JP2014052307A - 情報取得装置および物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】参照領域の移動位置の探索時に生じるドット間の不所望なマッチングを抑制することにより距離情報を精度良く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】情報取得装置は、ドットパターンを持つレーザ光を基準面に照射したときにＣＭＯＳイメージセンサ２４０により撮像された基準画像と、実測時にＣＭＯＳイメージセンサ２４０により撮像された実測画像とに基づいて、距離情報を取得する。ここで、ドットパターンは、基準画像上において、投射光学系１００と受光光学系２００の並び方向における所定の範囲内に、ドットの分布位置が互いに完全に一致しない領域を少なくとも一組含めるための規則に従って構成されている。
【選択図】図４

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、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際に、参照領域の移動位置以外の位置において、参照領域内のドットが実測ドットパターン上のドットに、なるべく重なり合わないことが望ましい。参照領域の移動位置以外の位置でドットが重なり合うと、その位置におけるマッチング度合いが高まり、参照領域に対する探索精度が低下し、結果、距離情報の精度が低下する惧れがある。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、参照領域の移動位置の探索時に生じるドット間の不所望なマッチングを抑制することにより距離情報を精度良く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。この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第１の方向に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、基準面に前記レーザ光を照射したときに前記受光光学系により撮像された基準画像と、実測時に前記イメージセンサにより撮像された実測画像とに基づいて、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は、前記基準画像上において、前記第１の方向における所定の範囲内に、ドットの分布位置が互いに完全に一致しない領域を少なくとも一組含めるための規則に従って構成されている。

本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。この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、参照領域の移動位置の探索時に生じるドット間の不所望なマッチングを抑制することにより距離情報を精度良く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。 実施の形態に係る参照パターンの生成方法を説明する図である。 実施の形態に係る距離検出手法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類似性が起こりにくいドットパターンについて説明する図である。 実施の形態に係るドットパターンの類似性が起こりにくいドットパターンについて説明する図である。 実施の形態に係るドットパターンを示す図である。 実施の形態に係るドットパターンによる作用を説明する図である。 実施の形態に係るドットパターンによる作用を説明する図である。 実施の形態に係るドットパターンによる作用を説明する図である。 実施の形態に係るドットパターンによる作用を説明する図である。 実施の形態に係るグループセルの繰り返し周期を説明する図である。 変更例１に係るドットパターンを示す図である。 変更例１に係るドットパターンによる作用を説明する図である。 変更例２に係るドットパターンを示す図である。 変更例２に係るドットパターンによる作用を説明する図である。 変更例３に係るドットパターンを示す図である。 変更例４に係るドットパターンを示す図である。 変更例４に係るセグメント領域内のドットの分布を示す図である。

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。

以下に示す実施の形態において、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、請求項に記載の「
イメージセンサ」に相当する。Ｘ軸方向とＹ軸方向は、それぞれ、請求項に記載の「第１の方向」と「第２の方向」に相当する。小グループセルＢ１１、Ｂ１２は、請求項に記載の「第１セル領域」と「第２セル領域」に相当し、小グループセルＢ２１、Ｂ２２は、請求項に記載の「第１セル領域」と「第２セル領域」に相当する。グループセルＧ１、Ｇ２、Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ４は、請求項に記載の「グループ領域」に相当する。グループセルＧ５１、Ｇ５２は、請求項８に記載の「領域」に相当する。ＤＯＥ１４０は、請求項に記載の「回折光学素子」に相当する。ただし、上記請求項と本実施の形態との対応の記載はあくまで一例であって、請求項に係る発明を本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１に示すように、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、ステップ型の回折格子が所定のパターンで形成された構造とされる。回折格子は、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。

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、図２に示す構成の他、テレビ４との通信を行うための構成や、Ｃ
Ｄ−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、上記のように、テレビ４の機能を制御する。

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。

ここで、図４、図５を参照して、上記距離検出の方法を説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）は、上記距離検出手法に用いられる参照パターンの設定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。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。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から、撮像有効領域内の画素毎の電気信号が出力される。出力された画素毎の電気信号の値（画素値）は、図２のメモリ２５上に展開される。

以下、反射平面ＲＳからの反射によって得られた全画素値からなる画像を「基準画像」、反射平面ＲＳを「基準面」と称する。そして、図４（ｂ）に示すように、基準画像上に、「参照パターン領域」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。図５（ａ）以降の図においても同様である。

こうして設定された参照パターン領域に対して、所定の大きさを有する複数のセグメント領域が設定される。セグメント領域の大きさは、得られる距離情報による物体の輪郭抽出精度、ＣＰＵ２１に対する距離検出の演算量の負荷および後述する距離検出手法によるエラー発生率を考慮して決定される。

本実施の形態では、セグメント領域の大きさは、横１５画素×縦１５画素に設定される。

図４（ｃ）を参照して、参照パターン領域に設定されるセグメント領域について説明する。なお、図４（ｃ）には、便宜上、各セグメント領域の大きさが横９画素×縦９画素で示され、各セグメント領域の中央の画素が×印で示されている。

セグメント領域は、図４（ｃ）に示すように、隣り合うセグメント領域が参照パターン領域に対して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、あるセグメント領域は、このセグメント領域のＸ軸方向およびＹ軸方向に隣り合うセグメント領域に対して１画素ずれた位置に設定される。このとき、各セグメント領域には、固有のパターンでドットが点在する。よって、セグメント領域内の画素値のパターンは、セグメント領域毎に異なっている。

こうして、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上における参照パターン領域の位置に関する情報と、参照パターン領域に含まれる全画素の画素値（参照パターン）と、参照パターン領域に対して設定されるセグメント領域の情報が、図２のメモリ２５に記憶される。メモリ２５に記憶されるこれらの情報を、以下、「参照テンプレート」と称する。

図２のＣＰＵ２１は、投射光学系１００から検出対象物体の各部までの距離を算出する際に、参照テンプレートを参照する。ＣＰＵ２１は、距離を算出する際に、参照テンプレートから得られる各セグメント領域内のドットパターンのずれ量に基づいて、物体の各部までの距離を算出する。

たとえば、図４（ａ）に示すように距離Ｌｓよりも近い位置に物体がある場合、参照パターン上の所定のセグメント領域Ｓｎに対応するＤＰ光（ＤＰｎ）は、物体によって反射され、セグメント領域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、セグメント領域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、セグメント領域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、セグメント領域Ｓｎに対してＸ軸負方向に変位する。

セグメント領域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からＤＰ光（ＤＰｎ）が照射された物体の部分まで
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。同様にして、他のセグメント領域に対応する物体の部分について、投射光学系１００からの距離が算出される。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。

かかる距離算出では、参照テンプレートのセグメント領域Ｓｎが、実測時においてどの位置に変位したかが検出される。この検出は、実測時にＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に照射されたＤＰ光から得られたドットパターンと、セグメント領域Ｓｎに含まれるドットパターンとを照合することによって行われる。以下、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を、「実測画像」と称する。実測時のＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域は、基準画像取得時と同様に、たとえば、ＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズである。

図５（ａ）〜（ｃ）は、かかる距離検出の手法を説明する図である。図５（ａ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上における基準画像に設定された参照パターン領域を示す図であり、図５（ｂ）は、実測時のＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の実測画像を示す図であり、図５（ｃ）は、実測画像に含まれるＤＰ光のドットパターンと、参照テンプレートのセグメント領域に含まれるドットパターンとの照合方法を説明する図である。なお、便宜上、図５（ａ）、（ｂ）には、一部のセグメント領域のみが示されており、図５（ｃ）には、各セグメント領域の大きさが、横９画素×縦９画素で示されている。

図５（ａ）のセグメント領域Ｓｉの実測時における変位位置を探索する場合、図５（ｂ）に示すように、実測画像上において、セグメント領域Ｓｉと同じ位置にある領域Ｓｉ０を中心にＸ軸方向に＋α画素および−α画素の範囲が探索範囲Ｌ０に設定される。探索時には、セグメント領域Ｓｉが探索範囲Ｌ０において１画素ずつＸ軸方向に送られ、各送り位置において、セグメント領域Ｓｉのドットパターンと実測画像上のドットパターンとが比較される。以下、実測画像上の各送り位置に対応する領域を、「比較領域」と称する。探索範囲Ｌ０には、セグメント領域Ｓｉと同じサイズの比較領域が１画素おきに設定される。探索範囲Ｌ０は、取得しようとする距離の範囲に応じて設定される。取得しようとする距離の範囲が広い程、探索範囲Ｌ０は広くなる。

こうして設定されて探索範囲Ｌ０において、セグメント領域ＳｉをＸ軸方向に１画素ずつ送りながら、各送り位置において、セグメント領域Ｓｉのドットパターンと、各送り位置の比較領域のドットパターンとのマッチング度合いが求められる。このようにセグメント領域Ｓｉを探索範囲Ｌ０内においてＸ軸方向にのみ送るのは、上記のように、通常、セグメント領域のドットパターンは、実測時において、Ｘ軸方向でのみ変位するためである。

上記マッチング度合いの検出時には、セグメント領域Ｓｉの各画素の画素値と、比較領域の対応する画素の画素値との差分が求められる。そして、求めた差分を比較領域の全ての画素について加算した値Ｒｓａｄが、類似度を示す値として取得される。

たとえば、図５（ｃ）のように、一つのセグメント領域中に、ｎ列×ｍ行の画素が含まれている場合、セグメント領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｔ（ｉ，ｊ）と、比較領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｉ（ｉ，ｊ）との差分が求められる。そして、セグメント領域の全ての画素について差分が求められ、その差分の総和により、図５（ｃ）に示す式の値Ｒｓａｄが求められる。値Ｒｓａｄが小さい程、セグメント領域と比較領域との間の類似度が高い。

こうして、図５（ｄ）に示すように、セグメント領域Ｓｉについて、探索範囲Ｌ０内の全ての比較領域に対して値Ｒｓａｄが求められる。そして、求めた値Ｒｓａｄが最小の比較領域が、セグメント領域Ｓｉの移動領域として検出される。なお、このとき、たとえば、値Ｒｓａｄの最小値と２番目に小さい値との差分が所定の閾値を超えない場合、値Ｒｓａｄが最小の比較領域がセグメント領域Ｓｉの移動領域である確からしさが低いとして、セグメント領域Ｓｉの探索がエラーとされる。なお、かかる確からしさの判定方法には、他の基準を用いても良い。

図５（ｂ）の例では、セグメント領域Ｓｉに含まれるドットは、実測画像上において、比較領域Ｃｊの位置に移動している。したがって、この場合、比較領域Ｃｊに対する値Ｒｓａｄが最小となり、比較領域Ｃｊがセグメント領域Ｓｉの移動領域として検出される。そして、比較領域Ｃｊと、セグメント領域Ｓｉと同じ位置にある領域Ｓｉ０との間の、Ｘ軸方向における画素ずれ量が取得される。この画素ずれ量は、図４（ａ）に示す画素ずれ量Ｄに相当する。その後、この画素ずれ量Ｄをもとに、上記のように三角測量法に基づいて、セグメント領域Ｓｉに対する距離情報が取得される。

ところで、このように基準画像上に設定されたセグメント領域の実測画像上における位置を探索する際には、セグメント領域の移動位置以外の位置において、セグメント領域内のドットが実測画像上のドットに、なるべく重なり合わないことが望ましい。セグメント領域の移動位置以外の位置でドットが重なり合うと、その位置における値Ｒｓａｄが小さくなり、セグメント領域に対する探索がエラーとなり易く、結果、距離情報の精度が低下する惧れがある。

たとえば、図５（ｂ）の例において、探索範囲Ｌ０内の比較領域Ｃｋに含まれるドットの一部が、セグメント領域Ｓｉに含まれるドットの一部と重なると、比較領域Ｃｋに対する値Ｒｓａｄが小さくなり、この値Ｒｓａｄと、比較領域Ｃｊに対する値Ｒｓａｄとの差分が小さくなって、探索がエラーになる場合がある。このようなエラー処理は、避けなければならない。

そこで、本実施の形態では、探索範囲Ｌ０内において、セグメント領域内のドットが、当該セグメント領域の移動位置以外の比較領域に含まれるドットとなるべく重ならないように、投射光学系１００から照射されるＤＰ光のドットパターンが、所定の規則に従って構成されている。

図６（ａ）、（ｂ）は、ＤＰ光のドットパターンを構成する際の基本的概念を説明する図である。図６（ａ）は、基準画像上の一部の領域を示す図であり、図６（ｂ）は、実測画像上の一部の領域を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）に示された領域は、それぞれ、探索範囲Ｌ０に相当する幅を持っている。また、図６（ａ）、（ｂ）に示された基準画像と実測画像は、撮像有効領域上において同じ位置にある。なお、図６（ｂ）に示す領域のドットパターンは、図６（ａ）に示す領域のドットパターンに比べて、右方向（Ｘ軸正方向）にややずれている。したがって、図６（ａ）の基準画像上に設定されたセグメント領域Ｓ１のドットは、図６（ｂ）に示す実測画像上において、比較領域Ｃ１の位置に移動している。

図６（ａ）を参照して、ＤＰ光のドットパターンは、基準画像上において、探索範囲Ｌ０に相当する範囲に互いにドットが全く重なり合わない領域を備えるよう構成される。図６（ａ）の例では、領域Ｐ１と領域Ｐ１’は同じサイズであり、これら領域Ｐ１、Ｐ１’に含まれるドットは、領域Ｐ１、Ｐ１’を互いに正確に重ねたときに、各領域に含まれるドットが全く重なり合わない。同様に、領域Ｐ２と領域Ｐ２’は同じサイズであり、これら領域Ｐ２、Ｐ２’に含まれるドットは、領域Ｐ２、Ｐ２’を互いに正確に重ねたときに
、各領域に含まれるドットが全く重なり合わない。

このようにＤＰ光のドットパターンを構成すると、たとえば、図６（ａ）に示す領域Ｐ１を含むセグメント領域Ｓ１を図６（ｂ）の実測画像上において探索する場合、探索範囲Ｌ０内に含まれる比較領域Ｃ１’において、ドットのマッチング度合いが低下し、値Ｒｓａｄが顕著に大きくなる。比較領域Ｃ１’は、領域Ｐ１とドットが全く重なり合わない領域Ｐ１’を、セグメント領域Ｓ１における領域Ｐ１と同じ位置に含んでいる。このため、探索位置が比較領域Ｃ１’の位置にあるとき、セグメント領域Ｓ１と比較領域Ｃ１’との間のマッチング度合いが顕著に低下し、値Ｒｓａｄがかなり大きくなる。

このように、基準画像上において、探索範囲Ｌ０に相当する範囲に互いにドットが全く重なり合わない領域を設けることにより、実測画像上の探索範囲Ｌ０中に、マッチング度合いが顕著に小さい比較領域を設けることができ、少なくとも、この比較領域において不所望に値Ｒｓａｄが小さくなることが抑制され得る。これにより、セグメント領域に対する探索がエラーとなりにくくなり、結果、距離情報の精度が高められ得る。

なお、図６（ａ）は、互いにドットが重なり合わない領域の配置例を模式的に示すものであって、これら領域の基準画像上における配置方法は、図６（ａ）の例に限定されるものではない。互いにドットが重なり合わない領域は、探索範囲Ｌ０内に少なくとも１組以上配置されれば良い。

次に、上記概念に基づくＤＰ光のドットパターンの具体的構成例について説明する。本実施の形態では、互いにドットが重なり合わない２つのドットパターンを持つ領域（以下、「小グループセル」という）を、基準画像上において、所定の規則で並べることにより、ＤＰ光のドットパターンが構成されている。

＜小グループセルの構成＞
図６（ｃ）は、ドットパターンを構成する小グループセルＢ１１、Ｂ１２の構成を示す図である。この小グループセルＢ１１、Ｂ１２は、上記領域Ｐ１、Ｐ１’の一例である。

本実施の形態において、小グループセルＢ１１、Ｂ１２は、基準画像上において、縦７画素×横７画素の領域で区画された領域となっている。便宜上、図６（ｃ）では、ドットが画素の形状に合わせて正方形で示されている。図６（ｃ）において、黒のハッチングが付された正方形がドットを示している。

図６（ｃ）に示すように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２に含まれるドットは、それぞれ、小グループセルＢ１１、Ｂ１２をＸ軸方向に２分割すると共にＹ軸方向に平行な中心軸に対して、Ｘ軸方向に非対称となるよう位置付けられている。また、図６（ｃ）に示すように、小グループセルＢ１１と小グループセルＢ１２の中間にＹ軸に平行な対称軸Ｍを設定すると、小グループセルＢ１１と小グループセルＢ１２に含まれるドットは、対称軸Ｍに対して、対称となるよう位置付けられている。また、ここでは、小グループセルＢ１１、Ｂ１２は、小グループセルＢ１１、Ｂ１２に含まれるドットが、互いに２．５画素以上離れるように構成されている。また、後述のように小グループセルが基準画像上に配置された場合に、隣り合う小グループセル間でドットが隣り合わないよう、小グループセルＢ１１、Ｂ１２の外周縁には、ドットが配置されていない。

図６（ｄ）は、小グループセルＢ１１、Ｂ１２の各行間の相関係数を示す図である。

行１〜７には、それぞれ、小グループセルＢ１１、Ｂ１２の７つの行（Ｘ軸方向のドット群）についての相関係数が示されている。たとえば、図６（ｄ）の行２には、小グルー
プセルＢ１１の２行目と小グループセルＢ１２の２行目との相関係数が示されている。なお、ドットを含まない１、４、７行目では相関係数は求まらない。図６（ｄ）に示すように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２は、ドットを含む４つの行すべてにおいて負の相関性を有する。

なお、図６（ｃ）には、縦７画素×横７画素の小グループセルＢ１１、Ｂ１２に、それぞれ、４個のドットが配置される場合の例が示されたが、小グループセルＢ１１、Ｂ１２に含まれるドットの数は、図６（ｃ）の例に限られるものではない。また、小グループセルＢ１１、Ｂ１２におけるドットの配置位置も、図６（ｃ）の例に限定されるものではない。

ただし、小グループセルＢ１１、Ｂ１２に含まれるドットの数が増加すると、ドット間の間隔が狭くなるため、実測画像上において、一つの画素に２つのドットが同時に掛かり易くなり、ドットの検出精度の低下が懸念される。よって、この問題を回避するためには、図６（ｃ）の例のように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２に含まれるドットの数を４つ程度とし、ドット間の間隔を２．５画素以上に設定するのが望ましい。

図７（ａ）、（ｂ）は、小グループセルＢ１１、Ｂ１２におけるドットの配置規則を説明する図である。

小グループセルＢ１１、Ｂ１２は、図７（ａ）に示す単位セルＡ１を組み合わせることにより構成される。単位セルＡ１は、３行４列の大きさを有し、２行３列目にドットが位置付けられている。

小グループセルＢ１１は、図７（ｂ）に示すように、単位セルＡ１と、単位セルＡ１を時計方向に９０度回転したものと、単位セルＡ１を時計方向に１８０度回転したものと、単位セルＡ１を時計方向に２７０度回転したものとを、それぞれ、小グループセルＢ１１の左上、右上、右下、左下に配置することにより構成される。小グループセルＢ１２は、上記のように、小グループセルＢ１１に対し、対称軸Ｍについて対称となるよう構成される。このため、小グループセルＢ１２には、単位セルＡ１と、単位セルＡ１を時計方向に９０度回転したものと、単位セルＡ１を時計方向に１８０度回転したものと、単位セルＡ１を時計方向に２７０度回転したものが、それぞれ、左下、左上、右上、右下に配置される。

このように単位セルＡ１が配置されることにより、小グループセルＢ１１、Ｂ１２におけるドットの分布が、図６（ｃ）の場合と同様になる。すなわち、小グループセルＢ１１、Ｂ１２に含まれるドットは、それぞれ、小グループセルＢ１１、Ｂ１２をＸ軸方向に２分割すると共にＹ軸方向に平行な中心軸に対して、Ｘ軸方向に非対称となるよう位置付けられる。また、小グループセルＢ１１と小グループセルＢ１２に含まれるドットは、Ｙ軸に平行な対称軸Ｍに対して、対称となるよう位置付けられることとなる。

このように小グループセルＢ１１、Ｂ１２を構成すると、図７（ｂ）の下段に示すように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２を重ねても、小グループセルＢ１１、Ｂ１２に含まれるドットは、重なり合わない。よって、小グループセルＢ１１、Ｂ１２は、図６（ａ）に示す領域Ｐ１、Ｐ１’と同様の機能を発揮する。

また、このように構成された小グループセルＢ１１、Ｂ１２のドット分布は、以下に説明するように、ドットパターンとＣＭＯＳイメージセンサ２４０との間の相対的な回転ずれに強いとの効果が期待できる。なお、このような回転ずれは、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０が受光面に平行な方向に回転した場合の他、ＤＯＥ１４０が光軸周りに回転した場
合にも起こり得る。

図７（ｃ）は、基準画像上における小グループセルＢ１１、Ｂ１２の配置を示す図である。上記のように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２は対称軸Ｍに対して対称であることから、小グループセルＢ１１、Ｂ１２内に含まれるドットは、図７（ｃ）に示すように、Ｘ軸に対して互いに異なる方向にθ１だけ傾いている。具体的には、小グループセルＢ１１に含まれるドットは、Ｘ軸に対して時計方向にθ１だけ傾いており、小グループセルＢ１２に含まれるドットは、Ｘ軸に対して時計方向に−θ１だけ傾いている。

図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示す状態から、実測時に、ドットパターンが時計方向にθ２だけ回転した場合の小グループセルＢ１２に含まれるドットの状態を示す図である。この場合、小グループセルＢ１２に含まれるドットは、Ｘ軸方向に対して（−θ１＋θ２）だけ傾くこととなる。しかし、この傾きは、図７（ｃ）に示す基準画像上の小グループセルＢ１１の傾きと一致しないため、このようにドットパターンが回転した実測画像上において、小グループセルＢ１１を含むセグメント領域に対する探索が行われたとしても、小グループセルＢ１１に含まれるドットが、実測画像上の小グループセルＢ１２に含まれるドットに重なることはない。

図７（ｅ）は、図７（ｄ）に示す状態から、ドットパターンが時計方向にさらに回転している場合の小グループセルＢ１２に含まれるドットの状態を示す図である。この場合、小グループセルＢ１２に含まれるドットの傾きが、図７（ｃ）の基準画像上の小グループセルＢ１１に含まれるドットの傾きと同じとなっているため、セグメント領域の探索の際に、基準画像上の小グループセルＢ１１に含まれるドットが、実測画像上の小グループセルＢ１２に含まれるドットに重なる惧れがある。言い換えれば、小グループセルＢ１１、Ｂ１２に含まれるドットの傾き角θ１が、実測時に起こり得るドットパターンの回転角度に比べて大きければ、基準画像上の小グループセルＢ１１に含まれるドットと、実測画像上の小グループセルＢ１２に含まれるドットが、探索時に、互いに重なり合うことが抑制される。

このように、本実施の形態では、図７（ｂ）に示す小グループセルＢ１１、Ｂ１２内のドットが、所定の角度（図７（ｃ）の角度θ１）だけ、互いに異なる方向に傾いているため、実測時にドットパターンが回転しても、小グループセルＢ１１、Ｂ１２のドットは、探索の際に、互いに重なり合いにくく、不要なマッチングが抑制され得る。よって、図７（ｂ）のように構成された小グループセルＢ１１、Ｂ１２におけるドットの分布は、実測時に起こり得るドットパターンの回転ずれに対して強いと言える。

＜グループセルの構成＞
次に、上記小グループセルを組み合わせて構成されるグループセルについて説明する。

図８（ａ）は、上記小グループセルＢ１１、Ｂ１２により構成されるグループセルＧ１の構成を示す図である。グループセルＧ１は、左上と右下に小グループセルＢ１１が配置され、左下と右上に小グループセルＢ１２が配置されることにより構成される。グループセルＧ１内のドットは、図８（ｂ）に示すように配置される。

このようにグループセルＧ１内のドットが設定されると、グループセルＧ１を左右方向に２分割する分割線によって、グループセルＧ１内のドットが左右対称に位置付けられ、グループセルＧ１を上下方向に２分割する分割線によって、グループセルＧ１内のドットが上下対称に位置付けられる。

＜ドットパターンの構成＞
ＤＰ光のドットパターンは、基準画像上において、グループセルＧ１が以下のように配置されるよう構成される。

すなわち、ＤＰ光のドットパターンは、基準画像上において、複数のグループセルＧ１が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に互いに隣接して配置されるよう構成される。このとき、Ｘ軸方向に隣り合うグループセルＧ１は、図８（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向に２画素だけ互いにずれている。すなわち、各グループセルＧ１は、それぞれ、左側のグループセルＧ１よりも２画素幅だけ上にずれている。また、グループセルＧ１がＹ軸方向に直線状に繰り返し並ぶよう、グループセルＧ１がＹ軸方向に配置される。

こうして、図８（ｄ）に示すように、全体のドットパターンが設定される。なお、図８（ｄ）では、全体のドットパターンの一部が示されており、グループセルＧ１に相当する領域が、太線で示されている。

なお、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０に対するＤＰ光の照射領域は、基準画像が撮像される撮像有効領域よりも広くなっている（図４（ｂ）参照）。本実施の形態では、撮像有効領域がＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズであるため、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の受光面に照射されるＤＰ光のサイズは、ＶＧＡのサイズよりも広く設定される。たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の受光面に照射されるＤＰ光のサイズは、横７００画素×縦５６０画素のサイズとされる。この場合、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の受光面上において、グループセルＧ１は、Ｘ軸方向に５０個（７００／１４＝５０）並び、Ｙ軸方向に４０個（５６０／１４＝４０）並ぶ。ただし、図８（ｄ）に示すように、隣り合うグループセルＧ１は、Ｙ軸方向に２画素ずれているため、列によっては最上段と最下段のグループセルＧ１は、Ｙ軸方向の途中までの部分が含まれることとなる。

投射光学系１００は、図４（ａ）の反射平面ＲＳ（基準面）にＤＰ光を照射したときに、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の受光面上に、以上のような規則に従ってＤＰ光が照射されるよう、構成される。具体的には、このようなドットパターンにてＤＰ光が目標領域に照射されるよう、ＤＯＥ１４０の回折パターンが設定される。

＜ドットパターンによる作用＞
以下、上記のように構成されたドットパターンによる作用について説明する。

図９〜図１１は、ドットパターンとセグメント領域との関係を示す図である。

まず、図９（ａ）を参照して、図９（ａ）の太線で囲まれた領域は、縦１５画素×横１５画素のセグメント領域Ｓａ、Ｓｂを示している。セグメント領域Ｓｂは、セグメント領域Ｓａから７画素だけ右方向にずれている。また、セグメント領域Ｓａには、縦１４画素×横１４画素のグループセルＧ１が含まれている。

図９（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、セグメント領域Ｓａ、Ｓｂの左側７画素部分のドットパターンを示す図である。図９（ｂ）に示すように、セグメント領域Ｓａの左側７画素部分には、小グループセルＢ１１、Ｂ１２が配置されている。また、図９（ｃ）に示すように、セグメント領域Ｓｂの左側７画素部分には、小グループセルＢ１２、Ｂ１１が配置されている。

図９（ｅ）に示すように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２のドットは、互いに、対称軸Ｍについて対称に配置されているため、図９（ｄ）のように、セグメント領域Ｓａ、Ｓｂを互いに重ねても、左側７画素部分のドットは互いに重ならない。したがって、実測画像上においてセグメント領域Ｓａの移動位置を探索する場合、セグメント領域Ｓａの左側７
画素部分のドットは、セグメント領域Ｓｂに対応する比較領域の左側７画素部分のドットと重ならない。

これにより、セグメント領域Ｓａとセグメント領域Ｓｂに対応する比較領域との間の値Ｒｓａｄが大きくなり、この比較領域が、誤って、セグメント領域Ｓａに対応する領域として検出される可能性が低減される。また、このようにセグメント領域Ｓａとこの比較領域との間の値Ｒｓａｄが大きくなるため、この値Ｒｓａｄと、セグメント領域Ｓａの探索位置において取得される値Ｒｓａｄ（最小値）との差がクリアとなる。これにより、この比較領域に対する値Ｒｓａｄの影響によりセグメント領域Ｓａに対する探索がエラーとなることが抑制される。

次に、図１０（ａ）を参照して、図１０（ａ）には、図９（ａ）のセグメント領域Ｓｂに代えてセグメント領域Ｓｃが示されている。セグメント領域Ｓｃは、セグメント領域Ｓａから４画素だけ右方向にずれている。

図１０（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、セグメント領域Ｓａ、Ｓｃの左側３画素部分のドットパターンを示す図である。図１０（ｂ）に示すように、セグメント領域Ｓａの左側３画素部分には、小グループセルＢ１１、Ｂ１２の左側３画素が配置されている。また、図１０（ｃ）に示すように、セグメント領域Ｓｃの左側３画素部分には、小グループセルＢ１１、Ｂ１２の右側３画素が配置されている。

図１０（ｅ）に示すように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２のドットは、それぞれ、小グループセルＢ１１、Ｂ１２を左右に２分する中心軸について非対称に配置されているため、この中心軸で２分された左右の領域を重ねても、各領域のドットは重なり合わない。このため、図１０（ｄ）のように、セグメント領域Ｓａ、Ｓｃを互いに重ねても、左側３画素部分のドットは互いに重ならない。したがって、実測画像上においてセグメント領域Ｓａの移動位置を探索する場合、セグメント領域Ｓａの左側３画素部分のドットは、セグメント領域Ｓｃに対応する比較領域の左側３画素部分のドットと重ならない。

これにより、セグメント領域Ｓａとセグメント領域Ｓｃに対応する比較領域との間の値Ｒｓａｄが大きくなり、この比較領域が、誤って、セグメント領域Ｓａに対応する領域として検出される可能性が低減される。また、このようにセグメント領域Ｓａとこの比較領域との間の値Ｒｓａｄが大きくなるため、この値Ｒｓａｄと、セグメント領域Ｓａの探索位置において取得される値Ｒｓａｄ（最小値）との差がクリアとなる。これにより、この比較領域に対する値Ｒｓａｄの影響によりセグメント領域Ｓａに対する探索がエラーとなることが抑制される。

次に、図１１（ａ）を参照して、図１１（ａ）には、図９（ａ）のセグメント領域Ｓｂに代えてセグメント領域Ｓｄが示されている。セグメント領域Ｓｄは、セグメント領域Ｓａから１４画素だけ右方向にずれている。

図１１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、セグメント領域Ｓａ、Ｓｄのドットパターンを示す図である。図１１（ｃ）に示すように、セグメント領域Ｓｄに含まれるグループセルＧ１は、図１１（ｂ）に示すグループセルＧ１から上方向に２画素ずれている。このため、図１１（ｄ）のように、セグメント領域Ｓａ、Ｓｄを互いに重ねても、縦１４×横１４画素の部分のドットは互いに重ならない。したがって、実測画像上においてセグメント領域Ｓａの移動位置を探索する場合、セグメント領域Ｓａの縦１４×横１４画素の部分のドットは、セグメント領域Ｓｄに対応する比較領域の縦１４×横１４画素の部分のドットと重ならない。

これにより、セグメント領域Ｓａとセグメント領域Ｓｄに対応する比較領域との間の値Ｒｓａｄが大きくなり、この比較領域が、誤って、セグメント領域Ｓａに対応する領域として検出される可能性が低減される。また、このようにセグメント領域Ｓａとこの比較領域との間の値Ｒｓａｄが大きくなるため、この値Ｒｓａｄと、セグメント領域Ｓａの探索位置において取得される値Ｒｓａｄ（最小値）との差がクリアとなる。これにより、この比較領域に対する値Ｒｓａｄの影響によりセグメント領域Ｓａに対する探索がエラーとなることが抑制される。

図９ないし図１１に示されたセグメント領域Ｓｂ〜Ｓｄは、横方向においてセグメント領域Ｓａの近傍にあるため、実測画像上において、セグメント領域Ｓｂ〜Ｓｄに対応する比較領域は、通常、セグメント領域Ｓａに対する探索範囲に含まれる。したがって、上記のように、セグメント領域Ｓｂ〜Ｓｄに対応する比較領域について、セグメント領域Ｓａとのマッチング度合いが低下する（値Ｒｓａｄが大きくなる）と、これらの比較領域によってセグメント領域Ｓａに対する探索がエラーとなることが抑制される。よって、セグメント領域Ｓａに対する距離値の検出精度を高めることができる。

なお、図９〜図１１では、セグメント領域Ｓａの左上の角に、グループセルＧ１の領域の左上の角が整合するように、セグメント領域Ｓａが設定されたが、図１２（ａ）〜（ｄ）のようにセグメント領域Ｓａが設定された場合も、上記と同様の効果が奏され得る。たとえば、図１２（ａ）〜（ｄ）の場合、セグメント領域Ｓａの左側部分に含まれる小グループセルＢ１１、Ｂ１２の部分と、セグメント領域Ｓｂの左側部分に含まれる小グループセルＢ１１、Ｂ１２の部分は、ドットが重なり合わない。よって、セグメント領域Ｓｂに対応する比較領域によって、セグメント領域Ｓａに対する探索がエラーとなることが抑制され得る。

なお、本実施の形態では、グループセルＧ１のサイズが、１４×１４画素に設定されているため、図１３に示すとおり、あるグループセルＧ１に対して上下方向に同じ位置となるグループセルＧ１は、基準画像上において、Ｘ軸方向に１４／２＝７個間隔で並ぶことになり、画素換算すると、７×１４＝９８画素間隔で並ぶことになる。

よって、図８（ｄ）に示すようにドットパターンが設定されると、あるセグメント領域内のドットと、このセグメント領域に対してＸ軸方向に離れた他のセグメント領域内のドットとが、全く同じになる場合、この２つのセグメント領域の間隔は９８画素となる。よって、図５（ｄ）に示す実測時の探索範囲Ｌ０が９８画素以内に設定されることにより、探索範囲内Ｌ０に同じドットパターンを持つ比較領域が含まれることを回避することができる。よって、このように探索範囲Ｌ０を設定することにより、同じドットパターンの２つの比較領域とセグメント領域がマッチングすることにより、値Ｒｓａｄに２つのピークが生じることを防止でき、これによる探索エラーを回避することができる。

なお、本実施の形態では、図８（ａ）に示すように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２の下側に、それぞれ、小グループセルＢ１２、Ｂ１１を配置することにより、グループセルＧ１が構成されたが、これに代えて、小グループセルＢ１１、Ｂ１２の下側に、それぞれ、小グループセルＢ１１、Ｂ１２を配置する構成とすることもできる。しかし、こうすると、同じパターンのグループセルＧ１が、７画素間隔で、上下方向に並ぶことになるため、あるグループセルＧ１に対して上下方向に同じ位置となるグループセルＧ１は、Ｘ軸方向に７／２＝３．５個間隔で並ぶことになり、画素換算すると、３．５×１４＝４９画素間隔で並ぶことになる。このため、この場合、実測時の探索範囲として設定できる上限は、図８（ａ）のようにグループセルＧ１が設定される場合に比べて、小さくなってしまう。

よって、探索範囲を広げるためには、図８（ａ）のように、小グループセルＢ１１、Ｂ１２の下側に、それぞれ、小グループセルＢ１２、Ｂ１１を配置することにより、グループセルＧ１が構成されるのが望ましい。

また、温度条件等によりレーザ光源１１０から出射されるレーザ光の波長が変化すると、実測時にドットが左右方向（Ｘ軸方向）だけでなく上下方向（Ｙ軸方向）にも僅かにずれることが起こり得る。この場合、たとえば、波長変化によるドットの上下方向のずれ量が、実測画像上において、図８（ｃ）に示すグループセルＧ１の上下方向のずれ幅と同じく２画素であると、このように２画素ずらすことにより探索領域Ｒｉ（図５（ｂ）、（ｃ）参照）から外れていたグループセルのドットが、波長変化により、探索範囲内に含まれるようになる。その結果、波長変化により探索範囲に誤って含まれたグループセルＧ１のドットが、探索対象のセグメント領域に含まれるグループセルのドットと一致することとなってしまい、誤った比較領域に対して、マッチングが検出されることが起こり得る。

このような問題は、図８（ｃ）に示すグループセルＧ１のＹ軸方向のずれ幅を、レーザ光の波長変動により想定され得るドットの上下方向の最大変位量よりも大きくすることにより回避できる。しかし、その一方で、グループセルＧ１の上下方向のずれ幅を大きく設定すると、上下方向に同じ位置となるグループセルＧ１がＸ軸方向に現れる間隔が短くなるため、これに応じて、セグメント領域の探索範囲を狭める必要がある。このようなことから、グループセルＧ１の上下方向のずれ幅は、波長変化によるドットの上下方向のずれ量と探索範囲の広さとを考慮して、適宜、適正値に設定される必要がある。

＜実施の形態の効果＞
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏され得る。

図９（ａ）〜（ｅ）、図１０（ａ）〜（ｅ）、図１１（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したように、セグメント領域Ｓａのドットが、セグメント領域Ｓｂ〜Ｓｅに対応する比較領域のドットと一致し難くなるため、セグメント領域Ｓｂ〜Ｓｅに対応する比較領域が、誤って、セグメント領域Ｓａに対応する領域であると検出されることが抑制され得る。

また、セグメント領域Ｓａとセグメント領域Ｓｂ〜Ｓｅに対応する比較領域との間の値Ｒｓａｄの差が大きくなるため、これら比較領域に対する値Ｒｓａｄの影響によりセグメント領域Ｓａに対する探索がエラーとなることが抑制される。よって、セグメント領域Ｓａに対する距離値の検出精度を高めることができる。

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、図７（ｂ）に示す小グループセルＢ１１、Ｂ１２を、図８（ａ）、（ｂ）に示すように組み合わせてグループセルＧ１を構成し、グループセルＧ１を、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように組み合わせてＤＰ光のドットパターンを構成したが、これに限らず、以下の変更例１〜４に示すようにドットパターンが構成されても良い。

＜変更例１＞
図１４（ａ）〜（ｄ）は、変更例１におけるドットパターンの構成を示す図である。

図１４（ａ）に示すように、変更例１のグループセルＧ２の左上と右上には、上記実施の形態と同様、それぞれ、小グループセルＢ１１、Ｂ１２が配置されている。また、グループセルＧ２の下側は、上記実施の形態の下側の小グループセルＢ１１、Ｂ１２を左に３
画素だけずらした構成となっている。グループセルＧ２内のドットは、図１４（ｂ）に示すように配置される。そして、複数のグループセルＧ２を、上記実施の形態と同様、図１４（ｃ）に示すように配置することにより、図１４（ｄ）に示すように、全体のドットパターンが設定される。

この場合も、図１５（ａ）に示すセグメント領域Ｓａ、Ｓｂを、図１５（ｂ）のように重ねても、図９（ｄ）の場合と同様、セグメント領域Ｓａ、Ｓｂの左側７画素の部分のドットは互いに重ならない。

また、図１５（ｃ）に示すセグメント領域Ｓａ、Ｓｃを、図１５（ｄ）のように重ねても、図１０（ｄ）の場合と同様、セグメント領域Ｓａ、Ｓｂの左側３画素の部分のドットは互いに重ならない。

さらに、図示はしないが、本変更例のドットパターンに対して、図１１（ａ）の場合と同様に、隣り合うグループセルＧ２を含む２つのセグメント領域を設定した場合、これら２つのグループセルＧ２は、互いに、上下方向に２画素ずれているため、これらセグメント領域を重ねても、各セグメント領域に含まれるドットが重なり合うことはない。

このように、本変更例１においても、上記実施の形態と同様、探索対象のセグメント領域のドットが、不所望な比較領域のドットと一致し難くなるため、当該セグメント領域に対する探索が不所望にエラーとなることが抑制され得る。

また、本変更例では、上記実施の形態のドットパターンに比べて、ドットが万遍なく分布するため、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の受光面上でドット間の距離が大きくなる。これにより、各ドットに基づく検出信号をより正確に取得することができる。

＜変更例２＞
図１６（ａ）〜（ｄ）は、変更例２におけるドットパターンの構成を示す図である。

図１６（ａ）は、変更例２のグループセルＧ３１、Ｇ３２の構成を示す図である。グループセルＧ３１は、上下にそれぞれ小グループセルＢ１１、Ｂ１２が配置され、グループセルＧ３２は、上下にそれぞれ小グループセルＢ１２、Ｂ１１が配置される。小グループセルＢ１１、Ｂ１２は図６（ｃ）に示したものと同じである。グループセルＧ３１、Ｇ３２内のドットは、図１６（ｂ）に示すように配置される。

本変更例では、４つのグループセルＧ３１が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に互いに隣接するように配置される。このとき、Ｘ軸方向に隣り合う各グループセルＧ３１は、図１１（ｃ）に示すように、それぞれ左側のグループセルＧ３１よりも２画素幅だけ上にずれている。同様に、４つのグループセルＧ３２が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に互いに隣接するように配置される。このとき、Ｘ軸方向に隣り合う各グループセルＧ３２は、図１１（ｃ）に示すように、それぞれ左側のグループセルＧ３２よりも２画素幅だけ下にずれている。

次に、Ｘ軸方向に隣接する４つのグループセルＧ３１の最も右側のグループセルＧ３１と、Ｘ軸方向に隣接する４つのグループセルＧ３２の最も左側のグループセルＧ３２が、互いに隣接するように、４つのグループセルＧ３１と４つのグループセルＧ３２が配置される。こうして、Ｘ軸方向に８つのグループセルが配置されたグループセルＧ３３が構成される。そして、グループセルＧ３３が、Ｘ軸方向に互いに隣接するように配置される。このとき、Ｘ軸方向に隣り合う各グループセルＧ３３は、それぞれ左側のグループセルＧ３３よりも８画素幅だけ上にずれている。こうして、図１６（ｄ）に示すように、全体のドットパターンが設定される。

この場合も、図１７（ａ）に示すセグメント領域Ｓａ、Ｓｂを、図１７（ｂ）のように重ねても、図９（ｄ）の場合と同様、セグメント領域Ｓａ、Ｓｂの左側７画素の部分のドットは互いに重ならない。

また、図１７（ｃ）に示すセグメント領域Ｓａ、Ｓｃを、図１７（ｄ）のように重ねても、図１０（ｄ）の場合と同様、セグメント領域Ｓａ、Ｓｂの左側３画素の部分のドットは互いに重ならない。

このように、本変更例１においても、上記実施の形態と同様、探索対象のセグメント領域のドットが、不所望な比較領域のドットと一致し難くなるため、当該セグメント領域に対する探索が不所望にエラーとなることが抑制され得る。

＜変更例３＞
図１８（ａ）〜（ｅ）は、変更例３におけるドットパターンの構成を示す図である。

本変更例では、図１８（ａ）に示す単位セルＡ２を組み合わせることにより、小グループセルＢ２１、Ｂ２２が構成される。単位セルＡ２は、４行４列の大きさを有し、３行２列目にドットが位置付けられている。小グループセルＢ２１、Ｂ２２は、上記実施の形態と同様、単位セルＡ２を時計方向に９０度回転したものと、単位セルＡ２を時計方向に１８０度回転したものと、単位セルＡ２を時計方向に２７０度回転したものとを配置することにより構成される。

このように構成された小グループセルＢ２１、Ｂ２２に含まれるドットは、上記実施の形態と同様、それぞれ、小グループセルＢ２１、Ｂ２２をＸ軸方向に２分割する中心軸に対して、Ｘ軸方向に非対称となるよう位置付けられ、Ｙ軸に平行な対称軸Ｍに対して、対称となるよう位置付けられる。

このように構成された小グループセルＢ２１、Ｂ２２が、上記実施例と同様、図１８（ｃ）に示すように配置されることにより、グループセルＧ４が構成される。グループセルＧ４内のドットは、図１８（ｄ）に示すように配置される。そして、グループセルＧ４が、上記実施の形態と同様、図８（ｃ）に示すように配置されることにより、図１８（ｅ）に示すように、全体のドットパターンが設定される。

この場合も、上記実施の形態と同様の効果が奏される。また、本変更例のドットの間隔は、上記実施の形態に比べて大きいため、各ドットに基づく検出信号をより正確に取得することができる。

なお、本変更例では、グループセルＧ４のサイズが、１６×１６画素として設定されているため、あるグループセルＧ４に対して上下方向に同じ位置となるグループセルＧ４は、基準画像上において、Ｘ軸方向に１６／２＝８個間隔で並ぶことになり、画素換算すると、８×１６＝１２８画素間隔で並ぶことになる。よって、本変更例では、実測時の探索範囲Ｌ０が１２８画素以内に設定される。このように、本変更例によれば、上記実施の形態に比べて、探索範囲Ｌ０の幅を大きくすることができる。

＜変更例４＞
図１９（ａ）は、変更例４におけるグループセルＧ５１を示す図である。

本変更例では、グループセルＧ５１のサイズは、縦１５画素×横５９画素に設定されている。また、グループセルＧ５１内の左側領域と右側領域のドットは、それぞれ、ｙ＝−
ａｘとｙ＝ａｘで表される直線上に位置するように配置されている。また、グループセルＧ５１内のドットは、Ｘ軸方向にグループセルＧ５１を２分割すると共にＹ軸方向に平行な中心軸に対して、対称となるよう位置付けられている。

本変更例のドットパターンは、このように構成されたグループセルＧ５１が、図１９（ｂ）に示すようにＸ軸方向とＹ軸方向に並べられることで構成される。なお、この場合、Ｘ軸方向の探索範囲Ｌ０の幅は、グループセルＧ５１の横方向の画素数５９よりも小さく設定される。

図２０は、グループセルＧ５１に設定されるセグメント領域と、セグメント領域内に含まれるドットとの関係を模式的に示す図である。図２０に示された正方形は、それぞれセグメント領域を示し、点線は、ドットが並ぶラインを示している。

図２０の最上段左端のセグメント領域は、図１９（ａ）に示すグループセルＧ５１に左端に設定されるセグメント領域に対応する。図２０の最上段に付された矢印は、図１９（ａ）の右方向（Ｘ軸正方向）に対応しており、図２０の最上段の左から２番目のセグメント領域は、図１９（ａ）のグループセルＧ５１の左端のセグメント領域から数画素右方向にずれた位置のセグメント領域である。同様に、図２０の最上段において隣り合うセグメント領域は、図１９（ａ）のグループセルＧ５１において左右方向に数画素ずれた位置にある。図２０の２段目に示されたセグメント領域は、最上段のセグメント領域に続き、３段目に示されたセグメント領域は、２段目のセグメント領域に続き、最下段に示されたセグメント領域は、３段目のセグメント領域に続いている。最下段の右端のセグメント領域は、右隣のグループセルＧ５１に左端に設定されたセグメント領域である。

図２０に示すように、各セグメント領域内のドットのラインは、他のセグメント領域内のドットのラインに対して上下方向にずれている。このため、図２０の最上段において、一つのセグメント領域のドットは、他のセグメント領域のドットと重ならない。同様に、図２０の３段目においても、一つのセグメント領域のドットは、他のセグメント領域のドットと重ならない。ただし、図２０の最上段に示された一つのセグメント領域は、３段目の何れか一つのセグメント領域と、ドットのラインが交差するため、この交差位置にドットが有る場合、両セグメント領域間で、ドットが重なりあう。しかし、この場合も、互いに重なり合うドットは、一つのみである。図２０の他の段のセグメント領域についても同様、ドットのラインが交差する他のセグメント領域とドットが重なる場合がある。この場合も、互いに重なり合うドットは、一つのみである。

このように、本変更例においても、上記実施の形態と同様、探索範囲内に、互いに重ならないセグメント領域を設定することができる。本変更例によるドットパターンでは、ドットが全く重なり合うことのないセグメント領域を多く設定することが可能となり、さらに、セグメント領域間でドットが重なってとしても、重なる数を一つのみに留めることができる。

なお、図１９（ａ）に示すドットパターンは、図１９（ｃ）に示すように設定されても良い。この場合、グループセルＧ５２のサイズは、縦１５×横２９画素に設定される。グループセルＧ５２内のドットは、ｙ＝−ａｘとｙ＝ａｘの２つの直線が重ねられた直線上に位置するように配置される。この場合のドットパターンは、グループセルＧ５２が、図１９（ｄ）に示すようにＸ軸方向とＹ軸方向に並べられることで構成される。なお、この場合、Ｘ軸方向の探索範囲Ｌ０の幅は、グループセルＧ５２の横方向の画素数２９よりも小さく設定される。

この場合も、図１９（ａ）の場合と同様、ドットが互いに重なり合わないセグメント領
域を多く設定することができる。

以上のように、図１９（ａ）〜（ｄ）に示すようにドットパターンが構成される場合も、セグメント領域間でドットが重なりにくくすることができる。よって、上記実施の形態と同様、セグメント領域に対する探索が不所望にエラーとなることを効果に回避することができる。

なお、図１９（ａ）〜（ｄ）の例では、グループセルＧ５１、Ｇ５２上において、ドットが直線状に並ぶよう配置されたが、ドットは、必ずしも直線状に並ばなくともよく、Ｘ軸正方向に進むに従ってＹ軸正方向またはＹ軸負方向に位置が変化する曲線状にドットが並んでいても良い。すなわち、グループセルＧ５１、Ｇ５２上において、ドットが、Ｘ軸方向の位置が一方向に変化することに従ってＹ軸方向の位置が一方向に変化するよう並ぶように配置されれば良い。これにより、上記と同様の効果が奏され得る。

＜他の変更例＞
上記の他、本発明の実施形態は、以下のように変更され得る。

たとえば、上記実施の形態および変更例では、繰り返し配置されるグループセルＧ１、Ｇ２、Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ４、Ｇ５１、Ｇ５２が、所定の大きさに設定されたが、これに限らず、他の大きさに設定されても良い。また、上記実施の形態および変更例では、Ｙ軸方向のグループセルのずれ幅が、所定の大きさ設定されたが、これに限らず、他の大きさに設定されても良い。

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、基準画像に設定されたセグメント領域を、実測画像上において探索するようにしたが、実測画像上に設定された領域のドットパターンに対応するセグメント領域を、基準画像上で探索するようにしても良い。

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。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
３ … 情報処理装置
２１ｂ … 距離取得部
１００ … 投射光学系
１１０ … レーザ光源
１２０ … コリメータレンズ
１４０ … ＤＯＥ（回折光学素子）
２００ … 受光光学系
２４０ … ＣＭＯＳイメージセンサ（イメージセンサ）
Ｂ１１、Ｂ１２ … 小グループセル（第１セル領域、第２セル領域）
Ｂ２１、Ｂ２２ … 小グループセル（第１セル領域、第２セル領域）
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ４ … グループセル（グループ領域）
Ｇ５１、Ｇ５２ … グループセル（領域）
ＲＳ … 反射平面（基準面）

本変更例では、４つのグループセルＧ３１が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に互いに隣接するように配置される。このとき、Ｘ軸方向に隣り合う各グループセルＧ３１は、図１６（ｃ）に示すように、それぞれ左側のグループセルＧ３１よりも２画素幅だけ上にずれている。同様に、４つのグループセルＧ３２が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に互いに隣接するように配置される。このとき、Ｘ軸方向に隣り合う各グループセルＧ３２は、図１６（ｃ）に示すように、それぞれ左側のグループセルＧ３２よりも２画素幅だけ下にずれている。

Claims (10)

1. 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第１の方向に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、
   基準面に前記レーザ光を照射したときに前記受光光学系により撮像された基準画像と、実測時に前記イメージセンサにより撮像された実測画像とに基づいて、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は、前記基準画像上において、前記第１の方向における所定の範囲内に、ドットの分布位置が互いに完全に一致しない領域を少なくとも一組含めるための規則に従って構成されている、
   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、ドットの配置が互いに負の相関性を持つ第１セル領域と第２セル領域が、前記基準画像の全体に配置されるよう構成される、
   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、
   前記第１セル領域と前記第２セル領域は、前記基準画像上において、前記第１の方向に互いに隣り合うように配置される、
   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、
   前記第１セル領域と前記第２セル領域を同じ数だけ含むようグループ領域が構成され、前記第１の方向に隣り合う前記グループ領域が、前記基準画像上において、前記第１の方向に垂直な第２の方向に所定の距離だけ互いにずれるよう配置される、
   ことを特徴とする情報取得装置。
5. 請求項４に記載の情報取得装置において、
   前記グループ領域には、前記第２の方向に前記第１セル領域と前記第２セル領域が隣り合うよう、前記第１セル領域と前記第２セル領域が配置される、
   ことを特徴とする情報取得装置。
6. 請求項２ないし５の何れか一項に記載の情報取得装置において、
   前記第１セル領域には、前記ドットが前記第１の方向に非対称に配置され、
   前記第２セル領域には、前記第１セル領域と前記第２セル領域とを前記第１の方向に並べたときに、前記第１セル領域の前記ドットと前記第２セル領域の前記ドットが前記第１の方向に対称となるように、前記ドットが配置される、
   ことを特徴とする情報取得装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の情報取得装置において、
   前記距離取得部は、前記基準画像に設定されたセグメント領域の移動位置を前記実測画像上において前記第１の方向に探索し、
   前記ドットの分布位置が互いに完全に一致しない前記領域が、前記セグメント領域の探索範囲以下の幅の範囲内に、少なくとも一組含まれる、
   ことを特徴とする情報取得装置。
8. 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、前記第１の方向と当該第１の方向に垂直な第２の方向にそれぞれ所定の幅を有する領域上において、ドットが、前記第１の方向の位置が一方向に変化することに従って前記第２の方向の位置が一方向に変化するよう並ぶように、構成されている、
   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。
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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