JP6848364B2 - 測距装置、移動体、ロボット、3次元計測装置、監視カメラ及び測距方法 - Google Patents
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Description
3次元情報を計測する3次元センサ(距離センサ)の1つに、強度変調した照射光を投射してから該照射光が測定対象で反射して戻るまでの飛行時間を検出して測定対象までの距離を求める、Time of Flight(TOF)法を用いる“TOFセンサ”が既に知られており、種々ある3次元センシング方式の中でも、その高速性の原理的優位性から、昨今さまざまな用途への開発が進められている。例えばジェスチャー認識や、ロボットや自動車などの移動体の位置制御などへの応用が期待されている。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1には、一実施形態の測距装置としての距離センサ20(TOFセンサ)を搭載した走行体1の外観が示されている。この走行体1は、荷物を目的地に無人搬送するものである。なお、本明細書では、XYZ3次元直交座標系において、路面に直交する方向をZ軸方向、走行体1の前進方向を+X方向として説明する。
受光部100は受光した光を信号電荷に変換する。この信号電荷の一部は第1電荷転送部30aを介して第1電荷蓄積部20aに送られ、他の一部は第2電荷転送部30bを介して第2電荷蓄積部20bに送られる。
A0+A180=A90+A270 …(1)
φ=Arctan{(A90−A270)/(A0−A180)} …(2)
Td=φ/2π×T(T=2T0、T0:照射光のパルス幅) …(3)
d=Td×c÷2(c:光速) …(4)
Td´={A180´/(A0´+A180´)}×T0´(T0´:照射光のパルス幅)…(5)
d´=Td´×c÷2(c:光速)…(6)
F×P=Apulse …(7)
A0+A180=A90+A270=Apulse …(8)
N/(N−2)≦M≦N/2 …(9)
R´=M×R …(10)
M=Tv/Tp …(11)
d=(To+(A(i+q)−A(i+180))/(A(i)−A(i+180))×Tp))×c/2 …(12)
Ax=A(x±360) …(13)
To=h×Tp …(14)
上記(14)式におけるhは、次の(15)式で表される変数である。
h={M(i+q)/180}−1 …(15)
d≦0の場合、dc=d+R´ …(16)
d>0の場合、dc=d …(17)
A(i)−A(i+180)=A(i−q)+A(i−q+180)−2×A(i+180) …(18)
d=(To+(Ad−DC)/(Apulse−DC)×Tp)×c/2 …(19)
1≦M<N/(N−2) …(20)
Apulse´=N/2M×(A(j)−A(k+180)) …(21)
DC´=A(i)+A(i+180)−N/2M×(A(j)−A(k+180)) …(22)
d=(To+(A(i+q)−DC´)/Apulse´)×Tp))×c/2 …(23)
これに対して、本実施形態の距離センサ20によってTOF演算を行う場合は、信号取得動作に用いられる取得時間制御信号のパルス幅は20nsであり、ディーティ比は25%である。
これに対して本実施形態の距離センサ20では、測距レンジを一般的なTOFセンサの2倍に拡張できるため、3.0mより長距離側でも距離測定が可能である。
先ず、イメージセンサ29で距離測定に必要な複数の位相信号を取得する(ステップT1)。取得された複数の位相信号は位相信号判定部に送られる。位相信号判定部では、取得された複数の位相信号の信号量の大きさを比較して(ステップT2)、該複数の位相信号の信号量の大きさの順位付けを行なう(ステップT3)。TOF演算方法が選択された(ステップT4)の後、取得された複数の位相信号と位相信号の信号量の大きさの順位がTOF演算部に送られ、両者を用いた独自のTOF演算が行なわれる(ステップT5)。最後に、TOF演算結果が図18、図19に示される出力部に送られ、出力形式に合わせた形式で出力される(ステップT6)。
d=(To+(A(i+q)−DC´)/(A(i)+A(i+180)−2DC´)×Tp))×c/2 …(24)
Claims (16)
- 光源と、
前記光源から射出され物体で反射された光を受光して光電変換し、その電気信号を複数の位相信号に分けて取得する撮像素子と、
前記光源の発光時間を駆動信号のパルス幅に基づいて制御し、前記撮像素子が前記位相信号を取得する時間を制御信号のパルス幅に基づいて制御する制御部と、
前記複数の位相信号に基づいて前記物体までの距離を算出する演算部と、
前記駆動信号のパルス幅と、前記制御信号のパルス幅と、前記演算部の算出した結果とに基づいてエイリアシングの有無を判定するエイリアシング判定部と、を備え、
前記制御部は、前記制御信号のパルス幅を、前記駆動信号のパルス幅を基準に調整可能であり、
前記撮像素子が前記位相信号を取得する時間と前記光源の発光時間は、長さが異なることを特徴とする測距装置。 - 前記取得する時間は、前記発光時間よりも長く設定されることを特徴とする請求項1に記載の測距装置。
- 前記制御部は、前記エイリアシング判定部で一のフレームにおいてエイリアシングありと判定された場合に、前記一のフレームより時間的に後のフレームにおける前記制御信号のパルス幅を前記一のフレームにおける前記制御信号のパルス幅よりも長くすることを特徴とする請求項1または2に記載の測距装置。
- 前記制御部は、前記エイリアシング判定部で一のフレームにおいてエイリアシングなしと判定された場合に、前記一のフレームより時間的に後のフレームにおける前記制御信号のパルス幅を前記一のフレームにおける前記制御信号のパルス幅から変更しないことを特徴とする請求項1または2に記載の測距装置。
- 前記制御部は、前記エイリアシング判定部で一のフレームにおいてエイリアシングなしと判定された場合に、前記一のフレームより時間的に後のフレームにおける前記駆動信号のパルス幅及び前記制御信号のパルス幅の少なくとも一方を前記一のフレームにおける前記少なくとも一方から変更することを特徴とする請求項1または2に記載の測距装置。
- 前記撮像素子は、複数の受光部を有し、
前記制御部は、前記受光部毎の前記演算部での演算結果のうち最大値について、前記エイリアシング判定部でエイリアシングなしと判定されるように前記駆動信号のパルス幅及び前記制御信号のパルス幅の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の測距装置。 - 前記制御部は、前記位相信号と、前記光源が発光していないときの前記撮像素子の出力であるオフセット成分の比に基づいて、前記光源の発光強度を調整すること特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の測距装置。
- 前記演算部は、前記位相信号から、前記光源が発光していないときの前記撮像素子の出力であるオフセット成分を減算した結果を用いて、前記距離を算出することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の測距装置。
- 前記複数の位相信号の信号量を比較し、前記複数の位相信号のうち信号量が最大の位相信号を決定する位相信号判定部を更に備え、
前記演算部は、前記位相信号判定部での決定結果に基づいて前記距離を算出することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の測距装置。 - 前記複数の位相信号の信号量を比較し、前記複数の位相信号の信号量の順位を決定する位相信号判定部を更に備え、
前記演算部は、前記位相信号判定部での決定結果に基づいて前記距離を算出することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の測距装置。 - 前記位相信号判定部の動作と前記演算部の動作が並行して行われることを特徴とする請求項9又は10に記載の測距装置。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の測距装置を有する移動体。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の測距装置を有するロボット。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の測距装置を有する3次元計測装置。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の測距装置を有する監視カメラ。
- 光源を発光させる工程と、
前記光源から射出され物体で反射された光を受光して光電変換し、その電気信号を複数
の位相信号に分けて取得する工程と、
前記複数の位相信号に基づいて前記物体までの距離を算出する工程と、
前記光源の発光時間、前記位相信号を取得する時間及び前記算出する工程での算出結果
に基づいて、エイリアシングの有無を判定する工程と、
前記判定する工程での判定結果に応じて、前記発光時間を基準に前記取得する時間を調
整する工程と、を含む測距方法。
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