JP4632640B2

JP4632640B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP4632640B2
Application number: JP2003293852A
Authority: JP
Inventors: 喜一三原; 秀夫吉田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-08-15
Filing date: 2003-08-15
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2023-08-15
Also published as: JP2005062039A; US20050036128A1; US7154589B2

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、逆光シーンや夜景を背景としたシーンなどの撮影に際し、ラインセンサの出力信号を積分したセンサデータに輝度分布が低輝度でかつ低コントラストの領域が含まれている場合、その領域にある被写体の測距を可能とするため、低輝度でかつ低コントラストの領域については、再度、ラインセンサの出力信号を積分する測距装置も知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−１４１９８７号公報

特許文献１に記載の測距装置においては、逆光シーンや夜景を背景としたシーンなどの撮影に際しても被写体の測距が可能となり、測距精度が向上する反面、低輝度でかつ低コントラストの領域について、再度、一対のラインセンサの出力信号を積分しているため、長い積分時間が加算されて測距時間が大幅に増大するという問題がある。

そこで、本発明は、低コントラストの被写体に対する測距精度を向上でき、かつ、その際の測距時間を短縮することが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、一対の受光センサの出力信号を積分処理して生成された一対のセンサデータがＡ／Ｄ変換されて入力されることで、入力されたセンサデータを相関演算用のセンサデータとして格納するセンサデータ格納手段を備え、このセンサデータ格納手段は、１回目にＡ／Ｄ変換されて入力された相関演算用のセンサデータに低コントラストのデータが含まれている測距エリアについて、少なくとも更に１回、既に積分処理して生成された一対のセンサデータが再度Ａ／Ｄ変換されて再入力されることで、再入力された相関演算用のセンサデータを１回目にＡ／Ｄ変換されて入力された相関演算用のセンサデータに加算処理して格納す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、センサデータ格納手段に対し１回目にＡ／Ｄ変換されて入力された相関演算用のセンサデータに低コントラストのデータが含まれている測距エリアについて、少なくとも更に１回、既に積分処理して生成された一対のセンサデータが再度Ａ／Ｄ変換されてセンサデータ格納手段に再入力されることで、センサデータ格納手段は、再入力された相関演算用のセンサデータを１回目にＡ／Ｄ変換されて入力された相関演算用のセンサデータに加算処理して格納する。そして、このセンサデータ格納手段に加算処理して格納されたセンサデータに基づいて相関演算および測距演算が実行されることにより、低コントラストの測距対象物に対する測距が可能となる。

また、低コントラストのセンサデータが含まれている測距エリアについて、センサデータを再度Ａ／Ｄ変換して加算処理する時間は、従来例のように、低輝度でかつ低コントラストの領域について、再度、一対のラインセンサの出力信号を積分する場合の積分時間に較べ、極めて短時間であるため、測距時間が大幅に短縮される。

本発明に係る測距装置においては、センサデータ格納手段に対し１回目にＡ／Ｄ変換されて入力されたセンサデータに低コントラストのデータが含まれている測距エリアについて、少なくとも更に１回、既に積分処理して生成された一対のセンサデータが再度Ａ／Ｄ変換されてセンサデータ格納手段に再入力されることで、センサデータ格納手段は、再入力された相関演算用のセンサデータを１回目にＡ／Ｄ変換されて入力された相関演算用のセンサデータに加算処理して格納する。そして、このセンサデータ格納手段に加算処理して格納されたセンサデータに基づいて相関演算および測距演算が実行されることにより、低コントラストの測距対象物に対する測距が可能となる。従って、逆光シーンや夜景を背景としたシーンなどの撮影時における測距精度を向上できる。

また、本発明において低コントラストのセンサデータが含まれている測距エリアについて、センサデータを再度Ａ／Ｄ変換して加算処理する時間は、従来例のように、低輝度でかつ低コントラストの領域について、再度、一対のラインセンサの出力信号を積分する場合の積分時間に較べ、極めて短時間であるため、測距時間を大幅に短縮することができる。

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、Ａ／Ｄ変換部２Ｂの他、センサデータ格納手段としてのセンサデータ格納部２Ｃ、相関演算部２Ｅ、ウインドウシフト部２Ｆ、有効極小値認定部２Ｇ、測距エラー判定部２Ｈ、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（図２参照）のシフト操作を制御する。

このウインドウシフト部２Ｆは、図２に示すように、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（図１参照）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。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（図２参照）、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部２Ｇによりラインセンサ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、相関度が最大となる最小極小値を予め設定された相関度の基準値ＳＬと比較する（図４参照）。そして、この基準値ＳＬより小さい最小極小値を測距演算に有効な有効極小値として各測距エリアごとに認定する。すなわち、中央エリアＭにおける有効極小値ｍＭ、左エリアＬおける有効極小値ｍＬ、右エリアＲおける有効極小値ｍＲ（図示省略）として認定する。

測距エラー判定部２Ｈ（図１参照）は、認定された有効極小値のエラー判定を行う。このエラー判定は、（１）センサデータ格納部２Ｃから読み出されるセンサデータが低輝度かつ超低コントラストのデータである場合、（２）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）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）相関演算部２Ｅにより相関演算された最小極小値と、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。

ここで、前述したセンサデータ格納部２Ｃは、図５に示すように、センサデータＳＤＬ６，ＳＤＬ７，ＳＤＬ８，ＳＤＬ９……の１つおきの２画素差分データ（１２８＋ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（１２８＋ＳＤＬ７−ＳＤＬ９）……と、センサデータＳＤＲ６，ＳＤＲ７，ＳＤＲ８，ＳＤＲ９……の１つおきの２画素差分データ（１２８＋ＳＤＲ６−ＳＤＲ８）……とを生成し、これらの２画素差分データ（１２８＋ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（１２８＋ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（１２８＋ＳＤＬ７−ＳＤＬ９）……を相関演算用のセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……として格納する。

また、センサデータ格納部２Ｃは、前述の２画素差分データから測距対象物Ｓの画像の輝度およびコントラストの高低を認識する。そして、このセンサデータ格納部２Ｃは、信号処理回路１ＣからＡ／Ｄ変換部２Ｂを介して１回目にＡ／Ｄ変換して入力したセンサデータＳＤＬ６〜２２９，ＳＤＲ６〜２２９に低輝度かつ低コントラストのデータが含まれている場合、その低輝度かつ低コントラストのセンサデータが含まれている測距エリアについて、少なくとも更に１回、センサデータを信号処理回路１ＣからＡ／Ｄ変換して入力し、入力したセンサデータと１回目にＡ／Ｄ変換して入力した低輝度かつ低コントラストのセンサデータとを加算処理するように構成されている。

すなわち、図５に示すように、センサデータ格納部２Ｃは、１回目にＡ／Ｄ変換部２Ｂから入力したセンサデータＳＤＬ６〜２２９，ＳＤＲ６〜２２９の２画素差分データであるセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……に低輝度かつ低コントラスト（超低コントラストを除く）のデータが含まれている場合、その低輝度かつ低コントラストの２画素差分データＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……の基礎となるセンサデータが含まれている測距エリアについて、センサデータを信号処理回路１ＣからＡ／Ｄ変換部２Ｂを介して少なくとも更に１回入力し、再度、２画素差分データ（ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（ＳＤＬ７−ＳＤＬ９），……を生成する。そして、これらの２画素差分データ（ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（ＳＤＬ７−ＳＤＬ９），……と、１回目に生成した２画素差分データであるセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……とを加算し、その加算されたデータを相関演算用のセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……として再度格納する。

なお、低輝度かつ低コントラストのセンサデータを再度Ａ／Ｄ変換して入力し、これを加算処理する必要回数は、センサデータの低コントラストの程度に応じて１〜数回に設定される。

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。

その後、測距演算装置２においては、図６に示すメインルーチンの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、信号処理回路１Ｃにより生成されたセンサデータがＡ／Ｄ変換部２ＢによりＡ／Ｄ変換されてセンサデータ格納部２Ｃに入力され、このセンサデータが相関演算用のセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……としてセンサデータ格納部２Ｃに格納される（Ｓ１）。

次に、センサデータ格納部２Ｃに格納されたセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……に基づき、始めにラインセンサ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る（Ｓ２）。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（Ｓ３）、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（Ｓ４）。

そして、次のステップＳ５では、ステップＳ２〜Ｓ４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に示すステップＳ１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Ｓ１０〜１９の処理が実行される。まず、ステップＳ１０では、信号処理回路１Ｃにより生成された一対のセンサデータがＡ／Ｄ変換部２ＢによりＡ／Ｄ変換されて入力されることにより、センサデータＳＤＬ６〜２２９，ＳＤＲ６〜２２９としてセンサデータ格納部２Ｃに格納される。

続くステップＳ１１では、センサデータ格納部２Ｃに保持されたセンサデータＳＤＬ６〜２２９，ＳＤＲ６〜２２９に基づき、２画素差分データ（１２８＋ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（１２８＋ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（１２８＋ＳＤＬ７−ＳＤＬ９）……がセンサデータ格納部２Ｃにより生成され（図５参照）、この２画素差分データが相関演算用のセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……としてセンサデータ格納部２Ｃに格納される。

その後、測距対象物Ｓの画像の輝度が低輝度であるか否かが判定される（Ｓ１２）。この判定結果がＹＥＳであって測距対象物Ｓの画像の輝度が低輝度であると、続いて測距対象物Ｓの画像のコントラストの高低が判定される（Ｓ１３）。これらの判定は、センサデータ格納部２Ｃにより、相関演算用のセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……として格納された２画素差分データに基づいてなされる。

ステップＳ１３の判定結果が「低」であって、信号処理回路１Ｃから１回目にＡ／Ｄ変換部２Ｂを介して入力されたセンサデータＳＤＬ６〜２２９，ＳＤＲ６〜２２９の２画素差分データであるセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……に低輝度かつ低コントラストのデータが含まれている場合には、その低輝度かつ低コントラストの２画素差分データＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……の基礎となるセンサデータが含まれている測距エリアについて、センサデータを信号処理回路１ＣからＡ／Ｄ変換部２Ｂを介して再度入力し、その２画素差分データを加算処理する一連の処理の必要回数Ｎがセンサデータ格納部２Ｃにより設定される（Ｓ１４）。

また、ステップＳ１３の判定結果が「超低」であって、測距対象物Ｓの画像のコントラストが極めて低い場合には、測距対象物Ｓの測距が不能であるため、測距エラーの処理が実行され（Ｓ１５）、その後、図６に示したステップＳ１のサブルーチンが終了となる。

なお、前述したステップＳ１２の判定結果がＮＯの場合およびステップＳ１３の判定結果が「高」の場合には、そのまま図６に示したステップＳ１のサブルーチンが終了となる。

ステップＳ１４に続くステップＳ１６では、低輝度かつ低コントラストのセンサデータが含まれている測距エリアについて、センサデータを信号処理回路１ＣからＡ／Ｄ変換部２Ｂを介して再度入力することにより、２画素差分データ（ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（ＳＤＬ７−ＳＤＬ９），……がセンサデータ格納部２Ｃにより生成されて格納される。

続くステップＳ１７では、再度生成された低輝度かつ低コントラストの２画素差分データ（ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（ＳＤＬ７−ＳＤＬ９），……と、１回目に生成された低輝度かつ低コントラストの２画素差分データであるセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……とが加算処理される。そして、加算されたセンサデータが相関演算に使用可能なセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……として再度格納される。

ステップＳ１６およびステップＳ１７の一連の処理が１回実行されと、続くステップＳ１８では、ステップＳ１４で設定された必要回数Ｎから１を減算して残りの必要回数Ｎとする。そして、続くステップＳ１９では、必要回数Ｎが０となったか否かが判定され、判定結果がＮＯであって必要回数Ｎが残っている場合にはステップＳ１６に戻り、判定結果がＹＥＳとなると、図６に示したステップＳ１のサブルーチンが終了となる。

ここで、図８は、ステップＳ１０において生成されたセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……（１回目読出値）と、ステップＳ１６において生成された２画素差分データ（ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（ＳＤＬ７−ＳＤＬ９），……（２回目読出値）と、ステップＳ１７において加算処理された１回目読出値と２回目読出値との加算値をそれぞれ示している。

図８に示すように、１回目読出値には、中央エリアＭを除く左エリアＬおよび右エリアＲに低輝度かつ低コントラストのデータが含まれている。そこで、左エリアＬおよび右エリアＲのみに対応した２画素差分データ（ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（ＳＤＬ７−ＳＤＬ９），……が２回目読出値として生成される。その結果、中央エリアＭを除く左エリアＬおよび右エリアＲにおける１回目読出値と２回目読出値との加算値は、値が倍増されて測距用のセンサデータとして使用可能となる。

一方、図６に示すステップＳ２〜Ｓ４のサブルーチンにおいては、図９のフローチャートに示すステップＳ２０〜２５の処理が実行される。まず、図６のステップＳ２に示した中央エリアＭの距離算出処理において、図９に示すステップＳ２０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。なお、Ｄ＿Ｎｓｔａｒｔの初期値はシフト量の最小値であるｎ最小値であり、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Ｓ２１では、極小値検出として、ステップＳ２０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Ｓ２２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Ｓ２２の判定処理には、図１０に示すステップＳ２２Ａ〜Ｓ２２Ｄの一連の処理が含まれており、まず、ステップＳ２２Ａ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Ｓ２２Ｂに進む。

ステップＳ２２Ｂ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Ｓ２２Ｃに進む。

ステップＳ２２Ｃ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。なお、この基準値ＳＬは、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Ｓ２２Ｃに続くステップＳ２２Ｄ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４参照）が存在するものと認定されるため、図９に示したステップＳ２２の判定結果がＹＥＳとなり、次のステップＳ２３に進んで補間値演算が実行される。

一方、図１０に示したステップＳ２２Ａ、ステップＳ２２Ｂ、ステップＳ２２Ｄ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９に示したステップＳ２２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Ｓ２３〜ステップＳ２５の一連の処理を省略して図６のステップＳ２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Ｓ３に進んで左エリアＬの距離算出処理が実行される。

図９のステップＳ２２に続くステップＳ２３の補間値演算では、ステップＳ２２で認定された中央エリアＭの有効極小値ｍＭ（図４参照）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、これを有効極小値に対応したウインドウＷＬ，ＷＲのシフト量ｘとする。

続くステップＳ２４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次のステップＳ２５の処理を省略して図６に示したステップＳ２の処理を終了し、次のステップＳ３の処理に進む。

一方、ステップＳ２４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Ｓ２５に進んで距離算出が実行される。すなわち、ステップＳ２３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までの距離が算出される。

そして、ステップＳ２５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Ｓ２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Ｓ３に示した左エリアＬの距離算出処理、ステップＳ４に示した右エリアＲの距離算出処理が図９のフローチャートに沿って順次実行される。

以上説明したように、一実施形態の測距装置においては、信号処理回路１ＣからＡ／Ｄ変換部２Ｂを介しＡ／Ｄ変換されて１回目にセンサデータ格納部２Ｃに入力されたセンサデータＳＤＬ６〜２２９，ＳＤＲ６〜２２９に低輝度かつ低コントラストのデータが含まれている場合、その低輝度かつ低コントラストのセンサデータが含まれている測距エリアについて、センサデータが信号処理回路１ＣからＡ／Ｄ変換部２ＢによりＡ／Ｄ変換されて再度入力され、入力されたセンサデータの２画素差分データ（ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（ＳＤＬ７−ＳＤＬ９），……が２回目読出値として生成される。そして、この２回目読出値として再度生成された２画素差分データ（ＳＤＬ６−ＳＤＬ８），（ＳＤＲ６−ＳＤＲ８），（ＳＤＬ７−ＳＤＬ９），……と、１回目に生成された２画素差分データであるセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……とが加算処理される。

その結果、低輝度かつ低コントラストのデータの値が倍増されて相関演算に使用可能となる。そして、加算処理されたセンサデータＳＤＬ７，ＳＤＲ７，ＳＤＬ８，……に基づいて相関演算部２Ｅによる相関演算および距離演算部２Ｉによる距離演算が実行されることにより、低輝度かつ低コントラストの測距対象物Ｓに対する測距が可能となる。従って、逆光シーンや夜景を背景としたシーンなどの撮影時における測距精度を向上できる。

また、低輝度かつ低コントラストのセンサデータが含まれている測距エリアについて、センサデータを再度Ａ／Ｄ変換して加算処理する時間は、従来例のように、低輝度でかつ低コントラストの領域について、再度、一対のラインセンサの出力信号を積分する場合の積分時間に較べ、極めて短時間であるため、測距時間を大幅に短縮することができる。

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度を示す相関値とウインドウのシフト量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度を示す相関値とウインドウのシフト量との関係を相関度の基準値ＳＬと共に示すグラフである。図１に示したセンサデータ格納部の機能を示す模式図である。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Ｓ１７の加算処理を説明するグラフである。図６に示したステップＳ２〜Ｓ４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９に示したステップＳ２２の詳細な処理手順を示すフローチャートである。

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
２ＢＡ／Ｄ変換部
２Ｃセンサデータ格納部
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

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、
前記一対の受光センサの出力信号を積分処理して生成された一対のセンサデータがＡ／Ｄ変換されて入力されることで、入力されたセンサデータを相関演算用のセンサデータとして格納するセンサデータ格納手段を備え、
前記センサデータ格納手段は、１回目にＡ／Ｄ変換されて入力された相関演算用のセンサデータに低コントラストのデータが含まれている測距エリアについて、少なくとも更に１回、既に積分処理して生成された一対のセンサデータが再度Ａ／Ｄ変換されて再入力されることで、再入力された相関演算用のセンサデータを１回目にＡ／Ｄ変換されて入力された相関演算用のセンサデータに加算処理して格納するように構成されていることを特徴とする測距装置。