JP2018141681A

JP2018141681A - 距離測定装置

Info

Publication number: JP2018141681A
Application number: JP2017035252A
Authority: JP
Inventors: 益典橋本; Yasunori Hashimoto
Original assignee: Aiphone Co Ltd
Current assignee: Aiphone Co Ltd
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: JP6778636B2

Abstract

【課題】カメラが１台で済む上、低照度状態でも使用することができる距離測定装置を提供する。【解決手段】近赤外線を照射する近赤外線照射部６を設けるとともに、正面視でレンズ２の右半分を可視光透過レンズ２Ａとし、左半分をデュアルパスレンズ２Ｂとした。そして、制御部７は、近赤外線を照射させつつ対象物を撮像することにより、ボケ量にもとづいた方法と、水平シフト量にもとづいた方法との二つの方法で対象物までの距離を測定可能とした。さらに、それら二つの方法を切り替える測定方法切替部８を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、カメラを利用して対象物までの距離を測定する距離測定装置に関するものである。

従来、複数台のカメラで対象物を撮像するとともに、各カメラ毎の撮像データからボケ量を算出し、そのボケ量をもとにして対象物までの距離を測定するとした距離測定装置が考案されている（たとえば特許文献１）。

特開２０１３−１８６０４３号公報

しかしながら、カメラを複数台必要とする従来の距離測定装置では、コストが高くなるという問題がある。また、ボケ量を算出するにあたり、撮像データにおける色情報を利用するとなると、低照度状態では使用できないといった問題もある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、カメラが１台で済む上、低照度状態でも使用することができる距離測定装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、前面に露出したレンズを有し、対象物を撮像可能なカメラ部と、カメラ部により撮像された画像データにもとづいて対象物までの距離を算出する制御部とを備えた距離測定装置であって、近赤外線を照射する近赤外線照射部が設けられているとともに、正面視でレンズの半分が、可視光線のみを透過させる第１のレンズ部となっている一方、残りの半分が可視光線及び近赤外線を透過させる第２のレンズ部となっており、制御部は、近赤外線を照射させつつ対象物を撮像することにより、ボケ量にもとづいた方法と、水平シフト量にもとづいた方法との二つの方法で対象物までの距離を測定可能であり、さらに、ボケ量にもとづいた方法での測定と、水平シフト量にもとづいた方法での測定との何れにより対象物までの距離を測定するかを切り替える測定方法切替部が設けられていることを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、１台のカメラで対象物までの距離を測定することができ、コスト低減を図ることができる。また、ボケ量にもとづいた方法と、水平シフト量にもとづいた方法との二つの方法により距離を測定することができるため、たとえ低照度状態であっても水平シフト量にもとづいて距離の測定を行うことができる。さらに、それら二つの方法を切り替える測定方法切替部が設けられているため、たとえば距離測定装置を設置する環境が低照度状態であると水平シフト量にもとづいた測定とする一方、十分な照度が期待できる環境であるとボケ量にもとづいた測定とする等といった使い分けも可能で、使い勝手が非常に良い。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、レンズの前面に、可視光線のみを透過させる第１のフィルタと、可視光線及び近赤外線を透過させる第２のフィルタとが、当該レンズの前面が二分割されるように取り付けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、レンズの前面に、可視光線のみを透過させる第１のフィルタと、可視光線及び近赤外線を透過させる第２のフィルタとを、当該レンズの前面が二分割されるように取り付けることで第１のレンズ部と第２のレンズ部とを有するレンズを構成することができ、更なる低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、１台のカメラで対象物までの距離を測定することができ、コスト低減を図ることができる。また、ボケ量にもとづいた方法と、水平シフト量にもとづいた方法との二つの方法により距離を測定することができるため、たとえ低照度状態であっても水平シフト量にもとづいて距離の測定を行うことができる。さらに、それら二つの方法を切り替える測定方法切替部が設けられているため、たとえば距離測定装置を設置する環境が低照度状態であると水平シフト量にもとづいた測定とする一方、十分な照度が期待できる環境であるとボケ量にもとづいた測定とする等といった使い分けも可能で、使い勝手が非常に良い。

距離測定装置のブロック構成図である。距離測定装置が有するレンズを正面側から示した説明図である。ボケ量にもとづいた距離測定を模式的に示した説明図である。水平シフト量にもとづいた距離測定を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる距離測定装置について、図面にもとづき詳細に説明する。

図１は、距離測定装置１のブロック構成図である。図２は、距離測定装置１が有するレンズ２を正面側から示した説明図である。
距離測定装置１は、対象物を撮像するカメラ部３と、カメラ部３により撮像された画像データを処理する画像処理部４と、画像データを記憶したりボケ量の算出に係るパラメータを記憶する画像記憶部５と、たとえば８８０〜９５０ｎｍのＬＥＤにより近赤外線を照射する近赤外線照射部６と、距離測定装置１の動作を制御する制御部７と、距離測定の方法を切り替える測定方法切替部８とを備えてなる。カメラ部３は、前側に露出するレンズ２と、レンズ２を通過した光を受光するイメージセンサ１０とを有している。また、レンズ２の前面には、レンズ２の前面側から入射してくる光のうち、特定の光のみを透過させるフィルタが取り付けられている。このフィルタは、正面から見て右半分（Ｘ方向で＋側）が可視光線のみを透過させる可視光透過フィルタ、左半分（Ｘ方向で−側）が可視光線と近赤外線とを透過させるデュアルパスフィルタとなっている。したがって、レンズ２の右半分は可視光透過レンズ２Ａ、左半分はデュアルパスレンズ２Ｂと夫々みなすことができる。一方、近赤外線照射部６は、たとえば図４に示すようにレンズ２の光軸中心方向となるＹ方向に直交し、且つ、レンズ２の前面を通る軸線上であって、レンズ２から所定距離だけ離れた位置（ここでは、−Ｘ方向に距離ｄだけ離れた位置）に設置されている。

そして、上記距離測定装置１では、作業者が測定方法切替部８を操作することにより、ボケ量にもとづいて距離を測定する方法と、水平シフト量にもとづいて距離を測定する方法との何れかによって、対象物までの距離を測定可能となっている。この切り替えにより、たとえば距離測定装置１が設置される環境が低照度状態であると水平シフト量にもとづいた距離測定方法を選択する一方、十分に照度が期待できる環境であるとボケ量にもとづいた距離測定方法を選択するといった使い分けが可能となる。

ここで、まずボケ量にもとづいて距離を測定する方法について、図３にもとづき説明すると、レンズ２を用いて対象物を撮影するにあたり、近赤外線照射部６から近赤外線を照射させる。すると、可視光線に関しては、可視光透過レンズ２Ａ及びデュアルパスレンズ２Ｂのどちらも通過することになるものの、近赤外線についてはデュアルパスレンズ２Ｂしか通過しない。したがって、対象物までの距離Ｙｄ１に応じて撮像した画像データのボケの形状（ひいてはボケ量ｂ）が変化する。また、図３（ａ）、（ｂ）から明らかなように、合焦となる図３（ｃ）の前後で、ボケが偏る方向が反転する。すなわち、図３（ａ）に示すように対象物が合焦距離よりも遠い場合のボケの大きさ（ボケ量ｂ）をプラスとすると、図３（ｂ）に示すように対象物が合焦距離よりも近い場合のボケの大きさはマイナスとなる。そして、レンズの結象公式によって、ボケ量ｂと、レンズ２の焦点距離ｆ、レンズ２の直径ａ、カメラ部３におけるレンズ２とイメージセンサ１０との距離ｐ、及び対象物までの距離Ｙｄ１との関係を求めると、以下に記載の関係式（１）が成立する。
２ｂ＝ａｐ（（１／ｆ）−（１／Ｙｄ１）−（１／ｐ））・・・（１）

そこで、予め所定の試験体を様々な距離に配置して撮像し、その際にイメージセンサ１０におけるＲ画素、Ｇ画素、及びＢ画素から夫々出力される画像にもとづく輝度差分（たとえば、Ｇ画素及びＢ画素から出力される画像と、Ｒ画素から出力される画像との輝度差分等）と、ボケ量ｂとを対応づけて画像記憶部５に記憶させておく。そして、実際に距離測定を行うにあたっては、対象物を撮像した画像データにおける上記輝度差分から最も適切なボケ量ｂを選択し、当該ボケ量ｂを用いて、上記関係式（１）から対象物までの距離Ｙｄ１を算出すればよい。

次に水平シフト量にもとづいて距離を測定する方法について、図４にもとづき説明すると、この方法でもレンズ２を用いて対象物を撮影するにあたり、近赤外線照射部６から近赤外線をランダムドットパターンで照射させる。そして、図４（ｂ）に示すような対象物Ｈｂとその影Ｈａとの水平シフト量Ｌｘから、図４（ａ）に示す如き三角測量方式によって距離Ｙｄ２を求める。すなわち、レンズ２と近赤外線照射部６とのＸ方向での距離をｄ、対象物までの距離をＹｄ２、対象物の影までのＹ方向での距離をＬ、距離Ｌの位置におけるレンズ２でのＸ方向での撮像範囲をＷとするとともに、撮像範囲Ｗにおける影Ｈａとなって近赤外線が当たらない画素位置をｘ０、撮像範囲Ｗにおいて対象物Ｈｂが映る画素位置をｘ１とし、Ｘ方向でＮｘ個の画素が撮像範囲Ｗに投影されるとすると、水平シフト量Ｌｘは、下式（２）で表される。
Ｌｘ＝Ｗ｜（ｘ１−ｘ０）｜／Ｎｘ・・・（２）
また、三角測量方式によれば、Ｎｘ：（ｘ１−ｘ０）、ｄ、ｋは、下式（３）〜（５）で示される。
Ｎｘ：｜（ｘ１−ｘ０）｜＝Ｗ：Ｌｘ・・・（３）
ｄ：Ｌｘ＝ｋ（１−ｋ）・・・（４）
ｋ：１＝Ｙｄ２：Ｌ・・・（５）
したがって、距離Ｙｄ２は、下式（６）で算出することができる。
Ｙｄ２＝ＮｘｄＬ／（Ｎｘｄ＋Ｗ｜（ｘ１−ｘ０）｜）・・・（６）

以上のような距離測定装置１によれば、近赤外線を照射する近赤外線照射部６が設けられているとともに、正面視でレンズ２の半分は可視光透過レンズ２Ａ（第１のレンズ部）とされ、残りの半分はデュアルパスレンズ２Ｂ（第２のレンズ部）とされている。そして、制御部７は、近赤外線を照射させつつ対象物を撮像することにより、ボケ量にもとづいた方法と、水平シフト量にもとづいた方法との二つの方法で対象物までの距離を測定可能となっている。したがって、１台のカメラで対象物までの距離を測定することができ、コスト低減を図ることができる。また、たとえ低照度状態であっても水平シフト量にもとづいて対象物までの距離の測定を行うことができる。さらに、それら二つの方法を切り替える測定方法切替部８が設けられているため、たとえば距離測定装置１を設置する環境が低照度状態であると水平シフト量にもとづいた測定とする一方、十分な照度が期待できる環境であるとボケ量にもとづいた測定とする等といった使い分けも可能で、使い勝手が非常に良い。

また、レンズ２の前面に、可視光線のみを透過させる可視光透過フィルタと、可視光線と近赤外線とを透過させるデュアルパスフィルタとを取り付けることにより、レンズ２の右半分を可視光透過レンズ２Ａ、左半分をデュアルパスレンズ２Ｂとしている。したがって、更なる低コスト化を図ることができる。

なお、本発明に係る距離測定装置は、その全体的な構成は勿論、レンズや距離測定方法の切り替えに係る構成等について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態では、距離測定方法の切り替えに係り作業者による手動での切り替えを想定しているが、照度判定部等を内蔵することにより、照度判定部での判定結果にもとづいて制御部が自動的に距離測定方法を切り替えるように構成することも可能である。
また、上記実施形態では、距離測定装置が設置される環境の照度に応じて距離測定方法を切り替えるとしているが、想定される対象物までの距離に応じて距離測定方法を切り替えても何ら問題はない。
さらに、上記実施形態では、レンズの前面にフィルタを取り付けることによって、正面視でレンズの半分を、可視光線のみを透過させる第１のレンズ部とし、残りの半分を可視光線及び近赤外線を透過させる第２のレンズ部とするように構成しているが、そのようなフィルタをレンズに直接取り付けるのではなく、レンズの前方を覆うレンズカバーに取り付けて構成することも可能である。なお、レンズに第１のレンズ部と第２のレンズ部とを設けるにあたり、上記実施形態では、正面視でレンズが左右に分割されるように構成しているが、状況によっては上下に分割されるように構成されていても何ら問題はない。

１・・距離測定装置、２・・レンズ、２Ａ・・可視光透過レンズ、２Ｂ・・デュアルパスレンズ、３・・カメラ部（カメラ）、７・・制御部、８・・測定方法切替部。

Claims

前面に露出したレンズを有し、対象物を撮像可能なカメラ部と、前記カメラ部により撮像された画像データにもとづいて前記対象物までの距離を算出する制御部とを備えた距離測定装置であって、
近赤外線を照射する近赤外線照射部が設けられているとともに、
正面視で前記レンズの半分が、可視光線のみを透過させる第１のレンズ部となっている一方、残りの半分が可視光線及び近赤外線を透過させる第２のレンズ部となっており、
前記制御部は、近赤外線を照射させつつ前記対象物を撮像することにより、ボケ量にもとづいた方法と、水平シフト量にもとづいた方法との二つの方法で前記対象物までの距離を測定可能であり、
さらに、前記ボケ量にもとづいた方法での測定と、前記水平シフト量にもとづいた方法での測定との何れにより前記対象物までの距離を測定するかを切り替える測定方法切替部が設けられていることを特徴とする距離測定装置。
前記レンズの前面に、可視光線のみを透過させる第１のフィルタと、可視光線及び近赤外線を透過させる第２のフィルタとが、当該レンズの前面が二分割されるように取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。