JP3385641B2 - 投光撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は光切断機や３次元測距装
置、自動車などに搭載される物体認識装置などとして使
用される投光撮像装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】テレビジョンカメラなどの撮像装置とし
て、従来、図７に示す装置が知られている。 【０００３】この撮像装置は、レンズ１０２によって撮
像対象となる被写体の光学画像を取り込んで集光すると
ともに、シャッタコントローラ回路１０３によって電子
式シャッタ１０４を１フレームに対して１回の割合で１
／５０００秒から１／１００秒程度の間、オン状態（透
過状態）にしてレンズ１０２によって集光された光学画
像をＣＣＤ１０５に入射させ、電気画像（２次元の画像
信号）に変換させる。 【０００４】そして、ＣＣＤコントロール・映像信号処
理回路１０６によってＣＣＤ１０５に蓄積されている２
次元の画像信号をシリアルに読み出してこれを映像信号
として出力する。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
撮像装置では、外からの光学画像をレンズ１０２によっ
てＣＣＤ１０５上に集光する構造となっていることか
ら、撮像対象となる被写体からの光が弱いとき、図７に
示す撮像装置に透光器を付加して投光撮像装置を構成
し、この投光撮像装置の投光器によって撮像対象物に光
を当てながら、その反射光を取り込んで映像信号を生成
する。 【０００６】この場合、光切断機や３次元測距装置や光
を投光して文字などを読み取ったり、物体の認識を行な
う装置などとして使用される投光撮像装置では、投光器
によってレーザスリット光やレーザスポット光を物体に
照射し、物体からの反射光をレンズによって集光しなが
ら、電子式シャッタによって必要な時間だけＣＣＤに入
射させて映像信号にした後、ＣＣＤコントロール・映像
信号処理回路の画像処理によってレーザスリット光やレ
ーザスポット光によって照明されている部分を抽出す
る。 【０００７】しかしながら、このような投光撮像装置で
は、レーザスリット光やレーザスポット光より強い外来
光（例えば、太陽光など）が撮像対象物体に照射されて
いるとき、レーザスリット光やレーザスリット光が照射
されている部分の画像を抽出することが難しいという問
題があった。 【０００８】そこで、このような問題を解決する方法の
１つとして、従来、特開平２−３０４６８０号が提案さ
れている。 【０００９】この提案は投光器と、テレビジョンカメラ
とによって投光撮像装置を構成し、投光器から光を出射
する前に、テレビジョンカメラによって画像を取り込ん
でこれを未投光画像としてメモリに格納しておき、この
後投光器から光を出射しながら、テレビジョンカメラに
よって画像を取り込んでこれを投光画像として前記メモ
リと別のメモリに格納する。 【００１０】そして、これらの各メモリに各々、格納さ
れている未投光画像と、投光画像とを読み出しこれらの
差を演算して外来光の影響を除去し、この処理によって
得られた差画像を投光部分の画像として抽出する。 【００１１】しかしながら、このような投光撮像装置で
は、１／３０秒の周期でしかテレビジョンカメラから映
像信号を出力させることしかできないため、２枚の画像
を取り込んで、これらの各画像の差画像を抽出するの
に、２／３０秒の時間を必要とする。 【００１２】このため、このような投光撮像装置では、
静止している物体（被写体）を撮影して投光部分の画像
を抽出することができるものの、自動車上からみた道路
や対向車などのように被写体が早く動いているときに
は、２枚の画像が互いに異なった被写体の画像となって
投光部分の画像を抽出することができなくなってしまう
という問題がある。 【００１３】そこで、このような問題を解決するため、
動きの早い被写体を撮影するため、画像の入力周期を短
くすることが考えられる。 【００１４】つまり、通常のテレビジョンカメラでは、
１フィールドの画像入力に１６．６ｍｓかかり、２フィ
ールドの画像によって構成される１フレームの画像入力
に３３．３ｍｓの時間がかかってしまうため、未投光画
像の入力に３３．３ｍｓ、投光画像の入力に３３．３ｍ
ｓの時間がかかって、１枚の差画像を得るために合計で
６６．６ｍｓの時間がかかってしまうが、これをそれぞ
れ１ｍｓ程度に短縮して動きの早い被写体についても、
投光部分の画像を抽出することが考えられる。 【００１５】しかしながら、このような方法では、テレ
ビジョンカメラとして、高速で撮像することができる高
速度カメラのように非常に高価な装置を必要とするた
め、コストが高過ぎて実現が難しいという問題がある。 【００１６】本発明は上記の事情に鑑み、通常のＣＣＤ
を使用して、動きの早い被写体でも、外来光に影響され
ることなく、照明された部分の画像を抽出することがで
きる投光撮像装置を提供することを目的としている。 【００１７】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による投光撮像装置は、１フレーム期間内に
繰り返し発光して被写体に光を照射する投光部と、前記
被写体の光学画像を取り込んで複数に分ける光学部と、
前記投光部から光が出射されているときには、前記光学
部によって分けられた１つの光学画像を取り込んで画像
信号を生成する第１光／電変換部と、この第１光／電変
換部の光／電変換期間の直前または直後において、前記
投光部から光が出射されていないときには、前記光学部
によって分けられた他の光学画像を取り込んで画像信号
を生成する第２光／電変換部と、この第２光／電変換部
から出力される画像信号と前記第１光／電変換部から出
力される画像信号との差画像を演算して映像信号を生成
する制御・処理部とを備えたことを特徴としている。 【００１８】 【作用】上記の構成において、投光部によって１フレー
ム期間内に繰り返し光が生成されて被写体を照明しなが
ら、光学部によって前記被写体の光学画像が取り込まれ
て複数に分けられるとともに、前記投光部から光が出射
されているとき、第１光／電変換部によって前記光学部
で分けられた１つの光学画像が取り込まれて画像信号が
生成され、またこの第１光／電変換部の光／電変換期間
の直前または直後において、前記投光部から光が出射さ
れていないとき、第２光／電変換部によって前記光学部
で分けられた他の光学画像が取り込まれて画像信号が生
成された後、制御・処理部によって前記第２光／電変換
部から出力される画像信号と前記第１光／電変換部から
出力される画像信号との差画像が演算されて映像信号が
生成される。 【００１９】 【実施例】図１は本発明による投光撮像装置の一実施例
を示すブロック図である。 【００２０】この図に示す投光撮像装置は、投光部１
と、光学部２と、２つの光／電変換部３、４と、制御・
処理部５とを備えており、撮像対象となる被写体にパル
ス状の光を照射する動作を繰り返しながら、前記光と同
相および逆相となるように前記被写体からの反射光（光
学画像）を取り込んで画像信号に変換した後、これらの
差画像を演算して照明されている部分の画像を抽出す
る。 【００２１】投光部１は、図２（ｃ）に示す如く前記制
御・処理部５から発光信号が出力される毎に、この発光
信号が供給されている間、レーザ光源やＬＥＤ、放電ラ
ンプ、ストロボ光源などの発光体６を発光させるととも
に、レンズ７によって前記発光体６によって得られた光
を平行光にして被写体を照明する。 【００２２】また、光学部２は、レンズ１０によって前
記被写体からの反射光（光学画像）を取り込んで集光す
るとともに、分光プリズム１１によって前記光学画像を
２つの光学画像に２分してその一方を光／電変換部３に
入射させ、他方を光／電変換部４に入射させる。 【００２３】一方の光／電変換部３は、図２（ａ）に示
す如く制御・処理部５から前記発光信号の出力タイミン
グと逆相となったシャッタオン信号が出力される毎に、
このシャッタオン信号が供給されている間（例えば、１
／１０００秒から１／１００００秒の間）、ＰＬＺＴや
液晶シャッタなどにより構成される電子式シャッタ１２
によって光学部２で分離された一方の光学画像を透過さ
せてＣＣＤ１３に入射させ、これによって前記光学画像
を光／電変換させて２次元の画像信号を蓄積させ、図２
（ｄ）に示す如く制御・処理部５から３０Ｈｚの周期を
持つ垂直同期信号に対応する読出しタイミング信号が出
力されたとき、ＣＣＤ１３から蓄積している画像信号を
シリアルに出力させて制御・処理部５に供給する。 【００２４】また、他方の光／電変換部４は、図２
（ｂ）に示す如く制御・処理部５から前記発光信号の出
力タイミングと同相となったシャッタオン信号が出力さ
れる毎に、このシャッタオン信号が供給されている間、
電子式シャッタ１４によって光学部２で分離された他方
の光学画像を透過させてＣＣＤ１５に入射させ、これに
よって前記光学画像を光／電変換させて２次元の画像信
号を蓄積させ、図２（ｄ）に示す如く制御・処理部５か
ら垂直同期信号に対応する読出しタイミング信号が出力
されたとき、ＣＣＤ１５から蓄積している画像信号をシ
リアルに出力させて制御・処理部５に供給する。 【００２５】この場合、これらの各光／電変換部３、４
を構成する各ＣＣＤ１３、１５は、図３に示す如く各画
素毎に光の供給量に応じて電荷が増加する通常のＣＣＤ
であり、前回の読出し処理によって電荷が零になった後
（例えば、時刻ｔ0 ）、今回のフレームが終了する前ま
で、入射された光学画像の光量に応じて強い光量では、
実線で示す如く、また弱い光量では、点線で示す如く電
荷が増加し、読出し処理が行われたとき（例えば、時刻
ｔ1 ）、このときから次のフレームが開始されるまで
（例えば、時刻ｔ2 ）、電荷が零に保たれる。 【００２６】したがって、一方の光／電変換部３に設け
られているＣＣＤ１３では、図４（ｃ）、（ｅ）に示す
如く発光信号の出力タイミングと逆相となったシャッタ
オン信号が出力される毎に、光学画像が入射するので、
図４（ａ）に示す如くその都度、電荷が増加し、制御・
処理部５から読出しタイミング信号が出力されたとき
（例えば、時刻ｔ1 ）、各画素の電荷をシリアルに出力
して零になり、また他方の光／電変換部４に設けられて
いるＣＣＤ１５では、図４（ｄ）、（ｅ）に示す如く発
光信号の出力タイミングと同相となったシャッタオン信
号が出力される毎に、光学画像が入射するので、図４
（ｂ）に示す如くその都度、電荷が増加し、制御・処理
部５から読出しタイミング信号が出力されたとき（例え
ば、時刻ｔ1）、各画素の電荷をシリアルに出力して零
になる。 【００２７】これによって、これらの各ＣＣＤ１３、１
５に入射される光学画像のデューティを５０％にすれ
ば、１フレームの間、連続して光学画像を入射させる通
常の撮像動作の約半分のレベルの画像信号を出力させる
ことができるとともに、発光信号の出力タイミングと逆
相となるシャッタオン信号によって一方の電子式シャッ
タ１２を透過状態にするとともに、前記シャッタオン信
号と同相となるシャッタオン信号によって他方の電子式
シャッタ１４を透過状態にし、さらにこれらの各シャッ
タオン信号のオン／オフ周期を早くしているので、被写
体の動きが早い場合でも、各ＣＣＤ１３、１５に被写体
のほぼ同じ部分の光学画像を入射させることができる。 【００２８】また、制御・処理部５はシャッタコントロ
ーラ回路１８によって予め設定されているタイミングで
発光信号を生成してこれを投光部１に供給するととも
に、前記発光信号と逆相となるシャッタオン信号、同相
となるシャッタオン信号を生成してこれらを各光／電変
換部３、４の電子式シャッタ１２、１４に各々、供給し
ながら、ＣＣＤコントローラ回路１６によって垂直同期
信号に対応した読出しタイミングで各光／電変換部３、
４のＣＣＤ１３、１５を各々制御して画像信号を出力さ
せ、映像信号処理回路１７によってこれらの差画像を抽
出させ、これを映像信号として出力させる。 【００２９】この場合、映像信号処理回路１７は、図５
に示す如く差動増幅回路１９によって一方のＣＣＤ１３
から出力される画像信号と、他方のＣＣＤ１５から出力
される画像信号との差画像を抽出してこれを映像信号と
して出力する。 【００３０】このようにこの実施例においては、撮像対
象となる被写体にパルス状に光を照射する動作を繰り返
しながら、前記光と同相および逆相となるように前記被
写体からの反射光（光学画像）を取り込んで画像信号に
変換した後、これらの差画像を演算して照明されている
部分の画像を抽出するようにしたので、通常のＣＣＤを
使用して、動きの早い被写体でも、外来光に影響される
ことなく、照明された部分の画像を抽出することができ
る。 【００３１】図６は本発明による投光撮像装置の他の実
施例を示すブロック図である。なお、この図において、
図１の各部と同じ部分には同じ符号が付してある。 【００３２】この図に示す投光撮像装置が図１に示す装
置と異なる点は、積分回路２５によって映像信号処理回
路１７から出力される映像信号を画像１枚分単位（３
３．３ｍｓ）で積分して映像信号を平均化するとととも
に、マイクロプロセッサなどによって構成される移相回
路２６によって前記平均化処理で得られた平均化画像信
号の信号レベルに基づいてシャッタコントローラ回路１
８から出力される発光信号や各シャッタオン信号のパル
ス位置を１周期以内で、かつパルス間隔を一定にしたま
ま、タイミングを早くしたり、遅くしたりして、積分処
理回路２５から出力される平均化画像信号の信号レベル
が最大となるタイミングを自動的に検出させるようにし
たことである。 【００３３】これによって、この実施例においては、例
えばこの投光撮像装置を自動車に搭載したとき、２台の
自動車が並走し、これらの各自動車が投光した光が互い
に逆相の関係になっても、映像信号処理回路１７から出
力される映像信号の値が零にならないようにすることが
できる。 【００３４】また、この実施例においては、映像信号処
理回路１７の出力側に積分回路２５を設けるとともに、
この積分回路２５の出力側に移相回路２６を設けるよう
にしているが、図１に示す投光撮像装置で使用する映像
信号処理回路１７、すなわち図５に示す映像信号処理回
路１５内に設けられた差動増幅回路１９の後に、絶対値
演算回路を設け、この絶対値演算回路によって差動増幅
回路１９から出力される映像信号を全波整流してその絶
対値を求め、これを映像信号として出力するようにして
も良い。 【００３５】このようにすることにより、自分の自動車
の投光タイミングと逆相となっている間に、他の自動車
の強い光で投光したとき、同相となっている光／電変換
部４から出力される画像信号より、逆相となっている光
／電変換部３から出力される画像信号の方が大きくな
り、図５に示す差動増幅回路１９から出力される映像信
号が負極性となるが、絶対値演算回路によってこれを正
極性にして、上述した他の実施例と同じ効果を得ること
ができる。 【００３６】また、上述した各実施例においては、シャ
ッタコントローラ回路１８によってパルス状の発光信号
や各シャッタオン信号を生成して発光体６や各電子式シ
ャッタ１２、１４を駆動するようにしているが、正弦波
状の発光信号や各シャッタオン信号を生成して発光体６
や各電子式シャッタ１２、１４を駆動するようにしても
良い。 【００３７】そして、上述した各実施例で示した投光撮
像装置を物体の高さなどを計測する光切断機として使用
する場合には、発光体６としてレーザスリット光を発生
することができるものを用いることにより、外来光の影
響を受けないものにすることができる。 【００３８】また、上述した各実施例で示した投光撮像
装置を自動車の視覚装置として使用する場合、レーザ光
を発生する発光体や放電ランプなどの発光体を使用する
ことにより、外来光の影響を受けない映像信号を得るこ
とができ、これによって白線の検出を行なうことができ
るとともに、晴天時に生じていた影を無くし、さらに太
陽が進行方向にあるときに生じる逆光時にも前方の画像
を得ることができ、また夜間においてもクリアな画像を
得ることができる。 【００３９】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、通
常のＣＣＤを使用して、動きの早い被写体でも、外来光
に影響されることなく、照明された部分の画像を抽出す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による投光撮像装置の一実施例を示すブ
ロック図である。 【図２】図１に示す各電子式シャッタのオン／オフ動作
と発光体のオン／オフ動作と各ＣＣＤの読出し動作との
関係例を示すタイミング図である。 【図３】図１に示す各ＣＣＤの入射光の光量と蓄積され
る電荷との基本的な関係例を示す模式図である。 【図４】図１に示す発光体の発光動作と各電子式シャッ
タのオン／オフ動作と各ＣＣＤに実際に蓄積される電荷
の量との関係例を示す波形図である。 【図５】図１に示す映像信号処理回路の詳細な回路構成
例を示す回路図である。 【図６】本発明による投光撮像装置の他の実施例を示す
ブロック図である。 【図７】従来から知られている撮像装置の一例を示すブ
ロック図である。 【符号の説明】 １ 投光部 ２ 光学部 ３、４ 光／電変換部 ５ 制御・処理部 ６ 発光体 ７、１０ レンズ １１ 分光プリズム １２、１４ 電子式シャッタ １３、１５ ＣＣＤ １６ ＣＣＤコントローラ回路 １７ 映像信号処理回路 １８ シャッタコントローラ回路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 1/00 H04N 7/18 H04N 5/335 H04N 5/225

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 １フレーム期間内に繰り返し発光して被
   写体に光を照射する投光部と、 前記被写体の光学画像を取り込んで複数に分ける光学部
   と、 前記投光部から光が出射されているときには、前記光学
   部によって分けられた１つの光学画像を取り込んで画像
   信号を生成する第１光／電変換部と、 この第１光／電変換部の光／電変換期間の直前または直
   後において、前記投光部から光が出射されていないとき
   には、前記光学部によって分けられた他の光学画像を取
   り込んで画像信号を生成する第２光／電変換部と、 この第２光／電変換部から出力される画像信号と前記第
   １光／電変換部から出力される画像信号との差画像を演
   算して映像信号を生成する制御・処理部と、 を備えたことを特徴とする投光撮像装置。