JP2020038163A - Distance image generation device, and distance image generation method - Google Patents
Distance image generation device, and distance image generation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020038163A JP2020038163A JP2018166182A JP2018166182A JP2020038163A JP 2020038163 A JP2020038163 A JP 2020038163A JP 2018166182 A JP2018166182 A JP 2018166182A JP 2018166182 A JP2018166182 A JP 2018166182A JP 2020038163 A JP2020038163 A JP 2020038163A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- intensity
- distance
- reflected light
- pixels
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、距離画像を生成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for generating a distance image.
距離画像を生成する技術として、例えばTOF(Time Of Flight)方式を用いるものが知られている。TOF方式とは、一定周波数によって変調された光を対象となる物体に照射してその反射光を検出し、反射光が戻るまでの時間に基づいて距離を計測する方式である。このTOF方式のように反射光を用いて距離計測を行う場合、変調光とともに太陽光や照明等による外乱光も検出されてしまうため、それらの影響を抑えるために受光した光から変調光の成分だけを取り出すことが望まれる。これらの太陽光や外乱光による影響を抑える技術については、例えば、特許第5271643号公報(特許文献1)や特許第5452200号公報(特許文献2)に記載されている。 As a technique for generating a distance image, for example, a technique using a TOF (Time Of Flight) method is known. The TOF method is a method of irradiating a target object with light modulated by a constant frequency, detecting reflected light, and measuring a distance based on a time until the reflected light returns. When distance measurement is performed using reflected light as in the TOF method, disturbance light due to sunlight or illumination is detected together with the modulated light. Therefore, the component of the modulated light from the received light is used to suppress the influence thereof. It is desired to take out only. Techniques for suppressing the effects of sunlight and disturbance light are described in, for example, Japanese Patent No. 5271463 (Patent Document 1) and Japanese Patent No. 5452200 (Patent Document 2).
上記した公知文献に記載の発明では、光ショットノイズ、暗電流ノイズ、kTCノイズによる影響については特段考慮されていなかった。ここで、光ショットノイズとは、光が受光部に入射したときに発生するノイズであり、外乱光の強度が非常に大きいときには測距精度に影響を及ぼすものである。また、暗電流ノイズやkTCノイズは、光が全く受光されていなくても発生するノイズであり、変調光による反射光の強度が小さいときには測距精度に影響を及ぼすものである。 In the inventions described in the above-mentioned known documents, the effects of light shot noise, dark current noise, and kTC noise have not been particularly considered. Here, the light shot noise is noise generated when light is incident on the light receiving unit, and affects the distance measurement accuracy when the intensity of disturbance light is extremely large. Further, dark current noise and kTC noise are noises generated even when no light is received, and affect the distance measurement accuracy when the intensity of reflected light due to modulated light is small.
上記の点について、例えば特開2012−154719号公報(特許文献3)には、反射光の強度が距離の二乗に反比例し、かつ物体の反射率に比例することに注目し、距離と反射率に応じて受光量の閾値を変化させるという技術が記載されている。具体的には、例えば反射率3%の物体を撮影した場合の受光光量と反射率80%の物体を撮影した場合の受光光量を、横軸を距離にしてグラフとし、実際に受光した光の光量が2つの特性線の間に挟まれる範囲内に収まるときだけ物体として認識し、それ以外の場合は物体でないと認識するものである。この原理は、反射率3%の場合の特性線(下限閾値)を下回る場合にはkTCノイズ等の影響で誤検出したものとみなし、反射率80%の場合の特性線(上限閾値)を上回る場合には光ショットノイズ等の影響で誤検出したものとみなすことと同義であるといえる。 Regarding the above points, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-154719 (Patent Document 3) focuses on the fact that the intensity of reflected light is inversely proportional to the square of distance and proportional to the reflectance of an object. A technique is described in which the threshold value of the amount of received light is changed according to the threshold value. Specifically, for example, the amount of light received when an object with a reflectance of 3% is photographed and the amount of light received when an object with a reflectivity of 80% is photographed are plotted on the horizontal axis as a distance. An object is recognized as an object only when the amount of light falls within a range sandwiched between two characteristic lines, and is recognized as not an object in other cases. According to this principle, if the characteristic line is lower than the characteristic line (lower threshold) in the case of the reflectance of 3%, it is regarded as erroneously detected due to the influence of kTC noise or the like, and exceeds the characteristic line (upper threshold) in the case of the reflectivity of 80%. In this case, it can be said that this is equivalent to that an erroneous detection is considered due to the influence of light shot noise or the like.
しかし、上記の技術を適用した場合には、測距できる物体の距離や反射率が制限されてしまうという点で改良の余地がある。また、外乱光と反射光の区別がないので、閾値処理としては不十分であり、その点でも改良の余地がある。 However, when the above technique is applied, there is room for improvement in that the distance and reflectivity of an object that can be measured are limited. Further, since there is no distinction between disturbance light and reflected light, threshold processing is insufficient, and there is still room for improvement in that respect.
本発明に係る具体的態様は、距離画像ないし距離情報の精度を高めることが可能な測距技術を提供することを目的の1つとする。 A specific mode according to the present invention has an object to provide a distance measurement technique capable of improving the accuracy of a distance image or distance information.
[1]本発明に係る一態様の距離画像生成装置は、(a)複数の画素を有する距離画像を生成するための装置であって、(b)対象物へ変調光が照射されたときの反射光を受光することにより当該各画素ごとの距離及び当該反射光の強度を求め、(c)前記対象物へ前記変調光が照射されないときの外乱光を受光することにより当該各画素ごとの当該外乱光の強度を求め、(d)前記外乱光の強度に応じて定まる閾値を前記各画素ごとに設定し、(e)前記各画素ごとに当該閾値と前記反射光の強度を比較し、当該反射光の強度が当該閾値を下回った画素に対応する前記距離を補正して前記距離画像を生成する、距離画像生成装置である。
[2]本発明に係る一態様の距離画像生成方法は、(a)複数の画素を有する距離画像を生成するための方法であって、(b)対象物へ変調光が照射されたときの反射光を受光することにより当該各画素ごとの距離及び当該反射光の強度を求めるステップと、(c)前記対象物へ前記変調光が照射されないときの外乱光を受光することにより当該各画素ごとの当該外乱光の強度を求めるステップと、(d)前記外乱光の強度に応じて定まる閾値を前記各画素ごとに設定するステップと、(e)前記各画素ごとに当該閾値と前記反射光の強度を比較し、当該反射光の強度が当該閾値を下回った画素に対応する前記距離を補正して前記距離画像を生成するステップと、を含む、距離画像生成方法である。
[1] A distance image generating device according to one embodiment of the present invention is a device for (a) generating a distance image having a plurality of pixels, and (b) generating a distance image when an object is irradiated with modulated light. The distance of each pixel and the intensity of the reflected light are obtained by receiving the reflected light, and (c) the disturbance light when the modulated light is not applied to the object is received by the pixel. Determining the intensity of the disturbance light, (d) setting a threshold value determined according to the intensity of the disturbance light for each of the pixels, and (e) comparing the threshold value with the intensity of the reflected light for each of the pixels. A distance image generation device that generates the distance image by correcting the distance corresponding to a pixel whose reflected light intensity is lower than the threshold.
[2] The distance image generation method according to one aspect of the present invention is a method for (a) generating a distance image having a plurality of pixels, and (b) generating a distance image when a target is irradiated with modulated light. Calculating the distance of each pixel and the intensity of the reflected light by receiving the reflected light; and (c) receiving the disturbance light when the object is not irradiated with the modulated light. Determining the intensity of the disturbance light, (d) setting a threshold determined according to the intensity of the disturbance light for each of the pixels, and (e) determining the threshold and the reflection light for each of the pixels. Comparing the intensities and correcting the distance corresponding to the pixels for which the intensity of the reflected light is lower than the threshold to generate the distance image.
上記構成によれば、距離画像ないし距離情報の精度を高めることが可能な測距技術が得られる。 According to the above configuration, a distance measurement technique capable of improving the accuracy of the distance image or the distance information can be obtained.
図1は、一実施形態の距離画像生成装置の構成を示すブロック図である。図示の距離画像生成装置1は、TOF方式を用いて、対象物2に対して変調光を照射し、それによって生じる反射光(以下、「変調反射光」という。)に基づいて対象物2との間の距離を示す距離画像を生成するためのものである。ここでいう距離画像とは、対象物2の表面との間の距離を示す情報を画像化したものである。この距離画像(距離情報)は、図示しない上位装置へ出力される。この距離画像生成装置1は、光源部10、受光部11、測距モード制御部12、制御部13およびメモリ14を含んで構成されている。なお、本実施形態における測距モード制御部12および制御部13が本発明における「制御部」に対応する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a range image generation device according to an embodiment. The illustrated depth image generation device 1 irradiates the target object 2 with modulated light using the TOF method, and communicates with the target object 2 based on reflected light (hereinafter, referred to as “modulated reflected light”) generated by the modulated light. Is to generate a distance image indicating the distance between. The distance image referred to here is an image of information indicating a distance between the object 2 and the surface. This distance image (distance information) is output to a higher-level device (not shown). The distance image generation device 1 includes a
光源部10は、例えば複数の半導体発光素子(LED)を有して構成されており、対象物2に対して照射するための変調光を発生させる。この変調光は、一定周波数で変調されたものであり、例えば正弦波や半波整流波に変調されている。
The
受光部11は、対象物2からの反射変調光や外乱光を受光してその光強度に応じた電気信号を発生させるものである。この受光部11は、例えばマトリクス状に配列された複数の受光素子を有して構成されている。
The
測距モード制御部12は、複数の異なるモードによる計測を行うために光源部10および受光部11を同期動作させるように制御するものである。この測距モード制御部12は、例えばFPGA(Field−Programmable Gate Array)を用いて構成される。
The ranging
制御部13は、距離画像生成装置1の全体動作を制御し、受光部11によって生成された電気信号に基づいて距離画像を生成するものである。この制御部13は、例えばCPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータシステムにおいて所定の動作プログラムを実行させることで実現される。この制御部13は、動作プログラムの実行によって構成される機能ブロックとしての距離演算部20、反射光強度演算部21、外乱光強度演算部22、閾値設定部23、距離画像生成部24を含んで構成されている。
The
メモリ14は、制御部13における距離画像の生成に必要な閾値関数に関する情報を記憶するためのものである。このメモリ14としては、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)などの不揮発性メモリが用いられる。なお、メモリ14に記憶される閾値関数の詳細については後述する。
The
距離演算部20は、対象物2へ変調光が照射されたときに受光部11の複数の受光素子によって受光される反射光に基づいて、距離画像に含まれる各画素ごとの距離を求める。
The
反射光強度演算部21は、対象物2へ変調光が照射されたときに受光部11の複数の受光素子によって受光される反射光に基づいて、距離画像に含まれる各画素ごとの反射光の強度を求める。
The reflected light
外乱光強度演算部22は、対象物2へ変調光が照射されないときに受光部11の複数の受光素子によって受光される外乱光に基づいて、距離画像の各画素ごとの当該外乱光の強度を求める。
The disturbance light
閾値設定部23は、メモリ14に記憶されている閾値関数を用いて、外乱光の強度に応じて定まる閾値を距離画像の各画素ごとに設定する。
The
距離画像生成部24は、各画素ごとに、閾値設定部23により設定される閾値と反射光の強度を比較し、反射光の強度が閾値を下回った画素についてはその画素に対応する距離を補正し、反射光の強度が閾値以上である画素についてはその画素に対応する距離をそのまま用いて、距離画像を生成する。
The distance
図2は、受光部に備わる受光素子の構成について説明するための図である。上記のように受光部11には複数の受光素子が備わっており、ここでは1つの受光素子の構成について説明するが他の受光素子も同じ構成である。図2(A)、図2(B)に示すように、受光素子30は、2つのフォトダイオード31A、31Bを備えている。各フォトダイオード31A、31Bは、光起電力効果により、入射する光の強度に応じた電荷を発生させるものである。フォトダイオード31Aは、電荷を転送するための2つの転送ゲートG0、G180を有している。同様に、フォトダイオード31Bは、電荷を転送するための2つの転送ゲートG90、G270を有している。
FIG. 2 is a diagram for describing a configuration of a light receiving element provided in the light receiving unit. As described above, the
距離画像を生成する場合には、各受光素子30において、反射変調光の光強度I(以下、単に「光強度I」という場合もある。)を求める必要がある。この場合、測距モード制御部12は、発光部10から変調光を出射させるとともに、これに同期して反射変調光を受光部11にて受光させるように同期制御を行う。
When a distance image is generated, it is necessary for each light receiving
このとき、制御部13の反射光強度演算部21は、フォトダイオード31Aの転送ゲートG0からの出力を変調光の位相0°から180°までの間で積分する。この積分値をS0とする。また、反射光強度演算部21は、フォトダイオード31Aの転送ゲートG180からの出力を変調光の位相180°から360°までの間で積分する。この積分値をS180とする。また、反射光強度演算部21は、フォトダイオード31Bの転送ゲートG90からの出力を変調光の位相90°から270°までの間で積分する。この積分値をS90とする。また、反射光強度演算部21は、フォトダイオード31Bの転送ゲートG270からの出力を変調光の位相270°から540°までの間で積分する。この積分値をS270とする。
At this time, the reflected light
反射光強度演算部21は、上記の積分値を用いて以下のように反射変調光の光強度Iを求める。ここでは、外乱光の影響が除去された反射変調光の光強度が得られる。
I=√{(S0−S180)2+(S90−S270)2}
The reflected light
I = {(S0-S180) 2 + (S90-S270) 2 }
また、制御部13の距離演算部20は、上記の積分値を用いて以下のように変調光と反射変調光の位相差Δφを求める。
Δφ=arctan{(S90−S270)/(S0−S180)}
Further, the
Δφ = arctan {(S90-S270) / (S0-S180)}
そして、距離演算部20は、各受光素子30に対応する画素における対象物2との距離Lを以下のように求める。なお、cは光速、fは変調周波数である。
L=Δφ×(c/4πf)
Then, the
L = Δφ × (c / 4πf)
他方で、外乱光の強度を示す画像(以下、「外乱光画像」という。)を生成する場合には、各受光素子30において、外乱光の光強度B(以下、単に「光強度B」という場合もある。)を求める必要がある。この場合、測距モード制御部12は、発光部10から変調光を出射させない状態(光量0)にして、受光部11にて外乱光を受光させるように制御を行う。また、測距モード制御部12は、受光素子30の各フォトダイオード31A、31Bにそれぞれ備わった2つの転送ゲートのうち一方をそれぞれオフ状態とし、他方のゲートのみから電荷を読み出し可能とする。例えば、図2(B)に示すように、測距モード制御部12は、転送ゲートG0、G90をオン状態、転送ゲートG180、G270をオフ状態とする。
On the other hand, when an image indicating the intensity of disturbance light (hereinafter, referred to as “disturbance light image”) is generated, the light intensity B of disturbance light (hereinafter, simply referred to as “light intensity B”) is generated in each light receiving
このとき、制御部13の外乱光強度演算部22は、フォトダイオード31Aの転送ゲートG0からの出力を一定期間で積分する。この積分値をB1とする。また、外乱光強度演算部22は、フォトダイオード31Bの転送ゲートG90からの出力を一定期間で積分する。この積分値をB2とする。
At this time, the disturbance light
外乱光強度演算部22は、上記の積分値を用いて以下のように外乱光の光強度Bを求める。
B=B1+B2
The disturbance light
B = B1 + B2
上記のようにして求めた反射変調光の光強度Iおよび外乱光の光強度Bと所定の閾値関数を用いることにより、受光部11の各受光素子30ごとにそれらの受光素子30の出力に基づいて得られた各画素ごとの距離Lの情報が適切なものとして採用し得るか否かを判定することができる。以下、閾値関数について詳細に説明する。
By using the light intensity I of the reflected modulated light and the light intensity B of the disturbance light obtained as described above and a predetermined threshold function, each light receiving
図3は、閾値関数の内容について説明するための図である。図3では、横軸を外乱光の光強度B、縦軸を反射変調光の光強度Iに対応付けている。図2に示した受光素子30において各転送ゲートから出力される電荷量は、kTCノイズや暗電流ノイズによるものが含まれている。反射変調光の光強度が非常に小さい場合、kTCノイズや暗電流ノイズにより各転送ゲートの電荷量がそれぞれ独立して揺らぎ、位相差Δφの計測値に影響を及ぼす。他方で、外乱光の光強度が大きい場合、光ショットノイズが位相差Δφの計測値に影響を及ぼす。このため、変調光や外乱光が全く存在しない場合であっても、各ノイズによるノイズ強度I0が受光素子30から出力される。このノイズ強度I0は、撮像フレーム毎にランダムな値をとる。また、外乱光が存在する場合には、光ショットノイズの影響を受けてノイズ強度が増加する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the contents of the threshold function. In FIG. 3, the horizontal axis corresponds to the light intensity B of the disturbance light, and the vertical axis corresponds to the light intensity I of the reflected modulated light. In the
ここで、一般に、フォトダイオードに発生する光ショットノイズは、外乱光の光強度Bの平方根に比例して増加することが知られている。これに基づき、反射変調光が0であるときに発生し得る最大のノイズ強度Ithは、外乱光の光強度Bを用いて以下のように表すことができる。ただし、aは定数、I0maxはランダムに発生するノイズ強度I0がとり得る最大値である。
Ith=I0max+a√B
Here, it is generally known that the light shot noise generated in the photodiode increases in proportion to the square root of the light intensity B of the disturbance light. Based on this, the largest noise intensity I th, which can occur when reflected modulated light is 0 can be expressed as follows using the light intensity B of the ambient light. However, a is a constant, I 0max is the maximum possible value of noise intensity I 0 occurring at random.
I th = I 0max + a√B
図3に示す曲線は、上記の関係式により表される閾値関数を示している。本実施形態の距離画像生成装置1において、制御部13の閾値設定部23は、各撮像フレーム毎にこの閾値関数に対して外乱光の光強度Bを入力することでノイズ強度Ith(閾値)を動的に決定する。そして、制御部13の距離画像生成部24は、反射変調光の光強度Iがこのノイズ強度Ithよりも大きい場合には、対応する受光素子30の出力に基づいて得られた距離Lの情報が適切なものと判断し、用いる。また、反射変調光の光強度Iがこのノイズ強度Ith以下である場合には、対応する受光素子30の出力に基づいて得られた距離Lの情報が不適切なものと判断し、適宜補正する。
The curve shown in FIG. 3 shows the threshold function represented by the above relational expression. In the range image generation device 1 of the present embodiment, the
図4は、閾値関数の具体例について説明するための図である。図4においても横軸を外乱光の強度B、縦軸を反射変調光の光強度Iに対応付けている。図4に示す閾値関数は以下のようにして求めた。光源10から変調光を出射しないようにした状態(光強度=0)にて、曇り空を撮像し、5670個の画素(受光素子30)において検出された反射変調光の光強度Iと外乱光の光強度Bとの関係をプロットした。曇り空を撮像すると画素によって外乱光の光強度が異なるため、0<B<1000程度の範囲で様々な測定点が存在する。ここでは、それぞれ電子数(電荷量)で表しており、横軸の単位は100nsあたりにフォトダイオードで発生した電子数であり、縦軸の単位は100nsあたりに発生した電子数を5MHzの周波数で4つの各転送ゲートに振り分けた時に得られた電子数である。変調光の光強度を0とし、無限遠点とみなせる曇り空を撮影しているにも関わらず反射変調光の光強度Iが0より大きい値として得られていることが分かる。また、外乱光の光強度Bの増加に従って反射変調光の光強度Iも増加している。この現象は上記のようにkTCノイズ、暗電流ノイズ、光ショットノイズから説明できる。 FIG. 4 is a diagram for describing a specific example of the threshold function. Also in FIG. 4, the horizontal axis corresponds to the intensity B of the disturbance light, and the vertical axis corresponds to the light intensity I of the reflected modulated light. The threshold function shown in FIG. 4 was obtained as follows. In a state where the modulated light is not emitted from the light source 10 (light intensity = 0), the cloudy sky is imaged, and the light intensity I of the reflected modulated light detected at 5,670 pixels (the light receiving elements 30) and the disturbance light The relationship with the light intensity B was plotted. When an image of a cloudy sky is taken, the light intensity of the disturbance light differs depending on the pixel. Here, each is represented by the number of electrons (charge amount), the unit on the horizontal axis is the number of electrons generated in the photodiode per 100 ns, and the unit on the vertical axis is the number of electrons generated per 100 ns at the frequency of 5 MHz. This is the number of electrons obtained when the data is distributed to each of the four transfer gates. It can be understood that the light intensity I of the reflected modulated light is obtained as a value larger than 0 even though the light intensity of the modulated light is set to 0 and a cloudy sky that can be regarded as an infinity point is photographed. Also, the light intensity I of the reflected modulated light increases as the light intensity B of the disturbance light increases. This phenomenon can be explained by kTC noise, dark current noise, and light shot noise as described above.
図中の各測定点を用いて、Ith=0.223+0.021√Bとした場合の閾値関数を図中に特性線で示している。この特性線で示されたノイズ強度Ithを閾値として用い、Ith以下となる変調光の光強度Iが得られた画素(受光素子30)については、その画素における距離Lの情報は不適切(測距不可能)と判定することができる。 The threshold function when I th = 0.223 + 0.021 ° B using each measurement point in the figure is shown by a characteristic line in the figure. Using this characteristic line noise intensity I th indicated by a threshold, for the pixels light intensity I of the modulated light is obtained as the following I th (the light receiving element 30), the incorrect information of the distance L at that pixel (Distance measurement impossible).
ここで、閾値関数の決定方法について考える。変調光の光量を0とし、外乱光の光強度Bを一定としたときにおけるノイズ強度をInoiseとすると、Inoiseは撮像フレーム毎にランダムな値をとり、その分布は正規分布となる。平均値μ=0.5、標準偏差σ=0.05としたときのInoiseの発生確率分布は図5のようになる。これは、図4に示すデータでいうとB≒500のときに、撮像フレーム毎に発生するノイズ量の確率を示している。 Here, a method of determining the threshold function will be considered. Assuming that the noise intensity when the light intensity of the modulated light is 0 and the light intensity B of the disturbance light is constant is I noise , I noise takes a random value for each imaging frame, and its distribution is a normal distribution. FIG. 5 shows an I noise occurrence probability distribution when the average value μ = 0.5 and the standard deviation σ = 0.05. This indicates the probability of the amount of noise generated for each imaging frame when B ≒ 500 in the data shown in FIG.
理想的には、全ての光強度Iについて不適切(測距不可能)の判定を下さなければならないが、閾値を大きくし過ぎると反射変調光の光強度が僅かに存在するときの距離Lまでもが排除されてしまう。このため、閾値を決定するための閾値関数は、距離画像生成装置1の使用目的等に応じて適宜調整することができる。 Ideally, all light intensities I must be judged to be inappropriate (distance measurement is impossible). However, if the threshold value is too large, the distance L when the light intensity of the reflected modulated light is slightly present is increased. Is also eliminated. For this reason, the threshold function for determining the threshold can be appropriately adjusted according to the purpose of use of the distance image generation device 1 and the like.
例えば、変調光の光強度が0でありBが500であるときに、Ith=μ+3σを満たすように閾値関数を決定すると、不適切(測距不可能)の判定を正確に行える確率は、約99.865%となる。同様に、Ith=μ+4σを満たすように閾値関数を決定すると、不適切(測距不可能)の判定を正確に行える確率は、約99.99715%となる。実際に、B=500のときにIth=μ+4σを満たすように閾値関数を決定し、外乱光の光強度Bが画素(受光素子30)によって異なる環境下で撮影した距離画像を検証したところ、測距不可能な画素(例えば、空など対象物がない領域)の情報を的確に排除し、かつ反射率が低い対象物についても適切に測距できることが確認された。 For example, when the light intensity of the modulated light is 0 and B is 500, if the threshold function is determined so as to satisfy I th = μ + 3σ, the probability that the determination of improperness (distance measurement is impossible) can be accurately performed is as follows. It is about 99.865%. Similarly, when the threshold function is determined so as to satisfy I th = μ + 4σ, the probability that the determination of inappropriateness (distance measurement is impossible) can be made accurately is about 99.99715%. Actually, when B = 500, a threshold function was determined so as to satisfy I th = μ + 4σ, and a distance image taken under an environment in which the light intensity B of the disturbance light varied depending on the pixel (the light receiving element 30) was verified. It was confirmed that information of pixels that could not be measured (for example, an area without an object such as the sky) was accurately excluded, and that an object having a low reflectance could be appropriately measured.
図6は、距離画像生成装置の動作手順を示すフローチャートである。なお、処理に矛盾を生じない限りにおいて処理順序を入れ替えてもよく、図示の処理順序にのみ限定されない。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation procedure of the range image generation device. Note that the processing order may be changed as long as no inconsistency occurs in the processing, and the processing order is not limited to the illustrated processing order.
測距モード制御部12は、反射変調光の光強度Iを計測するための測距モードにより光源10および受光部11を制御する。制御部13の反射光強度演算部21は、各受光素子30の転送ゲートの出力に対応する積分値S0、S90、S180、S270を取得する(ステップS11)。
The ranging
次に、測距モード制御部12は、外乱光強の光強度Bを計測するための測距モードにより光源10および受光部11を制御する。制御部13の外乱光強度演算部22は、各受光素子30の転送ゲートの出力に対応する積分値B1、B2を取得する(ステップS12)。
Next, the distance measurement
次に、反射光強度演算部21は、反射変調光の光強度Iを算出する(ステップS13)。また、外乱光強度演算部22は、外乱光の光強度Bを算出する(ステップS14)。また、距離演算部20は、各画素ごとの距離Lを算出する(ステップS15)。
Next, the reflected
次に、閾値設定部23は、メモリ14から読み出した閾値関数を用いて、各画素ごとに外乱光の光強度Bに基づく閾値であるノイズ強度Ithを算出する(ステップS16)。そして、距離画像生成部24は、ステップS13で求められた反射変調光の光強度Iが閾値であるノイズ強度Ithよりも大きいか否かを判定する(ステップS17)。
Next, the
反射変調光の光強度Iが閾値のノイズ強度Ithよりも大きい場合には(ステップS17;YES)、距離画像生成部24は、その画素の距離Lを適切なものとして保持する(ステップS18)。他方、反射変調光の光強度Iが閾値のノイズ強度Ith以下の場合には(ステップS17;NO)、距離画像生成部24は、その画素の距離Lを不適切なものとしてエラー処理する(ステップS19)。具体的には、例えばその画素の距離Lとして設計上の最大値を出力する補正処理を行うか、あるいは距離Lの情報を廃棄する補正処理を行う。
If the light intensity I of the reflected modulated light is greater than the noise intensity I th threshold (Step S17; YES), the distance
距離画像生成部24は、全ての画素について処理が完了したか否か判定し(ステップS20)、処理が完了していない場合には(ステップS20;NO)、上記したステップS17へ戻り、それ以降の処理を繰り返す。また、処理が完了した場合には(ステップS20;YES)、距離画像生成部24は、各画素の距離Lの情報を用いて距離画像を生成し、上位装置へ出力する(ステップS21)。
The distance
以上のような実施形態によれば、距離画像ないし距離情報の精度を高めることが可能な測距技術を得ることができる。 According to the above-described embodiment, it is possible to obtain a distance measurement technique capable of improving the accuracy of a distance image or distance information.
なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態ではTOF方式を用いる距離画像生成装置において本発明を適用した場合を例示していたが、これに限定されず、光源(発光部)から放出する光を用いて距離計測を行う距離画像生成装置の全般に対して本発明を適用することができる。また、光源から放出する光の波形に制限はない。さらに、上記した実施形態では2つのフォトダイオードの各々に2つの転送ゲートを有する受光部を用いる場合について例示していたが、反射変調光の光強度と外乱光の光強度を得ることができる限りにおいて受光部の構成は限定されない。 It should be noted that the present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the distance image generating apparatus using the TOF method has been exemplified. However, the present invention is not limited to this, and distance measurement is performed using light emitted from a light source (light emitting unit). The present invention can be applied to all the range image generating apparatuses to be performed. There is no limitation on the waveform of light emitted from the light source. Further, in the above-described embodiment, the case where the light receiving unit having two transfer gates is used for each of the two photodiodes has been exemplified. However, as long as the light intensity of the reflected modulated light and the light intensity of the disturbance light can be obtained. In, the configuration of the light receiving unit is not limited.
1:距離画像生成装置、2:対象物、10:光源部、11:受光部、12:測距モード制御部、13:制御部、14:メモリ、20:距離演算部、21:反射光強度演算部、22:外乱光強度演算部、23:閾値設定部、24:距離画像生成部、30:受光素子、31A、31B:フォトダイオード、G0、G90、G180、G270:転送ゲート 1: distance image generation device, 2: target object, 10: light source unit, 11: light receiving unit, 12: distance measurement mode control unit, 13: control unit, 14: memory, 20: distance calculation unit, 21: reflected light intensity Calculation unit, 22: disturbance light intensity calculation unit, 23: threshold setting unit, 24: distance image generation unit, 30: light receiving element, 31A, 31B: photodiode, G0, G90, G180, G270: transfer gate
Claims (6)
対象物へ変調光が照射されたときの反射光を受光することにより当該各画素ごとの距離及び当該反射光の強度を求め、
前記対象物へ前記変調光が照射されないときの外乱光を受光することにより当該各画素ごとの当該外乱光の強度を求め、
前記外乱光の強度に応じて定まる閾値を前記各画素ごとに設定し、
前記各画素ごとに当該閾値と前記反射光の強度を比較し、当該反射光の強度が当該閾値を下回った画素については対応する前記距離を補正して前記距離画像を生成する、
距離画像生成装置。 An apparatus for generating a range image having a plurality of pixels,
By receiving the reflected light when the modulated light is applied to the object, the distance of each pixel and the intensity of the reflected light are obtained,
By obtaining the intensity of the disturbance light for each pixel by receiving the disturbance light when the modulated light is not irradiated to the object,
A threshold determined according to the intensity of the disturbance light is set for each of the pixels,
Comparing the threshold and the intensity of the reflected light for each of the pixels, and generating the distance image by correcting the corresponding distance for a pixel whose intensity of the reflected light is less than the threshold,
Range image generation device.
前記複数の画素の各々に対応する複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の出力に基づいて前記距離画像を生成する制御部と、
を含み
前記制御部は、
対象物へ変調光が照射されたときに前記複数の受光素子によって受光される反射光に基づいて当該各画素ごとの距離及び当該反射光の強度を求め、
前記対象物へ前記変調光が照射されないときに前記複数の受光素子によって受光される外乱光に基づいて当該各画素ごとの当該外乱光の強度を求め、
前記外乱光の強度に応じて定まる閾値を前記各画素ごとに設定し、
前記各画素ごとに当該閾値を前記反射光の強度を比較し、当該反射光の強度が当該閾値を下回った画素については対応する前記距離を補正して前記距離画像を生成する、
距離画像生成装置。 An apparatus for generating a range image having a plurality of pixels,
A plurality of light receiving elements corresponding to each of the plurality of pixels;
A control unit that generates the distance image based on outputs of the plurality of light receiving elements,
The control unit includes:
Determine the distance of each pixel and the intensity of the reflected light based on the reflected light received by the plurality of light receiving elements when the object is irradiated with the modulated light,
Determine the intensity of the disturbance light for each pixel based on the disturbance light received by the plurality of light receiving elements when the modulated light is not irradiated to the object,
A threshold determined according to the intensity of the disturbance light is set for each of the pixels,
For each of the pixels, the threshold value is compared with the intensity of the reflected light, and the intensity of the reflected light is lower than the threshold value.
Range image generation device.
前記複数の画素の各々に対応する複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の出力に基づいて前記距離画像を生成する制御部と、
を含み
前記制御部は、
対象物へ変調光が照射されたときに前記複数の受光素子によって受光される反射光に基づいて当該各画素ごとの距離を求める距離演算部と、
前記対象物へ前記変調光が照射されたときに前記複数の受光素子によって受光される反射光に基づいて当該各画素ごとの当該反射光の強度を求める反射光強度演算部と、
前記対象物へ前記変調光が照射されないときに前記複数の受光素子によって受光される外乱光に基づいて当該各画素ごとの当該外乱光の強度を求める外乱光強度演算部と、
前記外乱光の強度に応じて定まる閾値を前記各画素ごとに設定する閾値設定部と、
前記各画素ごとに当該閾値を前記反射光の強度を比較し、当該反射光の強度が当該閾値を下回った画素については対応する前記距離を補正して前記距離画像を生成する距離画像生成部と、
を有する、距離画像生成装置。 An apparatus for generating a range image having a plurality of pixels,
A plurality of light receiving elements corresponding to each of the plurality of pixels;
A control unit that generates the distance image based on outputs of the plurality of light receiving elements,
The control unit includes:
A distance calculation unit that calculates a distance for each pixel based on reflected light received by the plurality of light receiving elements when the target object is irradiated with the modulated light,
A reflected light intensity calculation unit that calculates the intensity of the reflected light for each pixel based on the reflected light received by the plurality of light receiving elements when the modulated light is applied to the object,
A disturbance light intensity calculation unit that calculates the intensity of the disturbance light for each of the pixels based on the disturbance light received by the plurality of light receiving elements when the modulated light is not applied to the object,
A threshold setting unit that sets a threshold determined according to the intensity of the disturbance light for each of the pixels,
For each pixel, the threshold value is compared with the intensity of the reflected light, and the intensity of the reflected light is less than the threshold value For pixels whose intensity is less than the threshold value, a corresponding distance is corrected and the distance image generation unit generates the distance image. ,
A distance image generation device comprising:
請求項1〜3の何れか1項に記載の距離画像生成装置。 The threshold is determined in proportion to the square root of the intensity of the reflected light,
The distance image generation device according to claim 1.
請求項1〜4の何れか1項に記載の距離画像生成装置。 The correction of the distance is performed by a process of discarding the information of the distance or a process of overwriting the information of the distance with an arbitrary value.
The distance image generation device according to claim 1.
対象物へ変調光が照射されたときの反射光を受光することにより当該各画素ごとの距離及び当該反射光の強度を求めるステップと、
前記対象物へ前記変調光が照射されないときの外乱光を受光することにより当該各画素ごとの当該外乱光の強度を求めるステップと、
前記外乱光の強度に応じて定まる閾値を前記各画素ごとに設定するステップと、
前記各画素ごとに当該閾値と前記反射光の強度を比較し、当該反射光の強度が当該閾値を下回った画素については対応する前記距離を補正して前記距離画像を生成するステップと、
を含む、距離画像生成方法。 A method for generating a range image having a plurality of pixels, comprising:
Obtaining the distance of each pixel and the intensity of the reflected light by receiving the reflected light when the target object is irradiated with the modulated light,
Obtaining the intensity of the disturbance light for each pixel by receiving disturbance light when the modulated light is not radiated to the object;
Setting a threshold determined according to the intensity of the disturbance light for each of the pixels,
Comparing the threshold and the intensity of the reflected light for each of the pixels, and correcting the corresponding distance for a pixel whose intensity of the reflected light is less than the threshold to generate the distance image,
And a distance image generation method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018166182A JP2020038163A (en) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | Distance image generation device, and distance image generation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018166182A JP2020038163A (en) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | Distance image generation device, and distance image generation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020038163A true JP2020038163A (en) | 2020-03-12 |
Family
ID=69737841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018166182A Pending JP2020038163A (en) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | Distance image generation device, and distance image generation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020038163A (en) |
-
2018
- 2018-09-05 JP JP2018166182A patent/JP2020038163A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10430956B2 (en) | Time-of-flight (TOF) capturing apparatus and image processing method of reducing distortion of depth caused by multiple reflection | |
EP3715907B1 (en) | Methods and apparatuses for compensating light reflections from a cover of a time-of-flight camera | |
JP6286677B2 (en) | Ranging system and imaging sensor | |
WO2019163673A1 (en) | Optical distance measurement device | |
US9453743B2 (en) | Distance measuring apparatus | |
CN110596727B (en) | Distance measuring device for outputting precision information | |
US10048357B2 (en) | Time-of-flight (TOF) system calibration | |
WO2014097539A1 (en) | Device for three-dimensional measurement, and method for three-dimensional measurement | |
JP2020003446A (en) | Optical range finder | |
WO2015128915A1 (en) | Distance measurement device and distance measurement method | |
US20170278260A1 (en) | Image processing apparatus, image processing method, and non-transitory recording medium storing program | |
KR102367123B1 (en) | Controlling method in distance measuring device using TOF | |
US11196982B2 (en) | Time-of-flight camera, electronic device and calibration method | |
JP2014115264A (en) | Three-dimensional shape measuring device and control method therefor | |
CN111896971A (en) | TOF sensing device and distance detection method thereof | |
JP2020160044A (en) | Distance measuring device and distance measuring method | |
EP4215870A1 (en) | Measurement device and measurement method | |
JP2020038163A (en) | Distance image generation device, and distance image generation method | |
US10255687B2 (en) | Distance measurement system applicable to different reflecting surfaces and operating method thereof | |
US20220187429A1 (en) | Optical ranging device | |
US11906427B2 (en) | Method and apparatus for determining a reflectivity value indicating a reflectivity of an object | |
CN113900113A (en) | TOF sensing device and distance detection method thereof | |
JP2020106444A (en) | Distance information generation device | |
Seiter et al. | Correction of a phase dependent error in a time-of-flight range sensor | |
US20220390575A1 (en) | Method and apparatus for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object in a scene |