JP2022024252A - 制御装置、測距センサ、撮像装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【解決手段】制御装置は、発光素子が発した光に対する対象物からの戻り光を受光するように構成される受光素子を有する測距センサを制御する。制御装置は、受光素子が受光する複数の受光期間のうち第１の受光期間に、発光素子を発光させて、受光素子に戻り光を受光させるように構成される回路を備えてよい。回路は、複数の受光期間のうち第２の受光期間に、発光素子を発光させずに、受光素子に光を受光させるように構成されてよい。回路は、第１の受光期間に受光素子が受光した戻り光の検出信号に基づいて、対象物からの距離を示す情報を取得するように構成されてよい。回路は、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱情報を取得するように構成されてよい。【選択図】図３

Description

本発明は、制御装置、測距センサ、撮像装置、制御方法、及びプログラムに関する。

特許文献１には、複数のＴＯＦセンサの相互干渉を回避する技術が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 中国特許出願公開第１０９４５９７３８号明細書

本発明の一態様に係る制御装置は、発光素子が発した光に対する対象物からの戻り光を受光するように構成される受光素子を有する測距センサの制御装置である。制御装置は、回路を備える。回路は、受光素子が受光する複数の受光期間のうち第１の受光期間に、発光素子を発光させて、受光素子に戻り光を受光させるように構成されてよい。回路は、複数の受光期間のうち第２の受光期間に、発光素子を発光させずに、受光素子に光を受光させるように構成されてよい。回路は、第１の受光期間に受光素子が受光した戻り光の検出信号に基づいて、対象物からの距離を示す情報を取得するように構成されてよい。回路は、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱情報を取得するように構成されてよい。

回路は、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出するように構成されてよい。回路は、外乱の発生を検出した場合に、複数の第１の受光期間のうち、第２の受光期間から予め定められた時間以上離れた第１の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、距離を示す情報を取得するように構成されてよい。

回路は、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出するように構成されてよい。回路は、外乱の発生を検出した場合に、複数の第１の受光期間のうち少なくとも第２の受光期間の直前の第１の期間及び第２の受光期間の直後の第１の期間以外の第１の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、距離を示す情報を取得するように構成されてよい。

複数の受光期間は周期的な期間であってよい。回路は、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出するように構成されてよい。回路は、外乱の発生を検出した場合に、複数の受光期間の開始タイミングの位相を変更するように構成されてよい。

複数の受光期間は周期的な期間であってよい。回路は、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出するように構成されてよい。回路は、外乱の発生を検出した場合に、複数の受光期間の長さを変更するように構成されてよい。

複数の受光期間は周期的な期間であってよい。回路は、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出するように構成されてよい。回路は、外乱の発生を検出した場合に、複数の受光期間の開始タイミングの位相及び複数の受光期間の長さを変更するように構成されてよい。

回路は、第１の受光期間における発光素子を発光して受光素子に戻り光を受光させる動作と、第２の受光期間における発光素子を発光させずに受光素子に光を受光させる動作とを交互に実行するように構成されてよい。

測距センサは、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサであってよい。

本発明の一態様に係る測距センサは、上記の制御装置を備えてよい。

本発明の一態様に係る撮像装置は、上記の制御装置と、上記の測距センサを備えてよい。

本発明の一態様に係る制御方法は、発光素子が発した光に対する対象物からの戻り光を受光するように構成される受光素子を有する測距センサを制御するための制御方法であってよい。制御方法は、受光素子が受光する複数の受光期間のうち第１の受光期間に、発光素子を発光させて、受光素子に戻り光を受光させる段階を備えてよい。制御方法は、複数の受光期間のうち第２の受光期間に、発光素子を発光させずに、受光素子に光を受光させる段階を備えてよい。制御方法は、第１の受光期間に受光素子が受光した戻り光の検出信号に基づいて、対象物からの距離を示す情報を取得する段階を備えてよい。制御方法は、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱情報を取得する段階を備えてよい。

本発明の一態様に係るプログラムは、発光素子が発した光に対する対象物からの戻り光を受光するように構成される受光素子を有する測距センサを制御するコンピュータに処理を実行させる。プログラムは、コンピュータに、受光素子が受光する複数の受光期間のうち第１の受光期間に、発光素子を発光させて、受光素子に戻り光を受光させるように構成される。プログラムは、コンピュータに、複数の受光期間のうち第２の受光期間に、発光素子を発光させずに、受光素子に光を受光させるように構成される。プログラムは、コンピュータに、第１の受光期間に受光素子が受光した戻り光の検出信号に基づいて、対象物からの距離を示す情報を取得させるように構成される。プログラムは、コンピュータに、第２の受光期間に受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱情報を取得させるように構成される。プログラムは、非一時的記録媒体に記録されてよい。

本発明の一態様によれば、外乱情報を取得することができる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

撮像装置１００の機能ブロックの一例を示す。 発光素子１６３及び受光部１６４の動作シーケンスを模式的に示す。 外乱がある場合の動作シーケンスを模式的に示す。 対比例としての動作シーケンスを模式的に示す。 外乱の影響を低減するための動作シーケンスの制御例を示す。 動作シーケンスの他の制御例を示す。 ＴＯＦセンサ１６０の制御方法に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。 無人航空機（ＵＡＶ）の一例を示す。 コンピュータ１２００の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。以下の実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。

本発明の様々な実施形態は、フローチャート及びブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、プログラマブル回路、及び／またはプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び／またはアナログハードウェア回路を含んでよい。集積回路（ＩＣ）及び／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。再構成可能なハードウェア回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、及び他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等の様なメモリ要素等を含んでよい。

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよい。その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ（登録商標））、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。

コンピュータ可読命令は、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードの何れかを含んでよい。ソースコードまたはオブジェクトコードは、従来の手続型プログラミング言語を含む。従来の手続型プログラミング言語は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語でよい。コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供されてよい。プロセッサまたはプログラマブル回路は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。

図１は、本実施形態に係る撮像装置１００の機能ブロックの一例を示す。撮像装置１００は、撮像部１０２、ＴＯＦセンサ１６０、及びレンズ部２００を備える。撮像部１０２は、イメージセンサ１２０、撮像制御部１１０、メモリ１７０、表示部１８０、及び操作部１８２を有する。

イメージセンサ１２０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより構成されてよい。イメージセンサ１２０は、複数のレンズ１５４を介して結像された光学像の画像データを撮像制御部１１０に出力する。撮像制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵ等のマイクロプロセッサ、ＭＣＵ等のマイクロコントローラ等により構成されてよい。

撮像制御部１１０は、操作部１８２からの撮像装置１００の動作命令に応じて、撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０から出力された画像信号にデモザイク処理を施すことで画像データを生成する。撮像制御部１１０は、画像データをメモリ１７０に格納する。撮像制御部１１０は、ＴＯＦセンサ１６０を制御する。撮像制御部１１０は、回路の一例である。ＴＯＦセンサ１６０は、対象物までの距離を測距する飛行時間型センサである。撮像装置１００は、ＴＯＦセンサ１６０により測距された距離に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整することで、合焦制御を実行する。

メモリ１７０は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリ等のフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１７０は、撮像制御部１１０がイメージセンサ１２０等を制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ１７０は、撮像装置１００の筐体の内部に設けられてよい。

複数のレンズ１５４は、ズームレンズ、バリフォーカルレンズ、及びフォーカスレンズとして機能してよい。複数のレンズ１５４の少なくとも一部または全部は、光軸に沿って移動可能に配置される。レンズ制御部１５０は、撮像制御部１１０からのレンズ制御命令に従って、レンズ駆動部１５２を駆動して、１または複数のレンズ１５４を光軸方向に沿って移動させる。レンズ制御命令は、例えば、ズーム制御命令、及びフォーカス制御命令である。レンズ駆動部１５２は、複数のレンズ１５４の少なくとも一部または全部を光軸方向に移動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含んでよい。レンズ駆動部１５２は、ＤＣモータ、コアレスモータ、または超音波モータ等の電動機を含んでよい。レンズ駆動部１５２は、電動機からの動力をカム環、ガイド軸等の機構部材を介して複数のレンズ１５４の少なくとも一部または全部に伝達して、複数のレンズ１５４の少なくとも一部または全部を光軸に沿って移動させてよい。本実施形態では、複数のレンズ１５４は、撮像装置１００と一体型の例について説明する。しかし、複数のレンズ１５４は、交換レンズでよく、撮像装置１００とは別体で構成されてもよい。

表示部１８０は、イメージセンサ１２０から出力された画像を表示してよい。表示部１８０は、撮像装置１００の各種の設定情報を表示してよい。表示部１８０は、液晶ディスプレイ、タッチパネルディスプレイなどでよい。表示部１８０は、複数の液晶ディスプレイ、またはタッチパネルディスプレイを含んでよい。

ＴＯＦセンサ１６０は、発光部１６２、受光部１６４、発光制御部１６６、受光制御部１６７、及びメモリ１６８を備える。ＴＯＦセンサ１６０は、測距センサの一例である。撮像装置１００は、ＴＯＦセンサ１６０に加えて、視差に基づいて測距するステレオカメラなどの他の測距センサを備えてもよい。発光部１６２は、少なくとも１つの発光素子１６３を含む。発光素子１６３は、ＬＥＤまたはレーザ等の高速変調されたパルス光を繰り返し出射するデバイスである。発光素子１６３は、赤外光であるパルス光を出射してよい。発光制御部１６６は、発光素子１６３の発光を制御する。発光制御部１６６は、発光素子１６３から出射されるパルス光のパルス幅を制御してよい。

受光部１６４は、複数の測距領域のそれぞれに関連する被写体までの距離を測距する複数の受光素子１６５を含む。複数の受光素子１６５は、複数の測距領域のそれぞれに対応する。受光素子１６５は、予め定められた受光期間において、対象物からのパルス光の戻り光としての反射光を、繰り返し受光する。受光制御部１６７は、受光素子１６５の受光を制御する。受光制御部１６７は、予め定められた受光期間に受光素子１６５が繰り返し受光する反射光の量に基づいて、複数の測距領域のそれぞれに関連する被写体までの距離を測距する。受光制御部１６７は、予め定められた受光期間に受光素子１６５が繰り返し受光する反射光の量に基づいて、パルス光と反射光との間の位相差を特定することで、被写体までの距離を測距してよい。なお、受光制御部１６７は、反射波の周波数変化を読み取ることで、被写体までの距離を測距してもよい。この方式はＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式と呼ばれる。すなわち、測距センサとしては、ＴＯＦセンサ１６０以外に、出射した光に対する対象物からの戻り光に基づいて対象物までの距離を測定する任意の方式のセンサを適用できる。

メモリ１６８は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、及びＥＥＰＲＯＭの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１６８は、発光制御部１６６が発光部１６２を制御するために必要なプログラム、及び受光制御部１６７が受光部１６４を制御するのに必要なプログラム等を格納する。

ＴＯＦセンサ１６０は、受光部１６４の画素数に対応する複数の測距領域のそれぞれに関連する被写体までの距離を測距できる。

撮像制御部１１０は、ＴＯＦセンサ１６０の制御装置として機能する。ここで、撮像制御部１１０によるＴＯＦセンサ１６０の制御内容を説明する。上述したように、受光素子１６５は、発光素子１６３が発した光に対する対象物からの戻り光を受光するように構成される。撮像制御部１１０は、受光素子１６５が受光する複数の受光期間のうち第１の受光期間に、発光素子１６３を発光させて、受光素子１６５に戻り光を受光させる。撮像制御部１１０は、複数の受光期間のうち第２の受光期間に、発光素子１６３を発光させずに、受光素子１６５に光を受光させる。撮像制御部１１０は、第１の受光期間に受光素子１６５が受光した戻り光の検出信号に基づいて、対象物からの距離を示す情報を取得する。撮像制御部１１０は、第２の受光期間に受光素子１６５が受光した光の検出信号に基づいて、外乱情報を取得する。外乱とは、所定の信号を妨害する信号をいう。外乱とは、例えば受光部１６４が受光すべき光以外の光をいう。外乱とは、例えば受光部１６４で検出すべき以外の信号をいう。外乱とは、検出すべき信号以外の信号をいう。外乱とは、予定していしていない影響を及ぼす信号又は光をいう。外乱とは、ノイズともいう。外乱とは、例えば受光部１６４がＴＯＦセンサ１６０外から受ける光学的な作用のことをいう。外乱情報とは、意図していなかった情報をいう。外乱情報とは、例えば、発光素子１６３が発した光に対する対象物からの戻り光を受光素子１６５がＴＯＦセンサ１６０の制御通りに受光しない状態となる情報をいう。外乱情報を取得することで、例えば別のＴＯＦセンサから光が発せられていることが間接的に検出できる。

例えば、撮像制御部１１０は、第２の受光期間に受光素子１６５が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出する。撮像制御部１１０は、外乱の発生を検出した場合に、複数の第１の受光期間のうち、第２の受光期間から予め定められた時間以上離れた第１の受光期間に受光素子１６５が受光した光の検出信号に基づいて、距離を示す情報を取得する。例えば、撮像制御部１１０は、外乱の発生を検出した場合に、複数の第１の受光期間のうち少なくとも第２の受光期間の直前の第１の期間及び第２の受光期間の直後の第１の期間以外の第１の受光期間に受光素子１６５が受光した光の検出信号に基づいて、距離を示す情報を取得してよい。

撮像制御部１１０は、第１の受光期間における発光素子１６３を発光させて受光素子１６５に戻り光を受光させる動作と、第２の受光期間における発光素子１６３を発光させずに受光素子１６５に光を受光させる動作とを交互に実行してよい。複数の受光期間は、周期的な期間であってよい。撮像制御部１１０は、外乱の発生を検出した場合に、複数の受光期間の開始タイミングの位相を変更して。撮像制御部１１０は、外乱の発生を検出した場合に、複数の受光期間の長さを変更してもよい。撮像制御部１１０は、外乱の発生を検出した場合に、複数の受光期間の開始タイミングの位相及び複数の受光期間の長さを変更してもよい。

図２は、発光素子１６３及び受光部１６４の動作シーケンスを模式的に示す。撮像制御部１１０は、受光期間２０１、受光期間２０２、受光期間２０３、受光期間２０４、受光期間２０５、及び受光期間２０６を含む複数の受光期間のそれぞれにおいて、受光部１６４に光を受光させる。受光期間２０１、受光期間２０２、受光期間２０３、受光期間２０４、受光期間２０５、受光期間２０６を含む複数の受光期間は、予め定められた時間長さＴの期間である。複数の受光期間は、周期Ｔの長さを持つ周期的な期間である。このように、撮像制御部１１０は、対象物までの距離を取得するための受光部１６４の受光動作を、予め定められた周期Ｔで受光部１６４に繰り返し実行させる。

撮像制御部１１０は、受光期間２０１、受光期間２０３、及び受光期間２０５のそれぞれにおいて、発光素子１６３を発光させて、受光部１６４に対象物からの反射光を受光させる。例えば、撮像制御部１１０は、受光期間２０１、受光期間２０３、及び受光期間２０５のそれぞれの開始タイミングで、発光素子１６３にパルス光を発光させる。撮像制御部１１０は、受光期間２０１内の予め定められたタイミングで受光素子１６５の受光量を複数回の読み出しを行い、複数回の読み出しによって取得した受光素子１６５の受光量に基づいて遅延時間Δｔを算出して、遅延時間Δｔに基づいて対象物までの距離を算出する。遅延時間 Δｔ は、受光素子１６５が発光してから受光素子１６５が対象物からの戻り光を受光するまでの時間である。同様に、撮像制御部１１０は、受光期間２０３内における受光素子１６５の受光量に基づいて対象物までの距離を算出し、受光期間２０５内における受光素子１６５の受光量に基づいて対象物までの距離を算出する。受光期間２０１、受光期間２０３、及び受光期間２０５は、第１の受光期間の一例である。

撮像制御部１１０は、受光期間２０２、受光期間２０４、及び受光期間２０６のそれぞれにおいて、発光素子１６３を発光させずに、受光部１６４に光を受光させる。撮像制御部１１０は、受光期間２０２、受光期間２０４及び受光期間２０６のそれぞれにおける受光素子１６５の受光量に基づいて、外乱の発生を検出する。例えば、図２に示すように、受光期間２０２及び受光期間２０４のそれぞれにおける受光素子１６５の受光量が予め定められた閾値より小さい場合、撮像制御部１１０は外乱が発生していないと判断する。受光期間２０２、受光期間２０４、及び受光期間２０６は、第２の受光期間の一例である。

図３は、外乱がある場合の動作シーケンスを模式的に示す。外乱の一例として、他の撮像装置のＴＯＦセンサが発光する光を取り上げて説明する。他の撮像装置のＴＯＦセンサが受光期間２０４内で発光して、その光の反射光等が受光部１６４に入射した場合に、図３に示されるように、受光素子１６５の受光量として閾値を超える値が検出される。この場合、撮像制御部１１０は、受光期間２０４において外乱が発生したと判断する。一方、撮像制御部１１０は、受光期間２０２及び受光期間２０６のそれぞれにおける受光素子１６５の受光量は予め定められた閾値より小さいので、受光期間２０２及び受光期間２０６には外乱が発生していないと判断する。

撮像制御部１１０は、受光期間２０４内で外乱が発生したと判断すると、受光期間２０４の直前の受光期間２０３と、受光期間２０４の直後の受光期間２０５においては、外乱の影響を受けていると判断する。これにより、撮像制御部１１０は、受光期間２０３内の受光量から算出した距離および受光期間２０５内の受光量から算出した距離を無効な距離情報とみなして破棄する。また、撮像制御部１１０は、外乱が発生していないと判断した受光期間２０２より前の受光期間２０１内の受光量から算出した距離と、外乱が発生していないと判断した受光期間２０４より後の受光期間２０５内の受光量から算出した距離を、有効な距離情報とみなす。

このように、撮像制御部１１０は、発光素子１６３を発光させて受光素子１６５に受光させる動作と、発光素子１６３を発光させずに受光素子１６５に受光させる動作を交互に繰り返し行わせる。そして、撮像制御部１１０は、発光素子１６３を発光させずに受光素子１６５に受光させる受光期間の受光量に基づいて、外乱の発生を検出する。このように、発光素子１６３の発光を周期的にオフにして受光素子１６５に受光動作を行わせることによって、外乱の有無を検出することが可能になる。

なお、撮像制御部１１０は、受光期間２０１、受光期間２０２、受光期間２０３、受光期間２０４、受光期間２０５及び受光期間２０６を１セットの測距シーケンスとし、この測距シーケンスを繰り返し実行してよい。上述した撮像制御部１１０の制御によれば、外乱が検出された受光期間の前後に取得した距離情報を破棄するので、撮像部１０２の合焦制御に用いる距離情報の取得に要する時間が遅れる場合がある。しかし、撮像部１０２の撮像フレームレートは２４ｆｐｓ～６０ｆｐｓ程度であるのに対し、ＴＯＦセンサ１６０の受光素子１６５は１０００ｆｐｓ程度の取得レートで動作させることが可能であるので、距離情報の取得に要する時間の遅延は大きな問題とはならない。

図４は、対比例としての動作シーケンスを模式的に示す。図４に示されるように、受光期間２０１、受光期間２０３、及び受光期間２０５に加えて、受光期間２０２、受光期間２０４、及び受光期間２０６においてもＴＯＦセンサの発光素子を発光させたとする。この場合、受光期間２０４で他の撮像装置のＴＯＦセンサが受光期間２０４内で発光して、その光の反射光等が受光部１６４に外乱として入射すると、図４に示されるように、他の撮像装置のＴＯＦセンサからの光の反射光等による受光量が重畳して検出される。そのため、受光期間２０４内の受光量から算出される距離情報の信頼性が低くなる。

これに対し、撮像制御部１１０は、発光素子１６３を発光させずに受光素子１６５に受光させる受光期間を設けることで、外乱の有無を検出することができる。そして、撮像制御部１１０は、外乱が無いと判断した受光期間の測距情報を有効な距離情報として採用することができる。これにより、距離情報の信頼性を高めることができる。

図５は、外乱の影響を低減するための測距シーケンスの制御例を示す。撮像制御部１１０は、外乱が検出された受光期間の数の割合が予め定められた閾値より高い場合に、周期的な受光期間の位相を変更する。例えば、図５に示されるように、受光期間２０２、２０４及び２０６の３個の受光期間のうち、受光期間２０２及び受光期間２０４の２個の受光期間で外乱が発生していると判断されたとする。この場合、撮像制御部１１０は、外乱が発生した受光期間が閾値（例えば、５０％）を超えると判断して、次の受光期間の開始時刻を予め定められた時間δＴ（例えば、５ｍｓ）だけ遅延させて、受光期間２０７、受光期間２０８、受光期間２０９、受光期間２１０、受光期間２１１及び受光期間２１２を含む次の測距シーケンスを開始する。このように受光期間の位相を変えることによって、受光期間の位相を固定している場合に比べて、外乱の影響を回避できる可能性を高めることができる場合がある。

図６は、測距シーケンスの他の制御例を示す。この制御例において、撮像制御部１１０は、外乱が検出された受光期間の数の割合が予め定められた閾値より高い場合に、受光期間の周期を変更する。例えば、図６に示されるように、撮像制御部１１０は、受光期間の長さＴで周期的に測距動作及び外乱の検出を行っている場合において、外乱が発生した受光期間の数の割合が閾値を超えると判断したときには、受光期間の長さを２Ｔにして、次の測距シーケンスを開始する。このように受光期間の周期を変えることによって、受光期間の周期を固定している場合に比べて、外乱の影響を回避できる可能性を高めることができる場合がある。

なお、撮像制御部１１０は、外乱が検出された受光期間の数の割合が予め定められた閾値より高い場合に、受光期間の位相及び周期を変更してもよい。これにより、受光期間の周期及び位相の一方を固定している場合に比べて、外乱の影響を回避できる可能性を高めることができる場合がある。

図７は、ＴＯＦセンサ１６０の制御方法に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。

Ｓ７１０において、撮像制御部１１０は、発光素子１６３を発光させずに受光素子１６５に受光させる受光期間を含む１セットの測距シーケンスを実行する。Ｓ７２０において撮像制御部１１０は、外乱が発生したと判断した受光期間を特定する。

Ｓ７３０において撮像制御部１１０は、１セットの測距シーケンス中で外乱が発生した受光期間の数の割合が閾値を超えるか否かを判断する。外乱が生じている受光期間の数が閾値を超えない場合、Ｓ７４０において、撮像制御部１１０は、対象物までの距離情報を取得する。例えば、撮像制御部１１０は、１セットの測距シーケンス中において外乱が生じていない受光期間を特定して、特定した受光期間に受光素子１６５が取得した受光量から算出した距離を、有効な距離情報として取得する。Ｓ７５０において、撮像制御部１１０は、Ｓ７４０で取得した距離に基づいて、被写体に対するレンズ１５４の焦点調節を行う。

Ｓ７４０において、撮像制御部１１０は、ＴＯＦセンサ１６０による測距動作を終了するか否かを判断する。例えば、撮像制御部１１０は、撮像動作を終了する旨の指示や測距動作を停止する旨の指示を取得した場合に、 ＴＯＦセンサ１６０による測距動作を停止すると判断する。 ＴＯＦセンサ１６０による測距動作を停止しない場合、Ｓ７１０に処理を移行する。

Ｓ７３０において外乱が生じている受光期間の数が閾値を超えると判断した場合、Ｓ７７０において、撮像制御部１１０は、次の測距シーケンスの受光期間の位相及び周期の少なくとも一方を変更して、Ｓ７６０に処理を進める。

以上に説明したＴＯＦセンサ１６０の制御によれば、外乱情報を適切に取得することができる。また、ＴＯＦセンサ１６０により取得される距離情報の信頼性を高めることができる。

なお、以上において、発光素子１６３を発光させるとともに受光素子１６５を受光させる第１の受光期間と、発光素子１６３を発光させずに受光素子を受光させる第２の受光期間とを交互に繰り返す実施形態を説明した。しかし、複数の第１の受光期間に対して１回の第２の受光期間を設定する等、任意のタイミングでの第２の受光期間を設定する形態を採用してよい。

上記のような撮像装置１００は、移動体に搭載されてもよい。撮像装置１００は、図８に示すような、無人航空機（ＵＡＶ）に搭載されてもよい。ＵＡＶ１０００は、ＵＡＶ本体２０、ジンバル５０、複数の撮像装置６０、及び撮像装置１００を備えてよい。ジンバル５０、及び撮像装置１００は、撮像システムの一例である。ＵＡＶ１０００は、推進部により推進される移動体の一例である。移動体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機などの飛行体、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。

ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼を備える。複数の回転翼は、推進部の一例である。ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ１０００を飛行させる。ＵＡＶ本体２０は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ１０００を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。また、ＵＡＶ１０００は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。

撮像装置１００は、所望の撮像範囲に含まれる被写体を撮像する撮像用のカメラである。ジンバル５０は、撮像装置１００を回転可能に支持する。ジンバル５０は、支持機構の一例である。例えば、ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いてピッチ軸で回転可能に支持する。ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いて更にロール軸及びヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に支持する。ジンバル５０は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の少なくとも１つを中心に撮像装置１００を回転させることで、撮像装置１００の姿勢を変更してよい。

複数の撮像装置６０は、ＵＡＶ１０００の飛行を制御するためにＵＡＶ１０００の周囲を撮像するセンシング用のカメラである。２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０００の機首である正面に設けられてよい。更に他の２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０００の底面に設けられてよい。正面側の２つの撮像装置６０はペアとなり、いわゆるステレオカメラとして機能してよい。底面側の２つの撮像装置６０もペアとなり、ステレオカメラとして機能してよい。複数の撮像装置６０により撮像された画像に基づいて、ＵＡＶ１０００の周囲の３次元空間データが生成されてよい。ＵＡＶ１０００が備える撮像装置６０の数は４つには限定されない。ＵＡＶ１０００は、少なくとも１つの撮像装置６０を備えていればよい。ＵＡＶ１０００は、ＵＡＶ１０００の機首、機尾、側面、底面、及び天井面のそれぞれに少なくとも１つの撮像装置６０を備えてもよい。撮像装置６０で設定できる画角は、撮像装置１００で設定できる画角より広くてよい。撮像装置６０は、単焦点レンズまたは魚眼レンズを有してもよい。

遠隔操作装置６００は、ＵＡＶ１０００と通信して、ＵＡＶ１０００を遠隔操作する。遠隔操作装置６００は、ＵＡＶ１０００と無線で通信してよい。遠隔操作装置６００は、ＵＡＶ１０００に上昇、下降、加速、減速、前進、後進、回転等のＵＡＶ１０００の移動に関する各種命令を示す指示情報を送信する。指示情報は、例えば、ＵＡＶ１０００の高度を上昇させる指示情報を含む。指示情報は、ＵＡＶ１０００が位置すべき高度を示してよい。ＵＡＶ１０００は、遠隔操作装置６００から受信した指示情報により示される高度に位置するように移動する。指示情報は、ＵＡＶ１０００を上昇させる上昇命令を含んでよい。ＵＡＶ１０００は、上昇命令を受け付けている間、上昇する。ＵＡＶ１０００は、上昇命令を受け付けても、ＵＡＶ１０００の高度が上限高度に達している場合には、上昇を制限してよい。

図９は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ１２００の一例を示す。コンピュータ１２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ１２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーションまたは当該装置の１または複数の「部」として機能させることができる。または、当該プログラムは、コンピュータ１２００に当該オペレーションまたは当該１または複数の「部」を実行させることができる。当該プログラムは、コンピュータ１２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ１２００に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、ＣＰＵ１２１２によって実行されてよい。

本実施形態によるコンピュータ１２００は、ＣＰＵ１２１２、及びＲＡＭ１２１４を含み、それらはホストコントローラ１２１０によって相互に接続されている。コンピュータ１２００はまた、通信インタフェース１２２２、入力／出力ユニットを含み、それらは入力／出力コントローラ１２２０を介してホストコントローラ１２１０に接続されている。コンピュータ１２００はまた、ＲＯＭ１２３０を含む。ＣＰＵ１２１２は、ＲＯＭ１２３０及びＲＡＭ１２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。

通信インタフェース１２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブが、コンピュータ１２００内のＣＰＵ１２１２によって使用されるプログラム及びデータを格納してよい。ＲＯＭ１２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ１２００によって実行されるブートプログラム等、及び／またはコンピュータ１２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。プログラムが、ＣＲ－ＲＯＭ、ＵＳＢメモリまたはＩＣカードのようなコンピュータ可読記録媒体またはネットワークを介して提供される。プログラムは、コンピュータ可読記録媒体の例でもあるＲＡＭ１２１４、またはＲＯＭ１２３０にインストールされ、ＣＰＵ１２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ１２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ１２００の使用に従い情報のオペレーションまたは処理を実現することによって構成されてよい。

例えば、通信がコンピュータ１２００及び外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース１２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース１２２２は、ＣＰＵ１２１２の制御の下、ＲＡＭ１２１４、またはＵＳＢメモリのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。

また、ＣＰＵ１２１２は、ＵＳＢメモリ等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ１２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ１２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ１２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ１２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ１２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ１２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ１２００上またはコンピュータ１２００近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ１２００に提供する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 撮像装置
１０２ 撮像部
１１０ 撮像制御部
１２０ イメージセンサ
１５０ レンズ制御部
１５２ レンズ駆動部
１５４ レンズ
１６０ ＴＯＦセンサ
１６２ 発光部
１６３ 発光素子
１６４ 受光部
１６５ 受光素子
１６６ 発光制御部
１６７ 受光制御部
１６８ メモリ
１７０ メモリ
１８０ 表示部
１８２ 操作部
２００ レンズ部
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２ 受光期間
１０００ ＵＡＶ
２０ ＵＡＶ本体
５０ ジンバル
６０ 撮像装置
６００ 遠隔操作装置
１２００ コンピュータ
１２１０ ホストコントローラ
１２１２ ＣＰＵ
１２１４ ＲＡＭ
１２２０ 入力／出力コントローラ
１２２２ 通信インタフェース
１２３０ ＲＯＭ

Claims (12)

1. 発光素子が発した光に対する対象物からの戻り光を受光するように構成される受光素子を有する測距センサの制御装置であって、
   前記受光素子が受光する複数の受光期間のうち第１の受光期間に、前記発光素子を発光させて、前記受光素子に前記戻り光を受光させ、
   前記複数の受光期間のうち第２の受光期間に、前記発光素子を発光させずに、前記受光素子に光を受光させ、
   前記第１の受光期間に前記受光素子が受光した前記戻り光の検出信号に基づいて、前記対象物からの距離を示す情報を取得し、
   前記第２の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱情報を取得する
   ように構成される回路
   を備える制御装置。
2. 前記回路は、
   前記第２の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出し、
   前記外乱の発生を検出した場合に、複数の前記第１の受光期間のうち、前記第２の受光期間から予め定められた時間以上離れた第１の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、前記距離を示す情報を取得する
   ように構成される請求項１に記載の制御装置。
3. 前記回路は、
   前記第２の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出し、
   前記外乱の発生を検出した場合に、複数の前記第１の受光期間のうち少なくとも前記第２の受光期間の直前の第１の期間及び前記第２の受光期間の直後の第１の期間以外の第１の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、前記距離を示す情報を取得する
   ように構成される請求項１に記載の制御装置。
4. 前記複数の受光期間は周期的な期間であり、
   前記回路は、
   前記第２の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出し、
   前記外乱の発生を検出した場合に、前記複数の受光期間の開始タイミングの位相を変更する
   ように構成される請求項１に記載の制御装置。
5. 前記複数の受光期間は周期的な期間であり、
   前記回路は、
   前記第２の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出し、
   前記外乱の発生を検出した場合に、前記複数の受光期間の長さを変更する
   ように構成される請求項１に記載の制御装置。
6. 前記複数の受光期間は周期的な期間であり、
   前記回路は、
   前記第２の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱の発生を検出し、
   前記外乱の発生を検出した場合に、前記複数の受光期間の開始タイミングの位相及び前記複数の受光期間の長さを変更する
   ように構成される請求項１に記載の制御装置。
7. 前記第１の受光期間における前記発光素子を発光させて前記受光素子に前記戻り光を受光させる動作と、前記第２の受光期間における前記発光素子を発光させずに前記受光素子に光を受光させる動作とを交互に実行する
   ように構成される請求項４から６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 前記測距センサは、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサである、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
9. 請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置を備える測距センサ。
10. 請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置と、
    前記測距センサと
    を備える撮像装置。
11. 発光素子が発した光に対する対象物からの戻り光を受光するように構成される受光素子を有する測距センサを制御する制御方法であって、
    前記受光素子が受光する複数の受光期間のうち第１の受光期間に、前記発光素子を発光させて、前記受光素子に前記戻り光を受光させる段階と、
    前記複数の受光期間のうち第２の受光期間に、前記発光素子を発光させずに、前記受光素子に光を受光させる段階と、
    前記第１の受光期間に前記受光素子が受光した前記戻り光の検出信号に基づいて、前記対象物からの距離を示す情報を取得する段階と、
    前記第２の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱情報を取得する段階と
    を備える制御方法。
12. プログラムであって、発光素子が発した光に対する対象物からの戻り光を受光するように構成される受光素子を有する測距センサを制御するコンピュータに、
    前記受光素子が受光する複数の受光期間のうち第１の受光期間に、前記発光素子を発光させて、前記受光素子に前記戻り光を受光させ、
    前記複数の受光期間のうち第２の受光期間に、前記発光素子を発光させずに、前記受光素子に光を受光させ、
    前記第１の受光期間に前記受光素子が受光した前記戻り光の検出信号に基づいて、前記対象物からの距離を示す情報を取得させ、
    前記第２の受光期間に前記受光素子が受光した光の検出信号に基づいて、外乱情報を取得させる
    ためのプログラム。

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