JP6410198B1 - 測距システム、および、移動体システム - Google Patents

Abstract

【課題】一つの撮像素子における撮像領域を測距精度の高い領域と比較的低い領域に分け高精度に測距を行う領域を設ける。【解決手段】光学系１２２を有する撮像装置１２０と、撮像素子１２１から取得した画像データに基づき対象物までの距離を算出する測距部１０５とを備え、光学系１２２は、正面部分の領域である第一領域の解像度が側方部分である第二領域の解像度よりも高くなるように撮像面に結像させることのできる形状を有し、回転非対称な自由曲面レンズ１２３を備え、第一領域と第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、自由曲面レンズ１２３は、垂直方向において、第一領域の中心から所定の第一距離の位置における解像度と、水平方向において、第一領域の中心から前記第一距離の位置における解像度とが異なるように結像させることのできる形状である。【選択図】図１１

Description

本開示は、所定の領域の像を示す画像データに基づき距離を算出する測距システム、および、当該測距システムを備えた移動体システムに関する。

特許文献１には、感光フィルムに結像する光学系の一部を歪ませて、当該歪んだ部分を他の部分よりも高解像度とし、像を再生する際は相補的な光学系を用いて相似の像を再生する方法、および、装置が記載されている。

特開昭５９−０１５２３９号公報

昨今、自動車の分野などで、安全性能や利便性能の向上を目的として車両前方を撮像している撮像装置から得られる画像データに基づき前方の車や障害物までの距離を測定し、距離に対応して車両の制御を行うことが行われている。さらに、別の撮像装置をさらに搭載して側方を撮像し、人や自転車の飛び出しなどを検知することも提案されており、自動運転化や安全アセスメント機関の評価結果の影響力の高まりから今後も世界の国・企業が注力する領域で、検知範囲の拡大・検知精度の向上が大きな流れとなっている。

このように、車両に搭載する撮像装置の数を増加させることによって種々の目的に対応させることができるが、撮像装置自体にかかるコストが大きな課題となる他、データを送信するための配線を含む撮像装置の取り付け位置の確保が困難となり、デザイン性が損なわれ、車両軽量化の妨げにもなる。一方、従来技術のように、単に球面レンズの一部を球面的に歪ませて部分的に解像度の高い像を得るだけでは、広範囲にわたって画像データを取得しつつ前方の測距を正確に行うなど柔軟な対応は困難である。

以下、自由曲面レンズを用いることにより所望の解像度を実現できる領域を複数箇に設け、それぞれの領域を所望の精度で測距することができる測距システム、および、当該測距システムを備えた移動体システムを開示する。

本開示にかかる測距システムは、複数の撮像画素が行列状に配置される撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に所定の領域の像を結像させる光学系とを有する撮像装置と、前記撮像素子から取得した画像データに基づき対象物までの距離を算出する測距部とを備え、前記光学系は、単位画角に含まれる像を撮像する前記撮像画素の数の全体の前記撮像画素の数に対する割合を解像度とした場合に、前記領域の正面部分の領域である第一領域の解像度が側方部分である第二領域の解像度よりも高くなるように前記撮像面に結像させることのできる形状を有し、回転非対称な自由曲面レンズを備え、前記撮像素子において、前記第一領域と前記第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、回転非対称な前記自由曲面レンズは、垂直方向において、前記第一領域の中心から所定の第一距離の位置における解像度と、水平方向において、前記第一領域の中心から前記第一距離の位置における解像度とが異なるように結像させることのできる形状である。

また、本開示に係る移動体システムは、複数の撮像画素が行列状に配置される撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に所定の領域の像を結像させる光学系とを有する撮像装置と、前記撮像装置が取り付けられ、空間を移動する移動体と、前記撮像素子から取得した画像データに基づき対象物までの距離を算出する測距部とを備え、前記光学系は、単位画角に含まれる像を撮像する前記撮像画素の数の全体の前記撮像画素の数に対する割合を解像度とした場合に、前記領域の正面部分の領域である第一領域の解像度が側方部分である第二領域の解像度よりも高くなるように前記撮像面に結像させることのできる形状を有し、回転非対称な自由曲面レンズを備え、前記撮像素子において、前記第一領域と前記第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、回転非対称な前記自由曲面レンズは、垂直方向において、前記第一領域の中心から所定の第一距離の位置における解像度と、水平方向において、前記第一領域の中心から前記第一距離の位置における解像度とが異なるように結像させることのできる形状である。

以上のように、本開示の測距システム、および、移動体システムは、自由曲面レンズを用いることで領域毎に所望の性能で測距を行うことが可能となる。

図１は、水平面において、車両に取り付けられた撮像装置の解像度の異なる領域を示す図である。 図２は、移動体システムの機構部と機能部とを示すブロック図である。 図３は、第二光軸を含む垂直面で第二光学系を仮想的に切断した断面を示す構成図である。 図４は、第二光学系を用いて解像度を説明するための図である。 図５は、第二光学系を用いたアプリケーション別の測距距離、誤差、および各水平画角における画素配分を説明するための図である。 図６は、測距方法の一例を模式的に示す図である。 図７は、第一領域における測距部の算出結果を示すグラフである。 図８は、第二領域における測距部の算出結果を示すグラフである。 図９は、第六領域における測距部の算出結果を示すグラフである。 図１０は、第七領域における測距部の算出結果を示すグラフである。 図１１は、自由曲面レンズを備えた光学系により撮像素子に結像させた像の一例を示す図である。 図１２は、図１１に示した水平方向の矢印に対応した解像度を示すグラフである。 図１３は、図１１に示した垂直方向の矢印に対応した解像度を示すグラフである。 図１４は、他の形状の自由曲面レンズを備えた光学系により撮像素子に結像させた像の一例を示す図である。 図１５は、図１４に示した水平方向の矢印に対応した解像度を示すグラフである。 図１６は、図１４に示した水平方向の矢印に対応した解像度を示すグラフである。

次に、本開示に係る測距システム、および、移動体システムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本開示に係る測距システム、および、移動体システムの一例を示したものに過ぎない。従って本開示は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が確定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本開示のために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、水平面において、車両に取り付けられた撮像装置の解像度の異なる領域を示す図である。なお同図において、図の煩雑さを回避するため、一つの撮像装置についてのみ解像度の異なる領域を破線で示しているが、他の撮像装置も同様に解像度が異なる領域を備えている。

図２は、移動体システムの機構部と機能部とを示すブロック図である。

これらの図に示すように、移動体システム２００は、移動体２０１に取り付けられており、測距システム１００を含み、移動体２０１の通常の移動方向の前方の領域の像を画像データとして取得し、像中の対象物までの距離を算出することができるシステムであって、移動体２０１と、撮像装置と、測距部１０５と、報知装置２０２とを備えている。本実施の形態の場合、撮像装置には、第一撮像装置１１０、第二撮像装置１２０が含まれている。

［移動体２０１］
移動体２０１は、撮像装置が取り付けられた状態で空間を移動する装置である。本実施の形態の場合、移動体２０１は、人を乗せて道路上を移動することができる自動車などの車両である。

［撮像装置］
撮像装置は、移動体２０１の通常の走行方向の前側、例えば、フロントガラスの内側上部に取り付けられ、移動体の前方領域に含まれる先行車などの対象物の像を画像データに変換することができる装置であり、撮像素子と、光学系とを備えている。本実施の形態の場合、移動体システム２００が備える測距システム１００は、撮像装置として１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下の範囲から選定される間隔で水平方向（図中左右方向）に離れて配置される第一撮像装置１１０と、第二撮像装置１２０とを備えており、第一撮像装置１１０と第二撮像装置１２０との視差に基づき対象物までの距離を算出するシステムとなっている。

［撮像素子］
撮像素子は、光学的に撮像面に結ばれた像を行列状に並んで配置される複数の撮像画素により画像データに変換することができる素子であり、例えばＣＭＯＳやＣＣＤなどのいわゆるイメージングセンサである。本実施の形態の場合、各撮像装置は、撮像素子として、第一撮像素子１１１、第二撮像素子１２１をそれぞれ備えている。

本実施の形態の場合、撮像素子は、アスペクト比が１６：９の２Ｍセンサーであり、垂直方向（図中上下方向）に配置される撮像画素の数は１０８０、水平方向（図中左右方向）に配置される撮像画素の数は１９２０である。

なお、撮像素子のアスペクト比、および、撮像画素の数は特に上記に限定されるわけではなく、任意のアスペクト比、および、撮像画素の数を選択しうる。

［光学系］
光学系は、撮像素子の撮像面に所定の領域の像を結像させる装置であり、複数のレンズや絞り、フィルターなどの組み合わせにより構成されるものである。また、光学系が備える複数のレンズの少なくとも１つは、自由曲面レンズである。本実施の形態の場合、各撮像装置は、光学系として、第一光学系１１２、第二光学系１２２をそれぞれ備えている。

以下、第二光学系１２２を例として光学系を具体的に説明する。第一光学系１１２も第二光学系と同様である。

図３は、第二光軸を含む垂直面で第二光学系を仮想的に切断した断面を示す構成図である。

図４は、第二光学系を用いて解像度を説明するための図である。

図５は、第二光学系を用いたアプリケーション別の測距距離、誤差、および各水平画角における画素配分を説明するための図である。

本実施の形態では自動車アセスメントが導入を予定している評価試験及び国際的に議論がなされている自動運転に向けての要求性能からアプリケーション別の画角・測距距離・誤差を設定し、実現可能な解像度を規定した。

これらの図に示すように、第二光学系１２２は、第二撮像素子１２１の撮像面に移動体２０１の前方の領域に含まれる像を結像させる装置である。本実施の形態の場合、第二光学系１２２の全体の水平画角は、１６０°以上、１８０°以下の範囲から選定されるいわゆる広角レンズである。

また、第二光学系１２２は、解像度が相互に異なる領域として第一領域３０１、第二領域３０２、第六領域３０３、第七領域３０４の四つの領域を実現することができる形状の自由曲面レンズ１２３、１２４を組み合わせて備えている。本実施の形態の場合、第一領域３０１から第七領域３０４まで、段階的に解像度が低くなるような形状の自由曲面レンズ１２３、１２４が採用されている。

また、第二光学系１２２は、前方の矩形の領域をできる限り歪ませることなく矩形の状態で第二撮像素子１２１の撮像面に結像することができるものとなっている。

ここで、解像度とは、単位画角である１°に含まれる像を撮像する撮像画素の数の全体の撮像画素の数に対する割合を意味している。

つまり、本実施の形態で例示すれば、第一領域３０１の水平画角は１５°であり、この画角に含まれる像は水平撮像画素の数７５０ｐｉｘで撮像される。全体の水平撮像画素の数は、１９２０ｐｉｘであるので、解像度は（７５０／１９２０）×１００／１５＝２．６となる。

また、第二領域３０２の水平画角は、第一領域３０１の左右の側方にそれぞれ１７．５°、合計３５°であり、この画角に含まれる像は水平撮像画素の数８８０ｐｉｘで撮像される。全体の水平撮像画素の数は、１９２０ｐｉｘであるので、解像度は（８８０／１９２０）×１００／３５＝１．３となる。

また、第六領域３０３の水平画角は、第二領域３０２の左右にそれぞれ３５°、合計７０°であり、この画角に含まれる像は水平撮像画素の数２００ｐｉｘで撮像される。全体の水平撮像画素の数は、１９２０ｐｉｘであるので、解像度は（２００／１９２０）×１００／７０＝０．１５となる。

また、第七領域３０４の水平画角は、第六領域３０３の左右にそれぞれ２５°、合計５０°であり、この画角に含まれる像は水平撮像画素の数９０ｐｉｘで撮像される。全体の水平撮像画素の数は、１９２０ｐｉｘであるので、解像度は（９０／１９２０）×１００／５０＝０．１となる。

また、自由曲面レンズ１２３、１２４を含む第二光学系１２２が実現する第一領域３０１は、第二光軸１２９を含んでおり、さらに、水平面において第二光軸１２９に対して対称となっている。

ここで、光軸とは、原則、撮像素子の撮像面の中央（中心）を通過し、撮像面に垂直な仮想線である。なお、光学系が光を反射するミラーやプリズムなどを備えている場合は、光軸は反射によって屈曲する。

なお、本願の解像度が高いとは、主として球面レンズからなる光学系と平面の撮像素子の組み合わせによって発生する解像度との相違、つまり光軸から最も遠い部分の解像度に対する光軸近傍部の解像度の高さを相対比較した際に解像度が高いことを意味している。

また、自由曲面レンズとは、結像のために光を屈折させる面が、非円弧状、且つ回転対称ではないレンズである。なお、シリンドリカルレンズも円弧状レンズの一種として、自由曲面レンズとは異なるレンズとする。自由曲面レンズとしては例えば、第二自由曲面レンズ１２３は、第二光軸１２９と第一軸（左右軸）とを含む面（水平面）で仮想的に切断した断面の形状と、図３に示すように、第二光軸１２９および第一軸と直交する第二軸（上下軸）と第二光軸１２９とを含む面（垂直面）で仮想的に切断した断面の形状とが異なり、かつ、いずれも真円の一部ではない非円弧となっている。

また、回転非対称な自由曲面レンズを別の方法で表現すると、自由曲面レンズを備える光学系の結像対象である撮像素子において、自由曲面レンズによって結像する第一領域と第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、垂直方向において、第一領域の中心から所定の第一距離の位置における解像度と、水平方向において、第一領域の中心から第一距離の位置における解像度とが異なるように結像させることのできる形状を備えたレンズが自由曲面レンズである。

また、自由曲面レンズの材質は、特に限定されるものではないが、ガラスや樹脂などを例示することができる。自由曲面レンズの製造方法も特に限定されるものではないが、例えば、金型などの型を用いて自由曲面レンズを成形する製造方法を例示することができる。

［測距部１０５］
測距部１０５は、撮像装置の撮像素子からインターフェース１０６を介して取得した画像データに基づき対象物までの距離を算出する処理部である。

図６は、測距方法の一例を模式的に示す図である。

図７〜図１０は、各領域における測距部の算出結果を示すグラフである。

図６に示すように本実施の形態の場合、測距部１０５は、所定の距離をおいて配置される第一撮像装置１１０、および、第二撮像装置１２０から得られる撮像データから対象物の視差を算出し、三角測量の原理で距離を算出する。

この際、遠方に存在する画角１５°以内の範囲の前方対象物４０１は、解像度の高い第一領域３０１で撮像データが得られ、高い精度で視差を算出できるため、球面レンズを用いた光学系による測距精度に対し、測距精度が高くなる。つまり、狭い画角の像を他の領域よりも多くの割合の撮像画素で撮像しているため視差の誤差を小さくでき、高い測定精度を実現している。これは、側方対象物４０２の測定する際の解像度を低下させることにより実現している。

具体的には、第一撮像装置１１０の第一光軸１１９と第二撮像装置１２０の第二光軸１２９との距離が２４０ｍｍであり、測距部１０５の視差の画素分解能が０．１ｐｉｘの場合、図７に示すように、画角１５°以内の範囲の前方対象物は、第一領域３０１において撮像でき、その結果、１６０ｍ遠方の対象物は球面レンズを用いた従来の場合の測距精度が±２６％であるのに対し、本実施の形態の場合では、±５％となっている。すなわち本実施の形態の場合は、１６０ｍ遠方の対象物に関して５％の８ｍの分解能で測距が可能となる。

同様に図８に示すように、画角１５°〜５０°の範囲の対象物は、第二領域３０２において撮像でき、その結果、８０ｍ遠方の対象物は球面レンズを用いた従来の場合の測距精度が±１２％であるのに対し、本実施の形態の場合では、±５％となっている。すなわち本実施の形態の場合は、８０ｍ遠方の対象物に関して５％の４ｍの分解能で測距が可能となる。

同様に図９に示すように、画角５０°〜１２０°の範囲の対象物は、第六領域３０３において撮像でき、その結果、８ｍ遠方の対象物は球面レンズを用いた従来の場合の測距精度が±１．２％であるのに対し、本実施の形態の場合では、±５％となっている。すなわち本実施の形態の場合は、８ｍ遠方の対象物に関して５％の０．４ｍの分解能で測距が可能となる。

同様に図１０に示すように、画角１２０°〜１７０°の範囲の対象物は、第七領域３０４において撮像でき、その結果、５ｍ遠方の対象物は球面レンズを用いた従来の場合の測距精度が±０．７％であるのに対し、本実施の形態の場合では、±５％程度となっている。すなわち本実施の形態の場合は、５ｍ遠方の対象物に関して５％の０．２５ｍ程度の分解能で測距が可能となる。

以上のように、本実施の形態の測距システム１００は、撮像領域の側方部分に存在する対象物の測距精度を落すことにより、正面部分に存在する対象物の測距精度を向上させることができる形状の自由曲面レンズを備えている。

換言すると、本実施の形態の測距システム１００は、正面遠方の測距精度と側方近傍の測距精度を同程度にすることができる形状の自由曲面レンズを備えている。

これにより、直進する移動体２０１の走行径路内に存在する対象物については遠方に至るまで高い精度で測距を行うことができ、遠方の状況を正確に把握して追突などの事故を回避する制御を早期に実施することが可能となる。一方、移動体２０１の走行経路外の領域については、移動体２０１の走行経路に侵入する恐れのある他の移動体や人などを同じ撮像装置で検出することが可能となる。また、移動体２０１が曲がる方向に存在する障害物を同じ撮像装置で検出することが可能となる。

［報知装置２０２］
報知装置２０２は、測距部１０５により算出された対象物までの距離に基づき移動体に情報を報知する装置である。

例えば、報知装置２０２は、前方の移動体２０１との距離が所定の範囲よりも長くなれば移動体２０１の速度を上げるための情報を移動体２０１にデータとして報知し、短くなれば移動体２０１の速度を下げるための情報を移動体２０１にデータとして報知する。

これにより、十分な車間距離を保ちつつ正確に先行車両に追随する制御を行うことが可能となる。

また、報知装置２０２が運転者へ報知する方法としては、スピーカから発する音によってアラートする場合や、カーナビゲーションシステムの画面やＨＵＤ(ヘッドアップディスプレイ)などに警告マークなど表示して視覚的にアラートする場合を例示できる。

以上のように、測距システム１００、および、移動体システム２００に採用される自由曲面レンズの形状によれば、移動体２０１に搭載される撮像装置の数を抑制しつつ、広い領域の画像データを取得することができ、かつ、所望の方向の領域について他の領域よりも解像度を高くして遠方まで正確に測距を行う事が可能となる。

なお、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本開示の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本開示の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本開示に含まれる。

上記実施の形態では、解像度を具体的に説明したが、これらは以下に示す所定の範囲内であればよい。

また、第一領域３０１の解像度は、２以上から選定され、第二領域３０２の解像度が０．７以上、２未満から選定され、第六領域３０３の解像度が０．１３以上、０．７未満から選定され、第七領域３０４の解像度が０より大きく、０．１３未満から選定されても構わない。これらの解像度は、本実施例にて例示した第一領域３０１の解像度２．６及び第二領域３０２の解像度１．３の略中央値２を第一領域３０１と第二領域３０２の境界値とした。本実施例にて例示した第二領域３０２の解像度１．３及び第六領域３０３の解像度０．１５の略中央値０．７を第二領域３０２と第六領域３０３の境界値とした。本実施例にて例示した第六領域３０３の解像度０．１５及び第４領域３０４の解像度０．１の略中央値０．１３を第六領域３０３と第七領域３０４の境界値とした。

また、自由曲面レンズは、第一領域３０１など各領域内において一定の解像度でなく、各領域内で徐々に変化するような形状であっても構わない。

また、上記実施の形態では、水平面における解像度の相違のみに言及したが、自由曲面レンズは、水平面の解像度を変化させる形状ばかりでなく、垂直面の解像度を変化させる形状でも構わない。

例えば、地上を走行する移動体２０１の場合は、仰角において所定角度以上の部分や、伏角において所定角度以上の部分は、空や路面に対応するため、解像度を低下させる形状の自由曲面レンズを採用しても構わない。

具体的に例えば、自由曲面レンズを備える光学系の結像対象である撮像素子において、自由曲面レンズによって結像する第一領域と第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、回転非対称な自由曲面レンズは、図１１に示すように、垂直方向において、第一領域３０１に隣接する位置に第二領域３０２未満の解像度である第三領域３０５をさらに結像させることのできる形状であってもよい。また、自由曲面レンズは、第三領域３０５が、垂直方向において第一領域３０１の両側に結像させることのできる形状であってもよい。

図１２は、図１１中に示した水平方向の矢印である第一水平矢印Ｈ１、および第二水平矢印Ｈ２にそれぞれ対応する画角と解像度との関係を示すグラフである。図１３は、図１１中に示した垂直方向の矢印である第一垂直矢印Ｖ１、および第二垂直矢印Ｖ２にそれぞれ対応する画角と解像度との関係を示すグラフである。これらのグラフに示すように、第一領域３０１の中心を通り水平方向に延びる第一水平矢印Ｈ１に対応するグラフの解像度の最も高い部分は、画角−４０度から４０度までの間で広がっているのに対し、第一領域３０１の中心を通り垂直方向に延びる第一垂直矢印Ｖ１に対応するグラフの解像度の最も高い部分は、画角−２０度から２０度までの間で広がっている。つまり、同一解像度の第一領域３０１の水平方向の長さと垂直方向との長さが異なっている。これは、回転非対称な自由曲面レンズによって実現されたものである。また、図１３の第二垂直矢印Ｖ２に対応するグラフは、一定である。つまり垂直方向において、第二領域３０２は、撮像素子の一端部から他端部までほぼ同じ解像度である。これも、回転非対称な自由曲面レンズによって実現されたものである。

また、回転非対称な自由曲面レンズは、図１４に示すように、垂直方向において、第二領域３０２に隣接する位置に第二領域３０２未満の解像度である第四領域３０６を備え、第四領域３０６は第一領域３０１と垂直方向に隣接することのできる形状であってもよい。また、自由曲面レンズは、垂直方向において、第一領域３０１に隣接し、第一領域３０１に対し第四領域３０６と反対側の位置に第二領域３０２未満の解像度である第五領域３０７を備え、第五領域３０７は第二領域３０２に隣接することのできる形状であってもよい。

図１５は、図１４中に示した水平方向の矢印である第三水平矢印Ｈ３、第四水平矢印Ｈ４および第五水平矢印Ｈ５にそれぞれ対応する画角と解像度との関係を示すグラフである。図１６は、図１４中に示した垂直方向の矢印である第三垂直矢印Ｖ３、および第四垂直矢印Ｖ４にそれぞれ対応する画角と解像度との関係を示すグラフである。これらのグラフで示すように、第一領域３０１の中心を通り水平方向に延びる第三水平矢印Ｈ３に対応するグラフは、先に示した第一水平矢印Ｈ１に対応するグラフとほぼ同じであり、第一領域３０１の中心を通り垂直方向に延びる第三垂直矢印Ｖ３に対応するグラフは、先に示した第一垂直矢印Ｖ１に対応するグラフとほぼ同じである。

また、第一領域３０１の中心からほぼ等距離で、中心に対して相互に反対側にある第四水平矢印Ｈ４と第五水平矢印Ｈ５に対応するグラフに示すとおり、これらの解像度は異なっている。つまり、第一領域３０１の中心から等距離の位置において、解像度を異なるように結像させることは、回転非対称な自由曲面レンズによって実現されたものである。

また、図１５、図１６のグラフに示すように、水平方向においては、画角０に対し解像度を対称に変化させ、垂直方向においては画角０に対して解像度を非対称に変化させることは、回転非対称な自由曲面レンズによって実現されたものである。

また、移動体２０１がドローンなどのように、空中を移動して移動体の下方を撮像するような場合は、伏角において所定角度以上の部分の解像度を高める形状の自由曲面レンズを採用しても構わない。

また、上記実施の形態では二つの撮像装置を用いた視差による測距を例示したが、測距方法はこれに限定されるわけではない。例えば、移動体に搭載されることを前提として異なる時間に得られる画像から視差を得る測距方法や、白線などを利用して消失点と対象物の位置関係から計算する測距方法や、ＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ Ｆｒｏｍ Ｄｅｆｏｃｕｓ）による測距方法を一つの撮像装置を用いて行っても構わない。

また、移動体２０１はさらに、第一撮像装置１１０と撮像領域が一部重複する第三撮像装置（左側方カメラ）や、第二撮像装置１２０と撮像領域が一部重複する第四撮像装置（右側方カメラ）、さらに、前記第三撮像装置、および、前記第四撮像装置と撮像領域がそれぞれ一部重複する第五撮像装置（後方カメラ）を備え、これらの画像データに基づき移動体の周囲の全体を示す画像を移動体の内部に表示する表示装置を備えても構わない。

これにより、測距システムを利用して周辺監視システムを実現することが可能となる。

測距システム、および、移動体システムは、自動車、航空機、船舶など人を乗せて移動する移動体、ドローンや搬送装置など人を乗せることなく移動する移動体、さらには、ロボットのアームの先端などの移動体などに利用可能である。

１００ 測距システム
１０５ 測距部
１０６ インターフェース
１１０ 第一撮像装置
１１１ 第一撮像素子
１１２ 第一光学系
１１９ 第一光軸
１２０ 第二撮像装置
１２１ 第二撮像素子
１２２ 第二光学系
１２３ 自由曲面レンズ
１２３ 第二自由曲面レンズ
１２９ 第二光軸
２００ 移動体システム
２０１ 移動体
２０２ 報知装置
３０１ 第一領域
３０２ 第二領域
３０３ 第六領域
３０４ 第七領域
３０５ 第三領域
３０６ 第四領域
３０７ 第五領域
４０１ 前方対象物
４０２ 側方対象物

Claims (11)

1. 複数の撮像画素が行列状に配置される撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に所定の領域の像を結像させる光学系とを有する撮像装置と、
   前記撮像素子から取得した画像データに基づき対象物までの距離を算出する測距部とを備え、
   前記光学系は、
   単位画角に含まれる像を撮像する前記撮像画素の数の全体の前記撮像画素の数に対する割合を解像度とした場合に、前記領域の正面部分の領域である第一領域の解像度が側方部分である第二領域の解像度よりも高くなるように前記撮像面に結像させることのできる形状を有し、回転非対称な自由曲面レンズを備え、
   前記撮像素子において、前記第一領域と前記第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、
   回転非対称な前記自由曲面レンズは、
   垂直方向において、前記第一領域の中心から所定の第一距離の位置における解像度と、水平方向において、前記第一領域の中心から前記第一距離の位置における解像度とが異なるように結像させることのできる形状である
   測距システム。
2. 前記撮像素子において、前記第一領域と前記第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、
   回転非対称な前記自由曲面レンズは、
   垂直方向において、前記第一領域に隣接する位置に前記第二領域未満の解像度である第三領域をさらに結像させることのできる形状である
   請求項１に記載の測距システム。
3. 回転非対称な前記自由曲面レンズは、
   垂直方向において、前記第一領域の両側に前記第三領域を結像させることのできる形状である
   請求項２に記載の測距システム。
4. 前記撮像素子において、前記第一領域と前記第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、
   回転非対称な前記自由曲面レンズは、
   垂直方向において、前記第二領域に隣接する位置に前記第二領域未満の解像度である第四領域を備え、前記第四領域は前記第一領域と垂直方向に隣接することのできる形状である
   請求項１に記載の測距システム。
5. 回転非対称な前記自由曲面レンズは、
   垂直方向において、前記第一領域に隣接し、前記第一領域に対し前記第四領域と反対側の位置に前記第二領域未満の解像度である第五領域を備え、前記第五領域は前記第二領域に隣接することのできる形状である
   請求項４に記載の測距システム。
6. 前記光学系が備える前記自由曲面レンズは、
   前記第一領域の解像度が２以上となる形状を有する
   請求項１に記載の測距システム。
7. 前記光学系が備える前記自由曲面レンズは、
   前記第二領域は前記第一領域に隣接し、前記第二領域の解像度が０．７以上、２未満となる形状を有する
   請求項１に記載の測距システム。
8. 前記光学系が備える前記自由曲面レンズは、
   前記第二領域に隣接する第六領域をさらに備え、前記第六領域の解像度が０．１３以上、０．７未満となる形状を有する
   請求項７に記載の測距システム。
9. 前記光学系が備える前記自由曲面レンズは、
   前記第六領域に隣接する第七領域をさらに備え、前記第七領域の解像度が０より大きく、０．１３未満となる形状を有する
   請求項８に記載の測距システム。
10. 前記撮像装置を複数備える
    請求項１に記載の測距システム。
11. 複数の撮像画素が行列状に配置される撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に所定の領域の像を結像させる光学系とを有する撮像装置と、
    前記撮像装置が取り付けられ、空間を移動する移動体と、
    前記撮像素子から取得した画像データに基づき対象物までの距離を算出する測距部とを備え、
    前記光学系は、
    単位画角に含まれる像を撮像する前記撮像画素の数の全体の前記撮像画素の数に対する割合を解像度とした場合に、前記領域の正面部分の領域である第一領域の解像度が側方部分である第二領域の解像度よりも高くなるように前記撮像面に結像させることのできる形状を有し、回転非対称な自由曲面レンズを備え、
    前記撮像素子において、前記第一領域と前記第二領域の並び方向を水平方向とし、前記並び方向と直交する方向を垂直方向とした場合、
    回転非対称な前記自由曲面レンズは、
    垂直方向において、前記第一領域の中心から所定の第一距離の位置における解像度と、水平方向において、前記第一領域の中心から前記第一距離の位置における解像度とが異なるように結像させることのできる形状である
    移動体システム。