JP2012225807A - Distance image camera and distance image synthesis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、距離画像カメラおよび距離画像合成方法に関し、特に、距離画像のほぼ全体にわたって良好な距離精度を得ることが可能な距離画像カメラおよび距離画像合成方法に関する。 The present invention relates to a range image camera and a range image synthesis method, and more particularly to a range image camera and a range image synthesis method capable of obtaining good range accuracy over almost the entire range image.
従来、画素毎に距離情報を有する距離画像を取得することが可能な装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a device capable of acquiring a distance image having distance information for each pixel has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1に記載のレンジファインダ装置は、被写体に投射した光の反射光を受けて、前記被写体の3次元位置情報を測定するレンジファインダ装置であって、前記光を投射する光源部と、前記光源部からの投射光の前記被写体での反射光を、受けるカメラ部と、前記被写体の距離情報に基づいて、前記光源部の光出力および前記カメラ部の露出条件のうちの少なくともいずれか一方を、制御する制御部とを備えたことを特徴とするものである。 The rangefinder device described in Patent Document 1 is a rangefinder device that receives reflected light of light projected on a subject and measures the three-dimensional position information of the subject, and includes a light source unit that projects the light, At least one of the light output of the light source unit and the exposure condition of the camera unit based on distance information of the subject and the camera unit that receives the reflected light of the projection light from the light source unit on the subject And a control unit for controlling the above.
しかしながら、投射された光の反射光の強度は物体までの距離やその物体表面の反射率などによって大きく変動するため、距離画像を取得する際に適正露出とすることはなかなか困難であった。投射光の強度や露出設定などをどのように定めたとしても、距離画像全体にわたって距離精度を良好に維持できるとは限らないからである。 However, since the intensity of the reflected light of the projected light greatly varies depending on the distance to the object, the reflectance of the object surface, and the like, it has been difficult to achieve proper exposure when acquiring a distance image. This is because no matter how the intensity of the projection light, the exposure setting, etc. are determined, the distance accuracy cannot always be maintained well over the entire distance image.
例えば、露出量を増やすためにシャッター速度を遅くすると、近距離にある物体や表面反射率の高い物体からの反射光が強くなってその受光レベル信号が飽和しやすくなる。逆に、露出量を減らすためにシャッター速度を速くすると、遠距離にある物体や表面反射率の低い物体からの反射光が弱くなってその受光レベル信号のS/N比が悪化する。いずれにしても、距離精度の悪化につながってしまう。 For example, if the shutter speed is slowed down in order to increase the amount of exposure, the reflected light from an object at a short distance or an object with a high surface reflectance becomes strong, and the received light level signal tends to be saturated. Conversely, if the shutter speed is increased in order to reduce the exposure amount, the reflected light from an object at a long distance or an object with low surface reflectance becomes weak and the S / N ratio of the received light level signal deteriorates. In any case, the distance accuracy will deteriorate.
露出量を増減するため、シャッター速度の変更の代わりに投射光の強度を変えた場合であっても同様に、近距離や表面反射率の高い物体で受光レベル信号が飽和しやすくなったり、遠距離や表面反射率の低い物体で受光レベル信号のS/N比が悪化したりすることがあるので、やはり距離精度の悪化につながってしまう。 Even if the intensity of the projected light is changed instead of changing the shutter speed to increase or decrease the exposure amount, the received light level signal is likely to saturate in an object with a short distance or high surface reflectance, Since the S / N ratio of the light reception level signal may be deteriorated with an object having a low distance or surface reflectance, the distance accuracy is also deteriorated.
従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、撮像対象空間内に存在する1つ以上の物体までのそれぞれの距離や表面反射率に関わらず、距離画像のほぼ全体にわたって良好な距離精度を得ることが可能な距離画像カメラおよび距離画像合成方法を提供することである。 In view of such a problem of the prior art, the object of the present invention is to provide a good distance over almost the entire range image regardless of the distance to one or more objects existing in the imaging target space and the surface reflectance. A distance image camera and a distance image synthesis method capable of obtaining accuracy are provided.
上記目的を達成するため、本発明の距離画像カメラは、撮像対象空間へ光を照射する発光部と、この発光部から照射された光の反射光が戻ってくるまでの時間の測定値から算出される距離情報を画素毎に有する距離画像を取得する撮像部と、この撮像部による距離画像取得の際の露出を変更する露出調節部と、この露出調節部によって露出を段階的に変更しながら前記撮像部で撮像した複数の距離画像において、同一の画素位置に対応する各画素の距離情報の重み付き平均値をそれぞれ算出するとともに、そうして算出された重み付き平均値を各画素の距離情報とするように合成した合成距離画像を求める演算制御部とを備え、前記各画素は、前記反射光の受光強度を示す受光レベル情報もそれぞれ有しており、前記演算制御部における各画素の距離情報の重み付き平均値の算出では、その画素の前記受光レベル情報に応じて前記距離情報の精度に対応するように算出される重み付け係数が用いられることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the distance image camera of the present invention is calculated from a light emitting unit that irradiates light to an imaging target space and a measured value of time until the reflected light of the light emitted from the light emitting unit returns. An image capturing unit that acquires a distance image having distance information for each pixel, an exposure adjustment unit that changes exposure when the distance image is acquired by the image capturing unit, and an exposure adjustment unit that changes exposure in stages In the plurality of distance images captured by the imaging unit, the weighted average value of the distance information of each pixel corresponding to the same pixel position is calculated, and the weighted average value thus calculated is the distance of each pixel. A calculation control unit that obtains a combined distance image so as to be information, and each of the pixels also has received light level information indicating a received light intensity of the reflected light. In the calculation of the weighted average value of the distance information, wherein the weighting coefficient calculated so as to correspond to the precision of the distance information in response to the received light level information of the pixels is used.
ここで、前記重み付け係数は、前記受光レベル情報の中間領域内では相対的に高くその中間領域外では相対的に低くなるとともに、最大値を取る位置が互いに異なるような1つ以上の関数から選択された関数に基づいて決定してもよい。また、前記露出調節部による露出の段階的変更は、シャッター速度の増減または前記発光部から照射される光の強度の変更の少なくとも一方によって行うようにしてもよい。 Here, the weighting coefficient is selected from one or more functions that are relatively high in the intermediate region of the light reception level information and relatively low outside the intermediate region, and have different maximum positions. It may be determined based on the determined function. Further, the stepwise change of the exposure by the exposure adjusting unit may be performed by at least one of an increase / decrease in shutter speed or a change in intensity of light emitted from the light emitting unit.
このような構成の距離画像カメラによれば、撮像対象空間内に存在する1つ以上の物体までのそれぞれの距離や表面反射率に関わらず、距離画像のほぼ全体にわたって良好な距離精度を得ることが可能となる。 According to the distance image camera having such a configuration, good distance accuracy can be obtained over almost the entire distance image regardless of the distance to one or more objects existing in the imaging target space and the surface reflectance. Is possible.
また、本発明の距離画像カメラにおいて、前記撮像部による距離画像の取得を同一露出で複数回行い、画素毎の前記距離情報および前記受光レベル情報の各回の平均値を画素毎に有するようにした平均化距離画像を、前記演算制御部で用いる距離画像の代わりとしてもよい。 In the distance image camera of the present invention, the distance image is acquired by the imaging unit a plurality of times with the same exposure, and the distance information for each pixel and the average value of the light reception level information are provided for each pixel. The averaged distance image may be used instead of the distance image used in the calculation control unit.
このような構成の距離画像カメラによれば、同一の露出設定で複数回の撮像を行って平均化した画素毎の前記距離情報および前記受光レベル情報を用いるので、各露出設定における撮像での測定誤差が減少し、結果として距離精度をより向上させることができる。 According to the range image camera having such a configuration, since the distance information and the light reception level information for each pixel averaged by performing multiple imaging with the same exposure setting are used, measurement with imaging at each exposure setting is performed. The error is reduced, and as a result, the distance accuracy can be further improved.
あるいは、上記目的を達成するため、本発明の距離画像合成方法は、照射した光の反射光が戻ってくるまでの時間の測定値から算出される距離情報を画素毎に有するとともに、前記画素毎に前記反射光の受光強度を示す受光レベル情報も有する距離画像の取得を露出設定を段階的に変更しながら複数回行う段階露出距離画像取得工程と、前記受光レベル情報に応じて、前記距離情報の精度に対応した重み付け係数を算出する重み付け係数算出工程と、前記段階露出距離画像取得工程で取得した複数の距離画像において、同一の画素位置に対応する各画素の距離情報の重み付け平均値を、前記重み付け係数算出工程で算出される重み付け係数を用いて算出するとともに、そうして算出された重み付き平均値を各画素の距離情報とするように合成した合成距離画像を求める距離画像合成工程とを含むことを特徴とする。 Alternatively, in order to achieve the above object, the distance image composition method of the present invention has distance information calculated from a measurement value of time until the reflected light of the irradiated light returns for each pixel, and for each pixel. A step exposure distance image acquisition step of acquiring a distance image having light reception level information indicating the received light intensity of the reflected light a plurality of times while changing the exposure setting stepwise, and the distance information according to the light reception level information. Weighting coefficient calculation step for calculating a weighting coefficient corresponding to the accuracy of the plurality of distance images acquired in the step exposure distance image acquisition step, the weighted average value of the distance information of each pixel corresponding to the same pixel position, Calculation is performed using the weighting coefficient calculated in the weighting coefficient calculation step, and the weighted average value thus calculated is combined as distance information of each pixel. Characterized in that it comprises a distance image synthesizing step of obtaining a composite range image.
上記の距離画像カメラと同様に、前記重み付け係数は、前記受光レベル情報の中間領域内では相対的に高くその中間領域外では相対的に低くなるとともに、最大値を取る位置が互いに異なるような1つ以上の関数から選択された関数に基づいて決定してもよい。また、前記段階露出距離画像取得工程における露出の段階的変更は、シャッター速度の増減または前記発光部から照射される光の強度の変更の少なくとも一方によって行うようにしてもよい。 Similar to the distance image camera described above, the weighting coefficient is relatively high in the intermediate area of the light reception level information and relatively low outside the intermediate area, and the positions where the maximum values are different are different from each other. The determination may be based on a function selected from two or more functions. Further, the stepwise change in exposure in the stepwise exposure distance image acquisition step may be performed by at least one of an increase / decrease in shutter speed or a change in intensity of light emitted from the light emitting unit.
このような構成の距離画像合成方法によれば、撮像対象空間内に存在する1つ以上の物体までのそれぞれの距離や表面反射率に関わらず、距離画像のほぼ全体にわたって良好な距離精度を得ることが可能となる。 According to the distance image composition method having such a configuration, good distance accuracy is obtained over almost the entire distance image regardless of the distance to one or more objects existing in the imaging target space and the surface reflectance. It becomes possible.
また、本発明の距離画像合成方法において、前記段階露出距離画像取得工程における距離画像の取得を同一露出で複数回行い、画素毎の前記距離情報および前記受光レベル情報の各回の平均値を画素毎に有するようにした平均化距離画像を、前記距離画像合成工程で用いる距離画像の代わりとしてもよい。 In the distance image composition method of the present invention, the distance image in the stepwise exposure distance image acquisition step is acquired a plurality of times with the same exposure, and the average value of each time of the distance information and the light reception level information for each pixel is obtained for each pixel. The averaged distance image may be used in place of the distance image used in the distance image synthesis step.
このような構成の距離画像合成方法によれば、同一の露出設定で複数回の撮像を行って平均化した画素毎の前記距離情報および前記受光レベル情報を用いるので、各露出設定における撮像での測定誤差が減少し、結果として距離精度をより向上させることができる。 According to the distance image synthesizing method having such a configuration, the distance information and the light reception level information for each pixel averaged by performing multiple imaging with the same exposure setting are used. The measurement error is reduced, and as a result, the distance accuracy can be further improved.
本発明の距離画像カメラおよび距離画像合成方法によれば、撮像対象空間内に存在する1つ以上の物体までのそれぞれの距離や表面反射率に関わらず、距離画像のほぼ全体にわたって良好な距離精度を得ることが可能となる。 According to the distance image camera and the distance image composition method of the present invention, good distance accuracy over almost the entire distance image regardless of the distance to one or more objects existing in the imaging target space and the surface reflectance. Can be obtained.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
< 距離画像カメラ10の概略構成など >
図1は、本発明の一実施形態に係る距離画像カメラ10の概略構成を示すブロック図である。
<Schematic configuration of
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
この図1に示すように、距離画像カメラ10は、撮像対象空間へ赤外光を照射する赤外発光ユニット11と、この赤外発光ユニット11から照射された赤外光が反射されて戻ってくるまでの時間の測定値に基づいて算出される距離データを格子状に配置された画素毎に有する距離画像を取得することが可能なイメージセンサ12と、このイメージセンサ12による距離画像取得の際の露出設定変更をシャッター速度を可変とすることで可能とした露出調節部13と、イメージセンサ12によって取得した距離画像を一時的に記憶する大容量メモリとしてのフレームバッファ14と、赤外発光ユニット11による赤外光の照射(照射強度、照射時間やタイミングなど)、イメージセンサ12による距離画像の取得、露出調節部13によるシャッター速度の変更などの制御を行うとともに、イメージセンサ12によって取得されてフレームバッファ14に記憶されている1セット以上の距離画像を読み出して演算処理(詳細は後述)などを行う演算制御ユニット15(例えば、CPU)とを備えている。なお、イメージセンサ12によって取得された距離画像の各画素は、反射光の受光強度を示す受光レベルデータもそれぞれ有している。
As shown in FIG. 1, the
赤外発光ユニット11としては、例えば、赤外光を発する発光ダイオードや半導体レーザなどが挙げられるが、これらに限られない。赤外光の照射強度や照射時間を可変とすることで、露出調節部13との組み合わせでイメージセンサ12の露出設定をより広範囲で行えるようにしてもよい。
Examples of the infrared
イメージセンサ12としては、例えば、いわゆるTOF(Time of Flight)センサなどが挙げられるが、これに限られない。
Examples of the
露出調節部13としては、シャッター速度を可変とするものに限られない。例えば、絞り機構や、光の透過率を電気的に変更可能なフィルタを代わりに用いたり、あるいはこれらの1つ以上を組み合わせて用いることなども考えられる。ただし、距離画像の取得に要する時間があまり長くならないように、露出設定変更を高速で行えるものが好ましい。
The
図2は、距離画像カメラ10による演算処理の概略を示すフローチャートである。図3は、この演算処理における各画素の走査についての概略説明図である。
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of calculation processing by the
まず、距離画像カメラ10のイメージセンサ12による撮像のために露出調節部13での露出設定・変更を行う(ステップS1)。後述するように、このステップS1はループ内で所定回数Nだけ繰り返される。例えば、N=10、すなわち全部で10回繰り返される場合、1回目は初期設定として、画面全体を単純平均した場合の適正露出に対して所定量だけ露出アンダー(−D)となるようにシャッター速度を高速側に設定してもよい。2回目以降は、露出を一定量ΔDだけオーバー側へシフトさせるようにシャッター速度を毎回段階的に低速側へ設定する。この一定量ΔDは、上記の適正露出に対して最終回の露出設定が露出オーバー(+D)となるように定めればよい。
First, the
そして、このような露出設定でイメージセンサ12による撮像を行って、画素毎に距離データおよび受光レベルデータを有する距離画像を取得するためのサブルーチン「距離画像取得」を呼び出す(ステップS2)。なお、このサブルーチン内の処理詳細は図4を参照して後述する。 Then, a subroutine “distance image acquisition” for acquiring a distance image having distance data and light reception level data for each pixel by performing image capturing with such exposure setting is called (step S2). Details of the processing in this subroutine will be described later with reference to FIG.
取得した距離画像の画素毎の距離データおよび受光レベルデータを、後の演算などのためにフレームバッファ14に一時的に保存する(ステップS3)。
The distance data and the light reception level data for each pixel of the acquired distance image are temporarily stored in the
全ての露出パターンによる距離画像の取得が完了したかどうかを確認し(ステップS4)、まだ完了していなければステップS1に戻り、既に完了していれば次へ進む。 It is checked whether or not the acquisition of distance images by all exposure patterns has been completed (step S4). If it has not been completed, the process returns to step S1, and if it has already been completed, the process proceeds to the next.
ステップS1からステップS4までのループ内の各処理が所定回数繰り返された後、フレームバッファ14に保存されているN回分の距離画像の画素毎の距離データおよび受光レベルデータを各回分毎に順に取り出す(ステップS5)。後述するように、このステップS5もループ内で所定回数Nだけ繰り返される。
After each process in the loop from step S1 to step S4 is repeated a predetermined number of times, distance data and light reception level data for each pixel of N distance images stored in the
ステップS5でフレームバッファ14から取り出した距離画像の各画素について、対象とする画素位置を順次移動させながら走査する(ステップS6)。
Each pixel of the distance image extracted from the
そして、重み付け計数を算出するためのサブルーチン「重み付け係数算出」を呼び出す(ステップS7)。なお、このサブルーチン内の処理詳細は図5および図6を参照して後述する。 Then, a subroutine “Calculate weighting coefficient” for calculating the weighting count is called (step S7). Details of the processing in this subroutine will be described later with reference to FIGS.
ステップS6、S7の各処理は、対象とする画素位置を順次移動させながらすべての画素位置について行う必要があるので、距離画像内の全画素についての走査が完了したかどうかを確認し(ステップS8)、まだ完了していなければステップS6に戻るとともに対象とする画素位置を移動させて同様の処理を繰り返す。全画素についての走査が既に完了していれば次へ進む。 Since each process of steps S6 and S7 needs to be performed for all pixel positions while sequentially moving the target pixel position, it is confirmed whether or not scanning has been completed for all the pixels in the distance image (step S8). If not completed yet, the process returns to step S6 and the target pixel position is moved to repeat the same processing. If scanning for all the pixels has already been completed, the process proceeds to the next.
ステップS6、S7の各処理は、さらにN回分の距離画像すべてについて行う必要があるので、全フレームに対する処理が完了したかどうかを確認し(ステップS9)、まだ完了していなければステップS5に戻って次の回の距離画像に対して同様の処理を繰り返す。全フレームについての処理が既に完了していれば次へ進む。 Since it is necessary to perform each process of steps S6 and S7 for all N distance images, it is confirmed whether or not the process for all frames has been completed (step S9), and if not completed, the process returns to step S5. The same processing is repeated for the next distance image. If the processing for all the frames has already been completed, the process proceeds to the next.
最後に、ステップS5〜S9にかけての二重のループによって算出された重み付け係数を用いて、各画素位置について、各フレームの画素の距離データを加重加算する(ステップS10)。 Finally, using the weighting coefficient calculated by the double loop from step S5 to step S9, the pixel distance data of each frame is weighted and added for each pixel position (step S10).
このような各処理を実行することで、図3に示すように、露出設定を変更しながら撮像を行って取得した距離画像1、距離画像2、距離画像3、・・・、距離画像Nにおいて同一の画素位置に対応する画素P1、画素P2、画素P3、・・・、画素PNの各距離データの重み付き平均値を算出する。すべての画素位置について同様の重み付き平均値の算出を行うと、そのようにして算出された重み付き平均値を各画素の距離データとする距離画像を得ることができる。 By executing each of these processes, as shown in FIG. 3, in the distance image 1, the distance image 2, the distance image 3,. A weighted average value of the distance data of the pixels P 1 , P 2 , P 3 ,..., P N corresponding to the same pixel position is calculated. When the same weighted average value is calculated for all pixel positions, a distance image using the weighted average value thus calculated as distance data of each pixel can be obtained.
図4は、図2に示した演算処理における「距離画像取得」サブルーチン内の処理の概略を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing an outline of processing in the “distance image acquisition” subroutine in the arithmetic processing shown in FIG.
まず、図2のステップS1での露出設定変更に対応したパラメータを取得する(ステップS21)。 First, a parameter corresponding to the exposure setting change in step S1 of FIG. 2 is acquired (step S21).
ステップS21で取得したパラメータに応じて露出設定で距離画像カメラ10のイメージセンサ12による撮像を行って1枚の距離画像を取得する(ステップS22)。
In accordance with the parameters acquired in step S21, the
取得した距離画像の画素毎の距離データおよび受光レベルデータをフレームバッファ14に一時的に保存する(ステップS3)。 Distance data and light reception level data for each pixel of the acquired distance image are temporarily stored in the frame buffer 14 (step S3).
ステップS22の撮像を規定回数行うため、それまでの距離画像の取得枚数が規定枚数に達しているかどうかを確認し(ステップS24)、まだであればステップS22に戻って同様の処理を繰り返す。規定枚数の距離画像の取得が既に完了していれば次へ進む。 In order to perform the imaging in step S22 a specified number of times, it is confirmed whether the number of acquired distance images has reached the specified number (step S24), and if not, the process returns to step S22 and the same processing is repeated. If acquisition of the prescribed number of distance images has already been completed, the process proceeds to the next.
フレームバッファ14に保存されている規定枚数の距離画像について、画素毎の距離データおよび受光レベルデータをすべて取り出す(ステップS5)。
With respect to the prescribed number of distance images stored in the
最後に、各画素位置について、各フレームの画素の距離データの単純な平均化処理を行う(ステップS10)。 Finally, a simple averaging process is performed on the distance data of the pixels in each frame for each pixel position (step S10).
このように、同一の露出設定で複数回の撮像を行い、取得した距離画像の距離データを平均化したもの(平均化距離画像)を用いることで測定誤差が減少させることができる。 In this way, measurement errors can be reduced by performing multiple imaging with the same exposure setting and using the averaged distance data of the acquired distance images (averaged distance image).
図5は、図2に示した演算処理における「重み付け係数算出」サブルーチン内の処理の概略を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing an outline of processing in the “weighting coefficient calculation” subroutine in the arithmetic processing shown in FIG.
まず、図2のステップS7でこのサブルーチンが呼び出された時点のフレームと画素位置で定まる画素の距離データzおよび受光レベルaのうちで、距離データzの値をもとにして、重み付け係数cを算出するための関数fzを決定する(ステップS31)。ここで、z=0、1、・・・nである。 First, the weighting coefficient c is determined based on the value of the distance data z out of the distance data z and the light reception level a of the pixels determined by the frame and the pixel position at the time when this subroutine is called in step S7 in FIG. A function fz for calculation is determined (step S31). Here, z = 0, 1,... N.
そして、画素の受光レベルaとステップS31で決定された関数fzより、重み付け係数cを算出する(ステップS32)。 Then, the weighting coefficient c is calculated from the light reception level a of the pixel and the function fz determined in step S31 (step S32).
図6は、重み付け係数cを算出するための関数fzの例を示す概略図である。図7は、関数fzの別の例を示す概略図である。図8は、関数fzのさらに別の例を示す概略図である。 FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a function fz for calculating the weighting coefficient c. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating another example of the function fz. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating still another example of the function fz.
関数fzのごく簡単な例としては、例えば、図6に示すような2つの関数f0、f1が挙げられるが、この例ではn=1ということになる。これらの関数はf0、f1はいずれも、受光レベル信号がかなり高くて飽和している可能性が高い領域や受光レベル信号がかなり低くてS/N比がかなり悪化している領域では相対的により低く、両端ではほぼ0であり、これらの領域の中間領域では相対的に高いような値を取る曲線状である。また、係数cが最大となるピークは、関数f1の方が関数f0の方よりも受光レベルaの高い側にある。 As a very simple example of the function fz, for example, there are two functions f0 and f1 as shown in FIG. 6, and in this example, n = 1. These functions are relatively higher for both f0 and f1 in a region where the light reception level signal is highly likely to be saturated and in a region where the light reception level signal is very low and the S / N ratio is considerably deteriorated. It is low, almost zero at both ends, and has a curved shape with a relatively high value in the middle region between these regions. Further, the peak at which the coefficient c is maximum is on the higher light reception level a side of the function f1 than the function f0.
物体などが比較的近距離にある場合、反射光は強めになることが考えられるので、高めの受光レベルデータを有する画素の距離データを重視するように関数f1を選択すればよい。逆に、物体などが比較的遠距離にある場合には、反射光は弱めになることが考えられるので、低めの受光レベルデータを有する画素の距離データを重視するように関数f0を選択すればよい。 When an object or the like is at a relatively short distance, the reflected light may be strengthened. Therefore, the function f1 may be selected so as to emphasize the distance data of the pixel having higher light reception level data. On the other hand, when an object or the like is at a relatively long distance, the reflected light may be weak. Therefore, if the function f0 is selected so that the distance data of the pixel having the lower light reception level data is emphasized. Good.
関数fzのさらに簡単な例としては、例えば、図7に示すように、図6の関数f0と関数f1のほぼ中間的な1つの関数f0のみとすることも考えられる。さらに別の例としては、図8に示すように、受光レベルの低い側および高い側を除いた所定範囲内で一定値である関数f0のみも考えられる。この場合は、受光レベル信号が飽和している可能性があるか、またはS/N比がかなり悪化している場合のように信頼性の低い距離データを除外して、それ以外の比較的信頼性の高い距離データを単純平均することを意味する。 As a simpler example of the function fz, for example, as shown in FIG. 7, only one function f0 that is substantially intermediate between the function f0 and the function f1 in FIG. 6 may be considered. As yet another example, as shown in FIG. 8, only a function f0 that is a constant value within a predetermined range excluding the low and high light reception levels can be considered. In this case, it is possible that the received light level signal is saturated, or the distance data with low reliability is excluded as in the case where the S / N ratio is considerably deteriorated, and other relatively reliable signals are excluded. This means simple averaging of highly accurate distance data.
なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-mentioned embodiment is only a mere illustration in all points, and should not be interpreted limitedly. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
10 距離画像カメラ
11 赤外発光ユニット
12 イメージセンサ
13 露出調節部
14 フレームバッファ
15 演算制御ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (8)
この発光部から照射された光の反射光が戻ってくるまでの時間の測定値から算出される距離情報を画素毎に有する距離画像を取得する撮像部と、
この撮像部による距離画像取得の際の露出を変更する露出調節部と、
この露出調節部によって露出を段階的に変更しながら前記撮像部で撮像した複数の距離画像において、同一の画素位置に対応する各画素の距離情報の重み付き平均値をそれぞれ算出するとともに、そうして算出された重み付き平均値を各画素の距離情報とするように合成した合成距離画像を求める演算制御部とを備え、
前記各画素は、前記反射光の受光強度を示す受光レベル情報もそれぞれ有しており、
前記演算制御部における各画素の距離情報の重み付き平均値の算出では、その画素の前記受光レベル情報に応じて前記距離情報の精度に対応するように算出される重み付け係数が用いられることを特徴とする距離画像カメラ。 A light emitting unit for irradiating light to the imaging target space;
An imaging unit for acquiring a distance image for each pixel having distance information calculated from a measurement value of time until the reflected light of the light emitted from the light emitting unit returns;
An exposure adjustment unit that changes the exposure when the distance image is acquired by the imaging unit;
In the plurality of distance images picked up by the image pickup unit while changing the exposure stepwise by the exposure adjustment unit, the weighted average value of the distance information of each pixel corresponding to the same pixel position is calculated, and so on. An arithmetic control unit that obtains a synthesized distance image that is synthesized so that the weighted average value calculated as described above becomes distance information of each pixel,
Each of the pixels also has received light level information indicating the received light intensity of the reflected light,
In the calculation of the weighted average value of the distance information of each pixel in the arithmetic control unit, a weighting coefficient calculated so as to correspond to the accuracy of the distance information according to the light reception level information of the pixel is used. Distance image camera.
前記重み付け係数は、前記受光レベル情報の中間領域内では相対的に高くその中間領域外では相対的に低くなるとともに、最大値を取る位置が互いに異なるような1つ以上の関数から選択された関数に基づいて決定することを特徴とする距離画像カメラ。 The range image camera according to claim 1,
The weighting coefficient is a function selected from one or more functions that are relatively high in the intermediate area of the light reception level information and relatively low outside the intermediate area, and have different maximum positions. A range image camera characterized by being determined based on
前記露出調節部による露出の段階的変更は、シャッター速度の増減または前記発光部から照射される光の強度の変更の少なくとも一方によって行うことを特徴とする距離画像カメラ。 The range image camera according to claim 1 or 2,
The stepwise change of exposure by the exposure adjusting unit is performed by at least one of increase / decrease of shutter speed or change of intensity of light emitted from the light emitting unit.
前記撮像部による距離画像の取得を同一露出で複数回行い、画素毎の前記距離情報および前記受光レベル情報の各回の平均値を画素毎に有するようにした平均化距離画像を、前記演算制御部で用いる距離画像の代わりとすることを特徴とする距離画像カメラ。 The range image camera according to any one of claims 1 to 3,
The arithmetic control unit obtains an averaged distance image obtained by performing acquisition of the distance image by the imaging unit a plurality of times with the same exposure, and having an average value for each time of the distance information and the light reception level information for each pixel. A range image camera that is used in place of the range image used in the camera.
前記受光レベル情報に応じて、前記距離情報の精度に対応した重み付け係数を算出する重み付け係数算出工程と、
前記段階露出距離画像取得工程で取得した複数の距離画像において、同一の画素位置に対応する各画素の距離情報の重み付け平均値を、前記重み付け係数算出工程で算出される重み付け係数を用いて算出するとともに、そうして算出された重み付き平均値を各画素の距離情報とするように合成した合成距離画像を求める距離画像合成工程とを
を含むことを特徴とする距離画像合成方法。 Obtaining a distance image having distance information calculated from the measured value of the time until the reflected light of the irradiated light returns for each pixel, and also having received light level information indicating the received light intensity of the reflected light for each pixel Stepwise exposure distance image acquisition step of performing multiple times while changing the exposure setting stepwise,
A weighting coefficient calculating step of calculating a weighting coefficient corresponding to the accuracy of the distance information according to the light reception level information;
In a plurality of distance images acquired in the stepwise exposure distance image acquisition step, a weighted average value of distance information of each pixel corresponding to the same pixel position is calculated using the weighting coefficient calculated in the weighting coefficient calculation step. And a distance image synthesizing method for obtaining a synthesized distance image obtained by synthesizing the weighted average value thus calculated as distance information of each pixel.
前記重み付け係数は、前記受光レベル情報の中間領域内では相対的に高くその中間領域外では相対的に低くなるとともに、最大値を取る位置が互いに異なるような1つ以上の関数から選択された関数に基づいて決定することを特徴とする距離画像合成方法。 In the range image composition method according to claim 5,
The weighting coefficient is a function selected from one or more functions that are relatively high in the intermediate area of the light reception level information and relatively low outside the intermediate area, and have different maximum positions. A distance image synthesis method characterized by determining based on
前記段階露出距離画像取得工程における露出の段階的変更は、シャッター速度の増減または前記発光部から照射される光の強度の変更の少なくとも一方によって行うことを特徴とする距離画像合成方法。 In the range image composition method according to claim 5 or 6,
The stepwise change of exposure in the stepwise exposure distance image acquisition step is performed by at least one of increasing / decreasing a shutter speed or changing the intensity of light emitted from the light emitting unit.
前記段階露出距離画像取得工程における距離画像の取得を同一露出で複数回行い、画素毎の前記距離情報および前記受光レベル情報の各回の平均値を画素毎に有するようにした平均化距離画像を、前記距離画像合成工程で用いる距離画像の代わりとすることを特徴とする距離画像合成方法。 In the range image composition method according to any one of claims 5 to 7,
An averaged distance image obtained by performing the distance image acquisition in the step exposure distance image acquisition step a plurality of times with the same exposure, and having the distance information for each pixel and the average value of the light reception level information for each pixel, A distance image composition method, wherein the distance image composition method is used instead of the distance image used in the distance image composition step.
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