JP2019045334A - ３次元距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＯＦ法を用いる３次元距離測定装置において、被写体の状況に応じて照射光の範囲や光量を適切に設定し、距離測定の精度の劣化を抑えること。【解決手段】３次元距離測定装置は、被写体に光を照射する複数の光源１１と、複数の光源の発光を制御する発光制御部１２と、被写体からの反射光を検出する受光部１３と、反射光の伝達時間に基づき被写体までの距離を算出する距離計算部１４と、算出した距離データに基づき被写体の距離画像を生成する画像処理部１５と、を備える。ここに複数の光源により照射される複数の照射領域３は、隣接する照射領域とのみ互いに重なるように配置されている。また発光制御部１２により、複数の光源１１に対し、各々個別に点灯または消灯、あるいは発光量の調整が可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、人物等の被写体の位置を距離画像として出力する３次元距離測定装置に関する。

光の伝達時間に基づいて被写体までの距離を測定し（以下、ＴＯＦ法：タイム・オブ・フライト）、距離を表示した画像（距離画像）として出力する距離測定装置（測距装置）が知られる。例えば特許文献１に記載の人物位置検出装置は、ＴＯＦ式距離画像センサからの距離情報に基づいて、室内空間の物体までの距離変位を検出する距離変位検出手段と、検出された距離変位領域の形状特定化によって人物かどうかを判別する人物判別手段とを有し、人物として形状特定化された距離変位領域までの方向および距離を人物位置として検出する構成が開示されている。

特開２００９−１７４８３０号公報

特許文献１の技術では、室内空間の物体までの距離を測定し、測定値の時間変化量から距離変位領域を検出するとともに、予め登録した人物形状の特徴と検出された距離変位領域の特徴とを比較することで、人物かどうかを判別するものである。

被写体までの３次元距離を正確に測定するためには、空間内の各被写体へ光を照射し、各被写体を反射した光を精度良く検出する必要がある。しかし、測距装置に戻る光は微弱であるだけでなく、例えば室内の天井などの被写体以外から反射される不要光などが存在すると、本来の被写体からの反射光の外乱成分となり、高精度の測定が困難になる。また、距離の異なる複数の被写体が存在するとき、距離の遠い被写体からの反射光の強度はより微弱になるので、距離を正常に測定できない場合がある。これらの現象は、被写体の状況に応じて照射光の範囲や光量が適切に設定されていないことが原因である。前記特許文献１をはじめ従来技術では、被写体の状況に応じた照射環境については特に考慮されていなかった。

本発明の目的は、ＴＯＦ法を用いる３次元距離測定装置において、被写体の状況に応じて照射光の範囲や光量を適切に設定し、距離測定の精度の劣化を抑えることである。

本発明は、被写体の位置を距離画像として出力する３次元距離測定装置において、被写体に光を照射する複数の光源と、複数の光源の発光を制御する発光制御部と、被写体からの反射光を検出する受光部と、受光部にて検出した反射光の伝達時間に基づき被写体までの３次元距離を算出する距離計算部と、距離計算部で算出した距離データに基づき被写体の２次元の距離画像を生成する画像処理部と、を備える。前記複数の光源により照射される複数の照射領域は、隣接する照射領域とのみ互いに重なるように配置されている。また前記発光制御部により、前記複数の光源に対し、各々個別に点灯または消灯、あるいは発光量の調整が可能である。

本発明によれば、被写体の状況に応じて照射光の範囲や光量を適切に設定し、ＴＯＦ法による距離測定の精度の劣化を抑えた３次元距離測定装置を提供することができる。

実施例１における３次元距離測定装置の構成図。 ＴＯＦ法による距離測定の原理を説明する図。 ＴＯＦ法による距離測定の原理を説明する図。 設置角度検出部の動作を説明する図。 １つのレーザ光源による照射光量の分布を示す図。 複数のレーザ光源の配置と照射領域の重なりを示す図。 レーザ光源を全て点灯した場合の照射領域を示す図。 レーザ光源を全て点灯した場合の照射光量の分布を示す図。 レーザ光源の一部を消灯した場合の照射領域を示す図。 レーザ光源の一部を消灯した場合の照射光量の分布を示す図。 天井反射による外乱光の影響を説明する図。 マルチパスによる外乱光の影響を説明する図。 レーザ光源の一部を消灯し外乱光をなくした場合を示す図。 レーザ光源を全て点灯した場合の距離画像の例を示す図。 レーザ光源の一部を消灯した場合の距離画像の例を示す図。 照射領域の設定処理を示すフローチャート。 レーザ光源を全て同一光量で点灯した場合の照射領域を示す図（以下、実施例２）。 レーザ光源を全て同一光量で点灯した場合の照射光量分布を示す図。 レーザ光源を異なる光量で点灯した場合の照射領域を示す図。 レーザ光源を異なる光量で点灯した場合の照射光量分布を示す図。 複数の被写体の距離測定を示す図（各領域の照射光量が等しい）。 複数の被写体の距離測定を示す図（各領域の照射光量が異なる）。 各領域の照射光量が等しい場合の距離画像の例を示す図。 各領域の照射光量が異なる場合の距離画像の例を示す図。 照射光量分布の設定処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

実施例１では、複数の光源を個別に点灯可能な構成とし、被写体に対する照射領域の変更を可能としたものである。

図１は、実施例１における３次元距離測定装置の構成図である。以下の例では被写体として人物の位置を検出する場合について説明する。３次元距離測定装置では、人物を含む被写体までの距離をＴＯＦ方式で測定し、測定した被写体の各部までの距離を例えば色で区別して表示し、距離画像として出力する。３次元距離測定装置は、ＴＯＦ方式による距離画像を生成する距離画像生成部１（以下、ＴＯＦカメラと呼ぶ）をＣＰＵ１７によって制御する構成である。

ＴＯＦカメラ１は、被写体２にパルス光を照射するレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などを備える発光部１０と、被写体２から反射したパルス光を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを備える受光部１３と、受光部１３の検出信号から被写体２までの距離を計算する距離計算部１４と、距離計算部１４から出力される距離データを基に被写体２の距離画像として出力する画像処理部１５と、ＴＯＦカメラ１の設置角度を検出する設置角度検出部１６から構成されている。このＴＯＦカメラ１は、ＣＰＵ１７により制御されることにより、３次元距離測定を行うことができる。次に各部の構成及び機能に関して、詳細に説明する。

ＴＯＦカメラ１において、発光部１０は複数のレーザ光源（ＬＤ）からなる光源部１１と、各レーザ光源の点灯または消灯、あるいは発光量の調整を行う発光制御部１２から構成されている。本例では、光源部１１には３つのレーザ光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃが配置されており、各レーザ光源から照射されるレーザ光は、各々が３ａ，３ｂ，３ｃからなる照射領域を照射することが可能である。ここに各々の照射領域３ａ，３ｂ，３ｃは、隣接する照射領域との間でのみ照射領域が重なるように、各レーザ光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの照射方向を異ならせて配置している。

発光制御部１２は、レーザ光源を駆動するレーザ駆動回路から構成されており、１つのレーザ光源に対して、１つのレーザ駆動回路が対応している。本例では３つのレーザ光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対して、３つのレーザ駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃがそれぞれ対応しており、ＣＰＵ１７からの指令に従い、光源部１１のレーザ光源の点灯や消灯を制御する。

被写体２から反射した光は、受光部１３に搭載されているＣＣＤセンサ１３ａにより検出され、光電変換された信号が、距離計算部１４に送られる。距離計算部１４では、被写体２までの距離を計算し、被写体２までの距離データを画像処理部１５へ送る。

画像処理部１５は、距離データに基づき被写体画像の色相を変えるカラー化処理を行って距離画像を生成し、外部装置（ディスプレイ）に出力して表示する。画像処理は、明度、コントラスト等を変える処理でも構わない。ユーザはカラー化された距離画像を見ることで、被写体２（人物等）の位置（距離）と形状（姿勢）を容易に知ることができる。また必要に応じ、受光部１３にて検出した反射光の強度を外部装置（ディスプレイ）に表示する。表示された距離画像が不完全であったり反射光強度に過不足が生じている場合には、ユーザはＣＰＵ１７の入力装置を介し、照射領域や照射光量分布について設定変更を指示することができる。

設置角度検出部１６は例えば加速度センサを用いたものであり、ここで得られるＴＯＦカメラ１の姿勢情報を画像処理部１５に送ることにより、画像処理の際に被写体２の３次元座標を得ることができる。

図２Ａと図２Ｂは、ＴＯＦ法による距離測定の原理を説明する図である。ＴＯＦ（タイム・オブ・フライト）法では、出射光信号と受光信号の時間差により距離を算出する、
図２ＡはＴＯＦカメラ（距離画像生成部）１と被写体２（例えば人物）の関係を示す図である。ＴＯＦカメラ１は発光部１０と受光部１３を有し、発光部１０から被写体２へ距離測定用の光３１を出射する。出射光には赤外光を用いる。受光部１３は、被写体２に出射された光の反射光３２を受光するが、対物レンズ３３を介してＣＣＤなどの２次元センサ３４で受光する。被写体２は、発光部１０および受光部１３からｄ［ｍ］離れた位置に存在する。ここで、光速をｃ［ｍ／ｓ］として、発光部１０が光出射を開始してから受光部１３が反射光を受光するまでの時間差をｔ［ｓ］とすると、被写体２までの距離ｄ［ｍ］は、
ｄ［ｍ］＝ｃ［ｍ／ｓ］×ｔ［ｓ］／２ （１）
で求められる。

図２Ｂは時間差ｔの測定を示す図である。距離計算部１４は、発光部１０から出射した光３１のタイミングと、受光部１３で反射光３２を受光したタイミングから、その時間差ｔを測定し、式（１）から被写体２との距離ｄを算出する。また、２次元センサ３４における各画素位置での受光タイミングのずれから、被写体各位置の距離の差、すなわち被写体の凹凸形状を求めることができる。

図３は、設置角度検出部の動作を説明する図である。設置角度検出部１６は例えば加速度センサからなり、そのセンサ出力値からＴＯＦカメラ１の設置角度θを検出する。すなわち、ＴＯＦカメラ１からの光出射方向が水平方向（θ＝０°）か、垂直方向（θ＝９０°）か、あるいはそれ以外の斜め方向（例えばθ＝４５°）かを検出する。ここで得られるＴＯＦカメラ１の姿勢情報を画像処理部１５に送ることにより、画像処理の際に被写体２の３次元座標を算出することができる。

図４Ａは、１つのレーザ光源による照射光量の分布を示す図である。レーザ光源１１から出射された光は、所定の角度の広がりを持ち、照射領域３の範囲を照射する。ここで、照射領域内の照射光量分布５０はガウス分布となる場合を示しており、最大光量の１／e＾２（＝Ｌｏ、しきい値）以上となる範囲を照射範囲５１として定義している。以下では、特に断らない限り、照射領域３とはこの照射範囲５１の大きさを意味する。ここでは、レーザ光源が照射する光がガウス分布の場合の広がり角度や照射光量の分布の例を示したが、これに限定されない。レーザ光源自身の広がり角度が異なる場合や、図には記載していないが、各レーザ光源の出射後の位置に、例えば拡散板、マイクロレンズアレイ、レンズなどの光学部品を配置した構成により、ガウス分布とは異なる照射光量分布であっても構わない。その場合でも、最大光量の１／e＾２（＝Ｌｏ）以上となる範囲を照射範囲５１と定義する。

図４Ｂは、複数のレーザ光源の配置と照射領域の重なりを示す図である。この例では、ＴＯＦカメラ１内に３つのレーザ光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを配置している。これら３つのレーザ光源から出射される光は、その照射領域３ａ，３ｂ，３ｃが互いに隣接する照射領域とのみ一部が重なるように、各々のレーザ光源の向きが設定されている。すなわち、照射領域３ａは、照射領域３ｂと重なるが、照射領域３ｃとは重ならない。照射領域３ｂは、照射領域３ａ，３ｃと異なる領域で重なっている。照射領域３ｃは、照射領域３ａとは重ならない。

次に図５と図６で、レーザ光源の点灯状態と照射領域の関係を説明する。
図５は、３つのレーザ光源を全て点灯した場合で、図５Ａは照射領域を、図５Ｂは照射光量の分布を示す図である。図５Ａで示すように、３つの照射領域３ａ，３ｂ，３ｃは隣接する照射領域との間で一部が重なっているために、全体として１つの大きな照射領域３を形成している。

図５Ｂは、照射領域３ａ，３ｂ，３ｃの断面Ａ−Ａ’に関して、照射光量の分布を示している。各レーザ光源から照射される光の照射光量分布を５０ａ，５０ｂ，５０ｃで、それぞれの照射範囲（図４Ｂで定義）を５１ａ，５１ｂ，５１ｃで示す。各照射範囲は、隣り合う照射領域の間では重なる部分があるが、隣り合わない照射範囲とは重なる部分がない。

例えば、照射範囲５１ａと照射範囲５１ｂは、重なり幅ΔＷａｂで互いに重なり、その重なり幅ΔＷａｂは、照射範囲５１ａの半幅Ｗａ／２、及び照射範囲５１ｂの半幅Ｗｂ／２よりも小さく設定する。
０＜ΔＷａｂ＜Ｗａ／２、０＜ΔＷａｂ＜Ｗｂ／２ （２ａ）
また、照射範囲５１ｂと照射範囲５１ｃの重なり幅ΔＷｂｃについても同様で、照射範囲５１ｂの半幅Ｗｂ／２、及び照射範囲５１ｃの半幅Ｗｃ／２よりも小さく設定する。
０＜ΔＷｂｃ＜Ｗｂ／２、０＜ΔＷｂｃ＜Ｗｃ／２ （２ｂ）
このように、隣接する照射範囲の重なり幅を制限することで、隣接しない照射範囲５１ａと５１ｃとの間で重なりをなくす構成とすることができる。

図６は、３つのレーザ光源のうち一部を消灯した場合で、図６Ａは照射領域を、図６Ｂは照射光量の分布を示す図である。この例では、図４Ａにおける２つのレーザ光源１１ａ，１１ｂを点灯し、１１ｃを消灯している。図６Ａで示すように、点灯した２つのレーザ光源からの照射領域３ａと３ｂにより全体の照射領域３が形成されており、図５Ａにおける照射領域３から照射領域３ｃを除いたものとなっている。

図６Ｂは、照射領域３ａ，３ｂ，３ｃの断面Ａ−Ａ’に関して、照射光量の分布を示している。点灯した２つのレーザ光源による照射光量分布５０ａ，５０ｂと、それぞれの照射範囲５１ａ，５１ｂを示す。図５Ｂと同様に、照射範囲５１ａと照射範囲５１ｂは、重なり幅ΔＷａｂで互いに重なっており、重なり幅ΔＷａｂは上記（２ａ）の条件を満たしている。

なお、図６の例では２つのレーザ光源１１ａ，１１ｂを点灯し、１１ｃを消灯したが、３つのレーザ光源のうち、どれを点灯しどれを消灯するかは任意に設定できることは言うまでもない。

このように本実施例においては、複数のレーザ光源を個別に点灯、あるいは消灯することが可能な構成であるため、ＴＯＦカメラ１による照射領域（照射範囲）を変更することが可能となる。これにより以下に述べるように、ＴＯＦカメラ１による距離測定時の外乱光をなくし、測定精度を向上させることができる。

図７は、距離測定時の外乱光の影響を説明する図である。図７Ａは天井反射による外乱光がある場合を、図７Ｂはマルチパスによる外乱光がある場合を、図７Ｃは外乱光の発生をなくすためレーザ光源のうち１つを消灯した場合を示す。

図７Ａにおいて、ＴＯＦカメラ１は天井４に近い位置に設置され、全てのレーザ光源を点灯させて照射領域３ａ，３ｂ，３ｃを設定している。照射された光のうち照射光４１は被写体２で反射されて反射光４２となり、被写体２の３次元距離測定に使用される。このとき、ＴＯＦカメラ１から照射される光は被写体２の方向だけでなく上下方向に広がり、照射範囲の上端は天井４の方向へ、下端は床面５の方向へ向かう。ここで、天井４に向かう照射領域３ｃには被写体２が存在せず、ＴＯＦカメラ１として、被写体２に対する距離測定を実施する必要がない領域である。

ＴＯＦカメラ１から天井４に向かう照射光４３は、天井面にて多くは反射されるが、一部は天井面での拡散によりＴＯＦカメラ１に戻る不要な反射光４４（以下、不要光と呼ぶ）となる。この不要光４４は、ＴＯＦカメラ１から比較的近い距離にて戻るため、被写体２からの反射光４２と比較して、大きな光量となる場合が多い。そのため、天井４からの不要光４４が、被写体２からの反射光４２の外乱光となり、距離測定精度を劣化させる要因となる。

図７Ｂは、マルチパスによる外乱光の影響を説明する図で、レーザ光源を全て点灯した場合を示す。ＴＯＦカメラ１から天井４に照射される光４５は、天井４で一旦反射し、その後被写体２に向かう照射光４６となる場合がある。この照射光４６は被写体２で反射され、反射光４７となってＴＯＦカメラ１に戻ることになる。すなわちＴＯＦカメラ１では、照射光４１による本来の反射光４２の他に、照射光４６による不要な反射光４７（不要光）を検出することになる。ここで、ＴＯＦカメラ１から被写体２に直接照射されずに被写体２に至る光路がマルチパスである。このマルチパスによる外乱光が存在すると、ＴＯＦカメラ１から被写体２までの距離が見掛け上変化してしまい、距離測定精度を劣化させる要因となる。

そこで本実施例においては、図７Ｃに示すように、天井４に向かって照射するレーザ光源１１ｃ（すなわち照射領域３ｃ）を消灯し、ＴＯＦカメラ１からは照射領域３ａ及び３ｂのみを照射する状態で使用する。これにより、図７Ａにおける天井反射による外乱光（不要光４４）やマルチパスによる外乱光（不要光４７）の発生をなくし、ＴＯＦカメラ１における測定距離精度の劣化を防止することができる。

図８は、ＴＯＦカメラ１で生成される距離画像の例を示す図である。図８Ａは、ＴＯＦカメラ１の設定が前記図７Ａあるいは図７Ｂの状態の場合である。図８Ｂは、ＴＯＦカメラ１の設定が前記図７Ｃの状態の場合である。

図８Ａは、レーザ光源を全て点灯した場合を示しており、表示画面６０の中に被写体２が表示されているが、被写体２の輪郭にゴースト２’が見られる。すなわち、距離測定精度が劣化したものとなっている。これは、天井４からの不要光４４やマルチパスによる不要光４７が存在し、被写体２の反射光４２に対して外乱成分として影響しているためである。

一方図８Ｂは、天井４に向かって照射するレーザ光源１１ｃを消灯した場合を示している。天井４からの不要光４７が検出されず、また、マルチパスによる不要光４７が発生しないために、ＴＯＦカメラ１からは、被写体２の輪郭がはっきりとした距離画像を得ることができる。

図９は、本実施例における照射領域の設定処理を示すフローチャートである。以下に示す照射領域の設定処理は、３次元距離測定装置のＣＰＵ１７が図１の各部の動作を制御することで実行される。以下、ステップ順に説明する。

Ｓ１０１：発光制御部１２により、光源部１１の全てのレーザ光源を点灯する。
Ｓ１０２：被写体２からの反射光を受光部１３にて検出し、距離計算部１４にて被写体２の各部までの距離を計算し、画像処理部１５にて距離画像を生成する。
Ｓ１０３：画像処理部１５で生成した距離画像を外部装置（ディスプレイ）に表示する。また必要に応じ、受光部１３にて検出した反射光の強度を外部装置（ディスプレイ）に表示する。

Ｓ１０４：ユーザは表示された距離画像（反射光強度）を確認し、照射領域の設定変更が必要か否かを判定する。例えば、ＴＯＦカメラ１に近くにある天井や壁などの反射光が強く、人物などの被写体から離れた位置で画像として見える場合は、外乱光が発生する恐れがあるので設定変更が必要と判定する。ＣＰＵ１７の入力装置を介しユーザからの変更指示がある場合はＳ１０６に進み、変更指示がない場合はＳ１０５に進む。
Ｓ１０５：照射領域の設定を終了して、３次元距離測定を継続する。

Ｓ１０６：設置角度検出部１６は、ＴＯＦカメラ１の設置角度θを検出する。
Ｓ１０７：ユーザは表示されている距離画像（反射光強度）、あるいはＴＯＦカメラ１の設置角度、もしくは両方の情報に基づいて、ＣＰＵ１７の入力装置を介し、発光部１０からの照射領域の設定を変更する。例えば、距離画像に基づく場合は、ＴＯＦカメラ１の近傍（例として１ｍ以内）として検出された天井や壁を照射領域から除外するように照射領域を設定する。また、ＴＯＦカメラ１の設置角度に基づく場合は、天井が見える角度範囲を照射領域から除外するように設定する。

Ｓ１０８：上記Ｓ１０７で変更した照射領域の設定に対して、ＣＰＵ１７は、変更後の照射領域のみが照射可能となるようレーザ光源を選択する。
Ｓ１０９：発光制御部１２は、選択したレーザ光源のみを点灯する。そしてＳ１０２に戻り、設定変更後の距離画像について上記した処理を繰り返す。

以上のフローでは、Ｓ１０４、Ｓ１０７における照射領域の設定変更の判定と操作はユーザが行うものとしたが、ＣＰＵ１７により自動的に判断して設定することも可能である。例えば、距離画像内の被写体（人物等）の位置を認識し、図８Ａのように不要な領域（天井４）からの強い反射光が存在しないか、あるいは、距離画像内の被写体の輪郭にゴーストが発生していないか、などから判断が可能である。

実施例１によれば、被写体の状況に応じて照射領域を最適化することができるので、３次元距離測定時の外乱となる天井からの反射光やマルチパスによる不要光の発生をなくし、精度良く距離測定を行うことができる。

次に、実施例２における３次元距離測定装置を説明する。実施例２では、個々のレーザ光源の発光量を個別に調整することが可能な構成としている。装置の基本構成は実施例１（図１）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図１０と図１１で、レーザ光源の点灯状態と照射光量分布の関係を説明する。
図１０は、３つのレーザ光源を全て同一光量で点灯した場合で、図１０Ａは照射領域を、図１０Ｂは断面Ａ−Ａ’における照射光量の分布を示す図である。３つの照射領域３ａ，３ｂ，３ｃの照射光量分布を５０ａ，５０ｂ，５０ｃで示し、照射光量の最大値をそれぞれＬａ，Ｌｂ，Ｌｃとすると、
Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ （３）
の関係であり、各照射領域の照射光量が等しくなっている。なお、各照射領域の照射範囲や重なり幅は実施例１（図５）と同様である。すなわち、Ｗａ＝Ｗｂ＝Ｗｃ、ΔＷａｂ＝ΔＷｂｃとしている。

次に、図１１は３つのレーザ光源を異なる光量で点灯した場合で、図１１Ａは照射領域を、図１１Ｂは断面Ａ−Ａ’における照射光量の分布を示す図である。３つの照射領域３ａ，３ｂ，３ｃに対するレーザ光源の発光量（あるいは照射する光量）が異なっている。この例では、各照射領域における照射光量の最大値Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、
Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃ （４）
の関係になっている。また、各照射領域の照射範囲や重なり幅は、光量の大きさに依存して、Ｗａ＜Ｗｂ＜Ｗｃ、ΔＷａｂ＜ΔＷｂｃの関係となっている。なお、この場合の照射範囲Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃは、基準となる光量分布（例えば照射光量分布５０ｂ）に対する光量しきい値Ｌｂｏから決めている。

このように本実施例においては、複数のレーザ光源を異なる光量で点灯させることが可能な構成であるため、ＴＯＦカメラ１の照射領域内での照射光量分布を最適化することが可能となる。これにより以下に述べるように、複数の被写体のうち、一部の被写体がＴＯＦカメラ１から遠い位置にあるときでも、距離測定を精度良く行うことができる。

図１２は、距離の異なる複数の被写体の距離測定を行う場合を示す図である。図１２Ａは、図１０Ａ，１０Ｂのように照射領域の照射光量が等しい場合を、図１２Ｂは、図１１Ａ，１１Ｂのように照射領域の照射光量が異なる場合を示す。

図１２Ａにおいて、ＴＯＦカメラ１は天井４に近い位置に設置されており、ＴＯＦカメラ１から照射する照射領域３ａ，３ｂ，３ｃは、３つの被写体２ａ，２ｂ，２ｃの位置をカバーするように広がっている。ここで各被写体２ａ，２ｂ，２ｃは、ＴＯＦカメラ１からの距離が異なるものとする。

照射領域３ａ，３ｂ，３ｃにおける照射光量が等しい場合、ＴＯＦカメラ１において検出される各被写体からの反射光の強度は、ＴＯＦカメラ１からの距離に依存する。すなわち、距離が近い被写体２ａ，２ｂについては反射光が十分であり正常に距離を測定できるが、距離が遠い被写体２ｃについては、反射光が不十分となり正常な測定ができない場合がある。これは、被写体の反射率が小さい場合でも同様である。

そこで本実施例においては、図１２Ｂに示すように、各照射領域の光量を異ならせる（各レーザ光源を異なる光量で点灯させる）ことにより、ＴＯＦカメラ１の照射光量分布の最適化を図る。具体的には、距離が遠い被写体２ｃに対する照射領域３ｃについては、対応するレーザ光源１１ｃの光量を増加させ、距離が近い被写体２ａに対する照射領域３ａについては、対応するレーザ光源１１ａの光量を減少させる。これにより、距離が遠い被写体２ｃからの反射光を強め、距離測定を正常に行うことができる。また、距離が近い被写体２ａについては反射光の強度に余裕があるので、適切な照射光量に調整する。このように、複数の被写体全体に対する照射光量分布を最適化させて距離測定を行う。

図１３は、ＴＯＦカメラ１で生成される距離画像の例を示す図である。図１３Ａは、ＴＯＦカメラ１の設定が前記図１２Ａの状態の場合である。図１３Ｂは、ＴＯＦカメラ１の設定が前記図１２Ｂの状態の場合である。

図１３Ａは、図１２Ａのように各照射領域の照射光量が等しい場合を示している。表示画面６０の中に３つの被写体２ａ，２ｂ，２ｃが表示されているが、被写体２ｃは肩から下側の部分２ｃ’が表示されていない。これは、ＴＯＦカメラ１からの距離が最も遠い被写体２ｃへの照射光量が少ないために、被写体２ｃの下半身部分２ｃ’の距離測定が正常になされず、一部の画像が欠落したものである。

一方図１３Ｂは、ＴＯＦカメラ１から距離が遠くなるほど照射領域の照射光量を大きくした場合を示している。距離が異なる３つの被写体２ａ，２ｂ，２ｃについて、全身の距離画像を得ることができる。このように照射領域全体での照射光量の分布を調整することにより、被写体２ａ，２ｂ，２ｃの何れからも必要な反射光量を得ることができ、照射領域全域で人物等の距離測定を正常に行うことが可能となる。

図１４は、本実施例における照射光量分布の設定処理を示すフローチャートである。以下に示す照射光量分布の設定処理は、３次元距離測定装置のＣＰＵ１７が図１の各部の動作を制御することで実行される。以下、ステップ順に説明する。

Ｓ２０１：発光制御部１２により光源部１１の全てのレーザ光源を同一光量で点灯する。
Ｓ２０２：被写体２からの反射光を受光部１３にて検出し、距離計算部１４にて被写体２の各部までの距離を計算し、画像処理部１５にて距離画像を生成する。
Ｓ２０３：生成した距離画像を外部装置（ディスプレイ）に表示する。また必要に応じ、受光部１３にて検出した反射光の強度を外部装置（ディスプレイ）に表示する。

Ｓ２０４：ユーザは表示された距離画像（反射光強度）を確認し、各照射領域の照射光量の設定変更が必要か否かを判定する。例えば、被写体画像に欠落している部分があれば、対応する照射領域の照射光量を増加させる必要がある。また、連続する床面の反射光強度が一様でない場合にも、照射光量の調整が必要になる。ＣＰＵ１７の入力装置を介しユーザからの変更指示がある場合はＳ２０６に進み、変更指示がない場合はＳ２０５に進む。
Ｓ２０５：照射光量の設定を終了して、３次元距離測定を継続する。

Ｓ２０６：設置角度検出部１６は、ＴＯＦカメラ１の設置角度θを検出する。
Ｓ２０７：ユーザは表示されている距離画像（反射光強度）、あるいはＴＯＦカメラ１の設置角度、もしくは両方の情報に基づいて、ＣＰＵ１７の入力装置を介し、各照射領域の照射光量の設定変更を行う。例えば、距離画像に基づく場合は、被写体画像に欠落している部分があれば、対応する照射領域の照射光量を増加するよう設定する。また、ＴＯＦカメラ１の設置角度に基づく場合は、床面からの反射光強度が一様になるよう、水平方向の領域の照射光量を増加させ、床面に垂直方向の領域の照射光量を減少させるように設定する。

Ｓ２０８：上記Ｓ２０７で変更した照射光量分布の設定に対して、ＣＰＵ１７は、変更後の照射光量分布が得られるよう各レーザ光源の発光量を設定する。
Ｓ２０９：発光制御部１２は、各レーザ光源に対し設定された発光量で点灯させる。そしてＳ２０２に戻り、設定変更後の距離画像について上記した処理を繰り返す。

以上のフローでは、Ｓ２０４、Ｓ２０７における照射光量の設定変更の判定と操作はユーザにより行うものとしたが、ＣＰＵ１７により自動的に判断して設定することも可能である。例えば、距離画像内の被写体（人物等）の形状を認識し、図１３Ａのように被写体画像に欠落部が存在していないか、あるいは、連続する床面の反射光強度が一様でないか、などから判断が可能である。

実施例２によれば、距離の異なる複数の被写体に対し照射光量分布を最適に調整することができるので、３次元距離測定時の検出光量の過不足をなくし、各被写体について精度良く距離測定を行うことができる。

以上述べた各実施例では、３つのレーザ光源を備える構成としたが、光源の数と種類はこれに限定されないことは言うまでもない。

１：距離画像生成部（ＴＯＦカメラ）、
２，２ａ〜２ｃ：被写体、
３，３ａ〜３ｃ：照射領域、
４：天井、
５：床面、
１０：発光部、
１１，１１ａ〜１１ｃ：光源部（レーザ光源）、
１２，１２ａ〜１２ｃ：発光制御部、
１３：受光部、
１４：距離計算部、
１５：画像処理部、
１６：設置角度検出部、
１７：ＣＰＵ、
４１，４３，４５，４６：照射光、
４２，４４，４７：反射光、
５０，５０ａ〜５０ｃ：照射光量分布、
５１，５１ａ〜５１ｃ：照射範囲、
６０：表示画面。

Claims (5)

1. 被写体の位置を距離画像として出力する３次元距離測定装置において、
   前記被写体に光を照射する複数の光源と、
   前記複数の光源の発光を制御する発光制御部と、
   前記被写体からの反射光を検出する受光部と、
   前記受光部にて検出した反射光の伝達時間に基づき前記被写体までの３次元距離を算出する距離計算部と、
   前記距離計算部で算出した距離データに基づき前記被写体の２次元の距離画像を生成する画像処理部と、を備え、
   前記複数の光源により照射される複数の照射領域は、隣接する照射領域とのみ互いに重なるように配置されていることを特徴とする３次元距離測定装置。
2. 請求項１に記載の３次元距離測定装置において、
   前記隣接する照射領域との重なり幅は、各々の照射領域の幅の１／２よりも小さいことを特徴とする３次元距離測定装置。
3. 請求項１または２に記載の３次元距離測定装置において、
   前記発光制御部により、前記複数の光源に対し、各々個別に点灯または消灯、あるいは発光量の調整が可能であることを特徴とする３次元距離測定装置。
4. 請求項３に記載の３次元距離測定装置において、
   前記発光制御部は、前記複数の光源を全て点灯させて前記被写体に照射し、
   前記画像処理部にて生成した前記被写体の距離画像と前記受光部にて検出した反射光の強度をディスプレイに表示し、
   ユーザから、所定の照射領域には光が照射されないように変更指示を受けたとき、
   前記発光制御部は、ユーザから変更指示を受けた照射領域に対応する光源を個別に消灯させることを特徴とする３次元距離測定装置。
5. 請求項３に記載の３次元距離測定装置において、
   前記発光制御部は、前記複数の光源を同一の発光量で点灯させて前記被写体に照射し、
   前記画像処理部にて生成した前記被写体の距離画像と前記受光部にて検出した反射光の強度をディスプレイに表示し、
   ユーザから、所定の照射領域の照射光量を増加または減少させるように変更指示を受けたとき、
   前記発光制御部は、ユーザから変更指示を受けた照射領域に対応する光源の発光量を個別に増加または減少させることを特徴とする３次元距離測定装置。

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