JP2002062111A - 情報獲得方法、撮像装置及び、画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体の表面の傾き等による誤差要因を排除
し、より精度良く物体までの距離情報等を獲得すること
のできる情報獲得手段等を提供する。 【解決手段】 光学的に異なる３点以上の照射位置か
ら、物体に光を照射し、３点以上の照射位置から照射さ
れた光による物体からの反射光をそれぞれ撮像し、撮像
された反射光に基づいて、距離情報を算出することによ
り、物体表面の傾き等による誤差要因を排除し、より精
度良く物体までの距離情報等を獲得することができる。
また、３点以上の照射位置から照射される光の波長を異
ならせることにより、同時に照射、撮像することが可能
となり、動きのある物体に対しても精度良く距離情報等
を獲得することができる。３点の照射位置を一直線上に
並べ、撮像位置を照射位置のいずれかと同じにすること
によっても、物体の距離情報等を獲得することができ
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、物体の奥行き距
離、物体表面の傾き及び、物体表面の反射率に関する情
報を獲得する情報獲得方法、画像撮像装置及び、画像処
理装置に関する。特に光が照射された物体から得られる
反射光を撮像し、物体に関する情報を獲得する情報獲得
方法、画像撮像装置及び、画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体までの距離情報や、物体の位置情報
を得るために、物体にスリットや縞模様などのパターン
光を投影し、物体に投影されたパターンを撮影して解析
する三次元画像計測の手法が知られている。代表的な計
測方法として、スリット光投影法（別名、光寸断法）、
コード化パターン光投影法などがあり、井口征士、佐藤
宏介著「三次元画像計測」（昭晃堂）に詳しい。

【０００３】特開昭６１−１５５９０９号公報（公開日
昭和６１年７月１５日）及び特開昭６３−２３３３１２
号公報（公開日昭和６３年９月２９日）には、異なる光
源位置から物体に光を照射し、物体からの反射光の強度
比に基づいて、物体までの距離を測定する距離測定装置
及び距離測定方法が開示されている。

【０００４】特開昭６２−４６２０７号公報（公開日昭
和６２年２月２８日）には、位相の異なる２つの光を物
体に照射し、物体からの反射光の位相差に基づいて、被
写体までの距離を測定する距離検出装置が開示されてい
る。

【０００５】また、河北他「三次元撮像装置AXi-Vision
Cameraの開発」（三次元画像コンファレンス９９、19
99年）には、投影光に超高速の強度変調を加え、強度変
調光で照明された物体を高速シャッター機能を備えたカ
メラで撮影し、物体までの距離によって変化する強度変
調度合いから、距離を測定する方法が開示されている。

【０００６】また、特開平１０−４８３３６号公報及び
特開平１１−９４５２０号公報には、異なる波長特性を
有した、異なる光パタンを物体に投射し、物体からの入
射光の波長成分を抽出することにより物体までの距離を
計算する実時間レンジファインダが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の距離測定装置及
び距離測定方法では、光を被測定物に照射して、その反
射光を測定することによって距離情報を測定していた
が、被測定物の表面の傾きを考慮していなかった。その
ため、同距離にある物体であっても、表面の傾きによっ
て、反射光の測定強度が異なり、距離測定に誤差が生じ
ていた。

【０００８】また、特開昭６２−４６２０７号公報に開
示された距離検出装置では、位相差を検出するための精
度の高い位相検出器が必要となり、装置が高価になり、
簡便性に欠ける。また、被写体の点からの出射光の位相
を測定するため、被写体全体の奥行き分布を測定するこ
とができない。

【０００９】また、河北他「三次元撮像装置Axi-Vision
Cameraの開発」（三次元画像コンファレンス９９、19
99年）に開示された強度変調を用いた距離測定方法は、
同一の光源で強度の増減変調を行うため、非常に高速に
光変調を行う必要があり、簡便に測定することができな
かった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の形態においては、物体までの距離情
報を獲得する情報獲得方法であって、光学的に異なる３
点以上の照射位置から、物体に光を照射する照射段階
と、３点以上の照射位置から照射された光による物体か
らの反射光をそれぞれ撮像する撮像段階と、撮像段階に
よって撮像された反射光に基づいて、距離情報を算出す
る算出段階とを備えることを特徴とする情報獲得方法を
提供する。

【００１１】算出段階は、反射光の強度に基づいて、距
離情報を算出してもよい。照射段階は、光学的に一直線
上にある３点の照射位置から、物体に光を照射してもよ
い。また、照射段階は、それぞれの照射位置において、
異なる波長の光を物体に照射し、それぞれの照射位置に
おいて、実質的に同時に物体に光を照射してもよい。照
射段階は、それぞれの照射位置において、異なる波長の
光を物体に照射し、それぞれの照射位置において、実質
的に同時に物体に光を照射することが好ましい。撮像段
階は、異なる波長の光のそれぞれを選択的に透過させる
波長選択手段を有し、それぞれの照射位置における光に
よる物体からの反射光をそれぞれ撮像することが好まし
い。

【００１２】本発明の第２の形態においては、物体の距
離情報、表面の向き情報及び表面の反射率情報を獲得す
るための光を照射する発光装置であって、光学的に異な
る３点以上の照射位置から、光を物体に照射する照射部
を備えることを特徴とする発光装置を提供する。

【００１３】照射部は、光学的に一直線上にある３点の
照射位置から、物体に光を照射してもよい。また、照射
部は、照射位置のそれぞれに、光を照射する光源をそれ
ぞれ有してもよい。照射部は、それぞれの照射位置にお
いて異なる波長の光を照射し、それぞれの照射位置にお
いて、実質的に同時に物体に光を照射してもよい。照射
部は、光を照射する一つの光源を有し、一つの光源を、
照射位置のそれぞれに所定の順番で移動させる光源制御
部を更に備えてもよい。照射部は、光を照射する一つの
光源を有し、光学的に三角形を形成する３点の照射位置
から物体に光を照射し、一つの光源は、回転するテーブ
ル上に配置され、光源制御部は、テーブルを回転させる
ことにより、一つの光源を３点の照射位置のそれぞれに
移動させてもよい。照射部は、光を照射する第１光源及
び第２光源を有し、第１光源は、３点の照射位置のいず
れか一つに配置され、第２光源を、３点の照射位置の第
１光源が配置されていない二つの照射位置のそれぞれに
順に移動させる光源制御部を更に備えてもよい。

【００１４】本発明の第３の形態においては、物体の距
離情報を獲得する画像撮像装置であって、光学的に異な
る３点以上の照射位置から、物体に光を照射する照射部
と、物体における光の反射光を撮像する撮像部とを備
え、撮像部は、３点以上の照射位置のいずれか一つと光
学的に同位置で、３点以上の照射位置からの光の反射光
をそれぞれ撮像することを特徴とする画像撮像装置を提
供する。

【００１５】それぞれの照射位置において、照射部が光
を照射する発光タイミング及び、撮像部が反射光を撮像
する撮像タイミングを制御する制御部を更に備え、制御
部は、同期信号が入力され、同期信号に基づいて、発光
タイミング及び、撮像タイミングを制御することが好ま
しい。照射部は、それぞれの照射位置において異なる波
長の光を照射し、それぞれの照射位置において、実質的
に同時に物体に光を照射し、異なる波長の光の物体によ
る反射光を、異なる波長のそれぞれを主要な波長成分と
する光に分離する分光部を更に備え、撮像部は、分離さ
れた光のそれぞれを撮像してもよい。分光部は、異なる
波長の光のそれぞれを主に透過する複数の光学フィルタ
ーを有してもよい。

【００１６】本発明の第４の形態においては、物体を撮
像した画像を処理する画像処理装置であって、３点以上
の照射位置から照射されたそれぞれの光による、物体か
らのそれぞれの反射光に基づく画像データを入力する入
力部と、入力された画像データを記憶する記憶部と、画
像データに基づいて、物体までの距離情報、物体の表面
の向き情報及び、表面の反射率情報を算出する算出部
と、算出部が算出した、距離情報、表面の向き情報及
び、表面の反射率情報を出力する出力部とを備えること
を特徴とする画像処理装置を提供する。

【００１７】画像データは、反射光を受光する複数の画
素を有する撮像手段で撮像したデータであり、算出部
は、画素毎の３点以上の照射位置から照射されたそれぞ
れの光の反射光の強度を抽出し、抽出したそれぞれの光
の反射光の画素毎の強度に基づいて、距離情報の分布、
表面の向き情報の分布及び、表面の反射率情報の分布を
算出することが好ましい。

【００１８】本発明の第５の形態においては、物体まで
の距離情報を獲得するコンピュータ用のプログラムを格
納した記録媒体であって、プログラムが、３点以上の照
射位置から物体に光を照射した場合の、それぞれの照射
位置からの光による物体からの反射光の強度を、それぞ
れ入力させる入力モジュールと、反射光のそれぞれの強
度に基づいて、物体までの距離情報を算出させる算出モ
ジュールとを備えたことを特徴とする記録媒体を提供す
る。

【００１９】尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又、発明となりうる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲
にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中
で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決
手段に必須であるとは限らない。

【００２１】図１は、物体までの距離情報等を獲得する
情報獲得方法の原理説明図である。照射位置１２、照射
位置１４、照射位置１６から、それぞれ強度Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３の光を物体２０に照射し、物体２０によるそれ
ぞれの光の反射光をカメラ１０で撮像する。カメラ１０
は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）であって、複数の画
素を有し、各画素単位で物体２０の被照射部２４からの
反射光を撮影し、画素毎にそれぞれの強度を検出する。
カメラ１０で撮像した反射光に基づいて物体２０の被照
射部２４までの距離Ｌ、被照射部２４の表面の傾きθ_０
及び、被照射部２４の表面の反射率Ｒ_Ｏｂｊを算出す
る。照射位置（１２，１４，１６）及び、カメラ１０
は、任意の位置に配置されてよいが、本例においては、
照射位置１２，照射位置１６、カメラ１０を一直線上に
配置した場合について説明する。

【００２２】図１に示すように、照射位置１６は、照射
位置１２からＬ_１２離れた位置に、照射位置１４は、照
射位置１２からＬ_２３離れた位置に、カメラ１０は照射
位置１２からＸ離れた位置に配置される。距離Ｌ_１２、
Ｌ_２３、Ｘは、計測系固有の既知の値である。また、照
射位置（１２，１４，１６）が、物体２０の被照射部２
４に、光を照射する角度をそれぞれθ_１、θ_２、θ_３と
し、カメラ１０が、被照射部２４における反射光を受光
する角度をθ_Ｃとする。このうち、θ_Ｃは、カメラ１０
の画素毎に撮影された反射光に基づいて算出される。ま
た、照射位置（１２，１４，１６）から被照射部２４ま
での距離をそれぞれＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３とする。

【００２３】照射位置（１２、１４、１６）から照射さ
れた光の、被照射部２４における反射光の強度をそれぞ
れＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３とすると、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３は、次
のように与えられる。

【数１】 すなわち、

【数２】 ただし、ｆ（ ）は関数とする。また、

【数３】 であるので、

【数４】 となる。また、

【数５】 であり、Ｘ、Ｌ_１２、θ_Ｃは既知の値であるので、
θ_１、θ_２、θ_３はそれぞれＬの関数で与えられる。す
なわち、

【数６】 となる。よって、

【数７】 となる。Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、θ_Ｃ、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ
_３は、計測値又は既知の値であるので、上の２式から、
未知数θ_０、Ｌを求めることができる。また、θ_０が求
まれば、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３のいずれかの式からＲ_ｏｂｊ
を求めることができる。以上より、光学的に異なる３点
以上の照射位置から照射した光の、物体による反射光を
それぞれ撮像することにより、物体までの距離情報、物
体の表面の傾き情報及び、物体の表面の反射率情報を算
出することができる。

【００２４】本例においては、照射位置１２、照射位置
１６、カメラ１０を一直線上に配置したが、各要素間の
距離がわかっていれば、反射光により、物体までの距離
情報、物体の表面の傾き情報及び、物体の表面の反射率
情報を算出できることは明らかである。

【００２５】以上説明した情報獲得方法によれば、物体
２０の表面の傾き等による誤差を無くし、物体２０まで
の距離情報を獲得することができる。また、物体２０の
表面の傾き情報、物体２０の表面の反射率情報を獲得す
ることができる。

【００２６】ただし、照射位置（１２，１４，１６）が
一直線上に配置されている場合は、図１に関連して説明
した方法では、物体までの距離情報等を算出することが
できない。以下、照射位置（１２，１４，１６）が一直
線上に配置されている場合において、物体までの距離情
報、物体の表面の傾き情報及び、物体表面の反射率情報
の獲得方法について説明する。

【００２７】図２は、照射位置が一直線上に配置された
場合の、物体までの距離情報等を獲得する情報獲得方法
の説明図である。照射位置１２、照射位置１４、照射位
置１６から、それぞれ強度Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の光を物体
２０に照射し、物体２０によるそれぞれの光の反射光を
カメラ１０で撮像する。

【００２８】図２に示すように、照射位置１６は、照射
位置１２からＬ_１３離れた位置に、照射位置１４は、照
射位置１２からＬ_１２離れた位置に、カメラ１０は照射
位置１２と実質的に同位置に配置される。距離Ｌ_１２、
Ｌ_２３は、計測系固有の既知の値である。また、照射位
置（１２，１４，１６）が、物体２０の被照射部２４
に、光を照射する角度をそれぞれθ_１、θ_２、θ_３と
し、カメラ１０が、被照射部２４における反射光を受光
する角度をθ_Ｃとする。このうち、θ_Ｃは、カメラ１０
の画素毎に撮影された反射光に基づいて算出される。本
例においては、カメラ１０が照射位置１２と同一の位置
に配置されているのでθ_Ｃ＝θ_１である。また、照射位
置（１２，１４，１６）から被照射部２４までの距離を
それぞれＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３とする。

【００２９】照射位置（１２、１４、１６）から照射さ
れた光の、被照射部２４における反射光の強度をそれぞ
れＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３とすると、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３は、次
のように与えられる。

【数８】 すなわち、

【数９】 である。また、

【数１０】 であるので、

【数１１】 となる。また、

【数１２】 であり、θ_１はθ_Ｃと等しく、Ｌ_１２、Ｌ_１３、θ_Ｃは
既知であるのでθ_２、θ _３はＬの関数で与えられる。す
なわち、

【数１３】 となる。よって、

【数１４】 となる。Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、θ_Ｃ、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ
_３は、計測値又は既知の値であるので、上の２式から、
未知数θ_０、Ｌを求めることができる。また、θ_０が求
まれば、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３のいずれかの式からＲ_ｏｂｊ
を求めることができる。以上より、光学的に一直線上に
ある３点の照射位置から照射した光の、物体２０による
反射光を、３点の照射位置のいずれか一つと光学的に同
位置でそれぞれ撮像することにより、物体までの距離情
報、物体の表面の傾き情報及び、物体の表面の反射率情
報を算出することができる。本例においては、照射位置
１２とカメラ１０の位置を実質的に同一としたが、
θ_１、θ_２、θ_３のいずれかとθ_Ｃを同一とすればよい
ので、照射位置１４又は照射位置１６のいずれかと、カ
メラ１０の位置を実質的に同一としてもよいことは明ら
かである。

【００３０】図２に関連して説明した情報獲得方法で
は、カメラ１０と照射位置（１２，１４，１６）のいず
れかとの光軸が光学的に同軸であるため、照射位置（１
２，１４，１６）から照射された物体２０をカメラ１０
が撮像する際、影になって撮像できない領域を少なくす
ることができる。また、カメラ１０と照射位置（１２，
１４，１６）のいずれかとの位置が実質的に同じとする
ことで、カメラ１０と照射位置との距離を予め調べる必
要が無く、また、カメラ１０と照射位置との距離測定に
おける誤差を無くすことができる。

【００３１】図１又は図２に関連して説明した情報獲得
方法においては、３点の照射位置から物体２０に光を照
射したが、他の例においては、３点以上の照射位置から
物体２０に光を照射してもよい。また、反射光の強度に
基づいて、物体２０までの距離情報、物体２０の表面の
傾き情報及び、物体２０の表面の反射率情報を算出する
ことが好ましい。また、カメラ１０の画素毎に、距離情
報、傾き情報及び、反射率情報を算出し、物体２０の距
離情報、傾き情報及び反射率情報の分布を算出してもよ
い。

【００３２】また、図１又は図２に関連して説明した情
報獲得方法において、３点の照射位置から照射される光
は、それぞれ異なる波長を主要な波長成分とし、それぞ
れの照射位置において、実質的に同時に物体２０に光を
照射してもよい。このとき、カメラ１０は、異なる波長
の光をそれぞれ選択的に透過させる波長選択手段を有
し、それぞれの照射位置から照射された光により物体２
０からの反射光をそれぞれ撮像することが好ましい。異
なる波長を主要な波長成分とする光を同時に物体２０に
照射することにより、動きのある物体についても、距離
情報、傾き情報及び、反射率情報を精度よく獲得するこ
とが可能となる。しかし、物体２０の表面の反射率は、
光の波長によってことなるので、測定結果に誤差が生じ
る。誤差を小さくするためには、波長による反射率の違
いを補正する必要がある。

【００３３】図３は、波長による物体２０の表面の反射
率の違いを補正した情報獲得方法の説明図である。一例
として図３（ａ）に示すように、照射位置１２から照射
された光の波長をλ_ａ、照射位置１４から照射された光
の波長をλ_ｂ及びλ_Ｃ、照射位置１６から照射された光
の波長をλ_ｄ、λ_ｅとする。また、照射位置１２から照
射された光の強度をＰ_１、照射位置１４から照射された
光の強度をＰ_２、照射位置１６から照射された光の強度
をＰ_３とし、それぞれの波長毎の反射光の強度をＷ_ａ、
Ｗ_ｂ、Ｗ_ｃ、Ｗ_ｄ、Ｗ_ｅとする。図３（ｂ）に示すよう
に、照射位置１４から強度Ｐ_２で照射された、波長
λ_ｂ、λ_ｃの光の反射光の強度Ｗ_ｂ、Ｗ_ｃに基づいて、
照射位置１４から強度Ｐ_２で波長λ_ａの光が照射された
場合の反射光の強度Ｗ_ｆを算出する。本例においては、
波長λ_ｂ、λ_ｃに基づいて強度Ｗ_ｆを算出しているが、
他の例においては、さらに多くの波長成分の反射光に基
づいて強度Ｗ_ｆを算出してもよい。同様に、図３（ｃ）
に示すように、照射位置１６から強度Ｐ_３で照射され
た、波長λ_ｄ、λ_ｅの光の反射光の強度Ｗ_ｄ、Ｗ_ｅに基
づいて、照射位置１４から強度Ｐ_３で波長λ_ａの光が照
射された場合の反射光の強度Ｗ_ｇを算出する。算出され
た強度Ｗ_ｂ、Ｗ_ｃ、及び検出された強度Ｗ_ａに基づいて
物体２０までの距離情報、物体２０の表面の傾き情報及
び、物体２０の表面の反射率情報を算出する。上述した
情報獲得方法によれば、３点の照射位置において同時に
光を照射するので、動きのある物体に対しても、精度良
く距離情報、傾き情報、反射率情報を獲得することが可
能となる。

【００３４】図４は、本発明に係る情報獲得方法の一例
を示すフローチャートである。本実施例における情報獲
得方法は、照射段階（Ｓ１００）、撮像段階（Ｓ１０
２）及び、算出段階（Ｓ１０４）を備える。

【００３５】照射段階（Ｓ１００）は、図１に関連して
説明したように、光学的に異なる３点以上の照射位置か
ら、物体２０に光を照射する。撮像段階（Ｓ１０２）
は、３点以上の照射位置から照射された光による物体か
らの反射光をそれぞれ撮像する。算出段階（Ｓ１０４）
は、撮像段階によって撮像された反射光に基づいて、物
体２０までの距離情報、物体２０の表面の傾き情報、物
体２０の表面の反射率情報を算出する。

【００３６】照射段階（Ｓ１００）は、図２に関連して
説明した情報獲得手段と同様に、光学的に一直線上にあ
る３点の照射位置から物体２０に光を照射し、また、撮
像段階（Ｓ１０２）は、３点以上の照射位置のいずれか
一つと光学的に同位置で、３点以上の照射位置からの光
の反射光をそれぞれ撮像してもよい。

【００３７】また、算出段階（Ｓ１０４）は、図１又は
図２に関連して説明したように、反射光の強度に基づい
て物体２０までの距離情報、物体２０の表面の傾き情
報、物体２０の表面の反射率情報を算出してもよい。ま
た、照射段階（Ｓ１００）は、光学的に三角形を形成す
る３点の照射位置から、物体２０に光を照射してもよ
い。

【００３８】また、照射段階（Ｓ１００）は、図３に関
連して説明した情報獲得方法と同様に、それぞれの照射
位置において、異なる波長の光を物体２０に照射し、そ
れぞれの照射位置において、実質的に同時に物体２０に
光を照射してもよい。この場合、撮像段階（Ｓ１０２）
は、異なる波長の光のそれぞれを選択的に透過させる波
長選択手段を有し、それぞれの照射位置における光によ
る物体２０からの反射光をそれぞれ撮像することが好ま
しい。

【００３９】図５は、本発明に係る発光装置１００の一
例を示す。発光装置１００は、光学的に異なる３点以上
の照射位置から、光を物体２０に照射する照射部３０を
備える。３点以上の照射位置から照射された光の、物体
２０における反射光を撮像することにより、図１に関連
して説明した情報獲得方法と同様に、物体２０の距離情
報、表面の傾き情報、表面の反射率情報を獲得すること
ができる。

【００４０】照射部３０は、図２に関連して説明した情
報獲得方法と同様に、光学的に一直線上にある３点の照
射位置から、物体２０に光を照射してもよい。また、照
射部３０は、光学的に三角形を形成する３点の照射位置
から、物体２０に光を照射してもよい。また、照射部３
０は、それぞれの照射位置において、異なる波長の光を
物体２０に照射し、それぞれの照射位置において、実質
的に同時に物体２０に光を照射してもよい。

【００４１】照射部３０は、それぞれの照射位置に、光
を照射する光源をそれぞれ有していてもよい。他の例に
おいては、照射部３０は、光を照射する一つの光源を有
し、一つの光源を、３点以上又は３点の照射位置のそれ
ぞれに所定の順番で移動させてもよい。また、発光装置
１００は、光源を照射位置に移動させる光源制御部を備
えていてもよい。

【００４２】図６は、光学的に一直線上にある３点の照
射位置から物体２０に光を照射する、発光装置１００の
一例を示す。発光装置１００は、照射部３０を備える。
図６（ａ）に示すように、照射部３０は、光学的に一直
線上にある照射位置（１２，１４，１６）のそれぞれに
光源を有していてもよい。また、図６（ｂ）に示すよう
に、照射部３０は、光を照射する一つの光源を有し、発
光装置１００は、一つの光源を、３点の照射位置（１
２，１４，１６）のそれぞれに所定の順番、且つ所定の
タイミングで移動させる光源制御部４０を更に備えてい
てもよい。また、図６（ｃ）に示すように、照射部３０
は、光を照射する第１光源及び第２光源を有していても
よい。発光装置１００は、光源制御部４０を更に備え、
光源制御部４０は、第２光源を３点の照射位置の第１光
源が配置されていない二つの照射位置のそれぞれに順に
移動させる。本例においては、第１光源は、例えば照射
位置１６に配置され、第２光源は、例えば照射位置１４
に配置される。光源制御部４０は、第２光源を所定のタ
イミングで照射位置１４と照射位置１２間を往復させ
る。また、照射位置が三角形を形成する場合においても
同様に、発光装置１００は、一つ又は二つの光源を有
し、光源制御部４０は、光源を所定の照射位置に、所定
の順番かつ所定のタイミングで移動させる。

【００４３】図７は、光学的に三角形を形成する３点の
照射位置から物体２０に光を照射する、発光装置１００
の一例を示す。本例において、照射位置は、一例として
正三角形を形成する。発光装置１００は、照射部３０を
備える。照射部３０は、光学的に正三角形を形成する３
点の照射位置のそれぞれに光源を有していてもよい。ま
た、図７（ａ）に示すように、照射部３０は、光を照射
する第１光源及び第２光源を有していてもよい。発光装
置１００は、光源制御部４０を更に備え、光源制御部４
０は、第２光源を３点の照射位置の第１光源が配置され
ていない二つの照射位置のそれぞれに順に移動させる。

【００４４】また、照射部３０は、光を照射する一つの
光源を有し、発光装置１００は、一つの光源を、３点の
照射位置（１２，１４，１６）のそれぞれに所定の順
番、且つ所定のタイミングで移動させる光源制御部４０
を更に備えていてもよい。また、図７（ｂ）に示すよう
に、照射部３０は、回転するテーブル３２を有し、光源
はテーブル３２上に配置され、光源制御部４０は、テー
ブル３２を回転させることにより、一つの光源を３点の
照射位置（１２，１４，１６）に所定の順番且つ所定の
タイミングで移動させてもよい。テーブル３２を１２０
度づつ回転させることにより、光源を３点の照射位置に
移動させることができる。光源を移動させるために、テ
ーブル３２を等角度づつ回転させればよいので、光源制
御部４０の光源の移動制御が容易になる。

【００４５】本例においては、照射位置が正三角形を形
成している場合について説明したが、照射位置が正三角
形を形成していなくてもよいことは明らかである。照射
位置は、任意の三角形を形成してよい。このときテーブ
ルを所定の角度回転させることにより、光源を３点の照
射位置に移動させることができる。

【００４６】図８は、画像撮像装置２００の一例の説明
図である。図８において、図１から図７までと同じ符号
を付したものは、図１から図７に関連して説明したもの
と同一又は同様の構成及び機能を有してよい。画像撮像
装置２００は、照射部５０、制御部５４、分光部５６、
撮像部５８、光学レンズ６８を備える。

【００４７】照射部５０は、図５から図７に関連して説
明した発光装置１００と同一又は同様の構成及び機能を
有してよい。照射部５０は、一例として３点の照射位置
（１２，１４，１６）を有し、それぞれの位置から物体
２０に光を照射する。照射部５０は、それぞれの照射位
置において異なる波長（λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃ）の光を照射
し、それぞれの照射位置において、実質的に同時に物体
２０に光を照射する。例えば、照射部５０は、それぞれ
異なる波長の光を主に透過する光学フィルター（図示せ
ず）を有していてもよい。このとき、照射部５０はそれ
ぞれの照射位置（１２，１４，１６）から光源によって
照射される光を光学フィルターを介して、波長λ_ａ、λ
_ｂ、λ_ｃの光として物体２０に同時に照射する。

【００４８】照射部５０から照射された光は、物体２０
で反射し、光学レンズ６８に入射する。光学レンズ６８
に入射した物体２０による反射光は、光学レンズ６８を
介して分光部５６に入射される。

【００４９】分光部５６は、一例として光学レンズ６８
が結像した反射光を波長λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃに分割するプ
リズムである。分光部５６によって分光された光はそれ
ぞれ撮像部（５８ａ、５８ｂ、５８ｃ）に受光される。
撮像部（５８ａ、５８ｂ、５８ｃ）は、一例として３板
の固体撮像素子である。撮像部（５８ａ、５８ｂ、５８
ｃ）に受光された光は、光電効果により電荷として読み
出され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタル電気
信号に変換され、画像処理装置（図示せず）に入力され
る。画像処理装置は、入力された信号に基づいて物体２
０までの距離情報、物体２０の表面の傾き情報、物体２
０の表面の反射率情報を算出する。

【００５０】撮像部５８は、分光部５６によって分離さ
れた光のそれぞれを撮像する。撮像部５８は、一例とし
て固体撮像素子である。物体２０の像は、固体撮像素子
の受光面上に結像される。結像された物体２０の像の光
量に応じ、固体撮像素子の各センサエレメントに電荷が
蓄積され、蓄積された電荷は、一定の順序で走査され、
電気信号として読み出される。固体撮像素子は、物体２
０からの反射光の強度を画素単位に高い精度で検出可能
なように、信号／雑音比が良く、画素数が大きい電荷結
合素子（ＣＣＤ）イメージセンサであることが好まし
い。固体撮像素子としてＣＣＤ以外にＭＯＳイメージセ
ンサ、Ｃｄ−Ｓｅ密着型イメージセンサ、ａＳｉ密着型
イメージセンサ、又はバイポーラ密着型イメージセンサ
等を用いてもよい。

【００５１】制御部５４は、照射部５０が光を照射する
発光タイミング及び、撮像部５８が反射光を撮像する撮
像タイミングを制御する。制御部５４は、同期信号が入
力され、同期信号に基づいて発光タイミング及び撮像タ
イミングを制御する。また、制御部５４は、物体２０ま
での距離情報に基づいて、照射部５０が照射する光の強
度、撮像部５４のフォーカス、絞り等を制御してもよ
い。制御部５４は、撮像部５８の露光時間を制御しても
よい。

【００５２】本例においては、照射部５０は、３点の照
射位置においてそれぞれ一つの波長を主な波長成分とす
る光を照射したが、他の例においては、照射部５０は、
３点の照射位置のそれぞれで、複数の波長を主な波長成
分とする光を照射してもよい。このとき、分光部５６
は、物体２０による反射光を、照射部５０が照射した光
の複数の波長のそれぞれの波長成分に分割することが好
ましい。しかし、全ての波長成分に分割する場合、分光
部５６が大きくなりすぎる場合がある。そこでさらに他
の例においては、照射部５０は、照射位置１２におい
て、波長λ_ａを主要な波長成分とする光を照射し、他の
２つの照射位置において、それぞれ２種類の波長を主要
な波長成分とし、それぞれの２種類の波長の平均値が波
長λ_ａとなるような光を照射してもよい。このとき、分
光部５６は、物体２０による反射光を、それぞれの照射
位置から照射された光の波長成分に分割する。つまり、
分光部５６は、反射光を３種類の光に分割する。画像処
理装置（図示せず）は、照射位置１２から照射された光
の反射光強度と、照射位置１４から照射された光の反射
光強度の１／２と、照射位置１６から照射された光の反
射光強度の１／２とに基づいて、物体２０の各情報を算
出する。

【００５３】本例において、分光部５６はプリズムを有
していたが、他の例においては、異なる波長の光のそれ
ぞれを主に透過する複数の光学フィルターを有してもよ
い。光学フィルターは、撮像部５８の受光面に配置され
る。また、照射部５０がそれぞれの照射位置で同時に光
を照射しないときは、撮像部５８は、分光部５６を介さ
ずに反射光を撮像してよい。

【００５４】図９は、物体２０の情報を獲得する情報獲
得装置の一例の構成図である。情報獲得装置は、物体２
０の画像を撮像し、距離情報等を獲得する画像撮像装置
２００と、物体２０を撮像した画像を処理する画像処理
装置３００とを備える。画像撮像装置２００は図８に関
連して説明した画像撮像装置２００と同一又は同様の機
能及び構成を有する。

【００５５】画像処理装置３００は、入力部６０、記憶
部６２、算出部６４及び、出力部６６を備える。入力部
６０は、３点以上の照射位置から照射されたそれぞれの
光の、物体２０によるそれぞれの反射光に基づく画像デ
ータを入力する。記憶部６２は、入力部６０に入力され
た画像データを記憶する。記憶部６２は、照射部５０が
照射した光の波長特性毎に画像データを記憶してもよ
い。算出部６４は、記憶部６２に記憶された画像データ
に基づいて、物体２０までの距離情報、物体２０の表面
の向き情報、物体２０の表面の反射率情報を算出する。
算出部６４は、画像データに基づいて、反射光の強度を
撮像部５８の画素単位又は画素領域単位で検出し、検出
した反射光の強度に基づいて、物体２０の各情報の分布
を算出してもよい。算出部６４は、図１又は図２に関連
して説明した方法と同様又は同一の方法で物体２０の各
情報を算出してもよい。また、照射部５０が異なる波長
の光を照射した場合、算出部６４は、図３に関連して説
明した方法によって、それぞれの照射位置から同一の波
長の光を照射したときの、反射光の強度を算出し、算出
した強度に基づいて物体２０の各情報を算出することが
好ましい。記憶部６４は、算出部６４が算出した物体２
０の各情報及び、物体２０の各情報の分布を記憶するこ
とが好ましい。

【００５６】出力部６６は、算出部６４が算出した、物
体２０までの距離情報、物体２０の表面の向き情報、物
体２０の表面の反射率情報及び、各情報の分布を出力す
る。出力部６６は、物体２０の各情報を、表示装置上に
数値及び図形を用いて表示してよい。また、出力部６６
は、物体２０の各情報を音によって出力してもよい。出
力部６６は、予め指定された位置情報に基づいて各情報
を出力してもよい。また、出力部６６は、予め指定され
た項目及び基準に基づいて出力してもよい。例えば、予
め指定された項目が一定以上となる領域について各情報
を出力してもよい。また、出力部６６は、物体２０が静
止しているか動いているかに基づいて各情報を出力して
もよい。

【００５７】本例において、画像撮像装置２００は、そ
れぞれの照射位置において異なる波長の光を同時に物体
２０に照射し、分光部５６でそれぞれの波長の光による
反射光に分離した。波長が異なる光を同時に照射するこ
とにより、物体２０が動いている場合であっても、精度
良く物体２０の情報を獲得することができる。しかし、
物体が静止している場合、画像撮像装置２００は、それ
ぞれの照射位置における光の波長を異ならせる必要はな
く、また、分光部５６を有さず、物体２０からの反射光
をそれぞれ撮像部５８で撮像してもよい。この場合、制
御部５４が、照射部５０から光を照射する照射タイミン
グと、撮像部５８が物体２０からの反射光を撮像する撮
像タイミングとを制御することが好ましい。

【００５８】以上説明した、画像撮像装置２００及び画
像処理装置３００によれば、物体２０の表面の傾き等の
誤差を排除して、精度よく物体２０までの距離情報を獲
得することができる。また、物体２０の表面の傾き情報
及び物体２０の表面の反射率情報を獲得することができ
る。また、簡単な装置によって物体２０の各情報を獲得
することができる。

【００５９】図１０は、画像処理装置３００の一例の構
成図である。当該画像処理装置は、図９に関連して説明
した画像処理装置３００と、同一又は同様の機能及び構
成を有してよい。本例において、入力部６０、記録部６
２、出力部６６は、図９に関連して説明したものと同一
又は同様の機能及び構成を有する。

【００６０】算出部６４は、ＣＰＵ４３０、入力装置４
３２，ＲＯＭ４３４、ハードディスク４３６，ＲＡＭ４
３８、ＣＤ−ＲＯＭドライブ４４０を有する。ＣＰＵ４
３０は、ＲＯＭ４３４及びＲＡＭ４３８に格納されたプ
ログラムに基づいて動作する。キーボード、マウス等の
入力装置４３２を介して利用者によりデータが入力され
る。ハードディスク４３６は、画像等のデータ、及びＣ
ＰＵ４３０を動作させるプログラムを格納する。ＣＤ−
ＲＯＭドライブ４４０はＣＤ−ＲＯＭ４４２からデータ
又はプログラムを読みとり、ＲＡＭ４３８、ハードディ
スク４３６及びＣＰＵ４３０の少なくともいずれかに提
供する。

【００６１】ＣＰＵ４３０が実行するプログラムの機能
構成は、図９に関連して説明した画像処理装置３００の
算出部６４の機能構成と同じであり、３点以上の照射位
置から物体２０に光を照射した場合の、それぞれの照射
位置からの光による物体２０からの反射光の強度を、そ
れぞれ入力させる入力モジュールと、反射光のそれぞれ
の強度に基づいて、物体までの距離情報を算出させる算
出モジュールとを有する。入力モジュール及び算出モジ
ュールが、ＣＰＵ４３０に行わせる処理は、図９に関連
して説明した算出部６４の機能及び動作と同じであるか
ら、説明を省略する。これらのプログラムは、ＣＤ−Ｒ
ＯＭ４４２等の記録媒体に格納された利用者に提供され
る。記録媒体の一例としてのＣＤ−ＲＯＭ４４２には、
本出願で説明した、画像処理装置３００の動作の一部又
は全ての機能を格納することができる。

【００６２】上記のプログラムは、記録媒体から直接Ｒ
ＡＭ４３８に読み出されてＣＰＵ４３０により実行され
てもよい。あるいは、上記のプログラムは、記録媒体か
らハードディスク（ＭＤ）等の磁気記録媒体、ＭＯ等の
光磁気記録媒体、テープ状記録媒体、不揮発性の半導体
メモリカード等を用いることができる。

【００６３】上記のプログラムは、単一の記録媒体に格
納されてもよいし、複数の記録媒体に分割されて格納さ
れてもよい。また、上記プログラムは、記録媒体に圧縮
されて格納されてもよい。圧縮されたプログラムは伸張
され、ＲＡＭ４３８等の別の記録媒体に読み出され、実
行されてもよい。さらに、圧縮されたプログラムは、Ｃ
ＰＵ４３０によって伸張され、ハードディスク４３６等
にインストールされた後、ＲＡＭ４３８等の別の記録媒
体に読み出され、実行されてもよい。

【００６４】さらに、記録媒体の一例としてのＣＤ−Ｒ
ＯＭ４４２は、通信ネットワークを介して、ホストコン
ピュータによって提供される上記のプログラムを格納し
てもよい。記録媒体に格納された上記のプログラムは、
ホストコンピュータのハードディスクに格納され、通信
ネットワークを介してホストコンピュータから当該コン
ピュータに送信され、ＲＡＭ４３８等の別の記録媒体に
読み出され、実行されてもよい。

【００６５】上記のプログラムを格納した記録媒体は、
本出願の画像処理装置３００を製造するためにのみ使用
されるものであり、そのような記録媒体の行としての製
造及び販売等が本出願に基づく特許険の侵害を構成する
ことは明らかである。

【００６６】以上、本発明を実施の形態を用いて説明し
たが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範
囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又
は改良を加えることが可能であることが当業者に明らか
である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の
技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載
から明らかである。

【００６７】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、光が照射された物体から得られる反射光を撮像
することにより、物体の表面の傾きによる誤差を排除し
た、物体までの距離情報を獲得することが可能となる。
また、物体２０の表面の傾き情報、物体２０の表面の反
射率情報を獲得することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 情報獲得方法の原理説明図である。

【図２】 照射位置が一直線上に配置された場合の、情
報獲得方法の説明図である。

【図３】 波長による物体２０の表面の反射率の違いを
補正した情報獲得方法の説明図である。

【図４】 情報獲得方法の一例を示すフローチャートで
ある。

【図５】 発光装置１００の一例を示す。

【図６】 光学的に一直線上にある３点の照射位置から
物体２０に光を照射する、発光装置１００の一例を示
す。

【図７】 光学的に三角形を形成する３点の照射位置か
ら物体２０に光を照射する、発光装置１００の一例を示
す。

【図８】 画像撮像装置２００の一例の説明図である。

【図９】 情報獲得装置の一例の構成図である。

【図１０】 画像処理装置３００の一例の構成図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・カメラ、１２、１４、１６・・・照射位置 ２０・・・物体、２４・・・被照射部 ３０・・・照射部、３２・・・テーブル ４０・・・光源制御部、５０・・・照射部 ５４・・・制御部、５６・・・分光部 ５８・・・撮像部、６０・・・入力部 ６２・・・記憶部、６４・・・算出部 ６６・・・出力部、１００・・・発光装置 ２００・・・画像撮像装置、３００・・・画像処理装置 ４３０・・・ＣＰＵ、４３２・・・入力装置 ４３４・・・ＲＯＭ、４３６・・・ハードディスク ４３８・・・ＲＡＭ、４４０・・・ＣＤ−ＲＯＭドライ
ブ ４４２・・・記録媒体

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体までの距離情報を獲得する情報獲得
   方法であって、 光学的に異なる３点以上の照射位置から、前記物体に光
   を照射する照射段階と、 前記３点以上の照射位置から照射された前記光による前
   記物体からの反射光をそれぞれ撮像する撮像段階と、 前記撮像段階によって撮像された前記反射光に基づい
   て、前記距離情報を算出する算出段階とを備えることを
   特徴とする情報獲得方法。
2. 【請求項２】 前記算出段階は、前記反射光の強度に基
   づいて、前記距離情報を算出することを特徴とする請求
   項１に記載の情報獲得方法。
3. 【請求項３】 前記撮像段階は、前記３点以上の照射位
   置のいずれか一つと光学的に同位置で、前記３点以上の
   照射位置からの前記光の前記反射光をそれぞれ撮像する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の情報獲得方
   法。
4. 【請求項４】 前記照射段階は、光学的に一直線上にあ
   る３点の照射位置から、前記物体に前記光を照射するこ
   とを特徴とする請求項３に記載の情報獲得方法。
5. 【請求項５】 前記照射段階は、それぞれの前記照射位
   置において、異なる波長の前記光を前記物体に照射し、
   それぞれの前記照射位置において、実質的に同時に前記
   物体に前記光を照射することを特徴とする請求項１から
   ４のいずれかに記載の情報獲得方法。
6. 【請求項６】 前記撮像段階は、前記異なる波長の光の
   それぞれを選択的に透過させる波長選択手段を有し、そ
   れぞれの前記照射位置における前記光による前記物体か
   らの前記反射光をそれぞれ撮像することを特徴とする請
   求項５に記載の情報獲得方法。
7. 【請求項７】 物体の距離情報、表面の向き情報及び表
   面の反射率情報を獲得するための光を照射する発光装置
   であって、 光学的に異なる３点以上の照射位置から、前記光を前記
   物体に照射する照射部を備えることを特徴とする発光装
   置。
8. 【請求項８】 前記照射部は、光学的に一直線上にある
   ３点の照射位置から、前記物体に前記光を照射すること
   を特徴とする請求項７に記載の発光装置。
9. 【請求項９】 前記照射部は、前記照射位置のそれぞれ
   に、前記光を照射する光源をそれぞれ有することを特徴
   とする請求項７又は８に記載の発光装置。
10. 【請求項１０】 前記照射部は、それぞれの前記照射位
    置において異なる波長の前記光を照射し、それぞれの前
    記照射位置において、実質的に同時に前記物体に前記光
    を照射することを特徴とする請求項９に記載の発光装
    置。
11. 【請求項１１】 前記照射部は、前記光を照射する一つ
    の光源を有し、 前記一つの光源を、前記照射位置のそれぞれに所定の順
    番で移動させる光源制御部を更に備えることを特徴とす
    る請求項７又は８に記載の発光装置。
12. 【請求項１２】 前記照射部は、前記光を照射する一つ
    の光源を有し、光学的に三角形を形成する３点の照射位
    置から前記物体に前記光を照射し、 前記一つの光源は、回転するテーブル上に配置され、 前記光源制御部は、前記テーブルを回転させることによ
    り、前記一つの光源を前記３点の照射位置のそれぞれに
    移動させることを特徴とする請求項１１に記載の発光装
    置。
13. 【請求項１３】 前記照射部は、前記光を照射する第１
    光源及び第２光源を有し、 前記第１光源は、前記３点の照射位置のいずれか一つに
    配置され、 前記第２光源を、前記３点の照射位置の前記第１光源が
    配置されていない二つの照射位置のそれぞれに順に移動
    させる光源制御部を更に備えることを特徴とする請求項
    ７又は８に記載の発光装置。
14. 【請求項１４】 物体の距離情報を獲得する画像撮像装
    置であって、 光学的に異なる３点以上の照射位置から、前記物体に光
    を照射する照射部と、 前記物体における前記光の反射光を撮像する撮像部と、
    を備え、 前記撮像部は、前記３点以上の照射位置のいずれか一つ
    と光学的に同位置で、前記３点以上の照射位置からの前
    記光の前記反射光をそれぞれ撮像することを特徴とする
    画像撮像装置。
15. 【請求項１５】 それぞれの前記照射位置において、前
    記照射部が前記光を照射する発光タイミング及び、前記
    撮像部が前記反射光を撮像する撮像タイミングを制御す
    る制御部を更に備え、 前記制御部は、同期信号が入力され、前記同期信号に基
    づいて、前記発光タイミング及び、前記撮像タイミング
    を制御することを特徴とする請求項１４に記載の画像撮
    像装置。
16. 【請求項１６】 前記照射部は、それぞれの前記照射位
    置において異なる波長の前記光を照射し、それぞれの前
    記照射位置において、実質的に同時に前記物体に前記光
    を照射し、 前記異なる波長の光の前記物体による前記反射光を、前
    記異なる波長のそれぞれを主要な波長成分とする光に分
    離する分光部を更に備え、 前記撮像部は、前記分離された光のそれぞれを撮像する
    ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の画像撮像
    装置。
17. 【請求項１７】 前記分光部は、前記異なる波長の光の
    それぞれを主に透過する複数の光学フィルターを有する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の画像撮像装置。
18. 【請求項１８】 物体を撮像した画像を処理する画像処
    理装置であって、 ３点以上の照射位置から照射されたそれぞれの光によ
    る、前記物体からのそれぞれの反射光に基づく画像デー
    タを入力する入力部と、 入力された前記画像データを記憶する記憶部と、 前記画像データに基づいて、前記物体までの距離情報、
    前記物体の表面の向き情報及び、前記表面の反射率情報
    を算出する算出部と、 前記算出部が算出した、前記距離情報、前記表面の向き
    情報及び、前記表面の反射率情報を出力する出力部とを
    備えることを特徴とする画像処理装置。
19. 【請求項１９】 前記画像データは、前記反射光を受光
    する複数の画素を有する撮像手段で撮像したデータであ
    り、 前記算出部は、前記画素毎の前記３点以上の照射位置か
    ら照射されたそれぞれの光の反射光の強度を抽出し、抽
    出した前記それぞれの光の前記反射光の前記画素毎の前
    記強度に基づいて、前記距離情報の分布、前記表面の向
    き情報の分布及び、前記表面の反射率情報の分布を算出
    することを特徴とする請求項１８に記載の画像処理装
    置。
20. 【請求項２０】 物体までの距離情報を獲得するコンピ
    ュータ用のプログラムを格納した記録媒体であって、前
    記プログラムが、 ３点以上の照射位置から前記物体に光を照射した場合
    の、それぞれの前記照射位置からの光による前記物体か
    らの反射光の強度を、それぞれ入力させる入力モジュー
    ルと、 前記反射光のそれぞれの前記強度に基づいて、前記物体
    までの前記距離情報を算出させる算出モジュールとを備
    えたことを特徴とする記録媒体。