JPH05164523A - 三次元物体奥行き検出装置 - Google Patents

三次元物体奥行き検出装置

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JPH05164523A
JPH05164523A JP3336504A JP33650491A JPH05164523A JP H05164523 A JPH05164523 A JP H05164523A JP 3336504 A JP3336504 A JP 3336504A JP 33650491 A JP33650491 A JP 33650491A JP H05164523 A JPH05164523 A JP H05164523A
Authority
JP
Japan
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camera
depth
focus
optical system
lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP3336504A
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English (en)
Inventor
Takahiro Yamada
隆博 山田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦点深度の浅いレンズ光学系を実現し、この
レンズ光学系により任意の奥行き距離の近傍に含まれる
物体領域の検出が可能な三次元物体奥行き検出装置を提
供する。 【構成】 中央部の光通過領域を用いない対物レンズと
中心部から周辺部へ遮光領域を変化させるレンズ絞りと
で構成した焦点深度の浅いレンズ光学系202を有した
カメラ206の出力映像信号から、高分散領域抽出回路
208で焦点の合った領域を検出し、焦点深度の深いレ
ンズ光学系203を有したカメラ207の出力映像信号
は領域選択回路209で高分散領域抽出回路で得られた
信号に対応する奥行き領域を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焦点深度の相異なる2
種類のレンズ光学系とテレビカメラを用いて、三次元空
間に配置され、奥行き距離のある範囲に存在する物体領
域を検出する三次元物体奥行き検出装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】三次元空間に対するカメラ画像から距離
・形状を高い精度で計測する技術が、産業用組立ロボッ
ト、検査ロボット、移動ロボットのための視覚やCAD
形状データの入力などの工業計測に利用されている。
【0003】三次元計測方法は受動型(レンズ焦点法・
単眼視検出法・ステレオ法・動画像検出法)と能動型
(光レーダー法・アクティブステレオ法・照度差ステレ
オ法・モアレ法・干渉法)に分類されるが、工業計測の
用途では光のスポットや光の模様を投射してその反射光
を検出する能動型計測方式がその高い信頼性と精度ゆえ
に多用されている。しかし、これは対象物体の特定ポイ
ントの正確な距離計測を最優先する工業分野でのニーズ
に応える技術として利用されているのであって、小型化
が最も重視される民生分野の用途では、正確な距離が分
からなくても相対的な奥行きの差が分かば十分である。
そうした民生用の観点からは、受動型のレンズ焦点法な
どの利用可能性が期待される。
【0004】このレンズ焦点法は、一眼レフカメラの焦
点合わせと全く同じ原理である。フォーカスを回してピ
ントを合わせる。その時のレンズ距離が奥行き情報であ
る。従って、レンズの繰り出し機構と画像のボケ(局所
的な画像の濃淡の分散が小さい領域)判定機能があれ
ば、奥行き計測が可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なレンズ焦点法の構成原理では奥行きを計測する事は可
能であっても、奥行き距離のある範囲に存在する物体領
域を検出したり、相対的に奥行き距離の異なる物体を区
別することはできない。さらに、レンズ焦点法は非常に
浅い焦点深度のレンズ光学系が必要になるが、数m以上
の測定に利用できる浅い焦点深度のレンズ光学系を実現
する事は困難であることが定説である。
【0006】本発明はこの様な課題に注目して、数m以
上の奥行き距離に対しても焦点深度の浅いレンズ光学系
を実現し、このレンズ光学系により任意の奥行き距離の
近傍に含まれる物体の検出が可能な三次元物体奥行き検
出装置の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、レンズの中央部の光通過領域を用いない事
と中心部から周辺部へ遮光領域を変化させるレンズ絞り
を用いる事で焦点深度を浅くする情報を増加させ、しか
も焦点深度の浅いレンズ光学系と焦点深度の深いレンズ
光学系を経由した光情報を利用して、任意の奥行き距離
の近傍に含まれる物体の検出が可能な三次元物体奥行き
検出装置を提供する。
【0008】
【作用】本発明は前記した構造により、構造が簡単なレ
ンズ焦点法を基本に焦点深度を浅くするレンズ光学系と
通常とは正反対のレンズ絞りを開発し、しかも焦点深度
の異なる2つのレンズ光学系を経由した光情報を連動さ
せることにより、任意の奥行き距離の近傍に含まれる物
体の検出が可能になる。
【0009】
【実施例】図1(a)(b)はレンズ光学系としての本発明の
第1の実施例である。
【0010】図1(a)は、レンズ光学系の対物レンズの
中央部を除去したドーナツ・リング状のレンズである。
図のA,B,Cは被写体、A’,B’,C’はそれぞれ
の像とする。レンズを操作してA点にフォーカスを合わ
せた場合、各被写体から出た光は、図の実線の範囲を通
って各撮像点に達する。A点からの光は丁度撮像面上に
像を作る(フォーカスが合っている)が、B,Cからの
光は撮像面上ではPP’またはQQ’の範囲に広がって
いる。つまり、ボケているわけだが、この広がりが撮像
素子の1画素以下の大きさであれば、カメラの解像度は
撮像素子の画素の大きさYで決まるためこのボケは問題
とならない。逆に広がりが撮像素子の画素よりも大きく
なると、このボケが解像度を決定する事になる。仮に、
撮像素子の画素と同等になるような被写体間の距離Xを
被写界深度(焦点深度ともいう)と定義すると、現行テ
レビの焦点深度Xと現行テレビの画素の大きさYが図1
(a)のように対応する。一方、焦点深度Xよりも離れた
C点の光を焦点深度内におさめるために、通常は、レン
ズの絞りを絞って実質的にレンズ口径を小さくしレンズ
中心部のF1F1’の範囲に光の通路を制限するのだが、
本実施例では対物レンズの中心部を無くして周辺部レン
ズの101だけとする。しかも、レンズ絞りは図2に示
すように中心部から周辺部へ傘のように遮光領域を広げ
る方法を取る事により、入射光はF0F0’の範囲を経由
せざるを得ず、絞りを絞れば絞るほどボケが強調され
る。
【0011】以上のように本実施例によれば、焦点深度
の浅いレンズ光学系をつくることが容易になる。
【0012】なお、図1(b)のように対物レンズ103
の中心部に遮光物質104を張り付けてもよいし、非球
面レンズを用いてレンズ周辺光のみを集光してもよいこ
とはもちろんである。
【0013】図3は奥行き検出装置としての本発明の第
1の実施例である。被写体201からの光は、図1の対
物レンズとレンズ絞りを用いた焦点深度の浅いレンズ光
学系202と焦点深度の深いレンズ光学系203を通
り、それぞれ撮像素子を有する信号処理部204と20
5へ導かれる。レンズ光学系202と撮像素子を有する
信号処理部204を一緒にした206が焦点深度の浅い
カメラであり、レンズ光学系203と撮像素子を有する
信号処理部205を一緒にした207が焦点深度の深い
カメラである。
【0014】焦点深度の浅いカメラから出力される映像
信号は高分散領域抽出部208に入力され、焦点距離の
位置近傍で焦点が合った被写体に対応する映像信号の高
分散領域だけが検出される。一方、焦点深度の深いカメ
ラ207から出力される映像信号は領域選択処理部20
9に導かれ、高分散領域抽出部208からの信号により
焦点の合った領域が選択される。これにより、ある焦点
距離近傍の被写体が映像のどこに分布しているかが分か
る。焦点深度の浅いレンズ光学系202を焦点距離掃引
部210により変化させる事で焦点深度の深いカメラ2
07の出力映像信号である奥行きにある物体情報を検出
する事が可能になる。
【0015】以上のように、本実施例によれば、対物レ
ンズの中心部に光を通さない対物レンズを用いた焦点深
度の浅いカメラの情報を用いて、焦点深度の深いカメラ
の映像信号で物体の奥行き情報を検出する事が可能にな
る。
【0016】図4は奥行き検出装置としての本発明の第
2の実施例である。本実施例が第1の実施例と異なるの
は被写体201からの光をレンズ光学系に導くところで
ある。図から分かるように、入射光はビーム・スプリッ
タ301により、一部は焦点深度の深いカメラ207の
レンズ光学系203に入り、残りは反射鏡302を経由
して焦点深度の浅いカメラ206のレンズ光学系202
に入るところである。以上のように、本実施例によれ
ば、奥行き情報を検出するための2つのカメラを一体化
させることが可能になる。
【0017】図5は奥行き検出装置としての本発明の第
3の実施例である。本実施例が第2の実施例と異なるの
は視野対応処理部401を用いて反射鏡302の位置を
上下左右に変化させることである。これは、焦点深度の
異なる2つのカメラ206と207の視野が一致させる
ためのものである。以上のように本実施例によれば、異
なるレンズ光学系を用いても視野を一致させる事がで
き、奥行き検出の際に位置ズレなどが起こらないように
できる。
【0018】図6はレンズ光学系としての本発明の第2
の実施例である。図から分かるように、対物レンズ50
1の中心部に液晶502を張り付け電気信号により液晶
502の透明・不透明を制御するものである。液晶を不
透明にした状態が図1の対物レンズに対応するわけだ
が、本実施例は電気により必要な時間だけ設定できると
ころに特徴がある。
【0019】図7は奥行き検出装置としての本発明の第
4の実施例である。被写体601からの光は、図6の対
物レンズと図2のレンズ絞りを用いたレンズ光学系60
2を通り、撮像素子を有する信号処理部603へ導かれ
る。レンズ光学系602と撮像素子を有する信号処理部
603を一緒にした604が焦点深度の浅深を変える事
ができるカメラである。
【0020】端子Tから印加されたパルスにより、スイ
ッチS1が開くと液晶ドライバ605によりレンズ光学
系602の対物レンズの液晶は不透明になる。この結
果、カメラ604の出力映像信号は焦点深度の浅いカメ
ラからの出力映像信号と同等になり、焦点距離の位置近
傍で焦点が合った被写体に対応する映像信号の高分散領
域だけを検出する高分散領域抽出部606に入る。この
高分散領域抽出部606で抽出された信号はメモリ60
7で記憶される。
【0021】一方、端子Tから印加されたパルスによ
り、スイッチS1が閉じるとレンズ光学系602の対物
レンズの液晶は透明になる。この結果、カメラ604の
出力映像信号は焦点深度の深いカメラからの出力映像信
号と同等になり、どう通常対のスイッチS2を経由して
領域選択処理部608に入り、高分散領域抽出部606
の信号を記憶したメモリ607の信号により出力映像信
号から焦点の合った領域が選択される。これにより、あ
る焦点距離近傍の被写体が映像のどこに分布しているか
が分かる。焦点深度の浅い状態でのレンズ光学系を焦点
距離掃引部607で変化させる事で任意の奥行きにある
物体情報を検出する事が可能になる。
【0022】以上のように、本実施例によれば、対物レ
ンズの中心部の光通過を電気的に制御する事により1つ
のカメラをもちいて焦点深度の浅いカメラの情報と焦点
深度の深いカメラの映像信号を交互に得て、物体の奥行
き情報を検出する事が可能になる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば焦点深度
の浅いレンズ光学系とレンズ絞りを用いる事で任意の奥
行き距離の近傍の物体領域情報を容易に検出する事が可
能になり、しかもこの物体領域情報を用いて焦点深度の
深いカメラからの映像出力信号で任意の奥行きをもつ物
体領域を選択する事が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例におけるレンズ光学系の
第1及び第2の例を示す断面図 (b)は本発明の実施例におけるレンズ光学系の第1及び
第2の例を示す断面図
【図2】本発明の実施例におけるレンズ光学系のレンズ
絞りを示す正面図
【図3】本発明の第1の実施例における奥行き検出装置
のブロック図
【図4】本発明の第2の実施例における奥行き検出装置
のブロック図
【図5】本発明の第3の実施例における奥行き検出装置
のブロック図
【図6】本発明の実施例におけるレンズ光学系の第3の
例を示す断面図
【図7】本発明の第4の実施例における奥行き検出装置
のブロック図
【符号の説明】
202 焦点深度の浅いレンズ光学系 203 焦点深度の深いレンズ光学系 206 焦点深度の浅いカメラ 207 焦点深度の深いカメラ 204、205 撮像素子を有するカメラ信号処理部 208 高分散領域抽出部 209 領域選択処理部 210 焦点距離掃引処理部 301 ビーム・スプリッタ 302 反射鏡 401 視野対応処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 5/235 9187−5C

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射光が中央部を通過できないような対物
    レンズと遮光領域が中心から周辺に向かって広がるレン
    ズ絞りを有する焦点深度の浅いカメラを用いることを特
    徴とする三次元物体奥行き検出装置。
  2. 【請求項2】入射光の周辺成分だけが通過するような非
    球面の対物レンズを有する焦点深度の浅いカメラを用い
    ることを特徴とする三次元物体奥行き検出装置。
  3. 【請求項3】焦点深度の深いレンズ光学系を有する第1
    のカメラと、焦点深度の浅いレンズ光学系を有する第2
    のカメラと、前記第2のカメラの出力映像信号を高分散
    領域抽出処理部に入力し、前記高分散領域抽出処理部で
    抽出された出力映像信号の高分散領域に対応した前記第
    1のカメラの出力映像信号の領域を選択する領域選択処
    理部と、前記第1のカメラの焦点距離を変化させる焦点
    距離掃引処理部を有する事を特徴とする三次元物体奥行
    き検出装置。
  4. 【請求項4】入射光をビーム・スプリッタによりαとβ
    の二方向の光に分け、前記α側の光を焦点深度の深いレ
    ンズ光学系を有する第1のカメラに入射し、前記β側の
    光を焦点深度の浅いレンズ光学系を有する第2のカメラ
    に入射し、前記第2のカメラの出力映像信号を高分散領
    域抽出処理部に入力し、前記高分散領域抽出処理部で抽
    出された出力映像信号の領域に対応した前記第1のカメ
    ラの出力映像信号の領域を選択する領域選択処理部と、
    前記第1のカメラの焦点距離を変化させる焦点距離掃引
    処理部と、前記第1のカメラの視野と前記第2のカメラ
    の視野を一致させる視野対応処理部を有する事を特徴と
    する三次元物体奥行き検出装置。
  5. 【請求項5】遮光領域が中心から周辺に向かって広がる
    レンズ絞りと対物レンズの中央部に光透過を開閉制御で
    きる液晶を張り付け液晶が光透過を閉じた時に焦点深度
    の浅いレンズ光学系となるカメラを用いることを特徴と
    する三次元物体奥行き検出装置。
  6. 【請求項6】焦点深度の深い第1のレンズ光学系と、焦
    点深度の浅い第2のレンズ光学系と、カメラとを有し、
    前記第2のレンズ光学系を経由した光を入射したときの
    前記カメラの出力映像信号を高分散領域抽出処理部に入
    力し、前記高分散領域抽出処理部で抽出された出力映像
    信号をメモリに記録し、前記第1のレンズ光学系を経由
    した光を入射したときの前記カメラの出力映像信号から
    前記メモリの信号に対応する領域を選択する領域選択処
    理部と、前記第2のレンズ光学系の焦点距離を変化させ
    る焦点距離掃引処理部を有する事を特徴とする三次元物
    体奥行き検出装置。
JP3336504A 1991-12-19 1991-12-19 三次元物体奥行き検出装置 Pending JPH05164523A (ja)

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JP3336504A JPH05164523A (ja) 1991-12-19 1991-12-19 三次元物体奥行き検出装置

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JP (1) JPH05164523A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014055920A (ja) * 2012-09-14 2014-03-27 Omron Corp 共焦点計測装置
JP2015510150A (ja) * 2012-02-29 2015-04-02 アジレント・テクノロジーズ・インクAgilent Technologies, Inc. ソフトウェア定義式顕微鏡

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015510150A (ja) * 2012-02-29 2015-04-02 アジレント・テクノロジーズ・インクAgilent Technologies, Inc. ソフトウェア定義式顕微鏡
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