JP3963723B2

JP3963723B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP3963723B2
Application number: JP2002003823A
Authority: JP
Inventors: 康一中田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003207711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の輝度分布を複数のセンサから成るセンサアレイにより光電変換して取得した被写体像データから、所定の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分のデータに基づいて測距演算を行う、カメラ等に用いられる測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一対のセンサから出力される被写体像の位相差に基づいて測距演算を行うパッシブ方式の測距装置において、被写体像データに含まれる有害な空間周波数成分の除去、または、有効な空間周波数成分の抽出を行い、測距精度を向上させる為に、特開昭６０−４９１４号公報に開示されているような、被写体像データから、所定センサ数分だけシフトしたセンサとのデータ差分である２次データを求め、この２次データより像ずれ量を算出し、測距を行う方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６０−４９１４号公報に開示されているような方法では、全ての被写体像データから２次データを求めて被写体像の位相差を算出する為、測距精度が向上する反面、測距に時間がかかるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、被写体像データの中央部については２次データを求めず、有害な空間周波数成分が含まれやすい、周辺部のみ２次データ求めて位相差検出を行うことにより、高速で高精度な測距を行うことのできる測距装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による測距装置は、一対の被写体像を一対のセンサ上に結像させる受光レンズと、前記受光レンズにより結像させられた前記一対の被写体像を光強度に応じて電気信号に変換する一対のセンサと、前記一対のセンサの積分動作制御を行う積分制御手段と、前記一対のセンサから出力される前記被写体像データを読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段により読み出された被写体像データに基づいて、被写体距離に応じたデータを演算する演算手段と、前記被写体像データから所定の周波数成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ手段とから成る測距装置において、被写体像データを複数の領域に分割し、中央領域の測距を行う場合は、一対のセンサから出力される被写体像データに基づいて被写体距離に応じたデータを算出し、周辺領域の測距を行う場合には、一対のセンサから出力される被写体像データに、フィルタ手段によるフィルタ処理を施したデータに基づいて被写体距離に応じたデータを算出することを特徴とする。
【０００６】
また、上記フィルタ処理は、被写体像データの低周波成分を除去し、高周波成分を抽出することを特徴とする。
【０００７】
また、上記測距装置が搭載されるカメラの撮影レンズの焦点距離が、所定の焦点距離よりも短い場合に、被写体像データの周辺領域にフィルタ処理を施すことを特徴とする。
【０００８】
また、フィルタ処理を施す被写体像データの周辺領域の範囲を記憶する記憶手段を有し、測距装置の生産工程内でその範囲を記憶することを特徴とする測距装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を以下に図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施形態の概要を説明したブロック図である。図１に示すように、１０１ａ、１０１ｂは、被写体像をラインセンサ１０２ａ、１０２ｂ上に結像させる為の受光レンズである。また、１０２ａ、１０２ｂは、受光レンズ１０１ａ、１０１ｂにより結像された被写体像をその光強度に応じて光電変換し、電気信号に変換するラインセンサである。そして、１０３は、ラインセンサ１０２ａ、１０２ｂの積分動作の制御を行う積分制御回路である。また、１０４は、前記ラインセンサ１０２ａ、１０２ｂより出力される、被写体像を光電変換したアナログ電気信号をＡ／Ｄ変換する読み出し手段である。そして、１０５は、各種制御信号の出力、被写体距離演算等の各種演算を行うＣＰＵである。また、１０６は、読み出し手段１０４により読み出された被写体像データから、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ手段である。
【００１１】
また、図１に示すような構成の測距装置において、積分制御手段１０３により積分制御を行い取得した被写体の輝度分布を、読み出し手段１０４でＡ／Ｄ変換して被写体像データ１１４ａ、１１４ｂとして読み出し、この被写体像データ１１４ａ、１１４ｂを図２（ａ）に示すようなＡ〜Ｈの複数のエリアに分割して、各エリア毎に相関演算、補間演算により二つの被写体像の位相差（像ずれ量）を求め、この位相差から被写体距離を算出する。この時、受光レンズ１０１ａ、１０１ｂの周辺光量落ち、部品の寸法ばらつき、組み立てばらつき等により、均一輝度の被写体であっても、被写体像データ１１４ａ、１１４ｂの周辺部のＡ，Ｂ及びＧ、Ｈエリアでは、図２（ａ）に示すように、異なる形状をとり、この像データ１１４ａ、１１４ｂをそのまま用いたのでは、周辺部のＡ、Ｂ及びＧ、Ｈエリアの測距誤差が大きくなってしまう。そこで、周辺部のＡ、Ｂ及びＧ、Ｈエリアについては、相関演算、補間演算等の測距演算を行うのに先立って、（１）式においてａ＝２程度に設定し、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行い、図２（ｂ）に示すように、被写体像データ１１４ａ、１１４ｂの周辺部のＡ、Ｂ及びＧ、Ｈエリアの形状を揃えた後、被写体距離を算出する。
【００１２】
Ｆ（ｎ）＝Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ＋ａ）・・・（１）
（Ｓ（ｎ）は、被写体像データのｎ番目のデータ）
なお、図２中の１１４ａは、ラインセンサ１０２ａから出力される被写体像データであり、１１４ｂは、ラインセンサ１０２ｂから出力される被写体像データである。また、図２（ｂ）に示したデータは、周辺部に対して低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行った後の被写体像データである。
【００１３】
また、低周波の空間周波数成分を除去する為のフィルタ処理は（１）式に限るものではなく、加重平均演算等を用いて行ってもよい。そして、（１）式ではＦ（ｎ）が負の値となることがあり、ＣＰＵ１０５の能力にもよるが、演算処理が面倒になる場合があるので、これを防ぐ為に、（２）、（３）式のようにＦ（ｎ）が負の値にならない処理を用いてもよい。
【００１４】
Ｆ（ｎ）＝｜Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ＋ａ）｜・・・（２）
Ｆ（ｎ）＝Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ＋ａ）＋ｂ・・・（３）
（ｂは、オフセット（正の値））
以上、第１の実施形態によれば、特殊な処理をしなくても精度良く測距できる測距領域の中央部はフィルタ処理を行わず、被写体像データをそのまま用いたのでは正確な測距が困難な周辺部のみ、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行うので、測距時間の増大を招くことなく、高精度な測距を行うことができる。
【００１５】
次に、相関演算について説明する。
【００１６】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ラインセンサ５ａ、５ｂは複数の光電変換素子により構成され、それぞれセンサデータａ１,ａ２,…ａN、ｂ１,ｂ２,…ｂNを出力する。このセンサデータより所定範囲（以下ウインド）６ａ、６ｂのデータを抽出する。抽出の方法としては、ウインド６ａは固定し、ウインド６ｂを１センサ分ずつシフトさせていくのがもっとも単純な方法である。固定側とシフト側は逆でもよい。抽出される一対のウインドのデータを用いて（４）式により相関量Ｆ（ｎ）を求める。
【００１７】
なお、図１０中の５ａは、受光レンズにより結像された被写体像をその光強度に応じて光電変換し、電気信号に変換するライン５ｂセンサであり、６ａは、相関量の演算に用いるセンサデータの抽出範囲（ウインド）である。
【００１８】
【数１】

【００１９】
ｎは、シフト量、ｗは、ウインド内データ数、ｉは、ウインド内データＮＯ．、ｋは、演算エリア先頭センサデータＮＯ．
そして、一対のウインド６ａ、６ｂのデータの一致度が最も高くなるのは、図１２に示すように、ウインド６ｂを１センサ分ずつシフトさせて求めたＦ（ｎ）が極小値（Ｆ（ｎ）＝Ｆ_ｍｉｎ）となる場合で、シフト量ｎ＝ｎＦ_ｍｉｎが被写体像の相対的な位置ずれ量となる。ウインドの抽出の方法としては、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ウインド６ａ、６ｂを交互にシフトさせていくような方法を用いてもよい。この場合の相関量Ｆ（nａ,nｂ）を求める式は（５）式のようになる。
【００２０】
なお、図１１中の５ａは、受光レンズにより結像された被写体像をその光強度に応じて光電変換し、電気信号に変換するライン５ｂセンサであり、６ａは、相関量の演算に用いるセンサデータの抽出範囲（ウインド）である。
【００２１】
【数２】

【００２２】
（ｎａは、ウインド６ａのシフト量、ｎｂは、ウインド６ｂのシフト量）
相対的な位置ずれ量ｎＦ_ｍｉｎは、Ｆ（ｎａ、ｎｂ）が最小となる時のｎａ、ｎｂの和（ｎａ＋ｎｂ）となる。
【００２３】
次に、補間演算について説明する。
【００２４】
相関演算で求まるラインセンサ５ａ、５ｂ上に結像された被写体像の相対的な位置ずれ量は、図１２に示すように、ラインセンサのセンサピッチに応じた離散的な値であり、このピッチ幅が測距の最小分解能となる。よって、相関演算で求まる像ずれ量のみで測距を行うと、その測距精度は粗いものになってしまう。そこで、測距精度を高める為に、離散的な相関量Ｆ（ｎ）を用いて以下のような補間演算を行う。一般的に補間演算は、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、相関量Ｆ（ｎ）の極小値であるＦ_ｍｉｎとその前後のシフト量ｎＦ_ｍｉｎ−１、ｎＦ_ｍｉｎ＋１における相関量Ｆ_ｍｎＳ、Ｆ_ｐｌＳを用いて、Ｆ_ｍｉｎを与えるシフト量ｎＦ_ｍｉｎと真の極小値Ｆ_ｍｉｎＲを与えるシフト量ｎＦ_ｍｉｎＲとのずれ量Δｎを、Ｆ_ｍｎＳ、Ｆ_ｐｌＳの大小関係に応じて（６）式または（７）式により求めるものである。
【００２５】
Ｆ_ｍｎＳ＞Ｆ_ｐｌＳの時（図１３（ａ））
【数３】

Ｆ_ｍｎＳ≦Ｆ_ｐｌＳの時（図１３（ｂ））
【数４】

【００２６】
以上で求めた補間量△ｎにより、真の像ずれ量ｎＦ_ｍｉｎＲは、
Ｆ_ｍｎＳ＞Ｆ_ｐｌＳの時（図１３（ａ））
ｎ_{ＦｍｉｎＲ}＝ｎ_Ｆｍｉｎ＋Δｎ・・・（８）
Ｆ_ｍｎＳ≦Ｆ_ｐｌＳの時（図１３（ｂ））
ｎ_{ＦｍｉｎＲ}＝ｎ_Ｆｍｉｎ−Δｎ・・・（９）
となる。
【００２７】
次に、図６を用いて、第１の実施形態の測距シーケンスの手順を説明する。
【００２８】
図６に示すように、Ｓ１０１では、プリ積分等により得られる被写体輝度に応じて、一対のラインセンサ１０２ａ、１０２ｂの感度を設定する。Ｓ１０２では、Ｓ１０１で設定されたセンサ感度で積分を行う。Ｓ１０３では、一対のラインセンサ１０２ａ、１０２ｂから出力される被写体像データをＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１０５内のメモリ領域に格納する。Ｓ１０４では、Ｓ１０３で読み出した被写体像データ１１４ａ、１１４ｂを用いて、中央部のＣ〜Ｆエリアについて相関演算、補間演算により二つの被写体像の位相差（像ずれ量）を求め、この位相差から被写体距離を算出する。Ｓ１０５では、フィルタ手段１０６により、（１）式を用いて、図２（ａ）に示す被写体像データ１１４ａ、１１４ｂの周辺部のＡ、Ｂ及びＧ、Ｈエリアについて、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行う。Ｓ１０６では、Ｓ１０５で低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を施した被写体像データを用いて、周辺部のＡ、Ｂ及びＧ、Ｈエリアについて相関演算、補間演算により二つの被写体像の位相差（像ずれ量）を求め、この位相差から被写体距離を算出する。Ｓ１０７では、Ｓ１０４、Ｓ１０６で求めた各エリアの被写体距離から最も近距離であるデータを選択する。ここでの選択は最至近選択に限るものではなく、最も信頼性の高いデータを選択する、平均値を求める等の方法を用いてもよい。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３０】
本発明の測距装置が搭載されるカメラの撮影レンズの焦点距離が、所定の焦点距離よりも短い場合にのみ、被写体像データ１１４ａ、１１４ｂの周辺部に対する低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行うようにしたものである。このような処理を行う理由は、外光式の測距装置では、図３（ａ）に示すように、撮影レンズの焦点距離が長焦点側の場合は、測距領域の周辺部は撮影画面外にはみ出てしまうので、測距領域の中央部のみで測距を行い、図３（ｂ）に示すように、短焦点側の場合は、測距領域全体が撮影画面内にあり、測距領域のほぼ全体を用いて測距を行う為、被写体像データ１１４ａ、１１４ｂの周辺部のデータを測距演算に使用しない、撮影レンズの焦点距離が長焦点側の場合は、フィルタ処理が不要となるからである。第２実施例によれば、撮影レンズの焦点距離が長焦点側の場合の測距時間をさらに短縮することができる。
【００３１】
なお、図３中の撮影レンズの焦点距離が長焦点側での撮影画面と測距領域の関係２０１は、本発明の測距装置が搭載されるカメラの長焦点側での撮影画面であり、２０２は、ラインセンサ１０２ａ、１０２ｂにより測距可能な全領域である。また、２０３は、長焦点側での測距領域であり、撮影レンズの焦点距離が短焦点側でめ撮影画面と測距領域の関係２０４は、本発明の測距装置が搭載されるカメラの短焦点側での撮影画面である。また、２０５は、ラインセンサ１０２ａ、１０２ｂにより測距可能な全領域であり、２０６は、短焦点側での測距領域である。
【００３２】
次に、図７を用いて第２の実施形態の測距シーケンスの手順を説明する。
【００３３】
Ｓ２０１では、プリ積分等により得られる被写体輝度に応じて、一対のラインセンサ１０２ａ、１０２ｂの感度を設定する。Ｓ２０２では、Ｓ２０１で設定されたセンサ感度で積分を行う。そして、Ｓ２０３では、一対のラインセンサ１０２ａ、１０２ｂから出力される被写体像データをＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１０５内のメモリ領域に格納する。続いて、Ｓ２０４では、Ｓ２０３で読み出した被写体像データ１１４ａ、１１４ｂを用いて、中央部のＣ〜Ｆエリアについて相関演算、補間演算により二つの被写体像の位相差（像ずれ量）を求め、この位相差から被写体距離を算出する。
【００３４】
そして、Ｓ２０５では、本発明の測距装置が搭載されるカメラの撮影レンズの焦点距離が、所定の焦点距離よりも短いかどうかを判定する。短ければＳ２０６に進み、長ければＳ２０７に進む。Ｓ２０６では、フィルタ手段１０６により、（１）式を用いて、図２（ａ）に示す被写体像データ１１４ａ、１１４ｂの周辺部のＡ、Ｂ及びＧ、Ｈエリアについて、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行う。また、Ｓ２０７では、Ｓ２０６で低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を施した被写体像データを用いて、周辺部のＡ、Ｂ及びＧ、Ｈエリアについて相関演算、補間演算により二つの被写体像の位相差（像ずれ量）を求め、この位相差から被写体距離を算出する。Ｓ２０８では、Ｓ２０４、Ｓ２０７で求めた各エリアの被写体距離から最も近距離であるデータを選択する。ここでの選択は最至近選択に限るものではなく、最も信頼性の高いデータを選択する、平均値を求める等の方法を用いてもよい。
【００３５】
以上、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態に対し、より高精度な測距を行うことができる。
【００３６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００３７】
図４に示すような構成の測距装置において、測距装置の生産工程中で、記憶手段３０７に、被写体像データ３１４ａ、３１４ｂについて、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行う周辺部のエリアを記憶させておくようにしたものである例えば、測距装置の生産工程中で、均一輝度の被写体の像データを取得した場合、図５（ａ）に示すような被写体像データ３１４ａ、３１４ｂが得られた場合は、像の形状が異なっているＡ、Ｂ及びＧ、Ｈエリアをフィルタ処理を行うエリアとして記憶手段３０７に記憶し、図５（ｂ）に示すような被写体像データ３１４ａ、３１４ｂが得られた場合は、Ａ、Ｂ及びＦ、Ｇ、Ｈエリアをフィルタ処理を行うエリアとして記憶手段３０６に記憶する。
【００３８】
そして、フィルタ処理を行うエリアとするかどうかの判定は、例えば、各エリアの被写体像データ３１４ａ側と３１４ｂ側のデータの平均値の差が、所定値よりも大きい場合にフィルタ処理が必要と判定する方法や、各エリア毎に相関演算を行った場合の相関度や信頼性データにより判定する方法等で行う。
【００３９】
なお、図４中の３０１ａは、被写体像をラインセンサ３０２ａ、３０２ｂ上に結像させる為の受光レンズであり、３０３は、ラインセンサ３０２ａ、３０２ｂの積分動作の制御を行う積分制御回路であり、３０４は、ラインセンサ３０２ａ、３０２ｂより出力される、被写体像を光電変換したアナログ電気信号をＡ／Ｄ変換する読み出し手段である。また、３０５は、各種制御信号の出力、被写体距離演算等の各種演算を行うＣＰＵであり、３０６は、読み出し手段３０４により読み出された被写体像データから、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ手段である。そして、３０７は、測距装置の生産工程中で、被写体像データ３１４ａ、３１４ｂについて、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行う周辺部のエリアを記憶させる記憶手段である。
【００４０】
また、図５中の３１４ｂは、ラインセンサ３０２ｂから出力される被写体像データであり、３１５ａは、ラインセンサ３０２ａから出力される被写体像データである。そして、３１５ｂは、ラインセンサ３０２ｂから出力される被写体像データである。
【００４１】
以上、本発明の第３の実施形態によれば、フィルタ処理を行う測距エリアを、個々の測距装置に対して最適に設定するので、測距装置毎のばらつきをキャンセルし、高精度な測距を行うことができる。
【００４２】
次に、本発明の第３の実施形態の変形例について説明する。
【００４３】
前述の本発明の第３の実施形態では、受光素子として一対のラインセンサを用いた構成の測距装置について説明を行ったが、図８に示すようなエリアセンサを用いた構成の測距装置や、複数対のラインセンサを用いた構成の測距装置においても、図９に示すように、被写体像データをＡ〜Ｐの複数領域に分割し、低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行う領域を、例えば、Ａ〜Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｌ〜Ｐの周辺部のエリアとすることで、エリアセンサを用いた測距装置の場合でも、上記の実施例と同様な効果を得ることができる。
【００４４】
なお、図８、９中の４０１ａ、ｂは、受光レンズ４０１ａ、４０１ｂにより結像された被写体像をその光強度に応じて光電変換し、電気信号に変換するエリアセンサであり、４０３は、エリアセンサ４０２ａ、４０２ｂの積分動作の制御を行う積分制御回路である。また、４０４は、エリアセンサ４０２ａ、４０２ｂより出力される、被写体像を光電変換したアナログ電気信号をＡ／Ｄ変換する読み出し手段であり、４０５は、各種制御信号の出力、被写体距離演算等の各種演算を行うＣＰＵである。また、４０６は、読み出し手段４０４により読み出された被写体像データから、所定の空間周波数成分を抽出するフィルタ手段である。さらに、４１１は、ＣＰＵ４０５のメモリ内の被写体像データ格納領域であり、Ａ〜Ｐは、被写体像データの各分割エリアである。
【００４５】
なお、本発明によれば以下のような構成も可能である。
【００４６】
付記１一対のセンサは、ラインセンサ、または、エリアセンサであることを特徴とする測距装置。
【００４７】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、被写体像データの中央部については２次データを求めず、有害な空間周波数成分が含まれやすい周辺部のみ２次データを求めて位相差検出を行うので、高速で高精度な測距が可能な測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係る測距装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る均一輝度被写体から得られた被写体像データ、及び周辺部に対して低周波の空間周波数成分を除去するフィルタ処理を行った後の被写体像データを示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る測距装置が搭載されるカメラの撮影画面と測距領域の関係を示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る測距装置の構成図。
【図５】本発明の実施形態に係る測距装置の生産工程中で、均一輝度被写体から得られた被写体像データを示す図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る測距シーケンスの手順を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る測距シーケンスの手順を示すフローチャート。
【図８】本発明の実施形態に係る測距装置の構成の変形例の一例を示す図。
【図９】本発明の実施形態に係るエリアセンサ使用時の被写体像データの分割の一例を示す図。
【図１０】本発明の実施形態に係る相関演算のウインドシフト方法を説明する図。
【図１１】本発明の実施形態に係る相関演算のウインドシフト方法の別例を説明する図。
【図１２】本発明の実施形態に係る各シフト値毎の相関値を示す相関データグラフを示す図。
【図１３】本発明の実施形態に係る補間演算を説明する図。
【符号の説明】
５ａ．５ｂ…ラインセンサ、１０１ａ．１０１ｂ…受光レンズ、１０２ａ．１０２ｂ…ラインセンサ、１０３…積分制御手段、１０５…ＣＰＵ、１０６…フィルタ手段、１１２…測距視野、１１３…主要被写体、１１４ａ．１１４ｂ…被写体像データ、１１５ａ．１１５ｂ…空間周波数成分、１１７ａ．１１７ｂ…抽出データ

Claims

一対の被写体像を一対のセンサ上に結像させる受光レンズと、
前記受光レンズにより結像させられた前記一対の被写体像を光強度に応じて電気信号に変換する一対のセンサと、
前記一対のセンサの積分動作制御を行う積分制御手段と、
前記一対のセンサから出力される前記被写体像データを読み出す読み出し手段と、
前記読み出し手段により読み出された被写体像データに基づいて、被写体距離に応じたデータを演算する演算手段と、
前記被写体像データから低周波成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ手段とから成る測距装置において、
被写体像データを複数の領域に分割し、中央領域の測距を行う場合は、一対のセンサから出力される被写体像データに基づいて被写体距離に応じたデータを算出し、周辺領域の測距を行う場合には、一対のセンサから出力される被写体像データに、フィルタ手段によるフィルタ処理を施したデータに基づいて被写体距離に応じたデータを算出することを特徴とする測距装置。
前記フィルタ手段によりフィルタ処理を施す被写体像データの周辺領域の範囲を記憶する記憶手段を有し、前記フィルタ手段は、前記記憶手段の出力に基づく範囲に対応する前記被写体像データにフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。