JP3517628B2 - Range finder device - Google Patents

Range finder device

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JP3517628B2
JP3517628B2 JP2000067103A JP2000067103A JP3517628B2 JP 3517628 B2 JP3517628 B2 JP 3517628B2 JP 2000067103 A JP2000067103 A JP 2000067103A JP 2000067103 A JP2000067103 A JP 2000067103A JP 3517628 B2 JP3517628 B2 JP 3517628B2
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camera
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range finder
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Panasonic Holdings Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の3次元形状
または距離情報の計測を行うレンジファインダ装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a range finder device for measuring three-dimensional shape or distance information of an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】図24は従来のレンジファインダ装置の
構成の一例を示す図である。図24に示すレンジファイ
ンダ装置は、被写体に光を投射し、その観察画像から、
三角測量の原理に基づいて3次元形状計測を行うもので
あり、実時間動作可能なものとして提案されたものであ
る。
2. Description of the Related Art FIG. 24 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional range finder apparatus. The range finder device shown in FIG. 24 projects light on a subject, and from the observed image,
The three-dimensional shape measurement is performed based on the principle of triangulation, and it is proposed as a device that can operate in real time.

【0003】図24において、101A,101Bは波
長がわずかに異なるレーザ光源、102はレーザ光源1
01A,101Bからのレーザ光を合成するハーフミラ
ー、103はレーザ光源101A,101Bの光強度を
制御する光源制御部、104はレーザ光を走査する回転
ミラー、105は回転ミラーを制御する回転制御部、1
06は被写体、107はCCD上に像を結ぶためのレン
ズ、108A,108Bはレーザ光源101A,101
Bの波長の光を分離する光波長分離フィルタ、109
A,109Bはモノクロ画像を撮像するCCD、109
Cはカラー画像を撮像するCCD、110A,110B
はモノクロカメラの信号処理部、111はカラーカメラ
の信号処理部、112はCCD109A,109Bによ
って撮影したレーザ光の強度から被写体の距離または形
状を計算する距離計算部、113は装置全体の同期を調
整する制御部である。
In FIG. 24, 101A and 101B are laser light sources having slightly different wavelengths, and 102 is a laser light source 1.
Half mirrors for synthesizing laser light from 01A and 101B, 103 for a light source control unit for controlling the light intensity of the laser light sources 101A, 101B, 104 for a rotary mirror for scanning the laser light, and 105 for a rotary control unit for controlling the rotary mirror. 1
06 is a subject, 107 is a lens for forming an image on the CCD, 108A and 108B are laser light sources 101A and 101
An optical wavelength separation filter for separating light of wavelength B, 109
A and 109B are CCDs for capturing monochrome images, and 109
C is a CCD for capturing a color image, 110A, 110B
Is a signal processing unit of a monochrome camera, 111 is a signal processing unit of a color camera, 112 is a distance calculation unit that calculates the distance or shape of the subject from the intensity of the laser light captured by the CCDs 109A and 109B, and 113 is the synchronization of the entire device. It is a control unit that does.

【0004】図24に示すレンジファインダ装置の動作
について説明する。
The operation of the range finder device shown in FIG. 24 will be described.

【0005】レーザ光源101A,101Bは波長がわ
ずかに異なるレーザ光を発する。このレーザ光は、後述
の回転ミラーの走査方向と垂直な光断面を有するスリッ
ト光であり、回転ミラーが水平方向に走査する場合は、
垂直方向のスリット光となる。
The laser light sources 101A and 101B emit laser lights having slightly different wavelengths. This laser light is slit light having an optical cross section that is perpendicular to the scanning direction of the rotating mirror described later, and when the rotating mirror scans in the horizontal direction,
It becomes the slit light in the vertical direction.

【0006】図25は2つの光源101A,101Bの
波長特性を示す図である。ここで、波長が近い2つの光
源101A,101Bを用いるのは、被写体106の反
射率の波長依存性の影響を受けにくくするためである。
レーザ光源101A,101Bから発せられたレーザ光
はハーフミラー102によって合成され、回転ミラー1
04によって被写体106に走査される。
FIG. 25 is a diagram showing the wavelength characteristics of the two light sources 101A and 101B. Here, the reason why the two light sources 101A and 101B having wavelengths close to each other are used is to make it less susceptible to the wavelength dependency of the reflectance of the subject 106.
The laser light emitted from the laser light sources 101A and 101B is combined by the half mirror 102, and the rotating mirror 1
The subject 106 is scanned by 04.

【0007】回転制御部105はフィールド周期で回転
ミラー104を駆動し、これによって、光源101A,
101Bから投射されるレーザ光の走査が行われる。そ
の際、光源制御部103は双方の光源101A,101
Bの光強度を、1フィールド周期内で図26(a)に示
すように変化させる。すなわち、レーザ光の光強度変化
と回転ミラーの駆動とが同期して行われる。
The rotation control unit 105 drives the rotating mirror 104 at a field cycle, whereby the light sources 101A,
The laser beam projected from 101B is scanned. At that time, the light source control unit 103 determines that both the light sources 101A and 101
The light intensity of B is changed within one field cycle as shown in FIG. That is, the change of the light intensity of the laser light and the driving of the rotating mirror are performed in synchronization.

【0008】レンズ107はCCD109A,109
B,109C上に被写体の像を結ぶ。光波長分離フィル
タ108Aは光源101Aの波長の光のみを透過し、他
の波長の光を反射する。光波長分離フィルタ108Bは
光源101Bの波長の光のみを透過し、他の波長の光を
反射する。この結果、光源101A,101Bからの投
射光の被写体106からの反射光は、それぞれ、CCD
109A,109Bによって撮影され、他の波長の光は
カラー画像としてCCD109Cによって撮影される。
The lens 107 is a CCD 109A, 109
An image of the subject is formed on B and 109C. The light wavelength separation filter 108A transmits only the light of the wavelength of the light source 101A and reflects the light of other wavelengths. The light wavelength separation filter 108B transmits only the light of the wavelength of the light source 101B and reflects the light of other wavelengths. As a result, the reflected light from the subject 106 of the projected light from the light sources 101A and 101B is respectively reflected by the CCD.
Photographed by 109A and 109B, and light of other wavelengths is photographed by CCD 109C as a color image.

【0009】光源A信号処理部110Aおよび光源B信
号処理部110Bは、それぞれ、CCD109A,10
9Bの出力について、通常のモノクロカメラと同様の信
号処理を行う。カラーカメラ信号処理部111はCCD
109Cの出力について通常のカラーカメラの信号処理
を行う。
The light source A signal processing section 110A and the light source B signal processing section 110B are respectively connected to CCDs 109A and 10C.
The signal processing similar to that of a normal monochrome camera is performed on the output of 9B. The color camera signal processing unit 111 is a CCD
The signal processing of a normal color camera is performed on the output of 109C.

【0010】距離計算部112はCCD109A,10
9Bの出力と、基線長および画素の座標値とから、各画
素について距離計算を行う。
The distance calculation unit 112 includes CCDs 109A and 10A.
Distance calculation is performed for each pixel from the output of 9B, the baseline length, and the coordinate value of the pixel.

【0011】距離計算部112はCCD109A,10
9Bの出力から、レーザ光の反射光の光強度比を算出す
る。この光強度比から、一走査周期における時刻を測定
することができ、この時刻から回転ミラー104の回転
角φが得られる。例えば図26(b)に示すように、光
強度比がIao/Iboのときは、走査時刻はt0と測
定され、その測定値から回転ミラー104の回転角φが
分かる。この角度φは、光源側から見た被写体の角度に
相当する。
The distance calculation unit 112 is composed of the CCDs 109A, 10
From the output of 9B, the light intensity ratio of the reflected light of the laser light is calculated. The time in one scanning cycle can be measured from this light intensity ratio, and the rotation angle φ of the rotary mirror 104 can be obtained from this time. For example, as shown in FIG. 26B, when the light intensity ratio is Iao / Ibo, the scanning time is measured as t0, and the rotation angle φ of the rotating mirror 104 can be known from the measured value. This angle φ corresponds to the angle of the subject viewed from the light source side.

【0012】走査時刻tと回転ミラー104の回転角φ
との対応関係は予め分かっているため、図26(b)の
横軸を回転角φに代えた,光強度比Ia/Ibと回転角
φとの対応関係を示す別の特性テーブルを予め備えてお
いてもよい。この場合は、走査時刻tを介することな
く、算出された光強度比から直接回転角φを特定するこ
とができる。
Scanning time t and rotation angle φ of the rotating mirror 104
Since the correspondence relationship between and is known in advance, another characteristic table showing the correspondence relationship between the light intensity ratio Ia / Ib and the rotation angle φ in which the horizontal axis of FIG. You may keep it. In this case, the rotation angle φ can be directly specified from the calculated light intensity ratio without passing through the scanning time t.

【0013】図27は距離計算部112における距離計
算を図形的に説明するための図である。図27におい
て、Oはレンズ107の中心、Pは被写体上の点、Qは
回転ミラーの回転軸の位置である。また、説明を簡単に
するため、CCD109の位置を被写体側に折り返して
示している。なお、fは、CCD109とレンズ107
の中心Oとの距離である。OQの長さすなわち基線長を
L、XZ平面内で回転軸位置Qから見た点Pの角度を
φ、XZ平面内でレンズ中心Oから見た点Pの角度を
θ、YZ平面内でレンズ中心Oからみた点Pの角度をω
とすると、図形的な関係より、点Pの3次元座標(X,
Y,Z)は、以下の式によって計算される。 X=L・tanφ/(tanθ+tanφ) Y=L・tanθ・tanφ・tanω/(tanθ+
tanφ) Z=L・tanθ・tanφ/(tanθ+tanφ) 上式の角度φについては、上述したように、CCD10
9A,109Bによってモニタした反射光の光強度比に
よって計算し、角度θ,ωについては、CCD109
A,109B上の画素の座標値から計算する。
FIG. 27 is a diagram for graphically explaining the distance calculation in the distance calculation unit 112. In FIG. 27, O is the center of the lens 107, P is the point on the subject, and Q is the position of the rotation axis of the rotating mirror. Further, the position of the CCD 109 is shown folded back to the subject side for the sake of simplicity. Note that f is the CCD 109 and the lens 107.
Is the distance from the center O. The length of OQ, that is, the base line length is L, the angle of the point P viewed from the rotation axis position Q in the XZ plane is φ, the angle of the point P viewed from the lens center O in the XZ plane is θ, and the lens in the YZ plane is Ω is the angle of the point P viewed from the center O
Then, the three-dimensional coordinates (X,
Y, Z) is calculated by the following formula. X = L · tan φ / (tan θ + tan φ) Y = L · tan θ · tan φ · tan ω / (tan θ +
tanφ) Z = L · tanθ · tanφ / (tanθ + tanφ) Regarding the angle φ in the above equation, as described above, the CCD 10
9A and 109B are calculated by the light intensity ratio of the reflected light. For angles θ and ω, the CCD 109
It is calculated from the coordinate values of the pixels on A and 109B.

【0014】上式に従って、カメラ画像内の全ての画素
について3次元座標(X,Y,Z)を計算することによ
って、被写体の3次元情報を算出することができる。ま
た、Z座標値のみを計算すれば、距離画像を求めること
ができる。
By calculating the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) for all the pixels in the camera image according to the above equation, the three-dimensional information of the subject can be calculated. Further, the distance image can be obtained by calculating only the Z coordinate value.

【0015】また、光源側の機構が機械的な動作を行わ
ない、低コストのレンジファインダ装置も提案されてい
る。このレンジファインダ装置は、レーザー光源と回転
ミラーのような光掃引手段を備える代わりに、互いに異
なる2次元輻射パターンを持つ複数の光を投射できる光
源部を有するものである。
Also, a low-cost range finder apparatus has been proposed in which the mechanism on the light source side does not perform a mechanical operation. This range finder apparatus has a light source section capable of projecting a plurality of lights having different two-dimensional radiation patterns, instead of having a laser light source and a light sweeping means such as a rotating mirror.

【0016】すなわち、このレンジファインダ装置で
は、互いに異なる2次元輻射パターンを持つ複数の光を
時分割で被写体に照射し、被写体からの反射光をカメラ
で撮像し、撮像した画像の光強度を用いて距離計測を行
う。そして、距離計測時に、反射光の光強度比または光
強度と投射光角度との対応関係を用いて、画像内の座標
値に応じて、3次元情報を求める。
That is, in this range finder device, a plurality of lights having mutually different two-dimensional radiation patterns are radiated to a subject in a time division manner, reflected light from the subject is imaged by a camera, and the light intensity of the imaged image is used. Measure the distance. Then, at the time of distance measurement, the three-dimensional information is obtained according to the coordinate value in the image by using the light intensity ratio of the reflected light or the correspondence relationship between the light intensity and the projection light angle.

【0017】このような構成では、3次元計測が、全て
電子的な動作によって実現されるので、装置の信頼性が
より高くなり、計測性能が安定する。また、機械的な機
構を必要としないので、コストが比較的低いという利点
がある。
In such a configuration, all three-dimensional measurement is realized by electronic operation, so that the reliability of the apparatus becomes higher and the measurement performance becomes stable. Further, there is an advantage that the cost is relatively low because no mechanical mechanism is required.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レンジファインダ装置には、次のような問題がある。
However, the conventional range finder apparatus has the following problems.

【0019】ーザ光源を用いたレンジファインダ装置
では、通常、レーザ光源から出射された光をレンズ系に
よって垂直方向に広げてスリット光とし、これを、回転
ミラーによって掃引する。このような装置では、投射光
の光強度は、水平方向にのみ変化し、垂直方向では一定
であることを前提として、被写体の距離計測を行う。と
ころが、レンズシェーディングすなわちレンズ系の周辺
減光の影響によって、スリット光の光強度が、スリット
中央部に比べて両端部の方が弱くなる、という現象が生
じる。このため、垂直方向においても光強度の変化が生
じ、したがって、観測した反射光の光強度比と投射光の
投射方向とが1対1に対応しないことになり、精度の高
い距離計測が困難になる。また、2次元輻射パターンを
持つ複数の光を投射する場合であっても、同様の問題が
生じる可能性がある。
[0019] In rangefinder using the record over. The light source is usually a slit light spread in a direction perpendicular to the light emitted from the laser light source by a lens system, which is swept by the rotating mirror. In such a device, the distance measurement of the subject is performed on the assumption that the light intensity of the projected light changes only in the horizontal direction and is constant in the vertical direction. However, due to the effect of lens shading, that is, peripheral dimming of the lens system, the light intensity of the slit light becomes weaker at both end portions than at the slit central portion. Therefore, the light intensity changes even in the vertical direction, and therefore the observed light intensity ratio of the reflected light and the projection direction of the projected light do not correspond one-to-one, which makes it difficult to measure the distance with high accuracy. Become. Further, even when a plurality of lights having a two-dimensional radiation pattern are projected, the same problem may occur.

【0020】前記の問題に鑑み、本発明は、レンジファ
インダ装置として、反射光の光特性と投射光の投射方向
とがカメラ画像内において1対1に対応していない場合
であっても、精度の高い3次元情報の計測を実行可能に
することを課題とする。
[0020] viewed Kan said problems, the present invention is, as rangefinder, even light characteristic of the reflected light and the projection direction of the projection light in a case that does not correspond one-to-one in the camera image, An object is to enable highly accurate measurement of three-dimensional information.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明が講じた
解決手段は、レンジファインダ装置として、光の特性が
その投射方向に応じて変化する投射光を投射する光源部
と、前記投射光の被写体からの反射光を撮像するカメラ
部と、前記カメラ部によって撮像された反射光画像から
前記被写体の3次元情報を生成する3次元情報生成部と
を備え、前記3次元情報生成部は、カメラ画像内の複数
の領域にそれぞれ対応して設けられており、前記反射光
の光特性と前記投射光の投射方向との対応関係をそれぞ
記述した複数のルックアップテーブルを有し、カメラ
画像内の画素位置に応じて、前記複数のルックアップテ
ーブルのいずれかをそれぞれ選択し、選択したルックア
ップテーブルを参照して前記3次元情報を生成するもの
である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light source unit for projecting projection light, the characteristics of which are changed according to the projection direction, as a range finder device, and the projection light. A camera unit for capturing reflected light from the subject, and a three-dimensional information generating unit for generating three-dimensional information of the subject from the reflected light image captured by the camera unit. Multiple in camera image
The regions are respectively provided in correspondence, it the correspondence between the projection direction of the light characteristics of the reflected light the projection light
Is have a plurality of look-up table describing, in accordance with the pixel position in the camera image, the one of the plurality of look-up table to select each of the three-dimensional information by referring to the lookup table selected To generate.

【0022】請求項1の発明によると、3次元情報生成
部は、反射光の光特性と投射光の投射方向との対応関係
を記述した複数のルックアップテーブルを有し、その中
から、カメラ画像内の画素位置に応じて、いずれかのル
ックアップテーブルを選択される。このため、たとえ、
反射光の光特性と投射光の投射方向との対応関係がカメ
ラ画像内で1対1に対応していなくても、画素位置に応
じて選択されたルックアップテーブルが参照されるの
で、精度よく、3次元情報を生成することができる。
According to the first aspect of the present invention, the three-dimensional information generating section has a plurality of look-up tables in which the correspondence between the light characteristics of the reflected light and the projection direction of the projected light is described. Either look-up table is selected depending on the pixel position in the image. Therefore, even if
Even if the correspondence between the light characteristics of the reflected light and the projection direction of the projected light does not correspond one-to-one in the camera image, the lookup table selected according to the pixel position is referred to, so the accuracy is high. Three-dimensional information can be generated.

【0023】請求項2の発明では、前記請求項1のレン
ジファインダ装置における光源部は、フラッシュランプ
を備えたものとする。
According to the invention of claim 2 , the light source section in the range finder device of claim 1 is provided with a flash lamp.

【0024】請求項3の発明では、前記請求項1のレン
ジファインダ装置における複数のルックアップテーブル
は、それぞれ、カメラ画像内のエピポーラ線に対応して
設けられているものとする。
According to the invention of claim 3 , the plurality of look-up tables in the range finder device of claim 1 are respectively provided corresponding to epipolar lines in a camera image.

【0025】請求項3の発明によると、エピポーラ線上
では、反射光の光特性と投射光の投射方向とは必ず1対
1に対応するので、ルックアップテーブルをエピポーラ
線に対応して設けることによって、複数のルックアップ
テーブルを効率よくかつ経済的に設けることができる。
したがって、実用的な計算量と記憶容量の範囲で、精度
よく、3次元情報を生成することができる。
According to the invention of claim 3 , on the epipolar line, the light characteristics of the reflected light and the projection direction of the projected light always have a one-to-one correspondence. Therefore, by providing a lookup table corresponding to the epipolar line. , It is possible to efficiently and economically provide a plurality of lookup tables.
Therefore, it is possible to accurately generate three-dimensional information within a practical calculation amount and storage capacity range.

【0026】請求項4の発明では、前記請求項3のレン
ジファインダ装置における3次元情報生成部は、ルック
アップテーブルが設けられていないエピポーラ線上の画
素位置について、当該エピポーラ線近傍のエピポーラ線
に対応して設けられたルックアップテーブルを補間し
て、ルックアップテーブルを得るものとする。
According to the invention of claim 4 , the three-dimensional information generation unit in the range finder device of claim 3 corresponds to the epipolar line in the vicinity of the epipolar line for the pixel position on the epipolar line where the lookup table is not provided. The lookup table thus provided is interpolated to obtain the lookup table.

【0027】請求項5の発明では、前記請求項3記載の
レンジファインダ装置における光源部およびカメラ部
は、前記光源部と前記カメラ部とを結ぶ直線がワールド
座標系におけるX軸に一致しかつカメラ座標系における
x軸に平行になるように、設置されているものとする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the light source unit and the camera unit in the range finder apparatus according to the third aspect , the straight line connecting the light source unit and the camera unit coincides with the X axis in the world coordinate system, and the camera. It is assumed that they are installed so as to be parallel to the x axis in the coordinate system.

【0028】請求項5の発明によると、エピポーラ線
は、カメラ画像内において、x軸に平行になる。したが
って、ルックアップテーブルの構築や、距離計算が格段
に容易になる。
According to the invention of claim 5 , the epipolar line is parallel to the x-axis in the camera image. Therefore, the construction of the look-up table and the distance calculation become much easier.

【0029】また、請求項6の発明が講じた解決手段
は、光強度比がその投射方向に応じて変化する光パタン
の組を、投射する光源部と、投射された前記光パタンの
組による前記被写体の反射光画像を、それぞれ撮像する
カメラ部と、前記カメラ部によって撮像された反射光画
像の組から、前記被写体の3次元情報を生成する3次元
情報生成部とを備え、前記3次元情報生成部は、カメラ
画像内の複数の領域にそれぞれ対応して設けられてお
り、前記光パタンの組の光強度比と投射方向との対応関
係をそれぞれ記述した複数のルックアップテーブルを有
し、カメラ画像内の画素位置に応じて、前記複数のルッ
クアップテーブルのいずれかをそれぞれ選択し、選択し
たルックアップテーブルを参照して、前記3次元情報を
生成するものである。
Further, in the means for solving the problems of the sixth aspect of the invention, a set of the light patterns for projecting a set of light patterns in which the light intensity ratio changes according to the projection direction and the set of the projected light patterns are used. The three-dimensional image processing apparatus includes: a camera unit that captures each reflected light image of the subject; and a three-dimensional information generation unit that generates three-dimensional information of the subject from a set of reflected light images captured by the camera unit. The information generator is a camera
It is provided for each of the multiple areas in the image.
Ri, a plurality of look-up table describing each correspondence relationship between the projection direction and the pair of the light intensity ratio of the light pattern possess <br/>, in accordance with the pixel position in the camera image, the plurality of look-up The three-dimensional information is generated by selecting any one of the tables and referring to the selected look-up table.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】(参考例) 図1は本発明の参考例に係るレンジファインダ装置の構
成を示す図である。図1において、光源部2は2個のフ
ラッシュランプの光源2a、2bから構成されており、
光の強度が被写体106上で位置的に見て変化する投射
光を投射する。カメラ部1は光源部2から投射された投
射光の被写体106からの反射光を撮像する。光源制御
部5はカメラ部1の垂直同期信号に同期して、光源2
a,2bをフレーム周期またはフィールド周期毎に交互
に発光させる。3次元情報生成部としての距離計算部6
は、カメラ部1によって撮像された反射光画像から、被
写体106の3次元情報としての距離画像を生成する。
( Reference Example ) FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a range finder apparatus according to a reference example of the present invention. In FIG. 1, the light source unit 2 is composed of two light sources 2a and 2b of flash lamps,
The projection light is projected so that the intensity of the light changes in position on the subject 106. The camera unit 1 images the reflected light from the subject 106 of the projection light projected from the light source unit 2. The light source control unit 5 synchronizes with the vertical synchronization signal of the camera unit 1,
a and 2b are made to emit light alternately every frame period or field period. Distance calculation unit 6 as three-dimensional information generation unit
Generates a distance image as three-dimensional information of the subject 106 from the reflected light image captured by the camera unit 1.

【0032】また、光源部2の各光源2a,2bには、
各光源2a,2bから出射される光強度をそれぞれ検出
する受光素子21a,21bが設けられている。受光素
子21a,21bによって検出された光強度は、光源制
御部5に送られ、さらに、距離計算部6に所定の補正情
報として送られる。距離計算部6では、この補正情報に
基づいて反射光画像が補正され、補正された画像を用い
て、距離画像が生成される。
The light sources 2a and 2b of the light source unit 2 are
Light receiving elements 21a and 21b for detecting the intensity of light emitted from each of the light sources 2a and 2b are provided. The light intensity detected by the light receiving elements 21a and 21b is sent to the light source controller 5 and further sent to the distance calculator 6 as predetermined correction information. In the distance calculation unit 6, the reflected light image is corrected based on this correction information, and a distance image is generated using the corrected image.

【0033】図2(a)は光源2a,2bの構成例を示
す斜視図である。図2(a)に示すように、光源2a,
2bとしては例えば、キセノンフラッシュランプ等の閃
光光源7,8を同一軸上に縦に配置し、後方の反射板
9,10の光反射方向の範囲を上記軸を基準として所定
角度だけずらした構成を用いる。また、受光素子21
a,21bは、反射板9,10にそれぞれ設けられたフ
ォトダイオードによって構成され、各光源2a,2bか
ら出射される光強度を検出する。図2(b)は図2
(a)の構成の平面図である。図2(b)に示すよう
に、光源2a,2bはそれぞれ範囲A,Bに光を輻射
(投射)する。ここで用いるキセノンランプは、発光部
分が小さく、平面的に見て点光源とみなせるものが望ま
しい。
FIG. 2A is a perspective view showing a configuration example of the light sources 2a and 2b. As shown in FIG. 2A, the light sources 2a,
As 2b, for example, a flash light source 7 or 8 such as a xenon flash lamp is vertically arranged on the same axis, and the range of the light reflecting direction of the rear reflectors 9 and 10 is shifted by a predetermined angle with respect to the axis. To use. In addition, the light receiving element 21
Reference numerals a and 21b are photodiodes provided on the reflection plates 9 and 10, respectively, and detect the light intensity emitted from each of the light sources 2a and 2b. 2 (b) is shown in FIG.
It is a top view of a structure of (a). As shown in FIG. 2B, the light sources 2a and 2b radiate (project) light in the ranges A and B, respectively. It is desirable that the xenon lamp used here has a small light emitting portion and can be regarded as a point light source when viewed two-dimensionally.

【0034】図3は図2に示す光源2a,2bから輻射
される光パタンを示す図である。図3において、実線L
a,Lbは、光源2a,2bから架空のスクリーンYに
光を投射した場合におけるスクリーン面の明るさを示し
ている。明るさの程度は実線La,Lbの→方向の高さ
によって表されている。図3から分かるように、各光源
2a,2bの投射光は、投射方向の中心軸上が最も光強
度が強く(すなわち最も明るく)、周辺になるほど光強
度が弱く(すなわち暗く)なる特性を持つ。この特性
は、半円筒状の反射板9,10が閃光光源7,8の背後
に配置されていることに起因する。反射板9,10の向
きによって、各光源2a,2bの投射光はその一部が重
なっている。
FIG. 3 is a diagram showing optical patterns radiated from the light sources 2a and 2b shown in FIG. In FIG. 3, the solid line L
Reference characters a and Lb represent the brightness of the screen surface when light is projected from the light sources 2a and 2b onto the imaginary screen Y. The degree of brightness is represented by the height of solid lines La and Lb in the → direction. As can be seen from FIG. 3, the projected light from each of the light sources 2a and 2b has a characteristic that the light intensity is strongest on the central axis in the projection direction (that is, the brightest) and weaker toward the periphery (that is, darker). . This characteristic results from the fact that the semi-cylindrical reflectors 9 and 10 are arranged behind the flash light sources 7 and 8. The projection lights of the light sources 2a and 2b partially overlap with each other depending on the directions of the reflection plates 9 and 10.

【0035】図4は図3の水平方向(H方向)における
位置と光強度との関係を示すグラフである。図4に示す
光パタンの部分αでは、光源2a,2bから被写体空間
に照射される光は、光源から見て、一方は右側が明るく
左側が暗い光、他方は左側が明るく右側が暗い光になっ
ている。ここで、部分αにおける光源2a,2bの光強
度の特性を、それぞれIa,Ibと表すものとする。た
だし、図4はカメラ部1のレンズ中心を通り、かつ、y
座標が所定値(例えば0)の平面上の光強度特性を示す
ものであり、光強度特性の分布は、y座標値に応じて異
なる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the position and the light intensity in the horizontal direction (H direction) of FIG. In the part α of the light pattern shown in FIG. 4, the light emitted from the light sources 2a and 2b to the subject space is one where the right side is bright and the left side is dark and the other side is the left side and the right side is dark as viewed from the light source. Has become. Here, the light intensity characteristics of the light sources 2a and 2b in the portion α are represented as Ia and Ib, respectively. However, in FIG. 4, the lens center of the camera unit 1 is passed and y
The coordinate indicates a light intensity characteristic on a plane having a predetermined value (for example, 0), and the distribution of the light intensity characteristic differs depending on the y coordinate value.

【0036】図5は図4の部分αにおける,光源部2か
らの投射光角度φと光強度比Ib/Iaとの関係を示す
グラフである。図5に示すように、部分αでは、光強度
比Ib/Iaと投射光角度φとは1対1対応の関係にあ
る。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the projection light angle φ from the light source unit 2 and the light intensity ratio Ib / Ia in the portion α of FIG. As shown in FIG. 5, in the portion α, the light intensity ratio Ib / Ia and the projection light angle φ have a one-to-one correspondence.

【0037】距離測定のためには、事前に、2種類の光
パタンを垂直に立てられた平面に交互に投射し、この反
射光をカメラ部1によって撮像した結果から、図5に示
すような光強度比と投射光角度との関係を各y座標毎に
予め得ておく必要がある。そして、カメラ部1のレンズ
中心と光源部2とを結ぶ線分が撮像面のx軸と平行にな
るように光源部2を配置すれば、予め得たy座標毎の光
強度比と投射光角度との関係のデータを用いることによ
って、正確な距離計算を行うことができる。
In order to measure the distance, two types of light patterns are alternately projected in advance on a vertically standing plane, and the reflected light is imaged by the camera unit 1 as shown in FIG. The relationship between the light intensity ratio and the projection light angle must be obtained in advance for each y coordinate. Then, if the light source unit 2 is arranged so that the line segment connecting the lens center of the camera unit 1 and the light source unit 2 is parallel to the x-axis of the imaging surface, the light intensity ratio and the projection light for each y coordinate obtained in advance. An accurate distance calculation can be performed by using the data of the relationship with the angle.

【0038】図6は距離計算部6の内部構成を示す図で
ある。図6に示すように、距離計算部6は、カメラ部1
によって撮像された反射光画像信号をフレーム毎に一時
的に格納する第1および第2の画像メモリ61a,61
bと、第1および第2の画像メモリ61a,61bに格
納された画像の光強度を補正情報を用いてそれぞれ補正
する第1および第2の光強度補正部62a,62bと、
各光強度補正部62a、62bによって補正された画像
の光強度から光強度比を計算する光強度比計算部63
と、計算された光強度比から被写体106の距離画像を
生成する距離画像生成部64とを備えている。
FIG. 6 is a diagram showing the internal structure of the distance calculation unit 6. As shown in FIG. 6, the distance calculation unit 6 includes a camera unit 1
First and second image memories 61a, 61 for temporarily storing the reflected light image signal picked up by each frame
b, first and second light intensity correction units 62a and 62b for respectively correcting the light intensity of the images stored in the first and second image memories 61a and 61b using the correction information,
A light intensity ratio calculator 63 that calculates a light intensity ratio from the light intensities of the images corrected by the light intensity correctors 62a and 62b.
And a distance image generation unit 64 that generates a distance image of the subject 106 from the calculated light intensity ratio.

【0039】光源2aの投射光による反射光画像は第1
の画像メモリ61aに格納され、光源2bの投射光によ
る反射光画像は第2の画像メモリ61bに格納される。
また補正情報のうち、受光素子21aによって検出され
た光強度は第1の光強度補正部62aに与えられ、受光
素子21bによって検出された光強度は第2の光強度補
正部62bに与えられる。
The reflected light image by the projected light of the light source 2a is the first
Image memory 61a, and the reflected light image of the projection light of the light source 2b is stored in the second image memory 61b.
In the correction information, the light intensity detected by the light receiving element 21a is given to the first light intensity correcting section 62a, and the light intensity detected by the light receiving element 21b is given to the second light intensity correcting section 62b.

【0040】さらに、第1および第2の光強度補正部6
2a,62bには、それぞれ、光強度補正のために用い
る基準値Ira,Irbが予め格納されている。例え
ば、各光源2a,2bから投射された現実の光強度を受
光素子21a,21bによってそれぞれ複数回計測し、
計測値の平均値を、基準値Ira,Irbとして第1お
よび第2の光強度補正部62a,62bにそれぞれ格納
する。
Further, the first and second light intensity correction units 6
Reference values Ira and Irb used for light intensity correction are stored in advance in 2a and 62b, respectively. For example, the actual light intensity projected from each light source 2a, 2b is measured by the light receiving elements 21a, 21b a plurality of times,
The average values of the measured values are stored in the first and second light intensity correction units 62a and 62b as reference values Ira and Irb, respectively.

【0041】以下、本参考例に係るレンジファインダ装
置の距離計算の動作について、説明する。ここでは、図
1の被写体106上の点Pを着目点とし、点Pの奥行き
値Z(Z軸座標値)の計算を行う場合について説明し、
特に、距離計算部6における光強度の補正動作につい
て、詳細に説明する。
The operation of distance calculation of the range finder device according to this reference example will be described below. Here, a case where the point P on the subject 106 in FIG. 1 is set as a point of interest and the depth value Z (Z-axis coordinate value) of the point P is calculated will be described.
In particular, the operation of correcting the light intensity in the distance calculator 6 will be described in detail.

【0042】図7は本参考例に係るレンジファインダ装
置の動作を示すタイミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the range finder apparatus according to this reference example .

【0043】図7に示すように、まず光源制御部5が、
カメラ部1の垂直同期信号(図7(a))に同期して、
フレーム周期またはフィールド周期毎に発光制御信号
a,b(図7(b),(c))を交互に出力し、これに
より光源2a,2bを交互に発光させる。受光素子21
a,21bは各光源2a,2bの光強度を順次検出す
る。光源制御部5は受光素子21a、21bによって検
出された光強度を、図7(d),(e)に示すタイミン
グでそれぞれ取り込む。
As shown in FIG. 7, first, the light source controller 5
In synchronization with the vertical synchronization signal (FIG. 7A) of the camera unit 1,
The light emission control signals a and b (FIGS. 7B and 7C) are alternately output for each frame cycle or field cycle, whereby the light sources 2a and 2b are alternately emitted. Light receiving element 21
Reference numerals a and 21b sequentially detect the light intensities of the light sources 2a and 2b. The light source control unit 5 takes in the light intensities detected by the light receiving elements 21a and 21b at the timings shown in FIGS. 7D and 7E, respectively.

【0044】カメラ部1は、反射光画像の撮像を時分割
で行う。すなわち、第1の撮像期間において、光源2a
の投射光による反射光画像を撮像し、第2の撮像期間に
おいて、光源2bの投射光による反射光画像を撮像す
る。光源2aの投射光による反射光画像は第1の画像メ
モリ61aに書き込まれ、光源2bの投射光による反射
光画像は第2の画像メモリ61bに書き込まれる。
The camera unit 1 time-divisionally captures the reflected light image. That is, in the first imaging period, the light source 2a
The reflected light image by the projection light of is captured, and the reflected light image by the projection light of the light source 2b is captured in the second imaging period. The reflected light image of the projected light of the light source 2a is written in the first image memory 61a, and the reflected light image of the projected light of the light source 2b is written in the second image memory 61b.

【0045】光源制御部5は、受光素子21aによって
検出された光源2aの光強度データを、補正情報Isa
として距離計算部6の光強度補正部62aに送る。同様
に、受光素子21bによって検出された光源2bの光強
度データを、補正情報Isbとして光強度補正部62b
に送る。
The light source controller 5 uses the light intensity data of the light source 2a detected by the light receiving element 21a as the correction information Isa.
To the light intensity correction unit 62a of the distance calculation unit 6. Similarly, the light intensity data of the light source 2b detected by the light receiving element 21b is used as the correction information Isb as the light intensity correction unit 62b.
Send to.

【0046】次に、距離計算部6は、距離画像の生成を
行う。
Next, the distance calculator 6 generates a distance image.

【0047】まず、光強度補正部62a,62bは、各
画像メモリ61a,61bに書き込まれた反射光画像
を、光源制御部5から送られた補正情報Isa,Isb
と予め格納した基準値Ira,Irbとを用いて補正す
る。
First, the light intensity correction units 62a and 62b convert the reflected light images written in the image memories 61a and 61b into correction information Isa and Isb sent from the light source control unit 5.
And the reference values Ira and Irb stored in advance are used for the correction.

【0048】すなわち、光強度補正部62aは、予め格
納している基準値Iraと送られてきた補正情報Isa
とを用いて換算比Ira/Isaを計算し、この換算比
Ira/Isaを画像メモリ61aに格納された反射光
画像の各光強度データに乗算する。この乗算結果は、補
正された光強度Iaとして光強度比計算部63に出力さ
れる。光強度補正部62bも同様に、予め格納している
基準値Irbと送られてきた補正情報Isbとを用いて
換算比Irb/Isbを計算し、この換算比Irb/I
sbを画像メモリ61bに格納された反射光画像の各光
強度データに乗算する。この乗算結果は、補正された光
強度Ibとして光強度比計算部63に出力される。
That is, the light intensity correction section 62a and the correction information Isa sent with the reference value Ira stored in advance.
Is used to calculate the conversion ratio Ira / Isa, and the conversion ratio Ira / Isa is multiplied by each light intensity data of the reflected light image stored in the image memory 61a. The result of this multiplication is output to the light intensity ratio calculator 63 as the corrected light intensity Ia. Similarly, the light intensity correction unit 62b also calculates a conversion ratio Irb / Isb using the reference value Irb stored in advance and the correction information Isb sent in advance, and the conversion ratio Irb / Ib is calculated.
sb is multiplied by each light intensity data of the reflected light image stored in the image memory 61b. The result of this multiplication is output to the light intensity ratio calculator 63 as the corrected light intensity Ib.

【0049】光強度比計算部63は、補正された光強度
Ia,Ibを用いて、光強度比Ib/Iaを計算し、距
離画像生成部64に出力する。
The light intensity ratio calculator 63 calculates the light intensity ratio Ib / Ia using the corrected light intensities Ia and Ib and outputs it to the distance image generator 64.

【0050】距離画像生成部64は、図5に示すような
光強度比Ib/Iaと投射光角度φとの対応関係と、画
素座標値xと角度θとの対応関係とを用いて、全ての画
素について、角度φ,θを特定し、距離Zを求め、距離
画像として出力する。
The distance image generating unit 64 uses the correspondence relationship between the light intensity ratio Ib / Ia and the projection light angle φ and the correspondence relationship between the pixel coordinate value x and the angle θ as shown in FIG. With respect to the pixel of, the angles φ and θ are specified, the distance Z is obtained, and the distance image is output.

【0051】距離画像生成部64には、事前の測定によ
って、図5に示すような光強度比と投射光角度φとの対
応関係が、各y座標毎に準備されている。距離画像生成
部64は、点Pのy座標値に対応した光強度比と角度φ
との対応関係を選択し、選択した対応関係から、点Pの
投射光角度φを特定する。また、カメラ部1から見た点
Pに対する角度θを、点Pの画素座標値およびカメラパ
ラメータ(焦点距離f、レンズ系の光学中心位置)から
決定する。そして、求めた2つの角度φ,θと、光源位
置とカメラ部の光学中心位置間の距離すなわち基線長D
とから、三角測量の原理によって、点Pの奥行き値Zを
計算する。
The distance image generating unit 64 is prepared in advance for each y coordinate with a corresponding relationship between the light intensity ratio and the projection light angle φ as shown in FIG. The distance image generation unit 64 determines the light intensity ratio and the angle φ corresponding to the y coordinate value of the point P.
And the projection light angle φ of the point P is specified from the selected correspondence. Further, the angle θ with respect to the point P viewed from the camera unit 1 is determined from the pixel coordinate value of the point P and the camera parameter (focal length f, optical center position of the lens system). Then, the calculated two angles φ and θ and the distance between the light source position and the optical center position of the camera unit, that is, the baseline length D
From the above, the depth value Z of the point P is calculated by the principle of triangulation.

【0052】すなわち、カメラ部1の光学中心を原点と
し、カメラ部1の光軸方向をZ軸、水平方向にX軸、垂
直方向にY軸を設定し、光源部2からみた着目点Pの方
向がX軸となす角をφ、カメラ部から見た着目点の方向
とX軸がなす角をθ、光源位置を(−D,0,0)すな
わち基線長をDとすると、着目点Pの奥行き値Zは式
(1)で計算される。
That is, with the optical center of the camera section 1 as the origin, the optical axis direction of the camera section 1 is set as the Z axis, the X axis is set in the horizontal direction, and the Y axis is set in the vertical direction. Assuming that the angle between the direction and the X axis is φ, the angle between the direction of the point of interest viewed from the camera section and the X axis is θ, and the light source position is (−D, 0, 0), that is, the baseline length is D, the point of interest P The depth value Z of is calculated by the equation (1).

【0053】このように、カメラ部1によって撮像され
た反射光画像における光強度を、補正情報によって補正
することによって、より一層精度の高い距離画像を得る
ことができる。
As described above, by correcting the light intensity in the reflected light image taken by the camera section 1 by the correction information, it is possible to obtain a more accurate range image.

【0054】また、ここでは、距離計算部6は3次元情
報として距離Zのみを計算し、計算結果を距離画像とし
て出力するものとしたが、これに限らず、例えば、図8
に示す角度ωを用いて、式(2)より3次元座標値X,
Y,Zを全て計算し、被写体の3次元情報として出力す
る構成としてもよい。 X=Z/tanθ Y=Z・tanω …(2)
Further, here, the distance calculation unit 6 calculates only the distance Z as the three-dimensional information and outputs the calculation result as a distance image. However, the present invention is not limited to this, and for example, FIG.
Using the angle ω shown in, the three-dimensional coordinate value X,
All Y and Z may be calculated and output as three-dimensional information of the subject. X = Z / tan θ Y = Z · tan ω (2)

【0055】なお、本参考例では、光強度補正部62
a,62bにおける補正は、換算比Ira/Isa,I
rb/Isbを光強度データに乗算するという簡易な処
理によって行うものとしたが、これに限らず例えば、上
記乗算の前に、オフセット処理を施すことが望ましい。
In this reference example , the light intensity correction unit 62
The correction in a and 62b is performed by the conversion ratio Ira / Isa, I
Although the simple process of multiplying the light intensity data by rb / Isb is performed, the present invention is not limited to this, and for example, it is desirable to perform the offset process before the multiplication.

【0056】例えば、画像メモリ61a,61bに格納
された反射光画像について、画像データから黒レベル成
分(例えば「10」)を差し引くオフセット処理を施
し、その後、換算比Ira/Isa,Irb/Isbを
乗算することによって補正を行う。黒レベル成分の値
は、予め一度だけ測定しておけばよい。このような処理
を行うことによって、光源の発光強度が5%程度変動す
る場合に、測定誤差を、補正を一切行わないときの10
%程度に低減できる。すなわち、より精度の高い補正が
可能になる。
For example, the reflected light images stored in the image memories 61a and 61b are subjected to offset processing for subtracting the black level component (for example, "10") from the image data, and then the conversion ratios Ira / Isa and Irb / Isb are set. Correction is performed by multiplying. The value of the black level component may be measured only once in advance. By performing such processing, when the emission intensity of the light source fluctuates by about 5%, the measurement error is 10
% Can be reduced. That is, it is possible to perform correction with higher accuracy.

【0057】また、黒レベル成分を差し引く代わりに、
投射光のない状態すなわち背景光のみのときの反射光画
像の光強度を差し引くオフセット処理を実行してもよ
い。この場合には、背景光の影響のみならず黒レベル成
分の影響も相殺されるので、さらに高精度の補正が可能
になる。
Also, instead of subtracting the black level component,
An offset process may be executed to subtract the light intensity of the reflected light image when there is no projected light, that is, when there is only background light. In this case, not only the influence of the background light but also the influence of the black level component is canceled, so that it is possible to perform the correction with higher accuracy.

【0058】図9は距離計算部の内部構成の他の例を示
す図である。図9に示す距離計算部6Aは、図6の構成
における光強度補正部62a,62bおよび光強度比計
算部63の代わりに、換算比毎にルックアップテーブル
(LUT)を有する光強度比計算用LUT部71を、光
強度補正部として備えている。
FIG. 9 is a diagram showing another example of the internal configuration of the distance calculation section. The distance calculation unit 6A shown in FIG. 9 is for light intensity ratio calculation having a lookup table (LUT) for each conversion ratio, instead of the light intensity correction units 62a and 62b and the light intensity ratio calculation unit 63 in the configuration of FIG. The LUT unit 71 is provided as a light intensity correction unit.

【0059】図9の構成では、光源制御部5から送られ
るあらゆる補正情報に対応可能なように、光強度比計算
に必要な範囲の換算比について、LUTを準備する必要
がある。例えば、光源2a,2bの発光強度が基準発光
強度に対して±5%程度変動する場合には、0.95〜
1.05の範囲の換算比について、LUTを設ける必要
がある。そして、各LUTには、光強度データに応じて
それぞれ、その換算比によって補正された光強度比デー
タが格納されている。
In the configuration of FIG. 9, it is necessary to prepare the LUT for the conversion ratio in the range required for the light intensity ratio calculation so that it can correspond to all the correction information sent from the light source control section 5. For example, when the emission intensity of the light sources 2a and 2b fluctuates about ± 5% with respect to the reference emission intensity, 0.95 to
It is necessary to provide the LUT for the conversion ratio in the range of 1.05. Then, in each LUT, the light intensity ratio data corrected by the conversion ratio is stored according to the light intensity data.

【0060】光強度比計算用LUT部71は、光源制御
部5から送られた補正情報から補正のための換算比を求
め、求めた換算比に対応したLUTを選択する。そし
て、各画像メモリ61a,61bから光強度データを画
素毎に抽出し、各光強度データに応じた,補正された光
強度比を、選択したLUTを参照して直接得て、距離画
像生成部64に出力する。
The light intensity ratio calculation LUT unit 71 obtains a conversion ratio for correction from the correction information sent from the light source control unit 5, and selects the LUT corresponding to the calculated conversion ratio. Then, the light intensity data is extracted from each of the image memories 61a and 61b for each pixel, the corrected light intensity ratio corresponding to each light intensity data is directly obtained by referring to the selected LUT, and the distance image generation unit is obtained. To 64.

【0061】なお、本参考例では、光源2a,2bを時
分割に発光させる構成としたが、これに限らず例えば、
同時に発光させる構成としてもよい。これにより、計測
時間の短縮も可能となる。ただし、この場合、光源2
a,2bの光波長を互いに異ならせるとともに、カメラ
部1に、各波長のみを選択的に受光できるフィルター素
子を設ける必要がある。
In this reference example , the light sources 2a and 2b are made to emit light in a time-division manner, but not limited to this, for example,
It may be configured to emit light at the same time. As a result, the measurement time can be shortened. However, in this case, the light source 2
It is necessary to make the light wavelengths a and 2b different from each other and to provide the camera unit 1 with a filter element capable of selectively receiving each wavelength.

【0062】また、本参考例では、受光素子21a,2
1bを光源2a,2b内に設けるものとしたが、これに
限らず、光源2a,2bの光強度を検出可能な場所であ
れば、光源2a,2bの外部に設けてもかまわない。
Further, in this reference example , the light receiving elements 21a, 2a
Although 1b is provided inside the light sources 2a and 2b, the present invention is not limited to this and may be provided outside the light sources 2a and 2b as long as the light intensity of the light sources 2a and 2b can be detected.

【0063】<参考例の変形例> 上述した参考例では、所定の補正情報を得るために、光
源2a,2bの光強度を検出する受光素子21a,21
bを設けるものとしたが、補正情報を得るためには、必
ずしも受光素子を設ける必要はない。
<Modification of Reference Example > In the above-mentioned reference example , in order to obtain predetermined correction information, the light receiving elements 21a, 21 for detecting the light intensity of the light sources 2a, 2b.
Although b is provided, it is not always necessary to provide a light receiving element in order to obtain the correction information.

【0064】図10は本参考例の変形例に係る距離計算
部の内部構成の例を示す図である。ここでは、カメラ部
1の撮像画像内の所定領域の輝度を、所定の補正情報と
して用いるものとしている。すなわち、第1の光強度補
正部62aは、第1の画像メモリ61aに格納された撮
像画像データの所定領域の輝度を、補正情報として用
い、第2の光強度補正部62bは、第2の画像メモリ6
1bに格納された撮像画像データの所定領域の輝度を、
補正情報として用いる。この場合、例えば、撮像する領
域内に例えば白紙のような明るさの基準となる物体を配
置し、この物体の撮像画像の輝度を補正情報として用い
ればよい。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the internal configuration of the distance calculation section according to the modification of this reference example . Here, the brightness of a predetermined area in the captured image of the camera unit 1 is used as the predetermined correction information. That is, the first light intensity correction unit 62a uses the brightness of a predetermined area of the captured image data stored in the first image memory 61a as the correction information, and the second light intensity correction unit 62b uses the second light intensity correction unit 62b. Image memory 6
The brightness of a predetermined area of the captured image data stored in 1b is
It is used as correction information. In this case, for example, an object serving as a reference for brightness, such as a white paper, may be arranged in the area to be imaged, and the brightness of the captured image of this object may be used as the correction information.

【0065】(第1の実施形態) 図11は本発明の第1の実施形態に係るレンジファイン
ダ装置の構成を示す図である。図11において、図24
に示す従来の構成と共通の構成要素には図24と同一の
符号を付しており、ここではその詳細な説明を省略す
る。図11において、210A,210Bはレーザー光
源である。レーザー光源210A,210B、ハーフミ
ラー102および回転ミラー104によって光源部20
0が構成されており、レンズ107、光波長分離フィル
タ108A,108B、CCD109A,109B、お
よび信号処理部110A,110Bによってカメラ部3
00が構成されている。
( First Embodiment ) FIG. 11 is a view showing the arrangement of a range finder apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG.
The same components as in the conventional configuration shown in FIG. 24 are assigned the same reference numerals as those in FIG. 24, and detailed description thereof will be omitted here. In FIG. 11, 210A and 210B are laser light sources. The light source unit 20 includes the laser light sources 210A and 210B, the half mirror 102, and the rotating mirror 104.
0 is configured, and the camera unit 3 includes the lens 107, the light wavelength separation filters 108A and 108B, the CCDs 109A and 109B, and the signal processing units 110A and 110B.
00 is configured.

【0066】なお、本実施形態では、3次元位置を表す
ために、カメラ視野での座標系としてx−y座標系(こ
れを「カメラ座標系」と呼ぶ)を、また、現実の空間で
の座標系としてX−Y−Z座標系(これを「ワールド座
標系」と呼ぶ)を用いる。
In the present embodiment, in order to represent a three-dimensional position, an xy coordinate system (this is called a "camera coordinate system") is used as a coordinate system in the field of view of the camera, and in a real space. An XYZ coordinate system (this is referred to as a "world coordinate system") is used as the coordinate system.

【0067】図12は図11の構成における光源210
Aに係る光学系の構成を示す図である。図12におい
て、211はレーザ光源210Aと回転ミラー104と
の間に配置され、光源210Aからの光束をスリット光
212に成形し、かつ、回転ミラーの中心104aに収
束させるためのレンズである。なお、光源210Bに係
る光学系も、図12と同様である。
FIG. 12 shows the light source 210 in the configuration of FIG.
It is a figure which shows the structure of the optical system which concerns on A. In FIG. 12, reference numeral 211 denotes a lens which is disposed between the laser light source 210A and the rotating mirror 104 and which shapes the light flux from the light source 210A into slit light 212 and converges it on the center 104a of the rotating mirror. The optical system related to the light source 210B is similar to that shown in FIG.

【0068】図12(a)に示す光学系では、スリット
光212の収束点213が回転ミラーの中心104aに
一致しており、最も望ましい構成といえる。一方、図1
2(b)に示す光学系のように、スリット光212の収
束点213が回転ミラーの中心104aと必ずしも一致
しない場合があり得る。この場合、原理的には、収束点
213と中心104aとの間隔が距離計測の誤差の原因
となる。ところが、この間隔は比較的小さくすることが
でき、また、後述するように、較正面までの距離測定値
が既知のZ値と一致するようにルックアップテーブル
(LUT)の計算を行うため、実用上問題とはならな
い。
In the optical system shown in FIG. 12A, the converging point 213 of the slit light 212 coincides with the center 104a of the rotating mirror, which can be said to be the most desirable configuration. On the other hand, FIG.
As in the optical system shown in FIG. 2B, the convergence point 213 of the slit light 212 may not necessarily coincide with the center 104a of the rotating mirror. In this case, in principle, the distance between the convergence point 213 and the center 104a causes an error in distance measurement. However, this interval can be made relatively small, and as will be described later, since the lookup table (LUT) is calculated so that the measured distance value to the calibration surface matches the known Z value, it is practical. It doesn't matter.

【0069】また、LUT保持部220は、図26につ
いて述べたような、各光源210A,210Bからの投
射光の反射光の光強度比と回転ミラーの回転角(すなわ
ち光源210A,210Bからの光投射角度)との1対
1の対応関係を示すLUTを、複数種類保持している。
距離計算部230は、カメラ画像内の画素位置に応じ
て、LUT保持部220に保持されている複数のLUT
のうちのいずれかを選択し、その選択したLUTを用い
て3次元情報としての距離画像を生成する。LUT保持
部220および距離計算部230によって3次元情報生
成部400が構成されている。
Further, the LUT holding section 220 has the light intensity ratio of the reflected light of the projected light from each of the light sources 210A and 210B and the rotation angle of the rotating mirror (that is, the light from the light sources 210A and 210B as described in FIG. 26). A plurality of types of LUTs that show a one-to-one correspondence with projection angles) are held.
The distance calculation unit 230 uses a plurality of LUTs held in the LUT holding unit 220 according to the pixel position in the camera image.
Any one of the above is selected, and a distance image as three-dimensional information is generated using the selected LUT. The LUT holding unit 220 and the distance calculation unit 230 form a three-dimensional information generation unit 400.

【0070】図13はLUT保持部220および距離計
算部230の内部構成を示す図である。CCD109A
およびCCD109Bによって撮像された画像データ
は、光強度比計算部231において、各画素毎に光強度
比に変換される。座標値生成部232は、制御部113
から与えられる画像データの同期信号からx座標値、y
座標値を生成する。LUT選択部233は座標値生成部
232によって生成されたy座標値に応じて、参照する
LUT221を選択する。
FIG. 13 is a diagram showing the internal structure of the LUT holding unit 220 and the distance calculating unit 230. CCD109A
The image data captured by the CCD 109B is converted into a light intensity ratio for each pixel in the light intensity ratio calculator 231. The coordinate value generation unit 232 controls the control unit 113.
From the sync signal of the image data given by
Generate coordinate values. The LUT selection unit 233 selects the LUT 221 to be referred to according to the y coordinate value generated by the coordinate value generation unit 232.

【0071】選択されたLUT221は、光強度比計算
部231によって求められた光強度比の値を投射光角度
情報1/tanφに変換する。一方、座標値生成部23
2によって生成されたx座標値は、変換部234におい
て、カメラからの角度情報1/tanθに変換される。
演算部235は、基線長Dおよび角度情報1/tan
θ,1/tanφから、次式(3)にしたがって、Z値
を計算する。
The selected LUT 221 converts the value of the light intensity ratio obtained by the light intensity ratio calculator 231 into the projected light angle information 1 / tan φ. On the other hand, the coordinate value generation unit 23
The x-coordinate value generated by 2 is converted into angle information 1 / tan θ from the camera in the conversion unit 234.
The calculation unit 235 calculates the baseline length D and the angle information 1 / tan.
The Z value is calculated from θ and 1 / tan φ according to the following equation (3).

【0072】[0072]

【数1】 [Equation 1]

【0073】上式(3)は、参考例で述べた式(1)の
右辺の分母分子をtanθ・tanφで除したものに相
当し、本質的には式(1)と同等である。ただし、計測
時にはθ,φともに90°付近の値を用いるため、数値
計算時には、θ,φが90°のとき値が不定となるta
nθ,tanφの代わりに1/tanθ,1/tanφ
を角度情報として用いた方が、計算が安定する。
The above formula (3) corresponds to the denominator numerator on the right side of the formula (1) described in the reference example divided by tan θ · tan φ, and is essentially the same as the formula (1). However, since values near 90 ° are used for both θ and φ during measurement, the values are undefined when θ and φ are 90 ° during numerical calculation.
1 / tanθ, 1 / tanφ instead of nθ, tanφ
The calculation is more stable when is used as the angle information.

【0074】ここで、光強度データをそれぞれ8ビット
とし、各LUT221から出力される投射光角度情報1
/tanφを2バイトで表すものとすると、LUT22
1の1個当たりのサイズは、およそ130KB(≒28
×28 ×2)になる。
Here, the light intensity data is set to 8 bits, and the projection light angle information 1 output from each LUT 221 is set.
If / tanφ is represented by 2 bytes, LUT22
The size per 1 is about 130 KB (≈2 8
× 2 8 × 2).

【0075】以下、本実施形態に係るレンジファインダ
装置の動作について説明する。なお、3次元座標値
(X,Y,Z)を求める主な基本的な動作は、図27を
用いて説明したものと同様である。本実施形態の特徴
は、投射光角度φを求める際に、カメラ画像上の画素位
置に応じて、LUTを使い分ける点にある。
The operation of the range finder apparatus according to this embodiment will be described below. The main basic operation for obtaining the three-dimensional coordinate values (X, Y, Z) is the same as that described using FIG. A feature of the present embodiment is that the LUT is used properly according to the pixel position on the camera image when obtaining the projection light angle φ.

【0076】図14は本実施形態におけるカメラ画像と
LUTとの対応関係を示すための模式図である。図14
では、説明を簡単にするために、5本のCCDライン1
001〜1005のみを示している。そして、CCDラ
イン1001に対してLUT1が、CCDライン100
3に対してLUT2が、そしてCCDライン1005に
対してLUT3が、予めそれぞれ準備されているものと
する。なお実際には、LUTを設けるCCDラインは1
0本程度であれば良い。これらのLUTは、それぞれ、
本レンジファインダ装置の設計・製造段階において、予
め作成しておく。
FIG. 14 is a schematic diagram showing the correspondence between camera images and LUTs in this embodiment. 14
Then, to simplify the explanation, 5 CCD lines 1
Only 001 to 1005 are shown. Then, for the CCD line 1001, the LUT 1 is the CCD line 100.
It is assumed that LUT2 is prepared in advance for 3 and LUT3 is prepared in advance for CCD line 1005. Actually, the CCD line where the LUT is provided is 1
It may be about 0. These LUTs are respectively
It is created in advance at the design and manufacturing stage of this range finder device.

【0077】本実施形態では、各LUTを、エピポーラ
線に対応して設けている。「エピポーラ線」とは、空間
中の直線を撮影したときにカメラ画像上に映る直線のこ
とをいい、ここでは、光源から投射された直線レーザ光
が映る直線のことをいう。
In this embodiment, each LUT is provided corresponding to the epipolar line. The "epipolar line" refers to a straight line reflected on a camera image when a straight line in space is photographed, and here, a straight line reflected by a straight laser beam projected from a light source.

【0078】そして、本実施形態では、各CCDライン
1001〜1005がエピポーラ線と一致するように、
言い換えると、エピポーラ線がカメラ画像上で水平に並
ぶように、カメラの設置条件を定めている。具体的に
は、カメラのレンズ中心107aと回転ミラーの中心1
04aとを結ぶ直線がワールド座標系のX軸上にくるよ
うにし、かつ、この直線がカメラ座標系のx軸と平行と
なるように、カメラの配置を決める必要がある。
In this embodiment, the CCD lines 1001 to 1005 are aligned with the epipolar line,
In other words, the camera installation conditions are set so that the epipolar lines are arranged horizontally on the camera image. Specifically, the lens center 107a of the camera and the center 1 of the rotating mirror
It is necessary to determine the arrangement of the cameras so that the straight line connecting to 04a is on the X axis of the world coordinate system, and this straight line is parallel to the x axis of the camera coordinate system.

【0079】そして、1本のエピポーラ線に対応する3
次元空間上の面においては、光強度比と投射光角度との
対応関係が必ず1対1となる。したがって、エピポーラ
線毎とにLUTを設けることによって、光強度の分布に
ばらつきがあり、たとえ反射光の光特性と投射光の投射
方向との対応関係がカメラ画像内で1対1に対応してい
なくても、高精度に、距離計算を実行することができ、
かつ、複数のLUTを効率よくかつ経済的に設けること
ができる。
3 corresponding to one epipolar line
On the surface in the dimensional space, the correspondence between the light intensity ratio and the projection light angle is always 1: 1. Therefore, by providing the LUT for each epipolar line, the distribution of the light intensity varies, and even if the optical characteristics of the reflected light and the projection direction of the projected light are in a one-to-one correspondence in the camera image. Even without it, you can perform distance calculation with high accuracy,
Moreover, a plurality of LUTs can be provided efficiently and economically.

【0080】すなわち、距離計算部230は、CCDの
各画素について光強度比を計算するとともに、その着目
画素Pのカメラ座標系での座標値P(x,y)を得て、
いずれのLUTを用いるかを決定する。例えば着目画素
Pが、図14に示すように、CCDライン1001上に
あるときはLUT1を用い、CCDライン1003,1
005上にあるときは、それぞれLUT2,LUT3を
用いる。また、着目画素Pが、対応するLUTを持たな
いCCDライン1002上にあるときは、その近傍のC
CDライン1001,1003に対応して設けられたL
UT1,LUT2を、線形補間して用いる。
That is, the distance calculation unit 230 calculates the light intensity ratio for each pixel of the CCD and obtains the coordinate value P (x, y) of the pixel of interest P in the camera coordinate system,
Decide which LUT to use. For example, when the target pixel P is on the CCD line 1001 as shown in FIG. 14, the LUT1 is used and the CCD lines 1003, 1
When it is on 005, LUT2 and LUT3 are used respectively. When the pixel of interest P is on the CCD line 1002 that does not have a corresponding LUT, C in the vicinity thereof
L provided corresponding to the CD lines 1001 and 1003
UT1 and LUT2 are used after being linearly interpolated.

【0081】LUTを用いて投射光角度を特定すると、
その後の処理は、図27を用いて説明したものと同様で
ある。このように、着目画素が存在するCCDラインす
なわちエピポーラ線に応じて適切なLUTを選択するの
で、例えばレンズ系に周辺減光があっても、精度の高い
距離計算を実行できる。
When the projection light angle is specified using the LUT,
The subsequent processing is the same as that described with reference to FIG. In this way, since an appropriate LUT is selected according to the CCD line in which the pixel of interest exists, that is, the epipolar line, accurate distance calculation can be executed even if there is peripheral dimming in the lens system, for example.

【0082】次に、エピポーラ線に関する理論的な説明
を交えて、本実施形態に係る動作原理について説明す
る。
Next, the principle of operation according to the present embodiment will be described together with a theoretical description of the epipolar line.

【0083】図15は本実施形態に係るレンジファイン
ダ装置の動作原理を説明するための図であり、ワールド
座標系に基づいて表した模式的な斜視図である。また、
図16は図15の略示平面図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the operation principle of the range finder apparatus according to this embodiment, and is a schematic perspective view expressed based on the world coordinate system. Also,
16 is a schematic plan view of FIG.

【0084】図15および図16の配置では、上述した
カメラの設置条件を満たしており、カメラ1104のレ
ンズ中心107aと回転ミラーの中心104aとがワー
ルド座標系のX軸上にくるように配置されている。また
光源1105は、動作原理を説明するための仮想の光源
装置であり、図25に示すような2種類の光パターンの
レーザ直線光を時分割で照射する光源である。
In the arrangements of FIGS. 15 and 16, the above-mentioned camera installation conditions are satisfied, and the lens center 107a of the camera 1104 and the center 104a of the rotating mirror are arranged so as to be on the X axis of the world coordinate system. ing. Further, the light source 1105 is a virtual light source device for explaining the operation principle, and is a light source that radiates laser linear light of two types of light patterns as shown in FIG. 25 in a time division manner.

【0085】また、CP1,CP2は、Z座標値がそれ
ぞれZ1,Z2(Z1<Z2)の位置に置かれた較正面
である。図15では、較正面CP1,CP2は、カメラ
1104の視野に映る範囲の上側半分のみが描かれてい
る。カメラ視野の下側半分は上側半分と対称形であるの
で、図を簡単にするため、図15では図示を省略してい
る。
CP1 and CP2 are calibration surfaces placed at Z coordinate values Z1 and Z2 (Z1 <Z2), respectively. In FIG. 15, the calibration planes CP1 and CP2 are drawn only in the upper half of the range reflected in the visual field of the camera 1104. The lower half of the field of view of the camera is symmetrical to the upper half, and therefore is not shown in FIG. 15 for the sake of simplicity.

【0086】ここで、着目点と回転ミラー104の回転
軸とを含む鉛直面と、X軸との間の角度をφとする。例
えば、着目点PA1と回転ミラー104の回転軸とを含
む鉛直面VPAとX軸との間の角度をφAとし、着目点
PB1と回転ミラー104の回転軸とを含む鉛直面VP
BとX軸との間の角度をφBとする。
Here, the angle between the vertical plane including the point of interest and the rotation axis of the rotating mirror 104 and the X axis is φ. For example, the angle between the vertical plane VPA including the point of interest PA1 and the rotation axis of the rotating mirror 104 and the X axis is φA, and the vertical plane VP including the point of interest PB1 and the rotating axis of the rotating mirror 104.
The angle between B and the X axis is φB.

【0087】また、着目点と視点(レンズ中心107a
または回転ミラーの中心104a)とを結ぶ直線のYZ
平面への射影がZ軸となす角を、あおり角ωと定義す
る。ここでは、カメラの設置条件から、レンズ中心10
7aと回転ミラーの中心104aとの双方がX軸上にあ
るため、レンズ中心107aを視点としたときと回転ミ
ラーの中心104aを視点としたときとで、同じ着目点
を見たときのあおり角は、常に同一になる。また、角度
θは図15に示すとおりである。
Further, the point of interest and the viewpoint (lens center 107a
Or a straight line YZ connecting the center 104a of the rotating mirror
The angle formed by the projection on the plane with the Z axis is defined as the tilt angle ω. Here, due to the installation conditions of the camera, the lens center 10
7a and the center 104a of the rotating mirror are both on the X-axis, the tilt angle when the same point of interest is seen when the lens center 107a is viewed and when the rotating mirror center 104a is viewed. Will always be the same. The angle θ is as shown in FIG.

【0088】光源1105から出力されるレーザ直線光
は、回転ミラーの中心104aの1点で反射し、回転ミ
ラー104の回転によって掃引される。またこれととも
に、光源1105は、その姿勢を変えることによって、
レーザ直線光の出射角ωLを順次変化させる。この出射
角ωLは上述したあおり角ωに相当する。
The linear laser beam emitted from the light source 1105 is reflected at one point of the center 104a of the rotating mirror and is swept by the rotation of the rotating mirror 104. At the same time, the light source 1105 changes its posture,
The emission angle ωL of the linear laser light is sequentially changed. This emission angle ωL corresponds to the above-described tilt angle ω.

【0089】このような光源1105を想定したのは、
現実の光源部の投射光におけるY軸方向の周辺減光を表
現するためである。すなわち、現実の光源部はY軸に平
行なスリット光を掃引照射する装置であり、投射光の光
強度は、掃引方向(X軸方向)に応じて変化するように
調整されている。ところが実際には、Y軸方向に関して
も、スリット光の中央部に比べて周辺付近で光強度が減
少する、いわゆる周辺減光という現象が生じる。そこ
で、レーザー直線光を照射する光源1105を想定し、
出射角ωLをパラメータとして、現実の光源部での周辺
減光を再現している。
The reason for assuming such a light source 1105 is as follows.
This is for expressing the peripheral dimming in the Y-axis direction of the actual projected light from the light source unit. That is, the actual light source unit is a device that sweeps and emits slit light parallel to the Y-axis, and the light intensity of the projection light is adjusted so as to change according to the sweep direction (X-axis direction). However, actually, also in the Y-axis direction, a phenomenon called so-called peripheral dimming occurs in which the light intensity decreases near the periphery as compared with the central portion of the slit light. Therefore, assuming a light source 1105 that emits a linear laser beam,
The peripheral dimming in the actual light source is reproduced by using the emission angle ωL as a parameter.

【0090】なお、空間中に1本の直線光を照射し、較
正面のZ座標値を0から無限大まで変化させたとき、そ
の較正面上での反射点は、カメラ画像上では、y座標値
一定の直線の軌跡として撮像される。この直線が、上述
したエピポーラ線に相当する。
When one linear light is irradiated in the space and the Z coordinate value of the calibration surface is changed from 0 to infinity, the reflection point on the calibration surface is y on the camera image. An image is taken as a straight line trajectory having constant coordinate values. This straight line corresponds to the epipolar line described above.

【0091】また、同一方向に対して2種類の光強度I
a,Ibの光を交互に光らせたときの光強度比ρ=Ia
/Ibに着目すると、角度φに関して同一方向であれ
ば、その光強度比ρは、光の進む距離に無関係に一定で
あるとみなすことができる。このため、ここでの説明で
は、理解を容易にするために、同一方向に照射される直
線光として、光強度比が一定の直線光を想定する。
Two kinds of light intensity I in the same direction
Light intensity ratio ρ = Ia when lights a and Ib are alternately emitted
Focusing on / Ib, if the angle φ is in the same direction, the light intensity ratio ρ can be regarded as constant regardless of the distance traveled by the light. Therefore, in this description, for easy understanding, linear light with a constant light intensity ratio is assumed as the linear light emitted in the same direction.

【0092】図17はカメラ画像上における各着目点P
A1,PA2,PB1,PB2の位置とCCDラインと
の関係を示す模式図である。PA1,PA2は、光強度
比ρA(一定値)の直線光LAと較正面CP1,CP2
との交点である。また、PB1,PB2は、光強度比ρ
B(一定値)の直線光LBと較正面CP1,CP2との
交点である。
FIG. 17 shows each point of interest P on the camera image.
It is a schematic diagram which shows the relationship between the position of A1, PA2, PB1, PB2, and a CCD line. PA1 and PA2 are linear light LA having a light intensity ratio ρA (constant value) and calibration surfaces CP1 and CP2.
Is the intersection with. PB1 and PB2 are the light intensity ratio ρ
It is the intersection of the linear light LB of B (constant value) and the calibration surfaces CP1 and CP2.

【0093】図15,図16および図17から、次のこ
とがいえる。
The following can be said from FIGS. 15, 16 and 17.

【0094】(1)直線光LAは、較正面CP1上の点
PA1を通るので、点PA1とレンズ中心107aとを
含み、Z軸からのあおり角ωによって決定される平面L
P1(交差する斜線を施した面)と同一の平面に含まれ
る。
(1) Since the linear light LA passes through the point PA1 on the calibration plane CP1, the plane L including the point PA1 and the lens center 107a and determined by the tilt angle ω from the Z axis
It is included in the same plane as P1 (a cross-hatched surface).

【0095】(2)また直線光LAは、較正面CP2上
の点PA2を通るので、点PA2とレンズ中心107a
とを含み、Z軸からのあおり角ωによって決定される平
面LP2(斜線を施した面)と同一の平面に含まれる。
(2) Further, since the linear light LA passes through the point PA2 on the calibration plane CP2, the point PA2 and the lens center 107a.
And is included in the same plane as the plane LP2 (hatched surface) determined by the tilt angle ω from the Z axis.

【0096】(3)平面LP1と平面LP2とは同一平
面であり、カメラ座標系のx−y平面上において、点P
A1,PA2は同一CCDライン(図17ではCCDラ
イン1001)上に左右に離れて映る。すなわち、光強
度比が一定の直線光LAに関して、着目点のZ座標値が
異なると、その反射光によるカメラ座標系での画素位置
は、必ず、同一CCDライン上の異なる位置になる。
(3) The plane LP1 and the plane LP2 are the same plane, and the point P on the xy plane of the camera coordinate system.
A1 and PA2 are reflected on the same CCD line (CCD line 1001 in FIG. 17) left and right separately. That is, regarding the linear light LA having a constant light intensity ratio, when the Z coordinate value of the point of interest is different, the pixel position in the camera coordinate system due to the reflected light is always different position on the same CCD line.

【0097】(4)あおり角ωを変えることなく、回転
角φをφAからφBに変えた直線光LBについても、上
記(1)〜(3)と同様のことがいえる。すなわち、直
線光LBは、較正面CP1上の点PB1とレンズ中心1
07aとを含み、Z軸からのあおり角ωによって決定さ
れる平面と、較正面CP2上の点PB2とレンズ中心1
07aとを含み、Z軸からのあおり角ωによって決定さ
れる平面に含まれる。したがって、較正面CP1上の点
PA1,PB1を結ぶ直線LZ1と、較正面CP2上の
点PA2,PB2を結ぶ直線LZ2とは、図17に示す
カメラ座標系でのCCDライン1001上に必ず存在す
る。
(4) The same applies to the above (1) to (3) with respect to the linear light LB in which the rotation angle φ is changed from φA to φB without changing the tilt angle ω. That is, the linear light LB is generated at the point PB1 on the calibration plane CP1 and the lens center 1
07a and a plane determined by a tilt angle ω from the Z axis, a point PB2 on the calibration plane CP2, and a lens center 1
07a and are included in the plane determined by the tilt angle ω from the Z axis. Therefore, the straight line LZ1 connecting the points PA1 and PB1 on the calibration plane CP1 and the straight line LZ2 connecting the points PA2 and PB2 on the calibration plane CP2 always exist on the CCD line 1001 in the camera coordinate system shown in FIG. .

【0098】これらのことから、次のことが分かる。From the above, the following can be understood.

【0099】第1に、所定のあおり角ωの平面LP1,
LP2に含まれる全ての着目点は、そのZ座標値に関わ
らず、カメラ画像上では、y座標値が同一の1本のCC
Dライン1001上に撮像される。
First, the plane LP1, with a predetermined tilt angle ω,
All the points of interest included in LP2 have the same y-coordinate value on one CC on the camera image, regardless of their Z-coordinate values.
An image is captured on the D line 1001.

【0100】第2に、光強度比ρが一定の1本の直線光
LAについて見ると、Z座標値が異なる各点からの反射
光は、カメラ画像上ではy座標値が同一の1本のCCD
ライン1001上に位置するが、そのx座標値は必ず互
いに異なる。このため、x座標値から、各点の区別は可
能になる。
Secondly, regarding one straight light beam LA having a constant light intensity ratio ρ, the reflected light beams from the respective points having different Z coordinate values have the same y coordinate value on the camera image. CCD
Although they are located on the line 1001, their x coordinate values are always different from each other. Therefore, it is possible to distinguish each point from the x coordinate value.

【0101】第3に、カメラ画像上の同一画素位置に、
空間上の位置が互いに異なる複数の点からの反射光が受
光されたとしても、各点からの反射光の光強度比は、必
ず、互いに異なる。したがって、この場合も、観測され
た光強度比から、各点の区別が可能である。
Third, at the same pixel position on the camera image,
Even if the reflected lights from a plurality of points having different spatial positions are received, the light intensity ratios of the reflected lights from the respective points are always different from each other. Therefore, also in this case, it is possible to distinguish each point from the observed light intensity ratio.

【0102】したがって、本実施形態のように、(a)
y座標値一定のCCDライン毎に適切なLUTを予め設
けておき、(b)カメラ画像上の画素位置(x,y)と
その画素位置で観測された光強度比ρとの双方を求め、
(c)その画素位置に対応するCCDラインに対応する
LUTを選択し、(d)選択したLUTを用いて、その
画素位置に対応する被写体上の着目点PのZ座標値を特
定することができる。
Therefore, as in this embodiment, (a)
An appropriate LUT is provided in advance for each CCD line having a constant y coordinate value, and (b) both the pixel position (x, y) on the camera image and the light intensity ratio ρ observed at that pixel position are obtained.
(C) The LUT corresponding to the CCD line corresponding to the pixel position can be selected, and (d) the selected LUT can be used to specify the Z coordinate value of the target point P on the subject corresponding to the pixel position. it can.

【0103】LUTの作成は、例えば次のように行う。
Z値が既知の位置に較正面(鉛直面)を配置し、この較
正面に光源210A,210Bから光を照射する。そし
て、較正面までの距離測定値が既知のZ値と一致するよ
うに、各y座標に対するLUTを作成する。このとき、
原理上、較正面は1つでもよいが、複数の較正面からL
UTを作成することによって、実用上、測定精度を改善
できる。
The LUT is created, for example, as follows.
A calibration plane (vertical plane) is arranged at a position where the Z value is known, and the calibration plane is irradiated with light from the light sources 210A and 210B. Then, an LUT is created for each y coordinate so that the distance measurement value to the calibration surface matches the known Z value. At this time,
In principle, there may be only one calibration surface, but from multiple calibration surfaces L
By making the UT, the measurement accuracy can be practically improved.

【0104】なお、全てのCCDラインについて、LU
Tを準備してもかまわない。または、所定間隔の特定の
CCDラインについてのみLUTを設けて、LUTを設
けないCCDライン上の画素については、その近傍、例
えばその上下のCCDラインに対して設けられたLUT
を線形補間して、LUTを作成してもよい。
For all CCD lines, LU
You may prepare T. Alternatively, LUTs are provided only for specific CCD lines at predetermined intervals, and for pixels on CCD lines that are not provided with LUTs, LUTs provided in the vicinity of the pixels, for example, the CCD lines above and below it
May be linearly interpolated to create the LUT.

【0105】また、LUTの代わりに、光強度比ρと画
素位置(x,y)とをパラメータとして、カメラ画像全
体で、関数フィティングを行ってもよい。
Instead of the LUT, function fitting may be performed on the entire camera image using the light intensity ratio ρ and the pixel position (x, y) as parameters.

【0106】(第2の実施形態) 上述した第1の実施形態では、エピポーラ線がカメラ座
標系のx軸と平行になり、CCDラインと一致するよう
に、カメラの設置条件を定める必要があった。すなわ
ち、カメラのレンズ中心107aと回転ミラーの中心1
04aとを結ぶ直線がワールド座標系のX軸上にくるよ
うにし、かつ、この直線がカメラ座標系のx軸と平行と
なるように、カメラの配置を決める必要がある。このた
め、カメラおよび光源の配置の自由度が少ない。
( Second Embodiment ) In the first embodiment described above, it is necessary to set the camera installation conditions so that the epipolar line is parallel to the x axis of the camera coordinate system and coincides with the CCD line. It was That is, the lens center 107a of the camera and the center 1 of the rotating mirror.
It is necessary to determine the arrangement of the cameras so that the straight line connecting to 04a is on the X axis of the world coordinate system, and this straight line is parallel to the x axis of the camera coordinate system. Therefore, the degree of freedom in arranging the camera and the light source is small.

【0107】本発明の第2の実施形態では、第1の実施
形態よりも、さらに、カメラおよび光源の配置の自由度
を拡大するものである。すなわち、基本的な構成および
動作は第1の実施形態と同様であるが、カメラの設置条
件や、エピポーラ線の設定の仕方、LUTの作成方法、
および距離計算部の動作が相違する。
In the second embodiment of the present invention, the first embodiment
The degree of freedom in arranging the camera and the light source is further expanded rather than the form . That is, the basic configuration and operation are the same as those in the first embodiment , but the camera installation conditions, epipolar line setting method, LUT creation method,
And the operation of the distance calculation unit is different.

【0108】図18は本実施形態に係るレンジファイン
ダ装置の動作原理を説明するための図であり、ワールド
座標系に基づいて表した模式的な斜視図である。
FIG. 18 is a view for explaining the operating principle of the range finder apparatus according to this embodiment, and is a schematic perspective view expressed based on the world coordinate system.

【0109】本実施形態におけるカメラ設置条件は、次
の通りである。
The camera installation conditions in this embodiment are as follows.

【0110】カメラ1104のレンズ中心107aをワ
ールド座標系の原点とし、カメラ1104の光軸をZ軸
と一致させ、カメラ座標系のx軸方向(CCDラインの
方向)とX軸とを一致させる。ただし、回転ミラーの中
心104aがX軸上にあることは、必要としない。この
点で、第1の実施形態よりも配置の自由度が拡大してい
る。
The lens center 107a of the camera 1104 is set as the origin of the world coordinate system, the optical axis of the camera 1104 is aligned with the Z axis, and the x axis direction (direction of the CCD line) of the camera coordinate system is aligned with the X axis. However, it is not necessary that the center 104a of the rotating mirror be on the X axis. In this respect, the degree of freedom of arrangement is expanded as compared with the first embodiment .

【0111】本実施形態におけるカメラ設置条件では、
第1の実施形態と異なり、エピポーラ線は、カメラ画像
上で平行な直線にはならない。したがって、LUTを作
成するためには、まず、エピポーラ線のカメラ画像上で
の形状を求める必要がある。
Under the camera installation conditions of this embodiment,
Unlike the first embodiment , the epipolar lines are not parallel straight lines on the camera image. Therefore, in order to create the LUT, it is first necessary to find the shape of the epipolar line on the camera image.

【0112】<エピポーラ線の形状の決定> 図19は本実施形態におけるエピポーラ線の形状を表す
図である。図19(b)に示すように、本実施形態で
は、各エピポーラ線は、消失点S(xm,ym)から放
射状に広がる直線となる。そこで、消失点Sの座標値を
決定することができれば、各エピポーラ線の形状を特定
することができる。
<Determination of Epipolar Line Shape> FIG. 19 is a diagram showing the shape of the epipolar line in this embodiment. As shown in FIG. 19B, in this embodiment, each epipolar line is a straight line that radially extends from the vanishing point S (xm, ym). Therefore, if the coordinate value of the vanishing point S can be determined, the shape of each epipolar line can be specified.

【0113】図18および図19を用いて、消失点Sの
座標値の決定方法について説明する。
A method of determining the coordinate values of the vanishing point S will be described with reference to FIGS. 18 and 19.

【0114】まず最初に、光源1105から点Pに向か
う単位方向ベクトルuを、次式(4)によって定義す
る。 さらに、ωの項とφの項とを分離するために、式(4)
の各成分をcosωで除し、方向ベクトルUとして定義
する。 U=(cosφ,tanω,sinφ) …(5) 方向ベクトルUを用いる理由は、式(5)では、X成分
とZ成分はφのみで表され、Y成分はωのみで表される
ため、式(4)の単位ベクトルuを用いるよりも、計算
が容易になるからである。
First, the unit direction vector u from the light source 1105 to the point P is defined by the following equation (4). Further, in order to separate the term of ω and the term of φ, equation (4)
Each component of is divided by cosω and defined as a direction vector U. U = (cos φ, tan ω, sin φ) (5) The reason why the direction vector U is used is that in the formula (5), the X component and the Z component are represented by only φ, and the Y component is represented by only ω. This is because the calculation is easier than using the unit vector u of the equation (4).

【0115】各角度の定義は図18に示す通りである。
なお、本実施形態における角度ωは、第1の実施形態
定義したあおり角ではなく、単位方向ベクトルuとXZ
平面とのなす角である。
The definition of each angle is as shown in FIG.
The angle ω in the present embodiment is not the tilt angle defined in the first embodiment , but the unit direction vector u and XZ
It is the angle formed by the plane.

【0116】次に、図19(a)に示すように、Z座標
値Z1,Z2が既知の複数の較正面CP1,CP2に対
して、回転中心104aから、カメラ画像上においてエ
ピポーラ線が互いに異なり、かつ、光強度比(ρ1,ρ
2,ρ3)が互いに異なる複数(図では3本)の直線光
L1,L2,L3を照射する。P11,P21,P31
は各直線光L1,L2,L3の較正面CP1での反射点
であり、P12,P22,P32は各直線光L1,L
2,L3の較正面CP2での反射点である。
Next, as shown in FIG. 19A, the epipolar lines are different from the rotation center 104a on the camera image with respect to the plurality of calibration planes CP1 and CP2 whose Z coordinate values Z1 and Z2 are known. , And the light intensity ratio (ρ1, ρ
2, a plurality of (three in the figure) linear light L1, L2, L3 having different ρ3) are emitted. P11, P21, P31
Is a reflection point on the calibration surface CP1 of each linear light L1, L2, L3, and P12, P22, P32 are each linear light L1, L.
It is a reflection point on the calibration plane CP2 of 2, L3.

【0117】また、図19(b)には、6個の反射点P
11〜P32のカメラ画像上の撮像位置と、2つの較正
面CP1,CP2間の3本の直線光L1,L2,L3に
よるエピポーラ線を示している。
Further, in FIG. 19B, six reflection points P
The imaging positions of the camera images of 11 to P32 and the epipolar lines by the three linear lights L1, L2, and L3 between the two calibration surfaces CP1 and CP2 are shown.

【0118】そして、これら反射点P11〜P32につ
いて、ワールド座標系における位置およびカメラ座標系
における位置を測定する。6個の点のP11〜P32の
ワールド座標値から、回転ミラーの回転中心104aの
座標値A(Xm,Ym、Zm)が求まる。また、図19
(b)に示すように、6個の点のP11〜P32のカメ
ラ座標値から、3本のエピポーラ線の交点として、消失
点Sの座標値(xm,ym)が求まる。
Then, with respect to these reflection points P11 to P32, the position in the world coordinate system and the position in the camera coordinate system are measured. From the world coordinate values of P11 to P32 of the six points, the coordinate value A (Xm, Ym, Zm) of the rotation center 104a of the rotating mirror is obtained. In addition, FIG.
As shown in (b), the coordinate values (xm, ym) of the vanishing point S are obtained as the intersections of the three epipolar lines from the camera coordinate values of the six points P11 to P32.

【0119】<LUTの生成> このようにして求めた消失点Sから、所望の方向にエピ
ポーラ線を描き、これに対応するLUTを作成する。こ
の方法について、図20,図21および図22を用いて
説明する。
<Generation of LUT> From the vanishing point S thus obtained, an epipolar line is drawn in a desired direction, and an LUT corresponding thereto is created. This method will be described with reference to FIGS. 20, 21 and 22.

【0120】まず、図20に示すように、較正面CP1
上で座標値(X1,Y1,Z1)が既知の点Bを撮像す
る。そして、カメラ画像上の座標値(x,y)とワール
ド座標系の(X,Y,Z)との一般的な関係式(6)に
既知の座標値(X1,Y1,Z1)を代入して、式
(7)を得る。fx,fyはシステムパラメータであ
る。 x=fx・X/Z y=fy・Y/Z …(6) x=fx・X1/Z1 y=fy・Y1/Z1 …(7) ここで、(x,y)はカメラ画像上の測定値であるか
ら、式(7)より、fx,fyが求まる。
First, as shown in FIG. 20, the calibration plane CP1
The point B whose coordinate value (X1, Y1, Z1) is known is imaged. Then, the known coordinate values (X1, Y1, Z1) are substituted into the general relational expression (6) between the coordinate values (x, y) on the camera image and the (X, Y, Z) of the world coordinate system. Then, the formula (7) is obtained. fx and fy are system parameters. x = fx · X / Z y = fy · Y / Z (6) x = fx · X1 / Z1 y = fy · Y1 / Z1 (7) where (x, y) is a measurement on the camera image Since the values are values, fx and fy can be obtained from Expression (7).

【0121】次に、図21(a)に示すように、光強度
変調を施した2種類のパターン光をベクトルVの方向に
照射し、Z=Z1の較正面CP1での反射光をカメラ1
104によって撮像する。各パターン光の光強度をそれ
ぞれIa2,Ib2とし、それらの光強度比をρ2(=
Ia2/Ib2)とする。この光強度比ρ2の直線光に
よって、図21(b)に示すように、カメラ画像上には
1本のエピポーラ線1701が形成される。
Next, as shown in FIG. 21 (a), two types of pattern light with light intensity modulation are applied in the direction of vector V, and the reflected light on the calibration plane CP1 of Z = Z1 is reflected by the camera 1.
The image is taken by 104. The light intensities of the respective pattern lights are Ia2 and Ib2, respectively, and the light intensity ratio thereof is ρ2 (=
Ia2 / Ib2). 21 (b), one epipolar line 1701 is formed on the camera image by the linear light having the light intensity ratio ρ2.

【0122】カメラ画像上の画素位置B(x1,y1)
および光強度比ρ2が測定されると、既知のZ座標値Z
1と、先に式(7)で求めたシステムパラメータfx,
fyとから、式(6)を用いて、X1,Y1が次式
(8)のように求まる。 X1=x1・Z1/fx Y1=y1・Z1/fy …(8) また、点Aから点Bへの方向ベクトルVは、次式によっ
て表される。
Pixel position B (x1, y1) on the camera image
And the light intensity ratio ρ2 is measured, the known Z coordinate value Z
1 and the system parameter fx obtained by the above equation (7),
From fy, X1 and Y1 are obtained by the following equation (8) using the equation (6). X1 = x1 · Z1 / fx Y1 = y1 · Z1 / fy (8) Further, the direction vector V from the point A to the point B is expressed by the following equation.

【0123】方向ベクトルVの大きさが、式(5)の方
向ベクトルUと同じ大きさになるように変形すると、次
式(10)となる。 式(10)と式(5)の第1および第3成分を比較し
て、式(11)が得られる。 式(11)からφが決まる。また、式(10)の第2成
分から、tanωの値が決まる。
When the magnitude of the direction vector V is transformed so as to be the same as the magnitude of the direction vector U in the equation (5), the following equation (10) is obtained. Comparing the first and third components of equation (10) and equation (5), equation (11) is obtained. Φ is determined from the equation (11). In addition, the value of tan ω is determined from the second component of equation (10).

【0124】このような処理の結果、点Bについて、光
強度比ρと回転角φとの対応関係、および光強度比ρと
直線ABを含む鉛直面内でのあおり角ωとの対応関係が
求まる。エピポーラ線1701を形成する他の複数の点
についても、同様にして、光強度比ρと回転角φとの対
応関係および光強度比とあおり角との対応関係を求め
る。
As a result of such processing, at the point B, the correspondence relationship between the light intensity ratio ρ and the rotation angle φ and the correspondence relationship between the light intensity ratio ρ and the tilt angle ω in the vertical plane including the straight line AB are shown. I want it. Similarly for the other plurality of points forming the epipolar line 1701, the correspondence between the light intensity ratio ρ and the rotation angle φ and the correspondence between the light intensity ratio and the tilt angle are obtained.

【0125】図22は1本のエピポーラ線に対するLU
Tに格納される情報を示す図であり、同図中、(a)は
光強度比と回転角との対応関係を表すグラフ、(b)は
光強度比とあおり角(tanω)との対応関係を表すグ
ラフである。同図中、1801a,1801bは図21
の点Bに対応するポイントである。同一エピポーラ線を
形成する各点について、ポイント1801a,1801
bと同じようにグラフ上にプロットし、プロットした分
布を3次式でフィティングする等によって、一本のエピ
ポーラ線に対応するLUTを作成することができる。
FIG. 22 shows the LU for one epipolar line.
It is a figure which shows the information stored in T, In the figure, (a) is a graph showing the correspondence of a light intensity ratio and a rotation angle, (b) is a correspondence of a light intensity ratio and a tilt angle (tan ω). It is a graph showing a relationship. In the figure, 1801a and 1801b are shown in FIG.
This is a point corresponding to point B of. For each point forming the same epipolar line, points 1801a, 1801
It is possible to create an LUT corresponding to one epipolar line by plotting on a graph as in the case of b and fitting the plotted distribution by a cubic expression.

【0126】他の所望のエピポーラ線についても、上記
と同様に、LUTをそれぞれ作成する。
For other desired epipolar lines, LUTs are created in the same manner as above.

【0127】<Z座標値の測定方法> 次に、着目点PのZ座標値の測定方法について説明す
る。
<Method of Measuring Z Coordinate Value> Next, a method of measuring the Z coordinate value of the target point P will be described.

【0128】着目画素Pのカメラ座標系における座標値
(x,y)から、用いるべきLUTが決まる。そして、
測定された着目画素Pの光強度比ρから、決定されたL
UTを参照することによって、光源から着目点Pへの方
向ベクトル(cosφ,tanω,sinφ)が決ま
る。
The LUT to be used is determined from the coordinate value (x, y) of the pixel of interest P in the camera coordinate system. And
From the measured light intensity ratio ρ of the target pixel P, the L determined
By referring to the UT, the direction vector (cosφ, tanω, sinφ) from the light source to the point of interest P is determined.

【0129】よって、光源と着目点Pとを結ぶ直線は、
媒介変数tを用いて、次式(12)として表される。
Therefore, the straight line connecting the light source and the point of interest P is
It is expressed as the following equation (12) using the parameter t.

【0130】[0130]

【数2】 [Equation 2]

【0131】また、式(6)を変形すると次式(13)
となり、さらに式(13)から次式(14)が得られ
る。 fx・X−x・z=0 fy・Y−y・z=0 …(13) fx・X+fy・Y−(x+y)Z=0 …(14) 式(12)で表される直線と式(14)で表される平面
との交点が、着目点Pであるので、次式(15)を解い
て、着目点Pのワールド座標系における座標値(X,
Y,Z)を得る。
Further, when the equation (6) is modified, the following equation (13) is obtained.
Then, the following expression (14) is obtained from the expression (13). fx · X−x · z = 0 fy · Y−y · z = 0 (13) fx · X + fy · Y- (x + y) Z = 0 (14) The straight line represented by the formula (12) and the formula (12). Since the point of intersection with the plane represented by 14) is the point of interest P, the following equation (15) is solved to obtain the coordinate value (X, X,
Y, Z) is obtained.

【0132】[0132]

【数3】 [Equation 3]

【0133】なお、座標値X,Y,Zを全て測定する必
要がなくZ座標値のみを測定する場合には、式(12)
の一部である次式(16)と式(13)より、式(1
7)を解いて、Z座標値を得る。 Xm+cosφ・t=X Zm+sinφ・t=Z …(16)
When it is not necessary to measure all the coordinate values X, Y and Z and only the Z coordinate value is measured, the equation (12) is used.
From equations (16) and (13), which are part of
Solve 7) to get the Z coordinate value. Xm + cos φ · t = X Zm + sin φ · t = Z (16)

【0134】[0134]

【数4】 [Equation 4]

【0135】なお、この場合、LUTは、光強度比ρと
回転角φとの対応関係に関するもののみを用いれば良
い。
In this case, as the LUT, only the one relating to the correspondence between the light intensity ratio ρ and the rotation angle φ may be used.

【0136】以上のように本実施形態によると、カメラ
および光源の配置の自由度を第1の実施形態よりも拡大
することができる。
As described above, according to this embodiment, the degree of freedom in arranging the camera and the light source can be expanded more than that in the first embodiment .

【0137】<第2の実施形態の変形例> なお、上述した第2の実施形態では、レンズ中心107
aとワールド座標系の原点Oとが一致している場合につ
いて説明した。ところが、レンズ中心107aと原点O
とは必ずしも一致している必要はない。ただし、この場
合には、座標系の補正を行う必要がある。
<Modification of Second Embodiment > In the second embodiment described above, the lens center 107 is used.
The case where a and the origin O of the world coordinate system coincide has been described. However, the lens center 107a and the origin O
Does not necessarily have to match. However, in this case, it is necessary to correct the coordinate system.

【0138】図23は本変形例におけるワールド座標系
の原点Oとレンズ中心107aとの位置関係を示す図で
ある。図23に示すような場合には、既知のカメラのキ
ャリブレーション方法(昭晃堂「三次元画像計測」井口
征士、佐藤宏介共著、p92−95参照)を用いて、レ
ンズ中心107aと原点Oとの位置関係を測定し、座標
系の補正を行えばよい、まず、既知のカメラキャリブレ
ーション方法により、カメラパラメータ行列式(18)
を求める。
FIG. 23 is a diagram showing the positional relationship between the origin O of the world coordinate system and the lens center 107a in this modification. In the case as shown in FIG. 23, a known camera calibration method (see Shokoido “3D image measurement” by Seiji Iguchi and Kosuke Sato, p. 92-95) is used to determine the lens center 107a and the origin O. It suffices to measure the positional relationship between the camera parameters and correct the coordinate system. First, the camera parameter determinant (18) is calculated by a known camera calibration method.
Ask for.

【0139】[0139]

【数5】 [Equation 5]

【0140】式(18)のカメラパラメータ行列によっ
て、カメラ座標(x,y)とワールド座標(X,Y,
Z)とは、次式(19)のように関係づけられる。
From the camera parameter matrix of equation (18), the camera coordinates (x, y) and the world coordinates (X, Y,
Z) is related with the following equation (19).

【0141】[0141]

【数6】 [Equation 6]

【0142】回転ミラーの回転中心104aの位置A
(Xm,Ym,Zm)および消失点S(xm,ym)の
決定、並びにLUTの生成については、第2の実施形態
と同様に行う。
Position A of the center of rotation 104a of the rotating mirror
The determination of (Xm, Ym, Zm) and the vanishing point S (xm, ym), and the generation of the LUT are performed in the same manner as in the second embodiment .

【0143】着目点PのZ座標値の測定方法は、基本的
には、第2の実施形態と同様であるが、式(12)と式
(14)の交点を求める代わりに、式(12)と式(1
9)から、次式(20)を解いて、座標値(X,Y,
Z)を得る。
The method of measuring the Z coordinate value of the point of interest P is basically the same as that of the second embodiment , but instead of obtaining the intersection of equations (12) and (14), equation (12) ) And the formula (1
9), the following equation (20) is solved to obtain coordinate values (X, Y,
Z) is obtained.

【0144】[0144]

【数7】 [Equation 7]

【0145】なお、光強度比ρから角度φおよびωを求
めるときには、カメラ画像上のxおよびy座標値の双方
が必要である。
When obtaining the angles φ and ω from the light intensity ratio ρ, both x and y coordinate values on the camera image are required.

【0146】本変形例によって、カメラおよび光源の設
置の自由度を、さらに拡大することができる。
According to this modification, the degree of freedom in installing the camera and the light source can be further expanded.

【0147】なお、第1および第2の実施形態では、所
定のエピポーラ線毎にLUTを備えるものとしたが、こ
れに限らず例えば、全ての画素について、同様の原理に
基づいてLUTを設けてもかまわない。ただし、この場
合は、LUT同士で情報の重複が生じるため、構成とし
ては冗長となる。
Although the LUT is provided for each predetermined epipolar line in the first and second embodiments , the present invention is not limited to this, and for example, LUTs are provided for all pixels based on the same principle. I don't care. However, in this case, since information is duplicated between the LUTs, the configuration becomes redundant.

【0148】また、第2の実施形態のようにエピポーラ
線がx軸に平行ではない場合であっても、y座標毎にL
UTを設けることによって、従来よりも3次元情報の精
度を向上することができる。また、例えば、x座標毎に
LUTを設けた場合でも、カメラ画像全体で1個のLU
Tを備えた場合よりは、生成される3次元情報の精度は
向上する。
Even when the epipolar line is not parallel to the x axis as in the second embodiment , L is set for each y coordinate.
By providing the UT, the accuracy of the three-dimensional information can be improved as compared with the related art. Further, for example, even if an LUT is provided for each x coordinate, one LU is used for the entire camera image.
The accuracy of the generated three-dimensional information is improved as compared with the case where T is provided.

【0149】また、第1および第2の実施形態では、光
源を2個設けた装置構成としたが、これに限らず例え
ば、光源を1個にし、2種類の変調光を所定周期で交互
に照射する構成としてもよい。また、レーザー光源およ
び回転ミラーを用いた装置構成としたが、これに限らず
例えば、参考例のようなフラッシュランプを光源とした
構成であっても、同様の効果が得られる。この場合、計
測範囲内で、2個のフラッシュランプに係るエピポーラ
線が実用上一致していると見なせるようにするために、
双方のランプの垂直方向の間隔はなるべく小さい方が望
ましい。
Further, in the first and second embodiments , the device configuration is provided with two light sources, but the present invention is not limited to this, and for example, one light source is provided and two types of modulated light are alternately arranged at a predetermined cycle. It may be configured to irradiate. Further, the device configuration using the laser light source and the rotating mirror has been described, but the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even with a configuration using a flash lamp as the light source as in the reference example . In this case, in order to consider that the epipolar lines of the two flash lamps are practically coincident with each other within the measurement range,
It is desirable that the vertical distance between both lamps is as small as possible.

【0150】[0150]

【発明の効果】発明によると、たとえ、反射光の光特
性と投射光の投射方向との対応関係がカメラ画像内で1
対1に対応していなくても、画素位置に応じて選択され
たルックアップテーブルが参照されるので、精度よく、
3次元情報を生成することができる。
According to the present invention, even if the correspondence between the light characteristics of the reflected light and the projection direction of the projected light is 1 in the camera image.
Even if it does not correspond to the pair 1, the lookup table selected according to the pixel position is referred to, so
It is possible to generate three-dimensional information.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の参考例に係るレンジファインダ装置の
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a range finder device according to a reference example of the present invention.

【図2】図1のレンジファインダ装置における光源の構
成を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図で
ある。
2A and 2B are diagrams showing a configuration of a light source in the range finder apparatus of FIG. 1, wherein FIG. 2A is a perspective view and FIG. 2B is a plan view.

【図3】図2に示す光源から輻射される光パタンを示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a light pattern emitted from the light source shown in FIG.

【図4】図3の光パタンにおける水平方向の位置と光強
度との関係を示すグラフである。
4 is a graph showing a relationship between a horizontal position and light intensity in the optical pattern of FIG.

【図5】図4の部分αにおける投射光角度と光強度比と
の関係を示すグラフである。
5 is a graph showing a relationship between a projection light angle and a light intensity ratio in a portion α of FIG.

【図6】図1のレンジファインダ装置における距離計算
部の内部構成を示す図である。
6 is a diagram showing an internal configuration of a distance calculation unit in the range finder apparatus of FIG.

【図7】(a)〜(f)は図1に示すレンジファインダ
装置の動作を示すタイミングチャートである。
7A to 7F are timing charts showing the operation of the range finder device shown in FIG.

【図8】3次元位置X,Y,Zの計算に用いる角度ωの
概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram of an angle ω used for calculation of three-dimensional positions X, Y, and Z.

【図9】図1のレンジファインダ装置における距離計算
部の内部構成の他の例を示す図である。
9 is a diagram showing another example of the internal configuration of a distance calculation unit in the range finder device of FIG.

【図10】参考例の変形例に係る距離計算部の内部構成
の例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a distance calculation unit according to a modified example of the reference example .

【図11】本発明の第1の実施形態に係るレンジファイ
ンダ装置の構成を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a range finder apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図12】(a),(b)は図11の装置における光源
に係る光学系の構成を示す図である。
12A and 12B are diagrams showing the configuration of an optical system related to a light source in the apparatus of FIG.

【図13】図11の装置におけるLUT保持部および距
離計算部の内部構成を示す図である。
13 is a diagram showing an internal configuration of an LUT holding unit and a distance calculation unit in the device of FIG.

【図14】カメラ画像とLUTとの対応関係を示すため
の模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a correspondence relationship between camera images and LUTs.

【図15】本発明の第1の実施形態に係るレンジファイ
ンダ装置の動作原理をワールド座標系に基づいて表した
模式的斜視図である。
FIG. 15 is a schematic perspective view showing the operating principle of the range finder apparatus according to the first embodiment of the present invention based on the world coordinate system.

【図16】図15の略示平面図である。16 is a schematic plan view of FIG.

【図17】図15における各着目点のカメラ画像上の位
置とCCDラインとの関係を示す模式図である。
17 is a schematic diagram showing the relationship between the position of each point of interest in FIG. 15 on the camera image and the CCD line.

【図18】本発明の第2の実施形態に係るレンジファイ
ンダ装置の動作原理をワールド座標系に基づいて表した
模式的斜視図である。
FIG. 18 is a schematic perspective view showing the operation principle of the range finder apparatus according to the second embodiment of the present invention based on the world coordinate system.

【図19】本発明の第2の実施形態におけるエピポーラ
線の形状を表す図であり、(a)はカメラ画像上におい
てエピポーラ線が異なる3本の直線光を示す図、(b)
は(a)に示す各直線光によるエピポーラ線を示す図で
ある。
FIG. 19 is a diagram showing the shape of an epipolar line according to the second embodiment of the present invention, (a) showing three linear lights with different epipolar lines on a camera image, (b).
FIG. 6 is a diagram showing an epipolar line formed by each of the linear lights shown in (a).

【図20】光強度比一定の直線光を照射した場合の略示
平面図である。
FIG. 20 is a schematic plan view in the case of irradiating linear light with a constant light intensity ratio.

【図21】本発明の第2の実施形態におけるLUTの生
成を説明するための図であり、(a)はパターン光の照
射を示す図、(b)は(a)に示すパターン光によるエ
ピポーラ線を示す図である。
21A and 21B are diagrams for explaining generation of an LUT in the second embodiment of the present invention, FIG. 21A is a diagram showing irradiation of pattern light, and FIG. 21B is an epipolar by the pattern light shown in FIG. 21A. It is a figure which shows a line.

【図22】1本のエピポーラ線に対するLUTに格納さ
れる情報を示すグラフであり、(a)は光強度比と回転
角との対応関係を表すグラフ、(b)は光強度比とあお
り角との対応関係を表すグラフである。
22A and 22B are graphs showing information stored in the LUT for one epipolar line, where FIG. 22A is a graph showing a correspondence relationship between a light intensity ratio and a rotation angle, and FIG. 22B is a light intensity ratio and a tilt angle. It is a graph showing a correspondence relationship with.

【図23】本発明の第2の実施形態の変形例におけるワ
ールド座標系の原点Oとレンズ中心との位置関係を示す
図である。
FIG. 23 is a diagram showing a positional relationship between an origin O of the world coordinate system and a lens center in a modified example of the second embodiment of the present invention.

【図24】従来のレンジファインダ装置の構成図であ
る。
FIG. 24 is a configuration diagram of a conventional range finder device.

【図25】従来のレンジファインダ装置の光源の波長特
性を示す特性図である。
FIG. 25 is a characteristic diagram showing wavelength characteristics of a light source of a conventional range finder device.

【図26】(a),(b)は従来のレンジファインダ装
置の光源の強度変調の特性図である。
26A and 26B are characteristic diagrams of intensity modulation of a light source of a conventional range finder device.

【図27】(a),(b)はレンジファインダにおける
計測原理図である。
27A and 27B are measurement principle diagrams in the range finder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カメラ部 2 光源部 6,6A,6B 距離計算部(3次元情報生成部) 21a,21b 受光素子 62a,62b 光強度補正部 106 被写体 200 光源部 221 ルックアップテーブル 300 カメラ部 400 3次元情報生成部 1 camera section 2 light source 6,6A, 6B Distance calculation unit (three-dimensional information generation unit) 21a, 21b Light receiving element 62a, 62b Light intensity correction unit 106 subject 200 light source 221 lookup table 300 camera section 400 3D information generator

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/06 G06T 1/00 G06T 7/00 Front page continued (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01C 3/06 G06T 1/00 G06T 7/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光の特性がその投射方向に応じて変化す
る投射光を投射する光源部と、 前記投射光の被写体からの反射光を撮像するカメラ部
と、 前記カメラ部によって撮像された反射光画像から、前記
被写体の3次元情報を生成する3次元情報生成部とを備
え、 前記3次元情報生成部は、カメラ画像内の複数の領域にそれぞれ対応して設けられ
ており、 前記反射光の光特性と前記投射光の投射方向と
の対応関係をそれぞれ記述した複数のルックアップテー
ブルを有し、カメラ画像内の画素位置に応じて、前記複
数のルックアップテーブルのいずれかをそれぞれ選択
し、選択したルックアップテーブルを参照して、前記3
次元情報を生成するものであることを特徴とするレンジ
ファインダ装置。
1. A light source section for projecting projection light whose characteristics of light change according to its projection direction, a camera section for imaging reflected light of the projection light from a subject, and a reflection section imaged by the camera section. A three-dimensional information generation unit that generates three-dimensional information of the subject from an optical image, the three-dimensional information generation unit being provided corresponding to each of a plurality of regions in a camera image.
And which, have a plurality of lookup tables corresponding relationship described each of the optical characteristics of the reflected light and the projection direction of the projection light, in accordance with the pixel position in the camera image, the plurality of look-up tables Select any one of them and refer to the selected look-up table.
A range finder device characterized by generating dimensional information.
【請求項2】 請求項1記載のレンジファインダ装置に
おいて、 前記光源部は、フラッシュランプを備えたものであるこ
とを特徴とするレンジファインダ装置。
2. The range finder device according to claim 1 , wherein the light source unit includes a flash lamp.
【請求項3】 請求項1記載のレンジファインダ装置に
おいて、 前記複数のルックアップテーブルは、それぞれ、カメラ
画像内のエピポーラ線に対応して、設けられている ことを特徴とするレンジファインダ装置。
3. The range finder apparatus according to claim 1 , wherein each of the plurality of lookup tables is provided corresponding to an epipolar line in a camera image.
【請求項4】 請求項3記載のレンジファインダ装置に
おいて、 前記3次元情報生成部は、 ルックアップテーブルが設けられていないエピポーラ線
上の画素位置について、当該エピポーラ線近傍のエピポ
ーラ線に対応して設けられたルックアップテーブルを補
間して、ルックアップテーブルを得るものであることを
特徴とするレンジファインダ装置。
4. The range finder device according to claim 3 , wherein the three-dimensional information generation unit is provided for a pixel position on an epipolar line where a look-up table is not provided, corresponding to an epipolar line near the epipolar line. A range finder device, characterized in that the lookup table obtained is interpolated to obtain the lookup table.
【請求項5】 請求項3記載のレンジファインダ装置に
おいて、 前記光源部およびカメラ部は、 前記光源部と前記カメラ部とを結ぶ直線が、ワールド座
標系におけるX軸に一致し、かつ、カメラ座標系におけ
るx軸に平行になるように、設置されていることを特徴
とするレンジファインダ装置。
5. The range finder apparatus according to claim 3 , wherein in the light source unit and the camera unit, a straight line connecting the light source unit and the camera unit coincides with the X axis in the world coordinate system, and the camera coordinate system is used. A range finder device, which is installed so as to be parallel to the x-axis in the system.
【請求項6】 光強度比がその投射方向に応じて変化す
る光パタンの組を、投射する光源部と、 投射された前記光パタンの組による前記被写体の反射光
画像を、それぞれ撮像するカメラ部と、 前記カメラ部によって撮像された反射光画像の組から、
前記被写体の3次元情報を生成する3次元情報生成部と
を備え、 前記3次元情報生成部は、カメラ画像内の複数の領域にそれぞれ対応して設けられ
ており、 前記光パタンの組の光強度比と投射方向との対
応関係をそれぞれ記述した複数のルックアップテーブル
を有し、カメラ画像内の画素位置に応じて、前記複数の
ルックアップテーブルのいずれかをそれぞれ選択し、選
択したルックアップテーブルを参照して、前記3次元情
報を生成するものであることを特徴とするレンジファイ
ンダ装置。
6. A camera for respectively capturing a light source unit for projecting a set of light patterns whose light intensity ratio changes according to the projection direction, and a reflected light image of the object by the set of projected light patterns. Section and a set of reflected light images captured by the camera section,
A three-dimensional information generation unit that generates three-dimensional information of the subject, the three-dimensional information generation unit being provided corresponding to each of a plurality of regions in a camera image.
And a plurality of look-up tables each describing the correspondence between the light intensity ratio of the set of light patterns and the projection direction.
Have a, in accordance with the pixel position in the camera image, the one of the plurality of look-up table to select respectively, that by referring to the lookup table selected, and generates the three-dimensional information Characteristic range finder device.
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