JP2021173521A - 測距システム、測距装置、およびコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像装置を用いつつコストの増大を抑制する。【解決手段】撮像装置11は、対象物20が写り込んだ画像を取得する。第一光源121は、第一照明光L1を出射する。第二光源122は、第二照明光L2を出射する。測距装置13は、第一照明光L1で照明されたときの画像における対象物20の輝度と、第二照明光L2で照明されたときの画像における対象物20の輝度との比率に基づいて、対象物20までの距離を取得する。【選択図】図1
Description
本発明は、測距システムに関連する。本発明は、当該測距システムにおいて用いられる測距装置、および当該測距装置によって実行されるコンピュータプログラムに関連する。
特許文献1は、ステレオカメラの原理を用いて対象物までの距離を取得する測距システムを開示している。当該システムにおいては、距離を取得するために二つ以上の撮像装置が必要である。
本発明の目的は、撮像装置を用いる測距システムを構成するコストの増大を抑制することである。
上記の目的を達成するための一態様は、測距システムであって、
対象物が写り込んだ画像を取得する撮像装置と、
第一照明光を出射する第一光源と、
第二照明光を出射する第二光源と、
前記第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、前記第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得する測距装置と、
を備えている。
対象物が写り込んだ画像を取得する撮像装置と、
第一照明光を出射する第一光源と、
第二照明光を出射する第二光源と、
前記第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、前記第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得する測距装置と、
を備えている。
上記の目的を達成するための一態様は、測距装置であって、
撮像装置によって取得された対象物が写り込んだ画像に対応する画像データを受け付ける受付部と、
前記画像データに基づいて、第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得する処理部と、
を備えている、
撮像装置によって取得された対象物が写り込んだ画像に対応する画像データを受け付ける受付部と、
前記画像データに基づいて、第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得する処理部と、
を備えている、
上記の目的を達成するための一態様は、測距装置の処理部によって実行されるコンピュータプログラムであって、
実行されることにより、前記測距装置に、
撮像装置によって取得された対象物が写り込んだ画像に対応する画像データを受け付けさせ、
前記画像データに基づいて、第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得させる。
実行されることにより、前記測距装置に、
撮像装置によって取得された対象物が写り込んだ画像に対応する画像データを受け付けさせ、
前記画像データに基づいて、第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得させる。
上記のような構成によれば、第一照明光で照明された対象物が写り込んだ画像と第二照明光で照明された対象物が写り込んだ画像とが、単一の撮像装置により取得される。そして、取得された二つの画像に基づいて、当該対象物までの距離が取得される。これにより、二つ以上の撮像装置を使用する構成と比較すると、撮像装置を用いる測距システムを構成するコストの増大を抑制できる。
添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。図1は、一実施形態に係る測距システム10の構成を例示している。
測距システム10は、撮像装置11を含んでいる。撮像装置11は、予め定められた撮像領域Aの画像を取得するように構成されている。撮像装置11としては、カメラやイメージセンサが例示されうる。撮像装置11は、取得された画像に対応する画像データDIを出力するように構成されている。画像データDIは、アナログデータでもよいし、デジタルデータでもよい。
撮像領域A内に対象物20が存在すると、撮像装置11により取得される画像に対象物20が写り込む。画像に写り込んだ対象物20は、画像データDIに反映される。
以降の説明に用いられる「左」および「右」という語は、撮像装置11から見た「左」および「右」を意味する。
測距システム10は、第一光源121を含んでいる。第一光源121は、撮像装置11の左方において、少なくとも撮像装置11の撮像領域Aが含まれる領域に第一照明光L1を照明するように配置されている。第一照明光L1の波長は、撮像装置11が感度を有する波長として定められる。第一照明光L1としては、赤外光が選ばれうる。第一光源121としては、発光ダイオード、レーザダイオード、EL素子などの半導体発光素子が例示されうる。
測距システム10は、第二光源122を含んでいる。第二光源122は、撮像装置11の右方において、少なくとも撮像装置11の撮像領域Aが含まれる領域に第二照明光L2を照明するように配置されている。第二照明光L2の波長は、撮像装置11が感度を有する波長として定められる。第二照明光L2としては、赤外光が選ばれうる。第二光源122としては、発光ダイオード、レーザダイオード、EL素子などの半導体発光素子が例示されうる。
撮像装置11と第一光源121と第二光源122は、測距システム10において相対的位置が不変になるように配置されている。
測距システム10は、測距装置13を含んでいる。測距装置13は、撮像領域A内に位置する対象物20までの距離を取得するように構成されている。
測距装置13は、受付部131を備えている。受付部131は、画像データDIを受け付けるインターフェースとして構成されている。画像データDIがアナログデータである場合、受付部131は、A/Dコンバータを含む適宜の変換回路を含みうる。
測距装置13は、処理部132と出力部133を備えている。処理部132は、第一光源121の点消灯を制御する第一制御信号SC1と第二光源122の点消灯を制御する第二制御信号SC2を、出力部133から出力するように構成されている。第一制御信号SC1が第一光源121を点灯させると、第一照明光L1が出射される。第二制御信号SC2が第二光源122を点灯させると、第二照明光L2が出射される。
撮像装置11は、複数の受光素子111を備えている。各受光素子111は、画像の画素に対応している。各受光素子111は、入射した光の強度に対応する信号を出力するように構成されている。上述の画像データDIは、複数の受光素子111の各々から出力された信号に対応する情報を、画素データとして含む。
処理部132は、第一光源121と第二光源122を、異なる点灯タイミングで、かつ点灯期間が重複しないように、点灯させる。第一光源121から出射された第一照明光L1は、対象物20によって反射され、反射光として複数の受光素子111に入射する。第二光源122から出射された第二照明光L2は、対象物20によって反射され、反射光として複数の受光素子111に入射する。
処理部132は、第一照明光L1の反射光の強度に対応する情報を含む画像データDIと第二照明光L2の反射光の強度に対応する情報を含む画像データDIに基づいて、第一照明光L1で照明されたときに撮像装置11に取得された画像における対象物20の輝度と、第二照明光L2で照明されたときに撮像装置11に取得された画像における対象物20の輝度との比率を算出するように構成されている。処理部132は、当該輝度比率に基づいて対象物20までの距離を取得するように構成されている。
例えば、図2は、第一光源121から出射された第一照明光L1で照明されたときに取得された画像I1を例示している。図3は、第二光源122から出射された第二照明光L2で照明されたときに取得された画像I2を例示している。画像I1および画像I2には、対象物20の一例である人物が写り込んでいる。
図1に例示されるように、第一光源121から対象物20までの距離は第二光源122から対象物20までの距離よりも短いので、第一光源121と第二光源122が同じ配光特性を有する場合は、第一光源121から出射されて対象物20によって反射された第一照明光L1の反射光の強度は第二光源122から出射されて対象物20によって反射された第二照明光L2の反射光の強度よりも大きくなる。すなわち、図2および図3に例示されるように、画像I1における対象物20の輝度は、画像I2における対象物20の輝度よりも高くなる。画像I1における対象物20の輝度と画像I2における対象物20の輝度は、撮像領域A内の対象物20の位置により変化する。
処理部132は、画像I1における対象物20の輝度と画像I2における対象物20の輝度との比率を算出することにより、対象物20までの距離を取得できる。画像における対象物20の輝度比率に基づいて対象物20までの距離を求める方法の詳細については後述する。
測距システム10は、例えば、図4に例示される車両30に搭載される。本例においては、車両30の右側方に撮像領域Aが形成されるように、撮像装置11が配置される。撮像領域A内に存在する車両21は、対象物20の一例になりうる。撮像領域Aに存在する車両21以外の人物や物体(図示せず)も、対象物20の一例になりうる。
次に、図5および図6を参照しつつ、画像における対象物20の輝度比率に基づいて対象物20までの距離を求める方法について説明する。
撮像装置11の各受光素子111には、撮像領域A内の特定の位置が対応付けられている。各受光素子111は、撮像装置11により取得される画像における特定の画素に対応付けられている。すなわち、撮像領域A内に位置する物体22によって反射された照明光の強度は、当該反射光が入射した受光素子111に対応付けられた画素の輝度に反映される。
撮像装置11に取得される画像に写り込む物体22の輝度は、光源から物体22までの距離と、光源の配光特性(照度および配光分布)と、物体22の反射率によって変化する。
第一光源121から出射された第一照明光L1と第二光源122から出射された第二照明光L2は、同じ物体22に対して照明される。したがって、第一照明光L1に照明されたときの画像に写り込んだ物体22の輝度と第二照明光L2により照明されたときの画像に写り込んだ物体22の輝度との差は、第一光源121から物体22までの距離と、第二光源122から物体22までの距離と、第一光源121の配光特性と、第二光源122の配光特性によって変化する。
図5に例示されるように、第一光源121から物体22までの距離r1は、下記の式1で表される。
但し、L:撮像装置11から物体22までの距離、D1:撮像装置11と第一光源121の距離、θcam:撮像装置11から見た物体22の方向が撮像装置11と第一光源121と第二光源122の配列方向に対してなす角度
撮像装置11から物体22までの距離は、撮像装置11における特定の受光素子111から当該受光素子111に入射する反射光を生じる物体22上の点の間の距離として定められてもよいし、撮像装置11において適宜に定められた基準点と物体22において適宜に定められた基準点の間の距離として定められてもよい。各受光素子111は、撮像装置11の光学系特性により、撮像領域A内の特定の角度方向に対応付けられるため、受光素子111ごとにθcamが求められうる。
第一光源121は均等拡散光源であると仮定し、第一光源121から見た物体22の方向が撮像装置11と第一光源121と第二光源122の配列方向に対してなす角度をθL1と定義すると、θL1とθcamの関係は、以下の式3で表される。
第二光源122は均等拡散光源であると仮定し、第二光源122から見た物体22の方向が撮像装置11と第一光源121と第二光源122の配列方向に対してなす角度をθL2と定義すると、θL2とθcamの関係は、以下の式4で表される。
画像における物体22の輝度は、物体22に対して照明光を出射する光源の照度に物体22の反射率を乗算することにより得られる。上述のように、第一照明光L1により照明される物体22は、第二照明光L2により照明される物体22と同じである。したがって、上記の式7により、第一照明光L1により照明されたときの画像に写り込んだ物体22の輝度と、第二照明光L2により照明されたときの画像に写り込んだ物体22の輝度との比率を求めることができる。以降の説明においては、この比率を「輝度比率R」と称する。
図6は、撮像装置11から物体22までの距離Lと上記のように求められた輝度比率Rの関係を例示するグラフである。本例では、D1が100mm、D2が50mm、θcamが30°である場合に、撮像装置11により取得された画像に写り込んだ物体22の輝度比率Rを例示している。図6に例示されるように、撮像装置11から物体22までの距離Lに応じて画像における物体22の輝度比率Rが変化する。すなわち、撮像装置11により取得された画像における物体22の輝度比率を求めることにより、撮像装置11から物体22までの距離Lを求めることができる。
処理部132は、撮像装置11により取得された画像における物体22の輝度比率Rを算出し、算出した輝度比率Rと上記の式7に基づいて撮像装置11から物体22までの距離Lを演算しうる。あるいは、撮像装置11により取得された画像における物体22の輝度比率Rと撮像装置11から物体22までの距離Lの関係が、予めメモリ等に記憶されていてもよい。この場合、処理部132は、算出された輝度比率Rに対応する距離Lの値をメモリから読みだすことにより撮像装置11から物体22までの距離Lの値を取得できる。
本実施形態に係る構成によれば、第一照明光L1で照明された対象物20が写り込んだ画像I1と第二照明光L2で照明された対象物20が写り込んだ画像I2が、単一の撮像装置11により取得される。そして、取得された画像I1および画像I2に基づいて、対象物20までの距離Lが取得される。したがって、二つ以上の撮像装置11を使用する構成と比較すると、撮像装置11を用いる測距システム10を構成するコストの増大を抑制できる。
本実施形態において、第一光源121と第二光源122は、撮像装置11と第一光源121の距離D1が撮像装置11と第二光源122の距離D2と異なるように、配置されうる。上記の実施形態においては、第一光源121と第二光源122は、同じ配光特性を有している。この場合、撮像装置11の正面方向を中心として対称となるように第一光源121と第二光源122が配置されると、撮像装置11の真正面に位置する対象物20の画像I1における輝度と画像I2における輝度との比率は、対象物20までの距離Lに関係なく一定の値となる。すなわち、上記の式7においてθcamが90°であり且つD1=D2の場合、照度比率Eb/Eaは、対象物20までの距離にかかわらず一定の値となる。他方、撮像装置11と第一光源121の距離D1が撮像装置11と第二光源122の距離D2と異なるように配置されることにより、第一光源121と第二光源122が同じ配光特性を有しており、かつ対象物20が撮像装置11の真正面に位置する場合でも、対象物20までの距離Lに応じて画像における対象物20の輝度比率を変化させることができる。したがって、撮像装置11の真正面に位置する対象物20までの距離Lを取得できる。
本実施形態においては、上述のように第一光源121と第二光源122は、同じ配光特性を有している。しかしながら、第一光源121と第二光源122は、異なる配光特性を有しうる。第一光源121と第二光源122が異なる配光特性を有する場合は、撮像装置11と第一光源121の距離D1が撮像装置11と第二光源122の距離D2と同じであり、かつ対象物20が撮像装置11の真正面に位置する場合でも、撮像装置11から対象物20までの距離Lに応じて輝度比率Rは変化する。したがって、撮像装置11の真正面に位置する対象物20までの距離Lを取得できる。
測距システム10は、図1に例示されるように、第三光源123を含みうる。第三光源123は、撮像装置11の右方において、少なくとも撮像装置11の撮像領域Aが含まれる領域に第三照明光L3を照明するように配置される。第三照明光L3の波長は、撮像装置11が感度を有する波長として定められる。第三照明光L3としては、赤外光が選ばれうる。第三光源123としては、発光ダイオード、レーザダイオード、EL素子などの半導体発光素子が例示されうる。
第一光源121と第三光源123は、同じ配光特性を有しうる。この場合、第三光源123は、撮像装置11と第一光源121の距離が撮像装置11と第三光源123の距離と異なるように配置される。第三光源123は、撮像装置11、第一光源121、および第二光源122との相対的位置が不変になるように配置される。
処理部132は、第三光源123の点消灯を制御する第三制御信号SC3を、出力部133から出力するように構成される。第三制御信号SC3が第三光源123を点灯させると、第三照明光L3が出射される。
処理部132は、第三光源123を、第一光源121および第二光源122と異なる点灯タイミングで、かつ点灯期間が重複しないように、点灯させる。第三光源123から出射された第三照明光L3は、対象物20によって反射され、反射光として複数の受光素子111に入射する。
処理部132は、第一照明光L1の反射光の強度に対応する情報を含む画像データDIと第三照明光L3の反射光の強度に対応する情報を含む画像データDIに基づいて、第一照明光L1で照明されたときに撮像装置11に取得された画像における対象物20の輝度と、第三照明光L3で照明されたときに撮像装置11に取得された画像における対象物20の輝度との比率を算出するように構成される。処理部132は、当該輝度比率に基づいて対象物20までの距離を取得するように構成される。
上記のような構成によれば、第一光源121と第二光源122を用いて対象物20までの距離を取得し、かつ第一光源121と第三光源123を用いて対象物20までの距離を取得することにより、対象物20までの距離の検証や、対象物20までの距離を取得可能な範囲の変更ができる。
例えば、第三光源123は、撮像装置11に対する距離が第二光源122の撮像装置11に対する距離と同じになるように配置されうる。このような構成により、第一光源121と第三光源123を用いて取得された対象物20までの距離に基づいて、第一光源121と第二光源122を用いて取得された対象物20までの距離を検証できる。
あるいは、第三光源123は、その撮像装置11に対する距離が第二光源122の撮像装置11に対する距離と異なるように配置されうる。このような構成により、撮像装置11の前方における第一光源121と第二光源122により照明される範囲と第一光源121と第三光源123により照明される範囲を異ならせることができる。すなわち、第一光源121と第二光源122を用いて対象物20の距離を取得可能な範囲と第一光源121と第三光源123を用いて対象物20の距離を取得可能な範囲を異ならせることができる。例えば、撮像装置11と第三光源123の距離が撮像装置11と第二光源122の距離よりも大きい場合は、第一光源121と第三光源123を用いることにより、第一光源121と第二光源122を用いる場合に比べてより遠くに位置する対象物20の距離を取得できる。
なお、上記の実施形態においては、第一光源121と第三光源123は同じ配光特性を有しており、かつ第三光源123は撮像装置11と第一光源121の距離が撮像装置11と第三光源123の距離と異なるように配置されている。しかしながら、第一光源121と第三光源123は異なる配光特性を有しうる。この場合、第三光源123は、撮像装置11と第一光源121の距離が撮像装置11と第三光源123の距離と同じになるように配置される。
この場合、例えば、第三光源123は、第二光源122と同じ配光特性を有しうる。このような構成により、第一光源121と第三光源123を用いて取得された対象物20までの距離に基づいて、第一光源121と第二光源122を用いて取得された対象物20までの距離を検証できる。
あるいは、第三光源123は、第二光源122と異なる配光特性を有しうる。このような構成により、第一光源121と第二光源122を用いて対象物20の距離を取得可能な範囲と第一光源121と第三光源123を用いて対象物20の距離を取得可能な範囲を異ならせることができる。
これまで説明した各機能を有する処理部132は、汎用メモリと協働して動作する汎用マイクロプロセッサにより実現されうる。汎用マイクロプロセッサとしては、CPU、MPU、GPUが例示されうる。汎用メモリとしては、ROMやRAMが例示されうる。この場合、ROMには、上述した処理を実行するコンピュータプログラムが記憶されうる。ROMは、コンピュータプログラムを記憶している記憶媒体の一例である。プロセッサは、ROM上に記憶されたコンピュータプログラムの少なくとも一部を指定してRAM上に展開し、RAMと協働して上述した処理を実行する。上記のコンピュータプログラムは、汎用メモリにプリインストールされてもよいし、通信ネットワークを介して外部サーバからダウンロードされて汎用メモリにインストールされてもよい。この場合、外部サーバは、コンピュータプログラムを記憶している記憶媒体の一例である。
処理部132は、マイクロコントローラ、ASIC、FPGAなどの上記のコンピュータプログラムを実行可能な専用集積回路によって実現されてもよい。この場合、当該専用集積回路に含まれる記憶素子に上記のコンピュータプログラムがプリインストールされる。当該記憶素子は、コンピュータプログラムを記憶している記憶媒体の一例である。処理部132は、汎用マイクロプロセッサと専用集積回路の組合せによっても実現されうる。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。
上記の実施形態においては、測距システム10は、二つまたは三つの光源を用いて対象物20までの距離を取得している。しかしながら、測距システム10は、四つ以上の光源を用いて対象物20までの距離を取得しうる。
上記の実施形態においては、測距システム10は、車両30の周囲に存在する対象物20まで距離を取得している。しかしながら、測距システム10は、車両20以外の移動体や住宅や施設において対象物20までの距離を取得するために用いられうる。
測距装置13は、必ずしも撮像装置11と同じ移動体、住宅、施設などに設置されることを要しない。測距装置13は、撮像装置11、第一光源121、第二光源122、第三光源123の少なくとも一つと通信ネットワークを介して通信可能な外部装置として提供されうる。
上記の実施形態においては、撮像装置11は、対象物20までの距離を取得する以外の目的で使用しうる。対象物20までの距離を取得するために取得された画像I1および画像I2は、他の目的に使用されてもよい。他の目的に使用するために、新たな画像が撮像装置11により取得されてもよい。例えば、撮像装置11は、車両30のユーザを認証するために用いられうる。
11:撮像装置、111:受光素子、121:第一光源、122:第二光源、123:第三光源、13:測距装置、131:受付部、132:処理部、20:対象物、DI:画像データ、I1、I2:画像、L1:第一照明光、L2:第二照明光、L3:第三照明光
Claims (7)
- 対象物が写り込んだ画像を取得する撮像装置と、
第一照明光を出射する第一光源と、
第二照明光を出射する第二光源と、
前記第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、前記第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得する測距装置と、
を備えている、
測距システム。 - 前記第一光源と前記第二光源は、同じ配光特性を有しており、
前記撮像装置と前記第一光源の距離は、前記撮像装置と前記第二光源の距離と異なる、請求項1に記載の測距システム。 - 前記第一光源と前記第二光源は、異なる配光特性を有しており、
前記撮像装置と前記第一光源の距離は、前記撮像装置と前記第二光源の距離と同じである、請求項1に記載の測距システム。 - 第三照明光を出射する第三光源をさらに備えており、
前記測距装置は、前記第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、前記第三照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得するように構成されており、
前記第一光源と前記第三光源は、同じ配光特性を有しており、
前記撮像装置と前記第一光源の距離は、前記撮像装置と前記第三光源の距離と異なる、請求項2または3に記載の測距システム。 - 第三照明光を出射する第三光源をさらに備えており、
前記測距装置は、前記第一照明光で照明された前記画像における前記対象物の輝度と、前記第三照明光で照明された前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得するように構成されており、
前記第一光源と前記第三光源は、異なる配光特性を有しており、
前記撮像装置と前記第一光源の距離は、前記撮像装置と前記第三光源の距離と同じである、請求項2または3に記載の測距システム。 - 撮像装置によって取得された対象物が写り込んだ画像に対応する画像データを受け付ける受付部と、
前記画像データに基づいて、第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得する処理部と、
を備えている、
測距装置。 - 測距装置の処理部によって実行されるコンピュータプログラムであって、
実行されることにより、前記測距装置に、
撮像装置によって取得された対象物が写り込んだ画像に対応する画像データを受け付けさせ、
前記画像データに基づいて、第一照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度と、第二照明光で照明されたときの前記画像における前記対象物の輝度との比率に基づいて、前記対象物までの距離を取得させる、
コンピュータプログラム。
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2020
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