JP2023101522A - 撮像装置、情報処理装置、撮像方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被写体までの奥行きを正確に取得することができる撮像装置を提供する。【解決手段】被写体に照射光を照射する光源１０，１０１と、被写体の第１撮像、および前記照射光が前記被写体により反射した反射光を用いた第２撮像をする固体撮像素子２０と、固体撮像素子２０によって出力された被写体に関する被写体情報を用いて低反射領域を検出する低反射領域検出部１１２と、検出した低反射領域に応じて出力情報を生成し、出力する奥行補正部１１１ｂとを備える。【選択図】図４

Description

本開示は、被写体までの距離を奥行きとして取得する奥行取得装置などに関する。

従来、被写体までの距離を測定する測距装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この測距装置は、光源と撮像部とを備える。光源は被写体に光を照射する。撮像部は、その被写体で反射された反射光を撮像する。そして、測距装置は、その撮像によって得られた画像の各画素値を、被写体までの距離に変換することによって、その被写体までの距離を測定する。つまり、測距装置は、撮像部によって得られた画像の奥行きを取得する。

特開２０１１－６４４９８号公報

しかしながら、上記特許文献１の測距装置では、奥行きを正確に取得することができないという課題がある。

そこで、本開示は、被写体までの距離である奥行きを正確に取得することができる奥行取得装置を提供する。

本開示の一態様に係る撮像装置は、被写体に照射光を照射する光源と、前記被写体の第１撮像、および前記照射光が前記被写体により反射した反射光を用いた第２撮像をする固体撮像素子と、前記固体撮像素子によって出力された前記被写体に関する被写体情報を用いて低反射領域を検出する低反射領域検出部と、検出した前記低反射領域に応じて出力情報を生成し、出力する奥行補正部とを備える。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。また、記録媒体は、非一時的な記録媒体であってもよい。

本開示の奥行取得装置は、被写体までの距離である奥行きを正確に取得することができる。本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

図１は、実施の形態における奥行取得装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態における固体撮像素子が有する画素アレイを示す模式図である。 図３は、実施の形態おける、光源の発光素子の発光タイミングと、固体撮像素子の第１画素の露光タイミングとの関係を示すタイミング図である。 図４は、実施の形態おける奥行取得装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図５は、ＢＷ画像、ＩＲ画像および奥行画像の一例を示す図である。 図６は、ＢＷ画像、ＩＲ画像および奥行画像の他の例を示す図である。 図７は、実施の形態における奥行取得装置のシミュレーション結果を示す図である。 図８は、実施の形態における奥行取得装置の全体的な処理動作を示すフローチャートである。 図９は、実施の形態における低反射領域検出部の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態における低反射領域検出部の処理動作の他の例を示すフローチャートである。 図１１は、実施の形態における奥行補正部による奥行画像の補正の一例を示す図である。 図１２は、実施の形態における奥行補正部による補正の処理動作を示すフローチャートである。 図１３は、実施の形態における奥行補正部による奥行画像の補正の他の例を示す図である。 図１４は、実施の形態の変形例における奥行取得装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

（本開示の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、特許文献１の測距装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。

特許文献１の測距装置は、上述のように、光源から被写体に光を照射し、光が照射された被写体を撮像することによって画像を取得し、その画像の奥行きを測定する。この奥行きの測定には、ＴｏＦ（Time of Flight）が用いられる。このような測距装置では、測距精度を向上させるために、互いに異なる撮像条件の撮像が行われる。つまり、測距装置は、所定の撮像条件にしたがって撮像を行い、その撮像結果に応じて、その所定の撮像条件と異なる撮像条件を設定する。そして、測距装置は、その設定された撮像条件にしたがって再び撮像を行う。

しかしながら、上記特許文献１の測距装置では、撮像条件を変更しても、照射光に対する反射率が低い被写体までの距離である奥行きを正しく測定することが難しい。

このような問題を解決するために、本開示の一態様に係る奥行取得装置は、メモリと、プロセッサとを備え、前記プロセッサは、光源から照射されて被写体によって反射された赤外光を、撮像素子に含まれる複数の画素のそれぞれが受光する撮像によって計測され、前記メモリに保存されている前記赤外光の強度を取得し、前記撮像素子に含まれる複数の画素のそれぞれについて、当該画素に受光された前記赤外光の強度に基づいて、前記被写体までの距離を奥行きとして算出することによって、奥行画像を生成し、前記撮像素子に含まれる複数の画素のそれぞれで受光された前記赤外光の強度に基づいて形成される赤外光画像と実質的に同一のシーンの可視光に基づく撮像であって、前記赤外光画像と実質的に同一の視点および時刻の撮像によって生成され、前記メモリに保持されている可視光画像を取得し、前記赤外光画像と前記可視光画像とに基づいて、前記被写体のうちの赤外光に対して反射率が低い物体が前記赤外光画像内で映し出されている領域である低反射領域を検出し、前記可視光画像に基づいて、前記奥行画像の前記低反射領域を補正し、補正後の前記奥行画像を出力する。なお、奥行画像の低反射領域とは、赤外光画像内における低反射領域と同一の位置にあって、その低反射領域と同一の形状および大きさを有する、奥行画像内における領域である。以下、このような奥行画像の低反射領域を、補正対象領域ともいう。

例えば、赤外光に対して反射率が低い物体（以下、低反射物体ともいう）が被写体に含まれていれば、その低反射物体に反射された赤外光の強度に基づいて算出される、その低反射物体までの距離、すなわち奥行きは、実際の奥行きよりも長く算出されてしまう。つまり、奥行画像のうちの、その低反射物体に対応する領域では、正しい奥行きが示されていない。

しかし、上記一態様に係る奥行取得装置では、赤外光画像内において、その低反射物体が映し出されている領域である低反射領域が検出され、その低反射領域に対応する奥行画像内の領域が、補正対象領域とされる。つまり、被写体に低反射物体が含まれているために、奥行画像内において不適切な奥行きが示されている領域が、補正対象領域として特定される。そして、この補正対象領域の奥行きが補正されることによって、その低反射物体までの距離である奥行きを正確に取得することができる。

ここで、実質的に同一の視点および時刻で撮像した実質的に同一のシーンの画像の一例としては、同一撮像素子の異なる画素で撮像された画像である。このような画像は、ベイヤー配列のカラーフィルタで撮像されたカラー画像の赤、緑および青の各チャンネル画像と同様のものであり、各画像の画角、視点および撮像時刻はほぼ等しい。つまり、実質的に同一の視点および時刻で撮像した実質的に同一のシーンの画像は、撮像された各画像において、被写体の画像上での位置が２画素以上、異ならない。例えば、シーンに可視光と赤外成分を有する点光源が存在し、可視光画像において１画素のみが高輝度に撮像されている場合、赤外光画像においても可視光画像で撮像されている画素位置に対応する画素の２画素より近傍に点光源が撮像される。また、実質的に同一の時刻の撮像とは、撮像時刻の差が１フレーム以下で等しいことを示している。

また、前記低反射領域の検出では、前記可視光画像において物体が映し出されている領域を物体領域として検出し、前記物体領域に対応する前記赤外光画像内の領域である判定対象領域の輝度が第１閾値以下であるか否かを判定し、前記第１閾値以下であると判定された輝度を有する前記判定対象領域を、前記低反射領域として検出してもよい。例えば、パターンマッチングまたは画像認識などの処理によって、物体領域が検出される。なお、物体領域に対応する赤外光画像内の領域とは、可視光画像内における物体領域と同一の位置にあって、その物体領域と同一の形状および大きさを有する、赤外光画像内における領域である。

これにより、可視光画像からは、物体が映し出されている領域が物体領域として検出される。このように検出される物体領域に映し出されている物体は、遠くの背景ではなく近くにあって、光源からの赤外光がその物体に照射されている可能性が高い。そして、その物体領域に対応する赤外光画像内の領域における輝度が低くければ、その物体が低反射物体である可能性が高い。したがって、上記一態様に係る奥行取得装置では、その物体領域に対応する赤外光画像内の領域であって第１閾値以下の輝度を有する領域が、低反射領域として検出されるため、その低反射領域を適切に検出することができる。

また、前記低反射領域の検出では、さらに、前記メモリから取得される前記赤外光の強度のうち、前記判定対象領域における赤外光の強度に含まれるノイズ強度が第２閾値以下であるか否かを判定し、前記第２閾値以下であると判定されたノイズ強度の前記判定対象領域を、前記低反射領域として検出してもよい。

例えば、被写体には、光源からの赤外光だけでなく、太陽光などの外光に含まれる赤外光も照射される場合がある。そこで、その外光に含まれる赤外光の強度は、ノイズ強度として扱われ、そのノイズ強度を除く赤外光の強度に基づいて赤外光画像が形成されてもよい。しかし、明るい日中のように、ノイズ強度が大きければ、そのノイズ強度を除くために、赤外光画像の輝度は低くなる。したがって、ノイズ強度が大きければ、上述のように可視光画像の物体領域に対応する赤外光画像内の領域の輝度が低くても、その領域は低反射領域でない可能性がある。したがって、上記一態様に係る奥行取得装置では、第２閾値以下であると判定された小さいノイズ強度の領域が、低反射領域として検出されるため、その低反射領域をより適切に検出することができる。

また、前記メモリから取得される前記赤外光の強度は、前記光源から照射されて前記被写体に反射された赤外光が前記撮像素子によって受光されるときに、互いに異なる少なくとも３回のタイミングでの前記撮像素子の露光によって計測された少なくとも３つの強度からなり、前記奥行画像の生成では、前記撮像素子に含まれる複数の画素のそれぞれについて、当該画素に対して計測された前記少なくとも３つの強度に基づいて奥行きを算出することによって、前記奥行画像を生成してもよい。

これにより、ＴｏＦを用いて奥行画像を高い精度で生成することができる。

また、前記ノイズ強度は、前記少なくとも３つの強度のうちの最小の強度であってもよい。

これにより、ノイズ強度を適切に取得することができる。

また、前記奥行画像の前記低反射領域の補正では、前記低反射領域に対応する前記可視光画像内の領域の画像に基づいて、前記領域に映し出されている物体の種別を特定し、特定された前記物体の種別と、前記領域に映し出されている前記物体のサイズとに基づいて、前記領域の奥行きを推定することによって、前記奥行画像の前記低反射領域の奥行きを補正してもよい。例えば、パターンマッチングまたは画像認識などの処理によって、物体の種別が特定される。なお、低反射領域に対応する可視光画像内の領域とは、赤外光画像内における低反射領域と同一の位置にあって、その低反射領域と同一の形状および大きさを有する、可視光画像内における領域である。

これにより、物体の種別およびサイズと奥行きとの対応関係が既知であれば、その低反射領域に対応する可視光画像内の領域の画像に基づいて特定される物体の種別とサイズとに基づいて、適切な奥行きを推定することができる。その結果、奥行画像の低反射領域、すなわち補正対象領域の奥行きを正確な奥行きに補正することができる。

また、可視光画像を用いることなく、補正対象領域の奥行きを、その補正対象領域の下にある領域の奥行きに補正してもよい。

例えば、上述の低反射物体が車両である場合には、その車両の足元は路面であって、その路面の奥行きは、その車両の奥行きと近似している。したがって、上記一態様に係る奥行取得装置では、補正対象領域の奥行きが、その補正対象領域の下にある領域の奥行きに補正されるため、その補正対象領域の奥行きを正確な奥行きに補正することができる。

また、本開示の他の態様に係る奥行取得装置は、メモリと、プロセッサとを備え、前記プロセッサは、光源から照射されて被写体によって反射された赤外光を、撮像素子に含まれる複数の画素のそれぞれが受光する撮像によって計測され、前記メモリに保存されている前記赤外光の強度を取得し、前記撮像素子に含まれる複数の画素のそれぞれについて、当該画素に受光された前記赤外光の強度に基づいて、前記被写体までの距離を奥行きとして算出することによって、奥行画像を生成し、前記撮像素子に含まれる複数の画素のそれぞれで受光された前記赤外光の強度に基づいて形成される赤外光画像と実質的に同一のシーンの可視光に基づく撮像であって、前記赤外光画像と実質的に同一の視点および時刻の撮像によって生成され、前記メモリに保持されている可視光画像を取得し、前記奥行画像、前記赤外光画像、および前記可視光画像を、学習モデルに入力することによって、前記奥行画像の奥行きを補正してもよい。

これにより、奥行画像、赤外光画像、および可視光画像の入力に対して、正解の補正後の奥行画像が出力されるように、学習モデルに予め学習させておけば、低反射領域を検出することなく、適切な奥行画像を簡単に取得することができる。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。また、記録媒体は、非一時的な記録媒体であってもよい。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。

（実施の形態）
［ハードウェア構成］
図１は、実施の形態に係る奥行取得装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。本実施の形態における奥行取得装置１は、赤外光（または近赤外線光）に基づく画像と、可視光に基づく画像とを、実質的に同一のシーンに対する撮像であって、かつ、実質的に同一の視点および時刻での撮像によって取得することができるハードウェア構成を有する。なお、実質的に同一とは、本開示における効果を奏し得る程度に同一であることを意味する。

図１に示されるように、奥行取得装置１は、光源１０と、固体撮像素子２０と、処理回路３０と、拡散板５０と、レンズ６０と、バンドパスフィルタ７０とを含んで構成される。

光源１０は、照射光を照射する。より具体的には、光源１０は、処理回路３０で生成された発光信号によって示されるタイミングで、被写体に照射する照射光を発光する。

光源１０は、例えば、コンデンサ、駆動回路、及び発光素子を含んで構成され、コンデンサに蓄積された電気エネルギーで発光素子を駆動することで発光する。発光素子は、一例として、レーザダイオード、発光ダイオード等により実現される。なお、光源１０は、１種類の発光素子を含む構成であっても構わないし、目的に応じた複数種類の発光素子を含む構成であっても構わない。

以下では、発光素子は、例えば、近赤外線光を発光するレーザダイオード、または、近赤外線光を発光する発光ダイオード等である。しかしながら、光源１０が照射する照射光は、近赤外線光に限定される必要はない。光源１０が照射する照射光は、例えば、近赤外線光以外の周波数帯の赤外光（赤外線光ともいう）であっても構わない。以下、本実施の形態では、光源１０が照射する照射光を赤外光として説明するが、その赤外光は、近赤外線光であってもよく、近赤外線光以外の周波数帯の赤外光であってもよい。

固体撮像素子２０は、被写体を撮像して露光量を示す撮像信号を出力する。より具体的には、固体撮像素子２０は、処理回路３０で生成された露光信号によって示されるタイミングで露光を行い、露光量を示す撮像信号を出力する。

固体撮像素子２０は、照射光が被写体により反射した反射光を用いて撮像する第１画素と、被写体を撮像する第２画素とがアレイ状に配置されてなる画素アレイを有する。固体撮像素子２０は、例えば、必要に応じて、カバーガラス、ＡＤコンバータ等のロジック機能を有していても構わない。

以下では、照射光と同様に、反射光は、赤外光であるとして説明するが、反射光は、照射光が被写体により反射した光であれば、赤外光に限定される必要はない。

図２は、固体撮像素子２０が有する画素アレイ２を示す模式図である。

図２に示されるように、画素アレイ２は、照射光が被写体により反射した反射光を用いて撮像する第１画素２１（ＩＲ画素）と、被写体を撮像する第２画素２２（ＢＷ画素）とが列単位で交互に並ぶように、アレイ状に配置されて構成される。

また、図２では、画素アレイ２において、第２画素２２と第１画素２１が行方向に隣接するように並べられ、行方向のストライプ状に並ぶように配置されているが、これに限定されず、複数行置き（一例として、２行置き）に配置されていてもよい。つまり、第２画素２２が行方向に隣接するように並べられる第１の行と第１画素２１が行方向に隣接するように並べられる第２の行は、Ｍ行置き（Ｍは自然数）に交互に配置されてもよい。更に、第２画素２２が行方向に隣接するように並べられる第１の行と第１画素２１が行方向に隣接するように並べられる第２の行は、異なる行置き（第１の行はＮ行、第２の行はＬ行を交互に繰り返す（ＮとＬは、異なる自然数））に配置されていてもよい。

第１画素２１は、例えば、反射光である赤外光に感度を有する赤外光画素で実現される。第２画素２２は、例えば、可視光に感度を有する可視光画素で実現される。

赤外光画素は、例えば、赤外光のみを透過させる光学フィルタ（ＩＲフィルタともいう）、マイクロレンズ、光電変換部としての受光素子、および、受光素子で生成された電荷を蓄積する蓄積部等を含んで構成される。したがって、画素アレイ２に含まれる複数の赤外光画素（すなわち第１画素２１）から出力される撮像信号によって、赤外光の輝度を示す画像が表現される。この赤外光の画像を、以下、ＩＲ画像または赤外光画像ともいう。

また、可視光画素は、例えば、可視光のみを透過させる光学フィルタ（ＢＷフィルタともいう）、マイクロレンズ、光電変換部としての受光素子、および、受光素子で変換された電荷を蓄積する蓄積部等を含んで構成される。したがって、可視光画素、すなわち第２画素２２は、輝度および色差を示す撮像信号を出力する。つまり、画素アレイ２に含まれる複数の第２画素２２から出力される撮像信号によって、可視光の輝度および色差を示すカラー画像が表現される。なお、可視光画素の光学フィルタは、可視光と赤外光との双方を透過させても構わないし、可視光のうち、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、または青（Ｂ）等の特定の波長帯域の光だけを透過させても構わない。

また、可視光画素は、可視光の輝度のみを検出してもよい。この場合には、可視光画素、すなわち第２画素２２は、輝度を示す撮像信号を出力する。したがって、画素アレイ２に含まれる複数の第２画素２２から出力される撮像信号によって、可視光の輝度を示す白黒の画像、言い換えればモノクロの画像が表現される。このモノクロの画像を、以下、ＢＷ画像ともいう。なお、上述のカラー画像およびＢＷ画像を総称して、可視光画像ともいう。

再び図１に戻って、奥行取得装置１の説明を続ける。

処理回路３０は、固体撮像素子２０によって出力された撮像信号を用いて、被写体に係る被写体情報を演算する。

処理回路３０は、例えば、マイクロコンピュータ等の演算処理装置によって構成される。マイクロコンピュータは、プロセッサ（マイクロプロセッサ）、メモリ等を含み、メモリに格納された駆動プログラムがプロセッサにより実行されることで、発光信号および露光信号を生成する。なお、処理回路３０は、ＦＰＧＡまたはＩＳＰ等を用いてもよく、１つのハードウェアから構成されても、複数のハードウェアから構成されてもかまわない。

処理回路３０は、例えば、固体撮像素子２０の第１画素２１からの撮像信号を用いて行うＴｏＦ測距方式により、被写体までの距離を算出する。

以下、図面を参照しながら、処理回路３０が行うＴｏＦ測距方式による被写体までの距離の算出について説明する。

図３は、処理回路３０が、ＴｏＦ測距方式を用いて被写体までの距離の算出を行う際における、光源１０の発光素子の発光タイミングと、固体撮像素子２０の第１画素２１の露光タイミングとの関係を示すタイミング図である。

図３において、Ｔｐは光源１０の発光素子が照射光を発光する発光期間であり、Ｔｄは、光源１０の発光素子が照射光を発光してから、その照射光が被写体により反射した反射光が、固体撮像素子２０に戻ってくるまでの遅延時間である。そして、第１露光期間は、光源１０が照射光を発光する発光期間と同じタイミングとなっており、第２露光期間は、第１露光期間の終了時点から、発光期間Ｔｐが経過するまでのタイミングとなっている。

図３において、ｑ１は、第１露光期間内における反射光による、固体撮像素子２０の第１画素２１における露光量の総量を示し、ｑ２は、第２露光期間内における反射光による、固体撮像素子２０の第１画素２１における露光量の総量を示す。

光源１０の発光素子による照射光の発光と、固体撮像素子２０の第１画素２１による露光とを、図３に示されるタイミングで行うことで、被写体までの距離ｄは、光速をｃとして、以下の（式１）で表すことができる。

ｄ＝ｃ×Ｔｐ／２×ｑ２／（ｑ１＋ｑ２） ・・・（式１）

このため、処理回路３０は、（式１）を利用することで、固体撮像素子２０の第１画素２１からの撮像信号を用いて、被写体までの距離を算出することができる。

また、固体撮像素子２０の複数の第１画素２１は、第１露光期間および第２露光期間の終了後に、第３露光期間Ｔｐだけ露光してもよい。複数の第１画素２１は、この第３露光期間Ｔｐにおいて得られる露光量によって、反射光以外のノイズを検出することができる。つまり、処理回路３０は、上記（式１）において、第１露光期間の露光量ｑ１および第２露光期間の露光量ｑ２のそれぞれからノイズを削除することによって、より正確に、被写体までの距離ｄを算出することができる。

再び図１に戻って、奥行取得装置１の説明を続ける。

処理回路３０は、例えば、固体撮像素子２０の第２画素２２からの撮像信号を用いて、被写体の検知、及び被写体までの距離の算出を行ってもよい。

すなわち、処理回路３０は、固体撮像素子２０の複数の第２画素２２によって撮像された可視光画像に基づいて、被写体の検知、及び被写体までの距離の算出を行ってもよい。ここで、被写体の検知は、例えば、被写体の特異点のエッジ検出によりパターン認識で形状の判別を行うことで実現してもよいし、事前に学習した学習モデルを利用してDeep Learningなどの処理により実現してもかまわない。また、被写体までの距離の算出は、世界座標変換を用いて行ってもよい。もちろん、可視光画像だけでなく、第１画素２１によって撮像された赤外光の輝度や距離情報を利用してマルチモーダルな学習処理により被写体の検知を実現してもよい。

処理回路３０は、発光するタイミングを示す発光信号と、露光するタイミングを示す露光信号とを生成する。そして、処理回路３０は、生成した発光信号を光源１０へ出力し、生成した露光信号を固体撮像素子２０へ出力する。

処理回路３０は、例えば、所定の周期で光源１０を発光させるように発光信号を生成して出力し、所定の周期で固体撮像素子２０を露光させるように露光信号を生成して出力することで、奥行取得装置１に、所定のフレームレートによる連続撮像を実現させてもよい。また、処理回路３０は、例えばプロセッサ（マイクロプロセッサ）、メモリ等を含み、メモリに格納された駆動プログラムがプロセッサにより実行されることで、発光信号および露光信号を生成する。

拡散板５０は、照射光の強度分布と角度を調整する。また、強度分布の調整では、拡散板５０は、光源１０からの照射光の強度分布を一様にする。なお、図１に示す例では、奥行取得装置１は、拡散板５０を備えるが、この拡散板５０を備えていなくてもよい。

レンズ６０は、奥行取得装置１の外部から入る光を、固体撮像素子２０の画素アレイ２の表面に集光する光学レンズである。

バンドパスフィルタ７０は、反射光である赤外光と、可視光とを透過させる光学フィルタである。なお、図１に示す例では、奥行取得装置１は、バンドパスフィルタ７０を備えるが、このバンドパスフィルタ７０を備えていなくてもよい。

上記構成の奥行取得装置１は、輸送機器に搭載されて利用される。例えば、奥行取得装置１は、路面を走行する車両に搭載されて利用される。なお、奥行取得装置１が搭載される輸送機器は、必ずしも車両に限定される必要はない。奥行取得装置１は、例えば、オートバイ、ボート、飛行機等といった、車両以外の輸送機器に搭載されて利用されても構わない。

［奥行取得装置の機能構成］
本実施の形態における奥行取得装置１は、図１に示すハードウェア構成によって、ＩＲ画像とＢＷ画像とを、実質的に同一のシーンに対する撮像であって、かつ、実質的に同一の視点および時刻の撮像によって取得する。ここで、ＩＲ画像は、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれで受光された赤外光の強度に基づいて形成されている。したがって、奥行取得装置１は、ＩＲ画像の撮像によって、複数の第１画素２１のそれぞれにおける赤外光の強度を取得している。奥行取得装置１は、それらの第１画素２１の赤外光の強度に基づいて、そのＩＲ画像に映し出されている被写体までの距離を奥行きとして示す奥行画像を取得する。そして、奥行取得装置１は、ＩＲ画像とＢＷ画像とに基づいて、ＩＲ画像内における低反射領域を検出し、その低反射領域に対応する奥行画像内の領域の奥行きを補正する。なお、本開示において、第１画像内の第１領域に対応する第２画像内の第２領域とは、第１画像内における第１領域と同一の位置にあって、その第１領域と同一の形状および大きさを有する、第２画像内における領域である。その第１画像および第２画像はそれぞれ任意の画像であり、第１領域および第２領域もそれぞれ任意な領域である。

図４は、奥行取得装置１の機能構成の一例を示すブロック図である。

奥行取得装置１は、光源１０１と、ＩＲカメラ１０２と、ＢＷカメラ１０３と、プロセッサ１１０ａと、メモリ２００とを備える。なお、本実施の形態における奥行取得装置１は、光源１０１、ＩＲカメラ１０２およびＢＷカメラ１０３を備えているが、これらの構成要素を備えず、プロセッサ１１０ａおよびメモリ２００のみを備えていてもよい。

光源１０１は、図１に示す光源１０および拡散板５０から構成されていてもよく、発光することによって赤外光を被写体に照射する。

ＩＲカメラ１０２は、赤外光カメラともいい、図１に示す固体撮像素子２０の複数の第１画素２１、レンズ６０およびバンドパスフィルタ７０から構成されていてもよい。このようなＩＲカメラ１０２は、光源１０１が被写体に赤外光を照射するタイミングに応じて、その被写体を含むシーンの赤外光に基づく撮像を行うことによって、ＩＲ画像を取得する。また、ＩＲカメラ１０２は、ＩＲ画像の撮像によって、赤外光の強度を計測している。つまり、ＩＲカメラ１０２は、固体撮像素子２０を有し、光源１０１から照射されて被写体によって反射された赤外光を、その固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれが受光する撮像を行うことによって、その赤外光の強度を計測する。

ＢＷカメラ１０３は、可視光カメラともいい、図１に示す固体撮像素子２０の複数の第２画素２２、レンズ６０およびバンドパスフィルタ７０から構成されていてもよい。このようなＢＷカメラ１０３は、ＩＲ画像と実質的に同一のシーンの可視光に基づく撮像であって、そのＩＲ画像と実質的に同一の視点および同一の時刻での撮像を行うことによって、可視光画像（具体的にはＢＷ画像）を取得する。つまり、ＢＷカメラ１０３は、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれで受光された赤外光の強度に基づいて形成されるＩＲ画像と実質的に同一のシーンの可視光に基づく撮像であって、そのＩＲ画像と実質的に同一の視点および時刻の撮像を行うことによって、ＢＷ画像を生成する。

メモリ２００は、ＩＲカメラ１０２による撮像によって得られたＩＲ画像と、ＢＷカメラ１０３による撮像によって得られたＢＷ画像とを格納するための記録媒体である。なお、ＩＲ画像は、上述のように、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれで受光された赤外光の強度に基づいて形成されている。したがって、そのＩＲ画像は、画素ごとに赤外光の強度を示している。つまり、メモリ２００は、赤外光の強度を格納していると言える。なお、このようなメモリ２００は、具体的には、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random access memory）またはＳＳＤ（solid state drive）などであってもよく、不揮発性または揮発性であってもよい。また、メモリ２００は、ハードディスクであってもよい。

プロセッサ１１０ａは、メモリ２００からＩＲ画像およびＢＷ画像を取得し、ＩＲ画像から奥行画像を算出し、ＩＲ画像およびＢＷ画像に基づいて、ＩＲ画像内における低反射領域を検出する。そして、プロセッサ１１０ａは、その低反射領域に対応する奥行画像内の領域の奥行きを補正する。なお、低反射領域は、赤外光に対して反射率が低い物体がＩＲ画像内で映し出されている領域である。この低反射領域は、後述の第１閾値、または、第１閾値および第２閾値を用いて検出される領域であって、その物体の反射率は、上述の閾値によって定義される。

このようなプロセッサ１１０ａは、発光制御部１１３と、ＩＲ取得部１１４と、ＢＷ取得部１１５と、奥行算出部１１１ａと、低反射領域検出部１１２と、奥行補正部１１１ｂとを備える。

発光制御部１１３は、光源１０１を制御する。つまり、発光制御部１１３は、上述の発光信号を光源１０１に出力することによって、その光源１０１を発光させる。これにより、光源１０１から赤外光が被写体に照射され、その被写体によって反射された光である反射光がＩＲカメラ１０２に入射する。

ＩＲ取得部１１４は、ＩＲカメラ１０２からメモリ２００を介してＩＲ画像を取得する。ここで、ＩＲ画像の各画素は、その画素の位置において受光された赤外光の強度を画素値（具体的には輝度）として示す。したがって、ＩＲ取得部１１４は、ＩＲ画像を取得することによって、赤外光の強度を取得する。つまり、ＩＲ取得部１１４は、光源１０１から照射されて被写体によって反射された赤外光を、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれが受光する撮像によって計測され、メモリ２００に保存されている赤外光の強度を取得する。

ＢＷ取得部１１５は、ＢＷカメラ１０３からメモリ２００を介してＢＷ画像を取得する。つまり、ＢＷ取得部１１５は、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれで受光された赤外光の強度に基づいて形成されるＩＲ画像と実質的に同一のシーンの可視光に基づく撮像であって、そのＩＲ画像と実質的に同一の視点および時刻の撮像によって生成され、メモリ２００に保持されているＢＷ画像を取得する。

奥行算出部１１１ａは、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれについて、その第１画素２１に受光された赤外光の強度に基づいて、被写体までの距離を奥行きとして算出することによって、奥行画像を生成する。

低反射領域検出部１１２は、ＩＲ画像とＢＷ画像とに基づいて、被写体のうちの赤外光に対して反射率が低い物体がＩＲ画像内で映し出されている領域である低反射領域を検出する。

奥行補正部１１１ｂは、その低反射領域に対応する奥行画像内の領域である補正対象領域の奥行きを補正する。

このような本実施の形態における奥行取得装置１は、赤外光に対して反射率が低い物体（すなわち、低反射物体）が被写体に含まれていても、その被写体までの距離である奥行きを正確に取得することができる。

例えば、低反射物体が被写体に含まれていれば、その低反射物体に反射された赤外光の強度に基づいて算出される、その低反射物体までの距離、すなわち奥行きは、実際の奥行きよりも長く算出されてしまう。つまり、奥行画像のうちの、その低反射物体に対応する領域では、正しい奥行きが示されていない。

しかし、本実施の形態における奥行取得装置１では、ＩＲ画像内において、その低反射物体が映し出されている領域である低反射領域が検出され、その低反射領域に対応する奥行画像内の領域が、補正対象領域とされる。つまり、被写体に低反射物体が含まれているために、奥行画像内において不適切な奥行きが示されている領域が、補正対象領域として特定される。そして、この補正対象領域の奥行きが補正されることによって、その低反射物体までの距離である奥行きを正確に取得することができる。

［各画像の一例］
図５は、ＢＷ画像、ＩＲ画像および奥行画像の一例を示す。

ＢＷカメラ１０３による撮像によって生成され、ＢＷ取得部１１５によって取得されるＢＷ画像には、例えば図５の（ａ）に示すように、駐車場に駐車されている複数の車両が映し出されている。

また、ＩＲカメラ１０２による撮像によって生成され、ＩＲ取得部１１４によって取得されるＩＲ画像にも、図５の（ｂ）に示すように、図５の（ａ）に示すＢＷ画像と実質的に同一のシーンが映し出されている。また、この図５の（ｂ）に示すＩＲ画像は、図５の（ａ）に示すＢＷ画像の撮像と実質的に同一の視点および同一の時刻の撮像によって得られた画像である。したがって、図５の（ａ）に示すＢＷ画像と、図５の（ｂ）に示すＩＲ画像とでは、互いに対応する領域において同一の物体が映し出されている。なお、互いに対応する領域とは、それぞれの画像内における位置、大きさ、および形状が同一の領域である。

奥行算出部１１１ａは、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれについて、当該第１画素２１に受光された赤外光の強度に基づいて奥行きを算出することによって、例えば図５の（ｃ）に示す奥行画像を生成する。奥行画像における各画素の輝度は、奥行きが長いほど高く、逆に、奥行きが短いほど低い。この図５の（ｃ）に示す奥行画像は、図５の（ｂ）に示すＩＲ画像に対応している。つまり、図５の（ｂ）に示すＩＲ画像は、上述のように、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれで受光された赤外光の強度に基づいて形成され、図５の（ｃ）に示す奥行画像も、その複数の第１画素２１のそれぞれで受光された赤外光の強度に基づいて生成されている。したがって、図５の（ｂ）に示すＩＲ画像と、図５の（ｃ）に示す奥行画像とでも、互いに対応する領域において同一の物体が映し出されている。

ここで、図５の（ｂ）に示すように、ＩＲ画像には、低反射領域（すなわち図５の（ｂ）における破線円内の領域）が存在する。この低反射領域は、赤外光に対して反射率が低い物体が映し出されている領域である。つまり、図５の（ａ）に示すＢＷ画像において、その低反射領域に対応する領域には、近くにある車両が映し出されている。しかし、図５の（ｂ）に示すＩＲ画像の低反射領域では、輝度は低い。その結果、図５の（ｃ）に示すように、その低反射領域に対応する奥行画像内の領域（すなわち図５の（ｃ）における破線円内の領域）では、物体までの距離である奥行きが実際には短いにも関わらず、その奥行きが長く（すなわち、輝度が高く）表現されている。

そこで、本実施の形態における奥行取得装置１の低反射領域検出部１１２は、図５の（ａ）に示すＢＷ画像と、図５の（ｂ）に示すＩＲ画像とに基づいて、その低反射領域を検出する。そして、奥行補正部１１１ｂは、低反射領域に対応する奥行画像内の領域を、補正対象領域として特定し、その補正対象領域の奥行きを補正する。具体的には、奥行補正部１１１ｂは、ＢＷ画像に基づいて、奥行画像の低反射領域を補正し、その補正後の奥行画像を出力する。なお、奥行画像の低反射領域は、上述のＩＲ画像の低反射領域に対応する奥行画像内の領域であって、補正対象領域ともいう。例えば、奥行補正部１１１ｂは、補正後の奥行画像をディスプレイに出力することによって、その奥行画像をそのディスプレイに表示させる。または、奥行補正部１１１ｂは、車両に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの制御ユニットに補正後の奥行画像を出力することによって、その補正後の奥行画像に基づく車両の運転制御を、その制御ユニットに実行させてもよい。

図６は、ＢＷ画像、ＩＲ画像および奥行画像の他の例を示す。

ＢＷカメラ１０３による撮像によって生成され、ＢＷ取得部１１５によって取得されるＢＷ画像には、例えば図６の（ａ）に示すように、駐車場に駐車されている複数の車両が映し出されている。

また、ＩＲカメラ１０２による撮像によって生成され、ＩＲ取得部１１４によって取得されるＩＲ画像にも、図６の（ｂ）に示すように、図６の（ａ）に示すＢＷ画像と実質的に同一のシーンが映し出されている。また、この図６の（ｂ）に示すＩＲ画像は、図６の（ａ）に示すＢＷ画像の撮像と実質的に同一の視点および同一の時刻の撮像によって得られた画像である。したがって、図６の（ａ）に示すＢＷ画像と、図６の（ｂ）に示すＩＲ画像とでは、互いに対応する領域において同一の被写体が映し出されている。

奥行算出部１１１ａは、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれについて、当該第１画素２１に受光された赤外光の強度に基づいて奥行きを算出することによって、例えば図６の（ｃ）に示す奥行画像を生成する。この図６の（ｃ）に示す奥行画像は、図６の（ｂ）に示すＩＲ画像に対応している。

ここで、図６の（ｂ）に示すように、ＩＲ画像には、低反射領域（すなわち図６の（ｂ）における破線円内の領域）が存在する。この低反射領域は、赤外光に対して反射率が低い物体が映し出されている領域である。つまり、図６の（ａ）に示すＢＷ画像において、その低反射領域に対応する領域には、近くにある車両が映し出されている。しかし、図６の（ｂ）に示すＩＲ画像の低反射領域では、輝度は低い。その結果、図６の（ｃ）に示すように、その低反射領域に対応する奥行画像内の領域（すなわち図５の（ｃ）における破線円内の領域）では、物体までの距離である奥行きが実際には短いにも関わらず、その奥行きが長く（すなわち、輝度が高く）表現されている。

そこで、本実施の形態における奥行取得装置１の低反射領域検出部１１２は、図６の（ａ）に示すＢＷ画像と、図６の（ｂ）に示すＩＲ画像とに基づいて、その低反射領域を検出する。そして、奥行補正部１１１ｂは、低反射領域に対応する奥行画像内の領域を、補正対象領域として特定し、その補正対象領域の奥行きを補正する。

図７は、奥行取得装置１のシミュレーション結果を示す。

奥行取得装置１は、ＢＷカメラ１０３による撮像によって、図７の（ａ）に示すＢＷ画像を取得し、さらに、ＩＲカメラ１０２による撮像によって、図７の（ｂ）に示すＩＲ画像を取得する。このＢＷ画像およびＩＲ画像は、同一のシーンを同一の視点および同一の時刻で撮像することによって得られる画像である。図７の（ｂ）に示す例では、ＩＲ画像内の左側に大きな低反射領域（すなわち図７の（ｂ）における破線円内の領域）が存在する。

奥行算出部１１１ａは、そのＩＲ画像を形成する赤外光の強度に基づいて、図７の（ｃ）に示す奥行画像を生成する。図７の（ａ）に示すＢＷ画像における、低反射領域に対応する領域には、近くの物体が映し出されているにも関わらず、図７の（ｃ）に示す奥行画像では、低反射領域の奥行きが長く不適切に表現されている。つまり、ＢＷ画像では、物体が近く映し出されているにも関わらず、奥行画像では、その物体が遠くにあるように表現されている。

奥行補正部１１１ｂは、低反射領域に対応する図７の（ｃ）に示す奥行画像内の領域を、補正対象領域として扱い、その補正対象領域の奥行きを補正することによって、図７の（ｄ）に示す補正後の奥行画像を生成する。例えば、奥行補正部１１１ｂは、低反射領域に対応する図７の（ａ）に示すＢＷ画像内の領域の画像を用いて、補正対象領域の奥行きを補正する。また、奥行補正部１１１ｂは、奥行画像の全体の輝度に対してオフセットを加えるなどの調整を行ってもよい。

その結果、本実施の形態における奥行取得装置１では、補正後の奥行画像を、図７の（ｅ）に示す正解の奥行画像に近づけることができる。

［処理フロー］
図８は、本実施の形態における奥行取得装置１の全体的な処理動作を示すフローチャートである。

（ステップＳ１１０）
まず、ＢＷカメラ１０３は、可視光に基づく撮像を行うことによってＢＷ画像を生成する。そして、ＢＷ取得部１１５は、そのＢＷ画像を、メモリ２００を介して取得する。

（ステップＳ１２０）
次に、ＩＲカメラ１０２は、赤外光に基づく撮像を行うことによってその赤外光の強度を計測する。そして、ＩＲ取得部１１４は、その赤外光の強度を、メモリ２００を介して取得する。ここで、取得される赤外光の強度は、固体撮像素子２０の複数の第１画素２１のそれぞれで受光された赤外光の強度である。したがって、ＩＲ取得部１１４は、それらの赤外光の強度を取得することによって、それらの赤外光の強度に基づいて形成されるＩＲ画像を取得する。

具体的には、メモリ２００から取得される赤外光の強度は、光源１０１から照射されて被写体に反射された赤外光が固体撮像素子２０によって受光されるときに、互いに異なる少なくとも３回のタイミングでの固体撮像素子２０の露光によって計測された少なくとも３つの強度からなる。例えば、赤外光の強度は、図３に示すように、第１露光期間、第２露光期間、および第３露光期間によって計測された３つの強度からなる。例えば、１フレームのＩＲ画像に含まれる各画素値は、その少なくとも３回のタイミングでの露光によって計測された赤外光の強度の累積値として示される。

（ステップＳ１３０）
次に、低反射領域検出部１１２は、ステップＳ１１０で取得されたＢＷ画像と、ステップＳ１２０で取得されたＩＲ画像とに基づいて、ＩＲ画像内の低反射領域を検出する。

（ステップＳ１４０）
次に、奥行算出部１１１ａは、ステップＳ１２０で取得された赤外光の強度に基づいて、奥行きを算出する。つまり、奥行算出部１１１ａは、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれについて、その第１画素２１に受光された赤外光の強度に基づいて、被写体までの距離を奥行きとして算出することによって、奥行画像を生成する。具体的には、奥行算出部１１１ａは、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれについて、その第１画素２１で計測された上述の少なくとも３つの強度に基づいて奥行きを算出することによって、奥行画像を生成する。例えば、奥行算出部１１１ａは、ＴｏＦ測距方式にしたがって、上述の（式１）を用いて奥行きを算出する。

（ステップＳ１５０）
次に、奥行補正部１１１ｂは、低反射領域に対応する奥行画像内の領域、すなわち補正対象領域の奥行きを補正する。

図９は、低反射領域検出部１１２の処理動作の一例を示すフローチャートである。なお、図９は、図８のステップＳ１３０の処理を詳細に示す。

（ステップＳ１３１）
まず、低反射領域検出部１１２は、ＢＷ画像において物体が映し出されている領域を物体領域として検出する。ＢＷ画像に複数の物体が映し出されていれば、低反射領域検出部１１２は、複数の物体のそれぞれについて、その物体が映し出されている領域を物体領域として検出する。例えば、低反射領域検出部１１２は、パターンマッチングまたは画像認識などの処理によって、物体領域を検出する。また、低反射領域検出部１１２は、予め定められた大きさ以上の領域を物体領域として検出してもよい。

（ステップＳ１３２）
次に、低反射領域検出部１１２は、その物体領域に対応するＩＲ画像内の領域である判定対象領域の輝度が第１閾値以下であるか否かを判定する。その判定対象領域の輝度は、例えば、その判定対象領域に含まれる各画素の輝度の平均値であってもよい。

（ステップＳ１３３）
低反射領域検出部１１２は、その判定対象領域の輝度が第１閾値以下であると判定すると（ステップＳ１３２のＹｅｓ）、その判定対象領域を低反射領域として決定する。

（ステップＳ１３４）
一方、低反射領域検出部１１２は、その判定対象領域の輝度が第１閾値よりも大きいと判定すると（ステップＳ１３２のＮｏ）、その判定対象領域を非低反射領域として決定する。

このように、本実施の形態における低反射領域検出部１１２は、ＢＷ画像において物体が映し出されている領域を物体領域として検出する。そして、低反射領域検出部１１２は、その物体領域に対応するＩＲ画像内の領域である判定対象領域の輝度が第１閾値以下であるか否かを判定し、第１閾値以下であると判定された輝度を有する判定対象領域を、低反射領域として検出する。

これにより、本実施の形態では、ＢＷ画像からは、物体が映し出されている領域が物体領域として検出される。このように検出される物体領域に映し出されている物体は、遠くの背景ではなく近くにあって、光源１０１からの赤外光がその物体に照射されている可能性が高い。そして、その物体領域に対応するＩＲ画像内の領域における輝度が低くければ、その物体が低反射物体である可能性が高い。したがって、本実施の形態では、その物体領域に対応する赤外光画像内の領域であって第１閾値以下の輝度を有する領域が、低反射領域として検出されるため、その低反射領域を適切に検出することができる。

図１０は、低反射領域検出部１１２の処理動作の他の例を示すフローチャートである。なお、図１０は、図８のステップＳ１３０の処理を詳細に示す。

図１０に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートの各ステップを含み、さらに、ステップＳ１３５を含む。

（ステップＳ１３５）
低反射領域検出部１１２は、判定対象領域の輝度が第１閾値以下であると判定すると（ステップＳ１３２のＹｅｓ）、さらに、その判定対象領域における赤外光のバックグラウンドノイズの強度が第２閾値以下であるか否かを判定する。以下、バックグラウンドノイズの強度を、ノイズ強度ともいう。

具体的には、ＩＲ取得部１１４によって取得される赤外光の強度は、上述のように、互いに異なる少なくとも３回のタイミングでの固体撮像素子２０の露光によって計測された少なくとも３つの強度からなる。つまり、赤外光の強度は、図３に示すように、第１露光期間、第２露光期間、および第３露光期間によって計測された３つの強度からなる。例えば、ノイズ強度は、それらの少なくとも３つの強度のうちの最小の強度である。低反射領域検出部１１２は、例えば図３に示す例の場合、第３露光期間での露光によって計測される赤外光の強度をノイズ強度として扱う。つまり、低反射領域検出部１１２は、この第３露光期間での露光によって計測される赤外光の強度が第２閾値以下であるか否かを判定する。

低反射領域検出部１１２は、そのノイズ強度が第２閾値以下であると判定すると（ステップＳ１３５のＹｅｓ）、そのノイズ強度の判定対象領域を、低反射領域として決定する（ステップＳ１３３）。一方、低反射領域検出部１１２は、そのノイズ強度が第２閾値よりも大きいと判定すると（ステップＳ１３５のＮｏ）、そのノイズ強度の判定対象領域を、非低反射領域として決定する（ステップＳ１３４）。

このように、本実施の形態における低反射領域検出部１１２は、さらに、ＩＲ取得部１１４によって取得された赤外光の強度のうち、判定対象領域における赤外光の強度に含まれるノイズ強度が第２閾値以下であるか否かを判定する。そして、低反射領域検出部１１２は、第２閾値以下であると判定されたノイズ強度の判定対象領域を、低反射領域として検出する。

例えば、被写体には、光源１０１からの赤外光だけでなく、太陽光などの外光に含まれる赤外光も照射される場合がある。そこで、その外光に含まれる赤外光の強度は、ノイズ強度として扱われ、そのノイズ強度を除く赤外光の強度に基づいて赤外光画像が形成される。しかし、明るい日中のように、ノイズ強度が大きければ、そのノイズ強度を除くために、赤外光画像の輝度は低くなる。したがって、ノイズ強度が大きければ、上述のようにＢＷ画像の物体領域に対応する赤外光画像内の領域の輝度が低くても、その領域は低反射領域でない可能性がある。したがって、本実施の形態では、第２閾値以下であると判定された小さいノイズ強度の領域が、低反射領域として検出されるため、その低反射領域をより適切に検出することができる。

図１１は、奥行補正部１１１ｂによる奥行画像の補正の一例を示す。

奥行補正部１１１ｂは、図１１の（ｃ）に示す奥行画像内の補正対象領域の奥行きを補正することによって、図１１の（ｅ）に示す補正後の奥行画像を生成する。

具体的には、図１１の（ｃ）に示す奥行画像は、図１１の（ｂ）に示すＩＲ画像を形成する赤外光の強度に基づいて算出されている。低反射領域検出部１１２は、このＩＲ画像から低反射領域を検出する。奥行補正部１１１ｂは、この低反射領域に対応するＢＷ画像内の領域の画像に基づいて、その領域に映し出されている物体の種別を特定する。例えば、奥行補正部１１１ｂは、パターンマッチングまたは画像認識などの処理によって、その領域に映し出されている物体の種別を特定する。また、この物体の種別の特定には、ニューラルネットワークなどの学習モデルが用いられてもよい。図１１に示す例では、奥行補正部１１１ｂは、その物体の種別として普通車の正面を特定する。さらに、奥行補正部１１１ｂは、その領域に映し出されている物体のサイズを特定する。この物体のサイズは、物体の像の水平方向の幅もしくは垂直方向の幅（すなわち高さ）、または物体の像の面積であってもよく、その物体の像を囲う矩形枠の対角線の長さであってもよい。

そして、奥行補正部１１１ｂは、図１１の（ｄ）に示すように、物体の種別ごとに、その種別のサイズと距離との対応関係を示すデータベースを参照する。例えば、このデータベースは、物体の種別が普通車の正面である場合における、その物体のサイズと距離との対応関係を示す。具体的には、データベースは、サイズ「ｓ１」に対して距離「ｄ１」を対応付けて示し、サイズ「ｓ２」に対して距離「ｄ２」を対応付けて示す。奥行補正部１１１ｂは、このようなデータベースを参照し、特定された物体の種別とサイズとに対応付けられている距離を、その物体までの距離、すなわち奥行きとして推定する。例えば、特定されたサイズが「ｓ２」であれば、奥行補正部１１１ｂは、そのサイズ「ｓ２」に対応付けられている距離「ｄ２」を補正対象領域の奥行きとして推定する。そして、奥行補正部１１１ｂは、図１１の（ｃ）に示す奥行画像における補正対象領域の奥行きを、その推定された奥行きに置き換えることによって、その補正対象領域の奥行きを補正する。これにより、図１１の（ｃ）に示す奥行画像は、図１１の（ｅ）に示す補正後の奥行画像に変換される。

なお、図１１の（ｄ）に示すデータベースは、奥行取得装置１に保持されていてもよく、奥行取得装置１の外部のサーバなどに保持されていてもよい。データベースがサーバに保持されている場合、奥行補正部１１１ｂは、例えば通信ネットワークを介してそのサーバにアクセスし、そのデータベースを参照する。

また、図１１の（ｄ）に示すデータベースは、物体の種別およびサイズと距離との対応関係を示すが、物体の種別には、シルエット、すなわちＢＷカメラ１０３から見た物体の向き（例えば正面、側面または背面など）が含まれていてもよい。また、ＢＷカメラ１０３のレンズが魚眼レンズなどの、広視野角の光学系のレンズである場合には、データベースには、物体の種別およびサイズだけでなく、ＢＷ画像においてその物体が映し出されている領域の位置も、上述の距離に対応付けられていてもよい。この場合、奥行補正部１１１ｂは、ＢＷ画像からさらに、その物体が映し出されている領域の位置を特定し、データベースにおいて、特定された物体の種別、サイズおよび位置に対応付けられている距離を、補正対象領域の奥行きとして推定する。なお、物体の種別は、車両だけでなく、車両に含まれるナンバープレートなどであってもよい。

図１２は、奥行補正部１１１ｂによる補正の処理動作を示すフローチャートである。なお、図１２は、図８のステップＳ１５０の処理を詳細に示す。

（ステップＳ１５１）
奥行補正部１１１ｂは、低反射領域に対応するＢＷ画像内の領域の画像に基づいて、その領域に映し出されている物体の種別を特定する。

（ステップＳ１５２）
次に、奥行補正部１１１ｂは、その領域に映し出されている物体のサイズを特定する。

（ステップＳ１５３）
次に、奥行補正部１１１ｂは、ステップＳ１５１で特定された種別と、ステップＳ１５２で特定されたサイズとに対応付けられている距離を取得する。

（ステップＳ１５４）
そして、奥行補正部１１１ｂは、奥行画像における補正対象領域の奥行きを、ステップＳ１５４で取得された距離に置き換える。これにより、補正対象領域の奥行きが補正される。

このように、本実施の形態における奥行補正部１１１ｂは、低反射領域に対応するＢＷ画像内の領域の画像に基づいて、その領域に映し出されている物体の種別を特定する。そして、奥行補正部１１１ｂは、その特定された物体の種別と、その領域に映し出されている物体のサイズとに基づいて、その領域の奥行きを推定することによって、補正対象領域の奥行きを補正する。

これにより、上述のようなデータベースを用いれば、低反射領域に対応するＢＷ画像内の領域の画像に基づいて特定される物体の種別とサイズとに基づいて、適切な奥行きを推定することができる。その結果、補正対象領域の奥行きを正確な奥行きに補正することができる。なお、上述の例では、データベースを用いたが、物体の種別およびサイズと奥行きとの対応関係を示す手段であれば、どのような手段を用いてもよい。例えば、そのデータベースの代わりに、関数を用いてもよく、ニューラルネットワークなどの学習モデルを用いてもよい。

図１３は、奥行補正部１１１ｂによる奥行画像の補正の他の例を示す。

奥行補正部１１１ｂは、奥行画像における補正対象領域の奥行きを補正するときには、その補正対象領域の下にある領域の奥行きを用いてもよい。例えば、奥行補正部１１１ｂは、図１３の（ａ）に示す奥行画像の補正対象領域の奥行きを補正する。このとき、奥行補正部１１１ｂは、その補正対象領域の下にある足元領域の奥行きを用いる。つまり、奥行補正部１１１ｂは、補正対象領域の奥行きを、足元領域の奥行きに置き換える。言い換えれば、奥行補正部１１１ｂは、補正対象領域の奥行きを、その補正対象領域の下にある領域の奥行きに補正する。

図１３に示す例のように、低反射物体が車両である場合には、その車両の足元は路面であって、その路面の奥行きは、その車両の奥行きと近似している。したがって、本実施の形態では、補正対象領域の奥行きが、その補正対象領域の下にある領域の奥行きに補正されるため、その補正対象領域の奥行きを正確な奥行きに補正することができる。

（変形例）
上記実施の形態では、奥行きを補正するために、低反射領域を検出したが、その低反射領域を検出することなく、学習モデルを用いて奥行きを補正してもよい。

図１４は、本変形例における奥行取得装置１の機能構成の一例を示すブロック図である。なお、図１４に示す構成要素のうち、図４に示す構成要素と同一の構成要素については、図４に示す構成要素と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本変形例における奥行取得装置１は、図４に示すプロセッサ１１０ａの代わりにプロセッサ１１０ｂを備え、さらに、学習モデル１０４を備える。

学習モデル１０４は、例えばニューラルネットワークであって、深層学習によって構成されている。例えば、この学習モデル１０４に入力される入力データには、ＢＷ画像、ＩＲ画像、および奥行画像が用いられる。この学習モデル１０４では、それらの入力データの組み合わせに対して、正解の補正後の奥行画像が出力されるように、既に学習が行われている。

プロセッサ１１０ｂは、図４に示す低反射領域検出部１１２を備えておらず、図４に示す奥行補正部１１１ｂの代わりに、奥行補正部１１１ｃを備える。

奥行補正部１１１ｃは、上述の学習モデル１０４に対して上述の入力データを入力する。その結果、奥行補正部１１１ｃは、その入力データに対する出力データとして、補正後の奥行画像を学習モデル１０４から取得する。さらに、奥行補正部１１１ｃは、その補正後の奥行画像を出力する。例えば、奥行補正部１１１ｃは、補正後の奥行画像をディスプレイに出力することによって、その奥行画像をそのディスプレイに表示させる。または、奥行補正部１１１ｃは、車両に搭載されているＥＣＵなどの制御ユニットに補正後の奥行画像を出力することによって、その補正後の奥行画像に基づく車両の運転制御を、その制御ユニットに実行させてもよい。

つまり、図１４に示す奥行取得装置１は、メモリ２００と、プロセッサ１１０ｂとを備える。プロセッサ１１０ｂは、光源１０１から照射されて被写体によって反射された赤外光を、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれが受光する撮像によって計測され、メモリ２００に保存されている赤外光の強度を取得する。また、プロセッサ１１０ｂは、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれについて、その第１画素２１に受光された赤外光の強度に基づいて、被写体までの距離を奥行きとして算出することによって、奥行画像を生成する。さらに、プロセッサ１１０ｂは、固体撮像素子２０に含まれる複数の第１画素２１のそれぞれで受光された赤外光の強度に基づいて形成されるＩＲ画像と実質的に同一のシーンの可視光に基づく撮像であって、ＩＲ画像と実質的に同一の視点および時刻の撮像によって生成され、メモリ２００に保持されているＢＷ画像を取得する。そして、プロセッサ１１０ｂは、奥行画像、ＩＲ画像、およびＢＷ画像を、学習モデル１０４に入力することによって、奥行画像の奥行きを補正し、補正後の奥行画像を出力する。

これにより、奥行画像、ＩＲ画像、およびＢＷ画像の入力に対して、正解の補正後の奥行画像が出力されるように、学習モデル１０４に予め学習させておけば、低反射領域を検出することなく、奥行画像の奥行きを適切に補正することができる。

以上、本実施の形態およびその変形例における奥行取得装置１では、低反射物体が被写体に含まれていても、その被写体までの距離である奥行きを正確に取得することができる。

なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記実施の形態および変形例の奥行取得装置などを実現するソフトウェアは、図８～図１０、および図１２の何れかのフローチャートに含まれる各ステップをコンピュータに実行させる。

以上、一つまたは複数の態様に係る奥行取得装置について、実施の形態およびその変形例に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態および変形例に施したものや、実施の形態および変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。

例えば、奥行算出部１１１ａは、互いに異なる３つの露光タイミングで計測された３つの赤外光の強度に基づいて、奥行きを算出する。しかし、その露光タイミングおよび赤外光の強度の数は、３つに限定されることなく、４つ以上であってもよい。

また、上記実施の形態の変形例では、奥行取得装置１は、学習モデル１０４を備えているが、その学習モデル１０４を備えていなくてもよい。この場合、奥行取得装置１は、例えば通信ネットワークを介して学習モデル１０４に上述の入力データを入力し、その学習モデル１０４からの出力データである補正後の奥行画像を、その通信ネットワークを介して取得する。

また、本開示において、ユニット、デバイスの全部又は一部、又は図１、図４、および図１４に示されるブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（large scale integration）を含む一つ又は一つ以上の電子回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩやＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ(very large scale integration)、若しくはＵＬＳＩ(ultra large scale integration) と呼ばれるかもしれない。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array (FPGA)、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceも同じ目的で使うことができる。

さらに、ユニット、装置、又は装置の一部の、全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは一つ又は一つ以上のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブ、などの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが、処理装置（processor）によって実行された場合に、ソフトウェアは、ソフトウェア内の特定の機能を、処理装置（processor）と周辺のデバイスに実行させる。システム又は装置は、ソフトウェアが記録されている一つ又は一つ以上の非一時的記録媒体、処理装置（processor）、及び必要とされるハードウェアデバイス、例えばインターフェース、を備えていても良い。

本開示は、被写体までの距離である奥行きを取得する奥行取得装置に適用可能であり、例えば車載機器などとして利用可能である。

１ 奥行取得装置
１０、１０１ 光源
２０ 固体撮像素子
２１ 第１画素（ＩＲ）
２２ 第２画素（ＢＷ）
３０ 処理回路
５０ 拡散板
６０ レンズ
７０ バンドパスフィルタ
１０２ ＩＲカメラ
１０３ ＢＷカメラ
１０４ 学習モデル
１１０ａ、１１０ｂ プロセッサ
１１１ａ 奥行算出部
１１１ｂ、１１１ｃ 奥行補正部
１１２ 低反射領域検出部
１１３ 発光制御部
１１４ ＩＲ取得部
１１５ ＢＷ取得部
２００ メモリ

Claims (10)

1. 被写体に照射光を照射する光源と、
   前記被写体の第１撮像、および前記照射光が前記被写体により反射した反射光を用いた第２撮像をする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子によって出力された前記被写体に関する被写体情報を用いて低反射領域を検出する低反射領域検出部と、
   検出した前記低反射領域に応じて出力情報を生成し、出力する奥行補正部と、
   を備えた撮像装置。
2. 前記照射光は赤外光である、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記固体撮像素子は、
   前記被写体の前記第１撮像により可視光画像を取得し、
   前記赤外光に基づく前記第２撮像により赤外光画像を取得する、
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記低反射領域は、
   前記被写体のうちの前記赤外光に対して反射率が低い物体が前記赤外光画像内で映し出されている領域である、
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記撮像装置は、さらに、
   ディスプレイを備え、
   前記奥行補正部は、
   前記ディスプレイに前記出力情報を出力する、
   請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記撮像装置は、さらに、
   前記赤外光画像に基づいて、前記被写体までの距離を奥行きとして算出することによって、奥行画像を生成する生成部を備え、
   前記低反射領域検出部は、
   前記赤外光画像と実質的に同一のシーンの可視光に基づく撮像であって、前記赤外光画像と実質的に同一の視点および時刻の前記第１撮像によって生成された前記可視光画像と、前記赤外光画像とを、前記被写体情報として用いて、前記低反射領域を検出し、
   前記奥行補正部は、
   前記可視光画像に基づいて、前記奥行画像の前記低反射領域を補正し、
   補正後の前記奥行画像を前記出力情報として出力する、
   請求項４に記載の撮像装置。
7. 前記低反射領域検出部は、前記低反射領域の検出では、
   前記可視光画像において物体が映し出されている領域を物体領域として検出し、
   前記物体領域に対応する前記赤外光画像内の領域である判定対象領域の輝度が第１閾値以下であるか否かを判定し、
   前記第１閾値以下であると判定された輝度を有する前記判定対象領域を、前記低反射領域として検出する、
   請求項６に記載の撮像装置。
8. メモリと、
   プロセッサとを備え、
   前記プロセッサは、
   被写体の第１撮像、および、光源から照射された照射光が前記被写体により反射した反射光を用いた第２撮像をする固体撮像素子によって出力されて前記メモリに保存されている、前記被写体に関する被写体情報を用いて低反射領域を検出し、
   検出した前記低反射領域に応じて出力情報を生成し、出力する、
   情報処理装置。
9. 光源が被写体に照射光を照射し、
   固体撮像素子が前記被写体の第１撮像、および前記照射光が前記被写体により反射した反射光を用いた第２撮像を行い、
   前記固体撮像素子によって出力された前記被写体に関する被写体情報を用いて低反射領域を検出し、
   検出した前記低反射領域に応じて出力情報を生成し、出力する、
   撮像方法。
10. 光源および固体撮像素子を制御するコンピュータのためのプログラムであって、
    前記光源が被写体に照射光を照射し、
    前記固体撮像素子が前記被写体の第１撮像、および前記照射光が前記被写体により反射した反射光を用いた第２撮像を行い、
    前記固体撮像素子によって出力された前記被写体に関する被写体情報を用いて低反射領域を検出し、
    検出した前記低反射領域に応じて出力情報を生成し、出力する、
    ことを前記コンピュータに実行させるプログラム。

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