JP2016105068A - Distance measurement device and distance measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測距装置及び測距方法に係り、特に画像認識により測距を行う測距装置及び測距方法に関する。 The present invention relates to a distance measuring device and a distance measuring method, and more particularly to a distance measuring device and a distance measuring method for performing distance measurement by image recognition.
従来から、カメラを備えていて、画像認識により被測定対象物との間の距離を測定する測距装置が存在する。
たとえば、特許文献1には、ステレオカメラで撮像した基準画像及び比較画像からなる一対の画像の各小領域間のシティブロック距離を演算し、このシティブロック距離の画素単位の離散値が最小となる小領域を互いに対応する小領域として探索し、対応する小領域で対象物までの距離に応じて生じる画素ズレ量を視差として三角測量の原理によって測距を行うステレオ画像による測距装置であって、シティブロック距離の画素単位の離散値が最小となる点を仮の対応点とし、この仮の対応点の前後のシティブロック距離の変化に基づいて、シティブロック距離が連続的に分布し、且つ、シティブロック距離の分布が極小点周りにおいて対称形であるとみなした場合の極小値の位置を特定する手段と、仮の対応点と極小値との差に基づいて、画素ズレ量による視差を1画素以下の分解能で補間する手段とを備えたことを特徴とするステレオ画像による測距装置が記載されている。
特許文献1の装置では、ステレオカメラによる視差(角度差)から輻輳角を求め、既知の基線距離と併せて三角測量の原理に基づく計算をしていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a distance measuring device that includes a camera and measures a distance from an object to be measured by image recognition.
For example, in
In the apparatus of
しかしながら、特許文献1に記載された測距装置は、ステレオカメラを用いているため、搭載する際のサイズや重量が増してしまうと共に、画像処理の負荷が非常に大きくなってしまうという問題があった。
However, since the distance measuring device described in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、小型軽量に適し、画像処理の負荷が少ない測距装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a distance measuring device that is suitable for small size and light weight and has a small image processing load.
本発明の測距装置は、被測定対象物までの距離Lを測定する測距装置において、前記被測定対象物へ特定形状にレーザを照射するレーザ光源と、該レーザ光源により前記被測定対象物へ前記特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し画像データを取得する撮影手段と、前記レーザ光源又は前記撮影手段を指定角度θだけ傾けるチルト駆動機構と、初期位置と、前記チルト駆動機構により指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、前記撮影手段により撮影された画像データ内の前記スポット間の距離Δと、前記特定形状に含まれる既知の長さの比とから、前記スポット間の実際の距離Δ’を算出するスポット間距離算出手段と、該スポット間距離算出手段により算出された前記スポット間の実際の距離Δ’と前記指定角度θとから、前記被測定対象物までの距離Lを算出する被測定対象物距離算出手段とを備えることを特徴とする。
このように構成することで、ステレオカメラと比較すると、カメラが1つとなるので軽量化、小型化が可能となり、画像処理の負荷を小さくすることができる。
The distance measuring device of the present invention is a distance measuring device that measures a distance L to a measurement object, a laser light source that irradiates the measurement object with a laser in a specific shape, and the measurement object by the laser light source. An imaging unit that captures an image of the laser spot irradiated to the specific shape and acquires image data, a tilt driving mechanism that tilts the laser light source or the imaging unit by a specified angle θ, an initial position, and the tilt driving mechanism With respect to the position tilt-driven by the designated angle θ, the distance between the spots Δ in the image data photographed by the photographing means and the ratio of the known lengths included in the specific shape are calculated between the spots. From the spot distance calculation means for calculating the actual distance Δ ′, the actual distance Δ ′ between the spots calculated by the spot distance calculation means, and the specified angle θ, Characterized in that it comprises a measurement object distance calculating means for calculating the distance L to the object to be measured.
With this configuration, since the number of cameras is one as compared to a stereo camera, the weight and size can be reduced, and the load of image processing can be reduced.
本発明の測距装置は、前記特定形状は、指定角度θの方向と直交する方向を長手方向とする円又は楕円形状であり、該円の直径又は該楕円形状の長軸若しくは短軸の長さが前記既知の長さであることを特徴とする。
このように構成することで、円形状又は長手方向をもつ楕円形状とするので、レーザのビーム径が小さい場合と比較すると、画像データ上のビーム輪郭が多少ぼけていても誤差を小さくすることができる。
In the distance measuring apparatus of the present invention, the specific shape is a circle or an ellipse having a direction perpendicular to the direction of the specified angle θ as a longitudinal direction, and the diameter of the circle or the long or short axis of the ellipse. Is the known length.
By configuring in this way, a circular shape or an elliptical shape having a longitudinal direction can be used, so that the error can be reduced even when the beam contour on the image data is somewhat blurred compared with the case where the laser beam diameter is small. it can.
本発明の測距装置は、前記特定形状は、前記被測定対象物に対して平行に照射される2本のレーザ光であり、前記指定角度θの方向と直交する方向のレーザ光の間隔が前記既知の長さであることを特徴とする。
このように構成することで、2つのレーザビームの中心間の長さを検出すれば、精度良くスポット間の距離Δを検出できるので、実際の距離Δ’の算出を精度よくできる。
In the distance measuring apparatus of the present invention, the specific shape is two laser beams irradiated in parallel to the measurement object, and an interval between the laser beams in a direction orthogonal to the direction of the specified angle θ is set. The length is the known length.
With this configuration, if the length between the centers of the two laser beams is detected, the distance Δ between the spots can be detected with high accuracy, and therefore the actual distance Δ ′ can be calculated with high accuracy.
本発明の測距装置は、前記スポット間距離算出手段は、前記画像データ内の前記特定形状に対応する箇所を認識し、認識された箇所の画素数から前記画像データ内の前記スポット間の距離Δを算出することを特徴とする。
このように構成することで、画素数により距離を容易に算出することができる。
In the distance measuring apparatus according to the present invention, the inter-spot distance calculating means recognizes a location corresponding to the specific shape in the image data, and determines the distance between the spots in the image data from the number of pixels at the recognized location. Δ is calculated.
With this configuration, the distance can be easily calculated based on the number of pixels.
本発明の測距装置は、前記チルト駆動機構は、前記レーザ光源又は前記撮影手段を含む光学ユニットが取り付けられた可動体と、前記レーザ光源又は前記撮影手段の光軸方向に交差する軸線回りに前記可動体を揺動可能に支持する2つの支持機構と、前記可動体を前記軸線回りに駆動する駆動手段とを有し、前記支持機構は、前記可動体と軸線方向で離間する2箇所に、前記レーザ光源又は前記撮影手段の光軸方向に対して直交する方向について前記駆動手段と重なる位置に揺動軸が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、可動体の下端部や上端部をピボット等で支持して揺動させる方式(以下、「ピポット支持方式」という。)の場合と比較すると、本発明の方式では揺動軸が駆動手段と重なる位置に設けられているため、ピボット支持方式と本発明の方式とにおいて同じ角度揺動させると、本発明の方式の方が可動体の変位が小さくなり、可動体と固定体とが接触しにくくなる。このため、ピボット支持方式と本発明の方式とにおいて、磁石とコイル間を同じ隙間とするのであれば、本発明の方式の方が指示角度θの傾きを大きくできる。
In the distance measuring apparatus according to the present invention, the tilt driving mechanism includes a movable body to which an optical unit including the laser light source or the imaging unit is attached, and an axis that intersects the optical axis direction of the laser light source or the imaging unit. Two support mechanisms for swingably supporting the movable body, and driving means for driving the movable body about the axis, and the support mechanism are separated from the movable body in two axial directions. A swinging shaft is provided at a position overlapping with the driving means in a direction orthogonal to the optical axis direction of the laser light source or the photographing means.
With this configuration, in the method of the present invention, compared with the method of swinging by supporting the lower end and upper end of the movable body with a pivot or the like (hereinafter referred to as “pivot support method”). Since the moving shaft is provided at a position overlapping the driving means, if the pivot support system and the system of the present invention are swung at the same angle, the method of the present invention reduces the displacement of the movable body, and the movable body and It becomes difficult to contact the fixed body. Therefore, in the pivot support system and the system of the present invention, if the gap between the magnet and the coil is the same, the system of the present invention can increase the inclination of the indicated angle θ.
本発明の測距装置は、前記駆動手段は、磁石とコイルとを含む磁気駆動手段であり、前記指定角度θに対応した電流を前記コイルに流すことにより前記レーザ光源又は前記撮影手段を傾けることを特徴とする。
このように構成することで、ジャイロセンサ等の振れ検出素子がなくとも、電流指令のみでレーザ光源を指定角度θに傾けることができる。
In the distance measuring apparatus of the present invention, the driving means is a magnetic driving means including a magnet and a coil, and the laser light source or the photographing means is tilted by causing a current corresponding to the specified angle θ to flow through the coil. It is characterized by.
With this configuration, the laser light source can be tilted to the specified angle θ only by a current command without a shake detection element such as a gyro sensor.
本発明の測距装置は、前記チルト駆動機構は、前記レーザ光源を指定角度θだけ傾けることを特徴とする。
このように構成することで、レーザ光源は撮影手段より重量が軽いために、駆動力が小さくてすむ。
In the distance measuring apparatus of the present invention, the tilt driving mechanism tilts the laser light source by a specified angle θ.
With this configuration, the laser light source is lighter than the photographing means, so that the driving force is small.
本発明の測距方法は、被測定対象物までの距離Lを測定する測距装置により実行される測距方法において、前記被測定対象物へ特定形状にレーザを照射し、該特定形状に照射されたレーザのスポットの画像を撮影手段により撮影し、照射された前記特定形状のレーザ又は前記撮影手段を指定角度θだけ傾け、初期位置と、指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、前記撮影手段により撮影された画像内の前記スポット間の距離Δと、前記特定形状に含まれる既知の長さの比とから、前記スポット間の実際の距離Δ’を算出し、算出された前記スポット間の実際の距離Δ’と前記指定角度θとから、前記被測定対象物までの距離Lを算出することを特徴とする。
このように構成することで、測距装置において、ステレオカメラと比較すると、カメラが1つとなるので軽量化、小型化が可能となり、画像処理の負荷を小さくすることができる。
The distance measuring method of the present invention is a distance measuring method executed by a distance measuring device that measures a distance L to an object to be measured, irradiating the object to be measured with a laser in a specific shape, and irradiating the specific shape. An image of the laser spot is taken by a photographing means, and the irradiated laser of the specific shape or the photographing means is tilted by a designated angle θ, and an initial position and a position that is tilt-driven by the designated angle θ are The actual distance Δ ′ between the spots is calculated from the distance Δ between the spots in the image photographed by the photographing means and the ratio of the known lengths included in the specific shape, and the calculated spot The distance L to the object to be measured is calculated from the actual distance Δ ′ between them and the specified angle θ.
With such a configuration, the distance measuring apparatus has a single camera as compared with a stereo camera, so that the weight can be reduced and the size can be reduced, and the load of image processing can be reduced.
本発明によれば、特定形状のレーザを、初期位置と、チルト駆動機構により指定角度θだけ傾けた位置とで照射したスポットを撮影し、撮影された画像から距離Lを算出する構成により、小型軽量で画像処理の負荷の低い測距装置を提供することができる。 According to the present invention, a small-sized configuration is obtained by photographing a spot irradiated with a laser having a specific shape at an initial position and a position tilted by a specified angle θ by a tilt drive mechanism and calculating a distance L from the photographed image. A distance measuring device that is lightweight and has a low image processing load can be provided.
<実施の形態>
〔測距装置1の構成〕
まず、図1を参照して、本発明の実施の形態に係る測距装置1の機構部の構成について説明する。
測距装置1は、被測定対象物2(図4)までの距離Lを測定する。測距装置1は、例えば、スマートフォン(Smart Phone)、携帯型PC(Personal Computer)、携帯電話、PDA(Personal Data Assistant)、専用端末、デジタルカメラ(Digital Camera)、車載カメラ、アクションカム等を含む、画像撮像機能を備えた小型、軽量の端末等である。
なお、測距装置1は、自動車や船舶や列車等の乗り物、工作機械、ロボット、建設用機器、工場の機械のアクチュエータ等の距離や長さの測定に用いることも可能である。
<Embodiment>
[Configuration of ranging device 1]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the mechanism part of the distance measuring
The distance measuring
The
測距装置1の機構部は、光学ユニット10、チルト駆動機構20、撮影部30(撮影手段)、及び固定体40を含んで構成される。
The mechanism unit of the
光学ユニット10は、レーザ光源100及びレンズ等の光学素子を含んでいる。
レーザ光源100は、被測定対象物2へ特定形状Sでレーザを照射する。本発明の実施の形態において、この特定形状Sは、撮影部30で画素に渡って形状を確認できる特定直径の円形状である。本実施形態においては、この特定直径は直径数mm〜数十cm程度である。また、レーザ光源100のレーザの波長は、一般的な可視波長の赤色〜緑色〜青色〜紫色、又は混合色の白色等である。また、この他に、レーザの波長として、撮影部30で画像として撮像可能な非可視波長、例えば近赤外線等であってもよい。
光学素子は、レーザを特定直径の円形状に広げて保つためのガラス又は樹脂の凹凸レンズ、プリズム等を含む。本実施形態では、少なくとも数cm〜数百m程度の範囲で、この円形状の特定形状のレーザを殆ど拡散させず被測定対象物2へ照射させる。
なお、光学素子として、レーザを特定直径の円形状から、円形状を拡散させるモード等へ切り替え、撮影部30の照明として利用するための構造とするための機構、絞り等を含んでいてもよい。
The
The
The optical element includes a concavo-convex lens or prism made of glass or resin for keeping the laser in a circular shape having a specific diameter. In the present embodiment, the
Note that the optical element may include a mechanism, a diaphragm, and the like for switching the laser from a circular shape having a specific diameter to a mode in which the circular shape is diffused and using the laser as illumination of the photographing
チルト駆動機構20は、レーザ光源100を指定角度θだけ傾けるための機構である。チルト駆動機構20は、光学ユニット10と、可動体200、支持機構210、及び駆動部220を備えている。
可動体200は、光学ユニット10が取り付けられる軸等の部材である。
支持機構210は、レーザ光源100の光軸Pと交差する軸線(X軸)回りに可動体200を揺動可能に支持する2つのベアリング等の軸受けである。この軸線を、本実施形態では、X軸として示す。また、支持機構210には、可動体200と固定体40との間においてX軸方向で離間する2箇所に、揺動軸211が設けられている。なお、図1においては、X軸とお互い直交する方向をY軸、Z軸とし、光軸P(レンズ光軸、光学素子の光軸)に沿う方向をZ軸とする。
駆動部220は、可動体200をX軸回りに駆動する。具体的には、駆動部220は、コイル221(図2)と磁石222とを含むアクチュエータやモータ等の磁気駆動手段である。駆動部220は、支持機構210を軸止し、固定体40に固定されている。駆動部220は、X軸に対して、支持機構210と重なる位置に備えられている。
The
The
The
The
撮影部30は、CCD(Charge-Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)イメージセンサ等と、機械若しくは電子シャッター等のシャッターとを備える、静止画及び/又は動画の撮像手段である。
撮影部30は、被測定対象物2へ特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し、画像データ610(図2)を取得する。この際、撮影部30は、光学ユニット10のレーザ光源100が照射される際の初期位置と、チルト駆動機構20により初期位置から指定角度θだけチルト駆動された位置とについて画像データ610を取得する。本実施形態では、このレーザ照射と駆動の際、シャッターを解放しておき、レーザ光源100の光跡が「ブレ画像」として撮像される。
The
The
固定体40は、支持機構210を介して可動体200をX軸回りに揺動可能に支持するための部材である。固定体40は、測距装置1のケースに取り付け可能であり、レーザ光源100及び撮影部30の光を透過するよう少なくとも一面が開口されている。
なお、図1においては、固定体40を箱状の形状に記載した。しかしながら、固定体40の形状は任意である。
The fixed
In addition, in FIG. 1, the fixed
次に、図2により、測距装置1の制御構成について説明する。
測距装置1は、上述の機構部に加え、制御部50と記憶部60とを含んでいる。
制御部50は、CPU(Central Processing Unit)、マイクロコントローラ、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の制御演算手段である。また、制御部50は、各種I/O(Input / Output)回路、電流測定回路とA/Dコンバータ(Analog to Digital Converter)とを備えている。また、制御部50は、画像認識のためのアクセレレータ等を含んでいてもよい。
記憶部60は、RAM(Random Access Memory )、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等の一時的でない記憶媒体である。
Next, the control configuration of the
The
The
The
制御部50は、駆動撮影指示部500(駆動撮影指示手段)、スポット間距離算出部510(スポット間距離算出手段)、及び被測定対象物距離算出部520(被測定対象物距離算出手段)を含んでいる。
The
駆動撮影指示部500は、測距の開始と終了とに際して、光学ユニット10と、チルト駆動機構20と、撮影部30とを制御する。
駆動撮影指示部500は、測距を開始した場合、撮影部30のシャッターを開放させて被測定対象物2(図1)の撮影を開始させる。この上で、駆動撮影指示部500は、角度電流値テーブル600を読み出して、指定角度θに対応した電流をコイル221に流すよう制御する。すると、駆動部220により、レーザ光源100が指定角度θだけ駆動される。その後、駆動撮影指示部500は、撮影部30のシャッターを閉じさせ、画像データ610を取得させる。
なお、図1、図2においては、X軸の左右に同様の駆動部220がある例を示しているものの、磁気駆動手段は片側だけに設けられていてもよい。また、駆動撮影指示部500は、図示しない超音波センサ等により、被測定対象物2と撮影部30とが略垂直で相対したことを検出してから撮影を開始するようにしてもよい。
The drive
When starting the distance measurement, the drive photographing
1 and 2 show an example in which there are
スポット間距離算出部510は、撮影部30により撮影された画像データ610内のスポット間の画素数の距離Δを算出する。具体的には、スポット間距離算出部510は、画像データ610から特定形状に対応するスポットの箇所を各種画像認識により認識する。この上で、スポット間距離算出部510は、認識された特定形状のスポット間の画素数をカウントし、スポット間の画素数の距離Δを算出する。また、スポット間距離算出部510は、認識された特定形状に対応する箇所から、特定形状に含まれる「既知の長さ」A’に対応する画素の長さAを算出する。この「既知の長さ」A’は、本実施形態では円形状における円の直径である。また、スポット間距離算出部510は、特定形状データ620を記憶部60から読み出して、特定形状に含まれる「既知の長さ」A’と、「既知の長さ」A’に対応する画素の長さAとの比を算出する。スポット間距離算出部510は、算出された比と、画素数の距離Δとから、スポット間の実際の距離Δ’を算出する。
The inter-spot
被測定対象物距離算出部520は、スポット間距離算出部510により算出されたスポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、被測定対象物2までの距離Lを算出する。この算出のための式は、下記の式(1)となる:
距離L = 実際の距離Δ’ / tanθ …… 式(1)
The measured object
Distance L = actual distance Δ ′ / tan θ (1)
また、記憶部60は、角度電流値テーブル600、画像データ610、及び特定形状データ620を記憶する。
角度電流値テーブル600は、複数の指定角度θに対応した電流値のテーブルである。この角度電流値テーブル600の値に従ってコイル221に電流が流されると、チルト駆動機構20が指摘角度θに傾けられる。
画像データ610は、撮影部30により取得された画像のデータである。画像データ610は、例えば、BMP(Bitmap)やJPEG(Joint Photographic Experts Group)等の形式のファイルである。また、画像データ610は、動画データから静止画像を切り出して抽出した静止画像のファイルであってもよい。
特定形状データ620は、特定形状の定義データ、特定形状に含まれる「既知の長さ」A’のデータ等を含んでいる。また、本実施形態において、特定形状データ620は、光学ユニット10から照射される円形状のレーザの直径に対応する長さのデータを含んでいる。
In addition, the
The angle current value table 600 is a table of current values corresponding to a plurality of designated angles θ. When a current is passed through the
The
The
なお、駆動撮影指示部500、スポット間距離算出部510、及び被測定対象物距離算出部520は、記憶部60に記憶された制御プログラム(図示せず)を制御部50が実行することで、それぞれの機能を実行する。
The drive photographing
〔本発明の実施の形態に係る測距処理〕
次に、図3〜図5により、本発明の実施の形態に係る測距処理について説明する。
本実施形態の測距処理では、被測定対象物2(図4)へ特定形状にレーザを照射し、可動体200をX軸回りに回転させて、照射された特定形状のレーザを指定角度θだけ傾ける。この際、初期位置と、指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、レーザのスポットの画像を撮影する。そして、撮影された画像内のスポット間の画素数の距離Δと、特定形状に含まれる既知の長さの比とから、スポット間の実際の距離Δ’を算出する。最終的に、算出されたスポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、被測定対象物2までの距離Lを算出する。
本実施形態の測距処理は、主に制御部50が、記憶部60に記憶された制御プログラムを、各部と協働し、ハードウェア資源を用いて実行する。
以下で、図3のフローチャートにより、本実施形態の測距処理をステップ毎に詳しく説明する。
[Ranging process according to the embodiment of the present invention]
Next, distance measurement processing according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the distance measuring process of the present embodiment, a laser beam is irradiated onto the measurement object 2 (FIG. 4) in a specific shape, the
In the distance measurement processing of the present embodiment, the
Hereinafter, the distance measurement processing of the present embodiment will be described in detail for each step with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS101)
まず、駆動撮影指示部500が、レーザ照射撮影開始処理を行う。
駆動撮影指示部500は、測距を開始する際、チルト駆動機構20を初期位置に移動させ、撮影部30にシャッターを開かせ、撮影を開始させるよう指示する。
また、記憶部60の角度電流値テーブル600から、指定角度θに対応する値を読み出す。
なお、この状態では、光学ユニット10と被測定対象物2とは、光軸Pに対して、ほぼ垂直に対向している。
(Step S101)
First, the drive
When starting the distance measurement, the drive
Further, the value corresponding to the specified angle θ is read from the angle current value table 600 of the
In this state, the
(ステップS102)
次に、駆動撮影指示部500が、チルト駆動処理を行う。
駆動撮影指示部500は、チルト駆動機構20の駆動部220のコイル221に電流を流し始める。
この際、駆動撮影指示部500は、電流測定回路により、コイル221に流れる電流を監視する。
(Step S102)
Next, the driving photographing
The drive photographing
At this time, the drive photographing
(ステップS103)
次に、駆動撮影指示部500は、角度電流値テーブル600の値に対応して規定の電流が流れているか否かを判定する。駆動撮影指示部500は、電流測定回路により、指定角度θだけ傾けるように電流が流れたことを検知した場合、Yesと判定する。制御部50は、それ以外の場合には、Noと判定する。
Yesの場合、駆動撮影指示部500は、処理をステップS104に進める。
Noの場合、駆動撮影指示部500は、処理をステップS102に戻して電流の監視を続ける。
(Step S103)
Next, the drive photographing
In the case of Yes, the drive
In the case of No, the drive
(ステップS104)
指定角度θだけ傾けるように電流が流れた場合、駆動撮影指示部500が、レーザ照射駆動終了処理を行う。
駆動撮影指示部500は、撮影部30にシャッターを閉じ、画像データ610を取得するよう指示する。これにより、画像データ610が、撮影部30から記憶部60に、DMA(Direct Memory Access)転送等で保存される。
(Step S104)
When the current flows so as to be tilted by the specified angle θ, the drive
The drive photographing
図4及び図5により、上述のレーザを照射し傾ける際のスポットの関係について説明する。
図4の側面図では、光学ユニット10が初期位置から下に、指定角度θだけ傾けられたことを示している。
図5の左図は、レーザの照射直後の被測定対象物2のスポットを示している。
図5の右図は、指定角度θだけ傾けられた状態のスポットの光跡として、実際に取得されるブレ画像を示している。
With reference to FIGS. 4 and 5, the relationship of the spots when the laser is irradiated and tilted will be described.
The side view of FIG. 4 shows that the
The left figure of FIG. 5 shows the spot of the
The right diagram in FIG. 5 shows a blurred image that is actually acquired as a light trace of a spot that is tilted by a specified angle θ.
(ステップS105)
次に、スポット間距離算出部510が、スポット間距離算出処理を行う。
スポット間距離算出部510は、特定形状データ620を読み出す。また、スポット間距離算出部510は、保存された画像データ610を画像認識して、特定形状を検出する。本実施形態の場合、スポット間距離算出部510は、例えば、レーザの波長に対応した色の円形状のスポットが移動した光跡を認識する。
図5によると、スポット間距離算出部510は、この上で、特定形状に含まれる「既知の長さ」A’に対応する画素の長さAを算出する。
(Step S105)
Next, the spot-to-spot
The spot
According to FIG. 5, the inter-spot
また、スポット間距離算出部510は、初期位置の際のレーザによる特定形状Sのスポットを認識して、このスポットの最大の長さを直径として認識する。スポット間距離算出部510は、この直径の画素数を、画素の長さAとして算出する。
また、スポット間距離算出部510は、画像データ610内のスポット間の画像上の距離である、画素数の距離Δについても算出する。スポット間距離算出部510は、ブレ画像における指定角度θの傾き後の特定形状S’のレーザのスポットを認識する。スポット間距離算出部510は、このS’のスポットについて、傾きの方向と垂直方向における最大の長さとなる線(長軸)の位置を認識する。スポット間距離算出部510は、この上で、Sのスポットの直径と、S’のスポットの線との間の画総数を、スポット間の画素数の距離Δとして算出する。
Further, the spot-to-spot
The spot-to-spot
スポット間距離算出部510は、下記の式(2)の関係から、実際の距離Δ’を算出する。
画素の長さA : 「既知の長さ」A'
= 画素数の距離Δ : 実際の距離Δ’ …… 式(2)
これにより、画素の長さAからスポット間の実際の距離Δ’を精度よく算出できる。
なお、スポット間距離算出部510は、円形状のレーザが傾いていることにより、僅かにS’のスポットが歪むため、これを補正してもよい。
The spot-to-spot
Pixel length A: “known length” A ′
= Distance of the number of pixels Δ: Actual distance Δ ′ (2)
Thereby, the actual distance Δ ′ between the spots can be accurately calculated from the pixel length A.
Note that the spot-to-spot
(ステップS106)
次に、被測定対象物距離算出部520が、被測定対象物距離算出処理を行う。
被測定対象物距離算出部520は、スポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、上述の式(1)にて、被測定対象物2までの距離Lを算出する。
被測定対象物距離算出部520は、算出した距離Lを出力する。この際、被測定対象物距離算出部520は、図示しないディスプレイや他の機器等に実際の距離Lを表示しても、他のプログラム等の処理に用いられるよう数値の値だけ出力してもよい。
以上により、本発明の実施の形態に係る測距処理を終了する。
(Step S106)
Next, the measured object
The measured object
The measured object
Thus, the distance measuring process according to the embodiment of the present invention is completed.
〔本実施形態の主な効果〕
以上のように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
従来、特許文献1のような技術では、ステレオカメラを用いて画像処理を行って測距をしていた。
これに対して、本発明の実施の形態に係る測距装置1は、被測定対象物2までの距離Lを測定する測距装置1において、被測定対象物2へ特定形状にレーザを照射するレーザ光源100と、レーザ光源100により被測定対象物2へ特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し画像データ610を取得する撮影部30と、レーザ光源100を指定角度θだけ傾けるチルト駆動機構20と、初期位置と、チルト駆動機構20により指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、撮影部30により撮影された画像データ610内のスポット間の距離Δと、特定形状に含まれる既知の長さの比とから、スポット間の実際の距離Δ’を算出するスポット間距離算出部510と、スポット間距離算出部510により算出されたスポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、被測定対象物2までの距離Lを算出する被測定対象物距離算出部520とを備えることを特徴とする。
このように構成することで、ステレオカメラと比較すると、カメラが1つとなるので軽量化、小型化が可能となる。また、画像処理の負荷を小さくすることができる。また、リアルタイム(実時間)での測距が可能となる。
[Main effects of this embodiment]
With the configuration described above, the following effects can be obtained.
Conventionally, in the technique as disclosed in
On the other hand, the
With this configuration, since the number of cameras is one as compared with a stereo camera, the weight and size can be reduced. In addition, the load of image processing can be reduced. In addition, distance measurement in real time (real time) is possible.
また、従来、レーザの反射時間等を測定することで測距を行うような測距装置も存在した。
しかしながら、このような従来の測距装置では、測距を行うためのレーザの波長が固定されていた。
これに対して、本実施形態に係る測距装置1は、赤外線等を含め、撮影部30で撮影可能なレーザの波長であれば、測距が可能となる。このため、例えば、波長変更可能なレーザや撮影光源用のレーザ等でも測距に使用できる。
Conventionally, there has been a distance measuring device that performs distance measurement by measuring a laser reflection time or the like.
However, in such a conventional distance measuring device, the wavelength of the laser for distance measurement is fixed.
On the other hand, the
また、本発明の実施の形態に係る測距装置1は、特定形状が、指定角度θの方向と直交する方向を長手方向とする円形状であり、円の直径又の長さが前記既知の長さであることを特徴とする。
このように構成したことで、画像データ610中の円形の直径を算出するだけで、容易に画素の長さAを算出できる。また、円形状であるので、被測定対象物2が多少傾いていても、容易に画素の長さAを算出でき、距離Lの測定精度を高めることができる。
In the
With this configuration, the pixel length A can be easily calculated simply by calculating the diameter of the circle in the
また、本発明の実施の形態に係る測距装置1は、スポット間距離算出部510が、画像データ610内の特定形状に対応する箇所を認識し、認識された箇所の画素数から画像データ610内のスポット間の距離Δを算出することを特徴とする。
このように構成することで、画素数によりスポット間の距離Δを検出できるので、画像からの長さの認識の負担を減らして、容易に距離Lを算出することができる。
In the
With this configuration, since the distance Δ between spots can be detected based on the number of pixels, the distance L can be easily calculated while reducing the burden of length recognition from the image.
また、本発明の実施の形態に係る測距装置1は、チルト駆動機構20が、レーザ光源100を含む光学ユニット10が取り付けられた可動体200と、レーザ光源100の光軸方向に交差するX軸回りに可動体200を揺動可能に支持する2つの支持機構210と、可動体200をX軸回りに駆動する駆動部220とを有し、支持機構210は、可動体200とX軸方向で離間する2箇所に、X軸方向について駆動部220と重なる位置に揺動軸211が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、可動体をピボットで支持して揺動させるピポット支持方式と比較すると、本実施形態の測距装置1では、光軸Pの方向に対して直交するX軸方向からみたとき、支持機構210が駆動部220と重なる位置に設けられていることとなる。このため、ピポット支持方式と本実施形態の測定装置1とを比べると、可動体200を揺動させた際に可動体200の変位が小さくなり、可動体200と固定体40とが接触しにくくなる。このため、ピポット支持方式と本実施形態の測定装置1とにおいて、磁石とコイル間を同じ隙間とするのであれば、本実施形態の測定装置1の方が指定角度θの傾きを大きくすることが可能となり、被測定対象物2に対して適切な角度に傾けることが可能になる。
In the
With this configuration, compared to the pivot support system in which the movable body is supported by the pivot and oscillated, the
また、本発明の実施の形態に係る測距装置1は、駆動部220が、磁石222とコイル221とを含む磁気駆動手段であり、指定角度θに対応した電流をコイル221に流すことによりレーザ光源100を傾けることを特徴とする
このように構成したことで、ジャイロセンサ等の振れ検出素子がなくとも、電流指令のみで指摘角度を傾けることができる。このため、測距装置1の構成を簡略化でき、コストを削減できる。
In the
また、本発明の実施の形態に係る測距装置1は、チルト駆動機構20が、レーザ光源100を指定角度θだけ傾けることを特徴とする。
このように構成することで、レーザ光源100は、撮影部30より重量が軽いために、撮影部30を可動体200に含めてこれら全体を傾けるよりも駆動力が小さくなる。このため、レーザ光源100を傾けるのに必要な電流消費を少なくし、又、素早く傾けて撮像することが可能となる。
In addition, the
With this configuration, the
〔他の実施の形態〕
<他の実施の形態1>
なお、上述の実施の形態として、レーザの特定形状として、特定直径の円形状であるように記載した。しかしながら、レーザの特定形状は、円形以外のものも可能である。
図6によると、本発明の他の実施の形態1として、指定角度θの方向と直交する方向を長手方向とする楕円形状であり、楕円形状の長軸の長さが「既知の長さ」である楕円形の特定形状を用いることも可能である。
この場合、楕円形状の初期位置の特定形状S2のスポット、指摘角度θの傾き後の特定形状S2’のスポットについて、長手方向の長軸の長さを、上述の画素の長さAとして取得する。これにより、上述の実施の形態と同様にように距離Lを算出可能である。
このように長手方向を長くした楕円形状とすることで、レーザの直径が小さい円形状の場合と比較して、ビーム輪郭が多少ボケていても、誤差を小さくすることができる。つまり、ボケがスポット径の大きさに比較して大きくなる場合、スポットの長さを大きくすることで、誤差が少なくなる。
[Other Embodiments]
<
In the above embodiment, the specific shape of the laser is described as a circular shape having a specific diameter. However, the specific shape of the laser can be other than circular.
According to FIG. 6, as another
In this case, for the spot of the specific shape S2 at the initial position of the elliptical shape and the spot of the specific shape S2 ′ after the inclination of the indication angle θ, the length of the major axis in the longitudinal direction is acquired as the pixel length A described above. . Thereby, the distance L can be calculated as in the above-described embodiment.
By using an elliptical shape with a long longitudinal direction in this way, the error can be reduced even if the beam contour is somewhat blurred compared to a circular shape with a small laser diameter. That is, when the blur becomes larger than the spot diameter, the error is reduced by increasing the length of the spot.
<他の実施の形態2>
また、図7によると、本発明の他の実施の形態2として、特定形状が、被測定対象物2に対して平行に照射される2本のレーザ光であり、指定角度θの方向と直交する方向のレーザ光の間隔が既知の長さであるよう構成することも可能である。
このように構成することで、2つのレーザによる特定形状となる、S3aとS3bのスポット間の長さを、「既知の長さ」A’に対応する画素の長さAとして算出可能である。この際、レーザのビーム強度などにより2つのレーザの中心間の距離を画素の長さAとして検出すれば、精度良く検出できる。
このため、実際の距離Δ’の算出を精度よくできる。また、レーザの直径を広げたり楕円形にしたりするための光学素子が必要なくなるため、コストを低減できる。
<
Further, according to FIG. 7, as another
With this configuration, the length between the spots of S3a and S3b, which has a specific shape by the two lasers, can be calculated as the pixel length A corresponding to the “known length” A ′. At this time, if the distance between the centers of the two lasers is detected as the pixel length A based on the laser beam intensity or the like, it can be detected with high accuracy.
For this reason, the actual distance Δ ′ can be accurately calculated. Further, since an optical element for expanding the diameter of the laser or making it oval is not necessary, the cost can be reduced.
<その他の実施の形態>
なお、上述の実施の形態、他の実施の形態1、及び他の実施の形態2では、撮影部30がシャッターを開いたまま、レーザ光源100が初期位置から指定角度θまでチルト駆動された位置の被測定対象物2の画像を取得するよう記載した。しかしながら、撮影部30は、初期位置と、チルト駆動された位置とで、別々に画像を取得するように構成してもよい。また、撮影部30は、初期位置からチルト駆動された位置まで動画を取得して、初期位置とチルト駆動された位置の特定形状を認識してもよい。
このように構成することで、複雑な特定形状の場合、ブレ画像よりも容易に特定形状を認識可能となる。また、初期位置とチルト駆動された位置とで画像データを比較して、特定形状自体を認識しやすくなる。また、撮影部30にシャッターがない構成でも、動画を撮影中等であっても測距が可能となる。
<Other embodiments>
In the above-described embodiment,
With this configuration, in the case of a complicated specific shape, the specific shape can be recognized more easily than a blurred image. In addition, it becomes easy to recognize the specific shape itself by comparing the image data between the initial position and the tilt driven position. In addition, distance measurement can be performed even in a configuration in which the photographing
また、上述の実施の形態、他の実施の形態1、及び他の実施の形態2では、レーザをX軸について上から下に傾けるように記載した。しかしながら、レーザを下から上、左右、若しく斜めに傾けてもよい。
このように構成することで、撮影し測距する際の構成を柔軟にできる。また、初期位置に関わらずレーザを上下又は左右に傾けることで、測距完了するまでの待ち時間を少なくすることができる。
In the above-described embodiment,
With this configuration, it is possible to flexibly configure the shooting and ranging. In addition, by tilting the laser up and down or left and right regardless of the initial position, the waiting time until the distance measurement is completed can be reduced.
また、上述の実施の形態、他の実施の形態1、及び他の実施の形態2では、レーザをチルト駆動する構成について記載した。しかしながら、レーザの代わりに、撮影部30を指定角度θだけチルト駆動しても、同様の手法により測距が可能である。この場合、図1に示すような配置関係において、カメラを可動体200の光学ユニット10内に含め、レーザ光源100を撮影部30の位置に置き換えるように構成することが可能である。
Further, in the above-described embodiment,
つまり、このような他の構成の測距装置は、被測定対象物2までの距離Lを測定する測距装置において、被測定対象物2へ特定形状にレーザを照射するレーザ光源100と、レーザ光源100により被測定対象物2へ特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し画像データ610を取得する撮影部30と、撮影部30を指定角度θだけ傾けるチルト駆動機構20と、初期位置と、チルト駆動機構20により指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、撮影部30により撮影された画像データ610内のスポット間の距離Δと、特定形状に含まれる既知の長さの比とから、スポット間の実際の距離Δ’を算出するスポット間距離算出部510と、スポット間距離算出部510により算出されたスポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、被測定対象物2までの距離Lを算出する被測定対象物距離算出部520とを備えることを特徴とする。
また、このような他の構成の測距装置は、チルト駆動機構20が、撮影部30を含む光学ユニット10が取り付けられた可動体200と、撮影部30の光軸方向に交差するX軸回りに可動体200を揺動可能に支持する2つの支持機構210と、可動体200をX軸回りに駆動する駆動部220とを有し、支持機構210は、可動体200とX軸方向で離間する2箇所に、X軸方向について駆動部220と重なる位置に揺動軸211が設けられていることを特徴とする。
また、このような他の構成の測距装置は、駆動部220が、磁石222とコイル221とを含む磁気駆動手段であり、指定角度θに対応した電流をコイル221に流すことにより撮影部30を傾けることを特徴とする。
このように構成した場合、手ぶれ補正機能付きの撮影部に、固定されたレーザ光源を追加するだけで測距が可能となり、コストを削減できる。
That is, the distance measuring apparatus having such another configuration is a distance measuring apparatus that measures the distance L to the
In addition, the distance measuring device having such another configuration includes a
In the distance measuring apparatus having such another configuration, the driving
When configured in this manner, it is possible to perform distance measurement simply by adding a fixed laser light source to an imaging unit with a camera shake correction function, and cost can be reduced.
また、角度電流値テーブル600は、電流を流した後、指摘角度θまで傾くまでの時間である特定時間の値についても含んでいてもよい。
この場合、図示しないリアルタイムタイマー等により、コイル221部に電流が流されてから特定時間が経過したことを検知し、駆動撮影指示部500は、特定時間が経過した場合に、指定角度θになったものと判断してもよい。
このように構成することで、光学ユニット10がチルト駆動機構20により確実に傾けられてから画像データ610を取得することができる。このため、測距の精度を高めることができる。
In addition, the angle current value table 600 may include a value of a specific time that is a time from when the current is supplied until the angle is tilted to the indicated angle θ.
In this case, a real time timer (not shown) or the like detects that a specific time has elapsed since the current was passed through the
With this configuration, the
また、上述のように、電流による指定角度θに傾けるのではなく、角度センサにより正確な角度でレーザを傾けるように構成してもよい。
これにより、精度を高めて測距をすることができ、測距装置1を柔軟に構成することが可能でとなる。
Further, as described above, the laser may be tilted at an accurate angle by an angle sensor instead of tilting to the specified angle θ by the current.
As a result, the distance can be measured with high accuracy, and the
なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。 Note that the configuration and operation of the above-described embodiment are examples, and it is needless to say that the configuration and operation can be appropriately changed and executed without departing from the gist of the present invention.
1 測距装置
2 被測定対象物
10 光学ユニット
20 チルト駆動機構
30 撮影部
40 固定体
50 制御部
60 記憶部
100 レーザ光源
200 可動体
210 支持機構
211 揺動軸
220 駆動部
221 コイル
222 磁石
500 駆動撮影指示部
510 スポット間距離算出部
520 被測定対象物距離算出部
600 角度電流値テーブル
610 画像データ
620 特定形状データ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記被測定対象物へ特定形状にレーザを照射するレーザ光源と、
該レーザ光源により前記被測定対象物へ前記特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し画像データを取得する撮影手段と、
前記レーザ光源又は前記撮影手段を指定角度θだけ傾けるチルト駆動機構と、
初期位置と、前記チルト駆動機構により指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、前記撮影手段により撮影された画像データ内の前記スポット間の距離Δと、前記特定形状に含まれる既知の長さの比とから、前記スポット間の実際の距離Δ’を算出するスポット間距離算出手段と、
該スポット間距離算出手段により算出された前記スポット間の実際の距離Δ’と前記指定角度θとから、前記被測定対象物までの距離Lを算出する被測定対象物距離算出手段とを備える
ことを特徴とする測距装置。 In a distance measuring device that measures the distance L to the object to be measured,
A laser light source for irradiating the object to be measured with a laser in a specific shape;
Imaging means for capturing image data by capturing a spot of the laser irradiated on the object to be measured in the specific shape by the laser light source;
A tilt drive mechanism that tilts the laser light source or the imaging means by a specified angle θ;
A distance Δ between the spots in the image data captured by the imaging unit and a known length included in the specific shape with respect to an initial position and a position tilt-driven by the tilt driving mechanism by the specified angle θ. The inter-spot distance calculating means for calculating the actual distance Δ ′ between the spots from the ratio of
Measurement object distance calculation means for calculating a distance L to the measurement object from the actual distance Δ ′ between the spots calculated by the inter-spot distance calculation means and the specified angle θ. Ranging device characterized by.
ことを特徴とする請求項1に記載の測距装置。 The specific shape is a circle or an ellipse whose longitudinal direction is a direction orthogonal to the direction of the specified angle θ, and the diameter of the circle or the major axis or minor axis of the ellipse is the known length. The distance measuring device according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1に記載の測距装置。 The specific shape is two laser beams irradiated in parallel to the object to be measured, and an interval between the laser beams in a direction orthogonal to the direction of the specified angle θ is the known length. The distance measuring device according to claim 1.
前記画像データ内の前記特定形状に対応する箇所を認識し、認識された箇所の画素数から前記画像データ内の前記スポット間の距離Δを算出する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の測距装置。 The spot distance calculation means includes:
The location corresponding to the specific shape in the image data is recognized, and the distance Δ between the spots in the image data is calculated from the number of pixels of the recognized location. The distance measuring device according to claim 1.
前記レーザ光源又は前記撮影手段を含む光学ユニットが取り付けられた可動体と、
前記レーザ光源又は前記撮影手段の光軸方向に交差する軸線回りに前記可動体を揺動可能に支持する2つの支持機構と、
前記可動体を前記軸線回りに駆動する駆動手段とを有し、
前記支持機構は、前記可動体と軸線方向で離間する2箇所に、前記レーザ光源又は前記撮影手段の光軸方向に対して直交する方向について前記駆動手段と重なる位置に揺動軸が設けられている
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の測距装置。 The tilt drive mechanism is
A movable body to which an optical unit including the laser light source or the imaging unit is attached;
Two support mechanisms for swingably supporting the movable body about an axis intersecting the optical axis direction of the laser light source or the imaging means;
Driving means for driving the movable body around the axis,
The support mechanism is provided with swinging shafts at two positions spaced apart from the movable body in the axial direction so as to overlap the driving means in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser light source or the photographing means. The distance measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the distance measuring apparatus is characterized in that:
磁石とコイルとを含む磁気駆動手段であり、
前記指定角度θに対応した電流を前記コイルに流すことにより前記レーザ光源又は前記撮影手段を傾ける
ことを特徴とする請求項5に記載の測距装置。 The driving means includes
A magnetic driving means including a magnet and a coil;
6. The distance measuring device according to claim 5, wherein the laser light source or the imaging unit is tilted by causing a current corresponding to the specified angle θ to flow through the coil.
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の測距装置。 The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the tilt driving mechanism tilts the laser light source by a specified angle θ.
前記被測定対象物へ特定形状にレーザを照射し、
該特定形状に照射されたレーザのスポットの画像を撮影手段により撮影し、
照射された前記特定形状のレーザ又は前記撮影手段を指定角度θだけ傾け、
初期位置と、指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、前記撮影手段により撮影された画像内の前記スポット間の距離Δと、前記特定形状に含まれる既知の長さの比とから、前記スポット間の実際の距離Δ’を算出し、
算出された前記スポット間の実際の距離Δ’と前記指定角度θとから、前記被測定対象物までの距離Lを算出する
ことを特徴とする測距方法。 In the distance measuring method executed by the distance measuring device that measures the distance L to the object to be measured,
Irradiate the object to be measured with a laser in a specific shape,
An image of the laser spot irradiated to the specific shape is taken by the photographing means,
Tilt the irradiated laser of the specific shape or the imaging means by a specified angle θ,
From the initial position and the position tilt-driven by the specified angle θ, the distance Δ between the spots in the image photographed by the photographing means, and the ratio of the known lengths included in the specific shape, Calculate the actual distance Δ 'between the spots,
A distance measuring method, wherein a distance L to the object to be measured is calculated from the calculated actual distance Δ ′ between the spots and the specified angle θ.
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