图像传感器123。在电路基板200上安装有图2所示的CPU21、激光器驱动电路22等信息取得装置1的电路部。

图5(a)是示意性地表示照射到目标区域的激光的照射状态的图，图5(b)是示意性地表示CMOS图像传感器123中的激光的受光状态的图。在图5(b)中，为了方便，示出在目标区域存在平坦的面(屏幕)时的受光状态。

如图5(a)所示，从投射光学系统11向目标区域照射具有点图案的激光(下面，将该具有点图案的激光整体称作“DP光”。在图5(a)中，DP光的投射区域由实线的框示出。在DP光的光束中，通过衍射光学元件的衍射作用而提高了激光的强度的点区域(下面仅称作“点”)，与基于衍射光学元件的衍射效应的点图案相应地散布。若在目标区域存在平坦的面(屏幕)，则由该面反射会的DP光如图5(b)所示，分布在CMOS图像传感器123上。

在此，参照图6(a)、(b)来说明在距离检测中使用的基准图案。

参照图6(a)，在基准图案的生成时，在距投射光学系统11规定距离Ls的位置上配置有与Z轴方向垂直的平坦的反射平面RS。激光光源111的温度维持在规定的温度(基准温度)。该状态下，DP光从投射光学系统11出射规定时间Te。出射的DP光被反射平面RS反射，入射到受光光学系统12的CMOS图像传感器123。由此，从CMOS图像传感器123输出每个像素的电信号。输出的每个像素的电信号的值(像素值)在图2的存储器25上被展开。

基于如此展开在存储器25上的像素值，如图6(b)所示，设定用于规定CMOS图像传感器123上的DP光的照射区域的基准图案区域。

接下来，参照图6(b)、(c)来说明设定于基准图案区域的片段区域(比较例)。

在比较例中，对如上述那样设定的基准图案区域设定多个片段区域。各片段区域与其它的全部的片段区域都是相同尺寸，上下左右相邻的2个片段区域如图6(c)所示那样，按照相互错开1个像素的方式来重合的方式设定。此时，由于各片段区域中以固有的图案散布着点，因此片段区域的像素值的图案按每个片段区域而不同。如此，对各片段区域分配包含于该片段区域中的各像素的像素值。

如此，CMOS图像传感器123中的与基准图案区域的位置相关的信息、包含在基准图案区域的全部像素的像素值(基准图案)、与片段区域的尺寸(纵横的宽度)相关的信息、与各片段区域的基准图案区域上的位置相关的信息成为基准模板。另外，包含在基准图案区域中的全部像素的像素值(基准图案)，成为与包含在基准图案区域中的DP光的点图案相应的图案。在包含在基准区域中的全部像素的像素值(基准图案)的映射区域中，通过设定由与片段区域的尺寸相关的信息、和与各片段区域的基准图案上的位置相关的信息规定的片段区域，取得包含在各片段区域中的像素的像素值。

另外，这种情况下的基准模板也可以预先在每个片段区域中保持有包含在各片段区域中的像素的像素值。

所构成的基准模板，被以不能删除的状态保存在图2的存储器25中。如此保存在存储器25中的基准模板，在算出从投射光学系统11到检测对象物体的各部的为止的距离时被CPU21所参照。

例如，如图6(a)所示，在比距离Ls近的位置存在物体的情况下，与基准图案上的规定的片段区域Sn对应的DP光(DPn)被物体反射，入射到与片段区域Sn不同的区域Sn′。由于投射光学系统11和受光光学系统12在X轴方向上相邻，因此区域Sn′相对于片段区域Sn的移位方向与X轴平行。在图6(a)的情况下，由于物体处于比距离Ls近的位置，因此区域Sn′相对于片段区域Sn而在X轴正方向上移位。若物体处于比距离Ls远的位置，则区域Sn′相对于片段区域Sn在X轴负方向上移位。

以区域Sn′相对于片段区域Sn的移位方向和移位量为基础，使用距离Ls，基于三角测量法来算出从投射光学系统11到被照射了DP光(DPn)的物体的部分为止的距离。对与其它的片段区域对应的物体的部分也是同样地算出距投射光学系统11的距离。关于相关的算出手法，例如，在上述非专利文献1(第19次日本机器人学会学术演讲会(2001年9月18～20日)预稿集，P1279-1280)中示出。

在相关的距离算出中，需要检测出基准模板的片段区域Sn在实际测量中移位到了哪个位置。该检测通过比对实际测量时照射到CMOS图像传感器123上的DP光的点图案、和包含在片段区域Sn中的点图案来进行。

图7是使用图6(b)、(c)所示的片段区域(比较例)来说明相关的检测的手法的图。图7(a)是表示CMOS图像传感器123上的基准图案区域和片段区域的设定状态的图，图7(b)是表示实际测量时的片段区域的搜索方法的图，图7(c)是表示实际测量的DP光的点图案、与包含在基准模板的片段区域中的点图案之间的比对方法的图。

例如，在对图7(a)的片段区域S1的实际测量时的移位位置进行搜索的情况下，如图7(b)所示，片段区域S1片段区域S1在范围P1～P2中，在X轴方向上1个像素1个像素地挪动，在各挪动位置上，求取片段区域S1的点图案、和实际测量的DP光的点图案的匹配程度。这种情况下，片段区域S1在X轴方向上，仅在通过基准图案区域的最上段的片段区域群的线L1上挪动。这是因为，如上所述，通常，各片段区域在实际测量时，仅进行从由基准模板设定的位置起在X轴方向上的移位。即，这是因为认为片段区域S1处于最上段的线L1上。如此，通过仅进行X轴方向上的所搜，能减轻用于搜索的处理负担。

另外，在实际测量时，根据检测对象物体的位置不同，有可能会发生片段区域在X轴方向上超出了基准图案区域的情况。因此，将范围P1～P2设定得比基准图案区域的X轴方向的宽度要宽。

在上述匹配程度的检测时，在线L1上设定与片段区域S1相同尺寸的区域(比较区域)，来求取该比较区域与片段区域S1之间的相似度。即，求取片段区域S1的各像素的像素值、与比较区域的对应的像素的像素值之间的差分。然后，将求得的差分加到比较区域的全部的像素上而得到的值Rsad，被作为表示相似度的值而取得。

例如，如图7(c)所示，在1个片段区域中，包含m列×n行的像素的情况下，求取片段区域的第i列、第j行的像素的像素值T(i，j)和比较区域的第i列、第j行的像素的像素值I(i，j)的差分。然后，对片段区域的全部的像素求取差分，根据该差分的总和来求取值Rsad的值。即，值Rsad通过下面的式子而算出。

[数1]

$\mathrm{Rsad}=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}|I(i,j)-T(i,j)|$

值Rsad越小，片段区域和比较区域之间的相似度就越高。

在进行搜索时，按1个像素单位错位地依次在线L1上设定比较区域。然后，对线L1上的全部的比较区域来求取值Rsad。从求取的值Tsad中提取小于阈值的值。若没有小于阈值的值Rsad，则将片段区域S1的搜索设为为错误。然后，将与提取出的Rsad中值最小的那个对应的比较区域，判定为片段区域S1的移动区域。对线L1上的片段区域S1以外的片段区域，也进行与上述同样的搜索。另外，对于其他的线上的片段区域，也与上述相同，在其线上设定比较区域，来进行搜索。

如此，从实际测量时取得的DP光的点图案中搜索各片段区域的移位位置后，如上所述，基于该移位位置，通过三角测量法来求取到与各片段区域对应的检测对象物体的部位为止的距离。

在此，本申请的发明者在如上所述地将全部片段区域都设定为相同尺寸的情况下，使设定的片段区域的尺寸变化来对距离检测的精度进行验证。

图8是表示在本验证中所使用的定位在目标区域的假人的手的图。在图8(a)中，为了方便，用白色虚线来表示台和棒的区域。图8(b)～(d)是表示使片段区域的尺寸分别变化为15×15像素、11×11像素、7×7像素时的距离的测量结果。在图8(b)～(d)中，所测量的距离越远则越接近于白色，距离的测量成为错误的片段区域的位置、即片段区域的搜索成为错误的位置，成为黑色。

如图8(b)～(d)所示那样，随着片段区域的尺寸变小，距离的测量成为错误的片段区域的位置不断增加。在图8(b)～(d)中，不能正确地检测出距离的区域占整体的比例(错误率)分别成为8％、12％、24。即，若将片段区域的尺寸设定为15×15像素或11×11像素，则能将错误率抑制得较低，也能大致正确地检测出假人的手指的形状。另一方面，若将片段区域的尺寸设定为7×7像素，则错误率上升，难以正确地检测出假人的手指的形状。

如此，若片段区域的尺寸较大，则目标区域中的对象物体的距离检测的精度会发生变化。例如，若片段区域的面积成为2倍，则包含在片段区域中的点的数量也成为大致2倍。由此，提高了包含在片段区域中的点图案的唯一性，能易于正确地搜索片段区域的移位位置。由此，在希望提高距离检测的精度的情况下，期望将片段区域的尺寸设定得较大。

但是，若片段区域的尺寸变大，则在各片段区域的移位位置的搜索时，值Rsad的计算量会增加，增大了CPU21的处理量。例如，若片段区域的面积成为2倍，则值Rsad的计算量会成为2倍。

因此，在本实施方式中，将规定位置中的片段区域的尺寸设定得较大，以使得在提高距离检测的精度的同时减轻计算量。

图9(a)是表示在本实施方式中对基准图案区域设定的片段区域的尺寸的示意图。

如图所示，在基准图案区域的中央部的在上下方向上延伸的区域中，将片段区域的尺寸设定得较大，在基准图案区域的其它的区域中，将片段区域的尺寸设定得较小。如此，对目标区域的中央的上下方向提高了距离检测的精度，而对其它区域则将处理量抑制到较少。

如此，在设定了片段区域的尺寸后，作为使用物体检测装置的场景，例如在多是检测站立在目标区域的中央的人的情况下，能正确地检测出站立在目标区域的中央的人。另外，在目标区域的左右端部，虽然稍稍降低了检测精度，但由于将片段区域的尺寸设定得较小，因此能将CPU21的处理量抑制得较少。

因此，按照希望提高距离检测的精度的区域来设定将片段区域的尺寸设定得较大的区域，或者，按照不要求距离检测的精度的区域来设定将片段区域的尺寸设定得较小的区域，能显著地发挥本发明的效果。另外，作为片段区域的尺寸，只要设定为能发挥这些效果即可。例如，在图9(a)中，中央的在上下方向上延伸的区域的片段区域的尺寸被设定为15×15像素，其它的区域的片段区域的尺寸被设定为7×7像素。

另外，在希望提高距离检测的精度的区域是目标区域的中央部的情况下，例如，如图9(b)所示，在基准图案的中央的圆形区域中，将片段区域的尺寸设定得较大。这种情况下，如图所示，也可以按照距基准图案区域的中央部的距离，来阶段性地变更片段区域的尺寸。

另外，在本实施方式中，基准图案区域上的各片段区域的位置根据各片段区域的中心的位置来规定。各片段区域的中心与包含在基准图案区域中的某一个像素的位置一致。在上下或左右相邻的片段区域中，其中心位置在上下或左右相互错开1个像素。

在片段区域的尺寸不同的区域的边界上，例如，如图9(c)所示，相邻的片段区域的中心位置(图中用叉表示)若超过了该边界，则改变片段区域的尺寸。在图9(c)中，边界在上下方向上延伸。如图所示，例如在具有3×3像素的尺寸的片段区域Sa、与具有5×5像素的尺寸的片段区域Sb相邻的情况下，若片段区域的中心在左右方向上超出了边界，则片段区域的尺寸从3×3改变为5×5。如图9(d)所示，在边界为左右延伸的情况下，若片段区域的中心在上下方向上超出了边界，则改变片段区域的尺寸。在图9(d)的例子中，片段区域Sm的尺寸为3×3像素，片段区域Sn的尺寸为5×5像素。

另外，在图9(b)的例子中，片段区域的尺寸不同的区域的边界，在像素级别中不是圆弧，而是将上下方向和左右方向的线段连起来的阶梯状。这种情况下也与图9(c)、(d)的情况相同，若片段区域的中心在上下方向或左右方向超出边界，则改变片段区域的尺寸。

在本实施方式中，规定片段区域的位置(片段区域的中心的位置)和尺寸的信息按每个片段区域来设定，保存在基准模板中。其中规定尺寸的信息如上所述，按照在夹着边界而相邻的片段区域中，片段区域的尺寸发生改变的方式来规定。

图10(a)是表示片段区域所对应的点图案的设定处理的流程图。相关的处理在信息取得装置1的起点时或者距离检测开始时进行。另外，对基准图案区域分配N个片段区域，对这些片段区域赋予1～N的连续编号。如此，在各片段区域中，规定了基准图案区域上的位置(片段区域的中心的位置)和尺寸。

信息取得装置1的CPU21，首先从保存在存储器25中的基准模板中读出与CMOS图像传感器123上的基准模板的位置相关的信息、和包含在基准图案区域中的全部像素的像素值(S11)。接下来，CPU21将变量k设为1(S12)。

接下来，CPU21从保存在存储器25中的基准模板中取得与第k个片段区域Sk的尺寸(纵横的宽度)相关的信息、和与片段区域Sk的位置相关的信息(S13)。接下来，CPU21根据包含在基准图案区域中的全部像素的像素值、和在S13取得的片段区域Sk的信息，来设定在搜索中使用的点图案Dk(S14)。具体地，CPU21在基准图案区域中设定片段区域Sk，取得基准图案的全部像素的像素值中、包含在片段区域Sk中的点图案的像素值，并将其设为搜索用的点图案Dk。

接下来，CPU21判定k的值是否等于N(S15)。若对全部的片段区域设定了搜索中使用的点图案而k的值成为N(S15：是)，则处理结束。另一方面，若k的值未到达N(S15：否)，则CPU21使k的值增1(S16)，并使处理返回S13。如此，依次设定搜索中使用的N个点图案。

图10(b)是表示实际测量时的距离检测的处理的流程图。该处理使用通过图10(a)的处理而设定的搜索用的点图案来进行，与图10(a)的处理并行地进行。

信息取得装置1的CPU21，首先对变量c设定1(S21)。接下来，CPU21从实际测量时接受到的CMOS图像传感器123上的点图案中，搜索与图10(a)的S14中所设定的第c个搜索用的点图案Dc一致的区域(S22)。该搜索对与片段区域Sc对应的位置、并对在左右方向上具有规定的宽度的区域来进行。若存在与搜索用的点图案Dc一致的区域，则CPU21对一致的区域从片段区域Sc的位置起往左右哪个方向移动了多少距离进行检测，使用检测出的移动方向和移动距离，基于三角测量法来算出位于片段区域Sc的物体的距离(S23)。

接下来，CPU21判定c的值是否等于N(S24)。在对全部的片段区域进行了距离的算出而c的值成为N(S24：是)，则处理结束。另一方面，若c的值未到达N(S24：否)，则CPU21使c的值增1(S25)，并使处理返回S22。如此，求取了距与片段区域对应的检测对象物体的距离。

以上，根据本实施方式，如图9(a)、(b)所示那样，在希望提高距离检测的精度的区域中，将片段区域的尺寸设定得较大，在其它的区域中，将片段区域的尺寸设定得较小。由此，能提高对象物体的距离检测的精度，并将CPU21的处理量抑制得较少。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并受到上述实施方式的任何限定，另外，本发明的实施方式还能进行上述其它的各种变更。

例如，在上述实施方式中，作为光检测器，使用了CMOS图像传感器123，但也可以使用CCD图像传感器来代替它。

另外，在上述实施方式中，将激光器光源111和准直透镜112排在X轴方向上，用光路调整反射镜113使激光的光轴弯折到Z轴方向，但也可以使得激光向Z轴方向出射的方式来配置激光光源111，将激光光源111、准直透镜112、和DOE114排在Z轴方向上配置。这种情况下，虽然能省略光路调整反射镜113，但使得投射光学系统11的尺寸在Z轴方向上变大。

另外，在上述实施方式中，如图9(a)、(b)所示，预先对基准图案区域设定片段区域的尺寸，但并不限于此，也可以基于目标区域中的对象物体的检测距离来适当地设定片段区域的尺寸。

图11(a)是表示对检测距离的变化较大的区域较大地设定片段区域的尺寸的情况下的、片段区域的尺寸的示意图。如图所示，在基准图案区域的左侧附近，在距离检测的结果判断为对象物体的移动量较大(检测距离的变化较大)的情况下，较大地设定该区域的片段区域的尺寸。

另外，在基准模板中，作为片段区域的尺寸(纵横的宽度)，保存较大的尺寸和较小的尺寸这2种尺寸。在测定开始时，将全部的片段区域设定为较小的尺寸。之后，若检测出对象物体的移动量较大的部分，则将与该部分对应的片段区域的尺寸变更为较大的尺寸。若该部分的移动量变小，则将与该部分对应的片段区域的尺寸恢复到较小的尺寸。

图11(b)是示意性地表示在判定对象物体的移动量时所使用的检测距离信息的图。检测距离信息存储在存储器25中。

在存储器25中，作为检测距离信息，以每1/60秒由CMOS图像传感器123所拍摄的图像(帧)为单位，存储60次通过图10(b)的处理所取得的距离。即，针对片段区域Sc，在1秒钟的期间内存储距离Fc(1)～Fc(60)。另外，在检测距离信息中包含前次的帧60的距离Fc(0)。另外，在装置的刚启动之后，将前次的帧60的距离的值例如设定为0。

取得帧1～60的距离后，基于前次的帧60的距离、和帧1～60的距离，来取得变化量的平均值。即，对于片段区域Sc，首先通过{Fc(1)-Fc(0)}+{Fc(2)-Fc(1)}+{Fc(3)-Fc(2)}+…+{Fc(60)-Fc(59)}来求取变化量的和。通过将该变化量的和除以60来取得变化量的平均值Vc。如此取得的各片段区域的变化量的平均值中、成为规定值以上的片段区域，被判定为检测距离中变化较大的区域。

图12是表示这种情况下的片段区域的再设定的处理的流程图。在此，与图11(b)的情况相同，每1/60秒来进行距离的测定。

信息取得装置1的CPU21首先对变量f设定1(S31)。接下来，CPU21按照图10(b)所示的处理，来算出距与各片段区域对应的对象物体为止的距离(S32)。CPU21将在S32中得到的距与各片段区域对应的区域的对象物体为止的距离，与f的值对应起来存储到存储器内的检测距离信息中(S33)。例如，在f的值为1时，在图11(b)中所示的检测距离信息中存储F1(1)～FN(1)。对无法得到距离(成为错误)的片段区域，存储前1次(f的值小1)对该片段区域所存储的距离。

接下来，CPU21判定f的值是否等于60(S34)。若f的值未到达60(S34：否)，则CPU21使f的值增1(S35)，并使处理返回S32。另一方面，反复进行距离的算出，在f的值成为60后(S34：是)，使处理前进到S36。

若在S34判定为“是”，则CPU21如参照图11(b)所说明那样，算出各片段区域的变化量的平均值V1～VN(S36)。接下来，CPU21将变化量的平均值V1～VN中、成为规定值以上的片段区域的存储设定得较大，将不足规定值的片段区域的尺寸设定得较小(S37)。该设定通过应用保存在基准模板中的片段区域的2个尺寸(纵横的宽度)的任一者来进行。例如，将变化量的平均值成为规定值以上的片段区域的尺寸设定为15×15像素，将变化量的平均值不足规定值的片段区域的尺寸设定为7×7像素。

如此，通过反复进行片段区域的再设定的处理(S31～S37)，能提高针对移动量大的对象物体的距离检测的精度，且将CPU21的处理量抑制得较少。

另外，在图12的处理中，2阶段地切换片段区域的尺寸，但也可以按照变化量的平均值的大小在3个阶段以上切换片段区域的尺寸。另外，除了变化量的平均值以外，也可以使用规定期间的变化量的合计值、表示变化量的其它的值。

另外，如图11(c)所示，在根据距离检测的结果而判定为目标区域有人的情况下，将与该区域对应的片段区域的尺寸设定得较大，将与其它的区域对应的片段区域的尺寸设定得较小。

另外，在上述实施方式以及变更例中，将片段区域的尺寸设定为阶段性地变化，但并不限于此，也可以设定为线性地变化。

例如，也可以代替图9(a)而如图13(a)所示那样，在基准图案区域的左右方向的中央部将片段区域的尺寸设定为最大，随着朝向基准图案区域的左右的端部，而将片段区域的尺寸设定得较小。另外，也可以代替图9(b)而如图13(b)所示那样，在基准图案区域的中心将片段区域的尺寸设定为最大，随着同心圆状地远离中心，将片段区域的尺寸设定得较小。

另外，也可以代替图11(a)而如图13(c)所示那样，结合变化量的平均值的大小，线性地来设定片段区域的尺寸。另外，也可以代替图11(c)而如图13(d)所示那样，在判定为在目标区域有人的情况下，在该区域的附近区域，随着从中心朝向端部将片段区域的尺寸设定得较小。

另外，在上述实施方式中，在希望对目标区域的左右方向的中央部提高距离检测的精度的情况下，如图9(a)所示，在基准图案区域的中央部的上下方向延伸的区域中，将片段区域的尺寸设定得较大。但是，并不限于此，在希望对目标区域的在上下方向的中央部或对角方向上延伸的区域提高距离检测的精度的情况下，可如图14(a)或(b)所示，在基准图案区域的上下方向的中央部或在对角方向上延伸的区域中，将片段区域的尺寸设定得较大。

另外，在希望对目标区域的中央部提高距离检测的精度的情况下，在图9(b)的示例中，在基准图案区域的中央的圆形区域，将片段区域的尺寸设定得较大。但是，并不限于此，在定位于目标区域的中央部的对象物体较多具有规定的形状的情况下，也可以按照相关对象物体的形状来设定片段区域的尺寸较大的区域。例如，在对象物体的形状为上下方向长的椭圆形的情况下，也可以如图14(c)所示，按照在椭圆形随着从中心远离阶段性地变小的方式来设定片段区域的尺寸。另外，在对象物体的形状是在上下方向上延伸的方形的情况下，也可以如图14(d)所示，按照在上下方向上延伸的方形中随着远离中心阶段性地变小的方式来设定片段区域的尺寸。

另外，在上述实施方式中，如图6(c)所示，各片段区域按照以相互错开1个像素的状态重合的方式来设定，但并不限于此，例如，也可以以错开多个像素的状态来设定。另外，各片段区域也可以按照仅在左右方向和上下方向中的一方的方向重合的方式来进行设定，也可以按照相邻的片段区域完全不重合的方式来设定。

此外，本发明的实施方式能在权利要求的范围所示的技术思想范围内适宜地进行各种变更。

符号的说明

1  信息取得装置

11  投射光学系统

12  受光光学系统

21  CPU

21b  三维距离运算部(距离取得部)

23  摄像信号处理电路(距离取得部)

111  激光器光源

112  准直透镜

114  DOE(衍射光学元件)

121  滤光器

122  摄像透镜(聚光透镜)

123  CMOS图像传感器(摄像元件)

Claims (6)

1.一种信息取得装置，其使用光来取得目标区域的信息，其特征在于，具备：

投射光学系统，其以规定的点图案将激光投射到所述目标区域；

受光光学系统，其按照相对所述投射光学系统离开规定的距离地排列的方式来配置，并拍摄所述目标区域；和

距离取得部，其基于由所述受光光学系统拍摄的所述点图案来取得距存在于目标区域中的物体的各部为止的距离；

所述距离取得部，在被基准面反射并由所述受光光学系统拍摄的基准点图案中设定片段区域，通过对距离测量时拍摄目标区域而取得的摄像点图案、和所述各片段区域内的点进行比对，来取得针对所述各片段区域的距离，

所述片段区域的尺寸，设定为按所述基准点图案的区域而不同。

2.根据权利要求1所述的信息取得装置，其特征在于，

所述片段区域的尺寸在所述基准点图案的中央部的在上下方向上延伸的区域中，设定得比所述基准点图案的其它的区域大。

3.根据权利要求1所述的信息取得装置，其特征在于，

所述片段区域的尺寸，设定为所述基准点图案的中心部比周边部大。

4.根据权利要求1所述的信息取得装置，其特征在于，

所述距离取得部在实际测量时，针对各测量位置取得距离的变化程度，并将与所述距离的变化程度为阈值以上的测量位置对应的所述片段区域的尺寸，设定得比与所述距离的变化程度不足所述阈值的测定位置对应的所述片段区域的尺寸更大。

5.根据权利要求1～4中任一项所述信息取得装置，其特征在于，

所述投射光学系统具备：

激光器光源；

准直透镜，其入射从所述激光器光源出射的激光；和

衍射光学元件，其通过衍射将透过所述准直透镜的所述激光变换成点图案的光，

所述受光光学系统具备：

摄像元件；

聚光透镜，其将来自目标区域的所述激光汇聚在所述摄像元件；和

滤光器，其用于提取所述激光的波段的光并引导到所述摄像元件。

6.一种物体检测装置，其特征在于，具有权利要求1～5中任一项所述的信息取得装置。

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