JP2003014422A - Real time range finder - Google Patents

Real time range finder

Info

Publication number
JP2003014422A
JP2003014422A JP2002135010A JP2002135010A JP2003014422A JP 2003014422 A JP2003014422 A JP 2003014422A JP 2002135010 A JP2002135010 A JP 2002135010A JP 2002135010 A JP2002135010 A JP 2002135010A JP 2003014422 A JP2003014422 A JP 2003014422A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
image
optical
subject
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002135010A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3668466B2 (en
Inventor
Kenya Uomori
謙也 魚森
Atsushi Morimura
森村  淳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2002135010A priority Critical patent/JP3668466B2/en
Publication of JP2003014422A publication Critical patent/JP2003014422A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3668466B2 publication Critical patent/JP3668466B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily perform a distance measurement in real time by use of a known technique without using a special sensor as time measuring function is imparted to each photosensor. SOLUTION: In this real time range finder, lights having different wavelength characteristics are incident on a first optical modulator 32 having a light transmittance varied depending on position and a second optical modulator having a light transmittance different from that of the first optical modulator 32, their optical outputs are composed and projected to the same subject OB to take the image by use of an optical filter 31 for extracting the wavelength components of first and second light source 30, respectively. This range finder comprises a distance calculation part for calculating the distance to the subject OB from the value of each pixel in two or more image data obtained by the imaging and the geometric arrangement of image pickup elements 18 and 20 with the light sources 30.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体の3次元位
置(距離画像)を測定するレンジファインダに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a range finder for measuring a three-dimensional position (distance image) of a subject.

【0002】[0002]

【従来の技術】レンジファインダは、被写体の距離画像
を測定する装置であり、種々の測定原理が開発されてい
る。例えば、図14に示すように被写体となる物体に対
して縦に長い線状の光(スリット光)を照射し、これを
横方向に掃引してその反射光をカメラで捉えて物体全体
の3次元位置を計測する。
2. Description of the Related Art A range finder is a device for measuring a distance image of a subject, and various measuring principles have been developed. For example, as shown in FIG. 14, a vertically long linear light (slit light) is applied to an object, which is a subject, and is swept in the horizontal direction. Measure the dimensional position.

【0003】図15に上記測定原理を採用したレンジフ
ァインダの構成例を示す。同図に示すレンジファインダ
は、光源1からの光をスリット2で縦に長い線状の光に
し、これの投影方向を回転ミラー3により被写体4に対
して水平方向に掃引する。被写体4からの反射光をレン
ズ5を通してホトセンサ6で受光し、各ホトセンサ6の
受光タイミングをタイミング測定部7から距離計算部8
へ入力して掃引開始時刻から各ホトセンサ6に光が到達
するまでの経過時間を計測する。これにより、各ホトセ
ンサ6に光が到達したときのスリット光の投影方向θを
知ることが出来る。そして、投影方向θと、ホトセンサ
6の位置から三角測量の原理で、被写体4の点Pの3次
元位置を計測する。これを、各ホトセンサ6について計
算することにより、被写体4の各点の3次元位置を計測
することができる。
FIG. 15 shows an example of the structure of a range finder which adopts the above measurement principle. In the range finder shown in the figure, the light from the light source 1 is made into a long linear light by the slit 2, and the projection direction of this is swept horizontally with respect to the subject 4 by the rotating mirror 3. The reflected light from the subject 4 is received by the photosensor 6 through the lens 5, and the light receiving timing of each photosensor 6 is changed from the timing measuring unit 7 to the distance calculating unit 8
To the photosensor 6 and the elapsed time from the sweep start time until the light reaches each photosensor 6 is measured. This makes it possible to know the projection direction θ of the slit light when the light reaches each photosensor 6. Then, the three-dimensional position of the point P of the subject 4 is measured from the projection direction θ and the position of the photosensor 6 based on the principle of triangulation. By calculating this for each photosensor 6, the three-dimensional position of each point of the subject 4 can be measured.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなレンジファインダは、フォトセンサ部分において
各フォトセンサに光が到達した時刻を測定するので、各
フォトセンサに時間計測のための時間計測機能を持たせ
なければならなかった。また、一般的な距離画像の解像
度を得るためには、フォトセンサの解像度を上げる必要
がある。そのためにフォトセンサ列をIC化し、各フォ
トセンサ周辺に時間計測回路を施すというかなり大きな
集積化を必要とする。このため、システムを実現するた
めには専用ICを製作しなければならず、実現が困難で
あった。
However, since the range finder as described above measures the time when the light reaches each photo sensor in the photo sensor portion, it has a time measuring function for measuring the time in each photo sensor. I had to have it. Further, in order to obtain the resolution of a general range image, it is necessary to increase the resolution of the photo sensor. Therefore, it is necessary to integrate the photosensor array into an IC and to provide a time measuring circuit around each photosensor, which is a considerably large integration. Therefore, in order to realize the system, a dedicated IC must be manufactured, which is difficult to realize.

【0005】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、既存の技術を用いて、各フォトセンサに時
間計測機能を持たせたような特別なセンサを用いること
なく、容易に実時間で距離計測の出来る実時間レンジフ
ァインダを提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to easily use the existing technology without using a special sensor having a time measuring function in each photosensor. It is intended to provide a real-time range finder capable of measuring distance in real time.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、位置によって異なった光透過率を有する第1
の光変調器と前記光変調器とは異なった光透過率を有す
る第2の光変調器に、波長特性の異なる光を入射し、こ
れの光出力を合成して同一被写体に投光し、第1、第2
の光源の波長成分をそれぞれ抽出する光学フィルタを用
いて撮像し、得られた画像データの各画素の値と撮像素
子と前記光源の幾何学的配置から、被写体までの距離を
計算する距離計算部を有することを特徴とする実時間レ
ンジファインダである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a first light transmission device having a different light transmittance depending on the position.
Of the optical modulator and the second optical modulator having a different light transmittance from the optical modulator, light with different wavelength characteristics is made incident, and the optical outputs thereof are combined and projected to the same subject, First, second
An image is captured using an optical filter for extracting the wavelength component of each of the light sources, and a distance calculator that calculates the distance to the subject from the value of each pixel of the obtained image data and the geometrical arrangement of the image sensor and the light source. It is a real-time range finder characterized by having.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の第1の態様にかかる発明
は、位置によって光透過率の異なる光パタンを生成する
第1の光変調器と、前記第1の光変調器とは異なった光
パタンを生成する第2の光変調器と、前記第1、第2の
光変調器それぞれに対して波長特性の異なる光を入射す
る第1、第2の光源と、前記第1、第2の光変調器から
出力された光パタンの投射された被写体からの光がそれ
ぞれ入射し前記第1、第2の光源の波長特性に合わせた
波長成分をそれぞれ抽出する複数の光学フィルタと、前
記複数の光学フィルタに対応して配置された複数の撮像
素子と、各々の撮像素子から得られた画像データの各画
素の値と前記撮像素子と前記光源との幾何学的配置か
ら、被写体までの距離を計算する距離計算部とを具備す
る実時間レンジファインダであり、被写体に照射する光
を複数のパタン光にすることにより、各フォトセンサに
時間計測機能を持たせるようなセンサを用意することな
く、容易に実時間で距離計測出来る作用を奏する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention according to the first aspect of the present invention is different from a first optical modulator for generating an optical pattern having a different light transmittance depending on a position, and the first optical modulator. A second optical modulator that generates an optical pattern; first and second light sources that make light having different wavelength characteristics incident on the first and second optical modulators; and the first and second optical modulators. A plurality of optical filters that respectively enter the light from the subject onto which the light pattern output from the optical modulator is projected and that extract the wavelength components that match the wavelength characteristics of the first and second light sources; A plurality of image pickup elements arranged corresponding to the optical filter, the value of each pixel of the image data obtained from each image pickup element, and the geometrical arrangement of the image pickup element and the light source, and the distance to the subject. A real-time range filter including a distance calculation unit for calculating A Sunda, by the light irradiating the subject into a plurality of patterns light, without preparing the sensor as to have a time measurement function to each photosensor, performing an operation that can easily measure the distance in real time.

【0008】本発明の第2の態様にかかる発明は、位置
によって光透過率の異なる光パタンを生成する第1の光
変調器と、前記光変調器とは異なった光パタンを生成す
る第2の光変調器と、前記第1、第2の光変調器それぞ
れに対して波長特性の異なる光を入射する第1、第2の
光源と、前記第1、第2の光変調器の光パタンを被写体
に投光するパタン光動作と前記波長特性の異なる複数の
光を一様な光強度分布で前記被写体に投光する拡散光動
作とを交互に時分割で行う光源制御手段と、前記パタン
光動作及び拡散光動作にて光の投射された被写体からの
光がそれぞれ入射し前記第1、第2の光源の波長特性に
合わせた波長成分をそれぞれ抽出する複数の光学フィル
タと、前記複数の光学フィルタに対応して配置された複
数の撮像素子と、前記拡散光動作時に各々の撮像素子か
ら得られた画像データの各画素の値から被写体の表面反
射率補正係数を計算し、前記パタン光動作時に各々の撮
像素子から得られた画像データの各画素の値と前記撮像
素子と前記光源との幾何学的配置と前記反射率補正係数
とから、被写体までの距離を計算する距離計算部とを具
備する実時間レンジファインダであり、被写体表面の反
射率特性が波長に依存する場合であっても距離計測を行
うことができるといった作用を奏する。
According to a second aspect of the present invention, a first optical modulator for producing an optical pattern having a different light transmittance depending on a position and a second optical modulator for producing an optical pattern different from the optical modulator are provided. Optical modulator, first and second light sources for injecting lights having different wavelength characteristics to the first and second optical modulators, and optical patterns of the first and second optical modulators. Light source control means for alternately time-divisionally performing a pattern light operation for projecting light on a subject and a diffuse light operation for projecting a plurality of lights having different wavelength characteristics on the subject with a uniform light intensity distribution, and the pattern. A plurality of optical filters that respectively enter the light from the subject on which the light is projected by the optical operation and the diffused light operation and extract the wavelength components matched with the wavelength characteristics of the first and second light sources, and the plurality of optical filters. A plurality of imaging elements arranged corresponding to the optical filter, The surface reflectance correction coefficient of the subject is calculated from the value of each pixel of the image data obtained from each image sensor during the diffuse light operation, and each pixel of the image data obtained from each image sensor during the pattern light operation. Is a real-time range finder that includes a distance calculation unit that calculates a distance to a subject from the value of, the geometrical arrangement of the image sensor and the light source, and the reflectance correction coefficient, and the reflectance of the subject surface. Even if the characteristic depends on the wavelength, the distance can be measured.

【0009】本発明の第3の態様にかかる発明は、位置
によって光透過率の異なる光パタンを生成する第1の光
変調器と、前記光変調器とは異なった光パタンを生成す
る第2の光変調器と、前記第1、第2の光変調器それぞ
れに対して波長特性の異なる光を入射する第1、第2の
光源と、前記第1、第2の光変調器から出力された光パ
タンの投射された被写体からの光を受光する撮像素子
と、前記第1、第2の光源の波長特性に合せた波長特性
をそれぞれ有し前記撮像素子上に空間多重するように配
置された複数の光学フィルタと、前記撮像素子にて取得
された各々の複数種類の波長の光領域での画像データの
各画素の値と前記撮像素子と前記光源との幾何学的配置
から被写体までの距離を計算する距離計算部とを具備す
る実時間レンジファインダであり、一つの撮像素子を設
けるだけで被写体の距離画像を得られるといった作用を
奏する。
According to a third aspect of the present invention, a first optical modulator for generating an optical pattern having a different light transmittance depending on a position and a second optical modulator for generating an optical pattern different from the optical modulator are provided. Output from the first and second light modulators, and the first and second light sources that enter light having different wavelength characteristics to the first and second light modulators, respectively. And an image pickup element for receiving light from a projected object having a light pattern and wavelength characteristics matched with the wavelength characteristics of the first and second light sources, respectively, and arranged so as to be spatially multiplexed on the image pickup element. A plurality of optical filters, the value of each pixel of the image data in the light region of each of a plurality of types of wavelengths acquired by the image sensor, and the geometrical arrangement of the image sensor and the light source to the object. A real-time range filter including a distance calculator that calculates a distance. A Sunda, performing an operation such as to obtain a distance image of the object only by providing a single image sensor.

【0010】本発明の第4の態様にかかる発明は、位置
によって光透過率の異なる光パタンを生成する第1の光
変調器と、前記光変調器とは異なった光パタンを生成す
る第2の光変調器と、前記第1、第2の光変調器それぞ
れに対して波長特性の異なる光を入射する第1、第2の
光源と、前記第1、第2の光変調器からの光パタンを被
写体に投光するパタン光動作と前記波長特性の異なる複
数の光を一様な光強度分布で前記被写体に投光する拡散
光動作とを交互に時分割で行う光源制御手段と、前記パ
タン光動作及び拡散光動作にて光の投射された被写体か
らの光を受光する撮像素子と、前記第1、第2の光源の
波長特性に合せた波長特性をそれぞれ有し前記撮像素子
上に空間多重するように配置された複数の光学フィルタ
と、前記拡散光動作時に前記撮像素子から得られた画像
データの各画素の値から被写体の表面反射率補正係数を
計算し、前記パタン光動作時に前記撮像素子から得られ
た画像データの各画素の値と前記撮像素子と前記光源と
の幾何学的配置と前記表面反射率補正係数とから、被写
体までの距離を計算する距離計算部とを具備する実時間
レンジファインダであり、被写体表面の反射率特性が波
長に依存する場合であっても一つの撮像素子で距離計測
を行うことができるといった作用を奏する。
According to a fourth aspect of the present invention, a first optical modulator for producing an optical pattern having a different light transmittance depending on a position and a second optical modulator for producing an optical pattern different from the optical modulator. Optical modulators, first and second light sources for injecting light having different wavelength characteristics to the first and second optical modulators, and light from the first and second optical modulators. Light source control means for alternately time-divisionally performing a pattern light operation for projecting a pattern on a subject and a diffuse light operation for projecting a plurality of lights having different wavelength characteristics on the subject with a uniform light intensity distribution; An image pickup device that receives light from a subject on which light is projected by a pattern light operation and a diffused light operation, and wavelength characteristics that match the wavelength characteristics of the first and second light sources, respectively, are provided on the image pickup element. A plurality of optical filters arranged so as to be spatially multiplexed, Sometimes the surface reflectance correction coefficient of the subject is calculated from the value of each pixel of the image data obtained from the image pickup device, and the value of each pixel of the image data obtained from the image pickup device at the time of the pattern light operation and the image pickup device. A real-time range finder comprising: a geometrical arrangement with the light source; and a surface reflectance correction coefficient to calculate a distance to a subject, the reflectance characteristic of the subject surface depending on wavelength. Even in such a case, there is an effect that the distance can be measured with one image sensor.

【0011】本発明の第5の態様にかかる発明は、被写
体に投射するスリット光を空間的に掃引する光源部と、
前記スリット光に掃引された被写体から光が入射し前記
スリット光の波長特性に合せた波長成分を抽出する光学
フィルタと、前記光学フィルタに対応して配置された撮
像素子と、スリット光による第1の掃引と第2の掃引に
おいて光源の光強度の変化パターンを異ならせる光源部
制御手段と、第1の掃引に対する撮像素子の出力と第2
の掃引に対する撮像素子の出力から画像の各位置におけ
るスリット光の出射角度を計算し、これによって画像の
各位置における被写体までの距離を計算する距離計算部
とを具備する実時間レンジファインダであり、複数フォ
トセンサの受光タイミングの測定を行うこと無く、距離
計測を行うことができるといった作用を奏する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a light source section for spatially sweeping slit light projected on a subject,
An optical filter that receives light from a subject swept by the slit light and extracts a wavelength component that matches the wavelength characteristic of the slit light, an image sensor arranged corresponding to the optical filter, and a first slit light Light source control means for making the change pattern of the light intensity of the light source different between the first sweep and the output of the image pickup device for the first sweep and the second sweep.
Is a real-time range finder including a distance calculator that calculates the emission angle of the slit light at each position of the image from the output of the image sensor with respect to the sweep, and thereby calculates the distance to the subject at each position of the image, It is possible to measure the distance without measuring the light receiving timings of the plurality of photosensors.

【0012】本発明の第6の態様は、第5の態様にかか
る発明において、実時間レンジファインダにおいて、光
源部は、位置によって異なった光透過率を有する光変調
器を用いて、被写体にある特定の光パタンを一度に投光
することにより、スリット光の掃引動作に代えるように
したものであり、一回の投光動作で距離計測を行うこと
ができるといった作用を奏する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, in the real-time range finder, the light source section is located on the subject by using an optical modulator having a light transmittance different depending on the position. By projecting a specific light pattern at a time, the sweep operation of the slit light is replaced, and the distance measurement can be performed by one projecting operation.

【0013】以下に、本発明の実施の形態について図面
に基づいて具体的に説明する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0014】(第1の実施の形態)図1は本発明の第1
の実施の形態となる実時間レンジファインダの構成図を
示すものである。第1の実施の形態の実時間レンジファ
インダは、光パタン生成部(A)11及び光パタン生成
部(B)12で光強度分布及び波長特性の異なる光パタ
ンを生成しハーフミラー13で合成して被写体OBへ照
射する。また、被写体OBからの反射光をレンズ14で
集光し光パタン生成部(A)11及び光パタン生成部
(B)12の光出力に対応した各反射光を分離して受光
するように構成している。具体的には、レンズ14に入
射した被写体OBからの反射光をハーフミラー(A)1
5へ導光し、さらにハーフミラー(A)15での反射成
分を別のハーフミラー(B)16へ導光している。ハー
フミラー(A)15の透過側の光軸上に光学フィルタ
(A)17、撮像素子(A)18を配置し、またハーフ
ミラー(B)16の反射側の光軸上に光学フィルタ
(B)19、撮像素子(B)20を配置している。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a real-time range finder according to the embodiment of FIG. In the real-time range finder of the first embodiment, the optical pattern generation unit (A) 11 and the optical pattern generation unit (B) 12 generate optical patterns having different light intensity distributions and wavelength characteristics, and the half mirror 13 synthesizes them. And illuminates the subject OB. Further, the lens 14 condenses the reflected light from the object OB and separates and receives each reflected light corresponding to the optical output of the optical pattern generation unit (A) 11 and the optical pattern generation unit (B) 12. is doing. Specifically, the reflected light from the object OB that has entered the lens 14 is reflected by the half mirror (A) 1
5 and further guides the reflection component of the half mirror (A) 15 to another half mirror (B) 16. An optical filter (A) 17 and an image sensor (A) 18 are arranged on the transmission side optical axis of the half mirror (A) 15, and an optical filter (B) is arranged on the reflection side optical axis of the half mirror (B) 16. ) 19 and the image sensor (B) 20 are arranged.

【0015】なお、ハーフミラー(B)16の透過側の
光軸上に撮像素子(C)21を配置して可視光領域の光
を受光して被写体OBの映像信号を出力できるようにし
ている。
An image pickup device (C) 21 is arranged on the transmission side optical axis of the half mirror (B) 16 so that light in the visible light region can be received and a video signal of the object OB can be output. .

【0016】撮像素子(A)18の映像出力端子に光パ
タンA信号処理回路22を接続し、撮像素子(B)20
の映像出力端子に光パタンB信号処理回路23を接続し
ている。これら光パタンA信号処理回路22及び光パタ
ンB信号処理回路23の出力信号を距離計算部24へ入
力することにより距離画像を計測する。
An optical pattern A signal processing circuit 22 is connected to the image output terminal of the image pickup device (A) 18, and the image pickup device (B) 20 is connected.
The optical pattern B signal processing circuit 23 is connected to the video output terminal of the. The distance image is measured by inputting the output signals of the optical pattern A signal processing circuit 22 and the optical pattern B signal processing circuit 23 to the distance calculation unit 24.

【0017】また、撮像素子(C)21の映像出力端子
にカラーカメラ信号処理回路25を接続してテクスチャ
画像を得るようにしている。
A color camera signal processing circuit 25 is connected to the video output terminal of the image pickup device (C) 21 to obtain a texture image.

【0018】撮像素子(A)18、(B)20、光パタ
ンA信号処理回路22、光パタンB信号処理回路23、
距離計算部24の動作タイミングは、制御部26により
制御されている。制御部26は、さらに光源コントロー
ラ27に指示して光パタン生成部(A)11、(B)1
2の動作を制御する。
Image pickup devices (A) 18, (B) 20, optical pattern A signal processing circuit 22, optical pattern B signal processing circuit 23,
The operation timing of the distance calculator 24 is controlled by the controller 26. The control unit 26 further instructs the light source controller 27 to output the optical pattern generation units (A) 11 and (B) 1.
2 control the operation.

【0019】図2に光パタン生成部(A)11の構成を
示す。光源30の前面に光学フィルタ31を配置し、光
源30からみて光学フィルタ31の後側に光変調器32
及び出射レンズ33を配置している。光学フィルタ31
は波長λA近傍の成分のみを透過させる透過率特性を持
つ。光変調器32は、例えば液晶フィルタで構成されて
おり、図3(a)に示すように光透過率が水平方向の左
側から右側に向けて連続的に高くなる透過率特性に設定
されている。なお、もう一つの光パタン生成部(B)1
2は光パタン生成部(A)11と同様に構成されている
が、光学フィルタの透過波長帯域が異なっている。光パ
タン生成部(B)12に設けられた光学フィルタは波長
λAとは異なる波長λBに透過率のピークが来るような透
過率特性を有している。また光パタン生成部(B)12
の光変調器は光透過率分布が光変調器32の分布状態を
反転したものとなっている。
FIG. 2 shows the configuration of the optical pattern generator (A) 11. An optical filter 31 is arranged in front of the light source 30, and an optical modulator 32 is provided behind the optical filter 31 when viewed from the light source 30.
And the exit lens 33 are arranged. Optical filter 31
Has a transmittance characteristic of transmitting only the component near the wavelength λ A. The light modulator 32 is composed of, for example, a liquid crystal filter, and has a transmittance characteristic in which the light transmittance continuously increases from the left side to the right side in the horizontal direction as shown in FIG. . In addition, another optical pattern generation unit (B) 1
2 has the same configuration as the optical pattern generation unit (A) 11, but the transmission wavelength band of the optical filter is different. The optical filter provided in the optical pattern generator (B) 12 has a transmittance characteristic such that the transmittance peaks at a wavelength λ B different from the wavelength λ A. In addition, the optical pattern generation unit (B) 12
The optical modulator has a light transmittance distribution obtained by inverting the distribution state of the optical modulator 32.

【0020】以上のように構成された本実施の形態の実
時間レンジファインダの動作について説明する。
The operation of the real-time range finder of the present embodiment configured as above will be described.

【0021】まず、光パタン生成部(A)(B)の動作
を説明する。光パタン生成部(A)11では、光源30
から出力された光は光学フィルタ31を通過し、図4
(a)に示すような波長λA近辺の光のみが取り出され
る。そして、図4(a)に示す波長λA側の波長特性を
持ち、かつ、図3(b)に実線で示すような光強度分布
の光パタンが光変調器32から出射し、水平方向に強度
の異なる光が出射レンズ33によってハーフミラー13
に入射する。一方、光パタン生成部(B)12において
も同様に、図4(a)に示す波長λB側の波長特性を持
ち、かつ、図3(b)に破線で示すような光強度分布の
光パタンが光学フィルタ及び光変調器で生成され、出射
レンズを通してハーフミラー13に入射する。
First, the operation of the optical pattern generators (A) and (B) will be described. In the light pattern generation unit (A) 11, the light source 30
The light output from the light passes through the optical filter 31 and
Only light near the wavelength λ A as shown in (a) is extracted. Then, the optical pattern having the wavelength characteristic on the wavelength λ A side shown in FIG. 4A and having the light intensity distribution as shown by the solid line in FIG. Light having different intensities is emitted by the emission lens 33 to the half mirror 13.
Incident on. On the other hand, similarly, the optical pattern generation unit (B) 12 similarly has the wavelength characteristic on the wavelength λ B side shown in FIG. 4A and has the light intensity distribution as shown by the broken line in FIG. 3B. The pattern is generated by the optical filter and the optical modulator, and enters the half mirror 13 through the emission lens.

【0022】これら2つの光パタン生成部(A)(B)
から出射される光をハーフミラー13で合成し、合成し
た光は片方はハーフミラー13で横方向に反転するた
め、図3(b)に示されるように実線と破線の特性でそ
れぞれ各波長λA、λBのものが被写体OBに投影され
る。
These two optical pattern generators (A) and (B)
Light emitted from the half mirror 13 is combined, and one of the combined lights is inverted in the horizontal direction by the half mirror 13. Therefore, as shown in FIG. Those of A and λ B are projected on the object OB.

【0023】出射された光は被写体OBに当たり、その
反射光がレンズ14、ハーフミラー(A)15、ハーフ
ミラー(B)16により撮像素子(A)18、(B)2
0、(C)21に入射する。撮像素子(A)18の前面
に配置した光学フィルタ(A)17は、図4(b)に示
すように波長λAを含んだ所定領域の成分は透過するが
波長λBを含んだ所定領域の成分はカットするような特
性に設定している。また、撮像素子(B)20の前面に
配置した光学フィルタ(B)19は、図4(b)に示す
ように波長λBを含んだ所定領域の成分は透過するが波
長λAを含んだ領域の成分はカットするような特性に設
定している。したがって、光パタン生成部(A)11、
光パタン生成部(B)12の光を撮像素子(A)18、
(B)20とで分離して受光できる。
The emitted light strikes the object OB, and the reflected light is reflected by the lens 14, the half mirror (A) 15, and the half mirror (B) 16 to the image pickup devices (A) 18 and (B) 2.
0, incident on (C) 21. The optical filter (A) 17 arranged in front of the image sensor (A) 18 transmits a component in a predetermined region including the wavelength λ A but transmits a predetermined region including the wavelength λ B as shown in FIG. 4B. The component of is set to the characteristic of cutting. Further, as shown in FIG. 4B, the optical filter (B) 19 arranged in front of the image sensor (B) 20 transmits a component in a predetermined region including the wavelength λ B but includes the wavelength λ A. The region components are set to have characteristics such that they are cut. Therefore, the optical pattern generation unit (A) 11,
The image sensor (A) 18, the light of the optical pattern generation unit (B) 12,
(B) 20 and 20 can separate and receive light.

【0024】ここで、撮像素子(A)18、撮像素子
(B)20の出力の各画素での光強度の比fは、光パタ
ンの水平角度位置θに対して図5のように変化する。こ
の光強度の比を撮像素子(A)18、(B)20で計測
し、光の出射角度θ0を測定する。図5では、光強度比
がIA/IBの出射光の水平角度θ0が測定できることを
示している。IA/IBの関数をfとおくと、θ0=f-1
(IA/IB)となる)。
Here, the light intensity ratio f at each pixel of the outputs of the image pickup device (A) 18 and the image pickup device (B) 20 changes as shown in FIG. 5 with respect to the horizontal angular position θ of the optical pattern. . The ratio of the light intensities is measured by the image pickup devices (A) 18 and (B) 20, and the light emission angle θ0 is measured. FIG. 5 shows that the horizontal angle θ0 of the emitted light having the light intensity ratio of I A / I B can be measured. If the function of I A / I B is f, then θ 0 = f-1
(I A / I B )).

【0025】次に、距離計算部24は、光パタンA信号
処理部22、光パタンB信号処理部23の出力から、各
画素の信号強度を元に、各画素位置の光強度比をもと
め、それから図5の特性より、光の出射した角度を計算
する。この角度と、撮像素子(A)(B)と光パタン生
成部(A)(B)の幾何学的位置関係より、光パタン生
成部(A)(B)から出射される光の方向を計算し、三
角測量の原理により、各画素の位置に写っている被写体
OBの部分の3次元位置を計算する。これによって、被
写体OBの距離画像が得られる。同時に、撮像素子
(C)21、カラーカメラ信号処理部25の出力によっ
て、得られた距離画像に対応する被写体OBのテクスチ
ャ画像が得られる。
Next, the distance calculation unit 24 finds the light intensity ratio of each pixel position from the outputs of the optical pattern A signal processing unit 22 and the optical pattern B signal processing unit 23 based on the signal intensity of each pixel, Then, the angle at which the light is emitted is calculated from the characteristics shown in FIG. From this angle and the geometrical positional relationship between the image pickup devices (A) and (B) and the light pattern generation units (A) and (B), the direction of the light emitted from the light pattern generation units (A) and (B) is calculated. Then, based on the principle of triangulation, the three-dimensional position of the portion of the subject OB appearing at the position of each pixel is calculated. As a result, a distance image of the subject OB is obtained. At the same time, the texture image of the subject OB corresponding to the obtained distance image is obtained by the outputs of the image pickup device (C) 21 and the color camera signal processing unit 25.

【0026】ここまでは、被写体表面の反射率特性が光
の波長に依存しない場合即ち被写体が一様な色である場
合、または図4の2つの波長λA、λBが十分近い値であ
り被写体の反射率特性が2つの波長でほぼ同じと考えら
れる場合の実時間レンジファインダの動作である。
Up to this point, when the reflectance characteristic of the subject surface does not depend on the wavelength of light, that is, when the subject has a uniform color, or the two wavelengths λ A and λ B in FIG. 4 are sufficiently close values. This is the operation of the real-time range finder when the reflectance characteristics of the subject are considered to be almost the same at the two wavelengths.

【0027】しかし、一般的には被写体の表面反射率は
場所によって光波長特性が変化する。そこで、図6に示
すように、第1の実施の形態で説明した光パタン生成部
(A)(B)の光がパタン光である場合の動作(パタン
光動作)と、拡散光動作を交互に行うことにより、被写
体の表面反射率が光波長に依存する場合でも距離計測を
行うことが出来る。基本的に、パタン光計測の動作時
は、これまで説明してきた動作と同じである。
However, in general, the light reflectance of the surface reflectance of the subject changes depending on the location. Therefore, as shown in FIG. 6, the operation (pattern light operation) when the light of the optical pattern generation units (A) and (B) described in the first embodiment is the pattern light and the diffuse light operation are alternately performed. By doing so, distance measurement can be performed even when the surface reflectance of the subject depends on the light wavelength. Basically, the operation of pattern light measurement is the same as the operation described so far.

【0028】ただし、前述の説明で、角度θ0を求める
時に異なった計算を行う。即ち、拡散光動作の場合は光
パタン生成部(A)(B)の光変調器32が被写体OB
に一様な光を投射するように設定され(一様な透過率に
なるように設定され)、この時の光パタン生成部(A)
(B)それぞれの出射光の被写体反射光を撮像し、光パ
タンA信号処理部22、光パタンB信号処理部23の出
力の比を各フォトセンサ(撮像素子上の各画素センサ)
毎について計算しておき、被写体の各光源の光照射時の
表面反射率の比を用意し、これを補正係数とする。次
に、角度θ0を計算する場合に、光強度比IA/IBに、
補正係数をかけ、その値をもとにf-1(I A/IB×補正
係数)を各フォトセンサ出力毎に計算し、正しい光受光
角度を計測する。これにより、被写体の表面反射率の光
波長依存性による誤差を補正し、これと撮像素子と光パ
タン生成部の幾何学位置関係をもとに、三角測量の原理
によって被写体の3次元位置を計算する。
However, in the above description, the angle θ0Ask for
Sometimes they do different calculations. That is, in the case of diffuse light operation,
The optical modulator 32 of the pattern generation units (A) and (B) is the subject OB.
Is set to project a uniform light on the
Is set so that the optical pattern generation unit (A) at this time
(B) The reflected light of the subject of each emitted light is imaged and
Output of the pattern A signal processing unit 22 and the optical pattern B signal processing unit 23.
Force ratio of each photo sensor (each pixel sensor on the image sensor)
For each of the light sources of the subject,
A surface reflectance ratio is prepared and used as a correction coefficient. Next
, The angle θ0When calculatingA/ IBTo
Multiply the correction factor, and then f-1(I A/ IB× correction
Coefficient) is calculated for each photo sensor output, and correct light reception
Measure the angle. This allows the light of the surface reflectance of the subject
The error due to the wavelength dependence is corrected, and the
The principle of triangulation based on the geometrical positional relationship of the tongue generator
Calculate the three-dimensional position of the subject.

【0029】なお、第1の実施の形態において、撮像素
子(A)18、(B)20の前面に配置する光学フィル
タは、図3(b)に示すように光波長の高低によって2
つの光を分離しても良い。一般的に、光パタン生成部
(A)11、(B)12から出射される光は赤外に設定
され、これにより距離計測を行い、撮像素子(C)21
は可視領域の光を受光しカラーカメラ信号処理部25に
より被写体のテクスチャを撮像する。但し、撮像素子
(A)18、(B)20は光学フィルタ特性を可視領域
に設定し、撮像素子(C)21と同時に撮像せず、光パ
タン生成部(A)11、(B)12の動作を時分割にし
て、これにタイミングを合わせて撮像素子(A)18、
(B)20、(C)21が動作すれば光源を赤外領域に
設定する必要はない。また、光パタンを作成する光変調
器は映像プロジェクタなどパターン画像を投影するもの
で代用することができる。
In the first embodiment, the optical filters arranged on the front surfaces of the image pickup devices (A) 18 and (B) 20 have different optical wavelengths depending on the level of the light wavelength, as shown in FIG. 3B.
The two lights may be separated. In general, the light emitted from the optical pattern generation units (A) 11 and (B) 12 is set to infrared, and the distance is measured by this, and the image sensor (C) 21
Receives light in the visible region, and the color camera signal processing unit 25 images the texture of the subject. However, the image pickup devices (A) 18 and (B) 20 set the optical filter characteristics in the visible region and do not pick up the image at the same time as the image pickup device (C) 21, and the optical pattern generation units (A) 11 and (B) 12 The operation is time-divided, and the imaging element (A) 18
If (B) 20 and (C) 21 operate, it is not necessary to set the light source in the infrared region. Further, the light modulator that creates the optical pattern may be replaced by a device that projects a pattern image such as a video projector.

【0030】また、第1の実施の形態において、パタン
光は赤外領域の光を利用すれば、撮像素子(C)21、
カラーカメラ信号処理回路23によりテクスチャ画像を
距離画像計測と同時に撮像することが出来るが、パタン
光を可視領域に設定し、スリット光投光時以外のタイミ
ングで時分割処理によりテクスチャ画像を撮像してもよ
い。
In the first embodiment, if the pattern light is light in the infrared region, the image sensor (C) 21,
The color camera signal processing circuit 23 can capture the texture image at the same time as the distance image measurement. However, the pattern light is set in the visible region, and the texture image is captured by the time-division processing at the timing other than the time when the slit light is projected. Good.

【0031】また、第1の実施の形態において、光源3
0をランプ状のものとして説明したが、LED等、波長
選択特性をもつ光源を用いてもよい。この場合、2つの
LED光の波長を異なる値にしておき、これに合わせた
光学フィルタを撮像素子側に装着する。光源部での光学
フィルタは省略することもできる。
Further, in the first embodiment, the light source 3
Although 0 is described as a lamp shape, a light source having a wavelength selection characteristic such as an LED may be used. In this case, the wavelengths of the two LED lights are set to different values, and an optical filter matching them is attached to the image sensor side. The optical filter in the light source section can be omitted.

【0032】また、2種の光の波長を非常に近いものに
設定すれば、被写体の表面反射率が光波長によって急激
に変化しない場合には、拡散光計測を行うことなく、精
度の良い距離画像を計測することが出来る。
By setting the wavelengths of the two kinds of light to be very close to each other, if the surface reflectance of the subject does not change abruptly depending on the light wavelength, the diffused light measurement is not performed and the distance is accurately measured. Images can be measured.

【0033】また、第1の実施の形態において、光源を
2種類としたが、2種類以上の光源を用いて、それらそ
れぞれの光を独立に受光し、各フォトセンサにおいてそ
れぞれの光強度の組み合わせをもとに、光が出射された
角度を計算してもよい。
In the first embodiment, two types of light sources are used, but two or more types of light sources are used to receive their respective lights independently, and each photosensor combines the respective light intensities. The angle at which the light is emitted may be calculated based on

【0034】以上のように、本実施の形態によれば、既
存の技術を用いて、出射される光を複数のパタン光にす
ることにより、各フォトセンサに時間計測機能を持たせ
るようなセンサを用意することなく、容易に実時間で距
離計測の出来るレンジファインダを実現することができ
る。
As described above, according to this embodiment, by using the existing technique, the emitted light is converted into a plurality of pattern lights, so that each photosensor has a time measuring function. It is possible to realize a range finder that can easily measure the distance in real time without preparing.

【0035】(第2の実施の形態)図7は、本発明の第
2の実施の形態となる実時間レンジファインダの構成図
を示す。なお、図7において上述した第1の実施の形態
と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
(Second Embodiment) FIG. 7 is a block diagram of a real-time range finder according to a second embodiment of the present invention. Note that, in FIG. 7, parts having the same functions as those of the above-described first embodiment are designated by the same reference numerals.

【0036】本実施の形態の実時間レンジファインダ
は、光源(C)41の前面に光学フィルタ(C)42が
配置され、光学フィルタ(C)42の出射側にスリット
43が配置されている。スリット43にて生成した縦方
向のスリット光は回転ミラー44を介して被写体OBへ
照射される。光源(C)41は光源コントローラ45か
ら制御され、スリット43はスリット制御部46から制
御される。また、回転ミラー44は回転制御部47から
制御される。一方、被写体OBからの反射光をレンズ4
8で受光しハーフミラー(A)15に入射して分岐す
る。ハーフミラー(A)15の透過側の光軸上に光学フ
ィルタ(C)49、撮像素子(A)50を配置してい
る。また、ハーフミラー(A)15の反射側の光軸上に
撮像素子(C)21が配置されている。
In the real-time range finder of this embodiment, the optical filter (C) 42 is arranged in front of the light source (C) 41, and the slit 43 is arranged on the emission side of the optical filter (C) 42. The vertical slit light generated by the slit 43 is applied to the subject OB via the rotating mirror 44. The light source (C) 41 is controlled by the light source controller 45, and the slit 43 is controlled by the slit controller 46. The rotation mirror 44 is controlled by the rotation controller 47. On the other hand, the reflected light from the object OB is reflected by the lens 4
The light is received at 8 and is incident on the half mirror (A) 15 to be branched. An optical filter (C) 49 and an image sensor (A) 50 are arranged on the optical axis of the transmission side of the half mirror (A) 15. Further, the image pickup device (C) 21 is arranged on the optical axis of the half mirror (A) 15 on the reflection side.

【0037】撮像素子(A)50の映像出力端子に画像
処理部51を接続しており、画像処理部に51にメモリ
52を付設している。また、距離計算部24、光源コン
トローラ45、スリット制御部46、回転制御部47を
制御部53が制御している。
An image processing section 51 is connected to a video output terminal of the image pickup device (A) 50, and a memory 52 is attached to the image processing section 51. Further, the control unit 53 controls the distance calculation unit 24, the light source controller 45, the slit control unit 46, and the rotation control unit 47.

【0038】以上のように構成された本実施の形態の実
時間レンジファインダについて、以下その動作を説明す
る。
The operation of the real-time range finder of the present embodiment configured as described above will be described below.

【0039】まず、光源(C)41から発した光は光学
フィルタ(C)42を通過し、ある赤外波長特性を持っ
た光となり、スリット43によって縦方向のスリット光
となる。これを回転ミラー44によって横方向に掃引し
て被写体OBにスリット光を投射する。
First, the light emitted from the light source (C) 41 passes through the optical filter (C) 42, becomes light having a certain infrared wavelength characteristic, and becomes slit light in the vertical direction by the slit 43. This is swept in the horizontal direction by the rotating mirror 44, and slit light is projected on the object OB.

【0040】回転ミラー44によるスリット光の掃引
は、図8(a)に示されるように、1フィールドで横方
向に一回行われる。撮像素子による撮像がノンインタレ
ースの場合には1フレームで横方向に一回行われる。
The slit light is swept by the rotating mirror 44 once in the horizontal direction in one field, as shown in FIG. When the image pickup by the image pickup device is non-interlaced, it is performed once in the horizontal direction in one frame.

【0041】この時、図8(b)に示すように、光源コ
ントローラ45によって第1回の掃引においては光強度
をだんだん強くし、第2回の掃引においては光強度をだ
んだん弱くするように光源(C)41の光強度が制御さ
れる。
At this time, as shown in FIG. 8B, the light source controller 45 gradually increases the light intensity in the first sweep and decreases the light intensity in the second sweep. (C) The light intensity of 41 is controlled.

【0042】このようにして作成された光を被写体OB
に照射し、その反射光を撮像素子(A)50によってと
らえる。この場合、露出はシャッター動作の無い露出と
し、各フィールド(フレーム)において走査された光の
反射光を撮像素子に蓄積して撮像した画像を画像処理部
51に転送する。
The light generated in this way is used as a subject OB.
The reflected light is captured by the image sensor (A) 50. In this case, the exposure is performed without the shutter operation, the reflected light of the light scanned in each field (frame) is accumulated in the image sensor, and the captured image is transferred to the image processing unit 51.

【0043】画像処理部51は、図8(b)に示すフィ
ールド(1)の部分で撮像された画像をメモリ52に蓄
積し、これとフィールド(2)の部分で撮像された画像
とを同時化し、各画像の同じ座標での輝度値を参照す
る。1回目の掃引による画像の輝度値と2回目の掃引に
よる画像の輝度値の組み合わせによって、特定の角度θ
が決定される(図8(c))。すなわち、2フィールド
(フレーム)で1つの距離画像を得ることができる。例
えば、時刻t1での座標とt2での画像のx座標が等し
いとすると、その輝度(画像信号の大きさ)を測定しL
1、L2となった場合、L1/L2の値を計算して図8
(c)により、角度θを特定する。この時、L1/L2
の比の値は、強度は異なるが同じ光源に対する被写体の
反射光を捕らえているので被写体の表面にテクスチャ模
様(色分布)が存在していてもこれに依存しない。これ
によって高精度な角度θの推定が行える。
The image processing unit 51 stores the image captured in the field (1) portion shown in FIG. 8B in the memory 52, and simultaneously stores the image captured in the field (2) portion. And refer to the brightness value at the same coordinates in each image. The combination of the brightness value of the image from the first sweep and the brightness value of the image from the second sweep gives a specific angle θ.
Is determined (FIG. 8 (c)). That is, one range image can be obtained in two fields (frames). For example, if the coordinates at time t1 and the x-coordinate of the image at t2 are equal, the luminance (magnitude of the image signal) is measured and L
When it becomes 1 and L2, the value of L1 / L2 is calculated and the result of FIG.
The angle θ is specified by (c). At this time, L1 / L2
The value of the ratio does not depend on the texture pattern (color distribution) on the surface of the subject because the reflected light of the subject to the same light source is captured although the intensity is different. This allows highly accurate estimation of the angle θ.

【0044】後は、距離計算部24が、それぞれの座標
における角度θを求め、回転ミラー44とレンズ48の
距離(基線長)から被写体OBまでの距離を三角測量に
よって計算し、画面全体の距離情報を得、距離画像とし
て出力する。
After that, the distance calculation section 24 obtains the angle θ at each coordinate, calculates the distance from the distance (baseline length) between the rotary mirror 44 and the lens 48 to the object OB by triangulation, and the distance of the entire screen. Information is obtained and output as a range image.

【0045】また、テクスチャ画像は撮像素子(C)2
1によって撮像され、カラーカメラ信号処理部25によ
って画像信号となり、テクスチャ画像として出力され
る。この時、1つの距離画像に対して2つのテクスチャ
画像を得ることが出来るが、どちらか一方か両方か、そ
れぞれの画素での平均値や中間値を計算して出力しても
良い。
The texture image is obtained by the image pickup device (C) 2
The color camera signal processing unit 25 forms an image signal and outputs it as a texture image. At this time, two texture images can be obtained for one distance image, but either one or both, or an average value or an intermediate value at each pixel may be calculated and output.

【0046】以上のように本実施の形態によれば、スリ
ット光を2回掃引してその時の光強度の変化を異なるも
のにすることによって、得られた2回分の掃引(2フィ
ールドまたは2フレーム)に対する2画像の各部分のス
リット光投射角度を、被写体の表面反射率に依存しない
で一意的に決定でき、これによって簡単に距離計算が2
フィールド(フレーム)に一回可能になる。
As described above, according to the present embodiment, the slit light is swept twice and the change in the light intensity at that time is made different, so that the two sweeps (two fields or two frames) obtained are obtained. ), The projection angle of the slit light of each part of the two images can be uniquely determined without depending on the surface reflectance of the subject, and thus the distance calculation can be easily performed.
It becomes possible once in the field (frame).

【0047】また、第2の実施の形態において、光源
(C)41にランプ状のものを用いたが、赤外LEDや
赤外レーザで構成すれば、光学フィルタ(C)42を省
略することもできる。
In the second embodiment, a lamp-like light source (C) 41 is used. However, if the light source (C) 41 is composed of an infrared LED or an infrared laser, the optical filter (C) 42 can be omitted. You can also

【0048】また、第2の実施の形態において、スリッ
ト光を横方向に掃引して光パタンを生成したが、図2に
示されるような光パタン生成部を用いて、掃引動作を無
くしてもよい。この場合は、第1、第2の掃引の代わり
に、第1、第2の光パタンを時分割で照射し、そのタイ
ミングに合わせて順次撮像素子(A)18で被写体の反
射光を撮像することになる。
Further, in the second embodiment, the slit pattern is swept in the lateral direction to generate the optical pattern, but the optical pattern generating section as shown in FIG. 2 is used to eliminate the sweeping operation. Good. In this case, instead of the first and second sweeps, the first and second light patterns are radiated in a time division manner, and the image pickup device (A) 18 sequentially captures the reflected light of the subject at the timing. It will be.

【0049】(第3の実施の形態)図9は、本発明の第
3の実施の形態となる実時間レンジファインダの構成図
を示す。なお、上述した第2の実施の形態と同一部分に
は同一符号を付している。
(Third Embodiment) FIG. 9 shows a block diagram of a real-time range finder according to a third embodiment of the present invention. The same parts as those in the second embodiment described above are designated by the same reference numerals.

【0050】第3の実施の形態は、被写体OBの反射光
が入射するレンズ48から光が入射するハーフミラー
(A)15の反射側の光軸上にハーフミラー(B)60
が配置されている。このハーフミラー(B)60の反射
側の光軸上に光学フィルタ(B)61及び撮像素子
(B)62が配置されている。2つの撮像素子(A)5
0と撮像素子(B)62の出力を画像信号処理部63へ
入力している。また、光源は光源(C)41の1種類で
あり、これに合わせた波長通過特性を有する光学フィル
タ(C)42を用いている。
In the third embodiment, a half mirror (B) 60 is placed on the optical axis on the reflection side of the half mirror (A) 15 on which light is incident from the lens 48 on which the reflected light of the object OB is incident.
Are arranged. An optical filter (B) 61 and an image sensor (B) 62 are arranged on the optical axis on the reflection side of the half mirror (B) 60. Two image sensors (A) 5
0 and the output of the image sensor (B) 62 are input to the image signal processing unit 63. Further, the light source is one type of the light source (C) 41, and the optical filter (C) 42 having a wavelength passing characteristic adapted to this is used.

【0051】以上のように構成された本実施の形態の実
時間レンジファインダについて、以下その動作を説明す
る。
The operation of the real-time range finder of the present embodiment configured as described above will be described below.

【0052】まず、光源(C)41の掃引は図10
(a)に示されるように、1フィールドで横方向に2回
行われる。撮像素子による撮像がノンインタレースの場
合には1フレームで横方向に2回行われる。この時、光
源(C)41の光強度は光源コントローラ45によって
第1回の掃引においては光強度をだんだん強くし、第2
回の掃引においては光強度を徐々に弱くするように制御
される(図10(b))。
First, the sweep of the light source (C) 41 is shown in FIG.
As shown in (a), one field is performed twice in the horizontal direction. When the image pickup by the image pickup device is non-interlaced, one frame is performed twice in the horizontal direction. At this time, the light intensity of the light source (C) 41 is gradually increased by the light source controller 45 in the first sweep, and the second light intensity is increased.
During the sweep, the light intensity is controlled to be gradually weakened (FIG. 10B).

【0053】このようにして作成された光を被写体OB
に照射し、その反射光を撮像素子(A)50、(B)6
2によってとらえる。撮像素子への露出は、この場合、
シャッター動作での露出とし、各掃引において走査され
た光の反射光をそれぞれの撮像素子(A)50、(B)
62に蓄積して、撮像した画像を画像信号処理部63に
転送する。すなわち、図10(c)に示すように、第1
の掃引用撮像素子(A)50の露出時間はT1、第2の
掃引用撮像素子(B)62の露出時間はT2となる。こ
の時、図10(c)に示す(1)領域の部分で撮像され
た画像と(2)領域の部分で撮像された画像とを画像信
号処理部63で処理し、各画像の同じ座標での輝度値を
参照する。以降の動作は本発明の第2の実施の形態と同
様である。
The light generated in this way is used as the subject OB.
To the image pickup device (A) 50, (B) 6
Capture by 2. In this case, the exposure to the image sensor is
The exposure is performed by the shutter operation, and the reflected light of the light scanned in each sweep is set to the image pickup device (A) 50, (B).
The image is accumulated in 62 and the captured image is transferred to the image signal processing unit 63. That is, as shown in FIG.
The exposure time of the swept image pickup device (A) 50 is T1, and the exposure time of the second swept image pickup device (B) 62 is T2. At this time, the image signal processor 63 processes the image captured in the area (1) and the image captured in the area (2) shown in FIG. Refer to the luminance value of. The subsequent operation is similar to that of the second embodiment of the present invention.

【0054】1回目の掃引による画像の輝度値と2回目
の掃引による画像の輝度値の組み合わせによって、特定
の角度θが決定される(図10(d))。つまり、1フ
ィールド(フレーム)で2回の掃引分の画像を撮像素子
のシャッター動作によって2種類獲得し、これらから1
つの距離画像を得ることができる。例えば、時刻t3で
の座標とt4での画像のx座標が等しいとすると、その
輝度(画像信号の大きさ)を測定しL3、L4となった
場合、L3/L4の値を計算して図10(c)により、
角度θを特定する。この時、L3/L4の比の値は、強
度は異なるが同じ光源に対する被写体の反射光を捕らえ
ているので被写体の表面にテクスチャ模様が存在してい
てもこれに依存しない。
The specific angle θ is determined by the combination of the brightness value of the image obtained by the first sweep and the brightness value of the image obtained by the second sweep (FIG. 10 (d)). In other words, two sweep images in one field (frame) are acquired by the shutter operation of the image sensor,
You can get one range image. For example, if the coordinates at time t3 and the x-coordinate of the image at t4 are the same, the brightness (magnitude of the image signal) is measured, and if L3 and L4 are obtained, the value of L3 / L4 is calculated and calculated. By 10 (c),
Specify the angle θ. At this time, the value of the ratio L3 / L4 does not depend on the texture pattern existing on the surface of the subject because the reflected light of the subject to the same light source is captured although the intensity is different.

【0055】これによって、本実施の形態でも、高精度
な角度θの推定が行える。後は距離計算部24が、それ
ぞれの座標における角度θを求め、回転ミラー44とレ
ンズ48との距離(基線長)から被写体OBまでの距離
を三角測量によって計算し、画面全体の距離情報を得、
距離画像として出力する。
As a result, also in this embodiment, the angle θ can be estimated with high accuracy. After that, the distance calculation unit 24 obtains the angle θ at each coordinate and calculates the distance from the distance (baseline length) between the rotating mirror 44 and the lens 48 to the object OB by triangulation to obtain the distance information of the entire screen. ,
Output as a range image.

【0056】また、テクスチャ画像は撮像素子(C)2
2によって撮像され、カラーカメラ信号処理部25によ
って画像信号となり、テクスチャ画像として出力され
る。
Further, the texture image is the image pickup element (C) 2
The image is picked up by 2, and the color camera signal processing unit 25 forms an image signal, which is output as a texture image.

【0057】また、2回のスリット光掃引は、図10で
は1フィールド(フレーム)期間で丁度2回終了するよ
うにしたが、図11(a)〜(c)に示すように1フィ
ールド(フレーム)期間の一部分を用いて高速に掃引を
行っても良い。その他の動作は前述の第3の実施の形態
と同じである。
Further, the two times of the slit light sweep are completed exactly twice in one field (frame) period in FIG. 10, but as shown in FIGS. 11A to 11C, one field (frame) ) A part of the period may be used to perform the high speed sweep. Other operations are the same as those in the third embodiment described above.

【0058】以上のように本実施の形態によれば、スリ
ット光を2回掃引してその時の光強度の変化を異なるも
のにすることによって、得られた2回分の掃引に対する
2画像の各部分のスリット光投射角度を、被写体の表面
反射率に依存しないで一意的に決定でき、これによって
簡単に1フィールドに1回距離計算が可能になる。
As described above, according to the present embodiment, the slit light is swept twice and the change in the light intensity at that time is made different, so that each part of the two images corresponding to the two sweeps obtained is obtained. The slit light projection angle can be uniquely determined without depending on the surface reflectance of the subject, and this makes it possible to easily calculate the distance once per field.

【0059】また、本実施の形態において、光源をラン
プ状のものを用いたが、赤外LEDや赤外レーザで構成
すれば、光学フィルタ(C)42を省略することもでき
る。
Further, in the present embodiment, the lamp-shaped light source is used, but the optical filter (C) 42 can be omitted if the light source is composed of an infrared LED or an infrared laser.

【0060】また、本実施の形態において、スリット光
を横方向に掃引して光パタンを生成したが、図2に示さ
れるような光パタン生成部を用いて、掃引動作を無くし
てもよい。この場合は、第1、第2の掃引の代わりに、
第1、第2の光パタン光変調器で用意して時分割でパタ
ン光を照射することになる。
Further, in the present embodiment, the slit pattern is swept in the lateral direction to generate the optical pattern, but the sweeping operation may be eliminated by using the optical pattern generating section as shown in FIG. In this case, instead of the first and second sweep,
The first and second optical pattern light modulators are prepared and the pattern light is emitted in a time division manner.

【0061】尚、第1〜第3の実施の形態において、光
パタンの変化を直線的に行ったが、どのような変化パタ
ンを用いてもよい。また、光パタンの変化を各距離計測
毎に変え、雑音に対して強い測定をおこなってもよい。
この場合、連続する複数の距離計測結果を用いて平均処
理・メディアン処理など、光学フィルタ手法を用いて高
精度な距離計測結果を出力してもよい。
In the first to third embodiments, the change of the optical pattern is performed linearly, but any change pattern may be used. Further, the change of the optical pattern may be changed for each distance measurement, and a strong measurement with respect to noise may be performed.
In this case, a highly accurate distance measurement result may be output using an optical filter method such as average processing and median processing using a plurality of continuous distance measurement results.

【0062】なお、第1〜第3の実施の形態において、
複数の撮像素子をハーフミラーを用いて組み合わせて同
一視野が撮像できるようにしたが、図12(a)のよう
にレンズ71,72をそれぞれの撮像素子(A)18、
(B)20の前に設けてもよい。また、図12(b)の
ように、ハーフミラー73をX型に配置し、これによっ
て3つの撮像素子(A)18、(B)20、(C)22
に入射光を分けてもよい。また、3板撮像素子カメラな
どで応用されているダイクロイックミラーを用いた構造
で3つの撮像素子カメラに光を分けても良い。つまり、
同一視野の画像を光学的に得る方法であれば、どのよう
な方法でも適用することが出来る。
In the first to third embodiments,
Although a plurality of image pickup devices are combined using a half mirror so that the same visual field can be picked up, as shown in FIG. 12A, the lenses 71 and 72 are connected to the respective image pickup devices (A) 18,
It may be provided in front of (B) 20. Further, as shown in FIG. 12B, the half mirror 73 is arranged in an X-shape, whereby three image pickup devices (A) 18, (B) 20, and (C) 22 are provided.
The incident light may be divided into two. Further, the light may be divided among the three image pickup device cameras by a structure using a dichroic mirror applied to a three-plate image pickup device camera or the like. That is,
Any method can be applied as long as it is a method of optically obtaining an image of the same visual field.

【0063】また、第1の実施の形態において、複数の
撮像素子を用いて2種類の波長の光を分けるのではな
く、図13(a)のように一つの撮像素子(D)74に
て2種類の波長の光を受け、その表面に図13(b)の
ように2種類の光学フィルタA、Bを交互にストライプ
状に配置して2種類の波長に対する画像を1つの画像に
多重して検出しても良い。この場合、ストライプは縦、
横どちらでもよい。また、図13(c)に示すように、
市松模様状に光学フィルタA、Bを配置しても良い。た
だし、これらの場合、それぞれの波長の光に対する画像
の解像度は低下する。
Further, in the first embodiment, instead of dividing light of two kinds of wavelengths by using a plurality of image pickup devices, one image pickup device (D) 74 is used as shown in FIG. 13A. Upon receiving light of two types of wavelengths, two types of optical filters A and B are alternately arranged on the surface in a stripe shape as shown in FIG. 13B, and images for two types of wavelengths are multiplexed into one image. May be detected. In this case, the stripes are vertical,
Either side is fine. In addition, as shown in FIG.
The optical filters A and B may be arranged in a checkered pattern. However, in these cases, the resolution of the image with respect to the light of each wavelength decreases.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、既
存の技術を用いて、各フォトセンサに時間計測機能を持
たせたような特別なセンサを用いることなく、容易に実
時間で距離計測の出来るレンジファインダを実現でき
る。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to easily use the existing technology in real time without using a special sensor having a time measuring function for each photo sensor. A range finder capable of distance measurement can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる第1の実施の形態の実時間レン
ジファインダの構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a real-time range finder according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態に備えた光パタン生成部の構
成図
FIG. 2 is a configuration diagram of an optical pattern generation unit provided in the first embodiment.

【図3】(a)光パタン生成部に備えた光変調器の特性
図 (b)光パタン生成部から出社する光パタンの光強度分
布図
FIG. 3A is a characteristic diagram of an optical modulator provided in an optical pattern generation unit, and FIG. 3B is a light intensity distribution diagram of an optical pattern that comes from the optical pattern generation unit.

【図4】(a)光パタン生成部に備えた光学フィルタの
透過率特性図 (b)受光部に備えた光学フィルタの透過率特性図
FIG. 4A is a transmittance characteristic diagram of an optical filter included in an optical pattern generation unit, and FIG. 4B is a transmittance characteristic diagram of an optical filter included in a light receiving unit.

【図5】第1の実施の形態におけるパタン光出射角度と
画素強度比の関係図
FIG. 5 is a relationship diagram of a pattern light emission angle and a pixel intensity ratio in the first embodiment.

【図6】第1の実施の形態における時分割動作説明図FIG. 6 is an explanatory diagram of a time division operation according to the first embodiment.

【図7】本発明の第2の実施の形態の実時間レンジファ
インダの構成図
FIG. 7 is a configuration diagram of a real-time range finder according to a second embodiment of this invention.

【図8】(a)第2の実施の形態における光源部での掃
引動作を示す図 (b)第2の実施の形態における光源部での掃引と光強
度との関係図 (c)第2の実施の形態における光強度比と光投射角度
の関係図
FIG. 8A is a diagram showing a sweeping operation in the light source unit in the second embodiment. FIG. 8B is a relational diagram between sweeping and light intensity in the light source unit in the second embodiment. Of Relation between Light Intensity Ratio and Light Projection Angle in Embodiment

【図9】本発明にかかる第3の実施の形態の実時間レン
ジファインダの構成図
FIG. 9 is a configuration diagram of a real-time range finder according to a third embodiment of the present invention.

【図10】(a)第3の実施の形態における光源部での
スリット光の掃引動作を示す図 (b)第3の実施の形態における光源部での掃引と光強
度との関係図 (c)第3の実施の形態における露出時間と撮像画像と
の関係図 (d)第3の実施の形態における光強度比と光投射角度
の関係図
FIG. 10A is a diagram showing a sweep operation of slit light in the light source unit according to the third embodiment. FIG. 10B is a relationship diagram between the sweep and the light intensity in the light source unit according to the third embodiment. ) Relationship diagram between exposure time and captured image in the third embodiment (d) Relationship diagram between light intensity ratio and light projection angle in the third embodiment

【図11】(a)第3の実施の形態における高速走査の
場合の光源部でのスリット光の掃引動作を示す図 (b)第3の実施の形態における高速走査の場合の光源
部での掃引と光強度との関係図 (c)第3の実施の形態における高速走査の場合の露出
タイミング図
FIG. 11A is a diagram showing a sweep operation of slit light in the light source unit in the case of high-speed scanning in the third embodiment. FIG. 11B is a diagram of the light source unit in the case of high-speed scanning in the third embodiment. (B) Relationship between sweep and light intensity (c) Exposure timing chart in the case of high-speed scanning in the third embodiment

【図12】(a)本発明の各実施の形態における受光部
側の変形例を示す図 (b)本発明の各実施の形態における受光部側の他の変
形例を示す図
FIG. 12A is a diagram showing a modified example of the light receiving unit side in each embodiment of the present invention. FIG. 12B is a diagram showing another modified example of the light receiving unit side in each embodiment of the present invention.

【図13】(a)本発明の各実施の形態における受光部
側の変形例を示す図 (b)本発明の各実施の形態の受光部における光学フィ
ルタの配置例を示す図 (c)本発明の各実施の形態の受光部における光学フィ
ルタの他の配置例を示
13A is a diagram showing a modified example of the light receiving unit side in each embodiment of the present invention. FIG. 13B is a diagram showing an arrangement example of optical filters in the light receiving unit of each embodiment of the present invention. Another example of the arrangement of the optical filter in the light receiving section of each embodiment of the invention is shown.

【図14】従来のレンジファインダの概念図FIG. 14 is a conceptual diagram of a conventional range finder.

【図15】従来のレンジファインダの構成図FIG. 15 is a block diagram of a conventional range finder.

【符号の説明】 11 光パタン生成部(A) 12 光パタン生成部(B) 13 ハーフミラー 14 レンズ 15 ハーフミラー(A) 16 ハーフミラー(B) 17 光学フィルタ(A) 18 撮像素子(A) 19 光学フィルタ(B) 20 撮像素子(B) 21 撮像素子(C) 22 光パタンA信号処理回路 23 光パタンB信号処理回路 24 距離計算部 30 光源 31 光学フィルタ 32 光変調器 33 出射レンズ[Explanation of symbols] 11 Optical pattern generator (A) 12 Optical pattern generator (B) 13 Half mirror 14 lenses 15 Half mirror (A) 16 Half mirror (B) 17 Optical filter (A) 18 Image sensor (A) 19 Optical filter (B) 20 Image sensor (B) 21 Image sensor (C) 22 Optical pattern A signal processing circuit 23 Optical pattern B signal processing circuit 24 Distance calculator 30 light sources 31 Optical filter 32 optical modulator 33 Output lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA04 AA06 AA19 AA20 AA53 BB05 BB18 DD02 DD03 FF01 FF02 FF04 FF09 FF41 FF65 GG02 GG04 GG07 GG23 HH05 HH07 JJ03 JJ05 JJ26 LL00 LL13 LL22 LL53 LL62 MM16 QQ24 QQ25 QQ31 RR06 2F112 AA09 BA06 BA11 CA12 DA09 DA13 DA15 DA25 DA26 DA32 EA03 FA03 FA21 FA35    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2F065 AA04 AA06 AA19 AA20 AA53                       BB05 BB18 DD02 DD03 FF01                       FF02 FF04 FF09 FF41 FF65                       GG02 GG04 GG07 GG23 HH05                       HH07 JJ03 JJ05 JJ26 LL00                       LL13 LL22 LL53 LL62 MM16                       QQ24 QQ25 QQ31 RR06                 2F112 AA09 BA06 BA11 CA12 DA09                       DA13 DA15 DA25 DA26 DA32                       EA03 FA03 FA21 FA35

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被写体に投射するスリット光を空間的に
掃引する光源部と、前記スリット光に掃引された被写体
から光が入射し前記スリット光の波長特性に合せた波長
成分を抽出する光学フィルタと、前記光学フィルタに対
応して配置された撮像素子と、スリット光による第1の
掃引と第2の掃引において光源の光強度の変化パターン
を異ならせる光源部制御手段と、第1の掃引に対する撮
像素子の出力と第2の掃引に対する撮像素子の出力から
画像の各位置におけるスリット光の出射角度を計算し、
これによって画像の各位置における被写体までの距離を
計算する距離計算部とを具備する実時間レンジファイン
ダ。
1. A light source unit for spatially sweeping slit light projected onto a subject, and an optical filter for extracting a wavelength component matched with the wavelength characteristic of the slit light by light incident from the subject swept by the slit light. An image pickup element arranged corresponding to the optical filter, a light source section control means for making the change pattern of the light intensity of the light source different between the first sweep and the second sweep by the slit light, and the first sweep The output angle of the slit light at each position of the image is calculated from the output of the image sensor and the output of the image sensor for the second sweep,
A real-time range finder having a distance calculator that calculates the distance to the subject at each position of the image.
【請求項2】 光源部は、スリット光の掃引動作に代え
て、位置によって異なった光透過率を有する光変調器を
用いて、被写体にある特定の光パタンを一度に投光する
ことを特徴とする請求項1記載の実時間レンジファイン
ダ。
2. The light source section, instead of the slit light sweeping operation, uses an optical modulator having a different light transmittance depending on the position to project a specific light pattern on the subject at one time. The real-time range finder according to claim 1.
JP2002135010A 2002-05-10 2002-05-10 Real-time range finder Expired - Lifetime JP3668466B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002135010A JP3668466B2 (en) 2002-05-10 2002-05-10 Real-time range finder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002135010A JP3668466B2 (en) 2002-05-10 2002-05-10 Real-time range finder

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP26926197A Division JP3414624B2 (en) 1997-09-16 1997-09-16 Real-time range finder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003014422A true JP2003014422A (en) 2003-01-15
JP3668466B2 JP3668466B2 (en) 2005-07-06

Family

ID=19194446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002135010A Expired - Lifetime JP3668466B2 (en) 2002-05-10 2002-05-10 Real-time range finder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3668466B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100803752B1 (en) 2005-10-19 2008-02-15 삼성전기주식회사 System and method for analyzing pixel
JP2016166784A (en) * 2015-03-09 2016-09-15 キヤノン株式会社 Measurement device
WO2020039575A1 (en) * 2018-08-24 2020-02-27 ヤマハ発動機株式会社 Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring method
WO2021161854A1 (en) * 2020-02-13 2021-08-19 浜松ホトニクス株式会社 Height measurement apparatus and height measurement method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100803752B1 (en) 2005-10-19 2008-02-15 삼성전기주식회사 System and method for analyzing pixel
JP2016166784A (en) * 2015-03-09 2016-09-15 キヤノン株式会社 Measurement device
WO2020039575A1 (en) * 2018-08-24 2020-02-27 ヤマハ発動機株式会社 Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring method
JPWO2020039575A1 (en) * 2018-08-24 2021-09-16 ヤマハ発動機株式会社 3D measuring device, 3D measuring method
JP7051260B2 (en) 2018-08-24 2022-04-11 ヤマハ発動機株式会社 3D measuring device, 3D measuring method
WO2021161854A1 (en) * 2020-02-13 2021-08-19 浜松ホトニクス株式会社 Height measurement apparatus and height measurement method

Also Published As

Publication number Publication date
JP3668466B2 (en) 2005-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9170097B2 (en) Hybrid system
US6600168B1 (en) High speed laser three-dimensional imager
JP3417222B2 (en) Real-time range finder
US7349104B2 (en) System and a method for three-dimensional imaging systems
CN105049829B (en) Optical filter, imaging sensor, imaging device and 3-D imaging system
US6664531B2 (en) Combined stereovision, color 3D digitizing and motion capture system
JP5356650B2 (en) 3D video scanner
JP3414624B2 (en) Real-time range finder
US6028672A (en) High speed three dimensional imaging method
US20140168424A1 (en) Imaging device for motion detection of objects in a scene, and method for motion detection of objects in a scene
CN108650447B (en) Image sensor, depth data measuring head and measuring system
JP2002213931A (en) Instrument and method for measuring three-dimensional shape
CN106454287A (en) Combined camera shooting system, mobile terminal and image processing method
JPH11508371A (en) Telecentric stereo camera and method
US6765606B1 (en) Three dimension imaging by dual wavelength triangulation
JP3695188B2 (en) Shape measuring apparatus and shape measuring method
CN107783353A (en) For catching the apparatus and system of stereopsis
US11604062B2 (en) Three-dimensional sensor with counterposed channels
CN103486979A (en) Hybrid sensor
JPH0329806A (en) Measuring method of shape of object
CN106534633A (en) Combined photographing system, mobile terminal and image processing method
JP2001082940A (en) Apparatus and method for generating three-dimensional model
JP2000147604A (en) Range finder
JP2006308323A (en) Three-dimensional shape measuring method
JP3818028B2 (en) 3D image capturing apparatus and 3D image capturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050125

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050224

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050408

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080415

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090415

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100415

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110415

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120415

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415

Year of fee payment: 9

EXPY Cancellation because of completion of term