JP4127808B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＡＦ（Auto Focus）カメラやビデオカメラなどに使用される測距装置に関するものである。

ＡＦ（Auto Focus）カメラやビデオカメラに使用される測距装置の測距方式として、被写体像にある程度の明るさおよびコントラストがあれば近距離から遠距離までの測距が可能な、いわゆるパッシブ測距方式が従来一般に知られている。

このパッシブ測距方式は、被写体からの外光による一対の被写体像が結像された一対の受光センサの出力信号に基づいて相関演算を実行し、この相関演算により得られた相関値のうち最大の相関度を示す最小極小値（ピーク値）に基づいて被写体までの距離を演算する方式であり、被写体までの距離を的確に演算するため、通常、カメラの視野を複数に分割した各測距エリアごとに相関演算が実行される。

このパッシブ測距方式では、一般に、一対の受光センサ（ラインセンサ）の出力信号を蓄積（積分）して一対のセンサデータを生成し、この一対のセンサデータを相関演算用にＡ／Ｄ変換して格納する。そして、格納した一対のセンサデータから相関演算に使用する一対のデータを読み出す範囲としての一対のウインドウを相対的に順次シフトさせながら一対のデータを順次読み出して相関演算を実行し、相関演算により得られた相関値のうち最大の相関度を示す最小極小値（ピーク値）に対応したウインドウのシフト量に基づいて被写体までの距離を演算している。

この種のパッシブ測距方式の測距装置として、ある測距エリアにおいて先に行った相関演算の結果、相関度が最大となる相関値の最小極小値が存在した場合、この最小極小値に対応するウインドウのシフト量より小さいシフト範囲（被写体までの距離より遠方の範囲）については、原則として他の測距エリアにおいて後で相関演算を実行する際にウインドウのシフトを制限して相関演算の一部を省略させることにより、全体の測距時間を短縮するようにした測距装置も知られている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の測距装置では、ある測距エリアにおいて先に行った相関演算により得られた相関値の最大の相関度を示す最小極小値の信頼性を高めるため、所定値（相関度の基準値）より小さい最小極小値は、他の測距エリアにおいて後で相関演算を実行する際に相関演算の一部を省略させるための最小極小値として採用しないようにしている。
特開２００２−３１１３２７号公報

ところで、特許文献１に記載の測距装置においては、ある測距エリアについて先に実行された相関演算により得られた最大の相関度を示す最小極小値の信頼性の有無を判定するに当たり、被写体像のコントラストの高低を全く考慮していないため、被写体像のコントラストの高低によって判定結果が異なることがある。その結果、他の測距エリアにおいて後で相関演算を実行する範囲が不用意に省略されてしまうこともあり、この場合には、測距精度が低下するという問題が発生する。

すなわち、相関演算により得られた相関度を示すグラフは、図９に示すように、被写体像のコントラストが高いほど相関値が拡大されるため、相関演算された領域の同じウインドウシフト量に対応する最小極小値であっても、コントラストが低い場合には相関度の基準値より小さい値となって信頼性の高い最小極小値として判定され、コントラストが高い場合には相関度の基準値より大きい値となって信頼性の低い最小極小値として判定されるというように判定結果が異なることがあり、その結果、測距精度が低下するという問題が発生する。

また、特許文献１に記載の測距装置では、他の測距エリアにおいて相関演算の一部を省略させた領域に相関度の高い真の最小極小値があった場合、その真の極小値を検出することができないため、被写体までの正確な距離を測定できず、測距精度が低下するという問題がある。

例えば、一対の受光センサ（ラインセンサ）に結像される被写体像が繰り返しの絵柄などであって、図１０に示すように、他の測距エリアの相関演算が行われた領域と相関演算が省略された領域にそれぞれ極小値があり、相関演算が省略された領域の極小値が真の最小極小値である場合、相関演算が省略された領域の真の最小極小値を検出することができない結果、被写体までの距離を正確に測定できず、測距精度が低下するという問題が発生する。

そこで、本発明は、測距精度を落とさずに測距時間を短縮できる測距装置を提供することを課題とする。

本発明に係る測距装置は、測距対象物からの外光による一対の画像が結像された一対の受光センサの出力信号に基づいて測距エリアごとに順次相関演算を実行し、各測距エリアの相関演算により得られた相関値のうち最大の相関度を示す極小値に基づいて測距対象物までの距離を演算するパッシブ測距方式の測距装置であって、各測距エリアごとに相関演算された相関値のうち最小値を示す極小値を相関度の基準値と比較し、この基準値より小さい極小値を測距演算用に有効な有効極小値として認定する有効極小値認定手段と、各測距エリアごとに認定された有効極小値に基づいて測距対象物までの距離を演算する距離演算手段と、先に相関演算を実行した測距エリアに有効極小値が存在する場合、後に相関演算を実行する測距エリアの相関演算については、有効極小値に基づいて演算される最も近い距離より所定量以上遠方となる特定距離範囲の相関演算を省略させる相関演算制限手段とを備え、有効極小値認定手段は、測距対象物の画像のコントラストの高低に応じ、コントラストが高いときには相関度の基準値を高い値に設定し、コントラストが低いほど基準値を低い値に設定するように構成され、相関演算制限手段は、特定距離範囲を除く範囲について後に相関演算が実行された測距エリアに前記の有効極小値が存在する場合、その測距エリアについて特定距離範囲の相関演算を省略させることなく実行させるように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る測距装置では、有効極小値認定手段により、各測距エリアごとに相関演算された相関値のうち最小値を示す極小値が相関度の基準値と比較され、この基準値より小さい極小値が測距演算用に有効な有効極小値として認定される。その際、相関度の基準値が測距対象物の画像のコントラストに応じ、コントラストが高いときには高い値に設定され、コントラストが低いほど低い値に設定される。従って、測距演算用に有効な有効極小値を認定する際の認定結果が測距対象物の画像のコントラストに影響されるという事態が解消され、測距対象物の画像のコントラストの高低に拘わらず測距対象物までの距離を適切に演算することが可能となる。

そして、相関演算制限手段により、先に相関演算を実行した測距エリアに有効極小値が存在する場合、後に相関演算を実行する測距エリアの相関演算については、有効極小値に基づいて演算される最も近い距離より所定量以上遠方となる特定距離範囲の相関演算が省略されるため、全体の測距時間が短縮される。

本発明において、相関演算制限手段は、先に相関演算を実行した測距エリアに存在する有効極小値がエラー判定された場合、エラー判定に係る有効極小値に基づく特定距離範囲の相関演算の省略を解除するように構成されているのが好ましい。このように構成された相関演算制限手段を備える測距装置では、後に相関演算が実行される測距エリアの特定距離範囲に存在する可能性のある有効極小値を確実に検出すことが可能となり、この有効極小値に基づいて測距対象物までの距離を適切に演算することが可能となる。

また、本発明においては、特定距離範囲を除く範囲について後に相関演算が実行された測距エリアに有効極小値が存在する場合、その測距エリアについて相関演算制限手段が特定距離範囲の相関演算を省略させることなく実行させるため、特定距離範囲に存在する可能性のある有効極小値を検出すことが可能となり、この有効極小値に基づいて測距対象物までの距離を適切に演算することが可能となる。

本発明に係る測距装置においては、各測距エリアごとに相関演算された相関値のうち最小値を示す極小値が相関度の基準値と比較され、これより小さい極小値が測距演算用に有効な有効極小値として認定される際、相関度の基準値が測距対象物の画像のコントラストに応じ、コントラストが高いときには高い値に設定され、コントラストが低いほど低い値に設定される。従って、本発明の測距装置によれば、測距演算用に有効な有効極小値を認定する際の認定結果が測距対象物の画像のコントラストに影響されるという事態が解消され、測距対象物の画像のコントラストの高低に拘わらず測距対象物までの距離を適切に演算することが可能となり、その測距精度を向上させることができる。

一方、先に相関演算を実行した測距エリアに有効極小値が存在する場合、後に相関演算を実行する測距エリアの相関演算については、有効極小値に基づいて演算される最も近い距離より所定量以上遠方となる特定距離範囲の相関演算が省略されるため、全体の測距時間を短縮することができる。そして、このような場合においても、特定距離範囲を除く範囲について後に相関演算が実行された測距エリアに有効極小値が存在する場合には、特定距離範囲の相関演算が省略されることなく実行されるため、特定距離範囲に存在する可能性のある有効極小値を検出すことが可能となり、この有効極小値に基づいて測距対象物までの距離を適切に演算することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明に係る測距装置の実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係る測距装置の構成を示す模式図である。図２は図１に示したラインセンサとウインドウのシフト操作との関係を示す模式図である。

一実施形態に係る測距装置は、例えばＡＦ（Auto Focus）カメラやビデオカメラなどにおいて、撮影レンズから測距対象物までの距離を演算するために使用される測距装置である。この測距装置は、図１に示すように、相互に並列に配置された左右一対の測距用レンズ１Ａ−Ｌ，１Ａ−Ｒと、測距用レンズ１Ａ−Ｌ，１Ａ−Ｒを通して測距対象物Ｓの画像がそれぞれ結像される受光センサとしての左右一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒと、このラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒからの信号を処理する信号処理回路１Ｃとを備えたラインセンサユニット１、および、このラインセンサユニット１の信号処理回路１Ｃから出力されるセンサデータに基づいて測距対象物Ｓまでの距離を演算処理する測距演算装置２などを備えて構成されている。

ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒは、例えば２３４個などの多数に分割されたフォトダイオードなどのセル（画素）が直線状に配列されて構成される。ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各セルは、それぞれの受光面に結像された測距対象物Ｓの画像の光量を光電変換することにより、測距対象物Ｓの画像の輝度信号を信号処理回路１Ｃに出力する。

ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各セルには、その出力信号を取り出す際に使用されるセル番号が付される。例えば左側のラインセンサ１Ｂ−Ｌの各セルには、図の左側から順にＬ１〜Ｌ２３４のセル番号が付され、右側のラインセンサ１Ｂ−Ｒでは図の左側から順にＲ１〜Ｒ２３４のセル番号が付される。なお、左右のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの先頭側の５個および末尾側の５個のセルは、いわゆるダミーのセルであるため、左側のラインセンサ１Ｂ−Ｌの有効画素数はＬ６〜Ｌ２２９の２２４個となり、右側のラインセンサ１Ｂ−Ｒの有効画素数はＲ６〜Ｒ２２９の２２４個となる。

信号処理回路１Ｃは、後述する測距演算装置２のラインセンサ制御部２Ａからの指令信号に応じてラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒを制御し、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各セルからセル番号と関連付けて輝度信号を入力する。そして、この信号処理回路１Ｃは、入力した輝度信号を積分（加算）処理することにより、相関演算に使用するためのセンサデータを各セル毎にセル番号に関連付けて生成する。ちなみに、このセンサデータは、測距対象物Ｓの画像が明るいほど低く、暗いほど高い値を示す。

測距演算装置２は、マイクロコンピュータのハードウェアおよびソフトウェアを利用して構成される。この測距演算装置２は、信号処理回路１Ｃから入出力インターフェースを介して入力されるアナログ信号のセンサデータをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２Ｂの他、このＡ／Ｄ変換部２Ｂにより変換されたデジタル信号のセンサデータ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、測距対象物Ｓまでの距離を演算するためのプログラムやデータが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）、このＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、ＲＯＭおよびＲＡＭに記憶されたデータに基づいて測距対象物Ｓまでの距離を演算するための各種の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）などの図示しないハードウェアを備えている。

この測距演算装置２には、信号処理回路１Ｃが生成したセンサデータに基づいて測距対象物Ｓまでの距離を演算するため、ラインセンサ制御部２Ａの他、センサデータ格納部２Ｃ、相関演算制限手段としてのウインドウシフト制限部２Ｄ、相関演算部２Ｅ、ウインドウシフト部２Ｆ、有効極小値認定手段としての有効極小値認定部２Ｇ、測距エラー判定部２Ｈ、距離演算手段としての距離演算部２Ｉなどがソフトウェアとして構成されている。

センサデータ格納部２Ｃは、信号処理回路１Ｃにより生成された一対のセンサデータをＡ／Ｄ変換部２ＢによりＡ／Ｄ変換して入力し、これらのセンサデータをラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各セルの番号と関連付けたセンサデータとして格納する。

ウインドウシフト部２Ｆは、センサデータ格納部２Ｃに格納されたセンサデータから相関演算に使用する一対のセンサデータを読み出すための一対のウインドウＷＬ，ＷＲのシフト操作を制御する。

このウインドウシフト部２Ｆは、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒ上にそれぞれ一部重複して設定されたセンサ領域である中央エリアＭ、左エリアＬ、右エリアＲの各測距エリア単位ごとにセンサデータ格納部２Ｃから一群のセンサデータをそれぞれ読み出して相関演算させるように一対のウインドウＷＬ，ＷＲのシフト操作を制御する（図２参照）。この場合、ウインドウシフト部２Ｆは、例えば中央エリアＭ、左エリアＬ、右エリアＲの順に一対のウインドウＷＬ，ＷＲのシフト操作を制御する。

ここで、図２に示すラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの中央エリアＭ，Ｍにおけるシフト操作において、ウインドウシフト部２Ｆは、左側のラインセンサ１Ｂ−Ｌに対応したウインドウＷＬを中央エリアＭの右端の初期位置に対応する位置から左端の最大シフト位置に対応する位置へと順次１づつシフトさせ、右側のラインセンサ１Ｂ−Ｒに対応したウインドウＷＲを中央エリアＭの左端の初期位置に対応する位置から右端の最大シフト位置に対応する位置へと順次１づつシフトさせる。その際、ウインドウシフト部２Ｆは、ウインドウＷＬ，ＷＲを交互に１づつシフト操作する。

なお、ウインドウシフト部２Ｆによるラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの左エリアＬ，Ｌおよび右エリアＲ，Ｒにおけるシフト操作は、中央エリアＭ，Ｍにおけるシフト操作と略同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１に示した相関演算部２Ｅは、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒ上にそれぞれ設定された各測距エリアＭ，Ｌ，Ｒ（図２参照）単位で一対のウインドウＷＬ，ＷＲが交互に１づつ相対的にシフト操作されるごとに、センサデータ格納部２Ｃから一群のセンサデータを読み出して相関演算を実行する。

この相関演算は、一方のウインドウＷＬにより読み出された一群のセンサデータと、他方のウインドウＷＲにより読み出された一群のセンサデータとの間における各センサデータ同士の差分の絶対値を求め、その絶対値の総和を相関値として求めるものである。この相関値は、値が小さいほど相関度が高く、一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒ上に結像された測距対象物Ｓの画像が相互に似ていることを示す。

ここで、測距対象物Ｓが遠距離に位置する場合には、一対の測距用レンズ１Ａ−Ｌ，１Ａ−Ｒを通して一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒ上に結像される測距対象物Ｓの一対の画像の位置ズレが小さくなり、測距対象物Ｓが近距離に位置するほど、一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒ上に結像される測距対象物Ｓの一対の画像の位置ズレが大きくなる。そして、一対の画像の位置ズレの大小は、一対の画像が相互に似ていることを示す相関度が最大となるまでの一対のウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量、換言すれば、相関演算により得られた相関値が最小極小値またはピーク値となるに至るまでの一対のウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量として検出することができる。

そこで、図１に示した距離演算部２Ｉは、基本的には図３のグラフに示すように、相関演算部２Ｅにより相関演算された相関値の最小極小値ｍｉｎに対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量ｘに基づいて測距対象物Ｓまでの距離を演算する。この距離演算部２Ｉは、後述する有効極小値認定手段によってラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各測距エリアＭ，Ｌ，Ｒ（図２参照）単位で認定された有効極小値に基づいてそれぞれ測距対象物Ｓまでの距離を演算し、得られた距離のうち最も近い距離を基準距離とした所定の平均化処理により測距対象物Ｓまでの距離を決定する。

なお、距離演算部２Ｉは、測距対象物Ｓまでの距離をより詳細に演算するため、相関値の有効極小値に対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量と、その前後２つのシフト量に対応する相関値とに基づいて相関値の補間値演算を実施する。そして、この補間値に対応するシフト量に基づき、距離演算部２Ｉは、一対の測距用レンズ１Ａ−Ｌ，１Ａ−Ｒと一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒとの間隔、一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの中心間距離、一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各セルのピッチ間隔などのパラメータを参照して測距対象物Ｓまでの距離を演算する。

図１に示した有効極小値認定部２Ｇは、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各測距エリアＭ，Ｌ，Ｒ（図２参照）単位ごとに相関演算された相関値のうち、最小値を示し、かつ、極小値を示す相関値を相関度の所定の基準値ＳＬと比較し、この基準値ＳＬより小さい最小の極小値を測距演算に有効な有効極小値として認定する。

ここで、有効極小値認定部２Ｇは、相関値の最小値を示す極小値に対応したシフト量におけるウインドウＷＬ，ＷＲ内のセンサデータに基づき、その最大値と最小値との差によって測距対象物Ｓの画像のコントラストの高低を判定する。そして、この有効極小値認定部２Ｇは、測距対象物Ｓの画像のコントラストの高低に応じ、コントラストが高いときには相関度の基準値ＳＬを高い値に設定し、コントラストが低いほど相関度の基準値ＳＬを低い値に設定する。すなわち、有効極小値認定部２Ｇは、図４に示すように、測距対象物Ｓの画像のコントラストが所定の高い値に達するまでの間、そのコントラストの増大に応じて相関度の基準値ＳＬを比例的に増大させ、コントラストが所定値を超えると、相関度の基準値ＳＬを一定値に保持する。

ウインドウシフト制限部２Ｄ（図１参照）は、例えば図５のグラフに実線で示すように、相関演算部２Ｅが先に相関演算を実行した測距エリア（例えば中央エリアＭ，Ｍ）内の相関値に有効極小値認定部２Ｇが認定した有効極小値ｍＭが存在する場合、この有効極小値ｍＭに対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量より所定量以上小さいシフト範囲（図５に砂地模様で示す領域）、換言すれば、有効極小値ｍＭに対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量に基づいて演算される距離より所定距離範囲以上遠方となる特定距離範囲については、他の測距エリア（例えば左エリアＬ，Ｌ）において相関演算部２Ｅが後で相関演算を実行する際に、ウインドウシフト部２ＦによるウインドウＷＬ，ＷＲのシフト操作を制限して相関演算の一部を省略させる。すなわち、左エリアＬ，Ｌに対応したウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲において、測距対象物Ｓまでの距離より所定量以上遠方となる初期位置側の範囲でのウインドウＷＬ，ＷＲのシフトを制限する。

ここで、ウインドウシフト制限部２Ｄ（図１参照）は、先に相関演算を実行した測距エリア内で認定された有効極小値（例えば中央エリアＭ，Ｍ内で認定された有効極小値ｍＭ（図５参照））が測距エラー判定部２Ｈ（図１参照）によりエラー判定された場合、前述した特定距離範囲（図５に砂地模様で示す領域）の相関演算の省略を解除するように構成されている。

測距エラー判定部２Ｈ（図１参照）による有効極小値のエラー判定は、（１）先に相関演算を実行した測距エリアにおいて有効極小値認定部２Ｇにより判定される測距対象物Ｓの画像のコントラストが低すぎる場合、（２）先に相関演算を実行した測距エリアにおいて相関演算部２Ｅによりセンサデータ格納部２Ｃから読み出される左右のセンサデータに差がある場合、（３）先に相関演算を実行した測距エリアにおいて相関演算部２Ｅにより相関演算された相関値に相互差が小さい２つ以上の極小値が存在する場合、（４）先に相関演算を実行した測距エリアにおいて相関演算部２Ｅにより相関演算された最小値を示す極小値と、これに対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量の前後２つのシフト量に対応する相関値との差が小さい場合などになされる。

また、ウインドウシフト制限部２Ｄは、前述した特定距離範囲を除く範囲について後に相関演算が実行された測距エリア内の相関値に前述した有効極小値が存在する場合、その測距エリアについて特定距離範囲の相関演算を実行させるように構成されている。例えば中央エリアＭ，Ｍの後に相関演算が実行される左エリアＬ，Ｌにおいて、図５に砂地模様で示す特定距離範囲を除いた範囲の相関演算の結果、有効極小値認定部２Ｇにより認定される有効極小値ｍＬが存在する場合、その左エリアＬ，Ｌついては、図５に砂地模様で示す特定距離範囲についても相関演算を実行させるように構成されている。左エリアＬ，Ｌの後に相関演算が実行される右エリアＲ，Ｒにおいても同様である。

以上のように構成された一実施形態の測距装置においては、ラインセンサユニット１の一対の測距用レンズ１Ａ−Ｌ，１Ａ−Ｒを通して一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの受光面に測距対象物Ｓの画像が結像されると、信号処理回路１Ｃは、測距演算装置２のラインセンサ制御部２Ａからの要求信号に応じて一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒから測距対象物Ｓの画像に応じた輝度信号を入力し、入力した輝度信号を積分（加算）処理することにより、相関演算用に使用するための一対のセンサデータを生成する。そして、測距演算装置２のセンサデータ格納部２Ｃが信号処理回路１Ｃにより生成された一対のセンサデータをＡ／Ｄ変換部２ＢによりＡ／Ｄ変換して入力し、これらのセンサデータをラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各セルの番号と関連付けたセンサデータとして格納する。

その後、測距演算装置２においては、図６〜図８に示すフローチャートの処理手順に沿って測距対象物Ｓまでの距離が演算される。まず、図６のメインルーチンのフローチャートに示すように、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの中央エリアＭ，Ｍ（図２参照）に結像された測距対象物Ｓの一対の画像のセンサデータに基づく中央エリアＭの距離算出処理が実行され（Ｓ１）、次に、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの左エリアＬ，Ｌ（図２参照）に結像された測距対象物Ｓの一対の画像のセンサデータに基づく左エリアＬの距離算出処理が実行され（Ｓ２）、続いて、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの右エリアＲ，Ｒ（図２参照）に結像された測距対象物Ｓの一対の画像のセンサデータに基づく右エリアＲの距離算出処理が実行される（Ｓ３）。

そして、次のステップＳ４では、ステップＳ１〜Ｓ３で算出された中央エリアＭにおける距離、左エリアＬにおける距離および右エリアＲにおける距離に基づいて測距対象物Ｓまでの最終的な距離を演算する最終測距処理が実行される。この最終測距処理では、中央エリアＭ、左エリアＬ、右エリアＲにおける算出距離のうち、最も近距離となった算出距離を基準として、この基準距離から予め遠方側へ設定された所定距離範囲にある他の測距エリアにおける算出距離との差をそれぞれ求め、得られたそれぞれの距離差の平均値を基準距離に加算して最終的な測距結果とする。

ここで、図６に示したステップＳ１〜Ｓ３のサブルーチンにおいては、図７のフローチャートに示すステップＳ１１〜Ｓ２３の処理が実行される。まず、図６のステップＳ１に示した中央エリアＭの距離算出処理において、図７に示すステップＳ１１では、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの中央エリアＭ，Ｍに結像された測距対象物Ｓの一対の画像を対象として、ウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲であるＤ＿Ｎｓｔａｒｔ〜ｎ最大値の範囲で相関演算が実行される。この場合、中央エリアＭは最初の測距エリアであるため、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値はシフト量の最小値であるｎ最小値となり、中央エリアＭ，Ｍに対応したウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲の全域にわたって相関演算が実行される。

続くステップＳ１２では、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔ≠ｎ最小値であるか否かが判定される。ここで、中央エリアＭではＤ＿Ｎｓｔａｒｔ＝ｎ最小値であるため、ＮＯと判定されてステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、極小値検出２として、ステップＳ１１で相関演算された範囲にある相関値の最小値、極小値、極小値の数、極小値に対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量が検出される。そして、これらの検出値に基づいて、次のステップＳ１７では測距演算用に有効な極小値が存在するか否かが判定される。

ステップＳ１７の判定処理には、図８に示すステップＳ３１〜Ｓ３４の一連の処理が含まれており、まず、ステップＳ３１では、極小値の数が１個以上であるか否かが判定され、判定結果がＹＥＳであって極小値が１個以上存在する場合には、次のステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、極小値が相関演算された範囲における最小値であるか否かが判定され、判定結果がＹＥＳであって極小値が最小値である場合には、次のステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、最小値を示す極小値を測距演算用に有効な有効極小値として認定するための相関度の基準値ＳＬが設定される（図５参照）。この基準値ＳＬは、図４に示すように、測距対象物Ｓの画像のコントラストに応じ、コントラストが所定の高い基準値に達するまでの間はコントラストの増大に応じて比例的に増大され、コントラストが基準値を超えると一定値に保持される。すなわち、基準値ＳＬは、測距対象物Ｓの画像のコントラストが高いときには高い値に設定され、コントラストが低いほど低い値に設定される。

ステップＳ３３に続くステップＳ３４では、最小値を示す極小値が相関度の基準値ＳＬより小さいか否かが判定される。判定結果がＹＥＳであって最小値を示す極小値が相関度の基準値ＳＬより小さい場合には、中央エリアＭに有効極小値ｍＭ（図５参照）が存在するものと認定されるため、図７に示したステップＳ１７の判定結果がＹＥＳとなり、次のステップＳ１８に進んで補間値演算が実行される。

一方、図８に示したステップＳ３１、ステップＳ３２、ステップＳ３４の判定結果がそれぞれＮＯであって有効な極小値が存在しない場合には、図７に示したステップＳ１７の判定結果がＮＯとなり、測距時間を短縮するためステップＳ１８〜ステップＳ２３の一連の処理を省略して図６のステップＳ１に示した中央エリアＭの距離算出処理を終了し、次のステップＳ２に進んで左エリアＬの距離算出処理が実行される。

このように、図６のステップＳ３３において設定される相関度の基準値ＳＬは、測距対象物Ｓの画像のコントラストが高いときには高い値に設定され、コントラストが低いほど低い値に設定されるため、図７のステップＳ１７の判定結果、すなわち、測距演算用に有効な極小値が存在するか否かの判定結果が測距対象物Ｓの画像のコントラストに影響されるという事態が解消される。従って、一実施形態の測距装置によれば、測距対象物Ｓの画像のコントラストの高低に拘わらず測距対象物Ｓまでの距離を適切に測定することが可能となる。

図７のステップＳ１７に続くステップＳ１８の補間値演算では、ステップＳ１７で認定された中央エリアＭの有効極小値ｍＭ（図５参照）と、この有効極小値に対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量の両側の２つのシフト量に対応する２つの相関値とを用いてシフト量の補間値を求める。

続くステップＳ１９では、前述した測距エラー判定部２Ｈ（図１参照）により測距エラーの有無が判定され、判定結果がＹＥＳであって測距エラーと判定された場合には、測距時間を短縮するためステップＳ１８〜ステップＳ２３の一連の処理を省略して図６に示したステップＳ１の処理を終了し、次のステップＳ２の処理に進む。

このように、ステップＳ１９で測距エラーの判定がなされると、後述するステップＳ２２によるＤ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値の更新がなされないため、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値はシフト量の最小値であるｎ最小値となる。その結果、後で相関演算が実行される左エリアＬにおいては、ウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲の全域にわたって相関演算が実行されることとなり、左エリアＬに存在する可能性のある有効極小値を確実に検出すことができ、この有効極小値に基づいて測距対象物までの距離を適切に演算することが可能となる。

一方、ステップＳ１９の判定結果がＮＯであって、測距エラーでない場合には、次のステップＳ２０に進んで測距エリアが最後に相関演算を実行する右エリアＲであるか否かが判定される。この場合、測距エリアが中央エリアＭであるため、ステップＳ２０の判定結果がＮＯとなって次のステップＳ２１に進む。

ステップＳ２１では、中央エリアＭの有効極小値ｍＭ（図５参照）に対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量ｘがステップＳ１１におけるＤ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値より所定量以上大きいか否かが判定される。そして、測距エリアが中央エリアＭであれば、シフト量ｘがＤ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値ｎ最小値より所定量以上大きい場合に判定結果がＹＥＳとなって次のステップＳ２２に進み、判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ２２を省略してステップＳ２３に進む。

ステップＳ２２では、中央エリアＭの後に相関演算が実行される左エリアＬにおおいて、その相関演算の一部を省略させるため、ウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲の開始位置であるＤ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値を（シフト量ｘ−所定量）に更新する。

続くステップＳ２３では、ステップＳ１８で求めたシフト量ｘに基づき、一対の測距用レンズ１Ａ−Ｌ，１Ａ−Ｒと一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒとの間隔、一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの中心間距離、一対のラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの各セルのピッチ間隔、温度条件などのパラメータを参照して中央エリアＭにおける測距対象物Ｓまでの距離を算出する。

そして、ステップＳ２３で中央エリアＭにおける測距対象物Ｓまでの距離が算出されると、図６のステップＳ１に示した中央エリアＭの距離算出処理が完了し、続いて、図６のステップＳ２に示した左エリアＬの距離算出処理が図７のフローチャートに沿って実行される。

まず、図７に示すステップＳ１１では、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの左エリアＬ，Ｌに結像された測距対象物Ｓの一対の画像を対象として、ウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲であるＤ＿Ｎｓｔａｒｔ〜ｎ最大値の範囲で相関演算が実行される。

ここで、前述した中央エリアＭの距離算出処理において、図７のステップＳ１７の判定結果がＮＯの場合、ステップＳ１９の判定結果がＹＥＳの場合およびステップＳ２１の判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ２２によるＤ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値の更新がなされないため、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値はシフト量の最小値であるｎ最小値となり、ステップＳ１１では、左エリアＬ，Ｌに対応したウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲の全域にわたって相関演算が実行される。また、この場合には、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔ＝ｎ最小値であるため、ステップＳ１２の判定結果がＮＯとなり、以後、ステップＳ１６〜Ｓ２３までの処理が前述した中央エリアＭにおける処理と同様になされる。

一方、前述した中央エリアＭの距離算出処理において、図７のステップＳ２２によりＤ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値が（シフト量ｘ−所定量）に更新されると、ステップＳ１１では、左エリアＬ，Ｌに対応したウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲において、（シフト量ｘ−所定量）〜ｎ最大値の範囲で相関演算が実行される。すなわち、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔを（シフト量ｘ−所定量）としたｎ最小値〜Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔ−１の範囲の相関演算（中央エリアＭにおいて算出された測距対象物Ｓまでの距離より所定量距離範囲以上遠方となる特定距離範囲の相関演算）が省略されるため（図５参照）、全体の測距時間が短縮される。

その後、ステップＳ１２では、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値が（シフト量ｘ−所定量）であってＤ＿Ｎｓｔａｒｔ≠ｎ最小値であるため、ＹＥＳと判定されて次のステップＳ１３からステップＳ１４へと進む。

ステップＳ１３では、極小値検出１として、ステップＳ１１で相関演算された範囲にある相関値の最小値、極小値、極小値の数、極小値に対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量が検出される。そして、これらの検出値に基づいて、次のステップＳ１４では測距演算用に有効な極小値が存在するか否かが判定される。

ステップＳ１４の判定処理には、図８に示すステップＳ３１〜Ｓ３４の一連の処理が含まれており、前述したステップＳ１７と同様にして左エリアＬに有効極小値ｍＬ（図５参照）が存在するか否かが判定される。そして、ステップＳ１４の判定結果がＮＯであって測距演算用に有効な極小値が左エリアＬに存在しない場合には、測距時間を短縮するためステップＳ１５〜ステップＳ２３の一連の処理を省略して図６のステップＳ２に示した左エリアＬの距離算出処理を終了し、次のステップＳ３に進んで右エリアＲの距離算出処理が実行される。

一方、ステップＳ１４の判定結果がＹＥＳであって測距演算用に有効な有効極小値ｍＬが左エリアＬに存在する場合には、次のステップＳ１５に進み、ステップＳ１１で相関演算が省略された特定距離範囲（図５参照）の相関演算が改めて実行される。すなわち、左エリアＬ，Ｌに対応したウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲において、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔを（シフト量ｘ−所定量）としたｎ最小値〜Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔ−１の範囲の相関演算が改めて実行される。このため、相関演算が省略された特定距離範囲に存在する可能性のある有効極小値を検出すことが可能となり、この有効極小値に基づいて測距対象物Ｓまでの距離を適切に演算することが可能となる。

ステップＳ１５の相関演算が終了すると、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１５で相関演算された範囲にある相関値の最小値、極小値、極小値の数、極小値に対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量が検出される。そして、これらの検出値に基づいて、次のステップＳ１７では左エリアＬの測距演算用に有効な極小値が存在するか否かが判定される。

以後、ステップＳ１８〜Ｓ２３までの処理が前述した中央エリアＭにおける処理と同様になされる。そして、ステップＳ２３で左エリアＬにおける測距対象物Ｓまでの距離が算出されると、図６のステップＳ２に示した左エリアＬの距離算出処理が完了し、続いて、図６のステップＳ３に示した右エリアＲの距離算出処理が図７のフローチャートに沿って実行される。

まず、図７に示すステップＳ１１では、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの右エリアＲ，Ｒに結像された測距対象物Ｓの一対の画像を対象として、ウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲であるＤ＿Ｎｓｔａｒｔ〜ｎ最大値の範囲で相関演算が実行される。

以後、この右エリアＲの距離算出処理においては、ステップＳ２０の判定結果がＹＥＳとなってステップＳ２１およびステップＳ２２の処理が省略される点を除き、前述した左エリアＬの距離算出処理と略同様に処理される。すなわち、先に相関演算が実施された中央エリアＭの距離算出処理におけるテップＳ１７、ステップＳ１９およびステップＳ２１の判定結果と、先に相関演算が実施された左エリアＬの距離算出処理におけるステップＳ１４、ステップＳ１７、ステップＳ１９およびステップＳ２１の判定結果とを反映した距離算出処理が行われる。

従って、右エリアＲの距離算出処理においては、中央エリアＭにエラー判定されない有効極小値ｍＭが存在する場合、その有効極小値ｍＭに基づく特定距離範囲の相関演算が省略される。同様に、左エリアＬにエラー判定されない有効極小値ｍＬが存在する場合、その有効極小値ｍＬに基づく特定距離範囲の相関演算が省略される。

一方、中央エリアＭおよび左エリアＬのいずれにも有効極小値が存在しない場合と、中央エリアＭに存在する有効極小値ｍＭおよび左エリアＬに存在する有効極小値ｍＬのいずれもがエラー判定された場合には、右エリアＲの距離算出処理における特定距離範囲の相関演算の省略が解除されるため、ステップＳ１１では、右エリアＲ，Ｒに対応したウインドウＷＬ，ＷＲのシフト範囲の全域にわたって相関演算が実行される。

なお、右エリアＲの距離算出処理において、中央エリアＭまたは左エリアＬのいずれかにエラー判定されない有効極小値が存在する場合には、そのエラー判定されない有効極小値に基づく特定距離範囲の相関演算が省略される。

以上説明したように、一実施形態の測距装置においては、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒの中央エリアＭ，Ｍ、左エリアＬ，Ｌ、右エリアＲ，Ｒの各測距エリアごとに相関演算された相関値のうち最小値を示す極小値を測距演算用に有効な有効極小値ｍＭ，ｍＬ（図５参照）として認定する際の相関度の基準値ＳＬが測距対象物Ｓの画像のコントラストに応じ、コントラストが高いときには高い値に設定され、コントラストが低いほど低い値に設定されるため、測距演算用に有効な有効極小値ｍＭ，ｍＬ（図５参照）の認定結果が測距対象物Ｓの画像のコントラストに影響されるという事態が解消されるのであり、測距対象物Ｓの画像のコントラストの高低に拘わらず測距対象物Ｓまでの距離を適切に測定することが可能となる。

また、先に相関演算を行った測距エリアである中央エリアＭ内に測距演算用に有効な有効極小値ｍＭが存在する場合、後に相関演算を実行する測距エリアとしての左エリアＬまたは右エリアＲの相関演算については、中央エリアＭの有効極小値ｍＭに対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量より所定量以上小さいシフト範囲、換言すれば、有効極小値ｍＭに基づいて演算される距離より所定距離範囲以上遠方となる特定距離範囲（図５参照）の相関演算が省略されるため、全体の測距時間が短縮される。

同様に、先に相関演算を行った測距エリアである左エリアＬ内に測距演算用に有効な有効極小値ｍＬが存在する場合には、後に相関演算を実行する測距エリアとしての右エリアＲの相関演算については、左エリアＬの有効極小値ｍＬに対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量より所定量以上小さいシフト範囲、換言すれば、有効極小値ｍＬに基づいて演算される距離より所定距離範囲以上遠方となる特定距離範囲（図５参照）の相関演算が省略されるため、全体の測距時間が短縮される。

なお、中央エリアＭに有効極小値ｍＭが存在し、左エリアＬにも有効極小値ｍＬが存在する場合、右エリアＲの相関演算については、中央エリアＭの有効極小値ｍＭに対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量または左エリアＬの有効極小値ｍＬに対応するウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量のいずれか大きい方のシフト量より所定量以上小さいシフト範囲、換言すれば、有効極小値ｍＭまたは有効極小値ｍＬに基づいて演算される最も近い距離より所定距離範囲以上遠方となる特定距離範囲の相関演算が省略される。

さらに、先に相関演算を実行した測距エリアである中央エリアＭ内に存在する有効極小値ｍＭがエラー判定された場合、少なくとも後に相関演算を実行する左エリアＬにおいては、エラー判定された有効極小値ｍＭに基づく特定距離範囲の相関演算の省略が解除されるため、左エリアＬの特定距離範囲に存在する可能性のある有効極小値を確実に検出すことが可能となり、この有効極小値に基づいて測距対象物Ｓまでの距離を適切に演算することが可能となる。

また、後に相関演算を実行する右エリアＲにおいては、先に相関演算を実行した中央エリアＭまたは左エリアＬ内に存在する有効極小値ｍＭまたは有効極小値ｍＬがエラー判定された場合、エラー判定された有効極小値ｍＭまたは有効極小値ｍＬに基づく特定距離範囲の相関演算の省略が解除されるため、特定距離範囲に存在する可能性のある有効極小値に基づいて測距対象物までの距離を適切に演算することが可能となる。

また、後に相関演算を実行する左エリアＬまたは右エリアＲにおいて、相関演算が省略された特定距離範囲を除く範囲について実行された相関演算の結果、有効極小値が存在する場合には、省略された特定距離範囲の相関演算が改めて実行されるため、省略された特定距離範囲に存在する可能性のある有効極小値を検出すことが可能となり、この有効極小値に基づいて測距対象物までの距離を適切に演算することが可能となる。

本発明は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒ上の中央エリアＭ、左エリアＬ、右エリアＲごとに相関演算を実行する順序は、中央エリアＭ→右エリアＲ→左エリアＬの順や、左エリアＬ→中央エリアＭ→右エリアＲの順など、宜変更することが可能である。

また、ラインセンサ１Ｂ−Ｌ，１Ｂ−Ｒ上の測距エリアは、中央エリアＭ、左エリアＬ、右エリアＲの３エリアに限らず、左中エリアＬＭおよび右中エリアＲＭを加えた５エリアとしてもよい。

本発明の一実施形態に係る測距装置の構成を示す模式図である。 図１に示したラインセンサとウインドウのシフト操作との関係を示す模式図である。 一対の測距対象物の画像の相関値とウインドウシフト量との関係を示すグラフである。 相関度の基準値ＳＬと測距対象物の画像のコントラストとの関係を示すグラフである。 一対の測距対象物の画像の相関値とウインドウシフト量との関係を有効極小値および相関演算が省略される特定距離範囲と共に示すグラフである。 図１に示した測距演算装置における処理手順を示すフローチャートである。 図６に示したステップＳ１〜Ｓ３のサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャートである。 図７に示したステップＳ１４およびステップＳ１７の詳細な処理手順を示すフローチャートである。 一対の測距対象物の画像の相関値とウインドウシフト量との関係を測距対象物の画像のコントラストの高低に関連して示すグラフである。 測距対象物が繰り返しの絵柄などの場合における一対の測距対象物の画像の相関値とウインドウシフト量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ラインセンサユニット
１Ａ−Ｌ 測距用レンズ
１Ａ−Ｒ 測距用レンズ
１Ｂ−Ｌ ラインセンサ
１Ｂ−Ｒ ラインセンサ
１Ｃ 信号処理回路
２ 測距演算装置
２Ａ ラインセンサ制御部
２Ｂ Ａ／Ｄ変換部
２Ｃ センサデータ格納部
２Ｄ ウインドウシフト制限部
２Ｅ 相関演算部
２Ｆ ウインドウシフト部
２Ｇ 有効極小値認定部
２Ｈ 測距エラー判定部
２Ｉ 距離演算部

Claims (2)

1. 測距対象物からの外光による一対の画像が結像された一対の受光センサの出力信号に基づいて測距エリアごとに順次相関演算を実行し、各測距エリアの相関演算により得られた相関値のうち最大の相関度を示す極小値に基づいて測距対象物までの距離を演算するパッシブ測距方式の測距装置であって、
   各測距エリアごとに相関演算された相関値のうち最小値を示す極小値を相関度の基準値と比較し、この基準値より小さい極小値を測距演算用に有効な有効極小値として認定する有効極小値認定手段と、
   各測距エリアごとに認定された有効極小値に基づいて測距対象物までの距離を演算する距離演算手段と、
   先に相関演算を実行した測距エリアに前記の有効極小値が存在する場合、後に相関演算を実行する測距エリアの相関演算については、前記の有効極小値に基づいて演算される最も近い距離より所定距離範囲以上遠方となる特定距離範囲の相関演算を省略させる相関演算制限手段とを備え、
   前記有効極小値認定手段は、前記測距対象物の画像のコントラストの高低に応じ、コントラストが高いときには前記相関度の基準値を高い値に設定し、コントラストが低いほど前記基準値を低い値に設定するように構成され、
   前記相関演算制限手段は、前記特定距離範囲を除く範囲について後に相関演算が実行された測距エリアに前記の有効極小値が存在する場合、その測距エリアについて前記特定距離範囲の相関演算を省略させることなく実行させるように構成されていることを特徴とする測距装置。
2. 前記相関演算制限手段は、先に相関演算を実行した測距エリアに存在する有効極小値がエラー判定された場合、エラー判定に係る有効極小値に基づく前記特定距離範囲の相関演算の省略を解除するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
   

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