JP2014238259A - 情報取得装置および物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサ上において、投射光学系と受光光学系の並び方向に対して垂直な方向にドットの受光位置がずれた場合にも、演算量を抑えつつ、適正に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】情報取得装置は、ドットパターンでレーザ光を投射する投射光学系と、目標領域を撮像する受光光学系と、基準画像上のセグメント領域の、実測画像上の位置をＸ軸方向において探索し、距離情報を取得する距離取得部と、を備える。ドットパターンは、Ｘ軸方向に延びた特徴パターンＦ１〜Ｆ４を有し、距離取得部は、Ｙ軸方向における特徴パターンＦ１〜Ｆ４の位置を検出し、距離情報を取得するための探索を実行する領域を設定する。これにより、Ｙ軸方向にドットがずれた場合にも、演算量を抑えつつ、適正に距離情報を取得できる。
【選択図】図７

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。距離画像センサとして、種々のタイプのものが知られている。

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では、ドットパターンを持つレーザ光の目標領域からの反射光が受光素子によって受光される。そして、ドットの受光素子上の受光位置に基づいて、三角測量法を用いて、検出対象物体の各部（検出対象物体上の各ドットの照射位置）までの距離が検出される（たとえば、特許文献１、非特許文献１）。

特開２０１１−１６９７０１号公報

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、投射光学系と受光光学系が横に並ぶように配置される。この場合、通常、イメージセンサ上のドットの受光位置は、投射光学系と受光光学系の並び方向にのみ変位する。上記物体検出装置では、投射光学系と受光光学系の並び方向のドットの移動量をもとに、距離が検出される。

しかし、イメージセンサの経時変化による取り付け位置のずれ、および光学素子の光学的な収差等の影響によって、イメージセンサ上のドットの受光位置は、投射光学系と受光光学系の並び方向に対して垂直な方向にずれが発生し得る。

この場合、投射光学系と受光光学系の垂直な方向にもドットの移動量を無作為に探索すると、距離検出にかかる演算量が増大し、検出対象物体の距離検出に影響を及ぼす惧れがある。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、イメージセンサ上において、投射光学系と受光光学系の並び方向に対して垂直な方向にドットの受光位置がずれた場合にも、演算量を抑えつつ、適正に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、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、目標領域に所定のドットパターンでレーザ光を投射する投射光学系と、前記投射光学系に対して所定の距離だけ第１の方向に離れ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、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ドットパターンと、実測時に前記イメージセンサにより撮像された実測ドットパターンとを比較し、前記基準ドットパターン上の参照領域の、前記実測ドットパターン上の位置を前記第１の方向において探索し、探索された位置に基づいて、当該参照領域に対する距離情報を取得する距離取得部と、を備える。ここで、前記目標領域に投射された前記ドットパターンは、前記第１の方向に延びた特徴パターンを有する。さらに、前記距離取得部は、前記実測ドットパターンにおいて、前記第１の方向に垂直な第２の方向における前記特徴パターンの位置を検出し、検出した位置と、前記基準パターン上における前記特徴パターンの前記第２の方向における位置との間のずれに基づいて、前記探索を実行する領域を設定する。

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を有する。

本発明によれば、イメージセンサ上において、投射光学系と受光光学系の並び方向に対して垂直な方向にドットの受光位置がずれた場合にも、演算量を抑えつつ、適正に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。 実施の形態に係る投射光学系と受光光学系の外観を示す斜視図である。 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。 実施の形態に係る特徴パターンの縦画素ずれの探索処理を説明する図である。 実施の形態に係る特徴パターンの大きさと特徴パターン領域の位置の関係を説明する図である。 実施の形態に係る距離検出処理の流れを示す図である。 実施の形態に係る特徴パターンのマッチング処理の流れを示す図である。 実施の形態に係る特徴パターンの縦画素ずれ量の取得処理の流れを示す図である。 実施の形態に係る特徴パターンの縦画素ずれの探索処理を説明する図である。 実施の形態に係るオフセットパターンの設定処理の流れを示す図である。 実施の形態に係る縦画素ずれ量に応じた距離検出手法を説明する図である。 変更例に係る特徴パターンの設定例を示す図である。 変更例に係る特徴パターンの設定例を示す図である。 変更例に係る特徴パターンおよび特徴パターン領域の設定例を示す図である。

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。本実施の形態には、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情報取得装置が例示されている。

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

情報取得装置１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、目標領域にある物体各部の距離（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４を介して情報処理装置２に送られる。

情報処理装置２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２は、情報取得装置１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３を制御する。

たとえば、情報処理装置２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２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２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３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。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定のジェスチャをすることにより、チャンネル切り替えやボリュームのＵｐ／Ｄｏｗｎ等、所定の機能をテレビ３に実行させることができる。

また、たとえば、情報処理装置２がゲーム機である場合、情報処理装置２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。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定の動きをすることにより、自身がテレビ画面上のキャラクタとしてゲームの対戦を行う臨場感を味わうことができる。

図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す図である。

情報取得装置１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１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、リーケージミラー１３０と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１４０と、ＦＭＤ（FrontMonitor Diode）１５０とを備えている。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１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、ＰＤ信号処理回路２３と、撮像信号処理回路２４と、入出力回路２５と、メモリ２６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１１
０から出射されたレーザ光を平行光から僅かに広がった光（以下、単に「平行光」という）に変換する。

リーケージミラー１３０は、誘電体薄膜の多層膜からなり、反射率が１００％よりも若干低く、透過率が反射率よりも数段小さくなるように膜の層数や膜厚が設計されている。リーケージミラー１３０は、コリメータレンズ１２０側から入射されたレーザ光の大部分をＤＯＥ１４０に向かう方向（Ｚ軸方向）に反射し、残りの一部分をＦＭＤ１５０に向かう方向（Ｘ軸負方向）に透過する。

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。後述のように、かかるドットパターンは、ランダムなドットパターンの他に、Ｘ軸方向に直線状にドットが並ぶ、規則性をもった特徴的なドットパターンを含んでいる。

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、リーケージミラー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。ドットパターンの各ドットの大きさは、ＤＯＥ１４０に入射する際のレーザ光のビームサイズに応じたものとなる。

ＦＭＤ１５０は、リーケージミラー１３０を透過したレーザ光を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する。

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ＩＲフィルタ（Infrared Filter）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２４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２４に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。

ＣＰＵ２１は、メモリ２６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。ＰＤ信号処理回路２３は、ＦＭＤ１５０から出力された受光量に応じた電圧信号を増幅およびデジタル化してＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、ＰＤ信号処理回路２３から供給される信号をもとに、レーザ制御部２１ａによる処理によって、レーザ光源１１０
の光量を増幅もしくは減少させる判断を行う。レーザ光源１１０の光量を変化させる必要があると判断された場合、レーザ制御部２１ａは、レーザ光源１１０の発光量を変化させる制御信号をレーザ駆動回路２２に送信する。これにより、レーザ光源１１０から出射されるレーザ光のパワーが略一定に制御される。

撮像信号処理回路２４は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０で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２４から供給される信号（撮像信号）をもとに、情報取得装置１から検出対象物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２５は、情報処理装置２とのデータ通信を制御する。

情報処理装置２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２には、同図に示す構成の他、テレビ３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。

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、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動きを検出する。そして、検出された動き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が制御プログラムにより実行される。

また、制御プログラムがテレビ３の機能を制御するためのプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動き（ジェスチャ）を検出する。そして、検出された動き（ジェスチャ）に応じて、テレビ３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が制御プログラムにより実行される。

入出力回路３２は、情報取得装置１とのデータ通信を制御する。

図３は、投射光学系１００と受光光学系２００の設置状態を示す斜視図である。

投射光学系１００と受光光学系２００は、ベースプレート３００に配置される。投射光学系１００を構成する光学部材は、ハウジング１００ａに設置され、このハウジング１００ａがベースプレート３００上に設置される。これにより、投射光学系１００がベースプレート３００上に配置される。１５０ａ、２４０ａは、それぞれ、ＦＭＤ１５０、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０からの信号を回路基板（図示せず）に供給するためのＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）である。

受光光学系２００を構成する光学部材は、ホルダ２００ａに設置され、このホルダ２００ａが、ベースプレート３００の背面からベースプレート３００に取りつけられる。これにより、受光光学系２００がベースプレート３００に配置される。なお、受光光学系２００は、Ｚ軸方向に光学部材が並ぶため、投射光学系１００と比べ、Ｚ軸方向の高さが高く
なっている。ベースプレート３００は、Ｚ軸方向の高さを抑えるために、受光光学系２００の配置位置周辺がＺ軸方向に一段高くなっている。

図３に示す設置状態において、投射光学系１００の射出瞳と受光光学系２００の入射瞳の位置は、Ｚ軸方向において、略一致する。また、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１と目標領域の基準面との距離に応じて、設定される。どの程度離れた目標物を検出対象とするかによって、基準面と情報取得装置１との間の距離が変わる。検出対象の目標物までの距離が近くなるほど、投射光学系１００と受光光学系２００の設置間隔は狭くなる。逆に、検出対象の目標物までの距離が遠くなるほど、投射光学系１００と受光光学系２００の設置間隔は広くなる。

図４（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４（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、同図（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４（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４（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ってレーザ光の強度が高められたドット領域（以下、単に「ドット」という）が、ＤＯＥ１４０による回折作用によって、ランダムな配置で分布するドットパターン（以下、単に「ドットパターン」という）と、ドットがＸ軸方向に直線状に並ぶ特徴的なドットパターン（以下、「特徴パターン」という）が含まれている。特徴パターンは、ＤＰ光の光束領域の４隅近傍に位置付けられている。

目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在すると、これにより反射されたＤＰ光は、図４（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に分布する。

図４（ｂ）には、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上のＤＰ光の全受光領域が破線の枠によって示され、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域に入射するＤＰ光の受光領域が実線の枠によって示されている。ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０がＤＰ光を受光した領域のうち、センサとして信号を出力する領域であり、たとえば、ＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズである。

図４（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４（ｂ）に示すＤｔ０’の位置に入射する。４隅の特徴パターンは、撮像有効領域内に収まるように位置付けられている。また、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５、図６を参照して、上記距離検出の方法を説明する。

図５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５（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、Ｃ
ＭＯＳ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２６上に展開される。

以下、反射面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」、反射面ＲＳを「基準面」と称する。そして、図５（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５（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６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５（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５（ｃ）には、便宜上、各セグメント領域の大きさが横７画素×縦７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５（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。隣り合うセグメント領域の間隔が狭いほど、参照パターン領域内に含まれるセグメント領域の数が多くなり、目標領域の面内方向（Ｘ−Ｙ平面方向）における距離検出の分解能が高められる。

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２６に記憶される。メモリ２６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５（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５（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を検出する。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６（ａ）〜（ｅ）は、かかる距離検出の手法を説明する図である。図６（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６（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６（ｃ）〜（ｅ）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６（ａ）、（ｂ）には、一部のセグメント領域のみが示されており、図６（ｃ）〜（ｅ）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。また、図６（ｂ）の実測画像には、便宜上、図４（ｂ）のように、検出対象物体として基準面より前に人物が存在しており、人物の像が写り込んでいることが示されている。

図６（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６（ｂ）に示すように、実測画像上に、セグメント領域Ｓｉに対して探索領域Ｒｉが設定される。探索領域Ｒｉは、Ｘ軸方向に所定の幅を持っている。セグメント領域Ｓｉが探索領域Ｒｉ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。探索領域Ｒｉには、セグメント領域Ｓｉと同じサイズの比較領域が複数設定され、Ｘ軸方向に隣り合う比較領域は互いに１画素ずれている。

探索領域Ｒｉは、検出対象物体が基準面よりも情報取得装置１に離れる方向、および近づく方向にどの程度の距離を検出可能な範囲とするかによって決定される。図６中では、基準画像上のセグメント領域Ｓｉの画素位置に対応する実測画像上の画素位置から、Ｘ軸負方向にｘ画素ずれた位置からＸ軸正方向にｘ画素ずれた範囲（以下、「探索範囲Ｌｉ」という）においてセグメント領域Ｓｉが送られるように探索領域Ｒｉが設定されている。本実施の形態では、−３０画素ずれた位置から３０画素ずれた位置までの範囲が探索範囲Ｌｉに設定される。

比較領域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、参照テンプレートに記憶されているセグメント領域Ｓｉのドットパターンと、実測画像のＤＰ光のドットパターン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を探索領域Ｒｉ内においてＸ軸方向にのみ送るのは、上記のように、通常、参照テンプレートにより設定されたセグメント領域のドットパターンは、実測時において、Ｘ軸方向の所定の範囲内でのみ変位するためである。

なお、実測時には、検出対象物体の位置によっては、セグメント領域に対応するドットパターンが実測画像からＸ軸方向にはみ出すことが起こり得る。たとえば、参照パターン領域のＸ軸負側のセグメント領域Ｓ１に対応するドットパターンが、基準面よりも遠距離の物体に反射された場合、セグメント領域Ｓ１に対応するドットパターンは、実測画像よ
りもＸ軸負方向に位置づけられる。この場合、セグメント領域に対応するドットパターンは、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域内にないため、この領域については、適正にマッチングすることができない。しかし、このような端の領域以外については、適正にマッチングすることができるため、物体の距離検出への影響は少ない。

なお、端の領域についても、適正にマッチングする場合には、実測時のＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域を、基準画像取得時のＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域よりも、大きくすることができるものを用いれば良い。たとえば、基準画像取得時において、ＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズで撮像有効領域が設定された場合、実測時においては、それよりもＸ軸正方向およびＸ軸負方向に３０画素分大きいサイズで撮像有効領域を設定する。これにより、実測画像が基準画像よりも大きくなるが、端の領域についても、適正にマッチングすることができる。

上記マッチング度合いの検出時には、まず、参照パターン領域の各画素の画素値と実測画像の各セグメント領域の各画素の画素値が２値化されて、メモリ２６に保持される。たとえば、基準画像および実測画像の画素値が８ビットの階調の場合、０〜２５５の画素値のうち、所定の閾値以上の画素が、画素値１に、所定の閾値未満の画素が、画素値０に変換されて、メモリ２６に保持される。その後、比較領域とセグメント領域Ｓｉとの間の類似度が求められる。すなわち、セグメント領域Ｓｉの各画素の画素値と、比較領域に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６（ｃ）のように、一つのセグメント領域中に、ｍ列×ｎ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６（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６（ｄ）に示すように、セグメント領域Ｓｉについて、探索領域Ｒｉの全ての比較領域に対して値Ｒｓａｄが求められる。図６（ｅ）は、探索領域Ｒｉの各送り位置における値Ｒｓａｄの大小が模式的に示されたグラフである。セグメント領域Ｓｉについて、探索領域Ｒｉの全ての比較領域に対して値Ｒｓａｄが求められると、まず、求めた値Ｒｓａｄの中から、最小値Ｂｔ１が参照される。次に、求めた値Ｒｓａｄの中から、２番目に小さい値Ｂｔ２が参照される。最小値Ｂｔ１と２番目に小さい値Ｂｔ２の位置が２画素以上離れた位置であり、且つ、その差分値Ｅｓが閾値未満であれば、セグメント領域Ｓｉの探索はエラーとされる。他方、差分値Ｅｓが閾値以上であれば、最小値Ｂｔ１に対応する比較領域Ｃｉが、セグメント領域Ｓｉの移動領域と判定される。たとえば、図６（ｄ）のように、比較領域Ｃｉは、基準画像上のセグメント領域Ｓｉの画素位置と同位置の実測画像上の画素位置Ｓｉ０よりもＸ軸正方向にα画素ずれた位置で検出される。これは、基準面よりも近い位置に存在する検出対象物体（人物）によって、実測画像上のＤＰ光のドットパターンが基準画像上のセグメント領域ＳｉよりもＸ軸正方向に変位したためである。なお、セグメント領域Ｓｉの大きさが大きいほど、セグメント領域Ｓｉに含まれるドットパターンのユニーク性が増し、上記エラーの発生率が減少する。本実施の形態では、セグメント領域Ｓｉの大きさは、横１５画素×縦１５画素に設定されるため、通常、距離検出がエラーとなることは少なく、適正にマッチングすることができる。

こうして、実測時に取得されたＤＰ光のドットパターンから、各セグメント領域の変位位置が探索されると、上記のように、その変位位置に基づいて、三角測量法により、各セグメント領域に対応する検出対象物体の部位までの距離が求められる。

このようにして、セグメント領域Ｓ１〜セグメント領域Ｓｎまで全てのセグメント領域について、上記同様のセグメント領域の探索が行われる。

ところで、上述のように、通常、実測時において反射されたドットパターンは、Ｘ軸方向のみにずれる。しかし、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の経時変化による取り付け位置のずれ、およびＤＯＥ１４０の光学的な収差等の影響によって、ドットパターンの受光位置がＹ軸方向にずれることが起こり得る。この場合、Ｘ軸方向のみならず、Ｙ軸方向に対しても、ドットパターンのずれ量を検出する必要がある。

そこで、本実施の形態では、ＤＯＥ１４０によって生成された４隅の特徴パターンのＹ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量に応じて、Ｘ軸方向のドットパターンの探索領域ＲｉをＹ軸方向にオフセットさせて、マッチング処理を実行する。

図７、図８は、本実施の形態における特徴パターンのＹ軸方向のずれ量の探索処理を説明する図である。

図７（ａ）を参照して、参照パターン領域の４隅には、Ｘ軸方向に連続的にドットが並ぶ特徴パターンＦ１〜Ｆ４が位置付けられている。また、上記セグメント領域とは別に、特徴パターンＦ１〜Ｆ４の一部を含む所定の大きさの特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４が設定されている。本実施の形態では、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４の大きさは、セグメント領域と同様、横１５画素×縦１５画素に設定されている。これらの特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４の実測時におけるＹ軸方向の変位量を、Ｙ軸方向に探索領域を設定して、上記距離検出手法と同様にして、検出する。

図７（ｂ）に示すように、まず、実測画像上に、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４に対して特徴パターン探索領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４が設定される。特徴パターン探索領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４は、実測画像上の、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４に対応する領域を中心に、Ｙ軸方向に所定の幅を持っている。特徴パターン探索領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４の幅は、実測時にドットパターンにどの程度ずれが起こり得るかを想定して設定される。なお、以下では、実測画像上における、特徴パターンＦ１〜Ｆ４に対応する部分を、特徴パターンＦ１’〜Ｆ４’と表記する。

特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４が特徴パターン探索領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４において１画素ずつＹ軸方向に送られ、上記距離検出手法と同様にして、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４のドットパターンと実測画像上のドットパターンとのマッチング処理が行われる。以下、特徴パターン探索領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４の各送り位置に対応する領域を、「特徴パターン比較領域」と称する。

特徴パターンＦ１〜Ｆ４の長さは、それぞれ、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４のＸ軸方向の長さよりも数段長く設定されている。このため、実測時において、ドットパターンが、ある程度、Ｘ軸方向にずれていたとしても、特徴パターン領域Ｆ１〜Ｆ４が特徴パターン探索領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４に掛かるようになり、後述のように、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４をＹ軸方向にのみ送ることで、適正にマッチングがなされ得る。

図７（ｃ）は、図７（ａ）の特徴パターン領域Ｐ１周辺の一部拡大図、図７（ｄ）は、図７（ｂ）の特徴パターンＰ１周辺の一部拡大図である。なお、特徴パターンＦ２〜Ｆ４および特徴パターン領域Ｐ２〜Ｐ４は、特徴パターンＦ１および特徴パターン領域Ｐ１と、参照パターン領域との上下左右の関係が変わるのみであり、その他は、同様に設定されるため、以下、特徴パターンＦ１、特徴パターン領域Ｐ１についてのみ、説明する。

図７（ｃ）に示すように、特徴パターンＦ１は、参照パターン領域の最左端から右方向にドットが一列に並ぶよう構成されている。Ｘ軸方向における特徴パターンＦ１の長さは、７５画素分に相当する長さになっている。特徴パターン領域Ｐ１は、Ｙ軸方向の中央に特徴パターンＦ１が位置づけられるように設定される。また、特徴パターン領域Ｐ１の左右にそれぞれ３０画素分の特徴パターンＦ１がはみ出すよう、特徴パターンＦ１の中央に特徴パターン領域Ｐ１が設定される。したがって、特徴パターン領域Ｐ１は、その左端が参照パターン領域の最左端から３０画素の位置となるように設定される。

また、特徴パターン領域Ｐ１は、その上端が参照パターン領域の最上端から所定の画素数Δｍだけ離れるように設定される。かかる画素数Δｍは、特徴パターン探索領域Ｒｐ１に応じて設定される。特徴パターン探索領域Ｒｐ１は、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の取り付け位置の経時変化によるずれや、ＤＯＥ１４０の光学的な収差等が生じた場合に、通常、想定され得るドットパターンのＹ軸方向のずれ量に応じて設定される。

たとえば、図７（ｄ）に示すように、想定されるＹ軸正および負方向のドットパターンのずれ量がそれぞれ５画素であれば、特徴パターン探索領域Ｒｐ１は、実測画像上の特徴パターン領域Ｐ１に対応する領域を中心に、Ｙ軸正および負の方向にそれぞれ、５画素の探索範囲Ｌｐ１に設定される。この場合、上記画素数Δｍは、図７（ｃ）に示すように５画素またはそれ以上に設定される。これにより、図７（ｄ）に示すように、特徴パターン探索領域Ｒｐ１を、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域内に収めることができる。この場合、特徴パターンＦ１は、図７（ｃ）に示すように、参照パターン領域の最上端から１３画素の位置に位置づけられる。

なお、特徴パターン領域Ｐ１から左右にそれぞれはみ出す特徴パターンＦの画素数Δｎは、距離測定時に設定されるＸ軸方向の探索範囲Ｌｉに応じて設定される。上記のように探索範囲Ｌｉは、検出対象物体が基準面よりも情報取得装置１に離れる方向、および近づく方向にどの程度の距離を検出可能な範囲とするかによって決定される。本実施の形態では、−３０画素ずれた位置から３０画素ずれた位置の範囲が探索範囲Ｌｉに設定されている。したがって、図７（ｃ）に示すように上記画素数Δｎは、それぞれ、３０画素に設定される。

このように画素数Δｎを設定することにより、検出対象物体が、距離検出可能な範囲のどの位置にあっても、特徴パターンＦ１を特徴パターン探索領域Ｒｐ１内に収めることができる。すなわち、実測時にドットパターンがＸ軸方向にずれたとしても、特徴パターン探索領域Ｒｐ１内に特徴パターンＦ１が掛かるようになる。

図８（ａ）は、平坦な面（検出対象物）が、距離検出が可能な範囲において、最も遠い位置にあるときの、実測画像上の特徴パターンＦ１’の状態を示す図である。この場合、ドットパターンはＸ軸正方向に３０画素だけ移動し、これに応じて、特徴パターンＦ１’が、図７（ｃ）の特徴パターンＦ１の位置からＸ軸正方向に３０画素だけ移動する。しかしながら、上記のように画素数Δｎが３０画素に設定されているため、図８（ａ）に示すように、平坦な面（検出対象物）が、距離検出が可能な範囲において、最も遠い位置にあるときも、特徴パターンＦ１’を特徴パターン探索領域Ｒｐ１に収めることができる。

図８（ｂ）は、平坦な面（検出対象物）が、距離検出が可能な範囲において、最も近い位置にあるときの、実測画像上の特徴パターンＦ１’の状態を示す図である。この場合、ドットパターンはＸ軸負方向に３０画素だけ移動し、これに応じて、特徴パターンＦ１’が、図７（ｃ）の特徴パターンＦ１の位置からＸ軸負方向に３０画素だけ移動する。しかしながら、この場合も、上記のように画素数Δｎが３０画素に設定されているため、特徴
パターンＦ１’を特徴パターン探索領域Ｒｐ１に収めることができる。

なお、図８（ｃ）に示すように、特徴パターン領域Ｐ１の左端が参照パターン領域の最左端に一致するように特徴パターン領域Ｐ１を設定することもできる。この場合、特徴パターン領域Ｐ１の左からはみ出す特徴パターンＦ１の部分は、参照パターン領域から、はみ出す。このため、平坦な面（検出対象物）が基準面にあるとき、実測画像上においても、特徴パターンＦ１’の左側３０画素に相当する部分が、撮像有効領域からはみ出す。しかしながら、このはみ出し部分は、平坦な面（検出対象物）が基準面から遠ざかるにつれて、参照パターン領域内に進入する。そして、平坦な面（検出対象物）が、距離検出が可能な範囲において、最も遠い位置にあるとき、図８（ｄ）に示すように、特徴パターンＦ１’の左側３０画素の部分が特徴パターン探索領域Ｒｐ１内に収まる。よって、図８（ｃ）のように特徴パターン領域Ｐ１を設定した場合も、特徴パターン探索領域Ｒｐ１内に特徴パターンＦ１’を収めることができる。

なお、上記効果を実現するためには、特徴パターン領域Ｐ１の左右からはみ出す特徴パターンＦ１の長さは、３０画素に相当する長さを越えても良い。

以上のように、本実施の形態では、実測時において、ドットパターンがＸ軸、Ｙ軸方向のどちらにずれたとしても、特徴パターンＦ１が特徴パターン探索領域Ｒｐ１内に位置付けられることとなる。よって、適正に特徴パターンＦ１のＹ軸方向のずれ量を検出することができる。

また、経時変化やＤＯＥ１４０の光学的な収差等によるドットパターンのＹ軸方向のずれは、通常、中央から離れるほど、大きくなる。したがって、上記のように参照パターン領域の最も左端、且つ、最も上端付近に特徴パターンＦ１を位置付けることにより、ドットパターンのＹ軸方向のずれを好適に検出することができる。

なお、このように、Ｘ軸方向に延びた特徴パターンＦ１を設定すると、特徴パターンＦ１は、Ｘ軸方向に隣り合う複数のセグメント領域に掛かることになる。このため、特徴パターンＦ１を含むセグメント領域は、特徴パターンＦ１が掛かる１５画素分のドットパターンにおいてのユニーク性が失われ、これに起因して、上記の最小の差分値Ｒｓａｄと２番目に小さい差分値Ｒｓａｄとの差が、小さくなりやすい。しかし、上述のように、セグメント領域は、横１５画素×縦１５画素の大きさを有しているため、特徴パターンＦ１が掛かる以外の部分において、セグメント領域のユニーク性が確保される。このため、このようにセグメント領域に特徴パターンＦ１が位置づけられても、当該セグメント領域に対するマッチング処理は適正に行われ得る。さらに、通常、検出対象物体は、参照パターン領域の中央付近に位置付けられ、他方、特徴パターンＦ１は、上述のように、参照パターン領域の最も左端、且つ、最も上端付近に位置付けられている。このため、検出対象物体に対する距離検出への特徴パターンＦ１の影響はさらに軽微である。

なお、特徴パターン領域Ｐ１の探索時には、特徴パターンＦ１が効果を発揮する。たとえば、検出対象物体が基準位置よりも近いか遠い場合、実測時のドットパターンはＸ軸方向にずれる。この場合、実測画像上の特徴パターン領域Ｐ１に対応する領域も、特徴パターン探索領域Ｒｐ１に対して、Ｘ軸方向にずれる。このため、特徴パターン領域Ｐ１に対応する領域は、特徴パターン探索領域Ｒｐ１内には含まれない。しかしながら、特徴パターン探索領域Ｒｐ１内には、Ｙ軸方向の中央位置に特徴パターンＦ１’が掛かる特徴パターン比較領域が存在する。この特徴パターン比較領域と特徴パターン領域Ｐ１は、何れも、Ｙ軸方向の中央位置に特徴パターンＦ１’、Ｆ１に対応するドットが存在する。このドットは１５画素分存在する。よって、これらドットのマッチングにより、この特徴パターン比較領域との特徴パターン領域Ｐ１との間の差分値Ｒｓａｄが最小になり易く、また、
この差分値Ｒｓａｄと２番目に小さい差分値Ｒｓａｄとの差が、大きくなり易い。よって、この特徴パターン比較領域に対して特徴パターン領域Ｐ１がマッチングすると判定され、この特徴パターン比較領域の位置が特徴パターン領域Ｐ１の移動位置として検出される。そして、この特徴パターン比較領域の位置と特徴パターン領域Ｐ１の位置との差が、特徴パターンのずれとして検出される。

以上のようにして、参照パターン領域に対して特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４が設定され、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４に関する情報が、参照テンプレートとともに、図２のメモリ２６に記憶される。

図９は、本実施の形態における距離検出処理の流れを示す図である。

図９（ａ）は、参照テンプレート生成処理の流れを示す図である。これらの処理は、情報取得装置１のセットアップ時に、設定者によって設定装置を用いて行われる。

参照テンプレート生成処理時には、まず、基準面のみが配置された状態で反射されたＤＰ光を撮像し、基準画像を取得する（Ｓ１１）。このとき、基準画像には、図７（ａ）に示すように、特徴パターンＦ１〜Ｆ４が、４隅に撮像されている。

そして、設定装置は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から得られた基準画像の２値化処理を行う（Ｓ１２）。これにより、基準画像は、ドットの有無が０と１で表現された画像となる。そして、設定装置は、上述の如く、２値化された基準画像上に、セグメント領域を設定し、参照テンプレートを生成する（Ｓ１３）。さらに、設定装置は、図７に示したように、特徴パターンＦ１〜Ｆ４上に特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４を設定する（Ｓ１４）。生成された参照テンプレート、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４に関する情報は、図２のメモリ２６に消去不可能な状態で記憶される。こうして、メモリ２６に記憶された参照テンプレート、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４に関する情報は、距離検出する際にＣＰＵ２１により参照される。

図９（ｂ）は、距離検出時の処理の流れを示す図である。これらの処理は、距離検出時に、情報取得装置１のＣＰＵ２１の距離取得部２１ｂによって行われる。

距離検出時には、まず、目標領域から反射されたＤＰ光を撮像し、実測画像を取得する（Ｓ２１）。このとき、実測画像には、図７（ｂ）に示すように、特徴パターンＦ１〜Ｆ４が、４隅に撮像されている。そして、ＣＰＵ２１は、基準画像と同様に、実測画像の２値化処理を行う（Ｓ２２）。これにより、実測画像は、基準画像同様、ドットの有無が０と１で表現された画像となる。そして、ＣＰＵ２１は、メモリ２６に記憶された特徴パターン領域に関する情報を用いて、特徴パターンの縦画素ずれ量を検出するマッチング処理を行う（Ｓ２３）。なお、特徴パターンマッチング処理については、図１０〜図１２を参照して、後述する。

特徴パターンマッチング処理にて、各特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４の縦画素ずれ量が検出されると、ＣＰＵ２１は、各縦画素ずれ量に応じて、セグメント領域の探索領域を縦方向に補正するためのオフセットパターン設定処理を行う（Ｓ２４）。なお、オフセットパターン設定処理については、図１３、図１４を参照して、後述する。

そして、ＣＰＵ２１は、設定されたオフセットパターンに応じて、セグメント領域の探索領域をＹ軸方向にオフセットさせて、上記距離検出手法の距離マッチング処理を行い（Ｓ２５）、距離検出の処理が完了する。

図１０、図１１は、図９（ｂ）のＳ２３における特徴パターンのマッチング処理の流れを示す図である。

まず、ＣＰＵ２１は、メモリ２６に記憶された参照テンプレートより、基準画像の画素情報（参照パターン）と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を読み込む（Ｓ２０１）。次に、ＣＰＵ２１は、変数ｉに１をセットし（Ｓ２０２）、特徴パターン領域ＰｉのＣＭＯＳイメージセンサ２４０上における位置情報をメモリ２６から読み込み、読み込んだ特徴パターン領域Ｐｉの位置情報とＳ２０１で読み込んだ基準画像の画素情報をもとに、基準画像上の特徴パターン領域Ｐｉの画素情報を設定する（Ｓ２０３）。そして、読み出した特徴パターン領域Ｐｉの位置情報をもとに、基準画像上の特徴パターン領域Ｐｉの位置と同位置の実測画像上の位置を設定する（Ｓ２０４）。

次に、ＣＰＵ２１は、変数ｊに−ｘをセットし（Ｓ２０５）、Ｓ２０４で設定された実測画像上の位置からＹ軸方向にｊ画素離れた位置の特徴パターン比較領域の画素情報を読み込む（Ｓ２０６）。そして、Ｓ２０６で読み込んだ特徴パターン比較領域の画素情報と、Ｓ２０３で読み込んだ特徴パターン領域Ｐｉの画素情報を比較し、図６（ｅ）で示した式により値Ｒｓａｄが算出される（Ｓ２０７）。算出された値Ｒｓａｄは、特徴パターン領域ＰｉのＹ軸方向の画素ずれ量ｊ（変数ｊの値）と関連付けられてメモリ２６に記憶される。

その後、ＣＰＵ２１は、変数ｊがｘに等しいかを判定する（Ｓ２０８）。変数ｊがｘに等しくない場合（Ｓ２０８：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、変数ｊに１を加算し（Ｓ２０９）、処理をＳ２０６に戻す。ｘには、想定され得る縦画素ずれ量として５が設定され、Ｙ軸正方向に５画素ずれた位置からＹ軸負方向に５画素ずれた位置まで、処理Ｓ２０６〜Ｓ２０７の処理が繰り返される。

変数ｊがｘに等しくなると（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、特徴パターン探索領域Ｒｐｉでの特徴パターン領域Ｐｉの探索が完了し、特徴パターン領域Ｐｉの画素ずれ量に関連付けられた値Ｒｓａｄをもとに、特徴パターン領域Ｐｉの縦（Ｙ軸方向）画素ずれ量の取得処理が行われる（Ｓ２１０）。

図１１を参照して、ＣＰＵ２１は、まず、特徴パターン領域Ｐｉについて、Ｙ軸方向の画素ずれ量ｊと関連付けられてメモリ２６に記憶された値Ｒｓａｄから、最小値Ｂｔ１と、２番目に小さい値Ｂｔ２を読み込み、それらの差分値Ｅｓを算出する（Ｓ２２１）。そして、ＣＰＵ２１は、算出した差分値Ｅｓが閾値以上であるかを判定する（Ｓ２２２）。

差分値Ｅｓが閾値以上である場合（Ｓ２２２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、最小値Ｂｔ１の画素ずれ量に対応する特徴パターン比較領域が特徴パターン領域Ｐｉにマッチングしたとみなし、最小値Ｂｔ１の画素ずれ量を図１１（ｂ）に示す縦画素ずれ量テーブルＴに記憶する（Ｓ２２３）。

差分値Ｅｓが閾値未満である場合（Ｓ２２２：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、特徴パターン領域Ｐｉのドットパターンにマッチングする領域がなかったとして、エラーの情報を縦画素ずれ量テーブルＴに設定する（Ｓ２２４）。エラー情報は、通常の縦画素ずれ量と区別可能な値が記憶される。

こうして、特徴パターン領域Ｐｉの比較結果をもとに縦画素ずれ量取得処理が終了する。

図１０に戻り、特徴パターン領域Ｐｉについて、縦画素ずれ量取得処理が完了すると、ＣＰＵ２１は、変数ｉがｎに等しいかを判定する（Ｓ２１１）。変数ｉがｎに等しくない場合（Ｓ２１１：ＮＯ）、変数ｉに１を加算し（Ｓ２１２）、処理をＳ２０３に戻す。ｎには、参照パターン領域に設定された特徴パターン領域の数として４が設定され、参照パターン領域に設定された全ての特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４について、処理Ｓ２０３〜Ｓ２１０の処理が繰り返される。

変数ｉがｎに等しい場合（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、縦画素ずれ量テーブルＴに設定されたエラー情報の補正を行う（Ｓ２１３）。具体的には、縦画素ずれ量テーブルＴにエラー情報が設定されている場合、正常に取得できた他の縦画素ずれ量に基づいて、縦画素ずれ量を補間する。この場合、縦方向の画素ずれは、上下方向に対称に生じる傾向があるため、この点を考慮して、補間を行えば良い。

たとえば、特徴パターン領域Ｐ１についてのみ、縦画素ずれ量がとれていないような場合、同じ行に設定された特徴パターン領域Ｐ３の縦画素ずれ量の２を、特徴パターン領域Ｐ１の縦画素ずれ量として設定する。また、特徴パターン領域Ｐ２、Ｐ４について縦画素ずれ量がとれていないような場合、同じ列に設定された特徴パターン領域Ｐ１、Ｐ３の縦画素ずれ量に負の符号を付した値を、それぞれ、特徴パターン領域Ｐ２、Ｐ３の縦画素ずれ量として設定する。さらに、特徴パターン領域Ｐ２〜Ｐ４について縦画素ずれ量がとれていないような場合、特徴パターン領域Ｐ１の縦画素ずれ量を、特徴パターン領域Ｐ３の縦画素ずれ量として設定し、特徴パターン領域Ｐ１の縦画素ずれ量に負の符号を付した値を、それぞれ、特徴パターン領域Ｐ２、Ｐ４の縦画素ずれ量として設定する。

こうすることで、一部の特徴パターン領域の縦画素ずれ量の取得がエラーとなった場合にも、適正な縦画素ずれ量を用いることができる。なお、全ての縦画素ずれ量がエラーとなった場合は、ＣＰＵ２１は、縦画素ずれ量を０に設定する。

こうして、全ての特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４について、縦画素ずれ量の検出が完了し、処理が終了する。

図１２は、本実施の形態におけるＹ軸負方向、Ｘ軸正方向にドットパターンが３画素ずれた場合の特徴パターンＰ１のマッチング状況の例を模式的に示す図である。

図１２（ａ）に示すように、特徴パターン領域Ｐ１に対応する特徴パターンは、０画素ずれの特徴パターン比較領域Ｃｐ０からＹ軸負方向に３画素、Ｘ軸正方向に３画素ずれたＣＰ０’の位置に変位している。

この場合、図１２（ｂ）に示すように、特徴パターン領域Ｐ１を特徴パターン探索領域Ｒｐ１において、Ｙ軸方向に１画素ずつ送り、ドットパターンを比較すると、Ｙ軸負方向に３画素ずれた位置で、特徴パターンＦ１が実測画像上の特徴パターンＦ１’とマッチングする。このとき、特徴パターンＦ１以外のドットは、実測画像上においてＸ軸正方向にずれているため、ほぼマッチングされない。しかしながら、特徴パターンＦ１が実測画像上の特徴パターンＦ１’とマッチングすることにより、この位置の特徴パターン比較領域Ｃｐ１との差分値Ｒｓａｄが小さくなる。その結果、特徴パターン比較領域Ｃｐ１の位置に特徴パターン領域Ｐ１が移動したと判定され、適正に、縦画素ずれ量が３画素であることが検出される。

なお、たとえば、図１２（ｃ）の比較例に示すように、Ｘ軸方向に延びる特徴パターンが設けられていない場合、Ｙ軸方向の画素ずれを検出するために設定されたドットパターン領域Ｐ１’を、Ｙ軸方向だけではなく、Ｘ軸方向にもずらして、マッチングを行う必要
があり、演算量が増大する。この場合、本実施の形態と同様に、Ｘ軸方向に−３０画素〜３０画素の範囲を検出範囲とすると、Ｘ軸方向に６０画素分ずらし、且つ、Ｙ軸方向に１０画素分ずらして、ドットパターン領域Ｐ１’の縦画素ずれ量を探索する必要があり、演算量は、本実施の形態の略６０倍となる。

他方、本実施の形態では、Ｘ軸方向に延びた特徴パターンを有しているため、特徴パターン領域Ｐ１をＹ軸方向のみにずらすことにより、ドットパターンの縦画素ずれ量を検出することができる。したがって、比較例に比べて、演算量を極めて小さいものとすることができる。

図１３（ａ）は、図９（ｂ）のＳ２４におけるオフセットパターン設定処理の流れを示す図である。図１３（ｂ）は、各セグメント領域とそのセグメント領域の探索領域のオフセット量が模式的に示された図である。なお、図１３（ｂ）には、便宜上、横１６個×縦１２個のセグメント領域が互いに重ならないように簡略化して示されている。また、便宜上、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４とその縦画素ずれ量が併せて示されている。

図１３（ａ）を参照して、まず、ＣＰＵ２１は、図１１（ｂ）に示した縦画素ずれ量テーブルＴに記憶された特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４の縦画素ずれ量を読み込む（Ｓ２３１）。そして、ＣＰＵ２１は、図１３（ｂ）に示すように、読み込んだ特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４の縦画素ずれ量に応じて、４隅のセグメント領域Ｓ１〜Ｓ４に対する探索領域Ｒ１〜Ｒ４のオフセット量を設定する（Ｓ２３２）。

図１３（ｂ）を参照して、左上隅近傍に設定された特徴パターン領域Ｐ１は、縦画素ずれ量が３と検出されている。この縦画素ずれ量に応じ、最も左上隅のセグメント領域Ｓ１のオフセット量が３に設定される。また、同様にして、特徴パターン領域Ｐ２〜Ｐ４の縦画素ずれ量に応じて、セグメント領域Ｓ２のオフセット量が−２、セグメント領域Ｓ３のオフセット量が２、セグメント領域Ｓ４のオフセット量が−１に設定される。

図１３（ａ）に戻り、次に、ＣＰＵ２１は、最左端に設定されたセグメント領域Ｓ１とセグメント領域Ｓ２のオフセット量に基づき、最左端の全てのセグメント領域について、各セグメント領域の上下方向の画素位置に応じて、比例的に各オフセット量を設定する（Ｓ２３３）。このとき、各セグメント領域のオフセット量は、それぞれ整数になるように調整される。したがって、Ｙ軸方向に隣り合うセグメントのオフセット量が互いに等しい場合もある。

図１３（ａ）に戻り、ＣＰＵ２１は、同様にして、最右端に設定されたセグメント領域Ｓ３とセグメント領域Ｓ４のオフセット量に基づき、最右端の全てのセグメント領域について、各セグメント領域の上下方向の画素位置に応じて、比例的に各オフセット量を設定する（Ｓ２３４）。

こうして、最左端および最右端のセグメント領域について、オフセット量が設定されると、ＣＰＵ２１は、最左端と最右端のセグメント領域のオフセット量に基づき、その間にある各行のセグメント領域について、左右方向の画素位置に応じて比例的にオフセット量を設定する。

こうして、ＣＰＵ２１は、上記のようにして設定された各セグメント領域に対するオフセットパターンをメモリ２６に記憶して、処理を完了する。なお、説明の便宜上、横１６個×縦１２個分のセグメント領域に対してオフセット量が設定されたオフセットパターンを説明したが、実際には、上述の如く、セグメント領域は１画素間隔で設定されるため、基準画像の画素数に応じて、横６４０画素×縦４８０画素分のオフセット量が設定された
オフセットパターンが記憶される。

このように、本実施の形態では、４つの特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４の縦画素ずれ量に基づいて、全てのセグメント領域の探索領域のオフセット量を演算することができるため、演算量を抑えつつ、精度よく縦画素ずれ量を検出することができる。

図１４は、図１３のオフセットパターンを用いてセグメント領域の実測画像上の探索領域をオフセットさせる状況を模式的に示す図である。

左上のセグメント領域Ｓ１については、図１３に示すとおりオフセット量が３画素であるため、基準の探索領域Ｒ１から上方向に３画素だけオフセットした探索領域Ｒ１’が設定される。そして、この探索領域Ｒ１’において、セグメント領域Ｓ１に対するマッチング処理が行われる。同様に、右上のセグメント領域Ｓ３については、基準の探索領域Ｒ３から上方向に２画素だけオフセットした探索領域Ｒ３’が設定され、セグメント領域Ｓ２、Ｓ４については、それぞれ、基準の探索領域Ｒ２、Ｒ４から下方向に２画素、１画素だけオフセットした探索領域Ｒ２’、Ｒ４’が設定される。そして、これら探索領域Ｒ２’〜Ｒ４’において、セグメント領域Ｓ２〜Ｓ４に対するマッチング処理が行われる。

なお、図１３の例では、最左端中央のセグメント領域Ｓ４のオフセット量は、０であり、最右端中央のセグメント領域Ｓ５のオフセット量も、０であるため、この行のセグメント領域の探索領域については、オフセットされず、基準の探索領域を用いて各セグメント領域のマッチング処理が行われる。

このように、本実施の形態では、特徴パターン領域Ｐ１〜Ｐ４で検出した縦画素ずれ量に応じて、各セグメント領域の探索領域をオフセットさせることで、実測時において、ドットパターンが縦方向（Ｙ軸方向）にずれたとしても、適正にマッチングすることができる。

以上、本実施の形態によれば、４隅に設定された特徴パターンの縦画素ずれ量に応じたオフセットパターンを用いて、セグメント領域の探索領域がオフセットされてマッチングされるため、実測時において、ドットの受光位置がＹ軸正方向またはＹ軸負方向にずれても、適正に距離を検出することができる。

また、本実施の形態によれば、ＤＯＥ１４０により、Ｘ軸方向にドットが並ぶ特徴パターンが設定されることにより、特徴パターンの縦画素ずれ量をＹ軸方向の探索のみによって、検出できるため、各セグメント領域のオフセット量の演算量を抑えることができる。

また、本実施の形態によれば、４隅の特徴パターン領域の縦画素ずれ量に応じて、全てのセグメント領域のオフセット量を算出して設定できるため、演算量をさらに抑えつつ、精度よく縦画素ずれ量を検出することができる。

また、本実施の形態によれば、特徴パターンは、検出対象物体が位置付けられにくい参照パターン領域の上下左右の端部に位置付けられるため、ドットパターンの縦画素ずれを好適に検出することができる。

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、４つの特徴パターンＦ１〜Ｆ４が、それぞれが参照パターン領域の隅に位置付けられるように設定されたが、特徴パターンの数は、他の数であ
っても良い。たとえば、図１５（ａ）に示すように、少なくとも、２つの特徴パターンＦ１、Ｆ２が、それぞれ、最上端、および最下端に位置付けられても良い。この場合、最上端の全てのセグメント領域には、特徴パターンＦ１に基づいて検出された縦ずれ量に応じたオフセット量が設定され、最下端の全てのセグメント領域には、特徴パターンＦ２に基づいて検出された縦ずれ量に応じたオフセット量が設定される。また、最上端と最下端の間にあるセグメント領域には、各セグメント領域の上下方向の画素位置に応じて、比例的に、オフセット量が設定される。これにより、上記実施の形態と略同様の効果が奏される。

また、２つの特徴パターンＦ１、Ｆ２は、縦方向に並ぶ必要はなく、たとえば、図１５（ｂ）に示すように、対角の位置にあっても良いし、左右の端ではなく、その他の位置にあっても良い。また、図１５（ｃ）に示すように、６つの特徴パターンＦ１〜Ｆ６が位置付けられても良い。これらの場合も、上記実施の形態と同様、各セグメント領域に対して、比例的に、オフセット量が設定される。

さらには、図１５（ｄ）に示すように、１つの特徴パターンＦ１が、参照パターン領域に位置付けられていても良い。この場合、上記実施の形態において特徴パターン領域Ｐ２〜Ｐ４に対するマッチングがエラーであった場合と同様、特徴パターン領域Ｐ１に基づいて取得された参照パターン領域の左上の隅のオフセット量が、参照パターン領域の右上の隅のセグメント領域に設定され、特徴パターン領域Ｐ１に基づいて取得されたオフセット量に負の符号を付加したオフセット量が、左下と右下のセグメント領域にそれぞれ設定される。そして、図１３の場合と同様、これら４つの隅のセグメント領域のオフセット量をもとに、他のセグメント領域のオフセット量が、比例的に設定される。この場合、上記実施の形態に比べ、オフセット量の設定精度が低下するが、一つの特徴パターン領域Ｐ１についてのみ縦画素ずれ量を検出すれば良いため、縦画素ずれ量の検出のための演算量を抑えることができる。

また、特徴パターンが、参照パターン領域の中央付近に設定されても良い。この場合、特徴パターンの位置に検出対象物体が位置付けられやすく、距離検出に影響を及ぼしやすいが、中央付近の縦画素ずれ量をも考慮して、各セグメント領域のオフセット量をより細かく設定できる。

なお、上記実施の形態、および図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示したように、少なくとも、２つの特徴パターンが、それぞれ、最上端、および最下端に位置付けられた方が、それぞれの端部において、縦画素ずれ量を好適に検出することができ、且つ、検出対象物体の距離検出への影響も少なく、より望ましい。

また、上記実施の形態では、所定の領域において、ドットがＸ軸方向に直線状に並ぶように分布することにより、他のランダムなドットパターンと区別可能な特徴パターンが設定されたが、ＤＯＥ１４０によって生成されるＤＰ光のドット数がかなり多いような場合には、所定の領域において、ドットがＸ軸方向に直線状に１つも並ばないように分布することにより、他のランダムなドットパターンと区別可能な特徴パターンが生成されても良い。この場合も、上記実施の形態と同様に、ドットが並ばないことによって特徴づけられたパターンの縦画素ずれ量をＹ軸方向の探索のみによって、検出できるため、演算量を抑えつつ、適正に距離を検出することができる。

また、上記実施の形態では、特徴パターンは、ドットがＸ軸方向に直線上に並ぶことによって、設定されたが、Ｘ軸方向に直線状に延び、且つ、所定の規則性を持つよう構成されていれば、他のパターンで構成されても良い。たとえば、図１６（ａ）のように、ドットが１０画素分連続し、ドットが途切れる隙間が１画素程度と非常に短いようなパターン
で特徴パターンが構成されても良い。この場合、ドットパターンがＸ軸方向にずれることにより、隙間の部分のマッチングがとれなくなるが、隙間よりも線部が数段長く設定されているため、上記実施の形態同様、縦画素ずれ量をＹ軸方向の探索のみによって、適正に検出することができる。

また、上記実施の形態では、特徴パターンは、４隅にそれぞれＹ軸方向に１画素の太さで１本ずつ直線状にドットが並ぶように設定されたが、１本ではなく、２本以上で直線状にドットが並ぶように設定されても良いし（図１５（ｂ）参照）、Ｙ軸方向に２画素以上の太さで直線状にドットが並ぶように設定されても良い（図１５（ｃ）参照）。こうすると、より多い画素数の特徴パターンで、精度よく特徴パターン領域の縦画素ずれ量を演算することができる。しかし、他方、特徴パターンが掛かるセグメント領域では、内部に含まれるランダムドットパターンの割合が減少し、ユニーク性が失われることになる。このため、セグメント領域に対するマッチング処理の観点からは、上記実施の形態のように、特徴パターンは、Ｙ軸方向に１画素の太さで１本ないし２本程度、直線状に並ぶように設定されるのが望ましい。

また、上記実施の形態では、特徴パターンは、特徴パターン領域の中央に位置するように位置付けられたが、図１７（ａ）に示すように、特徴パターン領域Ｐ１の上端に特徴パターンＦ１が位置付けられても良い。この場合、特徴パターンＦ１が、上方向にずれると、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域から外れやすくなるが、図１７（ａ）のように、特徴パターン領域Ｐ１を、参照パターン領域の最上端から想定され得るＹ軸方向のずれ量の５画素数分以上、離れた位置に設定すると、特徴パターンＦ１がＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域から外れることはなく、上記実施の形態同様、縦画素ずれ量をＹ軸方向の探索のみによって、適正にマッチングすることができる。また、本変更例では、特徴パターンＦ１が、上記実施の形態よりも、参照パターン領域の最上端に近い位置に位置付けられるため、一層、特徴パターンが検出対象物体に掛かりにくくなり、より好適に特徴パターンＦ１の縦画素ずれ量を検出することができる。

また、上記実施の形態では、特徴パターン領域Ｐ１は、特徴パターン探索領域Ｒｐ１が撮像有効領域内に収まるように、参照パターン領域の最上端から５画素離れた位置に設定されたが、図１７（ｂ）に示すように、特徴パターン領域Ｐ１は、参照パターン領域の最上端の位置に設定されても良い。この場合、特徴パターン探索領域Ｒｐ１は、上側の領域が、参照パターン領域から外れるため、その領域において、差分値Ｒｓａｄが大きくなる。しかし、少なくとも、実測画像上において特徴パターンＦ１’が撮像有効領域内に位置付けられていれば、実測画像上の特徴パターンＦ１’と特徴パターン領域Ｐ１上の特徴パターンＦ１とが整合する位置の特徴パターン比較領域において、差分値Ｒｓａｄが小さくなり、適正にマッチングがなされ得る。

図１７（ｂ）の例では、特徴パターンＦ１は、上記実施の形態同様、特徴パターン領域Ｐ１の中央に位置付けられているため、実測画像上においてドットパターンが上半分の７画素分、上方向にずれたとしても、特徴パターンＦ１’は、撮像有効領域内に位置付けられる。上述のように、通常、想定され得る縦画素ずれ量は、５画素程度であるため、図１７（ｂ）の例では、実測時において、特徴パターンＦ１’は、撮像有効領域内に位置付けられることとなる。このため、適正に縦画素ずれ量を検出することができる。

また、上記実施の形態では、特徴パターン領域の大きさは、セグメント領域の大きさと同様に、横１５画素×縦１５画素のサイズが設定されたが、セグメント領域と異なるサイズが設定されても良い。セグメント領域の場合、上述のように、サイズを小さくすると、ドットパターンのユニーク性が減少し、マッチングのエラー率が上昇する。他方、特徴パターン領域の場合、Ｘ軸方向にドットが直線状に並ぶ特徴パターンを有するため、ランダ
ムなドットパターンのみを持つセグメント領域よりも、ある程度、ドットパターンのユニーク性が失われにくい。したがって、図１７（ｃ）に示すように、特徴パターン領域Ｐ１は、セグメント領域よりも小さい横９画素×縦９画素のサイズとしても良い。この場合、特徴パターン領域Ｐ１を小さくすることができるため、縦画素ずれ量を探索するためのマッチングにかかる演算量をさらに減少させることができる。また、特徴パターン領域Ｐ１のＸ軸方向に含まれる画素の数も小さくなるため、特徴パターンＦ１のＸ軸方向の長さも上記実施の形態の７５画素から６９画素に抑えることができる。

また、上記実施の形態では、特徴パターンは、深さ方向の距離検出精度、および特徴パターン領域の大きさに応じて、Ｘ軸方向に７５画素分のドットが並んだが、それよりも少ない数、または多い数の画素数のドットが並んでも良い。たとえば、通常の用途では、セグメント領域が２０〜３０画素ずれる位置に検出対象物体が位置付けられるようなことがないようであれば、特徴パターンの長さは、セグメント領域のずらし量（探索範囲）よりも少し少ない画素数分の長さであっても良い。

また、上記実施の形態では、図１３（ｂ）に示すように、各セグメント領域のオフセット量は、各セグメント領域の参照パターン領域上の位置に応じて、比例的に変化させたが、比例的ではなく、参照パターン領域の位置に応じて、所定の重みづけをして変化させても良い。たとえば、レーザ光の出射波長が変動すると、ＤＯＥ１４０の光学特性によって、０次光を中心にドットパターンが放射状に広がる傾向がある。このような場合、ドットパターンの中心からＹ軸正方向またはＹ軸負方向に離れた位置のセグメント領域では、オフセット量を大きくし、中心付近のセグメント領域では、オフセット量を小さくすれば良い。こうすると、レーザ光の出射波長変動の傾向に応じて、適正にマッチングすることができる。

また、上記実施の形態では、特徴パターン領域の縦画素ずれ量の検出がエラーとなった場合、他の縦画素ずれ量の値を補間したが、補間せず、縦画素ずれ量に０を設定しても良い。さらに、上記実施の形態では、特徴パターン領域の縦画素ずれ量の演算において、最小の差分値Ｒｓａｄと２番目に小さい差分値Ｒｓａｄの差に基づいてエラーを判定したが、最小の差分値Ｒｓａｄが所定の閾値よりも、大きい場合にエラーとするように判定しても良い。この場合の閾値は、たとえば、特徴パターン領域に含まれる総画素数から特徴パターン領域に含まれる特徴パターンの画素数を引いた数（たとえば、特徴パターン領域の大きさが横１５画素×１５画素の場合、２１０）が用いられても良い。

また、上記実施の形態では、セグメント領域をＸ軸方向に−３０画素〜３０画素の探索範囲でずらして、距離検出を行ったが、検出対象物体の深さ方向の距離検出精度に応じて、その他の画素数であっても良い。また、上記実施の形態では、特徴パターン領域をＹ軸方向に−５画素〜５画素の探索範囲でずらして、縦画素ずれ量を検出したが、想定され得る縦画素ずれ量に応じて、その他の画素数であっても良い。

また、上記実施の形態では、隣り合うセグメント領域が互いに重なるように、セグメント領域が設定されたが、左右に隣り合うセグメント領域が、互いに重ならないように、セグメント領域が設定されてもよく、また、上下に隣り合うセグメント領域が、互いに重ならないように、セグメント領域が設定されても良い。また、上下左右に隣り合うセグメント領域のずれ量は、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。また、上記実施の形態では、セグメント領域の大きさが１５画素×１５画素が設定されたが、検出精度に応じて、任意に設定可能である。さらに、上記実施の形態では、セグメント領域および特徴パターン領域は、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、基準画像上にセグメント領域を設定し、実測画像上の対応するドットパターンの位置を探索することにより、距離マッチングを行ったが、実測画像上にセグメント領域を設定し、基準画像上の対応するドットパターンの位置を探索することにより、距離マッチングを行っても良い。

また、上記実施の形態では、距離検出のエラー判定として、最も照合率の高いＲｓａｄと、その次に照合率が高いＲｓａｄとの差分が閾値を超えているかに基づいて、エラーが判定されたが、最も照合率の高いＲｓａｄが所定の閾値を超えているかに基づいて、エラーが判定されても良い。

また、上記実施の形態では、セグメント領域と比較領域のマッチング率を算出する前に、セグメント領域と比較領域に含まれる画素の画素値を２値化したが、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０によって得られた画素値をそのまま用いて、マッチングしても良い。また、上記実施の形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０によって得られた画素値をそのまま２値化したが、画素値について、所定の画素の重みづけ処理、および背景光の除去処理、等の補正処理を行った後に、２値化、もしくは多値化しても良い。

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、メモリ２６に記憶されたが、物体の輪郭抽出を主目的とするような場合は、三角測量法を用いた距離を演算せずに、セグメント領域の変位量（画素ずれ量）が距離情報として取得されても良い。

また、上記実施の形態では、１つのレーザ光源１１０と１つのＤＯＥ１４０により、特徴パターンとランダムなドットパターンが生成されたが、たとえば、特徴パターンとランダムなドットパターンが、それぞれ、別々のレーザ光源とＤＯＥ、または、１つのレーザ光源と複数のＤＯＥによって生成されても良い。

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を省略することができる。また、アパーチャ２１０の配置位置は、何れか２つの撮像レンズの間であっても良い。

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。また、情報取得装置１と情報処理装置２は一体化されても良いし、情報取得装置１と情報処理装置２がテレビやゲーム機、パーソナルコンピュータと一体化されても良い。

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 … 情報取得装置
２１ … ＣＰＵ（距離取得部）
２１ｂ … 距離取得部（距離取得部）
２４ … 撮像信号処理回路（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）
Ｓ１〜Ｓｎ … セグメント領域（参照領域）
Ｆ１〜Ｆ６ … 特徴パターン
Ｐ１〜Ｐ６ … 特徴パターン領域

Claims (7)

1. 光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
   目標領域に所定のドットパターンでレーザ光を投射する投射光学系と、
   前記投射光学系に対して所定の距離だけ第１の方向に離れ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、
   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ドットパターンと、実測時に前記イメージセンサにより撮像された実測ドットパターンとを比較し、前記基準ドットパターン上の参照領域の、前記実測ドットパターン上の位置を前記第１の方向において探索し、探索された位置に基づいて、当該参照領域に対する距離情報を取得する距離取得部と、を備え、
   前記目標領域に投射された前記ドットパターンは、前記第１の方向に延びた特徴パターンを有し、
   前記距離取得部は、前記実測ドットパターンにおいて、前記第１の方向に垂直な第２の方向における前記特徴パターンの位置を検出し、検出した位置と、前記基準パターン上における前記特徴パターンの前記第２の方向における位置との間のずれに基づいて、前記探索を実行する領域を設定する、
   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、
   前記距離取得部は、
   前記特徴パターンを含む特徴パターン領域を前記基準ドットパターン上に設定し、前記第２の方向に沿って、前記実測ドットパターンに対する前記特徴パターン領域の探索を実行することにより、前記実測ドットパターン上における前記特徴パターンの位置を検出する、
   ことを特徴とする情報取得装置。
3. 請求項１または２に記載の情報取得装置において、
   前記特徴パターンは、前記ドットパターンのドットが、前記第１の方向に直線状に並ぶよう構成されている、
   ことを特徴とする情報取得装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の情報取得装置において、
   前記イメージセンサの撮像領域は、前記第１の方向と前記第２の方向に平行な辺を有する方形形状を有し、
   前記特徴パターンは、前記基準ドットパターンを前記イメージセンサにより撮像したとき、前記特徴パターンが前記撮像領域の所定の角部分に位置付けられるよう、前記基準ドットパターンに配置される、
   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、
   前記特徴パターンは、前記撮像領域の４つの角部分のうち、少なくとも前記第２の方向に離れる２つの角部分に配置されている、
   ことを特徴とする情報取得装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の情報取得装置において、
   前記投射光学系は、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前記レーザ光を回折によりドットパターンの光に変換する回折光学素子と、を備える、
   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を有する物体検出装置。

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