JP2014035304A - 情報取得装置および物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メモリ容量を削減しながら比較的簡素な処理にて距離情報を取得可能な情報取得装置および物体検出装置を提供する。
【解決手段】情報取得装置２は、実測時にＣＭＯＳイメージセンサ２４０により撮像されたドットパターンを含む実測画像に基づいて、距離情報を取得する距離取得部を備える。ドットパターンを構成するドットは、所定間隔で並ぶ参照領域毎に、ドットパターン上の位置を規定するための配置パターンに従って配置される。情報取得装置２は、実測画像上にウィンドウ領域を設定し、ウィンドウ領域の実測画像上の位置である第１の位置と、ウィンドウ領域に含まれるドットに前記規則を適用して得られる第２の位置とに基づいて、前記距離情報を取得する
【選択図】図２

Description

本発明は、目標領域に光を投射したときの反射光の状態に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置および当該物体検出装置に用いて好適な情報取得装置に関する。

従来、光を用いた物体検出装置が種々の分野で開発されている。いわゆる距離画像センサを用いた物体検出装置では、２次元平面上の平面的な画像のみならず、検出対象物体の奥行き方向の形状や動きを検出することができる。かかる物体検出装置では、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）から、予め決められた波長帯域の光が目標領域に投射され、その反射光がＣＭＯＳイメージセンサ等の受光素子により受光される。

かかる距離画像センサとして、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの距離画像センサが知られている（非特許文献１）。かかる距離画像センサでは、基準面にレーザ光を照射したときのドットパターンが撮像素子により撮像され、撮像されたドットパターンが基準ドットパターンとして保持される。そして、基準ドットパターンと、実測時に撮像された実測ドットパターンとが比較され、距離情報が取得される。具体的には、基準ドットパターン上に設定された参照領域の実測ドットパターン上における位置に基づいて、三角測量法により、当該参照領域に対する距離情報が取得される。

この場合、参照領域に含まれるドットが、実測ドットパターン上において探索され、参照領域に含まれるドットに最もマッチングするドットを含む領域が、参照領域の移動位置として取得される。かかる探索のため、参照領域に含まれるドットは、他の参照領域に含まれるドットから区別可能なユニークなパターンで配置される必要がある。このため、目標領域に照射されるレーザ光のドットパターンは、通常、不規則かつランダムなドットパターンとなっている。

第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０

上記物体検出装置では、あらかじめ基準ドットパターンを保持しておく必要があるため、比較的大きな容量のメモリが必要となる。また、基準ドットパターン上に設定された参照領域の実測ドットパターン上における位置を探索する必要があるため、この探索に煩雑な演算処理が必要となる。

本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、メモリ容量を削減しながら比較的簡素な処理にて距離情報を取得可能な情報取得装置および物体検出装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、レーザ光源から出射されたレーザ光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射光学系と、前記投射光学系に対して並ぶように配置され、前記目標領域をイメージセンサにより撮像する受光光学系と、実測時に前記イメージセンサにより撮像された前記ドットパターン
を含む実測画像に基づいて、前記目標領域に含まれる物体までの距離に関する距離情報を取得する距離取得部と、を備える。前記ドットパターンを構成するドットは、所定間隔で並ぶ参照領域毎に、前記ドットパターン上の位置を規定する配置パターンで配置される。前記距離取得部は、前記実測画像上に前記参照領域を含むサイズのウィンドウ領域を設定し、前記ウィンドウ領域の前記実測画像上の位置である第１の位置と、前記ウィンドウ領域に含まれるドットから前記配置パターンに基づいて得られる第２の位置とに基づいて、前記距離情報を取得する。

本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。本態様に係る物体検出装置は、上記第１の態様に係る情報取得装置と、前記距離情報に基づいて、所定の対象物体を検出する物体検出部と、を備える。

本発明によれば、メモリ容量を削減しながら比較的簡素な処理にて距離情報を取得可能な情報取得装置および物体検出装置を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態により何ら制限されるものではない。

実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る目標領域に対するレーザ光の照射状態とイメージセンサ上のレーザ光の受光状態を示す図である。 実施の形態に係る距離情報の取得方法を説明する図である。 実施の形態に係るセグメント領域に含まれるドットのパターンと、各パターンにおけるセグメント値との関係を説明する図である。 実施の形態に係るドットパターンの配置規則を説明する図である。 実施の形態に係るドットパターンの構成を示す図である。 実施の形態に係る参照領域について説明する図である。 実施の形態に係る参照領域の基準画素位置の検出例を示す図である。 実施の形態に係る参照領域の基準画素位置の検出例を示す図である。 実施の形態に係る参照領域とウィンドウ領域の関係と画素ずれ量Ｄの取得方法を説明する図である。 実施の形態に係る基準画素位置の取得処理を示すフローチャートおよび基準画素位置テーブルの構成を示す図である。 実施の形態に係る基準画素位置の補正処理を説明する図である。 実施の形態に係るセグメント領域に含まれるドットに配置規則を適用することにより当該ドットに基づくセグメント値を検出する例を説明する図である。 実施の形態に係るセグメント領域に含まれるドットに配置規則を適用することにより当該ドットに基づくセグメント値を検出する例を説明する図である。 実施の形態に係る距離情報の取得処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

以下の実施の形態において、セグメント値が、特許請求の範囲に記載の「値」に対応する。また、基準画素位置テーブルが、特許請求の範囲に記載の「テーブル」に対応する。また、基準画素位置が、特許請求の範囲に記載の「ドットパターン上における参照領域の
位置」に対応する。ただし、これらの対応関係は、あくまでも一例であって、特許請求の範囲を実施の形態に限定するものではない。

まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置１の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置１は、情報取得装置２と、情報処理装置３とを備えている。テレビ４は、情報処理装置３からの信号によって制御される。

情報取得装置２は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域に存在する物体各部までの距離（以下、「３次元距離情報」という）を取得する。取得された３次元距離情報は、ケーブル５を介して情報処理装置３に送られる。

情報処理装置３は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置３は、情報取得装置２から受信した３次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ４を制御する。

たとえば、情報処理装置３は、受信した３次元距離情報に基づき人を検出するとともに、３次元距離情報の変化から、その人の動きを検出する。たとえば、情報処理装置３がテレビ制御用のコントローラである場合、情報処理装置３には、受信した３次元距離情報からその人のジェスチャを検出するとともに、ジェスチャに応じてテレビ４に制御信号を出力するアプリケーションプログラムがインストールされている。

また、たとえば、情報処理装置３がゲーム機である場合、情報処理装置３には、受信した３次元距離情報からその人の動きを検出するとともに、検出した動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させ、ゲームの対戦状況を変化させるアプリケーションプログラムがインストールされている。

図２は、情報取得装置２と情報処理装置３の構成を示す図である。

情報取得装置２は、光学部の構成として、投射光学系１００と受光光学系２００とを備えている。投射光学系１００と受光光学系２００は、Ｘ軸方向に並ぶように、情報取得装置２に配置される。

投射光学系１００は、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、ミラー１３０と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１４０を備えている。また
、受光光学系２００は、アパーチャ２１０と、撮像レンズ２２０と、フィルタ２３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０とを備えている。この他、情報取得装置２は、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レーザ駆動回路２２と、撮像信
号処理回路２３と、入出力回路２４と、メモリ２５を備えている。

レーザ光源１１０は、受光光学系２００から離れる方向（Ｘ軸負方向）に波長８３０ｎｍ程度の狭波長帯域のレーザ光を出力する。コリメータレンズ１２０は、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光を略平行光に変換する。

ミラー１３０は、コリメータレンズ１２０側から入射されたレーザ光をＤＯＥ１４０に向かう方向（Ｚ軸方向）に反射する。

ＤＯＥ１４０は、入射面に回折パターンを有する。この回折パターンによる回折作用により、ＤＯＥ１４０に入射したレーザ光は、所定のドットパターンのレーザ光に変換されて、目標領域に照射される。

ＤＯＥ１４０の回折パターンは、たとえば、ステップ型の回折ホログラムが所定のパターンで形成された構造とされる。回折ホログラムは、コリメータレンズ１２０により略平行光とされたレーザ光をドットパターンのレーザ光に変換するよう、パターンとピッチが調整されている。ＤＯＥ１４０は、ミラー１３０から入射されたレーザ光を、放射状に広がるドットパターンのレーザ光として、目標領域に照射する。

目標領域から反射されたレーザ光は、アパーチャ２１０を介して撮像レンズ２２０に入射する。

アパーチャ２１０は、撮像レンズ２２０のＦナンバーに合うように、外部からの光に絞りを掛ける。撮像レンズ２２０は、アパーチャ２１０を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に集光する。フィルタ２３０は、レーザ光源１１０の出射波長（８３０ｎｍ程度）を含む赤外の波長帯域の光を透過し、可視光の波長帯域をカットするバンドパスフィルタである。

ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、撮像レンズ２２０にて集光された光を受光して、画素毎に、受光量に応じた信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。

本実施の形態において、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域（センサとして信号を出力する領域）は、ＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズである。ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域は、ＸＧＡ（横１０２４画素×縦７６８画素）のサイズやＳＸＧＡ（横１２８０画素×縦１０２４画素）のサイズ等、他のサイズであっても良い。

ＣＰＵ２１は、メモリ２５に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、レーザ光源１１０を制御するためのレーザ制御部２１ａと、３次元距離情報を生成するための距離取得部２１ｂの機能が付与される。

レーザ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてレーザ光源１１０を駆動する。

撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を制御して、所定の撮像間隔で、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０により生成された各画素の信号（電荷）をライン毎に順次取り込む。そして、取り込んだ信号を順次ＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、撮像信号処理回路２３から供給される信号（撮像信号）をもとに、情報取得装置２から検出対象物体の各部までの距離を、距離取得部２１ｂによる処理によって算出する。入出力回路２４は、情報処理装置３とのデータ通信を制御する。

メモリ２５は、制御プログラムとともに、後述のドットパターンの配置規則に基づきドットの画素位置を取得するための基準画素位置テーブル２５ａを保持している。また、メモリ２５は、距離情報の取得の際のワーク領域としても利用される。

情報処理装置３は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理装置３には、同図に示す構成の他、テレビ４との通信を行うための構成や、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部メモリに格納された情報を読み取ってメモリ３３にインストールするためのドライブ装置等が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されてい
る。

ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラム（アプリケーションプログラム）に従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、画像中の物体を検出するための物体検出部３１ａと、物体の動きに応じて、テレビ４の機能を制御するための機能制御部３１ｂの機能が付与される。かかる制御プログラムは、たとえば、図示しないドライブ装置によってＣＤ−ＲＯＭから読み取られ、メモリ３３にインストールされる。

物体検出部３１ａは、情報取得装置２から供給される３次元距離情報から画像中の物体の形状を抽出し、抽出した物体形状の動きを検出する。機能制御部３１ｂは、物体検出部３１ａによる検出結果に基づき、テレビ４の機能を制御する。

たとえば、制御プログラムがゲームプログラムである場合、機能制御部３１ｂは、物体検出部３１ａによって検出された人の動き（ジェスチャ）に応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させるための処理を実行する。また、制御プログラムがテレビ４の機能を制御するためのプログラムである場合、機能制御部３１ｂは、物体検出部３１ａから人の動き（ジェスチャ）に応じた信号に基づき、テレビ４の機能（チャンネル切り替えやボリューム調整、等）を制御するための処理を実行する。

入出力回路３２は、情報取得装置２とのデータ通信を制御する。

投射光学系１００と受光光学系２００は、投射光学系１００の投射中心と受光光学系２００の撮像中心がＸ軸に平行な直線上に並ぶように、Ｘ軸方向に所定の距離をもって並んで設置される。投射光学系１００と受光光学系２００の設置間隔は、情報取得装置２と目標領域の基準面との距離に応じて、設定される。

次に、情報取得装置２による３次元距離情報の取得方法について説明する。

図３（ａ）は、目標領域に対するレーザ光の照射状態を模式的に示す図、図３（ｂ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０におけるレーザ光の受光状態を模式的に示す図である。なお、図３（ｂ）には、便宜上、目標領域に平坦な面（スクリーン）とスクリーンの前に人物が存在するときの受光状態が示されている。

図３（ａ）に示すように、投射光学系１００からは、ドットパターンを持ったレーザ光（以下、このパターンを持つレーザ光の全体を「ＤＰ光」という）が、目標領域に照射される。図３（ａ）には、ＤＰ光の光束領域が実線の枠によって示されている。ＤＰ光の光束中には、ＤＯＥ１４０による回折作用により生成されるドット領域（以下、単に「ドット」という）が、ＤＯＥ１４０による回折作用によるドットパターンに従って点在している。ドットは、レーザ光源１１０からのレーザ光がＤＯＥ１４０によって分岐されることにより生成される。

目標領域に平坦な面（スクリーン）と人物が存在すると、ＤＰ光は、図３（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に分布する。図３（ａ）に示す目標領域上におけるＤｔ０の光は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上では、図３（ｂ）に示すＤｔ０’の位置に入射する。スクリーンの前の人物の像は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上では、上下左右が反転して撮像される。

図４は、ＤＰ光を用いた距離情報の取得方法を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、投射光学系１００から所定の距離Ｌｓの位置に、Ｚ軸方向に垂直な平坦な反射平面ＲＳが配置されると、投射光学系１００から出射されたＤＰ光は、反射平面ＲＳによって反射され、受光光学系２００のＣＭＯＳイメージセンサ２４０に入射する。この場合、反射平面ＲＳによって反射されたＤＰ光（ＤＰｎ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の領域Ｓｎに入射する。

次に、図４（ａ）に破線で示すように、距離Ｌｓよりも近い位置に物体が存在すると、ＤＰ光（ＤＰｎ）は、物体によって反射され、領域Ｓｎとは異なる領域Ｓｎ’に入射する。投射光学系１００と受光光学系２００はＸ軸方向に隣り合っているため、領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向はＸ軸に平行となる。図４（ａ）の場合、物体が距離Ｌｓよりも近い位置にあるため、領域Ｓｎ’は、領域Ｓｎに対してＸ軸正方向に変位する。物体が距離Ｌｓよりも遠い位置にあれば、領域Ｓｎ’は、領域Ｓｎに対してＸ軸負方向に変位する。

領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向と変位量（図４（ａ）に示す画素ずれ量Ｄ）をもとに、投射光学系１００と、ＤＰ光（ＤＰｎ）が照射された物体の部分との間の距離Ｌｒが、距離Ｌｓを用いて、三角測量法に基づき算出される。かかる算出手法の詳細は、たとえば、上記非特許文献１（第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０）に示されている。

本実施の形態では、図４（ｂ）に示すように、実測時に、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の撮像有効領域に照射されたＤＰ光から得られた全画素値からなる画像（以下、「実測画像」という）に、所定サイズのウィンドウ領域が設定される。なお、図４（ｂ）には、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の背面側から受光面をＺ軸正方向に透視した状態が図示されている。

ウィンドウ領域は、図４（ｃ）に示すように、隣り合うウィンドウ領域が実測画像上において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に１画素間隔で並ぶように設定される。すなわち、あるウィンドウ領域は、このウィンドウ領域に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に隣り合うウィンドウ領域に対して１画素ずれた位置に設定される。このとき、各ウィンドウ領域には、所定の規則でドットが点在する。

なお、図４（ｃ）には、便宜上、各ウィンドウ領域の大きさが横９画素×縦９画素で示されているが、本実施の形態において、ウィンドウ領域は、縦１５画素×横１５画素のサイズに設定される。かかるウィンドウ領域のサイズは、後述する参照領域（図８参照）のサイズと同じである。

本実施の形態では、ウィンドウ領域内のドットの配置状態から、図４（ａ）に示す反射平面ＲＳ（基準面）にＤＰ光が照射されたときの当該ドットのＸ軸方向の画素位置が検出可能となるように、ＤＰ光のドットが、所定の規則で、ドットパターン内に配置されている。したがって、本実施の形態では、実測画像上におけるウィンドウ領域の画素位置と、当該ウィンドウ領域内のドットの配置状態から取得される画素位置とに基づいて、図４（ａ）に示す画素ずれ量Ｄを取得することができる。そして、この画素ずれ量Ｄに基づいて、上記のように、当該ウィンドウ領域に対する距離情報を取得することができる。

以下、ＤＰ光におけるドットの配置規則について説明する。

以下の説明において、ＤＰ光が図４（ａ）に示す反射平面ＲＳ（基準面）に照射されたときにＣＭＯＳイメージセンサ２４０によって取得される画像を「基準画像」といい、このときＣＭＯＳイメージセンサ２４０に照射されるドットのパターンを「基準ドットパタ
ーン」という。

本実施の形態では、基準ドットパターンが、縦５画素×横５画素のセグメント領域に区分され、各セグメント領域に含まれるドットの配置から、所定の値（以下、「セグメント値」という）が取得されるようになっている。すなわち、各セグメント領域には、セグメント値を規定する所定の配置規則に従って、ドットが配置される。

図５（ａ）は、セグメント領域におけるドットの配置規則を示す図である。

図５（ａ）に示すように、本実施の形態では、１６種のセグメント領域が準備されている。各セグメント領域は、ドットの配置によって、それぞれ、異なるセグメント値が規定される。ここでは、１６種のセグメント領域に対して、それぞれ、１〜１６のセグメント値が、割り振られている。

各セグメント領域には、中央の画素の位置に基準ドットＤＲが配置され、外周縁の何れか一つの画素の位置にサブドットＤＳが配置される。基準ドットＤＲは、セグメント領域を識別するために配置される。すなわち、中央の画素の位置にドットが存在することが検出されると、このドットを中心に縦５画素×横５画素の領域がセグメント領域であることが検出される。また、サブドットＤＳの位置によって、各セグメント領域のセグメント値が規定される。

図５（ａ）に示すように、各セグメント領域のサブドットＤＳの位置は、左上の画素の位置から反時計回り方向に変位している。左上の画素の位置にサブドットＤＳが存在するセグメント領域のセグメント値は、１である。サブドットＤＳの位置が、左上の画素位置から反時計方向に１画素ずれる毎に、セグメント領域のセグメント値が１ずつ大きくなる。そして、セグメント領域の左上の画素から１画素右側にずれた位置にサブドットＤＳが存在するセグメント領域が１６番目のセグメント領域となり、このセグメント領域のセグメント値が１６となる。こうして、１６種のセグメント領域に対して、１６種のセグメント値が割り当てられる。図５（ａ）には、便宜上、各セグメント領域の上側に、セグメント値が付記されている。

なお、このようにサブドットＤＳを配置することにより、何れのセグメント領域においても、基準ドットＤＲとサブドットＤＳとが２画素以上離れるようになる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すように基準ドットＤＲとサブドットＤＳが位置付けられたときの、各セグメント領域に対応する画素領域から出力される画素値（画素信号）を模式的に示す図である。画素値が出力される画素の位置により、上記規則に従って、セグメント領域の特定と、セグメント領域に割り当てられたセグメント値が検出され得る。

図６（ａ）、（ｂ）は、基準画像上におけるセグメント領域の割り振り方法を説明する図である。図６（ａ）には、セグメント領域とセグメント領域に含まれるドットが示され、図６（ｂ）には、各セグメント領域が当該セグメント領域のセグメント値とともに示されている。なお、図６（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、基準画像（撮像有効領域）の左上隅の部分が示されている。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態では、横方向に隣り合う２つのセグメント領域が組とされ、各組のセグメント領域のセグメント値の合計が１７となるように、１６種のセグメント領域が横方向に配置されている。たとえば、図６（ａ）の最上段のセグメント領域では、左端から１つ目と２つ目のセグメント領域が組となり、これらセグメント領域のセグメント値がそれぞれ１と１６（合計１７）となっている。また、最上段の
左端から３つ目と４つ目のセグメント領域が組となり、これらセグメント領域のセグメント値がそれぞれ２と１５（合計１７）となっている。このように、左端から２つずつのセグメント領域が組とされ、各組のセグメント領域のセグメント値の合計が１７となっている。

なお、このようにセグメント領域を配置すると、最上段において組間で隣り合うセグメント領域のセグメント値の合計は１８になる。たとえば、左端から２つ目と３つ目のセグメント領域のセグメント値の合計は、１８となる。

２段目のセグメント領域は、１段目の各組のセグメント領域を交互に入れ替えたものとなっている。したがって、２段目においても、各組のセグメント領域のセグメント値の合計は、１７となっている。この場合、組間で隣り合うセグメント領域のセグメント値の合計は１６になる。たとえば、左端から２つ目と３つ目のセグメント領域のセグメント値の合計は、１６となる。

図６（ｂ）に示すように、３段目以降のセグメント領域は、１段目と２段目のセグメント領域からなる領域が、基準画像の下端まで繰り返されることにより構成されている。こうして、横方向に並ぶ１６種のセグメント領域が、基準画像（撮像有効領域）の左端部分において、上端から下端まで配置される。

図７（ａ）、（ｂ）は、基準画像上におけるセグメント領域の配置状態を説明する図である。図７（ａ）には、撮像有効領域の横方向（Ｘ軸正方向）の画素位置とセグメント領域との関係が示され、図７（ｂ）には、撮像有効領域と基準画像との関係が示されている。なお、図７（ａ）には、撮像有効領域（基準画像）の左上隅の部分が示されている。図７（ａ）の上側に付された数字が、撮像有効領域（基準画像）の左上隅から横方向（Ｘ軸方向）にカウントした画素位置である。

図７（ａ）に示すように、図６（ａ）の１６種のセグメント領域は、撮像有効領域において、左端から８０画素目までの範囲に並ぶ。したがって、図７（ｂ）の撮像有効領域の左端から８０画素目までの領域には、図６（ａ）に示すような、横方向に並ぶ１６種のセグメント領域が、上端から下端まで配置される。以下、撮像有効領域の左端から８０画素目までの領域に配置されるドットのパターンを「単位ドットパターン」という。

図７（ｂ）に示すように、撮像有効領域（基準画像）に照射されるドットパターン（基準ドットパターン）は、単位ドットパターンが横方向に繰り返されたものとなっている。本実施の形態では、撮像有効領域のサイズが縦４８０画素×横６４０画素であるため、単位ドットパターンは、図７（ａ）に示すドットパターンが縦方向に４８回繰り返し配置されたものとなっており、さらに、この単位ドットパターンが横方向に８回繰り返されることにより、基準ドットパターンが構成される。したがって、投射光学系１００から目標領域に照射されるＤＰ光のドットパターンは、ＤＰ光が図４（ａ）に示す反射平面ＲＳ（基準面）に照射されたときに、このように、単位ドットパターンが横方向に８回繰り返された基準ドットパターンがＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域に照射されるよう、構成されている。

こうして基準ドットパターンが構成されると、図６（ｂ）を参照して分かるとおり、縦方向に１列に並ぶセグメント領域は、２つのセグメント値が交互に並ぶように配置される。また、単位ドットパターン上における各列のセグメント領域のセグメント値の配列は、他の列のセグメント領域のセグメント値の配列と互いに異なっている。

次に、基準画像上における参照領域の規定方法について説明する。参照領域とは、基準
画像上の横方向の位置を規定する単位となる領域のことである。

図８（ａ）、（ｂ）は、参照領域の規定方法を説明する図である。図８（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、基準画像（撮像有効領域）の左上隅の部分が示されている。

図８（ａ）に示すように、参照領域は、９個のセグメント領域を含むよう、縦１５画素×横１５画素のサイズを持っている。参照領域は、基準画像（撮像有効領域）の左上隅の位置から右方向（Ｘ軸正方向）と下方向（Ｙ軸正方向）に５画素おきに規定される。図８（ａ）の左側の太枠は、基準画像（撮像有効領域）の左上隅に規定された参照領域を示している。図８（ｂ）の上側の太枠は、図８（ａ）の参照領域の右側に次に規定される参照領域を示し、図８（ｂ）の下側の太枠は、図８（ａ）の参照領域の下側に次に規定される参照領域を示している。

したがって、一つの単位ドットパターンについて、横方向（Ｘ軸方向）に１６個の参照領域が規定される。図８（ａ）の右側の太枠は、横方向において単位ドットパターンに最後に規定される参照領域を示している。この参照領域には、８１画素目以降の次の単位ドットパターンの左端部分の６個のセグメント領域が含まれている。

このように、参照領域は、横方向と縦方向に５画素おきに規定されるため、参照領域に対する基準画像上の横方向の画素位置は、５画素おきに割り振られる。たとえば、図８（ａ）の左側の太枠の位置の参照領域は、左端の参照領域であるため、基準画像上の横方向の位置として画素位置１が割り振られる。また、図８（ｂ）の上側の太枠の位置の参照領域は、左端から６画素目の参照領域であるため、基準画像上の横方向の位置として画素位置６が割り振られる。このように、Ｘ軸方向に隣り合う参照領域の画素位置は、互いに５画素ずれている。

また、図８（ｂ）の下側の太枠で示された参照領域は、図８（ａ）の左側の太枠で示された参照領域と、Ｘ軸方向において同じ位置にあるため、これら２つの参照領域に割り当てられる画素位置は同じである。すなわち、図８（ｂ）の下側の太枠で示された参照領域の画素位置は、図８（ａ）の左側の参照領域と同じく、１が割り振られる。

このように、縦方向（Ｙ軸方向）に並ぶ参照領域のＸ軸方向における画素位置は、互いに同じである。また、参照領域は、Ｘ軸方向に５画素毎に規定されるため、Ｘ軸方向に隣り合う参照領域の画素位置は、互いに、５画素異なっている。

本実施の形態において、各参照領域の画素位置は、参照領域に含まれる９個のセグメント領域のセグメント値の組合せによって特定される。上記のように、縦方向に並ぶセグメント領域は、２種類のセグメント値が交互に並ぶように配置されているため、縦方向に並ぶ参照領域は、２種類のセグメント値の組合せのうち何れか一方の組合せを持っている。したがって、これら２種類のセグメント値の組合せに、参照領域の画素位置を対応付けることにより、参照領域に含まれるセグメント領域のセグメント値の組合せから、当該参照領域の画素位置を把握することが可能となる。

図９および図１０は、参照領域の画素位置の設定例を示す図である。

以下、基準画像（撮像有効領域）上における参照領域のＸ軸方向の画素位置のことを、「基準画素位置」という。また、ここでは、便宜上、参照領域の位置を、段数と画素数によって特定する。段数は、撮像有効領域の最上段から下方向にセグメント単位で数えられ、画素数は、撮像有効領域の右方向に数えられる。撮像有効領域の左上隅に設定される参照領域は、１段／１画素目の設定位置にある。図８（ａ）の左右の太枠で示された参照領
域は、それぞれ、１段／１画素目および１段／７６画素目の参照領域であり、図８（ｂ）の上下の太枠で示された参照領域は、それぞれ、１段／６画素目および２段／１画素目の参照領域である。

図９（ａ）は、１段／１画素目の参照領域内のドットの分布状態を示す図である。この場合、参照領域に含まれた９個のセグメント領域のセグメント値は、（１、１、１、２、２、１５、１６、１６、１６）である。このセグメント値の組み合わせには、基準画素位置として“１画素目”が対応付けられる。

図９（ｂ）は、１段／６画素目の参照領域内のドットの分布状態を示す図である。この場合、参照領域に含まれた９個のセグメント領域のセグメント値は、（１、２、２、２、１５、１５、１５、１６、１６）である。このセグメント値の組み合わせには、基準画素位置として“６画素目”が対応付けられる。

図９（ｃ）は、２段／１画素目の参照領域内のドットの分布状態を示す図である。この場合、参照領域に含まれた９個のセグメント領域のセグメント値は、（１、１、１、２、１５、１５、１６、１６、１６）である。このセグメント値の組み合わせには、図９（ａ）の場合と同様、基準画素位置として“１画素目”が対応付けられる。

図９（ｄ）は、２段／６画素目の参照領域内のドットの分布状態を示す図である。この場合、参照領域に含まれた９個のセグメント領域のセグメント値は、（１、１、２、２、２、１５、１５、１５、１６）である。このセグメント値の組み合わせには、図９（ｂ）の場合と同様、基準画素位置として“６画素目”が対応付けられる。

図１０（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、１段／６６画素目、１段／７１画素目、１段／７６画素目の参照領域のドットの分布状態を示す図である。これらの参照領域に含まれる９個のセグメント領域のセグメント値は、それぞれ、（７、８、８、８、９、９、９、１０、１０）、（１、１、８、８、８、９、９、９、１６）、（１、１、１、８、９、９、１６、１６、１６）である。本実施の形態では、これらセグメント値の組合せに対し、基準画素位置として、それぞれ、“６６画素目”、“７１画素目”、“７６画素目”が対応付けられる。

図１０（ｄ）は１段／８１画素目の参照領域のドットの分布状態を示す図である。この参照領域に含まれる９個のセグメント領域のセグメント値は、（１、１、１、２、２、１５、１６、１６、１６）である。かかるセグメント値の組合せは、１段／１画素目の参照領域と同じである。したがって、１段／８１画素目の参照領域の基準画素位置には、１段／１画素目、２段／１画素目の参照領域と同様、“１画素目”が対応づけられる。

図１１（ａ）、（ｂ）は、実測画像と基準画像の関係を示す図である。

上記のように、基準画像上のドットは、目標領域に物体が存在することによって、実測画像上においてＸ軸方向に変位する。たとえば、図１１（ｂ）の例では、図１１（ｂ）に示すウィンドウ領域Ｗ内のドットが、図１１（ａ）の基準画像上では、参照領域Ｒの位置にある。この場合、実測画像上におけるウィンドウ領域ＷのＸ軸方向の画素位置は、基準画像上における参照領域ＲのＸ軸方向の画素位置（基準画素位置）からＸ軸正方向に画素ずれ量Ｄだけ変位している。

本実施の形態では、図１１（ａ）に示す参照領域ＲのＸ軸方向の画素位置（基準画素位置）が、上記のとおり、図１１（ｂ）に示すウィンドウ領域Ｗ内に含まれるドットの位置（分布状態）から検出可能となっている。したがって、実測画像上に設定されたウィンド
ウ領域ＷのＸ軸方向の画素位置と、当該ウィンドウ領域Ｗ内に含まれるドットの位置（分布状態）から検出された参照領域Ｒの画素位置とから、画素ずれ量Ｄを取得することができ、取得した画素ずれ量Ｄに基づいて、図４（ａ）にて説明した手法により、ウィンドウ領域Ｗに対する距離値を取得することができる。

図１２（ａ）は、基準画素位置の取得処理を示すフローチャートである。また、図１２（ｂ）は、メモリ２５に格納された基準画素位置テーブル２５ａの構成を示す図である。図１２（ａ）の処理フローは、ＣＰＵ２１の距離取得部２１ｂによって実行される。

まず、図１２（ｂ）を参照して、基準画素位置テーブル２５ａは、９個のセグメント値の組合せと基準画素位置とを対応付けたものである。図８、図９および図１０を参照して説明したとおり、縦方向に並ぶ参照領域は、２種類のセグメント値の組合せの何れか一方を持っており、かかる２種類のセグメント値の組合せによって、当該参照領域の基準画素位置（Ｘ軸方向の画素位置）を特定することができる。基準画素位置テーブル２５ａは、かかる２種類のセグメント値の組合せと基準画素位置とを対応付けたものである。

たとえば、図９（ｃ）に示す２段／１画素目の参照領域では、９個のセグメント値が、（１、１、１、２、１５、１５、１６、１６、１６）であるため、基準画素位置テーブル２５ａには、かかるセグメント値の組合せに対し、基準画素位置として、１画素目が対応付けられている。また、図１０（ｃ）に示す１段／７６画素目の参照領域では、９個のセグメント値が、（１、１、１、８、９、９、１６、１６、１６）であるため、基準画素位置テーブル２５ａでは、かかるセグメント値の組合せに対し、基準画素位置として、７６画素目が対応付けられている。

このように、基準画素位置テーブル２５ａには、５画素毎の基準画素位置１、６、１１、…、７１、７６に対し、対応する２種類のセグメント値の組合せが対応付けられている。

次に、図１２（ａ）を参照して、実測画像上に設定されたウィンドウ領域に対する基準画素位置の取得処理について説明する。

ＣＰＵ２１は、まず、基準画素位置の取得対象となるウィンドウ領域を、図１２（ｃ）に示すように、縦５画素×横５画素の分割領域に分割して、各分割領域の中央位置（図１２（ｃ）において×が付された画素位置）の画素値を参照し（Ｓ１０１）、この中央位置にドット（基準ドット）が存在するか否かを判定する（Ｓ１０２）。基準ドットが検出されない分割領域が１つ以上ある場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、当該ウィンドウ領域におけるドットの分布状態は、何れの参照領域のドットの分布状態にも一致しないとして、当該ウィンドウ領域に対する基準画素位置の取得をエラーとし（Ｓ１０３）、当該ウィンドウ領域に対する基準画素位置の取得処理を終了する。

全ての分割領域について基準ドットが検出されると（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、当該ウィンドウ領域におけるドットの分布状態は、図１２（ｂ）に示す基準画素位置テーブル２５ａに規定された何れか一つのセグメント値の組合せをもつ参照領域のドットの分布状態に一致するとして、処理をＳ１０４に進める。Ｓ１０４において、ＣＰＵ２１は、各分割領域の外周縁に存在するドット（サブドット）の位置に基づき、図５（ａ）の規則に従って、各分割領域に対するセグメント値を取得する。そして、ＣＰＵ２１は、取得した９個のセグメント値の組合せに対応する基準画素位置を、図１２（ｂ）に示す基準画素位置テーブルから取得する（Ｓ１０５）。

こうして、当該ウィンドウ領域に対する基準画素位置が取得される。この基準画素位置
は、当該ウィンドウ領域に含まれるドットの基準画像上におけるＸ軸方向の画素位置に対応する。たとえば、ウィンドウ領域に含まれるドットが図９（ａ）のように分布している場合には、基準画素位置として“１画素目”が取得される。上記のように、基準画素位置は、基準画像上におけるＸ軸方向の画素位置である。

なお、Ｓ１０５では、基準画素位置が、１〜７６の範囲で取得される。これは、図１２（ｂ）に示すように、基準画素位置テーブル２５ａにおいて、基準画素位置が、１〜７６の範囲において５画素間隔で設定されているためである。基準画素位置テーブル２５ａは、図８（ａ）、（ｂ）に示す一つの単位ドットパターンに対応するものとなっている。このため、実測画像に設定されたウィンドウ領域に含まれるドットが、たとえば、基準画像上において、図７（ｂ）の４０１〜４８０画素目の単位ドットパターンに含まれるドットに対応するものであっても、このウィンドウ領域に含まれるドットが図９（ａ）の分布を有していると、Ｓ１０５において、当該ウィンドウ領域に対する基準画素位置は、基準画素位置テーブル２５ａから“１画素目”として取得される。この場合、正しくは、当該当該ウィンドウ領域に対する基準画素位置として、“１画素目”ではなく“４０１画素目”（４０１〜４８０画素目の単位ドットパターンにおける１画素目）が取得される必要がある。

このように、Ｓ１０５において取得された基準画素位置は、ウィンドウ領域に対応するドットが、基準画像上において、何れの単位ドットパターンに含まれているものであるかに応じて補正される必要がある。

以下、この補正方法について説明する。

たとえば、図１３（ａ）に示す基準画像上のドットが、実測時に、図１３（ｂ）に示すように左方向に移動し、図１３（ａ）に示す基準画像上の領域Ｗｒ８６内のドットがウィンドウ領域Ｗ７１内に移動する場合がある。ここで、領域Ｗｒ８６は、基準画像の左端から８６画素目の画素位置にある。

また、図１３（ａ）に示す基準画像上のドットが、実測時に、図１３（ｃ）に示すように右方向に移動し、図１３（ａ）に示す基準画像上の領域Ｗｒ５６内のドットがウィンドウ領域Ｗ７１内に移動する場合がある。ここで、領域Ｗｒ５６は、基準画像の左端から８６画素目の画素位置にある。

このように、基準画像上のドットは、実測時に、目標領域に存在する物体の位置に応じて、左右方向に移動し得る。しかし、ドットの移動ストロークは無限ではなく、検出しようとする距離の範囲に応じて一定幅の範囲に収まる。したがって、一つのウィンドウ領域には、基準画像上のドットのうち、当該ウィンドウ領域の画素位置から左右方向に所定の幅を持つ範囲内のドットが、実測時に進入することになる。このため、ウィンドウ領域に対して取得される基準画素位置は、当該ウィンドウ領域の画素位置から左右方向に所定の幅をもつ画素範囲に無ければならない。

そこで、本実施の形態では、図１３（ｄ）に示すように、Ｘ軸方向におけるウィンドウ領域の画素位置に対して、Ｘ軸の方向に±Ｍ画素の幅を持つ範囲ΔＲを設定し、この範囲ΔＲ内に含まれるよう、図１２（ａ）のＳ１０５で取得された基準画素位置が補正される（Ｓ１０６）。すなわち、図１２のＳ１０５で取得された基準画素位置をＰｒ、補正後の基準画素位置をＰｒ’とすると、Ｐｒ’＝Ｐｒ＋８０×ｎが範囲ΔＲに含まれるよう、ｎ（ｎは、０以上の整数）が設定される。

たとえば、範囲ΔＲに設定される幅が±３０（Ｍ＝３０）である場合、図１３（ｂ）、
（ｃ）に示すウィンドウＷ７１に対する基準画素位置の範囲ΔＲは、４１〜１０１となる。

図１３（ｂ）の場合、図１３（ａ）の領域Ｗｒ８６に含まれるドットがウィンドウ領域Ｗ７１に移動したため、領域Ｗｒ８６に含まれるドットの分布から図１２（ａ）のＳ１０６にて取得される基準画素位置Ｐｒは、６画素目である。したがって、この場合、上記式から、Ｐｒ’＝６＋８０×ｎの値が４１〜１０１の範囲になるよう、変数ｎが設定される。ここでは、変数ｎは１となり、補正後の基準画素位置Ｐｒ’は、８６画素目になる。

図１３（ｃ）の場合、図１３（ａ）の領域Ｗｒ５６に含まれるドットがウィンドウ領域Ｗ７１に移動したため、領域Ｗｒ５６に含まれるドットの分布から図１２（ａ）のＳ１０６にて取得される基準画素位置Ｐｒは、５６画素目である。したがって、この場合、上記式から、Ｐｒ’＝５６＋８０×ｎの値が４１〜１０１の範囲になるよう、変数ｎが設定される。ここでは、変数ｎは０となり、補正後の基準画素位置Ｐｒ’は、基準画素位置Ｐｒと同じく、８６画素目になる。

以上のようにして、ウィンドウ領域に対する基準画素位置の補正が行われる。この補正処理は、図１２（ａ）のＳ１０６において行われる。

次に、図１２（ａ）のＳ１０４におけるセグメント値の取得例について説明する。

図１４〜図１５は、図１２（ｃ）に示す一つの分割領域におけるセグメント値の取得例を示す図である。なお、図１４（ａ）、（ｄ）および図１５（ａ）、（ｄ）には、基準ドットＤＲとサブドットＤＳが画素ずれなく分割領域に含まれている例が示されている。また、図１４（ａ）、（ｄ）および図１５（ａ）、（ｄ）には、当該分割領域に隣り合う分割領域のサブドットＤＳ’が示されている。

図１４（ａ）では、基準ドットＤＲが分割領域の中央にあり、サブドットＤＳが分割領域の左端隅にあるため、この分割領域から出力される画素値は、図１４（ａ）の右側のようになる。ここで、ハッチングが付された升目に対応する画素から、ドットに基づく信号が出力される。この場合、この分割領域に対するセグメント値は、図５（ａ）から１になる。

図１４（ｄ）では、基準ドットＤＲが分割領域の中央にあり、サブドットＤＳが分割領域の左端隅から１画素右にずれた位置にあるため、この分割領域から出力される画素値は、図１４（ｄ）の右側のようになる。この場合、この分割領域に対するセグメント値は、図５（ａ）から１６になる。

図１４（ｂ）では、図１４（ａ）に示す基準ドットＤＲとサブドットＤＳが、半画素右方向にずれている。このため、この分割領域から出力される画素値は、図１４（ｂ）の右側のようになる。この場合、基準ドットＤＳが２つの画素に跨るが、中央の画素位置から信号が出力されるため、分割領域の中央位置に基準ドットが検出される。また、サブドットＤＳが２つの画素に跨り、サブドットＤＳ’が一つの画素に係るため、画素信号をもとに、分割領域の外周縁に３つのサブドットが検出され得る。この場合、検出され得る３つのサブドットの何れを優先するかのルールが必要となる。

本実施の形態では、以下のように、基準ドットＤＳのずれ方向に従って、サブドットの優先ルールが規定される。

基準ドットＤＳのずれ方向は、分割領域の中央位置の画素とそれに隣り合う画素から信
号が出力される場合に検出される。この場合、中央位置の画素から見て、信号を出力する隣り合う画素の方向がずれ方向になる。

優先ルールは、以下のとおりである。

（１）ずれ方向において分割領域に進入するサブドットは無効とする。

（２）ずれ方向に隣り合う２つのサブドットは、ずれ方向と反対側にあるサブドットを優先する。

（３）ずれ方向が斜めで有る場合、ずれ方向を横方向と縦方向にベクトル分割して上記（１）、（２）のルールを適用する。

たとえば、図１４（ｂ）の例では、ずれ方向は右方向である。また、分割領域の外周縁に検出され得る３つのサブドットのうち、左下隅のサブドットは、左右方向に連続せず、且つ、左端の列の画素位置にあるため、隣接する分割領域からずれ方向（右方向）に進入したと判定される。このため、左下隅のサブドットは、上記ルール（１）により、無効とされる。さらに、分割領域の左上隅において左右に並ぶ２つのサブドットについては、上記ルール（２）が適用され、ずれ方向（右方向）と反対側（左側）にある左側のサブドットが優先される。したがって、図１４（ｂ）の例では、画素信号から検出され得る３つのサブドットのうち、左上隅のサブドットが有効とされる。その結果、この分割領域に対するセグメント値は１となる。

図１４（ｃ）では、図１４（ａ）に示す基準ドットＤＲとサブドットＤＳが、半画素左方向にずれている。このため、この分割領域から出力される画素値は、図１４（ｃ）の右側のようになる。この場合も、分割領域の中央位置に基準ドットが検出される。また、分割領域の外周縁には、左上隅の位置にのみサブドットが検出される。したがって、この場合は、上記ルールは適用されず、分割領域に対するセグメント値は１となる。

図１４（ｅ）では、図１４（ｄ）に示す基準ドットＤＲとサブドットＤＳが、半画素右方向にずれている。このため、この分割領域から出力される画素値は、図１４（ｅ）の右側のようになる。この場合も、分割領域の中央位置に基準ドットが検出される。また、サブドットＤＳが２つの画素に跨るため、画素信号をもとに、分割領域の外周縁に２つのサブドットが検出され得る。この場合、基準ドットのずれ方向は右方向である。したがって、上記ルール（２）により、検出され得る２つのサブドットのうち、左側のサブドットが優先される。その結果、この分割領域に対するセグメント値は１６となる。

図１４（ｆ）では、図１４（ｄ）に示す基準ドットＤＲとサブドットＤＳが、半画素左方向にずれている。このため、この分割領域から出力される画素値は、図１４（ｆ）の右側のようになる。この場合も、分割領域の中央位置に基準ドットが検出される。また、サブドットＤＳが２つの画素に跨り、サブドットＤＳ’が一つの画素に係るため、画素信号をもとに、分割領域の外周縁に３つのサブドットが検出され得る。この場合、基準ドットのずれ方向は左方向である。したがって、上記ルール（１）により右端の列において検出され得るサブドットは無効とされる。また、上記ルール（２）により、上端の行において検出され得る２つのサブドットのうち、右側のサブドットが優先される。その結果、この分割領域に対するセグメント値は１６となる。

図１５（ｂ）では、図１５（ａ）に示す基準ドットＤＲとサブドットＤＳが、半画素上方向にずれている。この場合、上記ルール１により、下端の行において検出され得るサブドットが無効とされ、上端の行において検出され得るサブドットが有効となる。これによ
り、この分割領域に対するセグメント値は１となる。

図１５（ｃ）では、図１５（ａ）に示す基準ドットＤＲとサブドットＤＳが、半画素下方向にずれている。この場合、上記ルール２により、左端の列において検出され得る２つのサブドットのうち、上側のサブドットが有効となる。これにより、この分割領域に対するセグメント値は１となる。

図１５（ｅ）では、図１５（ｄ）に示す基準ドットＤＲとサブドットＤＳが、右斜め上方向にずれている。この場合、分割領域の上端と下端の行に、それぞれ２つずつ、サブドットが検出され得る。ここでは、基準ドットのずれ方向は、右斜め上と検出され、上記ルール（３）から、ずれ方向が右方向と上方向であるとして、上記ルール（１）、（２）が適用される。この場合、ずれ方向が上方向であるとして適用される上記ルール（１）により、下端の行において検出され得る２つのサブドットが無効とされる。また、ずれ方向が右方向であるとして適用される上記ルール（２）により、上端の行において検出され得る２つのサブドットのうち左側のサブドットが優先される。これにより、分割領域の左上隅のサブドットが有効となる。これにより、この分割領域に対するセグメント値は１となる。

図１５（ｆ）では、図１５（ｄ）に示す基準ドットＤＲとサブドットＤＳが、右斜め下方向にずれている。この場合、分割領域の左上隅に３つのサブドットが検出され得る。ここでは、基準ドットのずれ方向は、右斜め下と検出され、上記ルール（３）から、ずれ方向が右方向と下方向であるとして、上記ルール（１）、（２）が適用される。この場合、ずれ方向が右方向であるとして適用される上記ルール（２）により、上端の行において検出され得る２つのサブドットのうち左側のサブドットが優先される。また、ずれ方向が下方向であるとして適用される上記ルール（２）により、左端の列において検出され得る２つのサブドットのうち上側のサブドットが優先される。これにより、分割領域の左上隅のサブドットが有効となる。これにより、この分割領域に対するセグメント値は１となる。

図１２（ａ）のＳ１０４においては、上記優先ルールに従って、サブドットの位置が検出され、その検出結果にもとづいて、図５（ａ）の規則に従い、分割領域のセグメント値が取得される。

図１６は、ウィンドウ領域に対する距離情報の取得処理を示すフローチャートである。図１６の処理は、ＣＰＵ２１の距離取得部２１ｂによって行われる。

距離情報の取得動作時において、ＣＰＵ２１は、まず、変数ｉ、ｊに１を設定する（Ｓ２０１）。変数ｉ、ｊは、それぞれ、ウィンドウ領域の位置を示す段数および画素数である。次に、ＣＰＵ２１は、ｉ段／ｊ画素目のウィンドウ領域Ｗｉｊにおける画素値を参照し（Ｓ２０２）、参照した画素値に基づいて、図１２（ａ）に示すフローチャートの処理により、当該ウィンドウ領域Ｗｉｊに対する基準画素位置を取得する（Ｓ２０３）。ここで、基準画素位置を取得できない場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、ウィンドウ領域Ｗｉｊに対応する画素位置にエラーを設定する（Ｓ２０５）。他方、基準画素位置を取得できた場合、ＣＰＵ２１は、ウィンドウ領域Ｗｉｊの横方向（Ｘ軸方向）の位置（ここでは、ｊ）と、取得した基準画素位置とを減算し、当該ウィンドウ領域Ｗｉｊに対する画素ずれ量Ｄｉｊを取得する（Ｓ２０６）。そして、ＣＰＵ２１は、取得した画素ずれ量Ｄｉｊに基づき距離値を算出し、算出した距離値を、当該ウィンドウ領域Ｗｉｊの画素位置に設定する（Ｓ２０７）。

こうして、距離値の取得が完了すると、ＣＰＵ２１は、変数ｊが、撮像有効領域の右端に設定されるウィンドウ領域に対応する閾値Ｓｈｊに達したか否かを判定する（Ｓ２０８
）。そして、変数ｊが閾値Ｓｈｊに達していなければ（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、変数ｊに１を加算し（Ｓ２０９）、Ｓ２０２に戻って、次のウィンドウ領域Ｗｉｊに対する距離値の取得を実行する。こうして、１段目の全てのウィンドウ領域に対する距離値の取得が完了すると（Ｓ２０８：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、変数ｉが、撮像有効領域の最下段に対応する閾値Ｓｈｉに達したか否かを判定する（Ｓ２１０）。そして、変数ｉが閾値Ｓｈｉに達していなければ（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、変数ｉに１を加算うるとともに、変数ｊを１に設定し（Ｓ２１１）、Ｓ２０２に戻って、次の段のウィンドウ領域Ｗｉｊに対する距離値の取得を実行する。こうして、撮像有効領域に設定される全てのウィンドウ領域に対する距離値の取得が完了すると（Ｓ２１０：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、距離値の取得を終了する。

＜実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、以下の効果が奏され得る。

ウィンドウ領域に含まれるドットの位置によって、当該ウィンドウ領域に含まれるドットの基準画像上における位置を取得できるため、基準ドットパターンに対応する画素値等を予め保持しておく必要がなく、また、ウィンドウ領域に含まれるドットの位置を基準画像上において探索する必要もない。よって、メモリ容量を削減しながら、比較的簡素な処理にて距離情報を取得することができる。

また、図１５（ｂ）、（ｃ）を参照して説明したように、レーザ光源１１０の波長変動等によってドットが縦方向にずれたとしても、適正に画素ずれ量Ｄを取得することができ、結果、適正に距離値を取得することができる。

また、本実施の形態によれば、サブドットの位置により分割領域のセグメント値が取得され、さらに、９個のセグメント値の組合せにより、ウィンドウ領域の基準画素位置が取得されるため、基準画素位置を取得する際の演算処理を簡素かつ円滑に行うことができる。

また、本実施の形態では、９個のセグメント値の組合せに対応する基準画素位置を基準画素位置テーブルから取得する構成であるため、ウィンドウ領域に対する基準画素位置の取得処理を、簡素な処理により行うことができる。

なお、本実施の形態では、図６（ｂ）に示すように、左右に隣り合うセグメント領域のセグメント値の合計値は、１７、１８、１６の何れかの値となり、また、上下に隣り合うセグメント値の値は、常に、１７となる。このため、実測時に分割領域について取得されたセグメント値を隣り合う分割領域間で比較し、取得されたセグメント値の合計値が上記規則に適合するかを確認することによって、セグメント値の適否を判断することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、９個のセグメント領域を含むよう、参照領域が、縦１５画素×横１５画素のサイズに設定されたが、参照領域のサイズはこれに限定されるものではない。たとえば、４個のセグメント領域を含むよう、参照領域が、縦１０画素×横１０画素のサイズに設定されても良く、あるいは、６個のセグメント領域を含むよう、参照領域が、縦１０画素×横１５画素のサイズに設定されても良い。

また、上記実施の形態では、セグメント領域のサイズが、縦５画素×横５画素で有ったが、セグメント領域のサイズは、これに限定されるものではない。たとえば、セグメント
領域のサイズが、縦３画素×横３画素または縦７画素×横７画素であっても良く、あるいは、縦７画素×横３画素であっても良い。ただし、セグメント領域のサイズは、１つの画素に基準ドットとサブドットが同時に掛からないよう、基準ドットとサブドットが２画素以上離れるようなサイズに設定するのが望ましい。

また、上記実施の形態では、図６（ｂ）に示す規則に従ってセグメント領域が配置されたが、セグメント領域の配置規則は、これに限定されるものではない。たとえば、上記実施の形態では、１段目において組となる２つのセグメント領域を交互に入れ替えることにより、２段目のセグメント領域が配置されたが、１段目と同じ配列で、２段目のセグメント領域を配置しても良い。

また、上記実施の形態では、図５（ａ）に示す規則に従って、セグメント領域に基準ドットＤＲとサブドットＤＳが配置されたが、セグメント領域におけるドットの配置規則はこれに限定されるものではない。たとえば、基準ドットＤＲの配置位置は、必ずしもセグメント領域の中央で無くても良く、また、サブドットＤＳの配置も、必ずしも外周縁で無くても良い。ただし、基準ドットＤＲとサブドットＤＳは、２画素以上離れるのが望ましく、このためには、基準ドットＤＲはセグメント領域の中央位置に近く、サブドットＤＳはセグメント領域の外周縁に近い位置に位置付けるのが望ましい。

さらに、サブドットＤＳは、セグメント値の上昇に伴って反時計方向に移動するように配置されたが、セグメント値の上昇に伴って時計方向に移動するように配置されても良く、あるいは、セグメント値の上昇に伴って不規則に移動するように配置されても良い。

また、上記実施の形態では、参照領域がセグメント領域を９個含むよう構成されたが、参照領域がセグメント領域を含む数はこれに限定されず、たとえば、参照領域がセグメント領域を一つのみ含んでいても良い。

また、上記実施の形態では、左右方向に隣り合う２つのセグメント領域を組みとして、これら２つのセグメント領域のセグメント値の合計が１７となっていたが、左右方向におけるセグメント値の規則はこれに限定されるものではなく、他の規則が用いられても良い。

なお、本実施の形態のドットパターンは、従来手法の距離情報取得装置、すなわち、予め、基準ドットパターンに対応する画素値等をメモリに保持しておき、ウィンドウ領域に含まれるドットの基準ドットパターン上における位置を探索する手法による距離情報取得装置に用いることも可能である。

また、上記実施の形態では、隣り合うウィンドウ領域が互いに重なるように、ウィンドウ領域が設定されたが、左右に隣り合うウィンドウ領域が、互いに重ならなくても良く、また、上下に隣り合うウィンドウ領域が、互いに重ならなくても良い。また、上下左右に隣り合うウィンドウ領域のずれ量は、１画素に限られるものではなく、ずれ量が他の画素数に設定されても良い。さらに、上記実施の形態では、ウィンドウ領域は、正方形状に設定されたが、長方形であっても良い。

また、上記実施の形態では、三角測量法を用いて距離情報が求められたが、三角測量法による演算なしに、画素ずれ量Ｄｉｊを距離情報として取得しても良く、他の手法で距離情報を取得しても良い。

また、上記実施の形態では、目標領域に照射されるレーザ光の波長帯以外の波長帯の光を除去するためにフィルタ２３０を配したが、たとえば、目標領域に照射されるレーザ光
以外の光の信号成分を、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から出力される信号から除去する回路構成が配されるような場合には、フィルタ２３０が省略され得る。 また、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を用いたが、これに替えて、ＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。また、上記実施の形態では、光源として、レーザ光源１１０を用いたが、これに替えて、ＬＥＤ等の他の光源を用いることもできる。さらに、投射光学系１００および受光光学系２００の構成も、適宜変更可能である。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ … 物体検出装置
２ … 情報取得装置
２１ｂ … 距離取得部
３ … 情報処理装置
１００ … 投射光学系
１１０ … レーザ光源
２００ … 受光光学系
２４０ … ＣＭＯＳイメージセンサ（イメージセンサ）
１２０ … コリメータレンズ
１４０ … ＤＯＥ（回折光学素子）

Claims (11)

1. 光源から出射された光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射光学系と、
   前記投射光学系に対して並ぶように配置され、前記目標領域をイメージセンサにより撮像する受光光学系と、
   実測時に前記イメージセンサにより撮像された前記ドットパターンを含む実測画像に基づいて、前記目標領域に含まれる物体までの距離に関する距離情報を取得する距離取得部と、を備え、
   前記ドットパターンを構成するドットは、所定間隔で並ぶ参照領域毎に、前記ドットパターン上の位置を規定する配置パターンで配置され、
   前記距離取得部は、前記実測画像上に前記参照領域を含むサイズのウィンドウ領域を設定し、前記ウィンドウ領域の前記実測画像上の位置である第１の位置と、前記ウィンドウ領域に含まれるドットから前記配置パターンに基づいて得られる第２の位置とに基づいて、前記距離情報を取得する、
   ことを特徴とする情報取得装置。
2. 請求項１に記載の情報取得装置において、
   前記ドットパターンは、所定サイズのセグメント領域に区分され、前記セグメント領域に含まれるドットは、ドットの配置によって所定の値が取得される所定の配置規則によって配置され、
   前記参照領域は、前記セグメント領域を少なくとも一つ含む、
   ことを特徴とする情報取得装置。
3. 請求項２に記載の情報取得装置において、
   前記参照領域は、前記セグメント領域を複数含み、
   前記参照領域に含まれる前記セグメント領域のドットから取得される前記値の組合せによって、前記参照領域の前記位置が規定される、
   ことを特徴とする情報取得装置。
4. 請求項３に記載の情報取得装置において、
   前記セグメント領域のドットから取得される前記値の前記組合せと、前記参照領域の前記位置とを対応付けたテーブルを保持する記憶部を備え、
   前記距離情報取得部は、前記参照領域について取得される前記値の前記組合せと前記テーブルとに基づいて、当該参照領域に対応する前記位置を取得する、
   ことを特徴とする情報取得装置。
5. 請求項２ないし４の何れか一項に記載の情報取得装置において、
   前記セグメント領域は、前記セグメント領域であることを識別するために前記セグメント領域内に前記配置規則に従って配置された基準ドットと、前記セグメント領域に対する前記値を規定するために前記セグメント領域内に前記配置規則に従って配置されたサブドットとを含む、
   ことを特徴とする情報取得装置。
6. 請求項５に記載の情報取得装置において、
   前記基準ドットと前記サブドットが前記イメージセンサ上において少なくとも２画素離れるように、前記セグメント領域のサイズと前記配置規則が設定されている、
   ことを特徴とする情報取得装置。
7. 請求項５または６に記載の情報取得装置において、
   前記基準ドットは前記セグメント領域の中央に配置され、前記サブドットは、前記セグ
   メント領域の外縁に配置されている、
   ことを特徴とする情報取得装置。
8. 請求項２ないし７の何れか一項に記載の情報取得装置において、
   前記投写光学系と前記受光光学系の並び方向も隣り合う前記セグメント領域から取得される前記値が所定の規則に従うように、前記セグメント領域が配置されている、
   ことを特徴とする情報取得装置。
9. 請求項１ないし８の何れか一項に記載の情報取得装置において、
   前記ドットパターンは、前記投写光学系と前記受光光学系の並び方向に所定の幅を持つ単位ドットパターンが、前記並び方向に繰り返し配置されることにより構成されている、ことを特徴とする情報取得装置。
10. 請求項１ないし９の何れか一項に記載の情報取得装置において、
    前記光源は、レーザ光源であり、
    前記投射光学系は、前記レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が入射するコリメータレンズと、前記コリメータレンズを透過したレーザ光を前記ドットパターンのレーザ光に変換する回折光学素子とを含む、
    ことを特徴とする情報取得装置。
11. 請求項１ないし１０の何れか一項に記載の情報取得装置と、
    前記距離情報に基づいて、所定の対象物体を検出する物体検出部と、を備える、
    ことを特徴とする物体検出装置。

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