JP2009002761A - Range finding device and its range finding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の撮像手段を用いて被測定物までの距離を測定する測距装置およびその測距方法に関する。 The present invention relates to a distance measuring apparatus and a distance measuring method for measuring a distance to an object to be measured using a plurality of imaging means.
従来より、複数の撮像手段により被測定物を撮像して、得られた画像を基に被測定物までの距離を測定する測距装置として、ステレオカメラシステムにより構成されたものが知られている(特許文献1を参照)。そのステレオカメラシステムにより構成された装置の一例としての測距装置100を図11(a)に示す。ここで、説明の便宜上図11(a)に示す矢印の方向をXYZ方向とし、また本来であれば、撮像面111R、111Lは、点Orに対してZ軸負方向に位置しているが、反転させて点Orに対してZ軸正方向に示している。測距装置100は、同一面上において同一方向に光軸112R、112Lを向けて、平行等位に配置された2つのカメラ110R、110Lから構成されている。カメラ110Rは、原点Orに複数の撮像レンズからなる撮像レンズ系を有し、撮像レンズ系のレンズ中心から焦点距離fだけ離れた位置に右撮像面111Rを有しており、この右撮像面111Rと光軸112Rとが交差している。一方、カメラ110Lは、原点Orから基線長Lだけ離れた点Olに複数の撮像レンズからなる撮像レンズ系を有して、カメラ110Rと同様の構成となっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a distance measuring device configured by a stereo camera system is known as a distance measuring device that measures an object to be measured by a plurality of imaging means and measures a distance to the object to be measured based on an obtained image. (See Patent Document 1). FIG. 11A shows a
上記のように構成された測距装置100において、被測定物2の座標P(X,Y,Z)を求める際には、まず、撮像面111R、111Lで撮像された画像の視差を、2つの画像の相対的なズレ量を基に求める。このズレ量は、一方の画像において任意に切り出した所定領域に対する、他方の画像における対応領域を、例えば式(1)に示すSAD法を用いて、領域の輝度を評価することで求める。
In the
この式(1)において、dを1画素ずつ移動させたときS(2つの領域の輝度差)が最小となるdが視差となる。ここで、2つのカメラ110R、110Lが平行等位に配置されているため、図11(b)に示すように、被測定物2がZ軸方向(奥行き方向)に移動するとき、一方の画像の所定領域に対応する他方の画像における対応領域は、エピポーラ線113上に並んで存在する。よって、一般的に対応領域を求めるときはエピポーラ線113に沿って探索を行う。
In Equation (1), when d is moved pixel by pixel, d that minimizes S (the luminance difference between the two regions) is parallax. Here, since the two
探索の結果、例えば図11(a)に示すように、右撮像面111R上の点pr(xr,yr)の画像と、左撮像面111L上の点pl(xl,yl)の画像とが対応関係にあるとすると、視差は、式(2)に示すように、
ml−mr=(xl−xr,yl−yr) (2)
となる。ここで、カメラ110R、110Lは平行等位であり光軸112Rと光軸112Lとが同一平面上にあるので、式(3)の関係が成立し、
yl=yr (3)
ここでさらに、三角測量の原理を用いる。そうすることで、式(4)、式(5)、式(6)の関係が求まり、
Z=Lf/(xl−xr) (4)
X=Zxr/f (5)
Y=Zyr/f (6)
よって、座標P(X,Y,Z)が求まり、これがステレオカメラシステムによる測距方法である。
As a result of the search, for example, as shown in FIG. 11A, an image of the point pr (xr, yr) on the
ml-mr = (xl-xr, yl-yr) (2)
It becomes. Here, since the
yl = yr (3)
Here, further, the principle of triangulation is used. By doing so, the relationship of Formula (4), Formula (5), and Formula (6) is obtained,
Z = Lf / (xl−xr) (4)
X = Zxr / f (5)
Y = Zyr / f (6)
Therefore, the coordinates P (X, Y, Z) are obtained, and this is a distance measuring method by the stereo camera system.
しかし、従来技術における対応領域の探索手法では、エピポーラ線に沿って略同一形状の被測定物画像が並ぶ場合、輝度が近似した領域が複数存在することによって誤った対応領域が選択される可能性がある。よって、正確な視差が得られないことにより、被測定物までの距離を高精度に測距することが困難であるという課題があった。 However, in the conventional technique for searching for a corresponding area, there is a possibility that an erroneous corresponding area may be selected due to the existence of a plurality of areas having approximate luminances when measured object images having substantially the same shape are arranged along the epipolar line. There is. Therefore, there has been a problem that it is difficult to measure the distance to the object to be measured with high accuracy because accurate parallax cannot be obtained.
以上のような課題に鑑みて、本発明では、エピポーラ線に沿って同一形状の被測定物画像が並ぶ場合において、被測定物までの距離を高精度に測距できる測距装置およびその測距方法を提供することを目的とする。 In view of the problems as described above, in the present invention, in the case where measured object images having the same shape are arranged along the epipolar line, the distance measuring device capable of measuring the distance to the measured object with high accuracy and the distance measuring method thereof It aims to provide a method.
本発明に係る測距装置は、撮像レンズを介して被測定物を撮像する少なくとも3つの撮像手段と、前記少なくとも3つの撮像手段から2つの撮像手段を選択する選択手段と、前記選択手段により選択された前記2つの撮像手段により前記被測定物を撮像させ、撮像された2つの画像における前記被測定物の所定領域を示す2つの所定領域画像と2つの前記撮像レンズとの位置関係から前記被測定物の前記所定領域までの距離を測定する測定手段とを備えて構成されている。そして、前記選択手段により選択された前記2つの撮像手段は、その光軸が互いに平行でかつ同一方向に向いており、また、前記少なくとも3つの撮像手段は、3つの前記撮像手段が同一直線上に並ぶことなく同一面上に配置されている。 The distance measuring apparatus according to the present invention includes at least three imaging means for imaging the object to be measured via the imaging lens, a selection means for selecting two imaging means from the at least three imaging means, and a selection by the selection means. The measured object is imaged by the two imaging means, and the measured object is determined based on the positional relationship between two predetermined area images indicating the predetermined area of the measured object and the two imaging lenses in the two captured images. Measuring means for measuring the distance of the measurement object to the predetermined region. The two imaging units selected by the selection unit have optical axes parallel to each other and oriented in the same direction, and the at least three imaging units have three imaging units arranged on the same straight line. They are arranged on the same plane without being lined up.
また、上記構成の測距装置において、前記選択手段は、2つの前記画像において一方の前記所定領域画像と対応関係にある他方の前記所定領域画像が複数求められるとき、前記2つの撮像手段のうちで、少なくとも1つの前記撮像手段を異なる前記撮像手段と入れ替えて選択する構成が好ましい。さらに、上記構成の測距装置において、前記選択手段は、前記撮像手段が撮像した前記画像を基に前記2つの撮像手段を選択する構成が好ましい。 Further, in the distance measuring apparatus having the above configuration, when the plurality of other predetermined area images corresponding to one of the predetermined area images is obtained in two of the images, the selecting means Therefore, it is preferable to select at least one of the imaging units by replacing the different imaging units. Further, in the distance measuring apparatus having the above-described configuration, it is preferable that the selection unit selects the two imaging units based on the image captured by the imaging unit.
また、上記構成の測距装置を用いた測距方法において、前記少なくとも3つの撮像手段から前記2つの撮像手段を選択する選択ステップと、前記選択ステップにおいて選択された前記2つの撮像手段により前記被測定物を撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて得られた2つの前記画像における前記被測定物の所定領域を示す2つの所定領域画像と2つの前記撮像レンズとの位置関係から前記被測定物の前記所定領域までの距離を測定する測距ステップとから構成されていることが好ましい。 In the distance measuring method using the distance measuring apparatus having the above configuration, the selection step of selecting the two imaging means from the at least three imaging means, and the two imaging means selected in the selection step, From the imaging step for imaging the measurement object, and the positional relationship between the two predetermined area images indicating the predetermined area of the measurement object in the two images obtained in the imaging step and the two imaging lenses, the measurement object It is preferable that it comprises a distance measuring step for measuring the distance to the predetermined area.
また、本発明に係る測距装置は、撮像レンズを備えて被測定物を撮像する2つの撮像手段と、前記2つの撮像手段を前記被測定物に対して相対移動させる移動手段と、前記2つの撮像手段により前記被測定物を撮像させ、撮像された2つの画像における前記被測定物の所定領域を示す2つの所定領域画像と2つの前記撮像レンズとの位置関係から前記被測定物の前記所定領域までの距離を測定する測定手段とを備えて構成されている。そして、前記2つの撮像手段は、その光軸が互いに平行でかつ同一方向に向いて平行等位に配置され、また、前記移動手段は、前記2つの撮像手段が配置された配置面において少なくとも一方の前記撮像手段を移動させる。 In addition, the distance measuring device according to the present invention includes two imaging units that include an imaging lens to capture an image of the object to be measured, a moving unit that relatively moves the two image capturing units with respect to the object to be measured, and the 2 The object to be measured is picked up by two imaging means, and the position of the object to be measured is determined based on the positional relationship between two predetermined area images indicating the predetermined area of the object to be measured in the two captured images and the two imaging lenses. Measuring means for measuring the distance to the predetermined area. The two imaging means are arranged in parallel equiposition with their optical axes parallel to each other in the same direction, and the moving means is at least one on the arrangement surface on which the two imaging means are arranged. The image pickup means is moved.
さらに、上記構成の測距装置において、前記移動手段は、2つの前記画像において一方の前記所定領域画像と対応関係にある他方の前記所定領域画像が複数求められるとき、前記2つの撮像手段を一体として前記被測定物に対して45度もしくは90度相対回転させる構成が好ましい。また、上記構成の測距装置において、前記移動手段は、前記撮像手段が撮像した前記画像を基に前記2つの撮像手段を一体として前記被測定物に対して45度もしくは90度相対回転させる構成が好ましい。 Furthermore, in the distance measuring apparatus having the above-described configuration, the moving unit integrates the two imaging units when a plurality of the other predetermined area images corresponding to the one predetermined area image are obtained in the two images. As a configuration, it is preferable to make a relative rotation of 45 degrees or 90 degrees with respect to the object to be measured. Further, in the distance measuring apparatus having the above configuration, the moving unit is configured to rotate the two imaging units as a unit relative to the object to be measured by 45 degrees or 90 degrees based on the image captured by the imaging unit. Is preferred.
また、上記構成の測距装置を用いた測距方法において、前記移動手段が少なくとも一方の前記撮像手段を移動させる移動ステップと、前記移動ステップにおいて移動した前記2つの撮像手段により前記被測定物を撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて得られた2つの前記画像における前記被測定物の所定領域を示す2つの所定領域画像と2つの前記撮像レンズとの位置関係から前記被測定物の前記所定領域までの距離を測定する測距ステップとから構成されていることが好ましい。 In the distance measuring method using the distance measuring apparatus having the above-described configuration, the moving unit moves the at least one of the imaging units, and the two imaging units moved in the moving step move the object to be measured. From the imaging step of imaging, and the two predetermined area images indicating the predetermined areas of the object to be measured in the two images obtained in the imaging step and the positional relationship between the two imaging lenses, the predetermined of the object to be measured It is preferable to comprise a distance measuring step for measuring the distance to the area.
本発明に係る測距装置およびその測距方法によれば、エピポーラ線に沿って同一形状の被測定物画像が並ぶ場合にも、正確な対応領域を特定することで視差を正確に求めることができ、よって、被測定物までの距離を高精度に測距可能となる。 According to the distance measuring device and the distance measuring method according to the present invention, parallax can be accurately obtained by specifying an accurate corresponding region even when the object images having the same shape are arranged along the epipolar line. Therefore, the distance to the object to be measured can be measured with high accuracy.
以下において、本発明に係る測距装置の好ましい形態について、実施例1から実施例3を挙げて説明を行う。ここで説明の便宜上、図2に示す矢印の方向をXY方向として定義し、この方向は図11(a)におけるXY方向と対応している。 Hereinafter, preferred embodiments of the distance measuring device according to the present invention will be described with reference to Examples 1 to 3. Here, for convenience of explanation, the direction of the arrow shown in FIG. 2 is defined as the XY direction, and this direction corresponds to the XY direction in FIG.
以下、本発明の第1実施例に係る測距装置10について、図1から図5を参照しながら説明する。まず、測距装置10は、図1に示すように、撮像部20、出力選択部30および演算部40を主体に構成されている。撮像部20は、図1に示すように、4つのカメラ21、22、23および24から構成され、さらに図2に示すように、カメラ21は円形のレンズ21aの内部に略正方形の測距エリア21bが形成されており、さらに測距エリア21bは複数の撮像素子21cで構成されている。なお、実際の構成においては、レンズ21aは複数のレンズからなるレンズ系により構成されており、そのレンズ系のレンズ中心から測距エリア21bまでの距離が焦点距離となっている。ここで、撮像素子21cで撮像された画像データは、イメージセンサ21dにより後述するバッファメモリ41または42に対して出力されるように構成されており、ここで、カメラ22、23、24もカメラ21と同様の構成となっている。出力選択部30は、後述する相関演算部43からの作動信号を入力することで、4つのカメラ21、22、23、24のうち、2つのカメラに対して選択信号を出力する。そして、この選択信号を入力した2つのカメラは被測定物を撮像し、その2つの画像データがイメージセンサからバッファメモリに出力される。
Hereinafter, a
演算部40は、2つのバッファメモリ41、42、相関演算部43および距離演算部44から構成されている。バッファメモリ41、42は、イメージセンサから出力された2つの画像データを入力し、画像データに含まれる光学的な歪みや軸ずれを補正テーブル(図示せず)を参照しながら補正し、補正した補正画像データを相関演算部43に出力する。相関演算部43は、バッファメモリ41、42から出力された2つの補正画像データを入力して、一方の補正画像データ中の任意に切り出した所定領域の画像に対する他方の補正画像データの対応領域を求める。ここで、対応領域が求められた場合は相関画像データを距離演算部44に出力し、一方、対応領域が求められない場合または対応領域が1つに決定されない場合は、出力選択部30に作動信号を出力する。距離演算部44は、相関演算部43から出力された相関画像データを入力し、被測定物までの距離を演算する構成となっている。
The
以上ここまでは、測距装置10の各構成について説明したが、以下において撮像部20の配置構成について説明する。撮像部20は、図2に示すように、4つのカメラ21、22、23、24が、XY平面と平行な面上に配置され、紙面に対して手前側もしくは奥側にある被測定物(図示せず)までの距離を測距可能となっている。また、カメラ21、22はX軸と平行な直線上に配置されて平行等位となっており、一方、カメラ23および24はY軸と平行な直線上に配置されて平行等位となっている。さらに、4つのカメラは平行等位中心25を中心とする同一円弧上に、各測距エリア21b、22b、23b、24bの各中心が位置するように配置されている。このとき、カメラ21と22とは、測距エリア21b、22bの中心同士が基線長L1だけ離れて位置しており、一方、カメラ23、24も同様に基線長L2だけ離れて位置している。また、カメラ21と23とは、X軸に対して45度傾斜した方向に基線長L3を有している。
Up to this point, each configuration of the
以下において、上述のように構成された測距装置10を用いて、図3(a)に示すようなX軸方向に延びた被測定物3の、撮像領域3aから測距装置10までの距離を測定する測距方法を、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。
In the following, using the
ステップ1において、出力選択部30からカメラ21、22に対して、選択信号30aが出力されることで、カメラ21、22は、被測定物3の撮像領域3aをそれぞれ撮像する(図3(b)を参照)。このとき、カメラ21で撮像された画像とカメラ22で撮像された画像とを比較すると、各画像において略同じ位置にX軸方向に延びた被測定物3が撮像されて略同一画像が得られる。そして、撮像素子21c、22cで撮像された画像データ21e、22eは、同期露光可能なイメージセンサ21d、22dにより、別々の2つのバッファメモリ41、42に対して順次出力される。ここで、画像データ21eがバッファメモリ41に入力され、画像データ22eがバッファメモリ42に入力されるとする。
In
ステップ2に進み、バッファメモリ41、42は画像データ21e、22eを入力し、画像データ21e、22eに含まれる光学的な歪みや軸ずれを補正テーブル(図示せず)を参照しながら補正を行う。ステップ3に進み、バッファメモリ41、42において、補正を行った画像データ21e、22eに含まれる被測定物3のデータを抽出する。そして、被測定物3を抽出したデータを補正画像データ41a、42aとして相関演算部43に出力する。ステップ4に進み、カメラ21、22はX軸方向に平行等位に配置されているので、従来技術で述べたように、被測定物3の近傍においてX軸方向に延びたエピポーラ線28aが決定される(図3(b)を参照)。
Proceeding to
ステップ5に進み、相関演算部43において、ステップ3で得られた補正画像データ41a、42aを基に、ステップ4で形成されたエピポーラ線28aに沿ってステレオ対応点を探索する。例えば、図3(b)に示すように、補正画像データ42aに含まれる基準領域3bに対応する対応領域を、補正画像データ41aの中から探索する。このとき、例えば従来技術で述べた領域の輝度を評価することにより、略同一画像からなり輝度が略同一の領域3c、3d、3eの3つが候補として求められる。ここで、これらは略同一画像となっているため、1つの対応領域を区別して抽出することはできず、よって、正確な視差を得ることができない。
Proceeding to step 5, the
ステップ6に進み、補正画像データ42a中の各領域に対応する各対応領域が、補正画像データ41a中に1つに決定されて求められるか否かのマッチングを判断する。もし、補正画像データ42a中に1つに決定されて求められる場合には、距離演算部44に相関画像データ43aを出力してステップ10に進む。一方、補正画像データ41a中に対応領域が複数求められる場合には、相関演算部43が出力選択部30に対して作動信号43bを出力してステップ7に進む。ここで、図3(b)に示す場合には、対応領域が複数求められるのでステップ7に進む。
Proceeding to step 6, it is determined whether or not each corresponding region corresponding to each region in the corrected
ステップ7に進み、出力選択部30は作動信号43bを入力し、このフローにおいて従前に撮像する2つのカメラを切替えたか否かを判断する。ここで、2つのカメラを切替えている場合はステップ8に進み、2つのカメラを切替えていない場合はステップ9に進む。ここで、図3(b)の場合、このフローにおいて従前に一度もカメラを切替えていないのでステップ9に進む。そして、ステップ9において、出力選択部30からカメラ21、23に対して選択信号30aが出力されることで、カメラ21、23は被測定物3の撮像領域3aをそれぞれ撮像する(図3(c)を参照)。
Proceeding to step 7, the
このとき、カメラ21で撮像された画像とカメラ23で撮像された画像とを比較すると、各画像にはX軸方向に延びた被測定物3が撮像されているが、そのY軸方向の位置は異なっており、全体として異なった画像が得られる。そして、撮像素子21c、23cで撮像された画像データ21e、23eは、同期露光可能なイメージセンサ21d、23dにより、別々の2つのバッファメモリ41、42に対して順次出力される。ここで、画像データ21eがバッファメモリ41に入力され、画像データ23eがバッファメモリ42に入力されるとする。そして、ステップ2に進み、その後さらにステップ3に進むが、この説明は上述と同様なので省略する。
At this time, when the image captured by the
ステップ4において、カメラ21と23とは、X軸に対して45度傾斜した方向に等位となっており、よって、被測定物3と交差してX軸に対して45度傾斜した方向に延びたエピポーラ線28cが決定される(図3(c)を参照)。そしてステップ5に進み、相関演算部43において補正画像データ41a、42aを基に、ステップ4で決定されたエピポーラ線28cに沿ってステレオ対応点を検出する。例えば、図3(c)に示すように、補正画像データ42aに含まれる基準領域3fに対応する対応領域を、補正画像データ41aの中から探索する。このとき、エピポーラ線28cに沿って形成された領域3g、3h、3iが探索されるが、領域3hには被測定物3が撮像されており、一方、領域3g、3iには被測定物3が撮像されていない。ここで、例えば従来技術で述べた手法により輝度差を比較すると、基準領域3fと領域3g、3iとの輝度差は、基準領域3fと領域3hとの輝度差に対して明らかに異なるとともに、基準領域3fと領域3hとの輝度差の方が、より小さな値となる。よって、1つの対応領域3hが決定されて視差が求められる。
In
ステップ6に進み、補正画像データ42a中の各領域に対応する各対応領域が、補正画像データ41a中に1つに決定されて求められるか否かのマッチングを判断する。このカメラ21、23を用いた場合、補正画像データ41a中に1つに決定されて求められるので、相関演算部43は距離演算部44に対して相関画像データ43aを出力してステップ10に進む。ステップ10において、被測定物3の3次元座標を算出することにより、被測定物3の撮像領域3aから測距装置10までの距離が求まり、このフローチャートは終了する。
Proceeding to step 6, it is determined whether or not each corresponding region corresponding to each region in the corrected
なお、上述のフローチャートのステップ7において、従前にカメラを切替えていると判断された場合について以下に説明する。このとき、ステップ7からステップ8に進むとともに、出力選択部30は、カメラ23、24に対して選択信号30aを出力する。そして、カメラ23、24は選択信号30aを入力し、被測定物3の撮像領域3aをそれぞれ撮像することで、図3(d)に示すような画像が得られる。そして、ステップ2からステップ3に進み、さらにステップ3からステップ4へと進み、ステップ4においてY軸と平行に延びたエピポーラ線28bが決定される。
A case will be described below in which it is determined in step 7 of the flowchart described above that the camera has been switched. At this time, the process proceeds from step 7 to step 8, and the
ステップ5において、エピポーラ線28bに沿ってステレオ対応点を検出するが、例えば、カメラ23の画像中の基準領域3jに対応する対応領域を、カメラ24の画像から探索する。このとき、エピポーラ線28bに沿って形成された領域3k、3lが探索されるが、領域3kには被測定物3が撮像されており、一方、領域3lには被測定物3が撮像されていない。ここで、例えば従来技術で述べた手法により輝度差を比較すると、基準領域3jと領域3kとの輝度差は、基準領域3jと領域3lとの輝度差に対して明らかに異なるとともに、基準領域3jと領域3kとの輝度差の方が、より小さな値となる。よって、1つの対応領域3kが決定されて視差が求められる。そしてステップ6において、マッチングが可能と判断されてステップ10に進み、ステップ10において被測定物3の3次元座標を算出することにより、被測定物3の撮像領域3aから測距装置10までの距離が求められる。
In
次に、以下において上述のように構成された測距装置10を用いて、図4(a)に示すようなY軸方向に延びた被測定物4の、撮像領域4aから測距装置10までの距離を測定する測距方法を、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。以下に説明する測距方法は、上述の図3に示す被測定物3の測距方法と基本的に同様である。よって、上述のフローチャートと特に異なる構成である、ステップ1、ステップ8およびステップ9において選択されたカメラに対して、ステップ5における対応点の検出がどのように行われるかの説明を中心に行う。
Next, using the
ステップ1において、カメラ21、22が被測定物4の撮像領域4aをそれぞれ撮像することで、図4(b)に示すような画像が得られる。そして、ステップ2からステップ4までは上述と同様に進む。ステップ5において、X軸と平行に延びたエピポーラ線28aに沿ってステレオ対応点を探索するが、例えば、カメラ22の画像中の基準領域4bに対応する対応領域を、カメラ21の画像から探索する。このとき、エピポーラ線28aに沿って形成された領域4c、4d、4eが探索されるが、領域4dには被測定物4が撮像されており、一方、領域4c、4eには被測定物4が撮像されていない。ここで、例えば従来技術で述べた手法により輝度差を比較すると、基準領域4bと領域4c、4eとの輝度差は、基準領域4bと領域4dとの輝度差に対して明らかに異なるとともに、基準領域4bと領域4dとの輝度差の方が、より小さな値となる。よって、1つの対応領域4dが決定されて視差が求められる。よって、ステップ6において、マッチングが可能と判断されてステップ10に進み、被測定物4の撮像領域4aから測距装置10までの距離が求められる。
In
なお、もし仮に上記のステップ6において、マッチングが不可能と判断された場合にはステップ7に進み、さらにステップ9へと進む。ステップ9において、カメラ21、23が、被測定物4の撮像領域4aをそれぞれ撮像することで、図4(c)に示すような画像が得られる。そして、ステップ2からステップ4までは上述と同様に進む。そして、ステップ5において、X軸に対して45度傾斜したエピポーラ線28cに沿ってステレオ対応点を探索する。例えば、カメラ23の画像中の基準領域4fに対応する対応領域を、カメラ21の画像から探索する。このとき、エピポーラ線28cに沿って形成された領域4g、4h、4iが探索されるが、領域4hには被測定物4が撮像されており、一方、領域4g、4iには被測定物4が撮像されていない。ここで、例えば従来技術で述べた手法により輝度差を比較すると、基準領域4fと領域4g、4iとの輝度差は、基準領域4fと領域4hとの輝度差に対して明らかに異なるとともに、基準領域4fと領域4hとの輝度差の方が、より小さな値となる。よって、1つの対応領域4hが決定されて視差が求められる。よって、ステップ6において、マッチングが可能と判断されてステップ10に進み、被測定物4の撮像領域4aから測距装置10までの距離が求められる。
If it is determined in
また仮に、上記のステップ6において、マッチングが不可能と判断された場合にはステップ7に進み、さらにステップ8へと進む。ステップ8において、カメラ23、24が、被測定物4の撮像領域4aをそれぞれ撮像することで、図4(d)に示すような画像が得られる。そして、ステップ2からステップ4までは上述と同様に進む。ステップ5において、Y軸と平行に延びたエピポーラ線28bに沿ってステレオ対応点を探索し、例えば、カメラ23の画像中の基準領域4jに対応する対応領域を、カメラ24の画像から探索する。このとき、例えば従来技術で述べた領域の輝度を評価することにより、略同一画像からなり輝度が略同一の領域4k、4lの2つが候補として求められる。ここで、これらは略同一画像となっているため、1つの対応領域を区別して抽出することはできず、よって、正確な視差を得ることができない。
If it is determined in
ここで、本発明に係る第1の実施例について効果を簡潔にまとめると、上下左右方向に配置された4つのカメラのうちで任意の2つを用いて撮像を行うことで、形成されるエピポーラ線の方向を変化させることが可能となる。よって、あるエピポーラ線に沿って同一画像が並ぶような被測定物の測定を行う場合にも、他の2つのカメラを用いてエピポーラ線の方向を変化させることで測定可能となり、つまり被測定物の形状に影響されることなく多様な形状の被測定物を測距可能となる。 Here, the effects of the first embodiment according to the present invention will be briefly summarized. The epipolar formed by performing imaging using any two of the four cameras arranged in the vertical and horizontal directions. The direction of the line can be changed. Therefore, even when measuring an object to be measured such that the same image is arranged along a certain epipolar line, measurement can be performed by changing the direction of the epipolar line using the other two cameras. It is possible to measure a variety of objects to be measured without being affected by the shape of the object.
以下、本発明の第2実施例に係る測距装置50について、図6から図9を参照して説明する。まず、測距装置50は図6に示すように、撮像部60および演算部80を主体に構成されている。撮像部60は、図6に示すように、2つのカメラ61、62および回転機構66を主体に構成されている。カメラ61、62は、上述のカメラ21と同様の構成となっており、カメラ61における撮像素子61cで撮像された画像データは、イメージセンサ61dにより後述するバッファメモリ81に対して出力されるように構成されており、カメラ62における撮像素子62cで撮像された画像データは、イメージセンサ62dにより後述するバッファメモリ82に対して出力されるように構成されている。回転機構66は、2つのカメラ61、62を一体回転させることのできる駆動機構である。演算部80は、2つのバッファメモリ81、82、相関演算部83および距離演算部84から構成されており、これらは上述の測距装置10における2つのバッファメモリ41、42、相関演算部43および距離演算部44と同様の機能を有しており、ここでの説明は省略する。相関演算部43において相関関係が得られないと評価された場合は、相関演算部43は回転機構66に作動信号を出力する構成となっている。
Hereinafter, a
以下に、撮像部60の配置構成について説明する。撮像部60は、図7(a)に示すように、カメラ61、62は、XY平面と平行な面上に配置されるとともに、X軸と平行に延びる直線上に配置されて平行等位となっており、紙面に対して手前側もしくは奥側にある被測定物(図示せず)までの距離を測距可能となっている。また、回転機構66が駆動することで、カメラ61、62は一体となって平行等位中心65を中心として、XY平面と平行な配置面上において回転自在となっている。このとき、カメラ61と62とは、測距エリア61b、62bの中心同士が基線長L4だけ離れて位置している。
Hereinafter, the arrangement configuration of the
以下に、上述のように構成された測距装置50を用いて、図8(a)に示すようなX軸方向に延びた被測定物5の、撮像領域5aから測距装置50までの距離を測定する測距方法を、図9に示すフローチャートを参照しながら説明する。ここで説明する測距方法は、図3に示す被測定物3の測距方法と基本的に同様となっており、よって、上述のフローチャートと特に異なる構成である、ステップ1、ステップ5およびステップ7の説明を中心に行う。
Hereinafter, the distance from the
ステップ1において、図7(a)に示すようにX軸と平行な直線上に配置されたカメラ61、62により、被測定物5の撮像領域5aをそれぞれ撮像することで、図8(b)に示すような画像が得られる。この場合、実施例1で述べた図3(b)の場合と同様に、カメラ61、62で撮像された2つの画像は略同一となっている。上述と同様に、ステップ2からステップ3へと進み、さらにステップ4へと進む。そしてステップ5において、ステップ4において決定されたX軸と平行に延びたエピポーラ線68aに沿ってステレオ対応点を探索する。ここで、例えば図8(b)に示すように、カメラ62が撮像した画像に含まれる基準領域5bに対応する対応領域を、カメラ61が撮像した画像の中から探索する。このとき、例えば従来技術で述べた領域の輝度を評価することにより、略同一画像からなり輝度が略同一の領域5c、5d、5eの3つが候補として求められる。ここで、これらは略同一画像となっているため、1つの対応領域を区別して抽出することはできず、よって、正確な視差を得ることができない。そしてステップ6に進み、マッチング不可能と判断されるとともに相関演算部83から回転機構66に対して作動信号83bが出力され、ステップ7に進む。
In
ステップ7において、回転機構66は作動信号83bを入力して駆動することにより、カメラ61、62は一体となって平行等位中心65を中心に、被測定物5に対して時計周りに45度回転する(図7(b)を参照)。そしてステップ1に進み、被測定物5の撮像領域5aを撮像することで、図8(c)に示す画像が得られる。上述と同様に、ステップ2からステップ3へと進み、さらにステップ4へと進む。そしてステップ5において、ステップ4で決定されたX軸に対して45度傾斜した方向に延びる、エピポーラ線68bに沿ってステレオ対応点を探索する。ここで例えば、カメラ62が撮像した画像の基準領域5fに対応する対応領域を、カメラ61が画像の中から探索する。
In step 7, the
このとき、エピポーラ線68bに沿って形成された領域5g、5h、5iが探索されるが、各領域に撮像されている被測定物5の大きさはそれぞれ異なっている。ここで、基準領域5fに撮像されている被測定物5の大きさと比較した場合、領域5hが最も近似している。よって、例えば従来技術で述べた手法により輝度差を比較すると、基準領域5fと領域5g、5iとの輝度差は、基準領域5fと領域5hとの輝度差に対して明らかに異なるとともに、基準領域5fと領域5hとの輝度差の方が、より小さな値となる。よって、1つの対応領域5hが決定されて視差が求められる。そして、ステップ6において、マッチングが可能と判断されてステップ8に進み、被測定物5の撮像領域5aから測距装置50までの距離が求められる。
At this time, the
なお、上記のステップ7において、回転機構66はカメラ61、62を一体として、時計周りに90度回転させることも可能である(図7(c)を参照)。そしてステップ1に進み、カメラ61、62は、被測定物5の撮像領域5aをそれぞれ撮像することで、図8(d)に示すような画像が得られる。上述と同様に、ステップ2からステップ3へと進み、さらにステップ4へと進む。そしてステップ5において、ステップ4で決定されたY軸方向に延びるエピポーラ線68cに沿ってステレオ対応点を検出する。ここで例えば、カメラ62が撮像した画像の基準領域5jに対応する対応領域を、カメラ61が撮像した画像の中から探索する。このとき、エピポーラ線68cに沿って形成された領域5k、5lが探索されるが、領域5kには被測定物5が撮像されており、一方、領域5lには被測定物5が撮像されていない。ここで、例えば従来技術で述べた手法により輝度差を比較すると、基準領域5jと領域5kとの輝度差は、基準領域5jと領域5lとの輝度差に対して明らかに異なるとともに、基準領域5jと領域5kとの輝度差の方が、より小さな値となる。よって、1つの対応領域5kが決定されて視差が求められる。よって、ステップ6において、マッチングが可能と判断されてステップ8に進み、被測定物5の撮像領域5aから測距装置50までの距離が求められる。
In step 7 described above, the
ここで、本発明に係る第2の実施例について効果を簡潔にまとめると、2つのカメラ61,62を用いてこれらを一体回転させることで、エピポーラ線の方向を変化させる構成となっている。あるエピポーラ線に沿って同一画像が並ぶような被測定物の測定を行う場合にも、2つのカメラを回転させてエピポーラ線の方向を変化させることで測定可能となり、つまり被測定物の形状に影響されることなく多様な形状の被測定物を測距可能となる。また、必要最小限の2つのカメラにより構成されるので、測距装置50を複雑化させることなく製作コストを抑えることが可能である。
Here, when the effects of the second embodiment according to the present invention are summarized briefly, the two
以下、本発明の第3実施例に係る測距装置90について説明する。まず、測距装置90は、図1および図2に示す第1実施例に係る測距装置10と同様の構成となっている。この測距装置90を用いて、図3(a)に示す被測定物3の撮像領域3aから測距装置90までの距離を測定する測距方法を、図10のフローチャートを参照しながら説明する。ここで、第1実施例に係るフローチャートと基本的に同じであり、特に異なる構成のステップ1を中心に説明する。
Hereinafter, a
ここでステップ1の構成は、まず、2つのカメラを用いて被測定物3の撮像領域3aを撮像する前に、任意の1つのカメラで撮像領域3aを撮像することで、撮像領域3aにおける被測定物3の概略形状を把握する構成となっている。その後、その概略形状を基に、出力選択部30はステップ5において対応点の検出が可能となるような2つのカメラを選択し、選択された2つのカメラに対して選択信号30aを出力する。
Here, in the configuration of
よって、このフローチャートでは、まずステップ1において、任意の1つのカメラで撮像領域3aを撮像することで、例えば図3(b)に示すような、X軸方向に延びた被測定物3の形状が把握される。そして出力選択部30は、その把握された形状から、図2に示すカメラ21、23を用いて撮像し、X軸に対して45度傾斜したエピポーラ線28cに沿って探索することで、ステップ5において対応点が検出されると判断する。よって、出力選択部30は、カメラ21、23を選択してこれらに選択信号30aを出力する。そしてステップ2から順にステップ4へと進み、さらにステップ5に進む。ステップ5において、第1実施例で述べたように、エピポーラ線28cに沿ってステレオ対応点を検出することで、実施例1の場合と同様にして、カメラ23で撮像した画像の基準領域3fに対応する対応領域として、カメラ21で撮像した画像における1つの対応領域3hが求められる。そしてステップ6に進み、被測定物3の撮像領域3aから測距装置90までの距離が求められる。
Therefore, in this flowchart, first, in
ここで、本発明に係る第3の実施例について効果を簡潔にまとめると、2つのカメラを用いて被測定物を撮像する前に、任意の1つのカメラで被測定物を撮像して被測定物の概略形状を把握し、その概略形状を基に対応点の検出が可能となるような2つのカメラを選択する。よって、2つのカメラを用いて一度だけ撮像することにより確実に測距可能であり、無駄な撮像を繰り返すことがなく、測距に要する時間を短縮することが可能となる。 Here, the effects of the third embodiment according to the present invention will be briefly summarized. Before imaging the object to be measured using the two cameras, the object to be measured is imaged by any one camera. The general shape of the object is grasped, and two cameras that can detect corresponding points are selected based on the general shape. Therefore, it is possible to reliably measure the distance by capturing images only once using the two cameras, and it is possible to shorten the time required for the distance measurement without repeating unnecessary imaging.
上述の実施例1において、撮像部20は少なくとも3つのカメラで構成されていれば良く、カメラの台数は4つに限定されるものではない。
In the first embodiment described above, the
上述の実施例1において、撮像を行う2つのカメラは4つのカメラの中から任意に選択可能であり、さらに、任意に選択された2つのカメラの露光順序も任意に決定可能であり、実施例1に示す順序に限られず任意に変更可能である。 In the first embodiment described above, the two cameras that perform imaging can be arbitrarily selected from the four cameras, and the exposure order of the two cameras that are arbitrarily selected can be arbitrarily determined. It is not limited to the order shown in 1 and can be changed arbitrarily.
上述の実施例2において、2つのカメラの移動手段は回転機構66に限定されず、例えば2つのカメラ61,62のうち少なくとも一方を、カメラの配置面上で平行移動させることで、形成されるエピポーラ線の角度を変化させる構成でも良い。
In the second embodiment described above, the moving means of the two cameras is not limited to the
上述の実施例2において、回転機構66の回転角度は45度または90度に限られず、被測定物の形状等によって任意に設定可能である。
In the second embodiment described above, the rotation angle of the
上述の実施例2において、図9に示すステップ1の実行前に、任意の1つのカメラで被測定物を撮像して被測定物の概略形状を把握し、ステップ5において対応点の検出が可能となるように回転機構66が2つのカメラ61、62を回転させた後、ステップ1を実行する構成も可能である。
In Example 2 described above, before execution of
3 被測定物 10 測距装置
21 カメラ(撮像手段) 21a レンズ(撮像レンズ)
30 出力選択部(選択手段) 40 演算部(測定手段)
66 回転機構(移動手段) 112R、112L 光軸
3
30 Output Selection Unit (Selection Unit) 40 Calculation Unit (Measurement Unit)
66 Rotating mechanism (moving means) 112R, 112L Optical axis
Claims (8)
前記少なくとも3つの撮像手段から2つの撮像手段を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された前記2つの撮像手段により前記被測定物を撮像させ、撮像された2つの画像における前記被測定物の所定領域を示す2つの所定領域画像と2つの前記撮像レンズとの位置関係から前記被測定物の前記所定領域までの距離を測定する測定手段とを備えた測距装置において、
前記選択手段により選択された前記2つの撮像手段は、その光軸が互いに平行でかつ同一方向に向いており、
前記少なくとも3つの撮像手段は、3つの前記撮像手段が同一直線上に並ぶことなく同一面上に配置されていることを特徴とする測距装置。 At least three imaging means for imaging the object to be measured via the imaging lens;
Selecting means for selecting two imaging means from the at least three imaging means;
The measurement object is imaged by the two imaging means selected by the selection means, and two predetermined area images indicating the predetermined area of the measurement object in the two captured images and the two imaging lenses In a distance measuring device comprising a measuring means for measuring a distance from a positional relationship to the predetermined area of the object to be measured,
The two imaging means selected by the selection means have their optical axes parallel to each other and oriented in the same direction,
The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the at least three imaging means are arranged on the same plane without the three imaging means being arranged on the same straight line.
前記少なくとも3つの撮像手段から前記2つの撮像手段を選択する選択ステップと、前記選択ステップにおいて選択された前記2つの撮像手段により前記被測定物を撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて得られた2つの前記画像における前記被測定物の所定領域を示す2つの所定領域画像と2つの前記撮像レンズとの位置関係から前記被測定物の前記所定領域までの距離を測定する測距ステップとから構成されていることを特徴とする測距方法。 An image is picked up by at least three image pickup means for picking up an object to be measured with an imaging lens, a selection means for selecting two image pickup means from the at least three image pickup means, and the two image pickup means selected by the selection means. A distance measuring method using a distance measuring device comprising a measuring means for measuring a distance to the object to be measured based on the two images obtained;
Obtained in the selection step of selecting the two imaging means from the at least three imaging means, the imaging step of imaging the object to be measured by the two imaging means selected in the selection step, and the imaging step A distance measuring step for measuring a distance from the positional relationship between the two predetermined area images indicating the predetermined area of the object to be measured in the two images and the two imaging lenses to the predetermined area of the object to be measured; Ranging method characterized by being made.
前記2つの撮像手段を前記被測定物に対して相対移動させる移動手段と、
前記2つの撮像手段により前記被測定物を撮像させ、撮像された2つの画像における前記被測定物の所定領域を示す2つの所定領域画像と2つの前記撮像レンズとの位置関係から前記被測定物の前記所定領域までの距離を測定する測定手段とを備えた測距装置において、
前記2つの撮像手段は、その光軸が互いに平行でかつ同一方向に向いて平行等位に配置され、
前記移動手段は、前記2つの撮像手段が配置された配置面において少なくとも一方の前記撮像手段を移動させることを特徴とする測距装置。 Two imaging means provided with an imaging lens for imaging the object to be measured;
Moving means for moving the two imaging means relative to the object to be measured;
The object to be measured is picked up by the two imaging means, and the object to be measured is determined based on the positional relationship between two predetermined area images indicating the predetermined area of the object to be measured in the two captured images and the two imaging lenses. A distance measuring device comprising a measuring means for measuring a distance to the predetermined area of
The two imaging means are arranged in parallel equiposition with their optical axes parallel to each other and in the same direction,
The distance measuring apparatus characterized in that the moving means moves at least one of the imaging means on the arrangement surface on which the two imaging means are arranged.
前記移動手段が少なくとも一方の前記撮像手段を移動させる移動ステップと、前記移動ステップにおいて移動した前記2つの撮像手段により前記被測定物を撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて得られた2つの前記画像における前記被測定物の所定領域を示す2つの所定領域画像と2つの前記撮像レンズとの位置関係から前記被測定物の前記所定領域までの距離を測定する測距ステップとから構成されていることを特徴とする測距方法。 Two image pickup means for picking up an object to be measured with an imaging lens, a moving means for moving the two image pickup means relative to the object to be measured, and two images picked up by the two image pickup means On the basis, a distance measuring method using a distance measuring device comprising a measuring means for measuring the distance to the object to be measured,
A moving step in which the moving means moves at least one of the imaging means; an imaging step in which the object to be measured is picked up by the two imaging means moved in the moving step; and the two obtained in the imaging step. A distance measuring step for measuring a distance from the positional relationship between the two predetermined area images indicating the predetermined area of the object to be measured in the image and the two imaging lenses to the predetermined area of the object to be measured; A distance measuring method characterized by that.
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