JP6981043B2 - Distance measuring device - Google Patents
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Description
本開示は、光の飛翔時間から被写体までの距離を求める測距装置を用いて被写体の動きを検出する技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for detecting the movement of a subject by using a distance measuring device for determining the distance from the flight time of light to the subject.
下記特許文献1には、位相型TOFセンサを用いて、異なるタイミングで取得した2枚の距離画像から、被写体の奥行き方向の移動ベクトルを算出する技術が記載されている。
位相型TOFセンサとは、繰り返し周期を持つパターンで変調された変調光を空間に発光し、変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積し、その電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測し、自装置から対象物までの距離を計測するものである。なお、TOFは、Time Of Fightの略である。
The following
The phase type TOF sensor emits modulated light modulated by a pattern having a repetition period in space, and the modulated light receives incident light including return light reflected by an object and accumulates charge, and the charge is charged. The phase difference between the modulated light and the return light is measured based on the accumulated state, and the distance from the own device to the object is measured. TOF is an abbreviation for Time Of Fight.
しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、従来装置を用いて動きを検出する場合、以下の課題があることが見出された。
即ち、一般的な位相型TOFセンサは、0度、90度、180度、270度の4位相で測定した画像から1枚の距離画像を作成する。このため、距離画像を生成するには、4回の測定が必要となる。更に、従来技術では、動き検出のために、2枚の距離画像を用いるため、4位相×2回で合計8枚の画像を取得する必要があり、被写体の動き検出に時間を要する。
However, as a result of detailed studies by the inventor, it has been found that there are the following problems when detecting motion using a conventional device.
That is, a general phase type TOF sensor creates one distance image from an image measured in four phases of 0 degree, 90 degree, 180 degree, and 270 degree. Therefore, four measurements are required to generate a distance image. Further, in the prior art, since two distance images are used for motion detection, it is necessary to acquire a total of eight images in 4 phases × 2 times, and it takes time to detect the motion of the subject.
本開示では、光の飛翔時間から被写体までの距離を求める測距装置を用いて被写体の動き検出する際に要する時間を抑制する技術を提供する。 The present disclosure provides a technique for suppressing the time required for detecting the movement of a subject by using a distance measuring device that obtains the distance from the flight time of light to the subject.
本開示の1つの局面による測距装置は、受光部(5)と、受光制御部(6)と、処理部(7)とを備える。 受光部は、複数の画素を有する。受光制御部は、受光部が有する複数の画素の一部を第1画素群、第1画素群以外の複数の画素のうち少なくとも一部を第2画素群として、照射光に対する位相が互いに異なる複数種類のシャッタの中から、第1画素群および第2画素群に対して個別に選択したシャッタを適用して、受光部に受光を行わせる。処理部は、第1画素群での検出結果から、照射光を反射した被写体までの距離を求め、第2画素群での検出結果から、被写体の動きを検出する。更に、受光制御部は、第1画素群に対しては、異なる種類のシャッタを順次適用し、第2画素群に対しては、同じ種類のシャッタを連続して適用する。 The ranging device according to one aspect of the present disclosure includes a light receiving unit (5), a light receiving control unit (6), and a processing unit (7). The light receiving unit has a plurality of pixels. The light receiving control unit has a plurality of pixels having different phases with respect to the irradiation light, with a part of the plurality of pixels of the light receiving unit as the first pixel group and at least a part of the plurality of pixels other than the first pixel group as the second pixel group. A shutter individually selected from the types of shutters is applied to the first pixel group and the second pixel group, and the light receiving unit is made to receive light. The processing unit obtains the distance to the subject reflecting the irradiation light from the detection result in the first pixel group, and detects the movement of the subject from the detection result in the second pixel group. Further, the light receiving control unit sequentially applies different types of shutters to the first pixel group, and continuously applies the same type of shutters to the second pixel group.
このような構成によれば、第1画素群と第2画素群とにより、被写体までの距離の算出に必要な画像と、被写体の動きの検出に必要な画像とが並行して取得されるため、被写体の動きを検出するまでに要する時間を抑制することができる。 According to such a configuration, the image required for calculating the distance to the subject and the image required for detecting the movement of the subject are acquired in parallel by the first pixel group and the second pixel group. , The time required to detect the movement of the subject can be suppressed.
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。 In addition, the reference numerals in parentheses described in this column and the scope of claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiment described later as one embodiment, and the technical scope of the present disclosure is defined. It is not limited.
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.構成]
測距装置1は、いわゆる位相型TOFセンサであり、例えば、車両に搭載され、車両の運転支援制御等に必要な情報である、車両の周囲に存在する各種物体を検出するために使用される。なお、TOFは、Time Of Fightの略である。測距装置1は、図4に示すように、予め設定された期間を有する1フレームの間に複数回(本実施形態では4回)発光し、その測定結果から被写体との距離および被写体の動きを検出する動作を繰り返す。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
[1. First Embodiment]
[1-1. composition]
The distance measuring
測距装置1は、図1に示すように、受光部5と、受光制御部6と、処理部7とを備える。また、測距装置1は、信号源2と、駆動部3と、発光部4とを備えてもよい。
信号源2は、予め設定された測定周期でパルス信号を生成する。
As shown in FIG. 1, the
The signal source 2 generates a pulse signal at a preset measurement cycle.
駆動部3は、信号源2が生成したパルス信号に従って発光部4を駆動する。
発光部4は、発光素子を有し、駆動部3の駆動に従って、パルス状の照射光を出力する。発光素子は、レーザダイオードや発光ダイオード等が用いられる。
The
The
受光部5は、2次元アレイ状に配列された複数の受光素子を備える。受光素子は、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード等が用いられる。以下では、個々の受光素子およびその周辺回路を総称して画素ともいう。
The
画素は、図2に示すように、受光素子51と、キャパシタ52と、シャッタスイッチ53と、リセットスイッチ54と、リードスイッチ55とを備える。キャパシタ52は、一端が接地され、他端がリセットスイッチ54を介して電源に接続されている。受光素子51は、アノードが接地され、カソードがシャッタスイッチ53を介してキャパシタ52の非接地端に接続されている。キャパシタ52の非接地端は、更に、リードスイッチ55を介して読出線に接続されている。
As shown in FIG. 2, the pixel includes a
このように構成された画素では、シャッタスイッチ53およびリードスイッチ55をオフした状態で、リセットスイッチ54をオンすると、キャパシタ52が既知の電圧VDDで充電された状態となる。また、リセットスイッチ54およびリードスイッチ55をオフした状態で、シャッタスイッチ53をオンすることで、受光素子51に入射する光量の大きさに応じて発生した電荷が、キャパシタ52に蓄積される。シャッタの制御信号は変調光に同期した信号であるので、自装置から対象物までの距離に応じてキャパシタ52に蓄積される電荷の電荷量が変化する。シャッタスイッチ53およびリセットスイッチ54をオフした状態で、リードスイッチ55をオンすると、読出線にキャパシタ52の非接地端の電位が読み出され、処理部7に出力される。
In the pixel configured in this way, when the
一般的に、位相型TOFセンサでは対象物までの距離を計測するために数μs〜数ms程度の時間の電荷の蓄積が必要である。一方、発光部4から発光される変調光の変調周波数は数十MHzである。よって、変調の1周期は数十ns程度であるため、十分な精度で距離計測を行うために、数千〜数十万回にわたって電荷の蓄積を行う。
Generally, a phase type TOF sensor requires charge accumulation for a time of several μs to several ms in order to measure the distance to an object. On the other hand, the modulation frequency of the modulated light emitted from the
図1に戻り、受光制御部6は、信号源2からのパルス信号のタイミング(以下、照射タイミング)に従い、各画素のシャッタスイッチ53、リセットスイッチ54、リードスイッチ55を制御する。シャッタスイッチ53は、図3に示すように、互いに位相の異なる4種類のゲート信号G1〜G4で制御される。なお、ゲート信号G1〜G4がハイレベルのときに、シャッタスイッチ53はオンする。具体的には、照射タイミングから検知最大距離からの反射光を受光するタイミングまでに要する期間を360度の位相で表現するものとして、ゲート信号G1〜G4は、以下のように定義される。ゲート信号G1は、位相が0度〜180度の期間だけハイレベルとなる信号である。ゲート信号G2は、位相が90度〜270度の期間だけハイレベルとなる信号である。ゲート信号G3は、位相が180度〜360度の期間だけハイレベルとなる信号である。ゲート信号G4は、位相が0度〜90度および270度〜360度の期間だけハイレベルとなる信号である。
Returning to FIG. 1, the light receiving control unit 6 controls the
受光制御部6は、受光部5に含まれる複数の画素を、第1画素群Aと第2画素群Bとを含む複数の画素群に分けて制御する。そして、図4に示すように、受光制御部6は、第1画素群Aに対しては、1フレーム中の4回の光の照射毎に、ゲート信号G1〜G4を順番に切り替えて使用する。これにより第1画素群Aからは、互いに位相の異なる4種類のシャッタを用いて取得された4つの画像が処理部7に供給される。また、受光制御部6は、第2画素群Bに対しては、先の2回の照射に対しては、ゲート信号G1を連続して使用し、後の2回の照射に対してはゲート信号G3を連続して使用する。これによりゲート信号G1を使用して異なるタイミングで得られた一対の画像と、ゲート信号G3を使用して異なるタイミングで得られた一対の画像とが得られ、これら2対の画像が処理部7に供給される。
The light receiving control unit 6 controls a plurality of pixels included in the
第1画素群Aに属する画素および第2画素群Bに属する画素は、市松模様を形成する配置となるように構成されている。具体的には、受光部5の受光面は、図5に示すように、縦2画素および横2画素のサイズを有する合計4画素の単位パターンをしきつめたものとなる。ここでは、第1画素群Aに属する画素が、単位パターンの左上および右下の画素に割り当てられ、第2画素群Bに属する画素が、単位パターンの右上および左下の画素に割り当てられている。
The pixels belonging to the first pixel group A and the pixels belonging to the second pixel group B are configured to form a checkered pattern. Specifically, as shown in FIG. 5, the light receiving surface of the
なお、受光制御部6と受光部5との間の配線は、第1画素群Aおよび第2画素群Bをグループ単位で制御するような配線としてもよいし、画素毎に個別に制御するような配線としてもよい。但し、後者の場合、受光制御部6での制御によって、画素群を区分けする必要がある。
The wiring between the light receiving control unit 6 and the
処理部7は、受光部5から供給される4枚の画像から、第1画素群Aに属する画素の測定値に基づき、照射光を反射した被写体までの距離を求める。また、処理部7は、受光部5から供給される4枚の画像から、第2画素群Bに属する画素の測定値に基づき、被写体の動きを算出する。また、第2画素群Bに属する画素からは距離が算出できないため、周囲にある第1画素群Aの測定値をもとに距離データを補間してもよい。これら被写体の距離の算出および被写体の動きの検出に関する具体的な処理の内容は、例えば、従来技術で示した特許文献1等に詳述されているため、ここでの説明は省略する。
The
処理部7は、CPUと、RAM、ROM、フラッシュメモリ等の半導体メモリ(以下、メモリ)と、を有する周知のマイクロコンピュータを備えていてもよい。この場合、処理部7の各種機能は、CPUが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、処理部7は、1つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。処理部7の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。
The
[1−3.効果]
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)測距装置1では、受光部5を、第1画素群Aおよび第2画素群Bに分けて、画素群毎に、異なるシャッタ制御を行うことによって、被写体との距離の算出に必要な画像と、被写体の動きの検出に必要な画像とを並行して取得する。従って、被写体の動きが検出されるまでに要する時間を抑制することができる。即ち、図4に示すように、従来技術では、フレーム毎に算出された距離画像同士を比較することで、動きを検出しているため、動きの検出に2フレームを要していたが、本実施形態では、動きの検出も1フレームで完了することができる。
[1-3. effect]
According to the first embodiment described in detail above, the following effects are obtained.
(1a) In the
(1b)測距装置1では、第1画素群Aに属する各画素は、位相が90度ずつ異なる4位相のシャッタで計測を行い、第2画素群Bに属する各画素は、位相が180度異なる2位相のシャッタ、即ち、0度と180度、もしくは90度と270度で計測を行っている。これにより、照射光と反射光の位相差が0度〜360度の範囲のいずれであっても、被写体の動きを検出することができる。
(1b) In the
(1c)測距装置1では、第1画素群Aに属する画素と、第2画素群Bに属する画素とが市松模様を形成する配置にされているため、受光面の上下方向と左右方向とで同じ分解能を得ることができる。なお、第1画素群Aに属する画素と第2画素群Bに属する画素の配置は、図20に示すように、互いに入れ替わっていても良い。すなわち第1画素群Aに属する画素が、単位パターンの右上および左下の画素に割り当てられ、第2画素群Bに属する画素が、単位パターンの左上および右下の画素に割り当てられていても良い。
(1c) In the
[1−4.ゲート信号G1〜G4の切り替え方の変形例]
なお、ゲート信号G1〜G4の切り替え方は、上述したものに限定されるものではない。
[1-4. Modification example of how to switch gate signals G1 to G4]
The method of switching the gate signals G1 to G4 is not limited to the above.
第1画素群Aでは、1フレーム中の4回の光の照射に対して4種類のシャッタを1回ずつ適用すればよく、その順番に制限は無い。
第2画素群Bでは、例えば、ゲート信号G1とゲート信号G3の順番を入れ替えても良い。この場合、図21に示すように、先の2回の照射に対しては、ゲート信号G3(即ち、位相180度シャッタ)を連続して使用し、後の2回の照射に対してはゲート信号G1(即ち、位相0度シャッタ)を連続して使用してもよい。なお、図21では、単位パターンにおける市松模様での第1画素群Aに属する画素と第2画素群Bに属する画素との配置が、第1実施形態とは反対、即ち、図20に示したものと同様にして示している。
In the first pixel group A, four types of shutters may be applied once for each of four light irradiations in one frame, and the order is not limited.
In the second pixel group B, for example, the order of the gate signal G1 and the gate signal G3 may be exchanged. In this case, as shown in FIG. 21, the gate signal G3 (that is, the
また、第2画素群Bでは、例えば、ゲート信号G1の代わりにゲート信号G2を適用し、かつゲート信号G3の代わりにゲート信号G4を適用しても良い。すなわち先の2回の照射に対しては、ゲート信号G2(即ち、位相90度のシャッタ)を連続して使用し、後の2回の照射に対してはゲート信号G4(即ち、位相270度のシャッタ)を連続して使用してもよい。この場合、更に、ゲート信号G2とゲート信号G4の順番を入れ替え、先の2回の照射に対しては、ゲート信号G4を連続して使用し、後の2回の照射に対してはゲート信号G2を連続して使用してもよい。 Further, in the second pixel group B, for example, the gate signal G2 may be applied instead of the gate signal G1 and the gate signal G4 may be applied instead of the gate signal G3. That is, the gate signal G2 (that is, a shutter with a phase of 90 degrees) is continuously used for the first two irradiations, and the gate signal G4 (that is, a phase of 270 degrees) is used for the latter two irradiations. Shutter) may be used continuously. In this case, the order of the gate signal G2 and the gate signal G4 is further exchanged, the gate signal G4 is continuously used for the first two irradiations, and the gate signal is used for the latter two irradiations. G2 may be used continuously.
[1−5.画素配置の変形例]
本実施形態では、第1画素群Aに属する画素と、第2画素群Bに属する画素とが、市松模様を形成する配置としたが、これに限定されるものではない。
[1-5. Deformation example of pixel arrangement]
In the present embodiment, the pixels belonging to the first pixel group A and the pixels belonging to the second pixel group B are arranged to form a checkered pattern, but the present invention is not limited to this.
例えば、図6に示すように、4画素の単位パターンは、第1画素群Aに属する画素を単位パターンの左半分に配置し、第2画素群Bに属する画素を単位パターンの右半分に配置したものであってもよい。この場合、両画素群に属する画素が縦縞模様を形成する配置となり、上述した(1c)の効果の代わりに、受光面の上下方向の分解能を高めることができるという効果が得られる。 For example, as shown in FIG. 6, in the 4-pixel unit pattern, the pixels belonging to the first pixel group A are arranged in the left half of the unit pattern, and the pixels belonging to the second pixel group B are arranged in the right half of the unit pattern. It may be the one that has been used. In this case, the pixels belonging to both pixel groups are arranged to form a vertical striped pattern, and instead of the effect of (1c) described above, the effect that the resolution in the vertical direction of the light receiving surface can be improved can be obtained.
また、図7に示すように、4画素の単位パターンは、第1画素群Aに属する画素を単位パターンの上半分に配置し、第2画素群Bに属する画素を単位パターンの下半分に配置したものであってもよい。この場合、両画素群に属する画素が横縞模様を形成する配置となり、上述した(1c)の効果の代わりに、受光面の左右方向の分解能を高めることができるという効果が得られる。 Further, as shown in FIG. 7, in the 4-pixel unit pattern, the pixels belonging to the first pixel group A are arranged in the upper half of the unit pattern, and the pixels belonging to the second pixel group B are arranged in the lower half of the unit pattern. It may be the one that has been used. In this case, the pixels belonging to both pixel groups are arranged to form a horizontal stripe pattern, and instead of the above-mentioned effect (1c), the effect that the resolution in the left-right direction of the light receiving surface can be improved can be obtained.
また、図8に示すように、受光面上に注目領域(即ち、ROI)を設定すると共に、その左右両側に付加領域を設定し、第1画素群Aに属する画素を注目領域に配置し、第2画素群Bに属する画素を付加領域に配置してもよい。注目領域は、固定されていてもよいし、前回のフレームまでに検出された被写体の位置に基づいて動的に設定してもよい。例えば、自車両の前方を注目領域として設定した場合、注目領域で検出される自車線上の物体、例えば、先行車両等については、精度よく距離を求めることができる。また、付加領域で検出される物体、例えば、隣接車線から自車線に割り込もうとしている車両や、歩道から道路に進入しようとしている歩行者等については、その動きを精度よく検出することができる。 Further, as shown in FIG. 8, a region of interest (that is, ROI) is set on the light receiving surface, additional regions are set on both the left and right sides thereof, and pixels belonging to the first pixel group A are arranged in the region of interest. Pixels belonging to the second pixel group B may be arranged in the additional region. The area of interest may be fixed or dynamically set based on the position of the subject detected up to the previous frame. For example, when the front of the own vehicle is set as the area of interest, the distance can be accurately obtained for an object on the own lane detected in the area of interest, for example, the preceding vehicle. In addition, it is possible to accurately detect the movement of an object detected in the additional region, for example, a vehicle trying to cut into the own lane from an adjacent lane, a pedestrian trying to enter the road from a sidewalk, or the like. ..
なお、図9に示すように、図8に示す場合とは反対に、第1画素群Aに属する画素を付加領域に配置し、第2画素群Bに属する画素を注目領域に配置してもよい。
また、第1画素群Aに属する画素および第2画素群Bに属する画素は、受光面内の特定の部位に集めて配置してもよい。例えば、図22に示す変形例1のように、受光面全体のうち特定の一部の領域を第2画素群Bとし、その他の領域を第1画素群Aとしても良い。この場合、例えば、ドアの開閉を第2画素群Bで監視しておき、ドアの開閉無き場合は第2画素群B以外の画素や、第2画素群B以外の領域を照らす発光部を停止させることで低消費電力化を図ることができる。また、図22に示す変形例2のように、第1画素群Aおよび第2画素群Bの少なくとも一方が、複数ヶ所にあってもよい。更に、図22に示す変形例3のように、3種類以上の画素群が存在しても良い。すなわち、受光面全体の中には、ゲート信号G1〜G4の切り替え方が、第1画素群Aおよび第2画素群Bのいずれとも異なる画素群が1つ以上あっても良い。
As shown in FIG. 9, contrary to the case shown in FIG. 8, the pixels belonging to the first pixel group A may be arranged in the additional region, and the pixels belonging to the second pixel group B may be arranged in the region of interest. good.
Further, the pixels belonging to the first pixel group A and the pixels belonging to the second pixel group B may be collected and arranged at a specific portion in the light receiving surface. For example, as in the modified example 1 shown in FIG. 22, a specific partial region of the entire light receiving surface may be designated as the second pixel group B, and the other region may be designated as the first pixel group A. In this case, for example, the opening / closing of the door is monitored by the second pixel group B, and if the door is not opened / closed, the light emitting unit that illuminates the pixels other than the second pixel group B and the area other than the second pixel group B is stopped. By making it possible, it is possible to reduce the power consumption. Further, as in the modification 2 shown in FIG. 22, at least one of the first pixel group A and the second pixel group B may be present at a plurality of locations. Further, as in the
[2.第2実施形態]
[2−1.第1実施形態との相違点]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
[2. Second Embodiment]
[2-1. Differences from the first embodiment]
Since the basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the differences will be described below. It should be noted that the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configuration, and the preceding description will be referred to.
第2実施形態では、受光制御部6による制御、特に第2画素群Bに対する制御が、第1実施形態と相違する。
図10および図11に示すように、本実施形態における受光制御部6は、第1画素群Aに対しては、第1実施形態の場合と同様の制御を行う。即ち、光の照射毎に、ゲート信号G1〜G4を順番に切り替えて使用し、各フレームについて、同じ制御を繰り返す。
In the second embodiment, the control by the light receiving control unit 6, particularly the control for the second pixel group B, is different from that in the first embodiment.
As shown in FIGS. 10 and 11, the light receiving control unit 6 in the present embodiment controls the first pixel group A in the same manner as in the case of the first embodiment. That is, the gate signals G1 to G4 are sequentially switched and used for each irradiation of light, and the same control is repeated for each frame.
第2画素群Bに対しては、2フレームを1サイクルとして制御を行い、一つ目のフレームでは、第1実施形態の場合と同様の制御を行う。即ち、先の2回の照射に対しては、ゲート信号G1を連続して使用し、後の2回の照射に対してはゲート信号G3を連続して使用する。そして、二つ目のフレームでは、先の2回の照射に対しては、ゲート信号G2を連続して使用し、後の2回の照射に対しては、ゲート信号G4を連続して使用する。これにより、ゲート信号G2(即ち、位相90度のシャッタ)およびゲート信号G4(即ち、位相270度のシャッタ)に対応した距離に位置する被写体について、異なるタイミングで取得された2対の画像が得られる。 The second pixel group B is controlled with two frames as one cycle, and the first frame is controlled in the same manner as in the first embodiment. That is, the gate signal G1 is continuously used for the first two irradiations, and the gate signal G3 is continuously used for the latter two irradiations. Then, in the second frame, the gate signal G2 is continuously used for the first two irradiations, and the gate signal G4 is continuously used for the latter two irradiations. .. As a result, two pairs of images acquired at different timings are obtained for a subject located at a distance corresponding to the gate signal G2 (that is, a shutter having a phase of 90 degrees) and the gate signal G4 (that is, a shutter having a phase of 270 degrees). Be done.
[2−2.効果]
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)〜(1c)を奏する。
[2-2. effect]
According to the second embodiment described in detail above, the effects (1a) to (1c) of the above-mentioned first embodiment are exhibited.
なお、第2画素群Bに対して使用するゲート信号G1〜G4は、1フレーム毎、又は複数フレーム毎に切り替えてもよい。
[3.第3実施形態]
[3−1.第1実施形態との相違点]
第3実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
The gate signals G1 to G4 used for the second pixel group B may be switched every frame or every plurality of frames.
[3. Third Embodiment]
[3-1. Differences from the first embodiment]
Since the basic configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, the differences will be described below. It should be noted that the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configuration, and the preceding description will be referred to.
第3実施形態では、受光制御部6による制御が、第1実施形態と相違する。
図12および図13に示すように、本実施形態における受光制御部6は、2フレームを1サイクルとして制御を行う。1フレーム目は、第1実施形態の場合と同様の制御を実行する。2フレーム目は、第1画素群Aと第2画素群Bとで画素の位置を入れ替えて、同様の制御を実行する。
In the third embodiment, the control by the light receiving control unit 6 is different from that in the first embodiment.
As shown in FIGS. 12 and 13, the light receiving control unit 6 in the present embodiment controls two frames as one cycle. In the first frame, the same control as in the case of the first embodiment is executed. In the second frame, the positions of the pixels are exchanged between the first pixel group A and the second pixel group B, and the same control is executed.
[3−2.効果]
以上詳述した第3実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)〜(1c)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
[3-2. effect]
According to the third embodiment described in detail above, the effects (1a) to (1c) of the above-mentioned first embodiment are exhibited, and the following effects are further achieved.
(3a)本実施形態によれば、第1画素群Aと第2画素群Bとで画素の位置が1フレーム毎に入れ替わり、それぞれの画素群A,Bが受光面を形成する全ての画素を利用して計測や検出を行うことになる。従って、本実施形態によれば、第1および第2実施形態の場合と比較して、上下方向および左右方向の分解能をいずれも向上させることができる。 (3a) According to the present embodiment, the positions of the pixels are switched for each frame in the first pixel group A and the second pixel group B, and all the pixels in which the respective pixel groups A and B form the light receiving surface are used. It will be used for measurement and detection. Therefore, according to the present embodiment, the resolutions in the vertical direction and the horizontal direction can be improved as compared with the cases of the first and second embodiments.
[4.第4実施形態]
[4−1.第1実施形態との相違点]
第4実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
[4. Fourth Embodiment]
[4-1. Differences from the first embodiment]
Since the basic configuration of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, the differences will be described below. It should be noted that the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configuration, and the preceding description will be referred to.
第4実施形態では、受光制御部6による制御、および画素群の構成が、第1実施形態と相違する。
図14および図15に示すように、本実施形態では、第1画素群Aが、二つの第1副画素群A1,A2に分けられ、同様に、第2画素群Bも、二つの第2副画素群B1,B2に分けられている。そして、4画素の単位パターンにおいて、第1副画素群A1に属する画素が単位パターンの左上に位置し、第1副画素群A2に属する画素を単位パターンの右下に位置する。また、4画素の単位パターンにおいて、第2副画素群B1に属する画素が右上に位置し、第2副画素群B2に属する画素が左下に位置する。
In the fourth embodiment, the control by the light receiving control unit 6 and the configuration of the pixel group are different from those in the first embodiment.
As shown in FIGS. 14 and 15, in the present embodiment, the first pixel group A is divided into two first sub-pixel groups A1 and A2, and similarly, the second pixel group B is also two second. It is divided into sub-pixel groups B1 and B2. Then, in the 4-pixel unit pattern, the pixel belonging to the first sub-pixel group A1 is located at the upper left of the unit pattern, and the pixel belonging to the first sub-pixel group A2 is located at the lower right of the unit pattern. Further, in the unit pattern of 4 pixels, the pixel belonging to the second sub-pixel group B1 is located in the upper right, and the pixel belonging to the second sub-pixel group B2 is located in the lower left.
なお、図23に示す変形例1のように、第1画素群Aと第2画素群Bの配置を入れ替えても良い。また、図23に示す変形例2のように、第1副画素群A1とA2の配置を入れ替えてもよい。更に、図23に示す変形例3のように、第2副画素群B1とB2の配置を入れ替えてもよい。
In addition, as in the
本実施形態における受光制御部6は、1フレーム毎に2回の照射を行う。そして、第1副画素群A1は、1回目の照射ではゲート信号G1、2回目の照射ではゲート信号G3により制御される。第1副画素群A2は、1回目の照射ではゲート信号G2、2回目の照射ではゲート信号G4により制御される。また、第2副画素群B1は、1回目、2回目のいずれの照射もゲート信号G1により制御され、第2副画素群B2は、1回目、2回目のいずれの照射もゲート信号G3により制御される。 The light receiving control unit 6 in the present embodiment performs irradiation twice for each frame. The first sub-pixel group A1 is controlled by the gate signal G1 in the first irradiation and the gate signal G3 in the second irradiation. The first sub-pixel group A2 is controlled by the gate signal G2 in the first irradiation and the gate signal G4 in the second irradiation. Further, in the second sub-pixel group B1, both the first and second irradiations are controlled by the gate signal G1, and in the second sub-pixel group B2, both the first and second irradiations are controlled by the gate signal G3. Will be done.
上記のような制御を適用することにより、第1画素群Aでは1つの画像で2位相分の情報を得ることができ、2つの画像を取得するだけで4位相分の情報を取得することができる。すなわち、2枚の画像のみで被写体までの距離を算出することができる。 By applying the above control, in the first pixel group A, information for two phases can be obtained with one image, and information for four phases can be obtained only by acquiring two images. can. That is, the distance to the subject can be calculated using only two images.
また、上記制御により第2画素群Bでも同様に1つの画像で2位相分の情報を得ることができ、照射光と反射光の位相差が0度〜360度の何れの場合でも、2枚の画像を取得するだけで被写体の動きを求めることができる。 Further, by the above control, information for two phases can be obtained in one image in the second pixel group B as well, and two images can be obtained regardless of the phase difference between the irradiation light and the reflected light of 0 degrees to 360 degrees. The movement of the subject can be obtained simply by acquiring the image of.
[4−2.効果]
以上詳述した第3実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)〜(1c)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
[4-2. effect]
According to the third embodiment described in detail above, the effects (1a) to (1c) of the above-mentioned first embodiment are exhibited, and the following effects are further achieved.
(4a)本実施形態によれば、1フレームでの照射回数が2回で済むため、第1〜第3実施形態と比較して、より短時間で、被写体との距離の算出および被写体の動きの検出を行うことができる。 (4a) According to the present embodiment, the number of irradiations in one frame is only two times, so that the distance to the subject can be calculated and the movement of the subject can be calculated in a shorter time as compared with the first to third embodiments. Can be detected.
[4−3.画素配置の変形例]
本実施形態では、第1画素群Aに属する画素と、第2画素群Bに属する画素とが、市松模様を形成する配置としたが、これに限定されるものではない。
[4-3. Deformation example of pixel arrangement]
In the present embodiment, the pixels belonging to the first pixel group A and the pixels belonging to the second pixel group B are arranged to form a checkered pattern, but the present invention is not limited to this.
例えば、図16に示すように、4画素の単位パターンは、第1副画素群A1に属する画素を左上、第1副画素群A2に属する画素を左下、第2副画素群B1に属する画素を右上、第2副画素群B2に属する画素を右下に配置したものであってもよい。 For example, as shown in FIG. 16, in the 4-pixel unit pattern, the pixel belonging to the first sub-pixel group A1 is in the upper left, the pixel belonging to the first sub-pixel group A2 is in the lower left, and the pixel belonging to the second sub-pixel group B1 is. Pixels belonging to the second sub-pixel group B2 may be arranged in the upper right and lower right.
また、図17に示すように、4画素の単位パターンは、第1副画素群A1に属する画素を左上、第1副画素群A2に属する画素を右上、第2副画素群B1に属する画素を左下、第2副画素群B2に属する画素を右下に配置したものであってもよい。 Further, as shown in FIG. 17, in the 4-pixel unit pattern, the pixel belonging to the first sub-pixel group A1 is on the upper left, the pixel belonging to the first sub-pixel group A2 is on the upper right, and the pixel belonging to the second sub-pixel group B1 is used. The pixels belonging to the second sub-pixel group B2 at the lower left may be arranged at the lower right.
なお、図16および図17に示した単位パターンにおいても、図23に示した変形例1〜3の場合と同様に、第1画素群Aと第2画素群Bの配置を入れ替えたり、第1副画素群A1とA2の配置を入れ替えたり、第2副画素群B1とB2の配置を入れ替えたりしてもよい。 In the unit patterns shown in FIGS. 16 and 17, the arrangements of the first pixel group A and the second pixel group B may be exchanged or the first may be the same as in the case of the modified examples 1 to 3 shown in FIG. The arrangements of the sub-pixel groups A1 and A2 may be exchanged, or the arrangements of the second sub-pixel groups B1 and B2 may be exchanged.
[5.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
[5. Other embodiments]
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified and implemented.
(5a)上記実施形態では、各画素の構成として、図2に示すものを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、図18に示すように、一つの受光素子51に対して、図2に示したキャパシタ52、シャッタスイッチ53、リセットスイッチ54、リードスイッチ55と同様に構成された、2セットのキャパシタ52a,52b、シャッタスイッチ53a,53b、リセットスイッチ54a,54b、リードスイッチ55a,55bを備えていてもよい。この場合、図19に示すように、二つのシャッタスイッチ53a,53bを逆位相で動作させる。そして、両キャパシタから読み出した値Da,Dbの比を、計測値として用いればよい。また、各画素を構成するキャパシタの数は、上述した1個および2個に限定されるものではなく3個以上備えていてもよい。
(5a) In the above embodiment, the configuration shown in FIG. 2 is illustrated as the configuration of each pixel, but the configuration is not limited to this. For example, as shown in FIG. 18, for one
(5b)上記実施形態では、第2画素群Bに使用するシャッタ(即ち、ゲート信号)を2シャッタ毎に切り替えているが、同じシャッタの継続数は、3以上であってもよい。
(5b)上記実施形態では、互いに位相の異なる4種類のシャッタを用いているが、シャッタの種類数はこれに限定されるものではない。例えば、2種類のシャッタや6種類のシャッタ、8種類のシャッタあるいは、これら以外にも、360の約数で2以上のものをMで表すものとして、M種類数のシャッタを用いても良い。
(5b) In the above embodiment, the shutter (that is, the gate signal) used for the second pixel group B is switched every two shutters, but the number of continuations of the same shutter may be three or more.
(5b) In the above embodiment, four types of shutters having different phases are used, but the number of types of shutters is not limited to this. For example, two types of shutters, six types of shutters, eight types of shutters, or other than these, two or more divisors of 360 may be represented by M, and M types of shutters may be used.
2種類のシャッタを用いる場合、例えば、図24に示すように、位相が0度〜180度の期間だけハイレベルとなるゲート信号(即ち、位相0度のシャッタ)、および位相が180度〜360度の期間だけハイレベルとなるゲート信号(即ち、位相180度のシャッタ)を用いる。この場合、発光部4は、1フレーム毎に2回の照射を行う。そして、受光制御部6は、例えば、図25に示すように、第1画素群Aに対しては、2種類のゲート信号を、照射毎に交互に切り替えて使用する。第2画素群Bに対しては、2フレームを1サイクルとして制御を行い、一つ目のフレームでは、一方のゲート信号(例えば、位相0度のシャッタ)を連続して使用し、二つ目のフレームでは、他方のゲート信号(例えば、位相180度のシャッタ)を連続して使用する。
When two types of shutters are used, for example, as shown in FIG. 24, a gate signal (that is, a shutter having a phase of 0 degrees) whose phase is high level only during a period of 0 degrees to 180 degrees, and a phase of 180 degrees to 360 degrees. A gate signal (that is, a shutter with a phase of 180 degrees) that becomes a high level only for a period of degrees is used. In this case, the
6種類のシャッタを用いる場合、例えば、図26に示すように、位相が60度ずつ異なり、それぞれ180度に相当する期間だけハイレベルとなる6種類のゲート信号を用いる。この場合、発光部4は、1フレーム毎に6回の照射を行う。そして、受光制御部6は、例えば、図27に示すように、第1画素群Aに対しては、6種類のゲート信号を順番に切り替えて使用する。第2画素群Bに対しては、先の3回の照射と後の3回の照射とで位相が180度異なるゲート信号が使用されるように切り替える。なお、第2画素群Bについては、照射を2回ずつに分割し、位相が120度ずつ異なる3種類のゲート信号が使用されるように切り替えてもよい。
When six types of shutters are used, for example, as shown in FIG. 26, six types of gate signals having different phases of 60 degrees and having high levels for a period corresponding to 180 degrees are used. In this case, the
8種類のシャッタを用いる場合、例えば、図28に示すように、位相が45度ずつ異なり、それぞれ180度に相当する期間だけハイレベルとなる8種類のゲート信号を用いる。この場合、発光部4は、受光制御部6は、1フレーム毎に8回の照射を行う。そして、受光制御部6は、例えば、図29に示すように、第1画素群Aに対しては、8種類のゲート信号を順番に切り替えて使用する。第2画素群Bに対しては、先の4回の照射と後の4回の照射とで位相が180度異なるゲート信号が使用されるように切り替える。なお、第2画素群Bについては、照射を2回ずつに分割し、位相が90度ずつ異なる4種類のゲート信号が使用されるように切り替えてもよい。
When eight types of shutters are used, for example, as shown in FIG. 28, eight types of gate signals whose phases differ by 45 degrees and whose phases are high levels only for a period corresponding to 180 degrees are used. In this case, the
つまり、M種類のシャッタを用いる場合、N=360/Mとして、位相がN度ずつ異なり、m×N度〜m×N+180度に相当する期間だけハイレベルとなるM種類のゲート信号を用いればよい。なお、m=0,1,2,…,M−1である。 That is, when using M types of shutters, if N = 360 / M and M types of gate signals whose phases differ by N degrees and whose phase is high only for a period corresponding to m × N degrees to m × N + 180 degrees are used. good. It should be noted that m = 0, 1, 2, ..., M-1.
これら、M種類のシャッタを用いる場合も、画素群の配列や画素群毎のゲート信号の切り替え方は、4種類のシャッタを用いる上記実施形態について説明したものと同様のバリエーションを適用することができる。 Even when these M types of shutters are used, the same variations as those described in the above embodiment using the four types of shutters can be applied to the arrangement of the pixel groups and the method of switching the gate signal for each pixel group. ..
(5c)上記実施形態では、第1画素群Aに属する画素と、第2画素群Bに属する画素の配置を、4画素の単位パターンで示したが、これに限定されるものではない。画素の配置は、例えば、9画素や16画素の単位パターンで示されるより複雑なパターンを有していてもよい。 (5c) In the above embodiment, the arrangement of the pixels belonging to the first pixel group A and the pixels belonging to the second pixel group B is shown by a unit pattern of four pixels, but the present invention is not limited thereto. The pixel arrangement may have, for example, a more complex pattern represented by a unit pattern of 9 pixels or 16 pixels.
(5d)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 (5d) A plurality of functions possessed by one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or one function possessed by one component may be realized by a plurality of components. .. Further, a plurality of functions possessed by the plurality of components may be realized by one component, or one function realized by the plurality of components may be realized by one component. Further, a part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Further, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added or replaced with the configuration of the other above embodiment. It should be noted that all aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
(5e)上述した測距装置の他、当該測距装置を構成要素とするシステム、シャッタ制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。 (5e) In addition to the distance measuring device described above, the present disclosure can be realized in various forms such as a system having the range measuring device as a component and a shutter control method.
1…測距装置、2…信号源、3…駆動部、4…発光部、5…受光部、6…受光制御部、7…処理部、51…受光素子、52,52a,52b…キャパシタ、53,53a,53b…シャッタスイッチ、54,54a,54b…リセットスイッチ、55,55a,55b…リードスイッチ。 1 ... ranging device, 2 ... signal source, 3 ... driving unit, 4 ... light emitting unit, 5 ... light receiving unit, 6 ... light receiving control unit, 7 ... processing unit, 51 ... light receiving element, 52, 52a, 52b ... capacitor, 53, 53a, 53b ... Shutter switch, 54, 54a, 54b ... Reset switch, 55, 55a, 55b ... Reed switch.
Claims (12)
複数の画素を有する受光部(5)と、
前記受光部が有する複数の画素の一部を第1画素群、前記第1画素群以外の複数の画素のうち少なくとも一部を第2画素群として、1フレーム中の複数の光の照射毎に、照射光に対する位相が互いに異なる複数種類のシャッタの中から、前記第1画素群および前記第2画素群に対して個別に選択した前記シャッタを適用して、前記受光部に受光を行わせる受光制御部(6)と、
前記1フレーム中の複数の光の照射毎に得られる複数の画像を用いて、前記第1画素群での検出結果から、前記照射光を反射した被写体までの距離を求め、前記第2画素群での検出結果から、前記被写体の動きを検出する処理部(7)と、
を備え、
前記受光制御部は、前記第1画素群に対しては、異なる種類のシャッタを順次適用し、前記第2画素群に対しては、同じ種類のシャッタを連続して適用するように構成された、
測距装置。 It is a ranging device that performs phase-type TOF ranging.
A light receiving unit (5) having a plurality of pixels and
Some of the first pixel group of a plurality of pixels in which the light receiving portion has, at least some of the plurality of pixels other than the first pixel group as the second group of pixels, each irradiation of the plurality of the light in one frame , The shutter that is individually selected for the first pixel group and the second pixel group from among a plurality of types of shutters having different phases with respect to the irradiation light is applied to cause the light receiving unit to receive light. Control unit (6) and
Using a plurality of images obtained for each irradiation of the plurality of lights in one frame, the distance to the subject reflecting the irradiation light is obtained from the detection result in the first pixel group, and the second pixel group is obtained. The processing unit (7) that detects the movement of the subject from the detection result in
Equipped with
The light receiving control unit is configured to sequentially apply different types of shutters to the first pixel group and continuously apply the same type of shutters to the second pixel group. ,
Distance measuring device.
前記第1画素群に属する画素と前記第2画素群に属する画素とが市松模様を形成する配置となるように構成された、
測距装置。 The ranging device according to claim 1.
The pixels belonging to the first pixel group and the pixels belonging to the second pixel group are configured to form a checkered pattern.
Distance measuring device.
前記第1画素群に属する画素と前記第2画素群に属する画素とが縦縞模様を形成する配置となるように構成された、
測距装置。 The ranging device according to claim 1.
The pixels belonging to the first pixel group and the pixels belonging to the second pixel group are configured to form a vertical stripe pattern.
Distance measuring device.
前記第1画素群に属する画素と前記第2画素群に属する画素とが横縞模様を形成する配置となるように構成された、
測距装置。 The ranging device according to claim 1.
The pixels belonging to the first pixel group and the pixels belonging to the second pixel group are configured to form a horizontal stripe pattern.
Distance measuring device.
前記受光部が形成する受光面において、設定された注目領域に前記第1画素群に属する画素が配置され、前記注目領域を挟んで位置する一対の付加領域に前記第2画素群に属する画素が配置されるように構成された、
測距装置。 The ranging device according to claim 1.
In the light receiving surface formed by the light receiving portion, pixels belonging to the first pixel group are arranged in a set attention region, and pixels belonging to the second pixel group are arranged in a pair of additional regions located across the attention region. Configured to be placed,
Distance measuring device.
前記受光部が形成する受光面において、設定された注目領域に前記第2画素群に属する画素が配置され、前記注目領域を挟んで位置する一対の付加領域に前記第1画素群に属する画素が配置されるように構成された、
測距装置。 The ranging device according to claim 1.
In the light receiving surface formed by the light receiving portion, pixels belonging to the second pixel group are arranged in a set attention area, and pixels belonging to the first pixel group are arranged in a pair of additional areas located across the attention area. Configured to be placed,
Distance measuring device.
前記受光制御部は、前記第2画素群に属する画素のシャッタの位相を、Nを2以上の整数として、Nシャッタ毎に変化させるように構成された、
測距装置。 The distance measuring device according to any one of claims 1 to 6.
The light receiving control unit is configured to change the phase of the shutters of the pixels belonging to the second pixel group for each N shutter, where N is an integer of 2 or more.
Distance measuring device.
前記受光制御部は、前記第1画素群に属する画素と前記第2画素群に属する画素とを、周期的に入れ替えるように構成された、
測距装置。 The distance measuring device according to any one of claims 1 to 7.
The light receiving control unit is configured to periodically replace the pixels belonging to the first pixel group and the pixels belonging to the second pixel group.
Distance measuring device.
前記第1画素群は、複数の第1副画素群を有し、
前記受光制御部は、前記複数の第1副画素群に対して、それぞれ位相の異なるシャッタを適用するように構成された、
測距装置。 The distance measuring device according to any one of claims 1 to 8.
The first pixel group has a plurality of first sub-pixel groups.
The light receiving control unit is configured to apply shutters having different phases to the plurality of first sub-pixel groups.
Distance measuring device.
前記第2画素群は、複数の第2副画素群を有し、
前記受光制御部は、前記複数の第2副画素群に対して、それぞれ位相の異なるシャッタを適用するように構成された、
測距装置。 The distance measuring device according to any one of claims 1 to 9.
The second pixel group has a plurality of second sub-pixel groups.
The light receiving control unit is configured to apply shutters having different phases to the plurality of second sub-pixel groups.
Distance measuring device.
Mが2以上の整数、N=360/M、m=0,1,2,…,M−1として、
前記受光制御部は、m×N度の位相で表現されるM個のタイミングに対応したM種類のシャッタを用いるように構成された、
測距装置。 The distance measuring device according to any one of claims 1 to 10.
As an integer in which M is 2 or more, N = 360 / M, m = 0, 1, 2, ..., M-1,
The light receiving control unit is configured to use M types of shutters corresponding to M timings represented by a phase of m × N degrees.
Distance measuring device.
Mは、2,4,6,8のいずれかである
測距装置。 The distance measuring device according to claim 11.
M is a distance measuring device which is one of 2, 4, 6 and 8.
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