JP7275941B2 - 3次元情報取得装置及び3次元情報取得方法 - Google Patents
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Description
3次元情報取得装置に組み込み用ソフトウェア又はハードウェア演算回路を設ける場合、高速演算が可能となることから、固定小数点形式が採用されることが多い。固定小数点形式では、設定したビット数に応じた丸め誤差が発生する。このため、必要な演算精度を満たしつつ、計算コスト(回路規模)を抑えた、適切なビット数を設定することが重要となる。以下の表1に、測定対象物の測距範囲を0m~15mと仮定したときの固定小数点のビットと距離分解能の関係を示す。
(装置構成)
図1は、第1の実施の形態の3次元情報取得装置のブロック図である。この図1に示すように、第1の実施の形態の3次元情報取得装置は、光を発光する発光部10と、広角レンズを備えた受光光学系20と、複数の受光素子が配列された受光面を有する撮像素子31を備えた撮像部30と、各部を制御する制御部40とを有している。
次に、図4は、第1の実施の形態の3次元情報取得装置の光学構成を示す図である。この図4に示すように、」第1の実施の形態の3次元情報取得装置は、投光系14及び受光系15を有している。投光系14は、発光部10、レンズ群12、ビームスプリッタ13及びレンズ群21を有する。また、受光系15は、レンズ群21、ビームスプリッタ13、レンズ群22及び撮像部30の撮像素子31を有する。すなわち、投光系14及び受光系15は、ビームスプリッタにより同軸化されると共に、レンズ群21等の光学部品の一部が共有化されている。なお、レンズ群21、ビームスプリッタ13、レンズ群22等で、上述の受光光学系20を形成している。
図5は、このように同軸化された投光系及び受光系を有する3次元情報取得装置における距離誤差の補正処理の流れを示すフローチャートである。制御部40は、記憶部50に記憶されている距離誤差補正プログラムに基づいて、このフローチャートの各処理を実行する。上述のように、このフローチャートの各処理は、撮像部30の画素毎(撮像素子31毎)に行われる。
y=rsinθsinφ
z=rcosφ
θ(u,v)=(√(u2+v2))/(f/w)
φ(u,v)=arctan(u/v)
以上の説明から明らかなように、第1の実施の形態の3次元情報取得装置は、図5のフローチャートのステップS22で時間差情報を算出した後の段階で補正処理を施す(ステップS23、ステップS24)。これにより、時間差情報に生じている誤差を、最初に補正して、誤差を略零(ゼロ)としたうえで、以後の演算処理を行うことができる。このため、時間差情報に生じている誤差が、演算を行う毎に拡大されて伝搬する不都合を防止でき、正確な距離情報を得ることができる。また、演算処理を簡素化できる(演算コストを下げることができる)。
次に、第2の実施の形態の3次元情報取得装置の説明をする。上述の第1の実施の形態は、投光系(発光部10)及び広角レンズを備えた受光系(受光光学系20及び撮像部30)が同軸化されている例であった。これに対して、第2の実施の形態の3次元情報取得装置は、投光系(発光部10)及び広角レンズを備えた受光系(受光光学系20及び撮像部30)を並行配置した例である。なお、上述の第1の実施の形態と、以下に説明する第2の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。
20 受光光学系
30 撮像部
31 撮像素子
40 制御部
41 光飛行時間算出部
42 時間差補正部
43 距離画像生成部
50 記憶部
60 媒体インタフェース
70 通信部
80 表示部
90 指示入力部
Claims (8)
- 光飛行時間をもとに3次元情報を取得する3次元情報取得装置であって、
被写体に光を照射する発光部と、
複数の受光素子が配列された受光面を有する撮像部と、
前記発光部から発光され被写体で反射された光を、前記撮像部の受光面に導く広角レンズを含む受光光学系と、
前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記発光部から前記撮像部の受光面までの光飛行時間情報を算出する光飛行時間算出部と、
入射角毎の光路長差に対応する前記光飛行時間情報の補正情報を記憶する記憶部と、
前記補正情報に基づいて、前記光飛行時間情報を補正する時間差補正部と、
補正された前記光飛行時間情報に基づいて、前記被写体までの距離を示す距離情報を算出する距離画像生成部と、
を有する3次元情報取得装置。 - 前記発光部及び前記撮像部は、同軸構成であること
を特徴とする請求項1に記載の3次元情報取得装置。 - 前記発光部及び前記受光光学系は並行配置されており、
前記記憶部には、前記発光部及び前記受光光学系の配置情報が記憶されており、
前記距離画像生成部は、前記配置情報に基づいて前記距離情報を補正すること
を特徴とする請求項1に記載の3次元情報取得装置。 - 前記補正された光飛行時間情報に丸め処理が行われること
を特徴とする請求項1から請求項3のうち、いずれか一項に記載の3次元情報取得装置。 - 光飛行時間をもとに3次元情報を取得する3次元情報取得装置の3次元情報取得方法であって、
発光部から被写体に光を照射する発光ステップと、
前記発光部から発光され被写体で反射された光を、複数の受光素子が配列された撮像部の受光面に、受光光学系の広角レンズを介して導く受光ステップと、
前記受光ステップにおける前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記発光部から前記撮像部の受光面までの光飛行時間情報を算出する光飛行時間算出ステップと、
記憶部に記憶された、入射角毎の光路長差に対応する前記光飛行時間情報の補正情報に基づいて、前記光飛行時間情報を補正する時間差補正ステップと、
時間差補正ステップで補正された前記光飛行時間情報に基づいて、前記被写体までの距離を示す距離情報を算出する距離画像生成ステップと、
を有する3次元情報取得方法。 - 前記発光部及び前記撮像部は、同軸構成であること
を特徴とする請求項5に記載の3次元情報取得方法。 - 前記発光部及び前記受光光学系は並行配置されており、
前記記憶部には、前記発光部及び前記受光光学系の配置情報が記憶されており、
前記距離画像生成ステップでは、前記配置情報に基づいて前記距離情報を補正すること
を特徴とする請求項5に記載の3次元情報取得方法。 - 前記補正された光飛行時間情報に丸め処理が行われること
を特徴とする請求項5から請求項7のうち、いずれか一項に記載の3次元情報取得方法。
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WO2019065975A1 (ja) | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 円偏光型偏波ダイバーシティ素子、これを用いたスキャニング素子及びLidar |
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