DE112015006609T5

DE112015006609T5 - Bilderzeugungsgerät, Bilderzeugungsverfahren und Musterlichterzeugungsgerät

Info

Publication number: DE112015006609T5
Application number: DE112015006609.8T
Authority: DE
Inventors: Takeo Fujita; Koichi Yamashita; Narihiro Matoba
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2035-11-17
Also published as: JP6355844B2; CN108271407B; JPWO2016199323A1; US20180106606A1; CN108271407A; US10533846B2; WO2016199323A1; DE112015006609B4

Abstract

Ein Bilderzeugungsgerät schließt eine Abbildungseinheit 11, eine Projektionseinheit 22 und einer Informationserzeugungseinheit 18 ein, und ein Projektionsmuster schließt Einheitsmuster ein, die in einer Vielzahl von Reihen in einer ersten Richtung und in einer Vielzahl von Spalten in einer zweiten Richtung angeordnet sind. Eine Vielzahl von Lichtpunkten schließt erste Punkte und zweite Punkte ein, welche Lichtpunkte sind, die voneinander unterschiedliche Zustände aufweisen; die Einheitsmuster, die in der ersten Richtung angeordnet sind, weisen miteinander identische Lichtpunktanordnungen auf; die Einheitsmuster, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, weisen voneinander unterschiedliche Lichtpunktanordnungen auf; die Anzahl von ersten Punkten unter einer Vielzahl von Lichtpunkten, die in der ersten Richtung in jedem von den Einheitsmustern angeordnet sind, ist die gleiche feste Anzahl in jeder Reihe in der zweiten Richtung; und an einer anderen Stelle als dem Einheitsmuster weicht die Anzahl von ersten Punkten, die in einer Reihe von der gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der zweiten Richtung eingeschlossen sind, in einer bestimmten Reihe in der zweiten Richtung von der festen Anzahl ab.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bilderzeugungsgerät, ein Bilderzeugungsverfahren und ein Musterlichterzeugungsgerät, die Abstandsinformation erlangen, welche einen Abstand zu einem Objekt angibt (einem abzubildenden Objekt), das in einem Raum existiert (einem Abbildungsraum), der von einer Abbildungseinheit erfasst wird, in Verbindung mit einem erfassten Bild (einem Abbildungssignal), das von der Abbildungseinheit erzeugt wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Üblicherweise ist ein Fahrzeugumgebungsüberwachungsgerät bekannt, das einschließt: ein Abbildungsgerät, das ein Bild eines Überwachungsbereichs erfasst; einen Lichtprojektor, der Musterlicht (ein breites Punktmuster) in dem Überwachungsbereich abstrahlt; eine Datenverarbeitungseinheit, welche die Existenz eines Hindernisses oder dergleichen durch Verarbeiten von Bilddaten reflektierten Lichts des Musterlichts erkennt, das von einem Abbildungsgerät erzeugt wird; und ein Schaltmittel, welches das Hindernis oder dergleichen anzeigt, das von einer Datenverarbeitungseinheit auf einem Anzeigegerät erkannt wird, anstatt einen Zustand des Überwachungsbereichs, wenn eine Beleuchtungsintensität um ein Fahrzeug herum gleich oder kleiner als ein vorherbestimmter Wert ist (siehe zum Beispiel Patentreferenz 1).
Darüber hinaus wird ein Verfahren vorgeschlagen, das eine optische Abstandsmessung vorschlägt. Zum Beispiel schließt dieses Verfahren ein: einen Schritt des Projizierens eines primären Speckle-Musters von einer Beleuchtungsgruppe in einen Zielbereich hinein; einen Schritt des Erfassens einer Vielzahl von Referenzbildern des primären Grauton-Musters; einen Schritt des Erfassens eines Testbilds des primären Speckle-Musters, das auf eine Oberfläche eines Objekts in dem Zielbereich projiziert wird; einen Schritt des Vergleichens des Testbilds mit den Referenzbildern, um das Referenzbild zu identifizieren, welches das primäre Speckle-Muster einschließt, das am engsten mit dem primären Speckle-Muster in dem Testbild übereinstimmt; und einen Schritt des Schätzens der Position von dem Objekt auf der Basis des Abstands des identifizierten Referenzbilds von der Beleuchtungsgruppe (siehe zum Beispiel Patentreferenz 2).
Bei dem vorstehenden, üblichen Gerät und Verfahren ist es jedoch notwendig, eine Berechnung zur Ermittlung eines Korrelationswerts durch Musterabgleich zwischen einem erfassten Bild und einer Vielzahl von Referenzbildern durchzuführen, und es besteht ein Problem darin, dass der Berechnungsaufwand dieser Berechnung groß ist.
Daher wird ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem ein Viereckmuster mit vier verbundenen Lichtpunkten, das heißt ein Lichtfleck erscheint periodisch im projizierten Musterlicht, und der Lichtfleck wird von anderen Lichtflecken durch eine Kombination von Beleuchtung und Nicht-Beleuchtung von Lichtpunkten um den Lichtfleck herum unterschieden (siehe zum Beispiel Patentreferenz 3).
STAND DER TECHNIK
PATENTREFERENZ

PATENTREFERENZ 1: Veröffentlichte Japanische Patentanmeldung Nr. 6-87377 (zum Beispiel Ansprüche 1 und 2)
PATENTREFERENZ 2: Veröffentlichte Japanische Patentanmeldung Nr. 2009-528514 (zum Beispiel Anspruch 1, Absätze 0001, 0006 und 0007)
PATENTREFERENZ 3: Internationale Veröffentlichung WO 2014/080937
PATENTREFERENZ 4: Veröffentlichte Japanische Patentanmeldung Nr. 2007-17643 (Absätze 0003 und 0004)

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Ein Lichtprojektor, der Musterlicht durch eine Kombination eines Beugungsgitters und Laserlicht projiziert, ändert jedoch nicht die Größe eines projizierten Lichtpunkts gemäß dem Abstand zu einem Objekt, sondern vergrößert den Abstand zwischen Lichtpunkten im Verhältnis zu dem Abstand zu dem Objekt. Daher wird, wenn der Abstand zu dem Objekt groß ist, der Lichtpunkt auf einem erfassten Bild kleiner, und es ist möglich, dass die Figur des Lichtpunkts zwischen einem Pixel und einem Pixel eines Bildsensors gebildet wird und von dem erfassten Bild verloren geht.
Darüber hinaus wird ein Lichtpunkt fehlerhaft als an eine Position projiziert erkannt, an welcher der Lichtpunkt tatsächlich nicht projiziert wird, aufgrund von Rauschen, das in einigen Fällen in dem Bildsensor auftritt.
Wenn der Verlust oder die fehlerhafte Erkennung des Lichtpunkts wie vorstehend auftritt, ist zu befürchten, dass ein Lichtfleck, welcher ein Viereckmuster mit vier verbundenen Lichtpunkten ist, nicht als ein Lichtfleck erkannt werden kann oder fehlerhaft als ein anderer Lichtfleck erkannt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehende Problem der herkömmlichen Technologie zu lösen, und ihr Zweck ist es, ein Bilderzeugungsgerät, ein Bilderzeugungsverfahren und ein Musterlichterzeugungsgerät bereitzustellen, die einen Lichtpunkt von umgebenden Lichtpunkten wiederherstellen können, selbst wenn der Verlust oder die fehlerhafte Erkennung des Lichtpunkts auftritt, und Information über einen Abstand zu einem Objekt in Verbindung mit einem Abbildungssignal erlangen können, das von einer Abbildungseinheit erzeugt wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Ein Bilderzeugungsgerät der vorliegenden Erfindung schließt eine Abbildungseinheit ein, die zum Erzeugen eines Abbildungssignals durch Erfassen eines Bilds aus einem Abbildungsraum ausgelegt ist; eine Projektionseinheit, die zum Bilden eines Projektionsmusters als ein Projektionsbild auf ein Objekt ausgelegt ist, das in dem Abbildungsraum existiert, durch Projizieren von Musterlicht in Richtung des Abbildungsraums; eine Trennungseinheit, die zum Erzeugen eines Bildsignals von einer Hintergrundkomponente ausgelegt ist, die keine Komponente des projizierten Musters einschließt, und einem Bildsignal einer Projektionsbildkomponente aus dem Abbildungssignal, das erzeugt wird, wenn das Musterlicht nicht projiziert wird, und dem Abbildungssignal, das erzeugt wird, wenn das Musterlicht projiziert wird; und eine Abstandsinformationserzeugungseinheit, die zum Vorabspeichern eines Verhältnisses zwischen einer Position von jedem der Lichtpunkte in dem Projektionsmuster und einem Projektionswinkel ausgelegt ist, und Abstandsinformation erzeugt, die einen Abstand zu dem Objekt angibt, auf welches die Lichtpunkte projiziert werden, durch Identifizieren eines Projektionswinkels von jedem der Lichtpunkte in dem Projektionsmuster, das von der Abbildungseinheit erfasst wird, auf einer Basis des Verhältnisses zwischen der Position von jedem der Lichtpunkte in dem Projektionsmuster und dem Projektionswinkel und dem Bildsignal der Projektionsbildkomponente, und Berechnen des Abstands auf einer Basis der identifizierten Projektionswinkel. Die Projektionsmuster schließen eine Vielzahl von Einheitsmustern ein, die in einer Vielzahl von Reihen in einer ersten Richtung und einer Vielzahl von Spalten in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung angeordnet sind, die Vielzahl von Lichtpunkten schließt erste Punkte und zweite Punkte ein, und die ersten Punkte und die zweiten Punkte sind Lichtpunkte, die voneinander unterschiedliche Zustände aufweisen, die Vielzahl von Einheitsmustern, die in der ersten Richtung angeordnet sind, weisen Lichtpunktanordnungen auf, die miteinander identisch sind, die Vielzahl von Einheitsmustern, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, weisen Lichtpunktanordnungen auf, die voneinander unterschiedlich sind, in jedem der Vielzahl von Einheitsmustern ist eine Anzahl der ersten Punkte unter einer Vielzahl von Lichtpunkten, die in der ersten Richtung angeordnet sind, eine feste Anzahl, welche die gleiche Anzahl in jeder Reihe in der zweiten Richtung ist, und an einer anderen Stelle als dem Einheitsmuster unterscheidet sich eine Anzahl der ersten Punkte, die in einer Reihe mit einer gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der zweiten Richtung eingeschlossen sind, von der festen Anzahl in einer bestimmten Reihe in der zweiten Richtung.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl von ersten Punkten (zum Beispiel beleuchtete Punkte), die innerhalb der Breite eines Einheitsmusters in einer ersten Richtung (vertikaler Richtung) eingeschlossen sind, auf eine feste Anzahl eingestellt (erste feste Anzahl), und daher ist es möglich, selbst wenn ein beleuchteter Punkt verloren geht oder selbst wenn ein Rauschen fehlerhaft als ein beleuchteter Punkt erkannt wird, die Gültigkeit von Musterinformation von einer Anordnung von Lichtpunkten in der vertikalen Richtung zu bestimmen und den Fehler des Lichtpunkts zu ändern. Deshalb ist es möglich, die genaue Information über den Abstand zu dem Objekt zu erlangen, selbst wenn das Objekt weit weg ist.
Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung der gezählte Wert der Anzahl erster Punkte (zum Beispiel beleuchteter Punkte), die innerhalb der Breite des Einheitsmusters in einer zweiten Richtung (horizontaler Richtung) eingeschlossen sind, allein zwischen den Grenzen von Einheitsmustern gezählt, zu einer festen Anzahl (zweite feste Anzahl) an allen Linien (Reihen), und daher ist es möglich, die Grenzen in der horizontalen Richtung der Einheitsmuster von der Anordnung der Lichtpunkte zu schätzen und die Einheitsmuster zu identifizieren, ohne einen eindeutigen Mustergrenzen-Identifikationscode bereitzustellen. Deshalb ist es möglich, die Einheitsmuster genau zu identifizieren und die genaue Information über den Abstand zu dem Objekt zu erlangen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUGNEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Bilderzeugungsgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
2 ist ein Diagramm, das eine Projektionseinheit und eine Abbildungseinheit des Bilderzeugungsgeräts gemäß der ersten Ausführungsform und einen Abbildungsraum schematisch darstellt, der von der Abbildungseinheit erfasst wird.
3 ist ein Diagramm, das ein Positionsverhältnis zwischen der Projektionseinheit und der Abbildungseinheit des Bilderzeugungsgeräts gemäß der ersten Ausführungsform und einen Lichtpunkt zum Zusammenstellen eines Projektionsmusters darstellt, das durch Projektion von Musterlicht erzeugt wird.
4 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Projektionseinheit von 1 schematisch darstellt.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Trennungseinheit von 1 schematisch darstellt.
6(a) bis 6(d) sind Diagramme, die einen Betrieb der Trennungseinheit von 5 darstellen.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Projektionsmusters darstellt, welches ein Projektionsbild von Musterlicht in der ersten Ausführungsform ist.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Projektionsmusters in der ersten Ausführungsform darstellt, mit "1" (einem beleuchteten Punkt) und "0" (einem unbeleuchteten Punkt).
9 ist ein Diagramm, das die Anzahl von beleuchteten Punkten darstellt, die in einem Einheitsmuster in dem Projektionsmuster in der ersten Ausführungsform eingeschlossen sind, hinsichtlich jeder Reihe (horizontalen Linie) und jeder Spalte (vertikalen Linie).
10 ist ein Diagramm, das eine zu erfüllende Bedingung darstellt, wenn eine Vielzahl von Einheitsmustern in dem Projektionsmuster in der ersten Ausführungsform in einer horizontalen Richtung angeordnet sind.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Abstandsinformationserzeugungseinheit von 1 schematisch darstellt.
12(a) bis 12(b) sind Diagramme, die ein Gültigkeitsbestimmungsverfahren und ein Änderungsverfahren eines Musters von Lichtpunkten darstellen.
13(a) und 13(b) sind Diagramme, die ein Verfahren zum Bestimmen einer Grenzposition zwischen den Einheitsmustern darstellen.
14 ist ein Diagramm, das eine Vielzahl von Referenzeinheitsmustern darstellt, die vorab in einer Identifikationscodeleseeinheit oder einer Speichereinheit von 11 in Verbindung mit Musternummern gespeichert werden, welche Information zu deren Identifikation sind.
15 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Abgleichsverfahren eines Musters darstellt, das in der ersten Ausführungsform extrahiert wird.
16 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel der Vielzahl von Einheitsmustern in dem Projektionsmuster in der ersten Ausführungsform darstellt.
17 ist ein Diagramm, das die Anzahl von beleuchteten Punkten darstellt, die in einem Einheitsmuster in einem Projektionsmuster in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind, hinsichtlich jeder Reihe (horizontalen Linie) und jeder Spalte (vertikalen Linie).
18 ist ein Diagramm, das eine zu erfüllende Bedingung darstellt, wenn eine Vielzahl von Einheitsmustern in dem Projektionsmuster in der zweiten Ausführungsform in der horizontalen Richtung angeordnet sind.
19 ist ein Diagramm, das eine Vielzahl von Referenzeinheitsmustern darstellt, die vorab in einer Identifikationscodelesereinheit oder einer Speichereinheit eines Bilderzeugungsgeräts gemäß der zweiten Ausführungsform in Verbindung mit Musternummern gespeichert werden, welche Information zu deren Identifikation sind.
20 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel der Vielzahl von Einheitsmustern in dem Projektionsmuster in der zweiten Ausführungsform darstellt.
21 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm, das ein Bilderzeugungsgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Bilderzeugungsgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. Das Bilderzeugungsgerät von 1 ist ein Gerät, das ein Bilderzeugungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform ausführen kann. Wie in 1 dargestellt schließt das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten Ausführungsform eine Bilderfassungseinheit 10, eine Musterlichterzeugungseinheit (ein Musterlichterzeugungsgerät) 20 und eine Steuereinheit 30 ein. Die Bilderfassungseinheit 10 schließt eine Abbildungseinheit 11, eine A/D (analog-digital) Wandlereinheit 15, einer Trennungseinheit 16, eine Bilderzeugungseinheit 17, eine Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 und eine Anzeigeverarbeitungseinheit 19 ein. Die Abbildungseinheit 11 schließt eine Linse 12 und einen Bildsensor 14 ein. Die Musterlichterzeugungseinheit 20 schließt eine Projektionseinheit 22 und eine Antriebseinheit 21 ein. Die Projektionseinheit 22 schließt eine Laser-Lichtquelle 23, eine Kollimatorlinse 24, eine Blende 25 und ein Beugungsgitter 26 ein. Die Steuereinheit 30 schließt eine Speichereinheit 30a ein. Die Speichereinheit 30a kann außerhalb der Steuereinheit 30 vorgesehen sein. Man beachte, dass die Konfiguration des Bilderzeugungsgeräts, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet wird, nicht auf die in 1 dargestellte beschränkt ist.
2 ist ein Diagramm, das die Projektionseinheit 22 und die Abbildungseinheit 11 des Bilderzeugungsgeräts gemäß der ersten Ausführungsform und einen Abbildungsraum (Abbildungszielraum) JS schematisch darstellt, der von der Abbildungseinheit 11 erfasst wird. 2 stellt einen Fall dar, in welchem ein rechteckiges Parallelepiped-Objekt OJ1 und ein sphärisches Objekt OJ2 als Abbildungszielobjekte in dem Abbildungsraum JS existieren. Wie in 2 dargestellt erfasst die Abbildungseinheit 11 ein Bild der Objekte OJ1 und OJ2 durch Empfangen von Licht L11, das von den Objekten OJ1 und OJ2 reflektiert wird, die in dem Abbildungsraum JS existieren. Das Bilderzeugungsgerät erzeugt nicht nur ein Abbildungssignal (Bildsignal) D17 als Bildinformation durch das Abbilden durch die Abbildungseinheit 11, sondern erzeugt auch Abstandsinformation D18, die einen Abstand von der Abbildungseinheit 11 zu jedem der Objekte OJ1 und OJ2 angibt, auf der Basis von diesem Abbildungssignal, und gibt ein Signal aus, das das Abbildungssignal D17 mit der Abstandsinformation D18 verbindet. Man beachte, dass die Anzahl und die Gestalt von Objekten nicht auf das Beispiel von 2 beschränkt sind. Darüber hinaus ist die Gestalt des Abbildungsraums JS nicht auf das Beispiel der 2 beschränkt.
Wie in 2 dargestellt projiziert die Projektionseinheit 22 Musterlicht L22 zum Erzeugen eines Projektionsmusters als ein Projektionsbild in Richtung des Abbildungsraums JS. In dem in 2 dargestellten Beispiel schließt das Projektionsmuster eine Vielzahl von Gitterpunkten (eine Vielzahl von Lichtpunkten, das heißt Lichtpunkte einer Vielzahl von Reihen und einer Vielzahl von Spalten) ein, die in einer Matrixform angeordnet sind, das heißt in einer horizontalen Richtung (lateralen Richtung) und einer vertikalen Richtung (senkrechten Richtung). Das Projektionsmuster schließt eine Vielzahl von Einheitsmustern ein (dargestellt in später beschriebener 14), die in einer Vielzahl von Reihen in einer ersten Richtung und einer Vielzahl von Spalten in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung angeordnet sind. Die Vielzahl von Lichtpunkten ist aus ersten Punkten und zweiten Punkten zusammengesetzt, und die ersten Punkte und die zweiten Punkte sind Lichtpunkte, die voneinander unterschiedliche Zustände aufweisen. Zum Beispiel sind die ersten Punkte Lichtpunkte hoher Helligkeit, und die zweiten Punkte sind Lichtpunkte geringerer Helligkeit als die ersten Punkte. Im Allgemeinen ist der erste Punkt ein beleuchteter Punkt als ein Lichtpunkt an einer Position, der durch Bestrahlen mit einem Lichtstrahl gebildet wird, der von der Projektionseinheit 22 abgestrahlt wird, und der zweite Punkt ist ein unbeleuchteter Punkt als ein Lichtpunkt an einer Position, welche nicht mit dem Lichtstrahl bestrahlt wird. Wie vorstehend beschrieben ist das Projektionsmuster aus der Vielzahl von Lichtpunkten zusammengesetzt, die in der Matrixform angeordnet sind, und die Vielzahl von Lichtpunkten ist im Allgemeinen aus den beleuchteten Punkten und unbeleuchteten Punkten zusammengesetzt. Eine Vielzahl von Einheitsmustern, die in der ersten Richtung angeordnet sind, weisen Lichtpunktanordnungen auf, die miteinander identisch sind. Eine Vielzahl von Einheitsmustern, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, weisen Lichtpunktanordnungen auf, die sich voneinander unterscheiden. In jedem der Vielzahl von Einheitsmustern ist die Anzahl von ersten Punkten, die in der Vielzahl von Lichtpunkten eingeschlossen sind, die in der ersten Richtung angeordnet sind, eine feste Anzahl und die gleiche in jeder Reihe in der zweiten Richtung. An einer anderen Stelle als den Einheitsmustern unterscheidet sich die Anzahl von ersten Punkten, die in einer Reihe mit der gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der zweiten Richtung eingeschlossen sind, in einer bestimmten Reihe in der zweiten Richtung von der festen Anzahl.
3 ist ein Diagramm, das einen von oben gesehenen Zustand der Abbildungseinheit 11 und der Projektionseinheit 22 des Bilderzeugungsgeräts gemäß der ersten Ausführungsform und einen Lichtpunkt (einen Gitterpunkt als eine Lichtpunktposition in der Matrixform) SP darstellt, der an einem willkürlichen Punkt an dem Objekt OJ1 oder OJ2 in dem Abbildungsraum JS gebildet wird. In dem Beispiel von 3 sind die Abbildungseinheit 11 und die Projektionseinheit 22 um einen Abstand Lpc in der horizontalen Richtung (der lateralen Richtung in 3) getrennt angeordnet. Die gerade Linie, die durch die Abbildungseinheit 11 und die Projektionseinheit 22 hindurchtritt, wird als eine Basislinie BL bezeichnet, und der Abstand Lpc wird als eine Basislinienlänge bezeichnet.
Es wird ein Fall beschrieben, in welchem ein Lichtpunkt SP auf dem Objekt OJ1 oder OJ2 in dem Abbildungsraum JS von einem Lichtstrahl (einem Teil des Musterlichts L22) gebildet wird, das von der Projektionseinheit 22 projiziert wird, und ein Lichtstrahl, der an diesem Lichtpunkt SP reflektiert wird, wird von der Abbildungseinheit 11 empfangen. In diesem Fall kann, wenn ein Projektionswinkel φ des Lichtstrahls, der von der Projektionseinheit 22 in Richtung des Lichtpunkts SP verläuft, ein Einfallswinkel θ des Lichtstrahls, der von dem Lichtpunkt SP in Richtung der Abbildungseinheit 11 verläuft, und die Basislinienlänge Lpc bekannt sind, ein Abstand Z von der Basislinie BL zu dem Lichtpunkt SP auf dem Objekt OJ1 oder OJ2 durch Berechnung basierend auf dem Triangulationsprinzip berechnet werden. Wie in 3 dargestellt ist der Projektionswinkel φ ein Winkel, der zwischen einer geraden Linie 101 senkrecht zu der Basislinie BL und einer geraden Linie 102 gebildet wird, welche die Projektionseinheit 22 und den Lichtpunkt SP verbindet, in einer Ebene (einer virtuellen Ebene), welche die Basislinie BL und den Lichtpunkt SP einschließt. Darüber hinaus ist, wie in 3 dargestellt, der Einfallswinkel θ ein Winkel, der zwischen einer geraden Linie 103 senkrecht zu der Basislinie BL und einer geraden Linie 104 gebildet wird, welche die Abbildungseinheit 11 und den Lichtpunkt SP in der Ebene verbindet, welche die Basislinie BL und den Lichtpunkt SP einschließt.
Der Einfallswinkel θ des Lichtstrahls (der geraden Linie 104), der von dem Lichtpunkt SP in Richtung der Abbildungseinheit 11 verläuft, kann auf der Basis berechnet werden, an welcher Position auf einer Abbildungsoberfläche des Bildsensors 14 der Abbildungseinheit 11 die Figur des Lichtpunkts SP gebildet wird, einer Richtung einer Achsenlinie des Bildsensors 14 (Richtung, in welche die Abbildungsoberfläche des Bildsensors 14 ausgerichtet ist) und einem Blickwinkel des Bildsensors. Der Projektionswinkel φ des Lichtstrahls (der geraden Linie 102), der von der Projektionseinheit 22 zu dem Lichtpunkt SP verläuft, wird durch die Konfiguration der Projektionseinheit 22 vorgegeben und ist deshalb bereits bekannt.
Wenn die Projektionseinheit 22 eine Vielzahl von Lichtstrahlen mit Projektionswinkeln abstrahlt, die sich voneinander unterscheiden, um eine Vielzahl von Lichtpunkten als ein Projektionsmuster zu projizieren, und die Abbildungseinheit 11 ein Bild der Vielzahl von Lichtpunkten erfasst, wird wenn die Projektionswinkel bekannt sind der Projektionswinkel von jedem der Vielzahl von Lichtpunkten auf der Basis eines gegenseitigen Verhältnisses zwischen den Positionen der Vielzahl von Lichtpunkten auf dem Bild und der Abbildungsoberfläche des Bildsensors 14 geschätzt. In diesem Fall wird, wenn die folgende Projektionseinfallsbedingung (A1) erfüllt ist, der Projektionswinkel von jedem der Vielzahl von Lichtpunkten gefunden, die von der Abbildungseinheit 11 erfasst werden.
Die Projektionseinfallsbedingung (A1) ist "ein Größenverhältnis zwischen den Projektionswinkeln einer Vielzahl von Lichtpunkten, die von der Projektionseinheit 22 projiziert werden (zum Beispiel die Reihenfolge der Vielzahl von Lichtpunkten, wenn die Vielzahl von Lichtpunkten in aufsteigender Reihenfolge von dem kleinsten Projektionswinkel angeordnet ist) ist das gleiche wie ein Größenverhältnis zwischen den Einfallswinkeln einer Vielzahl von Lichtpunkten, die von der Abbildungseinheit 11 erfasst werden (zum Beispiel die Reihenfolge der Vielzahl von Lichtpunkten, wenn die Vielzahl von Lichtpunkten in aufsteigender Reihenfolge von dem kleinsten Einfallswinkel angeordnet ist)".
In einem Fall, wo die Projektionseinfallsbedingung (A1) nicht erfüllt ist, oder in einem Fall, wo es unsicher ist, ob die Projektionseinfallsbedingung (A1) erfüllt ist oder nicht, ist es notwendig, den Projektionswinkel von jedem der Lichtpunkte in dem erfassten Bild durch Musterabgleich mit dem erfassten Bild (Referenzeinheitsmuster) von dem Projektionsmuster zu schätzen, das vorab hinsichtlich eines Objekts gemessen wird, das in einem vorgegebenen Abstand liegt. Der Berechnungsaufwand, der für den Musterabgleichsprozess erforderlich ist, ist allerdings sehr groß.
Selbst in einem Fall, wo die Projektionseinfallsbedingung (A1) nicht erfüllt ist, oder selbst in einem Fall, wo es unsicher ist, ob die Projektionseinfallsbedingung (A1) erfüllt ist oder nicht, kann das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten Ausführungsform den Projektionswinkel von jedem der Vielzahl von Lichtpunkten, die von der Abbildungseinheit 11 erfasst werden, mit einem geringen Berechnungsaufwand genau schätzen.
Hinsichtlich eines Größenverhältnisses von Winkeln (Projektionswinkel) in der vertikalen Richtung hinsichtlich einer Vielzahl von Lichtpunkten, die unter voneinander verschiedenen Winkeln (Projektionswinkel) auf eine Ebene (eine virtuelle Ebene) senkrecht zu der Basislinie BL projiziert werden, ist die Projektionseinfallsbedingung (A1) immer erfüllt. Deswegen muss in diesem Fall ein "Umschalten" der Reihenfolge nicht erwogen werden.
Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in welchem die Basislinie BL eine gerade Linie ist, die sich in der horizontalen Richtung (der lateralen Richtung in 3) erstreckt, und eine Vielzahl von Lichtpunkten, die von dem Musterlicht L22 erzeugt werden, sind in der Matrixform in der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung angeordnet (der Richtung senkrecht zu einer Papieroberfläche, auf welcher 3 dargestellt ist).
4 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Projektionseinheit 22 von 1 schematisch darstellt. Die Antriebseinheit 21 der Musterlichterzeugungseinheit 20 wird von der Steuereinheit 30 gesteuert, und bewirkt, dass die Laserlichtquelle 23 Licht abstrahlt. Wie in 1 und 4 dargestellt, wird von der Laserlichtquelle 23 abgestrahltes Laserlicht durch die Kollimatorlinse 24 in paralleles Licht transformiert, und der Strahldurchmesser des parallelen Lichts wird durch die Blende 25 auf einen vorgegebenen Durchmesser geändert. Das Beugungsgitter 26 projiziert das Musterlicht L22 zum Erzeugen eines vorgegebenen Projektionsmusters in Richtung des Abbildungsraums JS.
Darüber hinaus bewirkt die Linse 12 der Abbildungseinheit 11, wie in 1 dargestellt, dass ein Objektbild auf die Abbildungsoberfläche des Bildsensors 14 fokussiert wird. Der Bildsensor 14 erzeugt ein Abbildungssignal D11 durch fotoelektrisches Wandeln des 6) ein H) bis 6(d) stellen ein Beispiel eines Betriebs der Trennungseinheit 16 dar. 6(a) 6 6(a) 6(a) stellen ein Beispiel Einfallsbilds, und gibt dieses Abbildungssignal D11 aus. Die Abbildungseinheit 11 erfasst das Bild der Objekte OJ1 und OJ2, die in dem Abbildungsraum JS existieren. Dieses Abbilden wird bei einer vorgegebenen Rahmenfrequenz durchgeführt, und es wird durch dieses Abbilden eine Vielzahl von fortlaufenden Rahmenbildern erhalten (Rahmenbilder, die in Rahmenzyklusintervallen erzeugt werden).
Wenn das Musterlicht L22 auf die Objekte OJ1 und OJ2 projiziert wird, gibt die Abbildungseinheit 11 das Abbildungssignal D11 aus, das ein Bild angibt, in welchem die Figur (Projektionsbildkomponente) des Projektionsmusters, dass auf den Objekten OJ1 und OJ2 durch die Projektion des Musterlichts L22 erzeugt wird, dem ursprünglichen Licht der Objekte OJ1 und OJ2 in Richtung der Abbildungseinheit 11 überlagert wird (eine Hintergrundkomponente, welche eine Komponente zu der Zeit ist, wenn das Musterlicht L22 nicht projiziert wird).
Die A/D-Wandlereinheit 15 wandelt das Abbildungssignal D11, das von dem Bildsensor 14 ausgegeben wird, zum Beispiel in ein digitales Abbildungssignal D15 von 8 Bit (256 Abstufungen). Die Trennungseinheit 16 empfängt die Ausgabe der A/D-Wandlereinheit 15, das heißt das digitale Abbildungssignal D15, und trennt das digitale Abbildungssignal D15 in die Projektionsbildkomponente und die Hintergrundkomponente. Die Bilderzeugungseinheit 17 erzeugt das Bildsignal D17 der Hintergrundkomponente aus einem Bildsignal D63 der Hintergrundkomponente, die von der Trennungseinheit 16 ausgegeben wird. Die Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 erzeugt ein Signal D18, das die Abstandsinformation angibt, aus einem Bildsignal D62 der Projektionsbildkomponente, die von der Trennungseinheit 16 ausgegeben wird.
Die Anzeigeverarbeitungseinheit 19 gibt ein Anzeigesignal D19 aus, um zu erlauben, dass ein Bild der Hintergrundkomponente, die von der Bilderzeugungseinheit 17 erzeugt wird, in Verbindung mit der Abstandsinformation angezeigt wird, die von der Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 erzeugt wird. Das Signal D19, das von der Anzeigeverarbeitungseinheit D19 ausgegeben wird und das Bild angibt, mit welchem die Abstandsinformation verknüpft ist, wird an ein anderes Gerät ausgegeben (zum Beispiel ein Anzeigegerät oder dergleichen).
Die Steuereinheit 30 steuert die Musterlichterzeugungseinheit 20 und die Bilderfassungseinheit 10. Zum Beispiel steuert die Steuereinheit 30 einen Abbildungsmodus, eine Rahmenfrequenz, eine Belichtungszeit und so weiter in dem Bildsensor 14 der Abbildungseinheit 11, und stellt einen Bildanzeigemodus, einen Abstandsinformationsanzeigemodus usw. an der Anzeigeverarbeitungseinheit 19 ein. Darüber hinaus führt die Steuereinheit 30 der A/D-Wandlereinheit 15 ein Signal zum Steuern eines Betriebs-Timings zu. Weiterhin stellt die Steuereinheit 30 Betriebsmodi der Musterlichterzeugungseinheit 20 und der Bilderfassungseinheit 10 ein.
Weiterhin hält die Steuereinheit 30 in der Speichereinheit 30a Information Stp, die ein Verhältnis zwischen Positionen in dem Projektionsmuster angibt, von den Einheitsmustern (dargestellt in später beschriebener 14), die aus den Lichtpunkten zusammengesetzt sind, die in dem Projektionsmuster eingeschlossen sind, das von der Projektionseinheit 22 projiziert wird, Information Spa, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen Positionen auf dem Projektionsmuster und Projektionswinkeln angibt, Information Szv, welche die Achsenlinienrichtung und den Blickwinkel der Abbildungseinheit 11 angibt, und Information, welche die Basislinienlänge Lpc angibt, und führt diese Informationsteile der Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 zu.
Darüber hinaus führt die Steuereinheit 30 eine Steuerung zum Synchronisieren eines Betriebs der Musterlichterzeugungseinheit 20 und eines Betriebs der Bilderfassungseinheit 10 durch. Insbesondere steuert die Steuereinheit 30 die Abbildungseinheit 11 so, dass das Abbilden bei einer vorgegebenen Rahmenfrequenz wiederholt wird, und steuert die Antriebseinheit 21 so, dass die Laserlichtquelle 23 wechselweise einen Licht abstrahlenden Zustand und einen nicht Licht abstrahlenden Zustand in einer Rahmen-zu-Rahmen-Art wiederholt. Weiterhin führt die Steuereinheit 30 der Trennungseinheit 16 ein Signal Snf zu, das angibt, ob die Laserlichtquelle 23 sich in dem Licht abstrahlenden Zustand oder in dem nicht Licht abstrahlenden Zustand befindet.
Die Rahmenfrequenz der Abbildungseinheit 11 ist zum Beispiel 30 fps (frames per second, Rahmen pro Sekunde), und das Abbildungssignal D11, das ein Bild eines Rahmens angibt, wird von der Abbildungseinheit 11 in jedem Rahmenzyklus ausgegeben (jedes Mal, wenn eine vorgegebene Zeit abläuft). Ein Timing der Abbildung von jedem Rahmen wird von der Steuereinheit 30 gesteuert.
Die Laserlichtquelle 23 der Projektionseinheit 22 wird abwechselnd zwischen dem Licht abstrahlenden Zustand und dem nicht Licht abstrahlenden Zustand in einer Rahmen-zu-Rahmen-Art geschaltet; deshalb wird die Projektionseinheit 22 abwechselnd zwischen einem Zustand des Projizierens des Musterlichts L22 zu dem Abbildungsraum JS und einem Zustand des nicht Projizierens des Musterlichts L22 in einer Rahmen-zu-Rahmen-Art geschaltet; und die Abbildungseinheit 11 erhält abwechselnd in einer Rahmen-zu-Rahmen-Art ein Bild zu der Zeit, wenn das Musterlicht L22 projiziert wird, und ein Bild zu der Zeit, wenn das Musterlicht L22 nicht projiziert wird.
Die Trennungseinheit 16 erzeugt das Bildsignal (Projektionsbildkomponente) des Musterlichts L22 und das Bildsignal (Hintergrundkomponente), das die Musterlicht L22 Komponente ausschließt, auf der Basis des Bilds zu der Zeit, wenn das Musterlicht L22 projiziert wird, und des Bilds zu der Zeit, wenn das Musterlicht L22 nicht projiziert wird. Das heißt, die Trennungseinheit 16 gibt als die Hintergrundkomponente das Bild aus, das während einer Rahmendauer erhalten wird, während welcher das Musterlicht L22 nicht projiziert wird, und gibt als die Projektionsbildkomponente das Bild aus, das durch Subtrahieren des Bilds erhalten wird, das während der Rahmendauer erhalten wird, während welcher das Musterlicht L22 nicht projiziert wird, von dem Bild, das während einer Rahmendauer erhalten wird, während welcher das Musterlicht L22 projiziert wird, unter zwei Rahmendauern, die zeitlich zusammenhängen.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Trennungseinheit 16 von 1 schematisch darstellt. Wie in 5 dargestellt, wird die Ausgabe (digitales Bildsignal) D15 der A/D-Wandlereinheit 15 einem Eingabeendgerät 60 zugeführt. Die Rahmenverzögerungseinheit 61 verzögert das digitale Abbildungssignal D15, das dem Eingabeendgerät 60 zugeführt wird, um eine Rahmendauer, und gibt ein Abbildungssignal D61 aus, das um einen Rahmen verzögert ist.
Die Differenzberechnungseinheit 62 berechnet die Differenz zwischen dem Abbildungssignal D15 und dem Abbildungssignal D61, das um einen Rahmen verzögert ist. Diese Differenz wird durch Subtrahieren der Abbildung des Rahmens erhalten, der von dem Abbilden erzeugt wird, das ausgeführt wird, wenn das Musterlicht L22 nicht projiziert wird, von dem Abbildungssignal des Rahmens, der von dem Abbilden erzeugt wird, das ausgeführt wird, wenn das Musterlicht L22 projiziert wird. Das Differenzsignal D62, das diese Differenz angibt, wird der Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 über ein Ausgabeendgerät 64 als die Projektionsbildkomponente zugeführt.
Ein Schalter 63 schließt in einem Timing, wenn das Abbildungssignal D15 des Rahmens, der von dem Abbilden erzeugt wird, das ausgeführt wird, wenn die Projektionseinheit 22 das Musterlicht L22 nicht projiziert, dem Eingabeendgerät 60 zugeführt wird, und führt das Abbildungssignal D15 zu dieser Zeit der Bilderzeugungseinheit 17 über ein Ausgabeendgerät 65 als die Hintergrundkomponente D63 zu.
6(a) bis 6(d) stellen ein Beispiel eines Betriebs der Trennungseinheit 16 dar. In diesem Beispiel wird das Musterlicht L22 nicht in einem ersten Rahmen PS1 und einem dritten Rahmen PS3 projiziert, und das Musterlicht L22 wird in einem zweiten Rahmen PS2 und einen vierten Rahmen PS4 projiziert, wie in 6(a) dargestellt. Als Ergebnis werden die in 6(b) dargestellten erfassten Bilder während entsprechender Rahmendauern erhalten.
In dem ersten Rahmen PS1 ist der Schalter 63 geschlossen, und das Abbildungssignal D15 wird zu dieser Zeit (das Abbildungssignal D15 in dem ersten Rahmen PS1, das heißt das Signal D15, dass durch Ausführen der analogen zu digitalen Wandlung der Ausgabe D11 von der Abbildungseinheit 11 in einem Zustand erhalten wird, in welchem das Musterlicht L22 nicht projiziert wird) von dem Ausgabeendgerät 65 der Bilderzeugungseinheit 17 als die Hintergrundkomponente D63 zugeführt (6(b)), und wird der Rahmenverzögerungseinheit 61 zugeführt.
In dem zweiten Rahmen PS2 subtrahiert die Differenzberechnungseinheit 62 die Ausgabe D61 der Rahmenverzögerungseinheit 61 (das Abbildungssignal des ersten Rahmens PS1) von dem Abbildungssignal D15 zu dieser Zeit (das Signal D15 in dem zweiten Rahmen PS2, das heißt das Signal D15, das durch Ausführen der analog zu digital Wandlung der Ausgabe D11 der Abbildungseinheit 11 in einem Zustand erhalten wird, in welchem das Musterlicht L22 projiziert wird), und führt der Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 die Differenz D62, die als das Ergebnis der Subtraktion als die Projektionsbildkomponente erhalten wird, von dem Ausgabeendgerät 64 zu (6(c)).
In dem dritten Rahmen PS3 schließt der Schalter 63 in der gleichen Art wie dem ersten Rahmen PS1 und das Abbildungssignal D15 wird der Bilderzeugungseinheit 105 zu dieser Zeit von dem Ausgabeendgerät 65 als die Hintergrundkomponente D63 zugeführt, und in die Rahmenverzögerungseinheit 61 eingegeben.
In dem vierten Rahmen PS4 subtrahiert in der gleichen Art wie dem Rahmen PS2 die Differenzberechnungseinheit 62 zu dieser Zeit die Ausgabe D61 der Rahmenverzögerungseinheit 61 von dem Abbildungssignal D15, und führt die Differenz D62, die als das Ergebnis der Subtraktion erhalten wird, der Abstandsinformationserzeugungseinheit 1 von dem Ausgabeendgerät 64 als die Projektionsbildkomponente zu. In dem Folgenden wird der gleiche Prozess wiederholt und während jeder Rahmendauer abwechselnd allein das Bild der Hintergrundkomponente und allein das Bild der Projektionsbildkomponente ausgegeben.
Die Bilderzeugungseinheit 17 führt einen Abstufungskorrekturprozess, einen Rauschreduktionsprozess, einen Umrisskorrekturprozess, einen Weißabgleichanpassungsprozess, einen Signalamplitudenanpassungsprozess, einen Farbkorrekturprozess und dergleichen für das Bildsignal D63 durch (6(d)), das aus der Hintergrundkomponente zusammengesetzt ist, die von der Trennungseinheit 16 ausgegeben wird, und gibt ein Bildsignal, das als ein Ergebnis dieser Prozesse erhalten wird, als das Bildsignal D17 des Hintergrundbildes aus.
Die Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 erzeugt Information, die den Abstand von der Abbildungseinheit 11 zu jedem Teil des Projektionsbilds angibt, auf der Basis des Bildsignals D62 (6(c)) der Projektionsbildkomponente, die von der Trennungseinheit 16 ausgegeben wird, und der Information über das Projektionsmuster, das von der Steuereinheit 30 zugeführt wird. Das Projektionsmuster, das einen Code zum Identifizieren der Position des Einheitsmusters einschließt, wird in der Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 zum Zweck des Erzeugens der Abstandsinformation verwendet. Hier wird vor der Erläuterung des Betriebs der Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 das Projektionsmuster beschrieben, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird.
In dem Projektionsbild (Projektionsmuster), das von der Projektionseinheit 22 projiziert wird, wird ein Teil der Netzpunkte, die in der Matrixform wie in 2 und 6(a) angeordnet sind, das heißt in der lateralen Richtung (Reihenrichtung) und der senkrechten Richtung (Spaltenrichtung), als die beleuchteten Punkte projiziert, und die verbleibenden Netzpunkte werden als die unbeleuchteten Punkte projiziert. Es ist wünschenswert, dass das Projektionsbild (Projektionsmuster), das von der Projektionseinheit 22 projiziert wird, die folgenden Projektionsmusterbedingungen (B1) bis (B5) erfüllt.
Projektionsmusterbedingung (B1): das Projektionsmuster schließt die Vielzahl von Einheitsmustern ein, und jedes dieser Vielzahl von Einheitsmustern wird durch einen rechteckigen Bereich gebildet, der eine konstante Anzahl von Lichtpunkten (Gitterpunkte in der Matrixform) in der senkrechten Richtung und eine konstante Anzahl von Lichtpunkten in der lateralen Richtung einschließt (Gitterpunkte in der Matrixform).
Projektionsmusterbedingung (B2): in jedem der Vielzahl von Einheitsmustern, die in dem Projektionsmuster eingeschlossen sind, ist die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Linie (Spalte) in der senkrechten Richtung eingeschlossen sind, eine vorgegebene erste feste Anzahl (zwei in der ersten Ausführungsform), und die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Linie (Reihe) in der lateralen Richtung eingeschlossen sind, ist eine vorgegebene zweite feste Anzahl (zwei in der ersten Ausführungsform).
Projektionsmuster Bedingung (B3): wenn ein Bereich der gleichen Anzahl von Punkten (vier Punkte in der ersten Ausführungsform) als das Einheitsmuster in einer Phase herausgeschnitten wird, die sich von dem Zyklus der Einheitsmuster (Anordnungszyklus) (eine Grenzposition, die sich von den Grenzen der Einheitsmuster unterscheidet) in dem Projektionsmuster unterscheidet, unterscheidet sich die Anzahl von beleuchteten Punkten in der horizontalen Richtung (lateralen Richtung), die in diesem herausgeschnittenen Bereich eingeschlossen ist, in einer bestimmten Linie (Reihe) von der zweiten festen Anzahl, welche die Anzahl von beleuchteten Punkten ist, die in dem Einheitsmuster eingeschlossen sind.
Projektionsmusterbedingung (B4): in dem Projektionsmuster sind eine Vielzahl von Einheitsmustern, die in der vertikalen Richtung (senkrechten Richtung) angeordnet sind, miteinander identisch Einheitsmuster.
Projektionsmusterbedingung (B5): in dem Projektionsmuster sind eine Vielzahl von Einheitsmustern, die in der horizontalen Richtung (lateralen Richtung) angeordnet sind, voneinander unterschiedliche Einheitsmuster. Die Punkteanordnung wird so festgelegt, dass jedes Muster nicht mit anderen Mustern identisch ist, selbst wenn die Ausleseposition sich in der vertikalen Richtung unterscheidet.
Um den Abstand zu dem Objekt unter Verwenden des erfassten Bildes zu messen, ist es notwendig zu identifizieren, unter welchem Winkel ein Teils des Projektionsmusters, das auf dem erfassten Bild erscheint, von der Projektionseinheit 22 projiziert wird. Die Projektionsmusterbedingungen (B1) bis (B5) sind die Bedingungen, die notwendig sind, um zu identifizieren, welchem Teil ein Teil des Projektionsmusters in dem gesamten Projektionsmuster von dem Teil des Projektionsmusters entspricht. In dem Folgenden wird ein spezifisches Identifikationsverfahren an einem Beispiel des Projektionsmusters gezeigt.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Projektionsmusters darstellt, welches das Projektionsbild des Musterlichts L22 in der ersten Ausführungsform ist. Hier wird ein Fall beschrieben, in welchem das Einheitsmuster aus Lichtpunkten von vier Punkten in der horizontalen Richtung und vier Punkten in der vertikalen Richtung zusammengesetzt ist. In 7 stellen gerade gepunkteten Linien in der horizontalen Richtung und gerade gepunktete Linien in der vertikalen Richtung Trennungen (Grenzen) der Einheitsmuster dar. Sechzehn Netzpunkte (Lichtpunktpositionen) existieren in einem Einheitsmuster. In der ersten Ausführungsform sind die beleuchteten Punkte die Leuchtpunkte, die als ein Muster auf das Objekt projiziert werden, und die unbeleuchteten Punkte sind die Lichtpunkte (die Netzpunktpositionen der Matrix), die als das Muster nicht auf das Objekt projiziert werden.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Projektionsmusters in der ersten Ausführungsform mit "1" (dem beleuchteten Punkt) und "0" (dem unbeleuchteten Punkt) darstellt. Das Einheitsmuster in 8 ist aus Lichtpunkten zusammengesetzt, die in der Matrixform von vier Punkten in der horizontalen Richtung und vier Punkten in der vertikalen Richtung angeordnet sind. In 8 stellen durchgezogene gerade Linien in der horizontalen Richtung und durchgezogene gerade Linien in der vertikalen Richtung Trennungen (Grenzen) der Einheitsmuster dar. Wie in 8 dargestellt schließt die Vielzahl von Einheitsmustern (vier Einheitsmuster in 8), die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, Lichtpunktmuster ein, die sich voneinander unterscheiden. Darüber hinaus schließt, wie in 8 dargestellt, die Vielzahl von Einheitsmustern (drei Einheitsmuster in 8), die in der vertikalen Richtung angeordnet sind, Lichtpunktmuster ein, die miteinander identisch sind. Der Grund dafür, warum sich die Einheitsmuster, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, voneinander unterscheiden, liegt darin, die Grenzen der Einheitsmuster angrenzend aneinander zu identifizieren und die Winkel zu identifizieren, die zwischen der Projektionseinheit 22 und den Einheitsmustern gebildet werden. Weiterhin besteht der Grund dafür, warum eine Vielzahl von Einheitsmustern, die in der vertikalen Richtung angeordnet sind, miteinander identisch sind, darin, dass dadurch, dass die Muster der Lichtpunkte, die in der vertikalen Richtung angeordnet sind, eine Zyklizität aufweisen, ein Fehler geändert werden kann, selbst wenn ein Lichtpunkt, welcher ein unbeleuchteter Punkt ist, aufgrund eines Verlusts eines Lichtpunkts oder Einfluss von Rauschen zu der Zeit des Lesens des Musters tatsächlich fehlerhaft als der beleuchtete Punkt bestimmt wird.
9 ist ein Diagramm, das die Anzahl von beleuchteten Punkten darstellt, die in einem Einheitsmuster in jeder horizontalen Linie (Reihe) und in jeder vertikalen Linie (Spalte) eingeschlossen sind. Wie in 9 dargestellt wird in dem Einheitsmuster die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Linie (Reihe) in der horizontalen Richtung eingeschlossen sind, konstant eingestellt (die zweite feste Anzahl), und die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Linie (Spalte) in der vertikalen Richtung eingeschlossen sind, konstant eingestellt (die erste feste Anzahl). In dem Beispiel von 9 wird das Einheitsmuster so eingestellt, dass in dem Einheitsmuster von vier Punkten in der horizontalen Richtung und vier Punkten in vertikaler Richtung die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Linie (Reihe) eingeschlossen sind, ein konstanter Wert "2" ist, und dass die Anzeige von beleuchteten Punkten, die in einer Linie (Spalte) eingeschlossen sind, ein konstanter Wert "2" ist.
Darüber hinaus werden hinsichtlich der Anordnung der Einheitsmuster in der horizontalen Richtung die Einheitsmuster so eingestellt, dass wenn ein Bereich der gleichen Anzahl von Punkten (vier Punkte in der ersten Ausführungsform) als das Einheitsmuster aus einer Phase herausgeschnitten wird, die sich von dem Zyklus der Einheitsmuster unterscheidet (das heißt, wenn ein Bereich der gleichen Anzahl von Punkten wie das Einheitsmuster an einer anderen Position als den Grenzen des Einheitsmusters herausgeschnitten wird), die Anzahl von beleuchteten Punkten in der horizontalen Richtung, die in dem herausgeschnitten Bereich eingeschlossen sind, in dem Einheitsmuster in einer bestimmten Linie (einer bestimmten Linie (Reihe) unter vier Linien (Reihen) in der ersten Ausführungsform) nicht die zweite feste Anzahl ist (zwei in der ersten Ausführungsform).
10 ist ein Diagramm, das eine Bedingung darstellt, die zu erfüllen ist, wenn die Vielzahl von Einheitsmustern in dem Projektionsmuster der ersten Ausführungsform in der horizontalen Richtung angeordnet ist. 10 stellt ein Beispiel dar, in welchem vier unterschiedliche Einheitsmuster in der horizontalen Richtung angeordnet sind, wenn die Größe der Einheitsmuster vier Punkte in der horizontalen Richtung und vier Punkte in der vertikalen Richtung beträgt. 10 stellt die Anzahl von beleuchteten Punkten unter vier Punkten in der horizontalen Richtung an jeder Position in der horizontalen Richtung dar, unterhalb der vier Einheitsmuster, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind. Das Einheitsmuster wird so bestimmt, dass die Anzahl von beleuchteten Punkten zwischen den Grenzen der Einheitsmuster eine konstante Anzahl ist (in dem Beispiel von 10 zwei, welches die zweite feste Anzahl ist). Darüber hinaus wird eine Kombination von Einheitsmustern, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, so bestimmt, dass wenn die Anzahl von beleuchteten Punkten unter vier Punkten in der horizontalen Richtung an einer anderen Stelle als den Grenzen der Einheitsmuster gezählt wird, sich die Anzahl von beleuchteten Punkten von der konstanten Anzahl unterscheidet (in dem Beispiel von 10 zwei, welches die zweite feste Anzahl ist), welches die Anzahl von beleuchteten Punkten zwischen den Grenzen der Einheitsmuster in wenigstens einer Linie unter den gezählten Werten von vier Linien ist. Hier ist es wünschenswert, dass sich die Anzahl von beleuchteten Punkten unter vier Punkten in der horizontalen Richtung an einer anderen Stelle als den Grenzen der Einheitsmuster von der Anzahl beleuchteter Punkte zwischen den Grenzen des Einheitsmusters in so vielen Linien wie möglich unterscheidet. Dies deshalb, da Fehler beim Identifizieren der Musterposition deutlich verringert werden können, wenn die vorstehenden Projektionsmusterbedingungen (B1) bis (B5) zu der Zeit des Lesens des Musters erfüllt sind.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 von 1 schematisch darstellt. Ein Muster Identifikationsverfahren wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. Wie in 11 dargestellt schließt die Abstandsinformationserzeugungseinheit 18 eine Binarisierungseinheit 81, eine Punktmusterleseeinheit 82, eine Mustergültigkeitsbestätigungseinheit 83, eine Einheitsmusterextraktionseinheit 84, eine Identifikationscodeleseeinheit 85, eine Speichereinheit 86, eine Wirksamkeitsbestätigungseinheit 87, eine Projektionswinkelschätzeinheit 88, eine Einfallswinkelschätzeinheit 89 und eine Abstandsberechnungseinheit 90 ein.
Die Binarisierungseinheit 81 binarisiert das Bildsignal D62 der Projektionsbildkomponente, das von der Trennungseinheit 16 ausgegeben wird, und gibt ein binäres Projektionsbildsignal D81 aus.
Die Punktmusterleseeinheit 82 schätzt das Intervall der Netze in der lateralen Richtung und der senkrechten Richtung, an welchem die Lichtpunkte angeordnet sind, aus dem Projektionsbildsignal D81, und liest die gemusterte Anordnung der Lichtpunkte entlang der Netzpunkte, in welchen "1" einen Fall angibt, dass ein Lichtpunkt, der an dem Netzpunkt existiert, der beleuchtete Punkt ist, und "0" einen Fall angibt, dass ein Lichtpunkt, der an dem Netzpunkt existiert, der unbeleuchtete Punkt ist, als Musterinformation PT, die aus zweidimensional angeordneten "1" und "0" zusammengesetzt ist.
Die Mustergültigkeitsbestätigungseinheit 83 bestätigt das Muster der Lichtpunkte in der vertikalen Richtung und bestimmt, ob die Musterinformation PT, die von der Punktmusterlesereinheit 82 erzeugt wird, gültig ist oder nicht, aus der gemusterten Anordnung der Lichtpunkte in der vertikalen Richtung. Zum Beispiel liest die Mustergültigkeitsbestätigungseinheit 83 die Lichtpunkte in einem rechteckigen Bereich einer Größe, der zwei oder mehr Zyklen der Einheitsmuster entspricht, in jeder der vertikalen Richtung (ersten Richtung) und der horizontalen Richtung (zweiten Richtung), auf der Basis des Bildsignals der Projektionsbildkomponente, und bestimmt, ob eine Bedingung, dass Zustände von Lichtpunkten an Positionen, die um den Abstand der Länge des Einheitsmusters in der ersten Richtung getrennt sind, miteinander identisch sind oder nicht, und eine Bedingung, dass die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Spalte der gleichen Länge wie der Länge des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung (ersten Richtung) eingeschlossen sind, die gleiche wie die Anzahl von beleuchteten Punkten ist, die in einer Spalte in der ersten Richtung des Einheitsmusters eingeschlossen sind, erfüllt ist. Die Mustergültigkeitsbestätigungseinheit 83 ändert das Muster der Lichtpunkte wie notwendig.
12(a) bis 12(b) sind Diagramme, die ein Gültigkeitsbestätigungsverfahren und ein Änderungsverfahren der Mustergültigkeitsbestätigungseinheit 83 darstellen. 12(a) stellt die Musterinformation PT dar, die von der Punktmusterlesereinheit 82 erzeugt wird. Hier ist es notwendig, wenigstens den Bereich zu lesen, der zwei Zyklen der Einheitsmuster in der vertikalen Richtung entspricht, um die Gültigkeit zu bestimmen und das Muster der Lichtpunkte zu ändern. Die Anzahl von Punkten in der vertikalen Richtung eines Einheitsmusters sind hier vier Punkte, und in dem dargestellten Fall wird ein Bereich von acht Punkten in der vertikalen Richtung gelesen.
Information über Positionen, die durch vier Punkte getrennt sind, welche eine Zyklusmustergröße in der vertikalen Richtung ist, wird verglichen, und 12(b) stellt Extraktionsergebnisse von Stellen mit Schraffierung dar, an welchen die Information nicht identisch ist. Darüber hinaus stellt 12(c) ein Ergebnis mit Schraffierung dar, das durch Zählen der Anzahl von beleuchteten Punkten unter vier Punkten in der vertikalen Richtung erhalten wird, das die Lichtpunkte einschließt, die mit der Schraffierung in 12(b) dargestellt sind, und ein Extrahieren der Punkte, die eine Kombination einschließen, deren gezählter Wert nicht zwei ist.
Die Extraktionsergebnisse in 12(b) und 12(c) stellen auf der Basis jedes Bestimmungsverfahrens die Punkte dar, welche die Möglichkeit eines Lesefehlers haben. Die Musterinformation wird unter der Annahme geändert, dass die Punkte, die in beiden der Extraktionsergebnisse in 12(b) und 12(c) eingeschlossen sind, die Punkte des Lesefehlers sind. Das Änderungsergebnis wird in 12(d) dargestellt. In 12(d) sind die Punkte in den Schraffierungsbereichen geändert, die von den Vierecken umgeben sind.
Die Mustergültigkeitsbestätigungseinheit 83 bestätigt wiederholt, ob nachstehend beschriebene Gültigkeitsbedingungen (C1) und (C2) hinsichtlich der Musterinformation nach der Änderung (zum Beispiel 12(d)) erfüllt sind.

(C1) der Zustand des Lichtpunkts (des beleuchteten Punkts "1" oder des unbeleuchteten Punkts "0") ist in jedem Zyklus des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung identisch (bei jeden vierten Punkten der vertikalen Richtung der ersten Ausführungsform).
(C2) die Anzahl, die durch Zählen der Anzahl von beleuchteten Punkten in einem Bereich erhalten wird, der einem Zyklus des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung entspricht, ist identisch mit der ersten festen Anzahl (zwei in der ersten Ausführungsform), welche die vorgegebene Anzahl von beleuchteten Punkten ist.

Wenn ein Bestätigungsergebnis angibt, dass beide der Gültigkeitsbedingungen (C1) und (C2) erfüllt sind, werden die Schätzung des Projektionswinkels und die Berechnung des Abstands basierend auf dem Leserergebnis in den Verarbeitungseinheit in der nachfolgenden Stufen ausgeführt (den Verarbeitungseinheiten nach der Einheitsmusterextraktionseinheit 84). Darüber hinaus werden, wenn das Bestätigungsergebnis angibt, dass wenigstens eine der Gültigkeitsbedingungen (C1) und (C2) nicht erfüllt ist, die Schätzung des Projektionswinkels und die Berechnung des Abstands basierend auf dem Leseergebnis in den Verarbeitungseinheiten der nachfolgenden Stufe nicht durchgeführt.
Hier wird ein Fall beschrieben, in welchem das Punktmuster, auf das sich bezogen wird, wenn die Gültigkeitsbestätigung und die Änderung der gemusterten Anordnung der Lichtpunkte in der vertikalen Richtung durchgeführt wird, zwei Zyklen (8 Punkte) der Einheitsmuster in der vertikalen Richtung ist, die Anzahl von Zyklen der Muster der Lichtpunkte, auf die sich bezogen wird, aber drei Zyklen (12 Punkte) oder mehr sein kann. Die Gültigkeitsbestätigung und die Änderung kann auf der Basis von mehr Regeln, durch Erhöhen der Anzahl von Zyklen der Muster der Lichtpunkte, auf die sich bezogen wird, durchgeführt werden, und daher erhöht sich der Anteil von zu korrigierenden Punkten. Zum Beispiel kann durch in Bezug nehmen von zwei Zyklen der Einheitsmuster ein fehlerhafter Punkt pro acht Punkte geändert werden, so dass die Berichtigungsrate 12,5 % beträgt. Im Gegensatz dazu, durch in Bezug nehmen von drei Zyklen der Einheitsmuster, können fehlerhafte Punkte von nicht mehr als zwei Punkten pro zwölf Punkte geändert werden, und die Berichtigungsrate verbessert sich auf 16,7 %.
Die Einheitsmusterextraktionseinheit 84, die in 11 dargestellt ist, bestätigt das Muster der Lichtpunkte in der horizontalen Richtung, und bestimmt die Grenzposition der Einheitsmuster. Insbesondere liest die Einheitsmusterextraktionseinheit 84 Zustände von Lichtpunkten, die in einem rechteckigen Bereich eingeschlossen sind, der einem oder mehr Zyklen der Einheitsmuster in der vertikalen Richtung (ersten Richtung) oder zwei oder mehr Zyklen der Einheitsmuster in der horizontalen Richtung (zweiten Richtung) entspricht, auf der Basis des Bildsignals der Projektionsbildkomponente. Die Einheitsmusterextraktionseinheit 84 zählt in der zweiten Richtung die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Reihe der gleichen Länge wie der Länge des Einheitsmusters eingeschlossen sind; sucht nach einer Stelle, an welcher der gezählt Wert der Anzahl von beleuchteten Punkten identisch mit der Anzahl von beleuchteten Punkten ist, die in einer Reihe in der zweiten Richtung des Einheitsmusters in allen Reihen eingeschlossen sind; und extrahiert Lichtpunkte eines Bereichs, welcher eine Grenze an dieser Stelle aufweist und die gleiche Größe wie das Einheitsmuster hat.
13(a) und 13(b) sind Diagramme, die ein Verfahren zum Bestimmen der Grenzposition der Einheitsmuster darstellen. 13(a) stellt Musterinformation dar, welche von der Punktmusterleseeinheit 280 erzeugt wird und für welche Gültigkeitsbestätigung und Änderung der Musterinformation von der Mustergültigkeitsbestätigungseinheit 83 durchgeführt wird. Hier ist es notwendig, um die Grenzposition der Einheitsmuster zu bestimmen, wenigstens den Bereich eines Zyklus des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung und zwei Zyklen des Einheitsmusters in der horizontalen Richtung zu lesen. Hier ist die Anzahl von Punkten des Einheitsmusters vier Punkte in der vertikalen Richtung und vier Punkte in der horizontalen Richtung, und in dem dargestellten Fall wird der Bereich von vier Punkten in der vertikalen Richtung und acht Punkten in der horizontalen Richtung gelesen. Darüber hinaus geben in 13(a) die Ziffern unterhalb der Musterinformation die Ergebnisse an, die durch Zählen der Anzahl von beleuchteten Punkten unter vier Punkten in der horizontalen Richtung erhalten werden, während eine Referenzposition Punkt für Punkt in der horizontalen Richtung verschoben wird.
Erkannt wird eine Stelle, an welcher die Anzahlen von beleuchteten Punkten in vier Punkten der horizontalen Richtung, über einen Bereich, der einem Zyklus des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung entspricht, alle identisch mit der vorgegebenen Anzahl von beleuchteten Punkten (zwei in der ersten Ausführungsform) zwischen den Grenzen der Einheitsmusters sind. In diesem Beispiel sind, wenn die Spalte der zweiten Punkte von der Linken der Musterinformation die Startposition ist, die beleuchteten Punkte in vier Punkten der horizontalen Richtung alle zwei Punkte, und wie in 13(b) dargestellt ist, wird die Grenzposition des Einheitsmusters als zwischen der Punktspalte des linken Endes der Musterinformation und der zweiten Punktspalte von der Linken, und zwischen der fünften Punktspalte und der sechsten Punktspalte von der Linken liegend bestimmt.
14 ist ein Diagramm, das eine Vielzahl von Referenzeinheitsmustern darstellt, die vorab in der Identifikationscodelesereinheit 85 oder der Speichereinheit 86 gespeichert sind, dargestellt in 11 in Verbindung mit Musternummern, welche die Information zu deren Identifikation sind. Die Identifikationscodelesereinheit 85 gleicht die Musterinformation des Einheitsmusters, das von der Einheitsmusterextraktionseinheit 84 extrahiert wird, mit der Anordnungsinformation des Referenzeinheitsmusters ab, das vorab bereitgestellt wird, und bestimmt die Musternummer, welche die Information zum Identifizieren des Referenzeinheitsmusters ist, das identisch mit dem extrahierten Einheitsmuster ist. Mit anderen Worten extrahiert die Identifikationscodelesereinheit 85 Lichtpunkte eines Bereichs der gleichen Größe wie das Einheitsmuster, auf der Basis des Bildsignals der Projektionsbildkomponente, und bestimmt das identische Muster durch Abgleichen des Musters, das durch Extrahieren eines Bereichs der gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der ersten Richtung erhalten wird, mit den Einheitsmustern, die in dem gesamten Projektionsmuster eingeschlossen sind, aus den extrahierten Lichtpunktemustern und dem Muster, das durch wiederholtes Auffinden des extrahierten Lichtpunktmusters in der vertikalen Richtung (ersten Richtung) erhalten wird. Zum Beispiel gleicht die Identifikationscodelesereinheit 85 das Einheitsmuster, das von der Einheitsmusterextraktionseinheit 84 extrahiert wird, mit den Referenzeinheitsmustern ab, die in 14 dargestellt sind, und gibt die Musternummer des Referenzeinheitsmusters aus, das mit dem extrahierten Einheitsmuster identisch ist. In diesem Fall wird die Grenze des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung nicht für das Einheitsmuster identifiziert, das von der Einheitsmusterextraktionseinheit 84 extrahiert wird, und daher ist es notwendig, den Abgleich für vier Muster durchzuführen (Abgleichsmuster A, B, C, D), die durch Verschieben der Anordnung des extrahierten Musters in der vertikalen Richtung erhalten werden, wie in 15 dargestellt.
Die in 14 dargestellten Muster sind so ausgelegt, dass sie nicht mit anderen Mustern und den Mustern identisch sind, die durch Verschieben jedes Musters in der vertikalen Richtung erhalten werden, selbst wenn sie in der vertikalen Richtung verschoben werden, und daher ist als ein Ergebnis des Abgleichs mit den vier Mustern allein eines der vier Muster unfehlbar identisch mit einem der Muster von 14.
Der nachfolgende Prozess erfordert keine Information darüber, welches Muster der vier Muster mit einem der Muster von 14 identisch ist, und daher wird allein die Musternummer des identischen Musters in 14 als ein Verarbeitungsergebnis von der Identifikationscodelesereinheit 85 erhalten.
Durch Ausführen des Abgleichs für die vier Muster (Abgleichsmuster A, B, C, D), die durch Verschieben der Anordnung des Musters, das auf diese Art extrahiert wird, in die vertikale Richtung erhalten werden, ist es möglich, die Musternummer des Referenzeinheitsmusters mit welchem der extrahierten Musteranordnung zu bestimmen, ohne die Grenze des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung zu identifizieren.
16 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel der Vielzahl von Einheitsmustern in dem Projektionsmuster des Bilderzeugungsgeräts gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Wie als ein horizontaler Richtungsbereich P1 in 16 dargestellt, erfüllen die in 14 dargestellten Referenzeinheitsmuster die vorstehende Projektionsmusterbedingung (B3) "wenn ein Bereich der gleichen Anzahl von Punkten (vier Punkte in der ersten Ausführungsform) wie das Einheitsmuster aus einer Phase herausgeschnitten wird, die sich von dem Zyklus der Einheitsmuster (Anordnungszyklus) (eine Grenzposition, die sich von den Grenzen der Einheitsmuster unterscheidet) in dem Projektionsmuster unterscheidet, unterscheidet sich die Anzahl von beleuchteten Punkten in der horizontalen Richtung (lateralen Richtung), die in diesem ausgestellten Bereich eingeschlossen sind, von der zweiten festen Anzahl (zwei in der ersten Ausführungsform), welches die Anzahl von beleuchteten Punkten ist, die in einer bestimmten Linie (Reihe) in dem Einheitsmuster eingeschlossen sind", durch Anordnen der Referenzeinheitsmuster in der horizontalen Richtung in der Reihenfolge der Musternummer Nummer 1 bis Nummer 18, Nummer 19, Nummer 18r bis Nummer 1r.
Darüber hinaus weisen, wie in 14 dargestellt, die Referenzeinheitsmuster Nummer 1r bis Nummer 18r die Muster der Lichtpunkte auf, die durch vertikales und horizontales Invertieren der Referenzeinheitsmuster Nummer 1 bis Nummer 18 erhalten werden. Das heißt die Referenzeinheitsmuster Nummer 1 bis Nummer 18 und die Referenzeinheitsmuster Nummer 1r bis Nummer 18r sind punktsymmetrisch hinsichtlich eines Symmetriemittelpunkts an dem Mittelpunkt des Referenzeinheitsmusters. Darüber hinaus ist das Referenzeinheitsmuster Nummer 19 selbst ein punktsymmetrisches Muster, das sich nicht ändert, selbst wenn es um 180° gedreht wird. Daher kann durch Anordnen des Referenzeinheitsmusters Nummer 19 an dem Mittelpunkt des gesamten Projektionsmusters, wie in 16 dargestellt, das gesamte Projektionsmuster als ein punktsymmetrisches Muster ausgelegt werden, das sich nicht ändert, selbst wenn es um 180° hinsichtlich des Mustermittelpunkts gedreht wird, wobei die Einheitsmuster Nummer 1 bis Nummer 18 auf der linken Seite angeordnet werden, und Nummer 18r bis Nummer 1r auf der rechten Seite angeordnet werden. Weiterhin kann, wie in 16 dargestellt, der gleiche Bereich wie der horizontale Richtungsbereich P1 auf der linken Seite und der rechten Seite in der horizontalen Richtung des horizontalen Richtungsbereichs P1 angeordnet werden.
Obwohl in der vorliegenden Erfindung das Projektionsmuster durch die Kombination der Laserlichtquelle und des Beugungsgitters projiziert wird, wird die Struktur des Beugungsgitters kompliziert, und die Designkosten steigen, wenn von dem Beugungsgitter ein nicht punktsymmetrisches Muster projiziert wird. Darüber hinaus steigt durch Verkomplizieren der Struktur des Beugungsgitters der Anteil des Lichts nullter Ordnung, das nicht gebeugt wird, und die Stärke des Lichts zum Projizieren des Musters nimmt ab. Die vorstehenden zwei Nachteile können verhindert werden, indem das Projektionsmuster punktsymmetrisch gemacht wird.
Die Wirksamkeitsbestätigungseinheit 87 prüft die Wirksamkeit des Identifikationscodes, der von der Identifikationscodelesereinheit 85 gelesen wird. Wenn ein Ergebnis der Prüfung angibt, dass die Wirksamkeit zweifelhaft ist (wenn keine Zuverlässigkeit besteht), wird der Identifikationscode in nachfolgenden Prozessen nicht verwendet.
Die Projektionswinkelschätzeinheit 88 erhält Information, die das Verhältnis zwischen den Musternummern der Einheitsmuster und den Positionen in dem Projektionsmuster angibt, und Information, die das Entsprechungsverhältnis zwischen den Positionen in dem Projektionsmuster und den Projektionswinkeln angibt, von der Steuereinheit 30, hinsichtlich der Musternummern, die von der Identifikationscodelesereinheit 85 bestimmt werden, und schätzt den Projektionswinkel φ von jedem Lichtpunkt auf der Basis von diesen. Im Übrigen kann die vorstehende Information, das heißt die Information, die das Verhältnis zwischen den Musternummern der Einheitsmuster und den Positionen in dem Projektionsmuster angibt, und die Information, die das Entsprechungsverhältnis zwischen den Positionen in dem Projektionsmuster und dem Projektionswinkel angibt, in einem Speicher der Projektionswinkelschätzeinheit 88 gehalten werden, wenn von der Steuereinheit 30 zugeführt.
Die Einfallswinkelschätzeinheit 89 berechnet, an welcher Position in der Bildoberfläche der Lichtpunkt erfasst wird, der in dem Einheitsmuster eingeschlossen ist, auf der Basis der Ausgabe der Einheitsmusterextraktionseinheit 84, und den Einfallswinkel θ des Lichtpunkts auf der Basis der Achsenlinienrichtung und des Blickwinkels der Abbildungseinheit 11. Die Information Szv, welche die Achsenlinienrichtung und den Blickwinkel angibt, wird von der Steuereinheit 30 vorab gehalten und wird von der Steuereinheit 30 zugeführt.
Die Abstandsberechnungseinheit 90 berechnet den Abstand zu der Oberfläche des Objekts, wo der Lichtpunkt projiziert wird, auf der Basis des Projektionswinkels φ, der von der Projektionswinkelschätzeinheit 88 geschätzt wird, dem Einfallswinkel θ, der von der Einfallswinkelschätzeinheit 89 berechnet wird und der Basislinienlänge Lpc, die von der Steuereinheit 30 zugeführt wird.
In 3 wird folgende Gleichung (1) aufgestellt. Z·tanφ – Z·tanθ = Lpc Gleichung (1)
Aus Gleichung (1) wird der Abstand Z von der Basislinie BL von 3 zu der Objektoberfläche, auf welche der Lichtpunkt projiziert wird (der Punkt, an welchem der Lichtpunkt SP gebildet wird), das heißt die Position des Lichtpunkts SP in 3 ausgedrückt durch die folgende Gleichung (2). Z = Lpc/(tanφ – tanθ) Gleichung (2)
Als nächstes kann der Abstand R von der Bildeinheit 11 zu der Objektoberfläche (Lichtpunkt P), auf welcher der Lichtpunkt gebildet wird, durch die folgende Gleichung (3) aus dem Abstand Z zu der Basislinie BL, der aus Ausgleichung (2) erhalten wird, und dem Einfallswinkel θ berechnet werden. R = Z/cosθ Gleichung (3)
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß der ersten Ausführungsform die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in der Breite (vier Punkte in der ersten Ausführungsform) des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung enthalten sind, an einer beliebigen Position auf eine feste Anzahl eingestellt, und deshalb kann, selbst wenn ein beleuchteter Punkt verloren geht oder Rauschen fehlerhaft als ein beleuchteter Punkt erkannt wird, die Gültigkeit der Musterinformation aus der gemusterten Anordnung von Lichtpunkten in der vertikalen Richtung bestimmt werden, und das Muster der Lichtpunkte kann geändert werden. Daher kann die genaue Abstandsinformation zu dem Objekt erhalten werden.
Darüber hinaus wird die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in der Breite (vier Punkte in der ersten Ausführungsform) des Einheitsmusters in der horizontalen Richtung eingeschlossen sind, in allen Linien allein an der Grenzposition des Einheitsmusters die konstante Anzahl (zweite feste Anzahl), und daher kann die Grenze des Einheitsmusters aus der Musteranordnung geschätzt werden, und das Einheitsmuster kann identifiziert werden, ohne einen eindeutigen Mustergrenzenidentifikationscode bereitzustellen. Daher können die Einheitsmuster genau identifiziert werden, und die genaue Abstandsinformation zu dem Objekt kann erhalten werden.
Darüber hinaus kann durch Bilden des gesamten Projektmusters als ein punktsymmetrisches Muster, das identisch mit dem ursprünglichen Muster ist, selbst wenn um 180° hinsichtlich seines Mittelpunkts gedreht, verhindert werden, dass die Struktur des Beugungsgitters für die Musterprojektion zu kompliziert wird, die Produktionskosten können verringert werden, und eine Verringerung in dem Licht nullter Ordnung macht es möglich, die Lichtstärke des Projektionsmusters zu erhöhen.
Weiterhin sind gemäß dem Bilderzeugungsgerät der ersten Ausführungsform eine Vielzahl von Einheitsmustern, die voneinander unterscheidbar sind, in der horizontalen Richtung angeordnet, und daher kann der Projektionswinkel des Lichtstrahls, der das Einheitsmuster bildet, aus der Anordnung der beleuchteten Punkte in dem Einheitsmuster identifiziert werden. Deswegen ist es nicht notwendig, den Projektionswinkel von jedem der Lichtpunkte in dem erfassten Bild durch den Musterabgleich zu schätzen, und der Berechnungsaufwand kann signifikant verringert werden.
Darüber hinaus kann, wie in 16 dargestellt, durch Bilden des gesamten Projektionsmusters als punktsymmetrisches Muster hinsichtlich seines Mittelpunkts (Nummer 19), verhindert werden, dass die Struktur des Beugungsgitters für die Musterprojektion zu kompliziert wird, die Produktionskosten können verringert werden, und eine Verringerung des Lichts nullter Ordnung, das ohne Beugung übertragen wird, macht es möglich, die Projektionsmusterlichtstärke durch das gebeugte Licht zu erhöhen.
Die vorstehende Beschreibung hat einen Fall dargestellt, in welchem das Einheitsmuster eine Größe von vier Punkten in der horizontalen Richtung und vier Punkten in der vertikalen Richtung aufweist. Die Größe des dargestellten Einheitsmusters ist jedoch ein Beispiel, und das Einheitsmuster kann auf eine beliebige Größe eingestellt werden. Zum Zweck einer Objektabstandsmessung ist es notwendig, wenigstens etwa zehn Typen einheitlicher Einheitsmuster anzulegen, welche die vorstehenden Projektionsmusterbedingungen (B1) bis (B5) erfüllen und nicht miteinander identisch sind. Deswegen ist die Minimalgröße eines wünschenswerten Einheitsmusters vier Punkte in der horizontalen Richtung und vier Punkte in der vertikalen Richtung.
Darüber hinaus kann durch Verkleinern der Größe des Einheitsmusters die Anzahl von Punkten, die für die Musteridentifikation notwendig sind, verringert werden, und der Minimalwert der Größe des Objekts, für welche der Abstand messbar ist, kann verkleinert werden.
Weiterhin kann, obwohl die vorstehende Beschreibung eine Konfiguration darstellt, die das Beugungsgitter als ein Element zum Bilden des Musterlichts L22 verwendet, ein Lichtstreugerät des Projektionsmusters, wie ein teildurchlässiges (transmissive) Computer-Hologramm (computererzeugtes Hologramm) anstatt der Konfiguration, die das Beugungsgitter nutzt, verwendet werden. Dieses Computerprogramm ist zum Beispiel in Patentreferenz 4 (Veröffentlichte Japanische Patentanmeldung Nr. 2007-17643 ) usw. beschrieben.
Zweite Ausführungsform.
Ein Bilderzeugungsgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine Vielzahl von Einheitsmustern, die ein Projektionsmuster zusammensetzen, das aus dem Musterlicht gebildet wird, das von der Projektionseinheit 22 abgestrahlt wird, jedes auf eine Größe von sechs Punkten in der horizontalen Richtung (zweiten Richtung) und vier Punkten in der vertikalen Richtung (ersten Richtung) eingestellt ist. Das Bilderzeugungsgerät gemäß der zweiten Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die in 1 und 11 dargestellte Konfiguration auf. Daher wird bei der Erläuterung der zweiten Ausführungsform auch auf die 1 und 11 Bezug genommen.
17 ist ein Diagramm, das die Anzahl von beleuchteten Punkten darstellt, die in einem Einheitsmuster in dem Projektionsmuster in dem Bilderzeugungsgerät gemäß der zweiten Ausführungsform eingeschlossen sind, hinsichtlich jeder Reihe (horizontalen Linie) und jeder Spalte (vertikalen Linie). Wie in 17 dargestellt, wird in der zweiten Ausführungsform das Einheitsmuster so eingestellt, dass in dem Einheitsmuster von sechs Punkten in der horizontalen Richtung und vier Punkten und der vertikalen Richtung (das heißt sechs Punkte x vier Punkte) die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Linie (Reihe) in der horizontalen Richtung eingeschlossen sind, drei ist, und die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in einer Linie (Spalte) in der vertikalen Richtung eingeschlossen sind, zwei ist.
18 ist ein Diagramm, das die zu erfüllenden Bedingungen darstellt, wenn eine Vielzahl von Einheitsmustern in dem Projektionsmuster in dem Bilderzeugungsgerät gemäß der zweiten Ausführungsform in der horizontalen Richtung angeordnet ist. 18 stellt einen Fall dar, in welchem drei Einheitsmuster in der horizontalen Richtung angeordnet sind. 18 stellt die Anzahl von beleuchteten Punkten unter sechs Punkten in der horizontalen Richtung an jeder Position in der horizontalen Richtung unterhalb der drei Einheitsmuster dar. Das Einheitsmuster wird so bestimmt, dass die Anzahl von beleuchteten Punkten zwischen den Grenzen des Einheitsmusters eine konstante Anzahl ist (drei in dem Beispiel von 18). Darüber hinaus wird eine Kombination der Einheitsmuster so bestimmt, dass wenn die Anzahl von beleuchteten Punkten unter sechs Punkten in der horizontalen Richtung an einer anderen Stelle als den Grenzen des Einheitsmusters gezählt wird, der gezählte Wert (die Anzahl von beleuchteten Punkten) in wenigstens einer Linie (Reihe) unter den gezählten Werten von vier Linien (Reihen) sich von dem konstanten Wert (drei in dem Beispiel von 18) unterscheidet, welcher die Anzahl von beleuchteten Punkten zwischen den Grenzen des Einheitsmusters ist. Hier ist es wünschenswert, dass sich die Anzahl von beleuchteten Punkten an einer anderen Stelle als den Grenzen der Einheitsmuster in so vielen Linien (Reihen) wie möglich von dem konstanten Wert (drei in dem Beispiel von 18) unterscheidet, welcher die Anzahl von beleuchteten Punkten zwischen den Grenzen des Einheitsmusters ist. Dies deshalb, da Fehler beim Identifizieren der Position des Einheitsmusters deutlich verringert werden können, wenn die Projektionsmusterbedingungen (B1) bis (B5) zu der Zeit des Lesens des Musters der Lichtpunkte erfüllt sind.
19 ist ein Diagramm, das eine Vielzahl von Referenzeinheitsmustern darstellt, die vorab in der Identifikationscodelesereinheit (85 von 11) oder der Speichereinheit (86 von 11) des Bilderzeugungsgeräts gemäß der zweiten Ausführungsform in Verbindung mit Musternummern gespeichert sind, welche die Information zu deren Identifizierung ist. Die Identifikationscodelesereinheit 85 gleicht die Musterinformation des Einheitsmusters, das von der Einheitsmusterextraktionseinheit 84 extrahiert wird, mit der Anordnungsinformation der Referenzeinheitsmuster ab, die vorab bereitgestellt werden, und bestimmt die Musternummer des Referenzeinheitsmusters, das identisch mit dem extrahierten Einheitsmuster ist.
20 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel der Vielzahl von Einheitsmustern in dem Projektionsmuster in dem Bilderzeugungsgerät gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Wie als ein horizontaler Richtungsbereich P2 dargestellt, sind die Referenzeinheitsmuster von 19 in der horizontalen Richtung, in der Reihenfolge der Musternummern Nummer 0, Nummer 1 bis Nummer 30, Nummer 31, Nummer 30r bis Nummer 1r, Nummer 0 angeordnet, und dadurch ist "der gezählte Wert von beleuchteten Punkten in wenigstens einer Linie (Reihe) unter den gezählten Werten von beleuchteten Punkten in vier Linien (Reihen) unterscheidet sich von der Anzahl von beleuchteten Punkten zwischen den Grenzen des Einheitsmusters" erfüllt. Mit anderen Worten ist die Projektionsmusterbedingungen (B3) "wenn ein Bereich der gleichen Anzahl von Punkten wie das Einheitsmuster aus einer Phase herausgeschnitten wird, die sich von dem Zyklus der Einheitsmuster (Anordnungszyklus) in dem Projektionsmuster unterscheidet (eine Position, die sich von den Grenzen des Einheitsmusters unterscheidet), unterscheidet sich die Anzahl von beleuchteten Punkten in der horizontalen Richtung (lateralen Richtung), die in dieser herausgeschnittenen Bereich eingeschlossen sind, in einer bestimmten Linie (Reihe) von der zweiten festen Anzahl, welche die Anzahl von beleuchteten Punkten ist, die in dem Einheitsmuster eingeschlossen sind" erfüllt.
Darüber hinaus weisen, wie in 19 dargestellt, die Referenzeinheitsmuster Nummer 1r bis Nummer 30r die Muster von Lichtpunkten auf, die durch vertikales und horizontales Invertieren der Referenzeinheitsmuster Nummer 1 bis Nummer 30 erhalten werden. Das heißt, dass die Referenzeinheitsmuster Nummer 1 bis Nummer 30 und die Referenzeinheitsmuster Nummer 1r bis Nummer 30r punktsymmetrisch hinsichtlich eines Symmetriemittelpunkts an dem Mittelpunkt des Referenzeinheitsmusters sind. Zudem weist jedes der Referenzeinheitsmuster Nummer 0 und Nummer 31 ein Muster von Lichtpunkten auf, das sich selbst dann nicht ändert, wenn es um 180° gedreht wird. Daher kann, wie in 20 dargestellt, das gesamte Projektionsmuster als ein punktsymmetrisches Muster ausgelegt durch Anordnen des Einheitsmusters Nummer 31 an dem Mittelpunkt des gesamten Projektionsmusters, Anordnen der Einheitsmuster Nummer 0, Nummer 1 bis Nummer 30 an der linken Seite des Einheitsmusters Nummer 31 und Anordnen der Einheitsmuster Nummer 30r bis Nummer 1r, Nummer 0 an der rechten Seite des Einheitsmusters Nummer 31 werden, das sich selbst dann nicht ändert, wenn es um 180° hinsichtlich eines Mittelpunkts an dem Einheitsmuster Nummer 31 gedreht wird.
Obwohl in der ersten Ausführungsform die Größe des Einheitsmusters vier Punkte in der horizontalen Richtung und vier Punkte in der vertikalen Richtung beträgt, können durch Vergrößern der Größe des Einheitsmusters auf sechs Punkte in der horizontalen Richtung und vier Punkte in der vertikalen Richtung, wie in der zweiten Ausführungsform, Typen von einheitlichen Einheitsmustern, die in der horizontalen Richtung angeordnet werden können, erhöht werden. Die Typen von identifizierbaren Einheitsmustern erhöhen sich durch Vergrößern der Größe des Einheitsmusters, und deshalb kann der Objektwinkel innerhalb eines breiteren Winkelbereichs berechnet werden. Man beachte, dass wie in 20 dargestellt der gleiche Bereich wie der horizontale Richtungsbereich P2 in der linken Seite und der rechten Seite des horizontalen Richtungsbereichs P2 in der horizontalen Richtung angeordnet werden kann.
Darüber hinaus wird, wenn die Größe des Einheitsmusters größer gemacht wird, die Größe des Objekts, das zum Identifizieren der Muster notwendig ist, vergrößert wird, und die Position eines kleinen Objekts kann nicht gemessen werden. Deshalb ist es notwendig, eine geeignete Größe des Einheitsmusters gemäß der Größe des Objekts und dem Bereich des Messabstands zu wählen, welche in einem System, das die vorliegende Technologie nutzt, angenommen werden.
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß dem Bilderzeugungsgerät der zweiten Ausführungsform die Anzeige von beleuchteten Punkten, die in der Breite (vier Punkte) des Einheitsmusters in der vertikalen Richtung (ersten Richtung) auf die erste feste Anzahl (zwei) eingestellt, und daher kann, selbst wenn ein beleuchteter Punkt (erster Punkt) verloren geht oder selbst wenn ein Rauschen fehlerhaft als ein beleuchteter Punkt erkannt wird, die Gültigkeit der Musterinformation aus der Anordnung von Lichtpunkten in der vertikalen Richtung bestimmt werden, und der Fehler des Lichtpunkts kann geändert werden. Daher kann, selbst wenn das Objekt weit weg von dem Bilderzeugungsgerät ist, die genaue Abstandsinformation zu dem Objekt erhalten werden.
Darüber hinaus wird gemäß dem Bilderzeugungsgerät der zweiten Ausführungsform der gezählte Wert zu der zweiten festen Anzahl (drei) in allen Linien (Reihen), allein wenn die Anzahl von beleuchteten Punkten, die in der Breite (sechs Punkte) des Einheitsmusters in der horizontalen Richtung (zweiten Richtung) zwischen den Grenzen des Einheitsmusters gezählt wird. Deshalb können die Grenzen in der horizontalen Richtung der Einheitsmuster aus der Anordnung der Lichtpunkte geschätzt werden und das Einheitsmuster kann identifiziert werden, ohne einen eindeutigen Mustergrenzenidentifikationscode bereitzustellen. Daher können die Einheitsmuster genau identifiziert werden, und die genaue Abstandsinformation zu dem Objekt kann erhalten werden.
Weiterhin sind gemäß dem Bilderzeugungsgerät der zweiten Ausführungsform eine Vielzahl von Einheitsmustern, die voneinander unterscheidbar sind, in der horizontalen Richtung angeordnet, und daher kann der Projektionswinkel des Lichtstrahls, der das Einheitsmuster bildet, aus der Anordnung der beleuchteten Punkte in dem Einheitsmuster identifiziert werden. Deshalb ist es nicht notwendig, den Projektionswinkel von jedem der Lichtpunkte in dem erfassten Bild durch den Musterabgleich zu schätzen, und der Berechnungsaufwand kann signifikant verringert werden.
Darüber hinaus ist, wie in 20 dargestellt, das gesamte Projektionsmuster ein punktsymmetrisches Muster hinsichtlich eines Symmetriemittelpunkts an dem Mittelpunkt (Referenzeinheitsmuster Nummer 31), wodurch verhindert werden kann, dass die Struktur des Beugungsgitters zum Projizieren des Musterlichts kompliziert wird, und die Produktionskosten können verringert werden. Darüber hinaus macht es die Verringerung des Lichts nullter Ordnung, das ohne Beugung übertragen wird, möglich, die Stärke des Projektionsmusterlichts zu erhöhen, welches das Beugungslicht ist.
Dritte Ausführungsform.
21 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm, das ein Bilderzeugungsgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Trennungseinheit 16, die Bilderzeugungseinheit 17, die Abstandsinformationserzeugungseinheit 18, die Anzeigeverarbeitungseinheit 19 und die Steuereinheit 30 in dem Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten und zweiten Ausführungsformen können mit einem Verarbeitungsschaltkreis wie einem integrierten Schaltkreis ausgelegt sein. Darüber hinaus können die Trennungseinheit 16, die Bilderzeugungseinheit 17, die Abstandsinformationserzeugungseinheit 18, die Anzeigeverarbeitungseinheit 19 und die Steuereinheit 32 als ein Verarbeitungsgerät 40 implementiert seien. Das Verarbeitungsgerät 14 kann aus einem Speicher 41 und einer CPU (Hauptprozessoreinheit; Central Processing Unit) 42 zusammengesetzt sein, die ein in dem Speicher 41 gespeichertes Programm ausführen kann. Die CPU 42 wird auch als eine Hauptprozessoreinheit bezeichnet, ein Berechnungsgerät, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein Prozessor oder ein DSP (Digitaler Signal Prozessor, Digital Signal Processor). Der Speicher 41 ist zum Beispiel ein nicht flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie ein RAM (Schreiblesespeicher, Random Access Memory), ein ROM (Nurlesespeicher, Read Only Memory), ein Flash-Speicher, ein EPROM (elektronisch programmierbarer Nurlesespeicher, Erasable Programmable Read Only Memory) und ein EEPROM (elektronisch löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher, Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), oder der Speicher 41 ist eine Magnetplatte, eine flexible Disk, eine optische Disk, eine Kompaktdisk, eine Mini-Disc, eine DVD (digitale vielseitige Disk, Digital Versatile Disc) oder dergleichen. Darüber hinaus kann das Verarbeitungsgerät 40 mit Software, Firmware oder einer Kombination von Software und Firmware ausgelegt sein. Die Software und die Firmware können als ein Programm beschrieben werden, und in dem Speicher 41 gespeichert sein. Das Bilderzeugungsgerät gemäß der dritten Ausführungsform arbeitet in der gleichen Art wie das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform und kann den gleichen Effekt erzielen.
Variantenbeispiel.
Das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen kann auf ein Videoerfassungsgerät wie eine Videokamera angewendet werden. Das Videoerfassungsgerät, auf welches das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen angewendet wird, kann ein Videosignal und die Abstandsinformation zu jeder Position ausgeben, die mit dem Video verknüpft ist.
Darüber hinaus kann das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen auf ein Videoanzeigegerät wie einen Fernseher angewendet werden. Das Videoanzeigegerät, auf welches das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen angewendet wird, kann das Videosignal und die Abstandsinformation zu jeder Position, die mit dem Video verknüpft ist, an einem Anzeigebildschirm anzeigen.
Darüber hinaus kann das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen auf ein Videoaufnahme- und Wiedergabegerät wie einen Videorecorder angewendet werden. Das Videoaufnahme- und Wiedergabe Gerät, auf welches das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform angewendet wird, ist in der Lage, das Videosignal und die Abstandsinformation zu jeder Position aufzunehmen, die mit dem Video in einem Aufnahmemedium verknüpft ist, und diese von einem Speichermedium zu Lesen, um diese wiederzugeben.
Darüber hinaus kann jedes, das Videoerfassungsgerät, das Videoanzeigegerät und das Videoaufnahme- und Wiedergabegerät, auf welches die Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen angewendet wird, auf ein Überwachungssystem angewendet werden.
Weiterhin kann das Bilderzeugungsgerät gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen zur Fahrunterstützung basierend auf Hinderniserkennung vor und hinter einem Fahrzeug angewendet werden, zum Beispiel zur Parkunterstützung für ein Fahrzeug.
Beschreibung von Bezugszeichen

10 Bilderfassungseinheit; 11 Abbildungseinheit; 12 Linse; 14 Bildsensor; 15 A/D-Wandlereinheit; 16 Trennungseinheit; 17 Bilderzeugungseinheit; 18 Abstandsinformationserzeugungseinheit; 19 Anzeigeverarbeitungseinheit; 20 Musterlichterzeugungseinheit; 21 Antriebseinheit; 22 Projektionseinheit; 23 Laserlichtquelle; 24 Kollimatorlinse; 25 Blende; 26 Beugungsgitter; 30 Steuereinheit; 30 a Speichereinheit; 61 Rahmenverzögerungseinheit; 62 Differenzberechnungseinheit; 63 Schalter; 81 Binarisierungseinheit; 82 Punktmusterlesereinheit; 83 Mustergültigkeitsbestätigungseinheit; 84 Einheitsmusterextraktionseinheit; 85 Identifikationscodelesereinheit führen 86 Speichereinheit; 87 Wirksamkeitsbestätigungseinheit; 88 Projektionswinkelschätzeinheit; 89 Einfallswinkelschätzeinheit; 90 Abstandsberechnungseinheit.

Claims

Bilderzeugungsgerät, umfassend: eine Abbildungseinheit, die zum Erzeugen eines Abbildungssignals durch Erfassen eines Bilds aus einem Abbildungsraum ausgelegt ist; eine Projektionseinheit, die zum Bilden eines Projektionsmusters als einem Projektionsbild auf einem Objekt ausgelegt ist, das in dem Abbildungsraum existiert, durch Projizieren von Musterlicht in Richtung des Abbildungsraums; eine Trennungseinheit, die zum Erzeugen eines Bildsignals einer Hintergrundkomponente ausgelegt ist, die keine Komponente des Projektionsmusters einschließt, und eines Bildsignals einer Projektionsbildkomponente, aus dem Abbildungssignal, das erzeugt wird, wenn das Musterlicht nicht projiziert wird, und dem Abbildungssignal, das erzeugt wird, wenn das Musterlicht projiziert wird; und eine Abstandsinformationserzeugungseinheit, die ausgelegt ist zum Vorabspeichern eines Verhältnisses zwischen einer Position von jedem der Lichtpunkte in dem Projektionsmuster und einem Projektionswinkel und zum Erzeugen von Abstandsinformation, die einen Abstand zu dem Objekt angibt, auf welches die Lichtpunkte projiziert werden, durch Identifizieren eines Projektionswinkels von jedem der Lichtpunkte in dem Projektionsmuster, das von der Abbildungseinheit erfasst wird, auf Grundlage des Verhältnisses zwischen der Position von jedem der Lichtpunkte in dem Projektionsmuster und dem Projektionswinkel und des Bildsignals der Projektionsbildkomponente und Berechnen des Abstands auf Grundlage der identifizierten Projektionswinkel; wobei das Projektionsmuster eine Vielzahl von Einheitsmustern enthält, die in einer Vielzahl von Reihen in einer ersten Richtung und einer Vielzahl von Spalten in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung angeordnet sind, die Vielzahl von Lichtpunkten erste Punkte und zweite Punkte einschließt und die ersten Punkte und die zweiten Punkte Lichtpunkte in voneinander unterschiedlichen Zuständen sind, die Vielzahl von Einheitsmustern, die in der ersten Richtung angeordnet sind, miteinander identische Lichtpunktanordnungen aufweisen, die Vielzahl von Einheitsmustern, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, voneinander unterschiedliche Lichtpunktanordnungen aufweisen, in jeder der Vielzahl von Einheitsmustern eine Anzahl der ersten Punkte innerhalb einer Vielzahl von Lichtpunkten, die in der ersten Richtung angeordnet sind, eine feste Anzahl ist, die eine gleiche Anzahl in jeder Reihe in der zweiten Richtung ist, und sich an einer anderen Stelle als dem Einheitsmuster eine Anzahl der ersten Punkte, die in einer Reihe gleicher Länge wie das Einheitsmuster in der zweiten Richtung enthalten sind, von der festen Anzahl unterscheidet innerhalb einer bestimmten Reihe in der zweiten Richtung.
Bilderzeugungsgerät gemäß Anspruch 1, bei dem: der erste Punkt ein beleuchteter Punkt als der Lichtpunkt an einer Position ist, der durch Bestrahlen mit einem Lichtstrahl gebildet wird, der von der Projektionseinheit abgestrahlt wird, und der zweite Punkt ein nicht beleuchteter Punkt als der Lichtpunkt an einer Position ist, welche von dem Lichtstrahl nicht bestrahlt ist.
Bilderzeugungsgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem: die Abstandsinformationserzeugungseinheit eine Mustergültigkeitsbestätigungseinheit einschließt, und die Mustergültigkeitsbestätigungseinheit Lichtpunkte in einem rechteckigen Bereich von einer Größe liest, die zwei oder mehr Zyklen des Einheitsmusters in jeder der ersten Richtung und der zweiten Richtung entspricht, auf einer Basis des Bildsignals der Projektionsbildkomponente, die von der Trennungseinheit erzeugt wird, und bestimmt, ob eine Bedingung, dass Zustände der Lichtpunkte von Positionen, die durch einen Abstand einer Länge des Einheitsmuster in der ersten Richtung getrennt sind, miteinander identisch sind, und eine Bedingung, dass eine Anzahl der ersten Lichtpunkte, die in einer Spalte mit einer gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der ersten Richtung die gleiche wie eine Anzahl der ersten Punkte ist, die in einer Spalte des Einheitsmuster in der ersten Richtung eingeschlossen sind, erfüllt sind oder nicht.
Bilderzeugungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem: die Abstandsinformationserzeugungseinheit eine Einheitsmusterextraktionseinheit einschließt, und die Einheitsmusterextraktionseinheit Zustände von Lichtpunkten liest, die in einem rechteckigen Bereich eingeschlossen sind, der einem oder mehreren Zyklen des Einheitsmusters in der ersten Richtung und zwei oder mehreren Zyklen des Einheitsmuster in der zweiten Richtung entspricht, auf Basis des Bildsignals der Projektionsbildkomponente, die von der Trennungseinheit erzeugt wird, und eine Anzahl der ersten Punkte zählt, die in einer Reihe mit einer gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der zweiten Richtung eingeschlossen sind, nach einer Stelle sucht, an welcher ein gezählter Wert der Anzahl der ersten Punkte in allen Reihen gleich wie die Anzahl der ersten Punkte ist, die in einer Reihe in der zweiten Richtung des Einheitsmuster eingeschlossen sind, und Lichtpunkte in einem Bereich extrahiert, welcher eine Grenze an der Stelle und eine gleiche Größe wie das Einheitsmuster aufweist.
Bilderzeugungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem: die Abstandsinformationserzeugungseinheit eine Identifikationscodeleseeinheit einschließt, und die Identifikationscodeleseeinheit Lichtpunkte in einem Bereich mit einer gleichen Größe wie das Einheitsmuster extrahiert, auf Basis des Bildsignals der Projektionsbildkomponente, die von der Trennungseinheit erzeugt wird, und ein identisches Muster durch Ausführen eines Abgleichs zwischen einem Muster, das durch Extrahieren eines Bereichs mit einer gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der ersten Richtung und den Einheitsmustern erhalten wird, die in dem gesamten Projektionsmuster enthalten sind, aus einem Muster der extrahierten Lichtpunkte und einem Muster bestimmt, das durch wiederholtes Auffinden des Musters der extrahierten Lichtpunkte in der ersten Richtung erhalten wird.
Bilderzeugungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem: eine Anordnung der Lichtpunkte, die in dem gesamten Projektionsmuster eingeschlossen sind, als punktsymmetrisch hinsichtlich eines Symmetriezentrums an einer Mittelpunktposition des gesamten Projektionsmusters bestimmt wird, und die Vielzahl von Einheitsmustern, die in dem Projektionsmuster eingeschlossen sind, ein Paar eines ersten Einheitsmusters und eines zweiten Einheitsmusters enthalten, das durch Drehen des ersten Einheitsmusters um 180° bezüglich eines Zentrums an einer Mittelpunktposition des ersten Einheitsmusters erhalten wird.
Bilderzeugungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem: das Einheitsmuster Lichtpunkte von vier Reihen in der ersten Richtung und vier Spalten in der zweiten Richtung enthält, eine Anzahl der in der ersten Richtung angeordneten ersten Punkte, die in dem Einheitsmuster eingeschlossen sind, zwei ist, und eine Anzahl der in der zweiten Richtung angeordneten ersten Punkte, die in dem Einheitsmuster eingeschlossen sind, zwei ist.
Bilderzeugungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem: das Einheitsmuster Lichtpunkte von vier Reihen in der ersten Richtung und sechs Spalten in der zweiten Richtung enthält, eine Anzahl der in der ersten Richtung angeordneten ersten Punkte, die in dem Einheitsmuster eingeschlossen sind, zwei ist, und eine Anzahl der in der zweiten Richtung angeordneten ersten Punkte, die in dem Einheitsmuster eingeschlossen sind, drei ist.
Bilderzeugungsverfahren, umfassend: einen Schritt des Bildens eines Projektionsmusters als ein Projektionsbild auf einem Objekt, das in einem Abbildungsraum existiert, durch Projizieren von Musterlicht in Richtung des Abbildungsraums; einen Schritt des Erzeugens eines Abbildungssignals durch Erfassen eines Bildes des Abbildungsraums; einen Schritt des Erzeugens eines Bildsignals einer Hintergrundkomponente, die keine Komponente des Projektionsmusters enthält, und eines Bildsignals einer Projektionsbildkomponente, aus dem Abbildungssignal, das erzeugt wird, wenn das Musterlicht nicht projiziert wird und dem Abbildungssignal, das erzeugt wird, wenn das Musterlicht projiziert wird; und einen Schritt des Identifizierens eines Projektionswinkels jedes der Lichtpunkte in dem erfassten Projektionsmuster auf Basis eines Verhältnisses zwischen einer Position jedes der Lichtpunkte in dem Projektionsmuster und einem Projektionswinkel, das im Vorhinein gespeichert wird, und des Bildsignals der Projektionsbildkomponente, des Berechnens eines Abstands zu dem Objekt, auf welches die Lichtpunkte projiziert werden, auf Basis der identifizierten Projektionswinkel, und dadurch Erzeugen von Abstandsinformation, die den Abstand angibt; wobei das Projektionsmuster eine Vielzahl von Einheitsmustern enthält, die in einer Vielzahl von Reihen in einer ersten Richtung und einer Vielzahl von Spalten in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Lichtpunkten erste Punkte und zweite Punkte enthält, und die ersten Punkte und die zweiten Punkte Lichtpunkte in voneinander unterschiedlichen Zuständen sind, die Vielzahl von Einheitsmustern, die in der ersten Richtung angeordnet sind, Lichtpunktanordnungen aufweisen, die miteinander identisch sind, die Vielzahl von Einheitsmustern, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, Lichtpunktanordnungen aufweisen, die voneinander verschieden sind, in jeder der Vielzahl von Einheitsmustern eine Anzahl der ersten Punkte innerhalb einer Vielzahl von Lichtpunkten, die in der ersten Richtung angeordnet sind, eine feste Anzahl ist, welche die gleiche Anzahl in jeder Reihe in der zweiten Richtung ist, und sich an einer anderen Stelle als dem Einheitsmuster eine Anzahl der ersten Punkte, die in einer Reihe mit einer gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der zweiten Richtung enthalten sind, von der festen Anzahl unterscheidet innerhalb einer bestimmten Reihe in der zweiten Richtung.
Ein Musterlichterzeugungsgerät, umfassend: eine Projektionseinheit, die zum Erzeugen und Projizieren von Musterlicht ausgelegt ist, das vorbestimmte Lichtpunktmuster aus Licht einschließt, das von einer Lichtquelle abgestrahlt wird, und dadurch ein Projektionsmuster als ein Projektionsbild auf einem Objekt bildet; und eine Antriebseinheit, die zum Antreiben der Lichtquelle ausgelegt ist; wobei das Projektionsmuster eine Vielzahl von Einheitsmustern einschließt, die in einer Vielzahl von Reihen in einer ersten Richtung und einer Vielzahl von Spalten in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung angeordnet sind, die Vielzahl von Lichtpunkten erste Punkte und zweite Punkte enthält, und die ersten Punkte und die zweiten Punkte Lichtpunkte in voneinander unterschiedlichen Zuständen sind, die Vielzahl von Einheitsmustern, die in der ersten Richtung angeordnet sind, Lichtpunktanordnungen aufweisen, die miteinander identisch sind, die Vielzahl von Einheitsmustern, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, Lichtpunktanordnungen aufweisen, die voneinander verschieden sind, in jedem der Vielzahl von Einheitsmustern eine Anzahl der ersten Punkte innerhalb einer Vielzahl von Lichtpunkten, die in der ersten Richtung angeordnet sind, eine feste Anzahl ist, welche die gleiche Anzahl in jeder Reihe in der zweiten Richtung ist, und sich an einer anderen Stelle als dem Einheitsmuster eine Anzahl der ersten Punkte, die in einer Reihe mit einer gleichen Länge wie das Einheitsmuster in der zweiten Richtung enthalten sind, von der festen Anzahl unterscheidet innerhalb einer bestimmten Reihe in der zweiten Richtung.