JP2010175435A - 三次元情報検出装置及び三次元情報検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】強度変調光11を測定対象物200に照射する光源10と、
前記強度変調光の反射光12を受光し、該反射光の1周期の変調波に対して、又は所定の複数周期の変調波に対して、異なるタイミングでゲートを開放することにより撮像タイミングの異なる複数の画像61、62を取得する複数のゲート撮像素子41、42と、
前記複数の画像から、前記測定対象物の距離画像を算出する演算処理装置70と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
前記強度変調光の反射光を受光し、該反射光の1周期の変調波に対して、又は所定の複数周期の変調波に対して、異なるタイミングでゲートを開放することにより撮像タイミングの異なる複数の画像を取得する複数のゲート撮像素子と、
前記複数の画像から、前記測定対象物の距離画像を算出する演算処理装置と、を含むことを特徴とする。
前記撮像タイミングは、外部から入力された同期信号に基づいて生成された制御信号により前記光源の強度変調、及び前記複数のゲート撮像素子のゲートタイミングの同期がとられ、前記制御信号に基づいて前記複数のゲート撮像素子間の位相差の調整が行われて定められることを特徴とする請求項1に記載の三次元情報検出装置。
前記強度変調光の変調は、増加と減少の周期的な変化であり、
前記複数のゲート撮像素子の各々の撮像時間幅は、前記強度変調光の変調周期より短いことを特徴とする。
前記複数のゲート撮像素子は、N台(Nは2以上の自然数)のゲート撮像素子を含み、
該N台のゲート撮像素子の各々の撮像タイミングは、互いに前記強度変調光の前記変調周期の略1/Nの位相差を有することを特徴とする。
前記強度変調光の変調は、短時間のパルス状の変調であり、
前記複数のゲート撮像素子は、撮像ゲインを所定の撮像ゲイン変調周期で変化させて撮像を行うことができ、該撮像ゲイン変調周期は、前記強度変調光のパルス変調の幅よりも大きいことを特徴とする。
前記複数のゲート撮像素子は、N台(Nは2以上の自然数)のゲート撮像素子を含み、
該N台のゲート撮像素子の各々の撮像タイミングは、互いに前記撮像ゲイン変調周期の略1/Nの時間差を有することを特徴とする。
少なくとも1台の、前記強度変調光以外の環境光のもとで撮像を行い、環境光画像を取得する環境光撮像用ゲート撮像素子を更に有し、
前記演算処理装置は、前記複数のゲート撮像素子で取得された各画像と、前記環境光画像との差分画像を求め、該差分画像から前記距離画像を算出することを特徴とする。
前記ゲート撮像素子が画像を取得し出力する画像フレーム時間内において、
前記強度変調光の変調及び/又は前記撮像ゲイン変調が実施されている期間は、画像の1フレーム時間内の所定のタイミングと所定の時間幅のみとなるように制限されたことを特徴とする。
前記複数のゲート撮像素子が撮像する画像が同じ画角となるように、同一光軸で撮像する撮像光学系を有することを特徴とする。
移動体に搭載され、
前記光源は、該移動体の移動に伴って前記測定対象物の異なる位置に前記強度変調光を照射し、
前記複数のゲート撮像素子は、前記測定対象物の前記異なる位置の前記撮像タイミングの異なる複数の画像を取得し、
前記演算処理装置は、前記距離画像を移動しながら連続的に取得することを特徴とする。
連続的に取得された前記距離画像間の前後の画像間で、前記測定対象物の同じ領域が撮像されており、
前記演算処理装置は、前記同じ領域の画像に基づいて前記距離画像を貼り合わせ、前記測定対象物の全体の三次元形状情報を取得することを特徴とする。
前記強度変調光の反射光を受光し、該反射光の1周期の変調波に対して、又は所定の複数周期の変調波に対して、異なるタイミングで複数のゲート撮像素子の各ゲートを開放することにより、撮像タイミングの異なる複数の画像を取得するステップと、
前記複数の画像から、前記測定対象物の距離画像を算出する演算処理ステップと、を含むことを特徴とする。
図1は、本発明を適用した実施形態1に係る三次元情報検出装置150の全体構成の一例を示した図である。図1において、実施形態1に係る三次元情報検出装置150は、光源10と、ゲート撮像素子40と、演算処理装置70とを備える。ゲート撮像素子40は、複数のゲート撮像素子41、42を含み、図1においては、2台のゲート撮像素子41、42を備えた例が示されている。演算処理装置70からは、距離画像80が算出され、出力される。
図3は、本発明を適用した実施形態2に係る三次元情報検出装置150及び三次元情報検出方法におけるゲート撮像素子40の撮像ゲイン変調波形と、強度変調光11の変調波形の一例を示した図である。
本発明を適用した実施形態3に係る三次元情報検出装置150及び三次元情報検出方法においては、直線的に光強度が増加及び減少する強度変調光11aを用いた場合の距離算出の原理について説明する。
次に、図5を用いて、図1乃至図4とは異なるゲート撮像素子40の撮像ゲイン変調と強度変調光11bの形態について説明する。図5は、本発明を適用した実施形態4に係る三次元情報検出装置150及び三次元情報検出方法の、強度変調光11bと、第1の撮像ゲイン変調波形51b及び第2の撮像ゲイン変調波形52bとの関係を示した図である。
図6は、本発明を適用した実施形態5に係る三次元情報検出装置150及び三次元情報検出方法における強度変調光11cとゲート撮像時間51c〜54cとの関係を示した図である。実施形態5に係る三次元情報検出装置150及び三次元情報検出方法においては、ゲート撮像素子40が4台ある場合について説明する。特に、実施形態5においては、距離画像の算出の方法を、具体的に説明する。
本発明の実施形態6に係る三次元情報検出装置150及び三次元情報検出方法においては、測定対象物200からの反射光12、12a、12bを撮像する複数のゲート撮像素子40の他に、強度変調光11dが照射されていない時間帯にゲート変調撮影を行い、距離検出光以外の環境光の下で画像を検出する環境光撮像用ゲート撮像素子を少なくとも1台更に備える。例えば、本実施形態に係る三次元情報検出装置150が、距離検出用の第1のゲート撮像素子41及び第2のゲート撮像素子42の他に、環境光撮像用ゲート撮像素子43を1台備えるような構成としてもよい。これにより、第1のゲート撮像素子41及び第2のゲート撮像素子43で撮像した画像に基づいて、距離画像の演算算出を行っているときに、環境光撮像用ゲート撮像素子43で撮像した環境光下での画像の差分をとることで、屋外のような外乱光成分が多い環境下でも、三次元計測が可能となる。
図8は、本発明を適用した実施形態7に係る三次元情報検出装置150における1ビデオフレーム期間中の撮像方法の一例を示した図である。図8において、1ビデオフレーム期間が示され、ビデオフレームの前半において強度変調光11eの照射及び撮像が行われ、後半においては強度変調光11eの照射も行われず、撮像ゲインも0となり、撮像が行われていない状態が示されている。
次に、図9を用いて、本発明を適用した実施形態8に係る三次元情報検出装置150a及び三次元情報検出方法について説明する。図9は、実施形態8に係る三次元情報検出装置150aの全体構成の一例を示した図である。
複数のゲート撮像素子41、42は、撮像面内に撮像感度のムラがあるため、不均一性を補正処理することが好ましい。撮像面内の不均一性の補正は、例えば、全体が白一色の基準パターンなどを、各ゲート撮像素子41、42で撮影することにより行う。このような基準パターンを撮像して各ゲート撮像素子41、42で得られる画像パターンには、ゲート撮像素子41、42の感度ムラや、撮像光学系20、30の輝度ムラにより、異なったシェーディング特性の画像が得られる。得られた画像間の輝度ムラによる不均一性を補正するため、各画像間の輝度比を求め、求めた輝度比の比率に応じて係数を画像に乗算することで、不均一性の補正を行うことができる。
次に、図9を用いて、本実施形態に係る三次元情報検出装置150a及び三次元情報検出方法における信号の制御方法の一例について説明する。
複数のゲート撮像素子41、42で撮影される画像は総て、等しい大きさ、画角及び焦点距離となるように配置されている。また、画像の撮影においては、カメラレンズ20のズーム機能が使用できるような光学配置になっている。例えば、ゲート撮像素子40aを3枚使用する例を図10に示す。
図12は、本発明を適用した実施形態9に係る三次元情報検出装置150dの応用例を示した図である。実施形態9においては、実施形態1乃至8の三次元情報検出装置150、150a〜150cを、高速に移動する測定対象物205に対して適用した例を示している。よって、実施形態9に係る三次元情報検出装置150dは、構成としては、実施形態1乃至8に係る総ての実施形態を適用することができる。
11、11a、11b、11c、11d、11e、11f 強度変調光
12、12A、12B、12a、12b 反射光
20 カメラレンズ
30、30a、30b、31、32、33 分割光学系
40、40a、41、42、43 ゲート撮像素子
51〜53、51a、52a、51c〜54c、51e、52e、51f、52f ゲート撮像時間
51b、52b、51d〜53d 撮像ゲイン変調波
60、61、62 画像
70 演算処理装置
80、80a、81、82、83、84 距離画像
85、86、87、88 距離画像の重なり部分
90 信号発生器
95 映像同期信号
100、101、102、103 位相調整器
110 光源駆動部
120、121、122 撮像駆動装置
130 カラーカメラ
140 3次元形状生成装置
150、150a、150b、150c、150d 三次元情報検出装置
160 車両
170 製造ラインベルト
200、201、202、205、206、207、208 測定対象物
Claims (10)
- 強度変調光を測定対象物に照射する光源と、
前記強度変調光の反射光を受光し、該反射光の1周期の変調波に対して、又は所定の複数周期の変調波に対して、異なるタイミングでゲートを開放することにより撮像タイミングの異なる複数の画像を取得する複数のゲート撮像素子と、
前記複数の画像から、前記測定対象物の距離画像を算出する演算処理装置と、を含むことを特徴とする三次元情報検出装置。 - 前記撮像タイミングは、外部から入力された同期信号に基づいて生成された制御信号により前記光源の強度変調、及び前記複数のゲート撮像素子のゲートタイミングの同期がとられ、前記制御信号に基づいて前記複数のゲート撮像素子間の位相差の調整が行われて定められることを特徴とする請求項1に記載の三次元情報検出装置。
- 前記強度変調光の変調は、増加と減少の周期的な変化であり、
前記複数のゲート撮像素子の各々の撮像時間幅は、前記強度変調光の変調周期より短いことを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元情報検出装置。 - 前記強度変調光の変調は、短時間のパルス状の変調であり、
前記複数のゲート撮像素子は、撮像ゲインを所定の撮像ゲイン変調周期で変化させて撮像を行うことができ、該撮像ゲイン変調周期は、前記強度変調光のパルス変調の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元情報検出装置。 - 少なくとも1台の、前記強度変調光以外の環境光のもとで撮像を行い、環境光画像を取得する環境光撮像用ゲート撮像素子を更に有し、
前記演算処理装置は、前記複数のゲート撮像素子で取得された各画像と、前記環境光画像との差分画像を求め、該差分画像から前記距離画像を算出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の三次元情報検出装置。 - 前記ゲート撮像素子が画像を取得し出力する画像フレーム時間内において、
前記強度変調光の変調及び/又は前記撮像ゲイン変調が実施されている期間は、画像の1フレーム時間内の所定のタイミングと所定の時間幅のみとなるように制限されたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の三次元情報検出装置。 - 前記複数のゲート撮像素子が撮像する画像が同じ画角となるように、同一光軸で撮像する撮像光学系を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の三次元情報検出装置。
- 移動体に搭載され、
前記光源は、該移動体の移動に伴って前記測定対象物の異なる位置に前記強度変調光を照射し、
前記複数のゲート撮像素子は、前記測定対象物の前記異なる位置の複数の画像を、前記撮像タイミングの異なる取得し、
前記演算処理装置は、前記距離画像を移動しながら連続的に取得することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載三次元情報検出装置。 - 連続的に取得された前記距離画像間の前後の画像間で、前記測定対象物の同じ領域が撮像されており、
前記演算処理装置は、前記同じ領域の画像に基づいて前記距離画像を貼り合わせ、前記測定対象物の全体の三次元形状情報を取得することを特徴とする請求項8に記載の三次元情報検出装置。 - 強度変調光を測定対象物に照射するステップと、
前記強度変調光の反射光を受光し、該反射光の1周期の変調波に対して、又は所定の複数周期の変調波に対して、異なるタイミングで複数のゲート撮像素子の各ゲートを開放することにより、撮像タイミングの異なる複数の画像を取得するステップと、
前記複数の画像から、前記測定対象物の距離画像を算出する演算処理ステップと、を含むことを特徴とする三次元情報検出方法。
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