JP2641945B2 - 距離画像取得方法及び装置 - Google Patents
距離画像取得方法及び装置Info
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- JP2641945B2 JP2641945B2 JP1222994A JP22299489A JP2641945B2 JP 2641945 B2 JP2641945 B2 JP 2641945B2 JP 1222994 A JP1222994 A JP 1222994A JP 22299489 A JP22299489 A JP 22299489A JP 2641945 B2 JP2641945 B2 JP 2641945B2
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- light
- image input
- light source
- spectral pattern
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/491—Details of non-pulse systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/46—Indirect determination of position data
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレンジ・ファインダに関し、特に特殊な環境
を設定しなくてもよく画像入力時間が短い距離画像取得
方法及び装置に関するものである。
を設定しなくてもよく画像入力時間が短い距離画像取得
方法及び装置に関するものである。
物体を取り扱うロボット・アームなどを駆動して物体
を操作する場合、物体の３次元的位置を捉える必要があ
る。また、人体など、長時間静止していることを望めな
い対象の３次元的計測を行う要求がある。このとき、例
えば、物体にスペクトル・パターンを投射して画像入力
時間が短くすみ画素毎に物体面までの距離を求めること
のできるレンジ・ファインダの利用することが知られて
いる。
を操作する場合、物体の３次元的位置を捉える必要があ
る。また、人体など、長時間静止していることを望めな
い対象の３次元的計測を行う要求がある。このとき、例
えば、物体にスペクトル・パターンを投射して画像入力
時間が短くすみ画素毎に物体面までの距離を求めること
のできるレンジ・ファインダの利用することが知られて
いる。
このレンジ・ファインダに係る技術は、例えば特願招
59−197414号明細書及び特願招62−195379号明細書に開
示されている。このようなレンジ・ファインダの一例が
第５図に示されている。
59−197414号明細書及び特願招62−195379号明細書に開
示されている。このようなレンジ・ファインダの一例が
第５図に示されている。
第５図に示されるレンジ・ファインダにおいて、白色
光源９からレンズ２を通り平行にされた白色光線が、回
折格子３により赤から青紫のスペクトル光に分光され物
体４に投射される。波長λの光が法線からθの角度（軸
方向からαの角度）で物体表面上の点Ｐ（Ｚ軸方向から
βの角度の位置にある）に投影され、これがカメラ５内
のレンズ51を通してハーフ・ミラー52により２つの経路
に分けられ、異なる分光感度を持つセンサが置かれてい
るCCD（Charge Coupled Device）55,56上に結像し、セ
ンサ上の位置ｘでセンスされる。この画像は画像演算装
置７に送られ距離画像が求められる。
光源９からレンズ２を通り平行にされた白色光線が、回
折格子３により赤から青紫のスペクトル光に分光され物
体４に投射される。波長λの光が法線からθの角度（軸
方向からαの角度）で物体表面上の点Ｐ（Ｚ軸方向から
βの角度の位置にある）に投影され、これがカメラ５内
のレンズ51を通してハーフ・ミラー52により２つの経路
に分けられ、異なる分光感度を持つセンサが置かれてい
るCCD（Charge Coupled Device）55,56上に結像し、セ
ンサ上の位置ｘでセンスされる。この画像は画像演算装
置７に送られ距離画像が求められる。
この画像演算装置７の構成が第６図に示されており、
画像演算処理７内の処理を第６図を参照しながら説明す
る。点Ｐの座標を（X,Z）とすると、カメラから物体ま
での距離Ｚは式（１）により求められる。
画像演算処理７内の処理を第６図を参照しながら説明す
る。点Ｐの座標を（X,Z）とすると、カメラから物体ま
での距離Ｚは式（１）により求められる。
ただし、X0は放射の中心のＸ座標、Z0は放射の中心の
Ｚ座標である。
Ｚ座標である。
角度βの値は撮像センサ上の位置ｘから知ることがで
きるが、角度αの値はセンスされている光の波長λを知
り、次の式により角度θを求め、回折格子３とＺ軸の角
度を知ることにより求めることができる。
きるが、角度αの値はセンスされている光の波長λを知
り、次の式により角度θを求め、回折格子３とＺ軸の角
度を知ることにより求めることができる。
sinθ０−sinθ＝±ｎλ/d ……（２） ただし、θ０は回折格子に入射する光が法線となす角、
ｄは回折格子の間隔、ｎは次数で通常は１である。
ｄは回折格子の間隔、ｎは次数で通常は１である。
物体の各点が反射している光の波長は、カメラ５をカ
ラーカメラと考え、その内の２つのセンサが異なる分光
感度σ１（λ），σ２（λ）を持ち、点Ｐが撮像された
画素の出力が各々I1,I2であるとき、出力の比Ｒについ
て、 が成り立つため、函数 がλの単調函数となるようにσ１（λ），σ２（λ）を
定めることにより、出力の比Ｒから波長λを求めること
ができる。
ラーカメラと考え、その内の２つのセンサが異なる分光
感度σ１（λ），σ２（λ）を持ち、点Ｐが撮像された
画素の出力が各々I1,I2であるとき、出力の比Ｒについ
て、 が成り立つため、函数 がλの単調函数となるようにσ１（λ），σ２（λ）を
定めることにより、出力の比Ｒから波長λを求めること
ができる。
λ＝f-1（Ｒ） ……（５） このようにして得られた波長λが、角度αを得るのに
用いられる。
用いられる。
画像演算装置７に入力された２枚の画像は、各々A/D
変換部71,72により変換され、比画像演算部73により
（３）式のＲが求められる。（５）式の演算を行う函数
演算部74よりλが得られ、（２）式，（１）式の演算を
行う距離演算部75により最終的に距離画像を求めること
ができる。
変換部71,72により変換され、比画像演算部73により
（３）式のＲが求められる。（５）式の演算を行う函数
演算部74よりλが得られ、（２）式，（１）式の演算を
行う距離演算部75により最終的に距離画像を求めること
ができる。
以上に述べた従来技術を用いて、物体の３次元的位置
を精度良く知ろうとするときには、スペクトル・パター
ン以外の光を全て遮断する、または物体に当たっている
環境光を大幅に上回る光量のスペクトル・パターンを照
射するなどの、特殊な環境が望まれる。さらに、後者の
方法をとったときには、強い強度の光を物体に常に照射
するため、測定対象として人体を考えたとき、実際的で
なくなってしまう。
を精度良く知ろうとするときには、スペクトル・パター
ン以外の光を全て遮断する、または物体に当たっている
環境光を大幅に上回る光量のスペクトル・パターンを照
射するなどの、特殊な環境が望まれる。さらに、後者の
方法をとったときには、強い強度の光を物体に常に照射
するため、測定対象として人体を考えたとき、実際的で
なくなってしまう。
本発明の目的は、以上に述べたようなレンジ・ファイ
ンダの欠点を除き、環境光の下において実時間で物体ま
での距離を画素毎に得ることのできる距離画像取得方法
及び装置を提供することにある。
ンダの欠点を除き、環境光の下において実時間で物体ま
での距離を画素毎に得ることのできる距離画像取得方法
及び装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明の距離画像取得方法は、物体に当たっている環
境光に対し、各波長帯について全光量に対して環境光の
成分がその間ａパーセント以下になるように、瞬間的に
大きな明るさを持つスペクトル・パターンを空間に投射
し、それに同期して異なる分光感度を有するセンサによ
って瞬間的に画像入力を行い、得られた複数の画像間の
演算を行い、画像入力時間内の環境光からの画像出力へ
の寄与がスペクトル・パターンに対してａパーセント以
下であり、さらに、これから求められる前記スペクトル
・パターンの投射角αの誤差ｄαがａパーセント以下と
なることを利用して、画像各画素における画像入力装置
から前記物体面までの距離Ｚを、前記物体面から前記各
画素への入射角βに関して、ほぼ、 以下の精度で求めることを特徴としている。
境光に対し、各波長帯について全光量に対して環境光の
成分がその間ａパーセント以下になるように、瞬間的に
大きな明るさを持つスペクトル・パターンを空間に投射
し、それに同期して異なる分光感度を有するセンサによ
って瞬間的に画像入力を行い、得られた複数の画像間の
演算を行い、画像入力時間内の環境光からの画像出力へ
の寄与がスペクトル・パターンに対してａパーセント以
下であり、さらに、これから求められる前記スペクトル
・パターンの投射角αの誤差ｄαがａパーセント以下と
なることを利用して、画像各画素における画像入力装置
から前記物体面までの距離Ｚを、前記物体面から前記各
画素への入射角βに関して、ほぼ、 以下の精度で求めることを特徴としている。
本発明の距離画像取得装置は、物体に当たっている環
境光に対し、分光したスペクトル・パターンの各波長帯
について全光量に対して環境光の成分がその間ａパーセ
ント以下となるような瞬間的に大きな明るさを持つフラ
ッシュ光源と、前記フラッシュ光源からの光をスペクト
ル・パターンに分光して空間に投射するスペクトル・パ
ターン投射装置と、 パターン投射に同期して異なる分光感度を有するセン
サによって瞬間的に画像入力を行う画像入力装置と 前記フラッシュ光源と画像入力装置とを同期して駆動
するフラッシュ光源・画像入力駆動装置と、 得られた複数の画像間の演算を行い、スペクトル・パ
ターンの投射角αの誤差ｄαがａパーセント以下となる
ことを利用して、画像各画素における画像入力装置から
物体面までの距離Ｚを、前記物体面から前記各画素への
入射角βに関して、ほぼ、 以下の精度で求める画像演算装置とを有することを特徴
としている。
境光に対し、分光したスペクトル・パターンの各波長帯
について全光量に対して環境光の成分がその間ａパーセ
ント以下となるような瞬間的に大きな明るさを持つフラ
ッシュ光源と、前記フラッシュ光源からの光をスペクト
ル・パターンに分光して空間に投射するスペクトル・パ
ターン投射装置と、 パターン投射に同期して異なる分光感度を有するセン
サによって瞬間的に画像入力を行う画像入力装置と 前記フラッシュ光源と画像入力装置とを同期して駆動
するフラッシュ光源・画像入力駆動装置と、 得られた複数の画像間の演算を行い、スペクトル・パ
ターンの投射角αの誤差ｄαがａパーセント以下となる
ことを利用して、画像各画素における画像入力装置から
物体面までの距離Ｚを、前記物体面から前記各画素への
入射角βに関して、ほぼ、 以下の精度で求める画像演算装置とを有することを特徴
としている。
また、本発明の距離画像取得装置は、物体に当たって
いる環境光に対し、分光したスペクトル・パターンの各
波長帯について全光量に対して環境光の成分がａパーセ
ント以下となるような大きな明るさを持つ白色光源と、 前記白色光源からの光をスペクトル・パターンに分光
して空間に投射するスペクトル・パターン投射装置と、 前記白色光源とスペクトル・パターン投射装置との間
に置いて光線を瞬間的に通過させるシャッター装置と、 パターン投射に同期して異なる分光感度を有するセン
サによって瞬間的に画像入力を行う画像入力装置と、 前記シャッター装置と画像入力装置とを同期して駆動
するシャッター装・画像入力駆動装置と、 得られた複数の画像間の演算を行い、スペクトル・パ
ターンの投射角αの誤差ｄαがａパーセント以下となる
ことを利用して、画像各画素における画像入力装置から
物体面までの距離Ｚを、前記物体面から前記各画素への
入射角βに関して、ほぼ 以下の精度で求める画像演算装置とを有することを特徴
としている。
いる環境光に対し、分光したスペクトル・パターンの各
波長帯について全光量に対して環境光の成分がａパーセ
ント以下となるような大きな明るさを持つ白色光源と、 前記白色光源からの光をスペクトル・パターンに分光
して空間に投射するスペクトル・パターン投射装置と、 前記白色光源とスペクトル・パターン投射装置との間
に置いて光線を瞬間的に通過させるシャッター装置と、 パターン投射に同期して異なる分光感度を有するセン
サによって瞬間的に画像入力を行う画像入力装置と、 前記シャッター装置と画像入力装置とを同期して駆動
するシャッター装・画像入力駆動装置と、 得られた複数の画像間の演算を行い、スペクトル・パ
ターンの投射角αの誤差ｄαがａパーセント以下となる
ことを利用して、画像各画素における画像入力装置から
物体面までの距離Ｚを、前記物体面から前記各画素への
入射角βに関して、ほぼ 以下の精度で求める画像演算装置とを有することを特徴
としている。
本発明は、環境光からの寄与に比べて十分大きくなる
ように画像入力時間を設定することにより、その出力の
比と同程度の測定誤差で物体の３次元座標を測定でき
る。画像入力時の物体上の点Ｐの明るさが例えば第４図
に示されるような場合がある。このような場合に、斜線
で示した時間だけ画像入力を行ったとき、撮像された画
素の出力の比Ｒ′は次の通りである。
ように画像入力時間を設定することにより、その出力の
比と同程度の測定誤差で物体の３次元座標を測定でき
る。画像入力時の物体上の点Ｐの明るさが例えば第４図
に示されるような場合がある。このような場合に、斜線
で示した時間だけ画像入力を行ったとき、撮像された画
素の出力の比Ｒ′は次の通りである。
ここで、I1′,I2′は点Ｐが撮像された画素出力、I1,
I2はスペクトル・パターン以外の光を全て遮断して撮像
した画素出力、ε1,ε２は撮像した時の環境光による画
素出力分でI1,I2に比べて十分小さいとする。
I2はスペクトル・パターン以外の光を全て遮断して撮像
した画素出力、ε1,ε２は撮像した時の環境光による画
素出力分でI1,I2に比べて十分小さいとする。
（６）式の第２項の絶対値が最大になるのは、分子の２
つの項が互いに符号が異なるため、I1＝０のときすなわ
ちε1/I2またはI2＝０のときすなわちε2/I1であること
がわかる。これにより、画像入力時間内において、片側
のセンサに入ったスペクトル・パターンに対してもう一
方のセンサに入った環境光がａパーセントの光量を持つ
とすると、Ｒ′はせいぜいａパーセントしかずれないこ
とになる。λの単調函数ｆ（λ）が線形函数であったと
すると、f-1（Ｒ）、またそれから求められるαも高々
ａパーセントのずれで収まる。結局理想的な測定環境か
らの測定値のずれは、次の式で求めることができる。
つの項が互いに符号が異なるため、I1＝０のときすなわ
ちε1/I2またはI2＝０のときすなわちε2/I1であること
がわかる。これにより、画像入力時間内において、片側
のセンサに入ったスペクトル・パターンに対してもう一
方のセンサに入った環境光がａパーセントの光量を持つ
とすると、Ｒ′はせいぜいａパーセントしかずれないこ
とになる。λの単調函数ｆ（λ）が線形函数であったと
すると、f-1（Ｒ）、またそれから求められるαも高々
ａパーセントのずれで収まる。結局理想的な測定環境か
らの測定値のずれは、次の式で求めることができる。
分子の第２項である−Z0を無視して誤差を大きく見積
もったとき、この式は式（１）の高々 倍と考えることができ、測定の際の環境光の割合にほぼ
比例した誤差で物体までの距離を得ることができ、例え
ば、回折格子、物体、カメラが（８）式の分母内がほぼ
１を満たす位置関係にあるとすると、測定値はやはり高
々ａパーセント程度のずれに収まるはずである。
もったとき、この式は式（１）の高々 倍と考えることができ、測定の際の環境光の割合にほぼ
比例した誤差で物体までの距離を得ることができ、例え
ば、回折格子、物体、カメラが（８）式の分母内がほぼ
１を満たす位置関係にあるとすると、測定値はやはり高
々ａパーセント程度のずれに収まるはずである。
以上簡単な仮定をおいて考察を行ったが、スペクトル
・パターンによる画像出力の寄与を、環境光からの寄与
に比べて十分大きくなるように画像入力時間を設定する
ことにより、その出力の比と同程度の測定誤差で物体の
３次元座標を測定できる、特に特殊な環境を設定しなく
ともよい、レンジ・ファインダを実現することができ
る。
・パターンによる画像出力の寄与を、環境光からの寄与
に比べて十分大きくなるように画像入力時間を設定する
ことにより、その出力の比と同程度の測定誤差で物体の
３次元座標を測定できる、特に特殊な環境を設定しなく
ともよい、レンジ・ファインダを実現することができ
る。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図に示される実施例は、物体４に当たっている環
境光に対して瞬間的に大きく上回る明るさを持つスペク
トル・パターンを空間に投射し、それに同期して異なる
分光感度を有するセンサによって瞬間的に画像入力を行
い、得られた複数の画像間の演算を行い、画像入力時間
内の環境光からの画像出力への寄与がスペクトル・パタ
ーンに対して十分小さいことを利用して、画像各画素に
おける画像入力装置から物体面までの距離を求めてい
る。そして、本実施例は、フラッシュ光源によりスペク
トル・パターンを得ている。このような本実施例である
距離画像取得装置は、物体４に当たっている環境光に対
して瞬間的に大きく上回る明るさを持つフラッシュ光源
１と、フラッシュ光源１からの光をスペクトル・パター
ンに分光して空間に投射するスペクトル・パターン投射
装置と、パターン投射に同期して異なる分光感度を有す
るセンサによって瞬間的に画像入力を行う画像入力装置
であるカメラ５と、画像入力要求スイッチ８に接続さ
れ、フラッシュ光源１とカメラ５を同期して駆動するフ
ラッシュ光源・画像入力装置６と、得られた複数の画像
間の演算を行い、各画素における画像入力装置から物体
４の物体面までの距離を求める画像演算装置７とで構成
されている。
境光に対して瞬間的に大きく上回る明るさを持つスペク
トル・パターンを空間に投射し、それに同期して異なる
分光感度を有するセンサによって瞬間的に画像入力を行
い、得られた複数の画像間の演算を行い、画像入力時間
内の環境光からの画像出力への寄与がスペクトル・パタ
ーンに対して十分小さいことを利用して、画像各画素に
おける画像入力装置から物体面までの距離を求めてい
る。そして、本実施例は、フラッシュ光源によりスペク
トル・パターンを得ている。このような本実施例である
距離画像取得装置は、物体４に当たっている環境光に対
して瞬間的に大きく上回る明るさを持つフラッシュ光源
１と、フラッシュ光源１からの光をスペクトル・パター
ンに分光して空間に投射するスペクトル・パターン投射
装置と、パターン投射に同期して異なる分光感度を有す
るセンサによって瞬間的に画像入力を行う画像入力装置
であるカメラ５と、画像入力要求スイッチ８に接続さ
れ、フラッシュ光源１とカメラ５を同期して駆動するフ
ラッシュ光源・画像入力装置６と、得られた複数の画像
間の演算を行い、各画素における画像入力装置から物体
４の物体面までの距離を求める画像演算装置７とで構成
されている。
さらに、カメラ５は、レンズ51と、ハーフ・ミラー52
と、結像面を持つ電子シャッター付きCCD53,54とを備え
ている。また、スペクトル・パターン投射装置は、レン
ズ２と、回折格子３とを備えている。
と、結像面を持つ電子シャッター付きCCD53,54とを備え
ている。また、スペクトル・パターン投射装置は、レン
ズ２と、回折格子３とを備えている。
次に、この距離画像取得装置の動作について説明す
る。
る。
画像入力要求スイッチ８がオンになったとき、物体４
に当たっている光に対して瞬間的に大きく上回る明るさ
を持つフラッシュ光源１が、フラッシュ光源・画像入力
駆動装置６により駆動される。発せられた光線はレンズ
２を通過し、白色平行光線となり、回折格子３により分
光されスペクトル・パターンとして物体４に投影され
る。この情景がカメラ５内のレンズ51を通過した後、ハ
ーフ・ミラー52で２つの経路に分けられ、電気シャッタ
ー付きのCCD53,54上に結像し、センサ上の位置ｘでセン
スされる。電気シャッターは、フラッシュ光源・画像入
力駆動装置６により、先に示した第４図のタイミングで
開かれる。このとき光量が前述したように、スペクトル
・パターンからの画像出力の寄与と、環境光からの寄与
の比が十分大きければ、（１）式により精度良く３次元
位置を求めることができる。
に当たっている光に対して瞬間的に大きく上回る明るさ
を持つフラッシュ光源１が、フラッシュ光源・画像入力
駆動装置６により駆動される。発せられた光線はレンズ
２を通過し、白色平行光線となり、回折格子３により分
光されスペクトル・パターンとして物体４に投影され
る。この情景がカメラ５内のレンズ51を通過した後、ハ
ーフ・ミラー52で２つの経路に分けられ、電気シャッタ
ー付きのCCD53,54上に結像し、センサ上の位置ｘでセン
スされる。電気シャッターは、フラッシュ光源・画像入
力駆動装置６により、先に示した第４図のタイミングで
開かれる。このとき光量が前述したように、スペクトル
・パターンからの画像出力の寄与と、環境光からの寄与
の比が十分大きければ、（１）式により精度良く３次元
位置を求めることができる。
このように、本実施例は、前述の公知であるレンジ・
ファインダにおいて、フラッシュ光源と画像入力装置で
あるカメラを上記のように変更し、光源・画像入力駆動
装置をつけ加えたものである。ここで、画像入力装置と
しては、パターン投射に同期して瞬間的に画像を入力す
るものであれば本発明は支障なく実施することができる
ため、例えば第２図のようにシャッター装置57と通常の
カメラを組み合わせた形のものでも本発明は支障なく実
施することができる。また、パターン投射・画像入力駆
動装置は上記の装置を第４図のタイミングで駆動するも
のであれば本発明は支障なく実施することができる。
ファインダにおいて、フラッシュ光源と画像入力装置で
あるカメラを上記のように変更し、光源・画像入力駆動
装置をつけ加えたものである。ここで、画像入力装置と
しては、パターン投射に同期して瞬間的に画像を入力す
るものであれば本発明は支障なく実施することができる
ため、例えば第２図のようにシャッター装置57と通常の
カメラを組み合わせた形のものでも本発明は支障なく実
施することができる。また、パターン投射・画像入力駆
動装置は上記の装置を第４図のタイミングで駆動するも
のであれば本発明は支障なく実施することができる。
第３図に示される実施例は、物体４に当たっている環
境光に対して瞬間的に大きく上回る明るさを持つスペク
トル・パターンを空間に投射し、それに同期して異なる
分光感度を有するセンサによって瞬間的に画像入力を行
い、得られた複数の画像間の演算を行い、画像入力時間
内の環境光からの画像出力への寄与がスペクトル・パタ
ーンに対して十分小さいことを利用して、画像各画素に
おける画像入力装置から物体面までの距離を求めてい
る。そして、本実施例は、白色光源によりスペクトル・
パターンを得ている。このような本実施例である距離画
像取得装置は、物体に当たっている環境光に対して大き
く上回る明るさを持つ白色光源10と、白色光源10からの
光をスペクトル・パターンに分光して空間に投射するス
ペクトル・パターン投射装置と、白色光源10とスペクト
ル・パターン投射装置の間に置いて光線を瞬間的に通過
させるシャッター装置11と、パターン投射に同期して異
なる分光感度を有するセンサによって瞬間的に画像入力
を行う画像入力装置であるカメラ５と、画像入力要求ス
イッチ８に接続され、シャッター装置11とカメラ５を同
期して駆動するシャッター・画像入力駆動装置12と、得
られた複数の画像間の演算を行い、各画素におけるカメ
ラ５から物体４の物体面までの距離を求める画像演算装
置とで構成されている。
境光に対して瞬間的に大きく上回る明るさを持つスペク
トル・パターンを空間に投射し、それに同期して異なる
分光感度を有するセンサによって瞬間的に画像入力を行
い、得られた複数の画像間の演算を行い、画像入力時間
内の環境光からの画像出力への寄与がスペクトル・パタ
ーンに対して十分小さいことを利用して、画像各画素に
おける画像入力装置から物体面までの距離を求めてい
る。そして、本実施例は、白色光源によりスペクトル・
パターンを得ている。このような本実施例である距離画
像取得装置は、物体に当たっている環境光に対して大き
く上回る明るさを持つ白色光源10と、白色光源10からの
光をスペクトル・パターンに分光して空間に投射するス
ペクトル・パターン投射装置と、白色光源10とスペクト
ル・パターン投射装置の間に置いて光線を瞬間的に通過
させるシャッター装置11と、パターン投射に同期して異
なる分光感度を有するセンサによって瞬間的に画像入力
を行う画像入力装置であるカメラ５と、画像入力要求ス
イッチ８に接続され、シャッター装置11とカメラ５を同
期して駆動するシャッター・画像入力駆動装置12と、得
られた複数の画像間の演算を行い、各画素におけるカメ
ラ５から物体４の物体面までの距離を求める画像演算装
置とで構成されている。
さらに、カメラ５は、レンズ51と、ハーフ・ミラー52
と、電子シャッター付CCD53,54とを備えている。また、
スペクトル・パターン投射装置は、レンズ２と、回折格
子３とを備えている。
と、電子シャッター付CCD53,54とを備えている。また、
スペクトル・パターン投射装置は、レンズ２と、回折格
子３とを備えている。
次に、この距離画像取得装置の動作について説明す
る。
る。
物体４に当たっている光に対して大きく上回る明るさ
を持つ白色光源10が光っており、その後に、光線を瞬間
的に通過させるシャッター装置11が置かれている。シャ
ッター装置11は、シャッター・画像入力駆動装置12によ
り駆動されて、瞬間的に光線を通過させる。その光線は
レンズ２を通過し白色平行光線となり、回折格子３によ
り分光されスペクトル・パターンとして物体４に投影さ
れる。この情景がシャッターを備えたカメラ５内のレン
ズ51を通過した後、ハーフ・ミラー52で２つの経路に分
けられ、電子シャッター付きのCCD53,54上に結像し、セ
ンサ上の位置ｘでセンスされる。電子シャッターはシャ
ッター・画像入力駆動装置12により、先に示した第４図
のタイミングで開かれる。このとき光量が前述したよう
に、スペクトル・パターンからの画像出力の寄与と、環
境光からの寄与の比が十分大きければ、（１）式により
精度良く３次元位置を求めることができる。
を持つ白色光源10が光っており、その後に、光線を瞬間
的に通過させるシャッター装置11が置かれている。シャ
ッター装置11は、シャッター・画像入力駆動装置12によ
り駆動されて、瞬間的に光線を通過させる。その光線は
レンズ２を通過し白色平行光線となり、回折格子３によ
り分光されスペクトル・パターンとして物体４に投影さ
れる。この情景がシャッターを備えたカメラ５内のレン
ズ51を通過した後、ハーフ・ミラー52で２つの経路に分
けられ、電子シャッター付きのCCD53,54上に結像し、セ
ンサ上の位置ｘでセンスされる。電子シャッターはシャ
ッター・画像入力駆動装置12により、先に示した第４図
のタイミングで開かれる。このとき光量が前述したよう
に、スペクトル・パターンからの画像出力の寄与と、環
境光からの寄与の比が十分大きければ、（１）式により
精度良く３次元位置を求めることができる。
以上説明したように本発明によれば、環境光の下にお
いて実時間で物体までの距離を画素毎に得ることのでき
る効果がある。
いて実時間で物体までの距離を画素毎に得ることのでき
る効果がある。
第１図，第３図は、本発明の一実施例を示す構成図、 第２図は、第１図におけるカメラに置き換えることがで
きる装置の一例を示す構成図、 第４図は、本発明の実施例で用いられるフラッシュ光源
・画像入力駆動装置の駆動タイミング図、 第５図は、従来例として公知であるレンズ・ファインダ
の構成図、 第６図は、従来技術及び本発明の実施例で用いられる画
像演算装置の一例を示す構成図である。 １……フラッシュ ２……レンズ ３……回折格子 ４……物体 ５……カメラ ６……フラッシュ光源・画像入力駆動装置 ７……画像演算装置 ８……画像入力要求スイッチ 10……環境光を大幅に上回る光量をもつ白色光源 11……シャッター装置 12……シャッター・画像入力駆動装置 51……レンズ 52……ハーフ・ミラー 53,54……電子シャッター付きCCD 55,56……CCD 57……シャッター装置
きる装置の一例を示す構成図、 第４図は、本発明の実施例で用いられるフラッシュ光源
・画像入力駆動装置の駆動タイミング図、 第５図は、従来例として公知であるレンズ・ファインダ
の構成図、 第６図は、従来技術及び本発明の実施例で用いられる画
像演算装置の一例を示す構成図である。 １……フラッシュ ２……レンズ ３……回折格子 ４……物体 ５……カメラ ６……フラッシュ光源・画像入力駆動装置 ７……画像演算装置 ８……画像入力要求スイッチ 10……環境光を大幅に上回る光量をもつ白色光源 11……シャッター装置 12……シャッター・画像入力駆動装置 51……レンズ 52……ハーフ・ミラー 53,54……電子シャッター付きCCD 55,56……CCD 57……シャッター装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−39513（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−75210（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−241612（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】物体に当たっている環境光に対し、各波長
帯について全光量に対して環境光の成分がその間ａパー
セント以下となるように、瞬間的に大きな明るさを持つ
スペクトル・パターンを空間に投射し、それに同期して
異なる分光感度を有するセンサによって瞬間的に画像入
力を行い、得られた複数の画像間の演算を行い、画像入
力時間内の環境光からの画像出力への寄与がスペクトル
・パターンに対してａパーセント以下であり、さらに、
これから求められる前記スペクトル・パターンの投射角
αの誤差ｄαがａパーセント以下となることを利用し
て、画像各画素における画像入力装置から前記物体面ま
での距離Ｚを、前記物体面から前記各画素への入射角β
に関して、ほぼ、 以下の精度で求める距離画像取得方法。 - 【請求項２】物体に当たっている環境光に対し、分光し
たスペクトル・パターンの各波長帯について全光量に対
して環境光の成分がその間ａパーセント以下となるよう
な瞬間的に大きな明るさを持つフラッシュ光源と、 前記フラッシュ光源からの光をスペクトル・パターンに
分光して空間に投射するスペクトル・パターン投射装置
と、 パターン投射に同期して異なる分光感度を有するセンサ
によって瞬間的に画像入力を行う画像入力装置と、 前記フラッシュ光源と画像入力装置とを同期して駆動す
るフラッシュ光源・画像入力駆動装置と、 得られた複数の画像間の演算を行い、スペクトル・パタ
ーンの投射角αの誤差ｄαがａパーセント以下となるこ
とを利用して、画像各画素における画像入力装置から物
体面までの距離Ｚを、前記物体面から前記各画素への入
射角βに関して、ほぼ、 以下の精度で求める画像演算装置とを有する距離画像取
得装置。 - 【請求項３】物体に当たっている環境光に対し、分光し
たスペクトル・パターンの各波長帯について全光量に対
して環境光の成分がａパーセント以下となるような大き
な明るさを持つ白色光源と、 前記白色光源からの光をスペクトル・パターンに分光し
て空間に投射するスペクトル・パターン投射装置と、 前記白色光源とスペクトル・パターン投射装置との間に
置いて光線を瞬間的に通過させるシャッター装置と、 パターン投射に同期して異なる分光感度を有するセンサ
によって瞬間的に画像入力を行う画像入力装置と、 前記シャッター装置と画像入力装置とを同期して駆動す
るシャッター・画像入力駆動装置と、 得られた複数の画像間の演算を行い、スペクトル・パタ
ーンの投射角αの誤差ｄαがａパーセント以下となるこ
とを利用して、画像各画素における画像入力装置から物
体面までの距離Ｚを、前記物体面から前記各画素への入
射角βに関して、ほぼ、 以下の精度で求める画像演算装置とを有する距離画像取
得装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1222994A JP2641945B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 距離画像取得方法及び装置 |
| DE69026008T DE69026008T2 (de) | 1989-08-31 | 1990-08-30 | Gerät zur Beschaffung von Abstandsinformation von einem Objekt, mittels augenblicklicher Beleuchtung des Objekts durch einen Lichtstrahl |
| EP90116646A EP0415405B1 (en) | 1989-08-31 | 1990-08-30 | Device for obtaining distance information from an object by instantaneously illuminating the object by a light beam |
| US07/853,845 US5200792A (en) | 1989-08-31 | 1992-03-19 | Device for obtaining distance information from an object by instantaneously illuminating the object by a light beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1222994A JP2641945B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 距離画像取得方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0387607A JPH0387607A (ja) | 1991-04-12 |
| JP2641945B2 true JP2641945B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=16791145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1222994A Expired - Lifetime JP2641945B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 距離画像取得方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0415405B1 (ja) |
| JP (1) | JP2641945B2 (ja) |
| DE (1) | DE69026008T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003519786A (ja) * | 2000-01-10 | 2003-06-24 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 表面輪郭測定のための装置および方法 |
| JP2008184210A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Tokyo Autom Mach Works Ltd | 縦形製袋充填包装機 |
| JP2010066182A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
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| US4174524A (en) * | 1978-09-25 | 1979-11-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Ultra high speed gated pulse optical imaging system |
| JPS6071974A (ja) * | 1983-09-29 | 1985-04-23 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ測距装置 |
| US4603973A (en) * | 1984-01-26 | 1986-08-05 | Crow Robert P | Visibility enhancement system |
| US4647199A (en) * | 1984-09-14 | 1987-03-03 | The Perkin-Elmer Corporation | Automatic shutter system |
| JPS61241612A (ja) * | 1985-04-19 | 1986-10-27 | Kinkashiya:Kk | ３次元形状計測システム |
| US4727259A (en) * | 1986-02-24 | 1988-02-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Monolithic area array with shutter operable to only transmit light between the minimum and maximum ranges for laser rangefinding |
| JPH0690032B2 (ja) * | 1987-08-06 | 1994-11-14 | 日本電気株式会社 | 距離画像取得装置 |
| DE3839512A1 (de) * | 1988-11-23 | 1990-05-31 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Bildsensor |
-
1989
- 1989-08-31 JP JP1222994A patent/JP2641945B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-08-30 EP EP90116646A patent/EP0415405B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-08-30 DE DE69026008T patent/DE69026008T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0415405B1 (en) | 1996-03-20 |
| EP0415405A3 (en) | 1992-06-10 |
| DE69026008T2 (de) | 1996-08-01 |
| DE69026008D1 (de) | 1996-04-25 |
| EP0415405A2 (en) | 1991-03-06 |
| JPH0387607A (ja) | 1991-04-12 |
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