JP2000121339A - 立体情報検出方法及び装置 - Google Patents
立体情報検出方法及び装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 立体動画像の撮像に適用することができ、被
写体の立体情報を映像信号のフレーム時間に実時間で追
随できる速度で検出する方法および装置を提供する。 【解決手段】 本発明によれば、所定の輝度を有する照
明光で照明された被写体が光学像として結像され、この
光学像を所定の撮像利得で撮像した映像から、被写体の
各点の距離を求める。ここで、輝度および撮像利得の少
なくとも一方が時間とともに変化する。このような輝度
および撮像利得を利用して撮像した映像の輝度分布は、
光源から発した照明光が被写体の各点で反射されて撮像
装置に到達するまでの時間の違いを反映しており、照明
光の光源から被写体の各点それぞれまでの距離情報を含
んでいる。本発明では、このことを利用することで、映
像信号のフレーム時間に実時間で追随できる速度での立
体情報を検出を可能にしている。
写体の立体情報を映像信号のフレーム時間に実時間で追
随できる速度で検出する方法および装置を提供する。 【解決手段】 本発明によれば、所定の輝度を有する照
明光で照明された被写体が光学像として結像され、この
光学像を所定の撮像利得で撮像した映像から、被写体の
各点の距離を求める。ここで、輝度および撮像利得の少
なくとも一方が時間とともに変化する。このような輝度
および撮像利得を利用して撮像した映像の輝度分布は、
光源から発した照明光が被写体の各点で反射されて撮像
装置に到達するまでの時間の違いを反映しており、照明
光の光源から被写体の各点それぞれまでの距離情報を含
んでいる。本発明では、このことを利用することで、映
像信号のフレーム時間に実時間で追随できる速度での立
体情報を検出を可能にしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、立体動画像撮像に
適用することが可能な被写体の立体情報検出方法および
装置に関し、特に、映像信号のフレーム時間に実時間で
追随できる速度で被写体各点の距離を２次元的に計測す
ることにより被写体の立体情報を検出する方法および装
置に関するものである。
適用することが可能な被写体の立体情報検出方法および
装置に関し、特に、映像信号のフレーム時間に実時間で
追随できる速度で被写体各点の距離を２次元的に計測す
ることにより被写体の立体情報を検出する方法および装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光を用いて被写体の距離あるいは立体情
報を計測する従来の技術としては、以下の方法がある。
報を計測する従来の技術としては、以下の方法がある。
【０００３】（１）図１２のように、パルス状のレーザ
ー光あるいは正弦波で振幅変調したレーザー光を被写体
に照射し、反射光の到達時間あるいは変調位相から距離
を計測する。
ー光あるいは正弦波で振幅変調したレーザー光を被写体
に照射し、反射光の到達時間あるいは変調位相から距離
を計測する。
【０００４】（２）図１３のように、前記（１）の方法
においてレーザービームを２次元的に走査することによ
り被写体各部の距離を２次元的に計測する。
においてレーザービームを２次元的に走査することによ
り被写体各部の距離を２次元的に計測する。
【０００５】（３）図１４のように、正弦波信号で照明
光を変調するとともに、撮像素子の前面に置かれたイメ
ージインテンシファイアの光増幅利得を同じ正弦波信号
で変調する。被写体からの反射光をレンズで結像した光
学像は、被写体とレンズまでの距離に応じた変調位相を
有しているため、イメージインテンシファイアに入力さ
れた光学像のうち光増幅利得の変化と位相の合った部分
のみが強調される。そのため、レンズから等距離にある
被写体の部分を等高線状に２次元的にとらえることがで
きる。この動作原理の詳細は、特開平6-294868号公報の
「イメージングレーザレーダ装置」に記述されている。
光を変調するとともに、撮像素子の前面に置かれたイメ
ージインテンシファイアの光増幅利得を同じ正弦波信号
で変調する。被写体からの反射光をレンズで結像した光
学像は、被写体とレンズまでの距離に応じた変調位相を
有しているため、イメージインテンシファイアに入力さ
れた光学像のうち光増幅利得の変化と位相の合った部分
のみが強調される。そのため、レンズから等距離にある
被写体の部分を等高線状に２次元的にとらえることがで
きる。この動作原理の詳細は、特開平6-294868号公報の
「イメージングレーザレーダ装置」に記述されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記（１）に記述した
方法は、被写体の一点の距離を計測するものであり、被
写体の立体情報を得ることが出来ない。そのため、被写
体各部の距離の２次元的な分布を計測して立体情報を得
るためには、上記（２）の方法のように光ビームを２次
元的に走査する必要がある。また、上記（３）の方法
は、レンズから等距離にある被写体の一部分のみが抽出
されるため、被写体全体の立体情報を得るためには、照
明光の変調位相を所要の範囲だけ変化させる必要があ
る。上記（２）及び（３）はそれぞれ、照明光ビームの
２次元的なラスタ走査と照明光の変調位相の変化が必要
であるため、被写体の立体情報を映像信号のフレーム時
間の速度で取り込むことは困難であり、立体動画像の撮
像に適用するには不向きである。
方法は、被写体の一点の距離を計測するものであり、被
写体の立体情報を得ることが出来ない。そのため、被写
体各部の距離の２次元的な分布を計測して立体情報を得
るためには、上記（２）の方法のように光ビームを２次
元的に走査する必要がある。また、上記（３）の方法
は、レンズから等距離にある被写体の一部分のみが抽出
されるため、被写体全体の立体情報を得るためには、照
明光の変調位相を所要の範囲だけ変化させる必要があ
る。上記（２）及び（３）はそれぞれ、照明光ビームの
２次元的なラスタ走査と照明光の変調位相の変化が必要
であるため、被写体の立体情報を映像信号のフレーム時
間の速度で取り込むことは困難であり、立体動画像の撮
像に適用するには不向きである。
【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の問
題を解決して立体動画像の撮像に適用するために、被写
体の立体情報を映像信号のフレーム時間以内で検出する
ことを可能とする方法および装置を提供することであ
る。
題を解決して立体動画像の撮像に適用するために、被写
体の立体情報を映像信号のフレーム時間以内で検出する
ことを可能とする方法および装置を提供することであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る立体情報検
出方法は、所定の輝度を有する照明光で照明された被写
体を光学像として結像し、この光学像を所定の撮像利得
で撮像した映像から、被写体の各点の距離を検出する方
法であり、前記所定の輝度および撮像利得の少なくとも
一方が時間とともに変化するものであり、被写体の各点
の距離を映像信号のフレーム時間に実時間で追随する速
度で検出できるようになっている。時間とともに変化す
る輝度または撮像利得を利用することで、撮像された被
写体の映像の２次元的な輝度分布には被写体の各点まで
の距離情報が含まれるようになる。従って、この輝度レ
ベル情報から被写体の各点の距離を求めることができ、
被写体の立体情報を検出することができる。
出方法は、所定の輝度を有する照明光で照明された被写
体を光学像として結像し、この光学像を所定の撮像利得
で撮像した映像から、被写体の各点の距離を検出する方
法であり、前記所定の輝度および撮像利得の少なくとも
一方が時間とともに変化するものであり、被写体の各点
の距離を映像信号のフレーム時間に実時間で追随する速
度で検出できるようになっている。時間とともに変化す
る輝度または撮像利得を利用することで、撮像された被
写体の映像の２次元的な輝度分布には被写体の各点まで
の距離情報が含まれるようになる。従って、この輝度レ
ベル情報から被写体の各点の距離を求めることができ、
被写体の立体情報を検出することができる。
【０００９】上記の撮像は、映像信号の１フレーム時間
内に複数回行ってもよい。この場合、撮像素子の蓄積効
果により信号対雑音比が改善され、撮像感度が高まる。
内に複数回行ってもよい。この場合、撮像素子の蓄積効
果により信号対雑音比が改善され、撮像感度が高まる。
【００１０】本発明に係る立体情報検出装置は、所定の
輝度を有する照明光を被写体に投射することの可能な投
光部と、所定の撮像利得で被写体を撮像することの可能
な撮像部と、撮像部から出力された映像信号に含まれる
輝度レベル情報から、被写体の各点の距離を計算する信
号処理部と、を備えており、前記所定の輝度および撮像
利得の少なくとも一方が時間とともに変化するものであ
り、被写体の各点の距離を映像信号のフレーム時間に実
時間で追随できる速度で検出することができる。時間と
ともに変化する輝度または撮像利得を利用することで、
撮像部によって撮像される被写体の映像の２次元的な輝
度分布には投光部から被写体の各点までの距離情報が含
まれるようになる。従って、信号処理部は、映像信号に
含まれる輝度レベル情報から被写体の各点の距離を計算
することができる。この装置によれば、撮像時間が十分
に短く、信号処理部が十分な速度で被写体の各点の距離
を計算できるものであれば、被写体各点の距離を映像信
号のフレーム時間に実時間で追随する速度で検出するこ
とができる。
輝度を有する照明光を被写体に投射することの可能な投
光部と、所定の撮像利得で被写体を撮像することの可能
な撮像部と、撮像部から出力された映像信号に含まれる
輝度レベル情報から、被写体の各点の距離を計算する信
号処理部と、を備えており、前記所定の輝度および撮像
利得の少なくとも一方が時間とともに変化するものであ
り、被写体の各点の距離を映像信号のフレーム時間に実
時間で追随できる速度で検出することができる。時間と
ともに変化する輝度または撮像利得を利用することで、
撮像部によって撮像される被写体の映像の２次元的な輝
度分布には投光部から被写体の各点までの距離情報が含
まれるようになる。従って、信号処理部は、映像信号に
含まれる輝度レベル情報から被写体の各点の距離を計算
することができる。この装置によれば、撮像時間が十分
に短く、信号処理部が十分な速度で被写体の各点の距離
を計算できるものであれば、被写体各点の距離を映像信
号のフレーム時間に実時間で追随する速度で検出するこ
とができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の種々の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形
態に係る立体情報検出装置の構成図である。この装置
は、振幅変調された照明光Ｓ６で被写体を照明すること
の可能な投光部１０、撮像利得を時間とともに変化させ
て被写体からの反射光Ｓ７を受光し、被写体の光学像を
撮像することの可能な撮像部１１、撮像部１１からの映
像信号Ｓ４１および映像信号Ｓ４２を立体情報信号Ｓ５
に変換するための信号処理部７、及び照明光変調信号Ｓ
１、撮像利得変調信号Ｓ２、制御信号Ｓ３を発生するた
めの信号発生部１を備えている。これらの構成要素の具
体的な構成については、後述する。
の種々の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形
態に係る立体情報検出装置の構成図である。この装置
は、振幅変調された照明光Ｓ６で被写体を照明すること
の可能な投光部１０、撮像利得を時間とともに変化させ
て被写体からの反射光Ｓ７を受光し、被写体の光学像を
撮像することの可能な撮像部１１、撮像部１１からの映
像信号Ｓ４１および映像信号Ｓ４２を立体情報信号Ｓ５
に変換するための信号処理部７、及び照明光変調信号Ｓ
１、撮像利得変調信号Ｓ２、制御信号Ｓ３を発生するた
めの信号発生部１を備えている。これらの構成要素の具
体的な構成については、後述する。
【００１２】以下では、図１の装置を用いた本発明に係
る立体情報検出方法の原理を、光源の輝度または撮像利
得が時間とともに線形に変化する場合を具体例として説
明する。
る立体情報検出方法の原理を、光源の輝度または撮像利
得が時間とともに線形に変化する場合を具体例として説
明する。
【００１３】図２および図３に基づいて、請求項３に係
る立体情報検出方法の実施形態（実施形態１）を説明す
る。この実施形態では、図２（ａ）のように照明光の輝
度ＩをＩ＝Ｓｔと振幅変調する。ここで、ｔは時間、Ｓ
は輝度の増加率（＝２Ｉ0／Ｔ）である。図２（ｂ）に
示されるように、投光部１０の光出射口から距離ｄだけ
離れた被写体からの反射光の強度ＩRは、光速をｖとす
ると往復時間２ｄ／ｖの遅れをもってＳ（ｔ−２ｄ／
ｖ）のように変化する。従って、ある時刻ｔ＝ｔ0にお
ける強度Ｉ+の反射光を、短時間△ｔ（≪Ｔ）の間だけ
撮像利得ｇをｇ＝ｇ0（＞０）として撮像すると、映像
の輝度Ｉ+ｇ0は、次の（１）式で表される。
る立体情報検出方法の実施形態（実施形態１）を説明す
る。この実施形態では、図２（ａ）のように照明光の輝
度ＩをＩ＝Ｓｔと振幅変調する。ここで、ｔは時間、Ｓ
は輝度の増加率（＝２Ｉ0／Ｔ）である。図２（ｂ）に
示されるように、投光部１０の光出射口から距離ｄだけ
離れた被写体からの反射光の強度ＩRは、光速をｖとす
ると往復時間２ｄ／ｖの遅れをもってＳ（ｔ−２ｄ／
ｖ）のように変化する。従って、ある時刻ｔ＝ｔ0にお
ける強度Ｉ+の反射光を、短時間△ｔ（≪Ｔ）の間だけ
撮像利得ｇをｇ＝ｇ0（＞０）として撮像すると、映像
の輝度Ｉ+ｇ0は、次の（１）式で表される。
【００１４】
【数１】 ここで、σは被写体の後方散乱断面積である。（１）式
には被写体の距離情報が含まれている。さらに、σ／
（４πｄ2）2項の依存性を除くため、時刻Ｔ′から時間
Δｔにわたって照明光の輝度ＩをＩ＝Ｉrと一定にして
２回目の撮像を行う。この時の映像の輝度Ｉrefｇ0は、
次の（２）式で表される。
には被写体の距離情報が含まれている。さらに、σ／
（４πｄ2）2項の依存性を除くため、時刻Ｔ′から時間
Δｔにわたって照明光の輝度ＩをＩ＝Ｉrと一定にして
２回目の撮像を行う。この時の映像の輝度Ｉrefｇ0は、
次の（２）式で表される。
【００１５】
【数２】 （１）式と（２）式より
【数３】 （３）式より
【数４】 さらに、Ｉr＝Ｉ0とするとＳ＝Ｉ0／（Ｔ／２）より
【数５】 となり、（４）式または（５）式より距離ｄが求められ
る。
る。
【００１６】このように、振幅変調光で照明された被写
体からの反射光を結像した光学像の各点の輝度は、対応
する被写体各点までの距離情報を含んでいる。従って、
上記のような方法で被写体を撮像し、映像の各画素につ
いて求めた輝度に対して（４）式または（５）式を適用
すれば、被写体各点の距離情報が２次元的に得られ、被
写体の立体情報を検出することができる。
体からの反射光を結像した光学像の各点の輝度は、対応
する被写体各点までの距離情報を含んでいる。従って、
上記のような方法で被写体を撮像し、映像の各画素につ
いて求めた輝度に対して（４）式または（５）式を適用
すれば、被写体各点の距離情報が２次元的に得られ、被
写体の立体情報を検出することができる。
【００１７】図３に示すように、光源の輝度ＩがＩ＝Ｉ
0−Ｓｔと減少する場合にも同様の方法で距離ｄが求め
られる。
0−Ｓｔと減少する場合にも同様の方法で距離ｄが求め
られる。
【００１８】
【数６】
【数７】
【数８】 さらに、Ｉr＝Ｉ0とすると、
【数９】 前記と同様に、被写体からの反射光を結像した光学像を
撮像して、映像の各画素に（８）式または（９）式を適
用すれば、被写体各点の距離情報が２次元的に得られ、
被写体の立体情報を検出することができる。
撮像して、映像の各画素に（８）式または（９）式を適
用すれば、被写体各点の距離情報が２次元的に得られ、
被写体の立体情報を検出することができる。
【００１９】次に、図４に基づいて、請求項４に係る立
体情報検出方法の実施形態（実施形態２）を説明する。
図４のように、三角波で照明光の輝度を変調して被写体
を照明するとともに、ｔ＝ｔ0とｔ＝ｔ0＋Ｔ／２の２
回、短時間Δｔ（≪Ｔ）の間だけｇ＝ｇ0（＞０）とし
て強度Ｉ+とＩ-の反射光をそれぞれ撮像する。（１）式
と（６）式より、
体情報検出方法の実施形態（実施形態２）を説明する。
図４のように、三角波で照明光の輝度を変調して被写体
を照明するとともに、ｔ＝ｔ0とｔ＝ｔ0＋Ｔ／２の２
回、短時間Δｔ（≪Ｔ）の間だけｇ＝ｇ0（＞０）とし
て強度Ｉ+とＩ-の反射光をそれぞれ撮像する。（１）式
と（６）式より、
【数１０】
【数１１】 三角変調された照明光の波長をλ＝ｖＴとすると、Ｓ＝
Ｉ0／（Ｔ／２）より
Ｉ0／（Ｔ／２）より
【数１２】 さらに、ｔ0を一定値に設定すると、参照点ｄrefからの
相対距離としてｄを表すことができる。次の（１３）式
は、ｔ0＝Ｔ／４とした場合のｄref＝０からの相対距離
である。
相対距離としてｄを表すことができる。次の（１３）式
は、ｔ0＝Ｔ／４とした場合のｄref＝０からの相対距離
である。
【００２０】
【数１３】 実施形態１と同様に、被写体からの反射光を結像した光
学像を撮像して、映像の各画素について（１１）式、
（１２）式または（１３）式を適用すれば、被写体各点
の距離情報が２次元的に得られ、被写体の立体情報を検
出することができる。
学像を撮像して、映像の各画素について（１１）式、
（１２）式または（１３）式を適用すれば、被写体各点
の距離情報が２次元的に得られ、被写体の立体情報を検
出することができる。
【００２１】上記実施形態１および２の立体情報検出方
法に対する相補的な方法として、短時間パルス状に変調
された照明光を用い、線形に増加または減少する撮像利
得で撮像を行うことにより被写体の立体情報を検出する
ことも可能である。
法に対する相補的な方法として、短時間パルス状に変調
された照明光を用い、線形に増加または減少する撮像利
得で撮像を行うことにより被写体の立体情報を検出する
ことも可能である。
【００２２】図５及び図６に基づいて、請求項６に係る
立体情報検出方法の実施形態（実施形態３）について説
明する。図５（ａ）のように撮像利得ｇがｇ＝Ｕｔと線
形に増加するような変調を行うとともに、ｔ＝ｔ0から
短時間△ｔ（≪Ｔ）だけ強度Ｉ＝Ｉ0でパルス状に発光
する光で被写体を照明する。ここで、Ｕは撮像感度の増
加率（＝２ｇ0／Ｔ）である。距離ｄだけ離れた被写体
からの反射光が撮像装置に戻って来た時の撮像利得ｇ+
は、図５（ｂ）に示すようにｇ+＝Ｕ（ｔ0＋２ｄ／ｖ）
となり、この反射光を撮像した時の映像の輝度Ｉr0ｇ+
は次の（１４）式で表される。
立体情報検出方法の実施形態（実施形態３）について説
明する。図５（ａ）のように撮像利得ｇがｇ＝Ｕｔと線
形に増加するような変調を行うとともに、ｔ＝ｔ0から
短時間△ｔ（≪Ｔ）だけ強度Ｉ＝Ｉ0でパルス状に発光
する光で被写体を照明する。ここで、Ｕは撮像感度の増
加率（＝２ｇ0／Ｔ）である。距離ｄだけ離れた被写体
からの反射光が撮像装置に戻って来た時の撮像利得ｇ+
は、図５（ｂ）に示すようにｇ+＝Ｕ（ｔ0＋２ｄ／ｖ）
となり、この反射光を撮像した時の映像の輝度Ｉr0ｇ+
は次の（１４）式で表される。
【００２３】
【数１４】 さらに、σ／（４πｄ2）2項の依存性を除くため、撮像
利得ｇをｇ＝ｇrと一定にして時刻Ｔ′から短時間Δｔ
にわたって照明を行う。このときに得られる映像の輝度
Ｉr0ｇrは、次の（１５）式で表される。
利得ｇをｇ＝ｇrと一定にして時刻Ｔ′から短時間Δｔ
にわたって照明を行う。このときに得られる映像の輝度
Ｉr0ｇrは、次の（１５）式で表される。
【００２４】
【数１５】 （１４）および（１５）式より、
【数１６】 （１６）式より
【数１７】 さらに、ｇr＝ｇ0とするとＵ＝ｇ0／（Ｔ／２）より、
【数１８】 となり、（１７）式または（１８）式より距離ｄが求め
られる。実施形態１および２の場合と同様に、被写体か
らの反射光を結像した光学像を撮像して、映像の各画素
について（１７）式または（１８）式を適用すれば、被
写体各点の距離情報が２次元的に得られ、被写体の立体
情報を検出することができる。
られる。実施形態１および２の場合と同様に、被写体か
らの反射光を結像した光学像を撮像して、映像の各画素
について（１７）式または（１８）式を適用すれば、被
写体各点の距離情報が２次元的に得られ、被写体の立体
情報を検出することができる。
【００２５】図６に示すように、撮像利得ｇがｇ＝ｇ0
−Ｕｔと減少する場合にも同様の方法で距離ｄが求めら
れる。
−Ｕｔと減少する場合にも同様の方法で距離ｄが求めら
れる。
【００２６】
【数１９】
【数２０】
【数２１】 さらに、ｇr＝ｇ0とすると、
【数２２】 である。前記と同様に、被写体からの反射光を結像した
光学像を撮像して、映像の各画素について（２１）式ま
たは（２２）式を適用すれば、被写体各点の距離情報が
２次元的に得られ、被写体の立体情報を検出することが
できる。
光学像を撮像して、映像の各画素について（２１）式ま
たは（２２）式を適用すれば、被写体各点の距離情報が
２次元的に得られ、被写体の立体情報を検出することが
できる。
【００２７】次に、図７に基づいて、請求項７に係る立
体情報検出方法の実施形態（実施形態４）を説明する。
図７（ａ）のように、三角波で撮像感度ｇを変調すると
ともに、ｔ＝ｔ0とｔ＝ｔ0＋Ｔ／２の２回、短時間△ｔ
（≪Ｔ）だけ強度Ｉ＝Ｉ0でパルス状に発光する光で被
写体を照明する。（１５）式と（１９）式より、
体情報検出方法の実施形態（実施形態４）を説明する。
図７（ａ）のように、三角波で撮像感度ｇを変調すると
ともに、ｔ＝ｔ0とｔ＝ｔ0＋Ｔ／２の２回、短時間△ｔ
（≪Ｔ）だけ強度Ｉ＝Ｉ0でパルス状に発光する光で被
写体を照明する。（１５）式と（１９）式より、
【数２３】
【数２４】 である。撮像感度を変調する三角波の波長を便宜上λ＝
ｖＴと定義すると、Ｕ＝ｇ0／（Ｔ／２）より、
ｖＴと定義すると、Ｕ＝ｇ0／（Ｔ／２）より、
【数２５】 である。さらに、実施形態２の場合と同様にｔ0を一定
値に設定すると、参照点ｄrefからの相対距離としてｄ
を表すことができる。次の（２６）式は、ｔ0＝Ｔ／４
とした場合のｄref＝０からの相対距離である。
値に設定すると、参照点ｄrefからの相対距離としてｄ
を表すことができる。次の（２６）式は、ｔ0＝Ｔ／４
とした場合のｄref＝０からの相対距離である。
【００２８】
【数２６】 前記と同様に、被写体からの反射光を結像した光学像を
撮像して、映像の各画素について（２４）式、（２５）
式または（２６）式を適用すれば、被写体各点の距離情
報が２次元的に得られ、被写体の立体情報を検出するこ
とができる。
撮像して、映像の各画素について（２４）式、（２５）
式または（２６）式を適用すれば、被写体各点の距離情
報が２次元的に得られ、被写体の立体情報を検出するこ
とができる。
【００２９】次に、上記の各実施形態において撮像の感
度を増加する方法について説明する。上記実施形態にお
いて、Ｒ+を求めるためのＩ+ｇ0とＩrefｇ0の撮影、ま
たは、Ｒ-を求めるためのＩ-ｇ0とＩrefｇ0の撮影、ま
たは、Ｒを求めるためのＩ+ｇ0とＩ-ｇ0の撮影を、映像
信号の１フレーム時間内に複数回行うと、撮像に使われ
る撮像素子の蓄積効果により信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）比
が改善され撮像感度が増加する。
度を増加する方法について説明する。上記実施形態にお
いて、Ｒ+を求めるためのＩ+ｇ0とＩrefｇ0の撮影、ま
たは、Ｒ-を求めるためのＩ-ｇ0とＩrefｇ0の撮影、ま
たは、Ｒを求めるためのＩ+ｇ0とＩ-ｇ0の撮影を、映像
信号の１フレーム時間内に複数回行うと、撮像に使われ
る撮像素子の蓄積効果により信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）比
が改善され撮像感度が増加する。
【００３０】次に、図面を参照して、図１に示される立
体情報検出装置の具体的構成について説明する。
体情報検出装置の具体的構成について説明する。
【００３１】図８は、図１に示される投光部１０の実施
例１０ａを示している。この投光部１０ａは、照明光変
調信号Ｓ１によって直接変調することの可能な発光素子
３１と、発光素子３１の出射面に対向して配置され、発
光素子３１から出射した光を整形して被写体に向かわせ
る照明光学系３０と、を備えている。発光素子３１とし
ては、例えば半導体レーザーダイオードや半導体発光ダ
イオードなどを用いることができる。このような発光素
子は、電気信号である照明光変調信号Ｓ１で直接駆動さ
せることにより、光強度が高速に変化する光を発生させ
ることができる。発生した光は、被写体を照射するよう
に照明光学系３０によって整形され、照明光Ｓ６とな
る。従って、照明光変調信号Ｓ１により、増加、減少ま
たはパルス状発光など、光強度が高速かつ任意に変化す
る照明光を実現することが可能である。このように、図
８の構成の投光部は、本発明に係る立体情報検出方法に
おいて照明光の輝度制御の手段として使用することがで
きる。
例１０ａを示している。この投光部１０ａは、照明光変
調信号Ｓ１によって直接変調することの可能な発光素子
３１と、発光素子３１の出射面に対向して配置され、発
光素子３１から出射した光を整形して被写体に向かわせ
る照明光学系３０と、を備えている。発光素子３１とし
ては、例えば半導体レーザーダイオードや半導体発光ダ
イオードなどを用いることができる。このような発光素
子は、電気信号である照明光変調信号Ｓ１で直接駆動さ
せることにより、光強度が高速に変化する光を発生させ
ることができる。発生した光は、被写体を照射するよう
に照明光学系３０によって整形され、照明光Ｓ６とな
る。従って、照明光変調信号Ｓ１により、増加、減少ま
たはパルス状発光など、光強度が高速かつ任意に変化す
る照明光を実現することが可能である。このように、図
８の構成の投光部は、本発明に係る立体情報検出方法に
おいて照明光の輝度制御の手段として使用することがで
きる。
【００３２】図９は、図１に示される投光部１０の別の
実施例１０ｂを示している。この投光部１０ｂは、定常
光３４を出力する発光素子３３と、発光素子３３の出射
面に対向して配置され、発光素子３３から出射した光を
照明光変調信号Ｓ１に応じて間接変調する外部変調器３
２と、外部変調器３２からの光を整形して被写体に向か
わせる照明光学系３０と、を備えている。外部変調器３
２としては、電気光学効果光変調器や電気音響効果光変
調器などを使用することができる。この投光部１０ｂで
は、発光素子３３からの定常光３４を外部変調器３２を
用いて間接的に変調することにより、光強度が高速かつ
任意に変化する光を発生させることができる。発生した
光は、被写体を照射するように照明光学系３０によって
整形され、照明光Ｓ６となる。図８の投光部と同様に、
図９の構成の投光部も、本発明に係る立体情報検出方法
において照明光の輝度制御手段として使用することがで
きる。
実施例１０ｂを示している。この投光部１０ｂは、定常
光３４を出力する発光素子３３と、発光素子３３の出射
面に対向して配置され、発光素子３３から出射した光を
照明光変調信号Ｓ１に応じて間接変調する外部変調器３
２と、外部変調器３２からの光を整形して被写体に向か
わせる照明光学系３０と、を備えている。外部変調器３
２としては、電気光学効果光変調器や電気音響効果光変
調器などを使用することができる。この投光部１０ｂで
は、発光素子３３からの定常光３４を外部変調器３２を
用いて間接的に変調することにより、光強度が高速かつ
任意に変化する光を発生させることができる。発生した
光は、被写体を照射するように照明光学系３０によって
整形され、照明光Ｓ６となる。図８の投光部と同様に、
図９の構成の投光部も、本発明に係る立体情報検出方法
において照明光の輝度制御手段として使用することがで
きる。
【００３３】次に、図１０は、図１に示される撮像部１
１の実施例を示している。この撮像部１１は、被写体か
らの反射光を受光して光学像を生成するレンズ４と、レ
ンズ４の後側に配置され、レンズ４から出射する光学像
を撮像する撮像素子６と、撮像素子６の出力電気信号に
含まれる複数画面分の映像信号を各画面ごとに分割して
出力することの可能な画像分割回路２２と、を備えてい
る。更に、撮像素子６の前面には、電気信号である撮像
利得変調信号Ｓ２に応じて撮像利得を制御することの可
能なゲート付きイメージインテンシファイア５が光画像
伝達光学系２０を介して取り付けられている。なお、光
画像伝達光学系２０としては、ファイバープレートやレ
ンズなどを用いることができる。被写体からの反射光Ｓ
７は、レンズ４によってゲート付きイメージインテンシ
ファイア５の光電面に結像される。イメージインテンシ
ファイア５で増幅された光学像は、光画像伝達光学系２
０によって伝達されて撮像素子６の光電面に入力され
る。
１の実施例を示している。この撮像部１１は、被写体か
らの反射光を受光して光学像を生成するレンズ４と、レ
ンズ４の後側に配置され、レンズ４から出射する光学像
を撮像する撮像素子６と、撮像素子６の出力電気信号に
含まれる複数画面分の映像信号を各画面ごとに分割して
出力することの可能な画像分割回路２２と、を備えてい
る。更に、撮像素子６の前面には、電気信号である撮像
利得変調信号Ｓ２に応じて撮像利得を制御することの可
能なゲート付きイメージインテンシファイア５が光画像
伝達光学系２０を介して取り付けられている。なお、光
画像伝達光学系２０としては、ファイバープレートやレ
ンズなどを用いることができる。被写体からの反射光Ｓ
７は、レンズ４によってゲート付きイメージインテンシ
ファイア５の光電面に結像される。イメージインテンシ
ファイア５で増幅された光学像は、光画像伝達光学系２
０によって伝達されて撮像素子６の光電面に入力され
る。
【００３４】ゲート付きイメージインテンシファイア５
の光増幅利得は、そのゲート２１に印可する電圧で高速
に制御することができる。そのため、この撮像部１１で
は、撮像利得変調信号Ｓ２をゲート２１に印可すること
により、撮像利得を高速に変化させることが可能であ
る。したがって、撮像利得変調信号Ｓ２により、短時問
だけシャッターを開放するようなパルス状の撮像利得や
増加または減少する撮像利得など、高速かつ任意に変化
する撮像利得を実現することが可能である。
の光増幅利得は、そのゲート２１に印可する電圧で高速
に制御することができる。そのため、この撮像部１１で
は、撮像利得変調信号Ｓ２をゲート２１に印可すること
により、撮像利得を高速に変化させることが可能であ
る。したがって、撮像利得変調信号Ｓ２により、短時問
だけシャッターを開放するようなパルス状の撮像利得や
増加または減少する撮像利得など、高速かつ任意に変化
する撮像利得を実現することが可能である。
【００３５】この撮像部１１を上記の各実施形態で使用
する場合、撮像部１１は、Ｒ+またはＲ-またはＲを計算
するために２回１組の撮像を行い１フレームあたり２画
面分の映像信号を分離して出力する必要がある。このた
め、撮像部１１では、撮像素子６を通常の２倍速で駆動
して２画面分の映像信号を取得し、これを画像分割回路
２２によって映像信号Ｓ４１と映像信号Ｓ４２に分離し
て出力する。あるいは、１画素を１回の撮像ごとに映像
信号Ｓ４１側と映像信号Ｓ４２側に切り替えて撮像でき
る構造の撮像素子を採用することにより、映像信号Ｓ４
１と映像信号Ｓ４２とを分離して出力することができ
る。
する場合、撮像部１１は、Ｒ+またはＲ-またはＲを計算
するために２回１組の撮像を行い１フレームあたり２画
面分の映像信号を分離して出力する必要がある。このた
め、撮像部１１では、撮像素子６を通常の２倍速で駆動
して２画面分の映像信号を取得し、これを画像分割回路
２２によって映像信号Ｓ４１と映像信号Ｓ４２に分離し
て出力する。あるいは、１画素を１回の撮像ごとに映像
信号Ｓ４１側と映像信号Ｓ４２側に切り替えて撮像でき
る構造の撮像素子を採用することにより、映像信号Ｓ４
１と映像信号Ｓ４２とを分離して出力することができ
る。
【００３６】以上から、図１０の構成の撮像部１１は、
本発明に係る立体情報検出方法において撮像利得制御の
手段として使用することができ、また、２回１組の撮像
に対応する２つの映像信号を分離して出力する手段とし
て使用することが可能である。
本発明に係る立体情報検出方法において撮像利得制御の
手段として使用することができ、また、２回１組の撮像
に対応する２つの映像信号を分離して出力する手段とし
て使用することが可能である。
【００３７】図１１は、図１の信号処理部７の実施例を
示している。この信号処理部７では、内部信号が映像信
号の画素と同じ速度で駆動され、それぞれの回路でパイ
プライン処理される。映像信号Ｓ４１と映像信号Ｓ４２
は同期分離回路４１で同期信号を取り除かれた後、それ
ぞれ、撮像レベル記憶回路１と撮像レベル記憶回路２に
記憶される。撮像レベル記憶回路１および撮像レベル記
憶回路２からの出力Ｓ４５およびＳ４６は演算処理回路
４４に入力され、Ｒ＋またはＲ−またはＲと距離ｄとが
計算される。演算処理回路４４の出力Ｓ４７は、被写体
各部の距離を２次元的に走査した時系列信号であり、記
憶回路４５で時間軸揺らぎを補正された後、同期付加回
路４６で同期信号を付加されて、被写体各点の距離情報
ｄの値を映像レベルとする立体情報信号Ｓ５として出力
される、以上から、図１１の構成の信号処理部７は、本
発明に係る立体情報検出方法において被写体の立体情報
を実時間で計算する手段として使用することが可能であ
る。
示している。この信号処理部７では、内部信号が映像信
号の画素と同じ速度で駆動され、それぞれの回路でパイ
プライン処理される。映像信号Ｓ４１と映像信号Ｓ４２
は同期分離回路４１で同期信号を取り除かれた後、それ
ぞれ、撮像レベル記憶回路１と撮像レベル記憶回路２に
記憶される。撮像レベル記憶回路１および撮像レベル記
憶回路２からの出力Ｓ４５およびＳ４６は演算処理回路
４４に入力され、Ｒ＋またはＲ−またはＲと距離ｄとが
計算される。演算処理回路４４の出力Ｓ４７は、被写体
各部の距離を２次元的に走査した時系列信号であり、記
憶回路４５で時間軸揺らぎを補正された後、同期付加回
路４６で同期信号を付加されて、被写体各点の距離情報
ｄの値を映像レベルとする立体情報信号Ｓ５として出力
される、以上から、図１１の構成の信号処理部７は、本
発明に係る立体情報検出方法において被写体の立体情報
を実時間で計算する手段として使用することが可能であ
る。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明では、照明
光の輝度および撮像利得の少なくとも一方が時間ととも
に変化するという条件で撮像した被写体の映像の輝度情
報を利用することで、映像信号のフレーム時間に実時間
で追随できる速度で被写体各部の距離を２次元的に求
め、立体情報を検出することができる。したがって、本
発明の方法および装置は、被写体の立体動画像の撮像に
好適に適用することができる。
光の輝度および撮像利得の少なくとも一方が時間ととも
に変化するという条件で撮像した被写体の映像の輝度情
報を利用することで、映像信号のフレーム時間に実時間
で追随できる速度で被写体各部の距離を２次元的に求
め、立体情報を検出することができる。したがって、本
発明の方法および装置は、被写体の立体動画像の撮像に
好適に適用することができる。
【図１】本発明に係る立体情報検出装置の一実施形態の
構成を概略的に示す図である。
構成を概略的に示す図である。
【図２】線形増加および一定の輝度の照明光とパルス状
の撮像利得との組み合わせにより立体情報を検出する方
法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度Ｉ
と撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部か
らｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像利
得ｇの時間変化波形を示している。
の撮像利得との組み合わせにより立体情報を検出する方
法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度Ｉ
と撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部か
らｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像利
得ｇの時間変化波形を示している。
【図３】線形減少および一定の輝度の照明光とパルス状
の撮像利得との組み合わせにより立体情報を検出する方
法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度Ｉ
と撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部か
らｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像利
得ｇの時間変化波形を示している。
の撮像利得との組み合わせにより立体情報を検出する方
法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度Ｉ
と撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部か
らｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像利
得ｇの時間変化波形を示している。
【図４】線形増加および減少する輝度の照明光とパルス
状の撮像利得との組み合わせにより立体情報を検出する
方法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度
Ｉと撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部
からｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像
利得ｇの時間変化波形。
状の撮像利得との組み合わせにより立体情報を検出する
方法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度
Ｉと撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部
からｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像
利得ｇの時間変化波形。
【図５】線形増加および一定の撮像利得とパルス状の輝
度の照明光との組み合わせにより立体情報を検出する方
法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度Ｉ
と撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部か
らｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像利
得ｇの時間変化波形を示している。
度の照明光との組み合わせにより立体情報を検出する方
法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度Ｉ
と撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部か
らｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像利
得ｇの時間変化波形を示している。
【図６】線形減少および一定の撮像利得とパルス状の輝
度の照明光との組み合わせにより立体情報を検出する方
法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度Ｉ
と撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部か
らｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像利
得ｇの時間変化波形を示している。
度の照明光との組み合わせにより立体情報を検出する方
法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度Ｉ
と撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部か
らｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像利
得ｇの時間変化波形を示している。
【図７】線形増加および減少する撮像利得とパルス状の
輝度の照明光との組み合わせにより立体情報を検出する
方法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度
Ｉと撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部
からｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像
利得ｇの時間変化波形を示している。
輝度の照明光との組み合わせにより立体情報を検出する
方法を説明するための図であり、（ａ）は照明光の輝度
Ｉと撮像利得ｇの時間変化波形を示し、（ｂ）は投光部
からｄだけ離れた被写体からの反射光の強度ＩRと撮像
利得ｇの時間変化波形を示している。
【図８】直接変調される発光素子を備える投光部の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図９】外部変調器で間接変調される発光素子を備える
投光部の構成を示す図である。
投光部の構成を示す図である。
【図１０】ゲート付きイメージインテンシファイアー
（II）を用いた撮像部の構成を示す図である。
（II）を用いた撮像部の構成を示す図である。
【図１１】信号処理部の構成を示す図である。
【図１２】レーザー反射光の遅れ時間あるいは変調位相
より距離を計測する従来の方法を示す図である。
より距離を計測する従来の方法を示す図である。
【図１３】レーザービームを２次元走査する従来の方法
を示す図である。
を示す図である。
【図１４】従来のイメージングレーザレーダ装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
１…信号発生部、４…レンズ、５…ゲート付きイメージ
インテンシファイア、６…撮像素子、７…信号処理部、
１０…投光部、１１…撮像部、２０…光画像伝達光学
系、２１…ゲート、２２…画像分割回路、３０…照明光
学系、３１…発光素子、３２…外部変調器。
インテンシファイア、６…撮像素子、７…信号処理部、
１０…投光部、１１…撮像部、２０…光画像伝達光学
系、２１…ゲート、２２…画像分割回路、３０…照明光
学系、３１…発光素子、３２…外部変調器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 會田 田人 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 河北 真宏 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 飯塚 啓吾 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F065 BB05 BB15 FF04 GG06 GG07 JJ03 JJ26 LL00 LL03 LL30 LL53 LL57 NN02 NN08 NN13 QQ26 UU01 UU02 UU05 5B057 DA07 DB03 DC02
Claims (13)
- 【請求項１】 所定の輝度を有する照明光で照明された
被写体を光学像として結像し、この光学像を所定の撮像
利得で撮像した映像から、被写体の各点の距離を検出す
る立体情報検出方法であって、前記所定の輝度および撮
像利得の少なくとも一方が時間とともに変化するもので
あり、これにより前記被写体の各点の距離を映像信号の
フレーム時間に実時間で追随する速度で検出できるよう
にしたことを特徴とする立体情報検出方法。 - 【請求項２】 時間とともに変化する輝度を少なくとも
一方が有する第１および第２の照明光で照明された前記
被写体をそれぞれ第１および第２の光学像として結像
し、これらの光学像をそれぞれ同じ撮像利得で所定時間
にわたり撮像した第１および第２の映像から、前記被写
体の各点の距離を映像信号のフレーム時間に実時間で追
随する速度で検出することを特徴とする請求項１記載の
立体情報検出方法。 - 【請求項３】 前記第１照明光の輝度が時間とともに増
加または減少し、前記第２照明光の輝度が一定であるこ
とを特徴とする請求項２記載の立体情報検出方法。 - 【請求項４】 前記第１照明光の輝度が時間とともに増
加し、前記第２照明光の輝度が時間とともに減少するこ
とを特徴とする請求項２記載の立体情報検出方法。 - 【請求項５】 同一の輝度で所定時間にわたって発光す
る第１および第２の照明光によってそれぞれ照明された
前記被写体を第１および第２の光学像として結像し、こ
れらの光学像を、少なくとも一方が時間とともに変化す
るようになっている第１および第２の撮像利得で撮像し
た第１および第２の映像から、前記被写体の各点の距離
を映像信号のフレーム時間に実時間で追随する速度で検
出することを特徴とする請求項１記載の立体情報検出方
法。 - 【請求項６】 前記第１撮像利得が時間とともに増加ま
たは減少し、前記第２撮像利得が一定であることを特徴
とする請求項５記載の立体情報検出方法。 - 【請求項７】 前記第１撮像利得が時間とともに増加
し、前記第２撮像利得が時間とともに減少することを特
徴とする請求項５記載の立体情報検出方法。 - 【請求項８】 前記撮像を映像信号の１フレーム時間内
に複数回行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか
記載の立体情報検出方法。 - 【請求項９】 被写体の立体情報を検出する装置であっ
て、 所定の輝度を有する照明光を前記被写体に投射すること
の可能な投光部と、 所定の撮像利得で前記被写体を撮像することの可能な撮
像部と、 前記撮像部から出力された映像信号に含まれる輝度レベ
ル情報から、被写体の各点の距離を計算する信号処理部
と、を備え、前記所定の輝度および撮像利得の少なくと
も一方が時間とともに変化するものであり、これにより
前記被写体の各点の距離を映像信号のフレーム時間に実
時間で追随できる速度で検出できるようにしたことを特
徴とする立体情報検出装置。 - 【請求項１０】 前記投光部が、電気信号によって変調
可能な発光素子を備えていることを特徴とする請求項９
記載の立体情報検出装置。 - 【請求項１１】 前記投光部が、発光素子と、電気信号
によって駆動され、前記発光素子から出射した光を変調
することの可能な変調器と、を備えることを特徴とする
請求項９記載の立体情報検出装置。 - 【請求項１２】 前記撮像部が、前記被写体からの反射
光を受光して光学像を生成する結像手段と、前記光学像
を撮像して映像信号を出力する撮像素子と、前記結像手
段と前記撮像素子との間に配置され、撮像利得を制御す
ることができるゲート付きイメージインテンシファイア
ーと、を備えることを特徴とする請求項９記載の立体情
報検出装置。 - 【請求項１３】 前記信号処理部は、請求項２〜８のい
ずれか記載の方法に基づいて前記被写体の各点の距離を
計算することを特徴とする請求項９記載の立体情報検出
装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29381798A JP3840341B2 (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | 立体情報検出方法及び装置 |
| US09/418,441 US7016519B1 (en) | 1998-10-15 | 1999-10-15 | Method and device for detecting three-dimensional information |
| US11/325,345 US7486804B2 (en) | 1998-10-15 | 2006-01-05 | Method and device for detecting three-dimensional information |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29381798A JP3840341B2 (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | 立体情報検出方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000121339A true JP2000121339A (ja) | 2000-04-28 |
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Family
ID=17799546
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|---|---|---|---|
| JP29381798A Expired - Lifetime JP3840341B2 (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | 立体情報検出方法及び装置 |
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|---|---|
| US (2) | US7016519B1 (ja) |
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