JP7441380B2 - 距離測定装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る距離測定装置は、近赤外光を発光して、被写体に前記近赤外光を照射する発光素子と、被写体から同一の光軸を通る反射光を可視光と前記近赤外光とに分離して、前記可視光と前記近赤外光とをそれぞれ出力する光分離部と、前記光分離部から出力された前記近赤外光を受光して、距離画像を生成する距離画像センサと、前記光分離部から出力された前記可視光を受光して、被写体画像を生成する撮像センサと、前記所定ブロック毎に、前記撮像センサにより生成された前記被写体画像に基づいて前記被写体の傾きを検出し、検出した傾きに基づいて補正信号を演算する補正信号演算部と、前記所定ブロック毎に、前記補正信号生成部により演算された前記補正信号と、前記距離画像センサで生成された距離画像と、を用いて、前記被写体までの距離を測定する距離測定部と、を備えている。
本発明に係る距離測定装置は、近赤外光を発光して、被写体に前記近赤外光を照射する発光素子と、被写体から同一の光軸を通る反射光を可視光と前記近赤外光とに分離して、前記可視光と前記近赤外光とをそれぞれ出力する光分離部と、前記光分離部から出力された前記近赤外光を受光して、距離画像を生成する距離画像センサと、前記光分離部から出力された前記可視光を受光して、被写体画像を生成する撮像センサと、前記所定ブロック毎に、前記撮像センサにより生成された前記被写体画像と、予め記憶された太陽光の分光特性と、に基づいて、近赤外光の波長帯における外乱光の信号値を示す補正信号を演算する補正信号演算部と、前記所定ブロック毎に、前記補正信号生成部により演算された前記補正信号と、前記距離画像センサで生成された距離画像と、を用いて、前記被写体までの距離を測定する距離測定部と、を備えている。
図1は、距離測定装置1の構成を示すブロック図である。距離測定装置1は、被写体で反射された光を集光するレンズ11と、レンズ11からの光を可視光と近赤外光とに分離するビームスプリッタ12と、ビームスプリッタ12からの可視光に応じた画像信号(被写体画像)を生成するベイヤーセンサ13と、ベイヤーセンサ13で生成された被写体画像に所定の信号処理を施す第1信号処理部14と、を備えている。
(被写体の素材・配色に関する補正)
一般に、光の反射率は、光が入射・反射される物体(被写体)毎に異なる。また、同一の物体であっても、物体の色毎に、光の反射率が異なる。このため、実際には同一の距離であっても、被写体の物体又は色が異なると、測定される距離画像が異なってしまう。例えば、被写体が白紙と黒紙の場合、距離測定装置1から白紙及び黒紙までのそれぞれの距離が同じ場合でも、測定される距離画像が異なることがある。そこで、本実施形態では、測定部17は、予め反射率テーブルを記憶している。
同一の物体及び色であっても、距離測定装置1に対して物体が正対しているか、又は斜めになっているかによって、反射率Rが異なる。通常、物体が正対する時の反射率Raは、物体が傾いている時の反射率Rbに比べて大きくなる(Ra>Rb)。
Lin=Lout×R
Vsy=aR+bG+cB・・・(1)
Vty=Vsy×(Rsy/Rty)・・・(2)
なお、Vtyは、ベイヤーセンサ13によって検出された信号である。Rtyは、黄色の段ボール箱が正対しているときの反射率R1である。Rsyは、黄色の段ボール箱が傾いたときの反射率である。
Vsy=Vty×(Rty/Rsy)・・・(3)
Vtyはセンサ(ベイヤーセンサ13・TOFセンサ15)によって実際に検出される信号である。Rtyは、上述のように被写体の素材及び配色によって求められる反射率R1である。Rsyは、被写体の傾きによって決定される反射率である。
cosθ=b/a
θ=cos-1(b/a)
素毎に、正対時の距離画像Vsyを求めることができる。この距離画像は、被写体の素材、配色及び傾きが考慮されており、正確な距離情報を示している。
撮影環境では、予期しない外乱光又は散乱光(以下、「外乱光等」という。)が存在している。外乱光等の一部がTOFセンサ15に入射した場合、TOFセンサ15によって生成される距離画像が異常値になってしまう。
最初に、測定部17は、ホワイトバランス調整を行う。
具体的には、近赤外光(NIR:850nm)を含む外乱光のない状態でベイヤーセンサ13のホワイトバランス調整を行う。このとき、LED光源18は、白色LEDが使用される。また、被写体の色は白である。すなわち、白色と定義された被写体が使用される。
R=G=B=1 ・・・(4)
ここで、R、G、Bは、白色被写体を撮影したベイヤーセンサ13から生成される赤色光、緑色光、青色光の各信号値である。ホワイトバランス調整後は、上述した式(1)の係数a,b,cはすべて1になる。さらに、白色被写体を撮影したTOFセンサ15から生成される近赤外光の信号値をTsとすると、Ts=1になるように調整する。
図7は、太陽光の分光特性を示す図である。太陽光の分光特性(曲線)は、太陽光の各波長に対する規格化放射強度スペクトル(最大強度が1)を示している。測定部17は、太陽光の分光特性を予め記憶している。
そこで、測定部17は、太陽光の分光特性を参照して、画素毎に、赤色光、緑色光及び青色光の各信号値の比率から、近赤外光の信号値を推定演算する。これにより、TOFセンサ15から生成される距離画像の各画素の信号値に含まれる外乱光を求めることができる。
LED光源18がオフの場合に、どの程度の外乱光があるかを考える。図7の場合、外乱光によってベイヤーセンサ13で検出された青色光、緑色光、赤色光のそれぞれの信号値Bs、Gs、Rsの比率は、例えば次式のようになった。
Bs:Gs:Rs=0.96:0.98:0.98
よって、ベイヤーセンサ13で検出される外乱光の信号値は、式(5)となる。
(ベイヤーセンサ13で検出される外乱光信号)
=0.96Bs+0.98Gs+0.98Rs ・・・(5)
よって、TOFセンサ15で検出される外乱光の信号値は式(6)のようになる。
(TOFセンサ15で検出される外乱光信号)=0.95Ts ・・・(6)
11 レンズ
12 ビームスプリッタ
13 ベイヤーセンサ,
14 第1信号処理部
15 TOFセンサ
16 第2信号処理部
17 測定部
18 LED光源
19 光源制御部
Claims (4)
- 近赤外光を発光して、被写体に前記近赤外光を照射する発光素子と、
被写体から同一の光軸を通る反射光を可視光と前記近赤外光とに分離して、前記可視光と前記近赤外光とをそれぞれ出力する光分離部と、
前記光分離部から出力された前記近赤外光を受光して、距離画像を生成する距離画像センサと、
前記光分離部から出力された前記可視光を受光して、被写体画像を生成する撮像センサと、
所定ブロック毎に、前記撮像センサにより生成された前記被写体画像に基づいて前記被写体の素材及び色を検出し、検出した素材及び色に対応する前記被写体の光反射率に基づいて補正信号を演算する補正信号演算部と、
前記所定ブロック毎に、前記補正信号生成部により演算された前記補正信号と、前記距離画像センサで生成された距離画像と、を用いて、前記被写体までの距離を測定する距離測定部と、
を備えた距離測定装置。 - 近赤外光を発光して、被写体に前記近赤外光を照射する発光素子と、
被写体から同一の光軸を通る反射光を可視光と前記近赤外光とに分離して、前記可視光と前記近赤外光とをそれぞれ出力する光分離部と、
前記光分離部から出力された前記近赤外光を受光して、距離画像を生成する距離画像センサと、
前記光分離部から出力された前記可視光を受光して、被写体画像を生成する撮像センサと、
前記所定ブロック毎に、前記撮像センサにより生成された前記被写体画像に基づいて前記被写体の傾きを検出し、検出した傾きに基づいて補正信号を演算する補正信号演算部と、
前記所定ブロック毎に、前記補正信号生成部により演算された前記補正信号と、前記距離画像センサで生成された距離画像と、を用いて、前記被写体までの距離を測定する距離測定部と、
を備えた距離測定装置。 - 近赤外光を発光して、被写体に前記近赤外光を照射する発光素子と、
被写体から同一の光軸を通る反射光を可視光と前記近赤外光とに分離して、前記可視光と前記近赤外光とをそれぞれ出力する光分離部と、
前記光分離部から出力された前記近赤外光を受光して、距離画像を生成する距離画像センサと、
前記光分離部から出力された前記可視光を受光して、被写体画像を生成する撮像センサと、
前記所定ブロック毎に、前記撮像センサにより生成された前記被写体画像と、予め記憶された太陽光の分光特性と、に基づいて、近赤外光の波長帯における外乱光の信号値を示す補正信号を演算する補正信号演算部と、
前記所定ブロック毎に、前記補正信号生成部により演算された前記補正信号と、前記距離画像センサで生成された距離画像と、を用いて、前記被写体までの距離を測定する距離測定部と、
を備えた距離測定装置。 - 前記所定ブロックは、一画素又は複数の画素で構成された領域である
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の距離測定装置。
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- 2022-10-04 WO PCT/JP2022/037197 patent/WO2023058666A1/ja active Application Filing
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