JP2019144106A - 距離検出装置及び距離検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】距離画像に写り込んだ浮遊物の影響を抑制し得る構成を提供する。【解決手段】照射部１３により赤外光が照射される撮像空間の距離画像が生成されて、当該距離画像に基づいて撮像された物体までの距離が検出される。そして、所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体Ｆが検出対象外とされ、上記所定の距離範囲は、照射部１３から照射された赤外光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定される。【選択図】図５

Description

本発明は、距離検出装置及び距離検出方法に関するものである。

従来、距離値が画素値となる撮像空間の距離画像を生成してこの距離画像に基づいて撮像空間における物体等を検出する技術として、例えば、下記特許文献１に開示される投影装置が知られている。この投影装置は、ＴＯＦ（Time-of-Flight）方式の距離画像センサを備えており、この距離画像センサにより、近赤外光を照射することで受光した反射光に基づいて、対向する投影面や物体までの距離を直線的に検出可能な距離画像が生成される。

特開２０１６−１２２１７９号公報

ところで、上記特許文献１のように光を照射した状態で距離画像を生成する際、撮像空間内に埃・砂・霧などの細かい粒子状の浮遊物（エアロゾル）が浮遊（存在）していることから浮遊物が写り込んだ距離画像が生成される場合がある。このような場合、距離画像に写り込んだ浮遊物の影響により、例えば、浮遊物の後方に位置する物体の距離測定等に関して誤差が生じる可能性がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、距離画像に写り込んだ浮遊物の影響を抑制し得る構成を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の距離検出装置（１０）は、
撮像空間に向けて光を照射する照射部（１３）と、
距離値が画素値となる前記撮像空間の距離画像（Ｐ１）を生成する距離画像生成部（１４）と、
前記距離画像生成部により生成された前記距離画像に基づいて撮像された物体までの距離を検出する検出部（１１）と、
を備え、
前記検出部は、所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体（Ｆ，Ｆａ）を検出対象外とし、
前記所定の距離範囲は、前記照射部から照射された光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定されることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、
照射部（１３）により光が照射される撮像空間に対して、距離値が画素値となる前記撮像空間の距離画像（Ｐ１）を生成し、当該距離画像に基づいて撮像された物体までの距離を検出する距離検出方法であって、
所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体（Ｆ，Ｆａ）を検出対象外とし、
前記所定の距離範囲は、前記照射部から照射された光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定されることを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

請求項１の発明に係る距離検出装置では、照射部により光が照射される撮像空間の距離画像が距離画像生成部により生成されて、当該距離画像に基づいて撮像された物体までの距離が検出部により検出される。そして、検出部により、所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体が検出対象外とされ、上記所定の距離範囲は、照射部から照射された光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定される。

また、請求項５の発明に係る距離検出方法では、照射部により光が照射される撮像空間の距離画像が生成され、当該距離画像に基づいて撮像された物体までの距離が検出される。そして、所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体が検出対象外とされ、上記所定の距離範囲は、照射部から照射された光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定される。

照射部により撮像空間に向けて光が照射されるため、撮像空間に浮遊している埃・砂・霧などの細かい粒子状の浮遊物（エアロゾル）のうち、照射部に対して近距離にて浮遊している浮遊物は、照射部による光のために拡散反射が生じて円形状のように距離画像に写り込む場合がある。一方、照射部からある程度離れた浮遊物は、拡散反射した状態で距離画像に写り込むこともない。このため、照射部から照射された光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて上記所定の距離範囲を設定することで、この所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体は浮遊物とみなすことができる。そして、このように撮像された物体は、浮遊物とみなされて検出部により検出対象外とされるので、距離画像に写り込んだ浮遊物の影響を抑制することができる。

請求項２の発明では、検出部により検出対象外とされる物体が所定数以上含まれる距離画像が継続して撮像される場合に、報知部により所定の報知が行われる。これにより、撮像空間に多くの浮遊物が浮遊している場合には、報知部により所定の報知が行われるので、この報知を受けたユーザは、撮像空間に多くの浮遊物が浮遊しているために正確な物体の距離検出が困難な状態であることを迅速に把握することができる。

請求項３の発明では、検出部により、上記所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体に加えて円形状が一方向にぶれた形状とみなされるように撮像される物体も検出対象外とされる。距離画像を生成する際のシャッター速度が高い場合、近距離の浮遊物は円形状とみなされるように撮像されるが、測定範囲の制約等のためにシャッター速度が低くなると、近距離の浮遊物がぶれて撮像される場合がある。このため、シャッター速度が低くなる場合等も考慮して、上記所定の距離範囲にて円形状が一方向にぶれた形状とみなされるように撮像される物体も検出対象外とすることで、距離画像に写り込んだ浮遊物の影響をより確実に抑制することができる。

請求項４の発明では、検出部は、円形状の特徴量に基づいて距離画像から人の頭を検出する。これにより、上記所定の距離範囲にて人の頭が写り込まないように距離検出装置を設置することで、上記所定の距離範囲よりも遠方にて円形状とみなされるように撮像される物体を人の頭として検出対象とすることができ、距離画像に写り込んだ浮遊物の影響を抑制しつつ人認識を正確に行うことができる。

本実施形態に係る距離検出装置を概略的に示すブロック図である。 撮像空間と距離検出装置との位置関係を説明する説明図である。 図２の位置に配置された距離検出装置にて撮像された距離画像を説明する説明図である。 図２の距離検出装置の位置から撮像された通常の撮像画像を説明する説明図である。 制御部にて実行される浮遊物検知処理の流れを例示するフローチャートである。 上方から複数の人を撮像した距離画像を説明する説明図である。 シャッター速度が低い状態で撮像された距離画像を説明する説明図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る距離検出装置及び距離検出方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る距離検出装置１０は、距離値が画素値となる撮像空間の３Ｄ距離画像を生成してこの距離画像に基づいて撮像空間における物体までの距離等を検出するＴＯＦ方式の距離検出装置として構成されている。この距離検出装置１０は、図１に示すように、主に、制御部１１、記憶部１２、照射部１３、距離画像センサ１４、通信部１５を備えている。

制御部１１は、距離検出装置１０を全体的に制御可能なマイコンなどによって構成され、ＣＰＵ、システムバス、入出力インタフェース等からなり、情報処理機能を有している。この制御部１１には、内蔵された入出力インタフェースを介して種々の入出力装置（周辺装置）が接続されており、本構成の場合、記憶部１２、照射部１３、距離画像センサ１４、通信部１５等が接続されている。

記憶部１２は、例えば半導体メモリ装置などの公知の記憶装置によって構成されており、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の不揮発性メモリなどがこれに相当する。この記憶部１２には、生成した距離画像から物体を検出等する物体検出処理及び後述する浮遊物検知処理を実行するためのアプリケーションプログラム等が制御部１１により実行可能に予め格納されている。

照射部１３は、光源として、赤外光を照明光として照射するＬＥＤを備えており、距離画像センサ１４によって撮像される撮像空間に向けて赤外光を照射するように配置されている。この照射部１３は、その赤外光の強さが距離検出装置１０に対して要求される物体の検出範囲に応じて設定される。

距離画像センサ１４は、例えば、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤ等の固体撮像素子である受光素子を２次元に配列したエリアセンサとして構成される。この距離画像センサ１４は、制御部１１により制御されて、照射部１３からの赤外光が撮像空間の物体で反射した反射光に応じて、各受光素子がそれぞれ検知した受光強度に基づいて３Ｄ距離画像を生成する距離画像生成部として機能する。このように生成される距離画像では、色の階調等に応じて、撮像される物体までの距離が検出可能となる。

通信部１５は、ＬＡＮ等の所定のネットワークを介して有線通信または無線通信を行う公知の通信インタフェースとして構成されており、制御部１１と協働して管理サーバ等の外部機器と通信を行うように機能する。

このように構成される距離検出装置１０は、例えば、特定の部屋内（室内）をセキュリティエリアとして、その部屋の出入口の通行を管理する入退管理システムに採用することができる。具体的には、距離検出装置１０は、出入口及びその周囲を撮像空間としてその撮像空間に向けて赤外光を照射した状態で上方から撮像して距離画像を生成するように配置される。そして、距離検出装置１０は、制御部１１にてなされる物体検出処理により、生成した距離画像に写り込む物体の形状や距離を利用して人を検出（認識）し、その検出結果等を管理サーバ等に送信する。

次に、本実施形態の特徴的構成について説明する。
上述のように撮像空間に向けて赤外光を照射した状態で距離画像を生成する際、撮像空間に浮遊している埃・砂・霧などの細かい粒子状の浮遊物（エアロゾル）のうち、照射部１３に対して近距離にて浮遊している浮遊物は、照射部１３からの赤外光のために拡散反射が生じて円形状のように距離画像に写り込む場合がある。一方、照射部１３からある程度離れた浮遊物は、拡散反射した状態で距離画像に写り込むこともない。

例えば、図２に例示するように、天井付近に距離検出装置１０を配置してその下方の空間を撮像空間とする場合、距離検出装置１０の近くを浮遊物が浮遊していると、図３に例示する距離画像Ｐ１のように、脚立Ｓ１や台Ｓ２だけでなく、照射部１３からの赤外光のために拡散反射が生じた浮遊物が略円形状の物体Ｆとして写り込む。なお、図３の距離画像Ｐ１では、距離検出装置１０（距離画像センサ１４）からの距離が近いと黒くなり距離が離れると白くなる色の階調で検出距離を表現している。また、図４の撮像画像Ｐ２は、図３の距離画像Ｐ１と同じ撮像空間を照明光等を用いることなく撮像した通常の撮像状態を例示しており、拡散反射した浮遊物に起因する略円形状の物体が撮像されない状態を示している。

このように拡散反射が生じた浮遊物が略円形状の物体Ｆとして距離画像に写り込むと、この略円形状の物体Ｆに起因して距離測定に誤差が生じる可能性がある。例えば、照射部１３からの赤外光が浮遊物に当たることで後方への赤外光の強さが弱くなり、この浮遊物の後方に位置する物体の距離測定等に関して誤差が生じる場合がある。

そこで、本実施形態では、制御部１１にてなされる浮遊物検知処理により、照射部１３を基準に設定される所定の距離範囲内にて円形状とみなされる物体Ｆが距離画像に写り込むことで、浮遊物が検知される。上記所定の距離範囲は、照射部１３から照射される赤外光の強さによって変化すべきものであり、照射部１３から照射された赤外光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定される。具体的には、例えば、上記所定の距離範囲は、図２のような撮像空間に円形状のものがない状態で距離検出装置１０の近傍から浮遊物を実際に散布した際に連続的に生成される複数の距離画像を利用して、最も遠い状態で略円形状に写り込んだ物体Ｆの距離に応じて設定することができる。このため、１０ｍを検出範囲とする場合には、例えば、上記所定の距離範囲を、照射部１３から１ｍ以内の範囲（最大検出距離の１０％程度の距離）と設定することができる。

以下、本実施形態において、制御部１１にてなされる浮遊物検知処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
制御部１１にてなされる物体検出処理では、セキュリティエリアの出入口及びその周囲を撮像空間とするように距離画像が生成され、この生成された距離画像に写り込む物体の形状や距離等が検出されて、その検出結果等が通信部１５を介して管理サーバ等に送信される。この物体検出処理では、公知のＨＯＧ（Histograms of Oriented Gradients）特徴量等を利用して、距離画像から人が検出される。図６に例示する距離画像Ｐ３のように、上方から撮像した人の頭は略円形状（図６の符号Ｈ参照）になるため、円形状の特徴量に基づいて距離画像から人の頭を検出することができる。このため、距離検出装置１０は、上記所定の距離範囲にて人の頭が写り込まないように、例えば、上記所定の距離範囲が床から２ｍ以上となるように設置される。なお、上記物体検出処理を行う制御部１１は、「検出部」の一例に相当し得る。

浮遊物検知処理は、上記物体検出処理において、距離画像が生成されるごとになされるもので、距離画像が生成されると、まず、図５のステップＳ１０１に示す特徴量計算処理がなされる。この処理では、例えば、上述した公知のＨＯＧ特徴量等を利用して、距離画像から円形状の物体を検出するための処理がなされる。

続いて、ステップＳ１０３の判定処理にて、距離画像に円形状とみなされる物体が写り込んでいるか否かについて判定される。ここで、距離画像に１つでも円形状とみなされる物体が写り込んでいると判定されると（Ｓ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０５の判定処理にて、円形状とみなされる物体が上述のように予め設定される所定の距離範囲内にて写り込んでいるか否かについて判定される。ここで、円形状とみなされる物体が所定の距離範囲内にて１つでも写り込んでいると（Ｓ１０５でＹｅｓ）、その物体が浮遊物に起因するもので検出対象外と判定される。

この場合には、ステップＳ１０７の判定処理にて、検出対象外と判定された物体（上記所定の距離範囲内にて円形状とみなされる物体）が所定数（例えば、数個）以上写り込んでいるか否かについて判定される。ここで、検出対象外と判定された物体が上記所定数以上写り込んでいると（Ｓ１０７でＹｅｓ）、正確な物体の距離検出を困難とするほど複数の浮遊物が写り込むように距離画像（以下、浮遊物含有画像ともいう）が生成されているとして、この浮遊物含有画像が検知された回数を示す検知回数Ｎがインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）される（Ｓ１０９）。なお、検知回数Ｎは、物体検出処理が開始される際に０にクリアされ、物体検出処理の開始後に浮遊物含有画像が所定回数連続して生成されない場合にも０にクリアされるものとする。

そして、ステップＳ１１１の判定処理にて、インクリメントされた検知回数Ｎが規定回数Ｎｔｈ以上であるか否かについて判定される。ここで、最初に浮遊物含有画像が検知された状態であり、検知回数Ｎが規定回数Ｎｔｈ未満であると（Ｓ１１１でＮｏ）、後述する通知処理を行うことなく、本浮遊物検知処理を終了する。そして、再度距離画像が生成されることで浮遊物検知処理が開始されて、再度浮遊物含有画像が検知されると（Ｓ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０７でＹｅｓ）、検知回数Ｎがインクリメントされる（Ｓ１０９）。

浮遊物含有画像が検知される状態が継続することで検知回数Ｎが増加し、このように増加した検知回数Ｎが規定回数Ｎｔｈ以上になると（Ｓ１１１でＹｅｓ）、ステップＳ１１３に示す報知処理がなされる。この処理では、管理サーバ等の外部機器に対する所定の報知として、撮像空間に多くの浮遊物が浮遊しているために正確な物体の距離検出が困難な状態であることを示す情報が、通信部１５を介して報知（送信）される。これにより、報知を受けた管理者等のユーザは、撮像空間に多くの浮遊物が浮遊しているために正確な物体の距離検出が困難な状態であることを把握する。なお、上記報知処理を行う制御部１１及び通信部１５は、「報知部」の一例に相当し得る。

このような場合、制御部１１は、検出対象外と判定された物体が距離画像に写り込んでいる数等によっては、誤報を防止するため、物体検出処理を終了することもできる。

一方、浮遊物含有画像が検知される状態が継続せず、距離画像に円形状とみなされる物体が写り込んでいない場合（Ｓ１０３でＮｏ）、円形状とみなされる物体が所定の距離範囲内に写り込んでいない場合（Ｓ１０５でＮｏ）、検出対象外と判定された物体が上記所定数未満である場合（Ｓ１０７でＮｏ）には、検知回数Ｎがインクリメントされることなく、本浮遊物検知処理を終了する。

なお、物体検出処理では、例えば、浮遊物含有画像を、浮遊物が写り込んでいない前回の距離画像（検出対象外と判定される物体が無い状態で生成された前回の距離画像）に基づいて補正してもよい。具体的には、例えば、浮遊物含有画像において、検出対象外と判定された物体に相当する範囲の距離値が、上記前回の距離画像における同範囲の距離値と等しくなるように補正されてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る距離検出装置１０及び距離検出方法では、照射部１３により赤外光が照射される撮像空間の距離画像が生成されて、当該距離画像に基づいて撮像された物体までの距離が検出される。そして、所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体Ｆが検出対象外とされ、上記所定の距離範囲は、照射部１３から照射された赤外光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定される。

このように、照射部１３から照射された赤外光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて上記所定の距離範囲を設定することで、この所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体は浮遊物とみなすことができる。そして、このように撮像された物体は、浮遊物とみなされて検出対象外とされるので、距離画像に写り込んだ浮遊物の影響を抑制することができる。

さらに、浮遊物含有画像（検出対象外とされる物体が所定数以上含まれる距離画像）が継続して撮像される場合に、所定の報知が行われる。これにより、撮像空間に多くの浮遊物が浮遊している場合には、上記所定の報知が行われるので、この報知を受けたユーザは、撮像空間に多くの浮遊物が浮遊しているために正確な物体の距離検出が困難な状態であることを迅速に把握することができる。

特に、物体検出処理では、円形状の特徴量に基づいて距離画像から人の頭が検出される。これにより、上記所定の距離範囲にて人の頭が写り込まないように距離検出装置１０を設置することで、上記所定の距離範囲よりも遠方にて円形状とみなされるように撮像される物体を人の頭として検出対象とすることができ、距離画像に写り込んだ浮遊物の影響を抑制しつつ人認識を正確に行うことができる。

なお、上記浮遊物検知処理のステップＳ１０３の判定処理では、円形状とみなされる物体だけでなく、図７に例示する距離画像Ｐ４のように、円形状が一方向にぶれた形状（略円柱状）とみなされる物体Ｆａについても、写り込んでいるか否かについて判定されてもよい。この場合には、上記ステップＳ１０５の判定処理においても、円形状とみなされる物体だけでなく、円形状が一方向にぶれた形状とみなされる物体についても、所定の距離範囲内にて写り込んでいるか否かについて判定される。

すなわち、上記所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体に加えて円形状が一方向にぶれた形状とみなされるように撮像される物体も検出対象外とされる。距離画像を生成する際のシャッター速度が高い場合、近距離の浮遊物は円形状とみなされるように撮像されるが、測定範囲の制約等のためにシャッター速度が低くなると、近距離の浮遊物がぶれて図７に例示する物体Ｆａのように撮像される場合がある。また、周囲の気流の影響等によって浮遊物の移動速度が高くなる場合でも、近距離の浮遊物がぶれて図７に例示する物体Ｆａのように撮像される場合がある。

このため、シャッター速度が低くなる場合や周囲の気流の影響等も考慮して、上記所定の距離範囲にて円形状が一方向にぶれた形状とみなされるように撮像される物体も検出対象外とすることで、距離画像に写り込んだ浮遊物の影響をより確実に抑制することができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態及び変形例等に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）本発明は、セキュリティエリアの出入口の通行を管理する入退管理システムにおける距離検出装置に採用されることに限らず、例えば、指定のエリアを通行する通行人をカウントするシステムにおける距離検出装置など、赤外光などの照明光を照射した状態で生成された距離画像を利用して撮像された物体までの距離を検出する装置に適用されてもよい。また、本発明は、人以外を検出対象とする距離検出装置に適用されてもよい。

（２）本発明では、距離画像は、距離検出装置１０からの距離が近いと黒くなり距離が離れると白くなる色の階調で検出距離が表現されるが、これに限らず、例えば、距離検出装置１０からの距離が近いと赤くなり距離が離れると青くなる色の階調で検出距離が表現されてもよい。

１０…距離検出装置
１１…制御部（検出部，報知部）
１３…照射部
１４…距離画像センサ（距離画像生成部）
１５…通信部（報知部）
Ｐ１…距離画像

Claims (5)

1. 撮像空間に向けて光を照射する照射部と、
   距離値が画素値となる前記撮像空間の距離画像を生成する距離画像生成部と、
   前記距離画像生成部により生成された前記距離画像に基づいて撮像された物体までの距離を検出する検出部と、
   を備え、
   前記検出部は、所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体を検出対象外とし、
   前記所定の距離範囲は、前記照射部から照射された光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定されることを特徴とする距離検出装置。
2. 前記検出部により前記検出対象外とされる物体が所定数以上含まれる前記距離画像が継続して撮像される場合に、所定の報知を行う報知部を備えることを特徴とする請求項１に記載の距離検出装置。
3. 前記検出部は、前記所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体に加えて円形状が一方向にぶれた形状とみなされるように撮像される物体を検出対象外とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の距離検出装置。
4. 前記検出部は、円形状の特徴量に基づいて前記距離画像から人の頭を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の距離検出装置。
5. 照射部により光が照射される撮像空間に対して、距離値が画素値となる前記撮像空間の距離画像を生成し、当該距離画像に基づいて撮像された物体までの距離を検出する距離検出方法であって、
   所定の距離範囲にて円形状とみなされるように撮像される物体を検出対象外とし、
   前記所定の距離範囲は、前記照射部から照射された光により浮遊物が拡散反射する際の距離に応じて設定されることを特徴とする距離検出方法。