JP2000283751A

JP2000283751A - 位置測定装置

Info

Publication number: JP2000283751A
Application number: JP8871699A
Authority: JP
Inventors: Michio Miwa; 道雄三輪
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】物体の位置を測定する位置測定装置を提供す
る。【解決手段】異なった焦点の画像を複数枚撮影し、合
焦の程度を比較することによって、物体の位置を推定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠距離にある物体
に焦点ボケを発生させて撮影したり、遠距離の物体間で
の距離を測定する位置測定装置（カメラ）に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２０は、本発明の従来例を示したもの
である。図２０において、１８１はレンズ、１８２は画
像撮影手段、１８３は遮光手段、１８４は画像蓄積手
段、１８５は表示手段、１８６はレンズの光軸を示して
いる。

【０００３】レンズ１８１から入った光は画像撮影手段
面１８２に像を結び、これを画像蓄積手段１８４で処理
することによって、表示手段１８５に表示することが出
来る。遮光手段１８３は画像撮影手段１８２にレンズか
らの光以外が入らないようにするものである。光軸１８
６は、画像撮影手段１８２の中心を通っている。

【０００４】図２１は従来例の動作を説明したもので、
図２１において、１９２に人物、１９３は群集を示して
いる。また、１９４は表示手段、１９１はカメラであ
る。表示手段１９４には、カメラ１９１から見える、人
１９２、群集１９３が撮影されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２
０、図２１に示したような装置では、１９１の前に、人
１９２、群集が合った場合、従来例では、１９１から物
体間ので距離が測定できない。

【０００６】このため、カメラ１９１から一定の距離に
ある物体の位置を推定することができない、カメラ１９
１から一定の距離にある物体の映像のみを選択すること
ができない、カメラ１９１から一定の距離にある物体の
映像のみを選択して離れた場所に転送することができな
い、カメラ１９１から一定の距離にある物体の映像のみ
を選択して画像の圧縮ができない、といった問題点があ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は第１に、画像を撮影する画像撮影手段と、
前記画像画像撮影手段が画像を撮影した撮影位置を取得
する撮影位置取得手段と、前記撮影位置取得手段が取得
した撮影位置を保持する撮影位置保持手段と、前記画像
撮影手段が撮影した画像を蓄積する画像蓄積手段と、前
記画像蓄積手段の撮影した画像同士の上下左右方向の位
置のずれを修正する位置合わせ手段と、前記位置合わせ
手段によって位置の合された画像間で焦点の合い具合を
比較し画素毎に最も良く焦点があっている画像を見つけ
る画像比較手段と、前記画像比較手段によって見つけら
れた画素毎の焦点位置を前記撮影位置保持手段に保持さ
れた撮影位置から求め画素毎の立体位置を求める画像合
成手段の構成を有している。

【０００８】これにより、カメラを移動する事によりカ
メラが通過した周辺の物体の認識を行うことができる。

【０００９】第２に、お互いに焦点位置の異なる複数の
画像を撮影する、複数の画像撮影手段と、複数の撮影手
段によって撮影された画像の画素毎の合焦の程度を比較
する画像比較手段と、画像比較手段によって比較された
画像の内容から物体の位置を求める物体位置判定手段の
構成を有している。

【００１０】これにより、カメラから特定の距離にある
物体を認識することができる。

【００１１】第３に、お互いに焦点位置の異なる複数の
画像を撮影する複数の画像撮影手段と、複数の撮影手段
によって撮影された画像を保持する複数の画像保持手段
と、複数の画像保持手段を小領域に分割し小領域毎のア
ドレスを発生する小領域アドレス計算手段と、小領域ア
ドレス計算手段によって計算された小領域毎の周波数成
分を計算する周波数成分計算手段と、周波数成分計算手
段によって計算された周波数成分を比較する比較手段
と、比較手段によって比較された複数の画像保持手段の
小領域のうち、小領域の周波数成分が最も高い小領域の
みを記録する位置格納手段と、位置格納手段に最も周波
数が高いと記録された、小領域に対応する前記画像保持
手段に保持された小領域の画像を保持する特定位置画像
格納手段の構成を有している、これにより、カメラから
特定位置にある物体を撮影した画像を小領域に分割し、
特定の距離にある物体の撮影された小領域のみを保持す
ることができる。

【００１２】第４に、第３の位置測定手段において、特
定位置画像格納手段に格納された小領域の画像を転送す
る画像転送手段を有している。

【００１３】これにより、カメラから特定の距離にある
物体の映像のみを転送することができる。

【００１４】第５に、第４に記載の画像位置合わせ手段
において、特定位置画像格納手段に格納された小領域の
画像を圧縮する画像圧縮手段と、圧縮された画像を保持
する圧縮画像保持手段の構成を有している。

【００１５】これにより、カメラから特定の距離にある
物体の映像のみを圧縮して記録することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、本発明
の第１の実施例の説明図である。図１において、１は画
像を撮影する画像撮影手段、２は画像を撮影した位置を
取得する撮影位置取得手段、３は撮影位置を保持する撮
影位置保持手段、４は撮影した画像を蓄積する画像蓄積
手段、５は画像蓄積手段に蓄積された画像の位置をあわ
せる位置合わせ手段、６は位置合わせ査れた画像の焦点
のボケ具合を比較する画像比較手段、７は撮影した画像
の位置と比較した画像の結果から撮影した物体の位置を
合成する画像合成手段である。

【００１７】図２は、画像撮影手段の詳細を説明したも
のである。図２において、画像撮影手段１は、レンズ２
１、ＣＣＤ２２、および本体２３によって構成されてお
り、台車２４によって移動できるようになっている。台
車２４を動かしながらレンズ２１を通過して得られた像
をＣＣＤ２２によって撮影することができる。

【００１８】撮影位置取得手段２は、台車２４の車輪の
回転を調べることにより画像撮影手段１が移動した位置
を取得することができる。

【００１９】図３から図５によって、本発明の第１の実
施例の動作について説明する。図３上から図３下のよう
に画像撮影装置が物体に近づきながら画像を撮影する
と、３３、３４のように、焦点の変化した画像が撮影さ
れる。３３は物体１、物体２共に焦点が合っており、３
４は物体２はぼけているが、物体１には焦点が合ってい
る。これは物体２がある一定の距離以内にレンズに近付
いたからである。この性質を利用して物体までの距離を
測定する方法について以下に説明する。

【００２０】図４は、レンズ４１と投影面４２および焦
点の合っている範囲４３の関係を示したものである。図
４のように、レンズ４１と投影面４２の距離を決定すれ
ば、焦点の合っている範囲４３が決定される。

【００２１】図５は撮影した画像の詳細を示したもので
ある。左の画像は図３の上の位置関係で撮影したもので
あり、右の画像は図３の下の位置関係で撮影したもので
ある。図３の上の位置関係では物体１および物体２が共
に図４に示す焦点の合っている範囲に入っていたが、図
３の下の位置関係では、画像撮影手段が物体に近づいた
ため、物体２が焦点の合っている範囲から外れた。この
ため図５右に示すように、物体２の像がボケているこの
ボケ具合の変化を調べることにより、物体と撮影手段の
位置関係を知ることができる。画像位置合わせ手段５
は、画像撮影手段１の移動に伴って変化する画像の位置
を合わせるものである。

【００２２】図６は、本発明の第１の実施例により、カ
メラ周辺の物体が認識される様子を示している。図６に
おいて、６１は位置測定手段、６２は物体１、６３は物
体２、６４、６５、６６はそれぞれ位置測定手段（カメ
ラ）６１からｐ１、ｐ２、ｐ３の距離で撮影した画像を
示している。この時、焦点の合っている範囲をＱとし、
Ｑ＜ｐ１，Ｑ＜ｐ２，Ｑ＞ｐ３とする。

【００２３】位置測定手段６１は、物体にｐ１、ｐ２、
ｐ３と距離をちじめながら物体に近付いていく。この
時、焦点の合っている範囲にある物体は明瞭に撮影され
るが、この範囲から出たものはぼける。このため、物体
１がカメラからｐ３の距離に来た時物体１が焦点の合っ
ている範囲６８から外れるので、物体１は画像６４のよ
うにぼける。このぼけた位置を記録する事により、物体
までの位置を知ることができる。

【００２４】図７は、画像蓄積手段４と、位置合わせ手
段５および画像比較手段６の動作を示したものである。
図７において、４、５、６、７はそれぞれ画像蓄積手
段、撮影位置保持手段、画像比較手段、画像合成手段で
ある。

【００２５】７１はフレーム番号、７２は画像、７３は
画像ユニット、７４はフレーム番号、７５は撮影位置、
８０は位置ユニット、７６は現在の画像、７７は１フレ
ーム前の画像、７８は現在の位置を示している。画像蓄
積手段４には、画像ユニット７３があり、内部にはフレ
ーム番号７１、画像７２がある。また、撮影位置保持手
段５には、位置ユニット８０があり、内部には、フレー
ム番号７４と撮影位置７５が格納されている。画像ユニ
ット７３および位置ユニット８０は画像を撮影した動画
フレームの枚数分だけある。フレーム番号７１とフレー
ム番号７４は対応している。

【００２６】画像比較手段６は、画像蓄積手段４に格納
された画像７２を１枚ずつ、順に比較していく。そのた
びに、新たな画像が画像蓄積手段４から読み込まれ、現
在の画像７６に格納され、現在の画像７６に合ったもの
は、１フレーム前の画像７７にコピーされる。比較ユニ
ット７９とはこれら２つの画像を画素毎に比較する。こ
の時、画像の焦点ボケが発生していた時、現在の画像７
２と共に、画像合成手段７に格納する。

【００２７】この結果、画像合成手段７には、画素毎に
焦点ボケの発生した位置が記録される。この結果、カメ
ラから一定距離に近付いた物体の画像が格納される。

【００２８】（実施の形態２）図８は本発明の実施の形
態２のブロック構成図である。図８において、８１、８
２、８３はそれぞれ画像を撮影する画像撮影手段でそれ
ぞれ焦点位置が少しづつ異なった画像を撮影する。８４
は画像比較手段、８５は物体位置判断手段である。

【００２９】図９は画像撮影手段８１、画像撮影手段８
２、画像撮影手段８３の配置を示したものである。９１
はレンズで物体からの光を集める。９２、９３はハーフ
ミラーで物体からの光を分光し、画像撮影手段８２、８
３、８４に像を結ぶ。

【００３０】図１０は物体の位置を推定する方法を説明
した説明図である。図１０の上部に示すものは物体１を
撮影した場合、図１０の下部に示すものは物体２を撮影
した場合を示している。どちらも画像撮影手段８１、８
２、８３とレンズ８１の距離は同じである。それぞれ第
１、第２、第３の画像撮影手段８１〜８３によって、１
０６、１０７、１０８および１０９、１１０、９９の画
像が撮影されている。

【００３１】図１０の上部では、画像撮影手段８１、８
３で撮影された画像１０６および１０８の方が、画像撮
影手段８２で撮影された像よりボケている。

【００３２】このため、物体１−１０２は画像撮影手段
８２の周辺に像を結んでいる。この時、レンズと物体１
までの距離をｕレンズと物体１の合焦位置（画像撮影手段６２までの距
離）をｖレンズの焦点距離をｆとすると、１／ｆ＝１／ｕ＋１／ｖの関係が成り立つ。このため、レンズの焦点距離ｆ、画
像撮影手段６２とレンズまでの距離ｖを知ることによ
り、物体までの距離ｕを知ることができる。

【００３３】なお、３枚の画像では、物体１の正確な合
焦位置はわからないが、画像撮影手段６１に像を結ぶ物
体の位置Ａ−１０４、画像撮影手段８３に像を結ぶ物体
位置Ｂ−１０５の間に物体１があることは類推できる。

【００３４】図１０の下部では、画像撮影手段８１の像
１０９が最もボケが少ない、このため物体２は物体位置
Ａ−１０４よりレンズから遠い所にあることはわかる
が、どの程度遠くにあるかは類推できない。

【００３５】しかしながら、本発明では、物体が物体位
置Ａ−１０４と物体位置Ｂ−１０５の間にあるか否かを
迅速に判断できる。

【００３６】図１１に焦点ボケの程度を調べる方法につ
いて述べる。図１１において、１１１は画像の一部を矩
形で囲んだ局所領域、１１２は局所領域の幅Ｌ、１１３
局所領域の中心である。

【００３７】画像を濃淡画像とし、各画素の値を（３）
とする。濃淡値の平均は、図１１−（１）式で表され
る。この時分散値を（２）式で表す。分散値が大きい程
濃淡の差が大きく、焦点が合っている画像と判断でき
る。一方、分散値が小さい程、ぼけている画像と判断で
きる。

【００３８】図１２は画像比較手段８の内部を示したブ
ロック図である。図１２において、１２１、１２２、１
２３はそれぞれ第１、第２、第３の画像撮影手段、１２
４、１２５、１２６はそれぞれ画像保持手段、１２７は
画素アドレス計算手段、１２８、１２９、１３０９は分
散値を計算する分散値計算手段、１３１は比較ユニット
である。

【００３９】第１、第２、第３の画像保持手段１２１〜
１２３に保持された画像は、画素アドレス発生手段１２
７によって画素毎にアドレス付けされ、それぞれの画素
について分散値が分散値計算手段１２８、１２９、１３
０によって計算され、この値が、比較手段１３１にによ
って比較される。この結果、一定の範囲にある画素の情
報が物体位置判断手段８５に保持される。

【００４０】図１３は実施の形態２の位置格納手段８５
に保持された画像の様子を示している。比較ユニット１
３１では、画素毎に物体までの距離を求めるので、物体
が１１５のように、１０m、１５m、２０m、２５mには位
置されていた場合、それぞれの距離に焦点を当てる事に
よって、１１６、１１７、１１８、１１９のように、そ
の距離にある物体の輪郭を抽出することができる。

【００４１】（実施の形態３）図１４は本発明の実施の
形態３の説明図である。図１４において、１３３、１３
４、１３５は第１、第２、第３の画像撮影手段、１３
６、１３７、１３８は第１、第２、第３の画像保持手
段、１３９は小領域アドレス計算手段、１４０、１４
１、１４２は第１、第２、第３の周波数解析手段、１４
３は比較ユニット、１４４は一格納手段である。

【００４２】第１、第２、第３の画像撮影手段１３３〜
１３５は、実施の形態２と同様な配置がされている。画
像保持手段１３６、１３７、１３８はこの画像を保持す
る。１３９は小領域アドレス計算手段で、画像保持手段
１３６、１３７、１３８の画像保持手段に保持された画
像を小領域に分割してその領域毎のアドレスを発生す
る。

【００４３】この結果、小領域毎に画像データが呼び出
される。第１、第２、第３の周波数解析手段１４０〜１
４２は、この小領域の周波数成分を解析する。解析手段
はこれら２つの結果を比較する。その結果、第２の周波
数解析手段の結果が最も周波数成分が高い時、その小領
域の位置が位置格納手段１４４に書き込まれる。

【００４４】図１５は位置格納手段１４４に格納された
小領域の位置に対応する画像の様子を示したものであ
る。図１５（左）のように、手前の看板に焦点を合わせ
て画像を撮影した場合、図１５（右）のように、手前の
看板に対応する小領域が１４４に記録される。そして、
この小領域を実際に表示すると、図１５（右）のような
画像が得られる。

【００４５】（実施の形態４）図１６は本発明の実施の
形態４である。実施の形態４では、位置格納手段１４４
までは実施の形態３と同じ構成である。特定位置画像格
納手段１４５は、位置格納手段１４４に格納された小領
域の位置情報のうち特定の位置が指定された画像を格納
し、画像転送手段１４６はこの結果を転送する。

【００４６】図１７は実施の形態４の動作の様子を示し
ている。位置測定手段１５１の前に、人１５２、群集１
５３があった時、人１５２に第２の画像撮影手段の焦点
を当てておけば、この距離にある画像のみを抽出するこ
とができ、モニタ１５４上には、人１５２の映像のみを
表示することができる。

【００４７】（実施の形態５）図１８は本発明の第５の
実施の形態を示している。図１８において、特定位置画
像格納手段１４５までは実施の形態４と同じ構成であ
る。実施の形態４と異なるのは、画像圧縮手段１６１お
よび圧縮画像保持手段１６２を付加したところである。

【００４８】図１９は画像圧縮手段１６１および圧縮画
像保持手段１６２の内部を説明したものである。図１９
において、１７２は圧縮データ作成手段、１７３はブロ
ック番号保持手段、１７４はブロック領域保持手段、１
７５は圧縮データ記録手段、１７６は圧縮データ保持手
段である。

【００４９】比較ユニット１１は位置保持手段１４４に
格納されている第２の画像保持手段に保持された画像の
小領域の周波数成分が、他の２つの画像保持手段の対応
する小領域の周波数成分より高いものを記録している。
そこで、圧縮データ作成手段１６２は、位置格納手段に
記録された小領域のみを第２の画像保持手段から読み出
す。この時、小領域のブロック番号はブロック番号保持
手段６３に、対応する小領域の画像はブロック領域保持
手段１６４に詰めて配列する。この結果、特定の位置に
ある物体を撮影した画像のみが圧縮データ記録手段１６
５に記録されることになる。

【００５０】以上は１回の撮影に関し手であるが、動い
ているものを撮影する場合は、以上の処理を連続的に行
い、その結果を次々と圧縮データ保持手段１６６に記録
する事により、動画像の圧縮を行うことができる。

【００５１】

【発明の効果】以上本発明によれば、第１にカメラを移
動しながらカメラ周辺の物体の位置を知ることができ
る、第２にカメラから特定の位置にある物体を認識する
ことができる、第３に、カメラから特定の位置にある物
体を撮影した小領域のみを保持することができる、第４
にカメラから特定の距離にある物体の画像を撮影した小
領域画像のみを転送することができる、第５にカメラか
ら特定の距離にある物体を撮影した画像のみを貯えるこ
とができるという各効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のブロック構成図

【図２】本発明の実施の形態１の説明図

【図３】実施の形態１における画像撮影手段の説明図

【図４】実施の形態１におけるレンズと投影図、焦点の
合う範囲を説明する説明図

【図５】実施の形態１における撮影した画像の詳細を説
明した説明図

【図６】実施の形態１におけるカメラ周辺の物体が認識
される様子を説明した説明図

【図７】実施の形態１における画像蓄積手段、撮影位置
保持手段および画像合成手段の動作を説明するための説
明図

【図８】実施の形態２のブロック構成図

【図９】実施の形態２における画像撮影手段などの配置
を説明した説明図

【図１０】実施の形態２における画像撮影手段で撮影し
た像の様子を示す説明図

【図１１】実施の形態２における像のボケ程度を調べる
方法を示す説明図

【図１２】実施の形態２における画像比較手段の内部構
成ブロック図

【図１３】実施の形態２における位置格納手段に保持さ
れた画像の様子を示す説明図

【図１４】実施の形態３のブロック構成図

【図１５】実施の形態３における小領域の位置に対応す
る画像の様子を示す説明図

【図１６】本発明の実施の形態４のブロック構成図

【図１７】実施の形態４の動作を説明する説明図

【図１８】本発明の実施の形態５のブロック構成図

【図１９】実施の形態５の動作を説明する説明図

【図２０】従来例のブロック構成図

【図２１】従来例の動作を説明した説明図

【符号の説明】

１画像撮影手段２撮影位置取得手段３撮影位置保持手段４画像蓄積手段５位置合わせ手段６画像比較手段７画像合成手段８１１２１１３３第１の画像撮影手段８２１２２１３４第２の画像撮影手段８３１２３１３５第３の画像撮影手段８４画像比較手段８５物体位置判定手段１２４１３６第１の画像保持手段１２５１３７第２の画像保持手段１２６１３８第３の画像保持手段１３９小領域アドレス計算手段１４０第１の周波数解析手段１４１第２の周波数解析手段１４２第３の周波数解析手段１４３比較手段１４４位置格納手段１４５特定位置画像格納手段１４６画像転送手段１６２圧縮画像保持手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を撮影する画像撮影手段と、前記画
像撮影手段が画像を撮影した撮影位置を取得する撮影位
置取得手段と、前記撮影位置取得手段が取得した撮影位
置を保持する撮影位置保持手段と、前記画像撮影手段が
撮影した画像を蓄積する画像蓄積手段と、前記画像蓄積
手段の撮影した画像同士の上下左右方向の位置のずれを
修正する位置合わせ手段と、前記位置合わせ手段によっ
て位置の合された画像間で焦点の合い具合を比較し画素
毎に最も良く焦点があっている画像を見つける画像比較
手段と、前記画像比較手段によって見つけられた画素毎
の焦点位置を前記撮影位置保持手段に保持された撮影位
置から求め画素毎の立体位置を求める画像合成手段とを
備えた位置測定装置。
【請求項２】前記画像蓄積手段は、画像およびフレー
ム番号で構成される画像ユニットを複数個保持すること
を特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項３】前記撮影位置保持手段は、撮影位置およ
びフレーム番号で構成される位置ユニットを複数個保持
することを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項４】前記画像比較手段は、請求項１に記載の
画像蓄積手段から呼び出された画像を現在の画像あるい
は１フレーム前の画像として保存しこれらの画素毎のボ
ケ具合を比較しボケ量が変化したとき、前記撮影位置保
持手段に保持された撮影位置と共に前記画像合成手段に
記述することを特徴とする請求項１記載の位置測定装
置。
【請求項５】お互いに焦点位置の異なる複数の画像を
撮影する複数の画像撮影手段と、前記複数の撮影手段に
よって撮影された画像の画素毎の合焦の程度を比較する
画像比較手段と、前記画像比較手段によって比較された
画像の内容から物体の位置を求める物体位置判定手段と
を備えた位置測定装置。
【請求項６】お互いに焦点位置の異なる複数の画像を
撮影する複数の画像撮影手段と、前記複数の撮影手段に
よって撮影された画像を保持する複数の画像保持手段
と、前記複数の画像保持手段を小領域に分割し小領域毎
のアドレスを発生する小領域アドレス計算手段と、前記
小領域アドレス計算手段によって計算された小領域毎の
周波数成分を計算する周波数成分計算手段と、前記周波
数成分計算手段によって計算された周波数成分を比較す
る比較手段と、前記比較手段によって比較された前記複
数の画像保持手段の小領域のうち、小領域の周波数成分
が最も高い小領域のみを記録する位置格納手段と、前記
位置格納手段に最も周波数が高いと記録された、小領域
に対応する前記画像保持手段に保持された小領域の画像
を保持する特定位置画像格納手段とを備えた位置測定装
置。
【請求項７】請求項６に記載の位置測定手段におい
て、前記特定位置画像格納手段に格納された小領域の画
像を転送する画像転送手段を備えた請求項６記載の位置
測定装置。
【請求項８】請求項６に記載の画像位置合わせ手段に
おいて、特定位置画像格納手段に格納された小領域の画
像を圧縮する画像圧縮手段と、前記画像圧縮手段によっ
て圧縮された画像を保持する圧縮画像保持手段を備えた
請求項６記載の位置測定装置。