JPH1038559A - 距離測定方法 - Google Patents
距離測定方法Info
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- JPH1038559A JPH1038559A JP19588996A JP19588996A JPH1038559A JP H1038559 A JPH1038559 A JP H1038559A JP 19588996 A JP19588996 A JP 19588996A JP 19588996 A JP19588996 A JP 19588996A JP H1038559 A JPH1038559 A JP H1038559A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学的距離測定において、被写体や計測環境
に関係なく高精度で距離を測定する距離測定方法を提供
するものである。 【解決手段】 被写体１からの反射光を集光する固定さ
れたレンズ２と、前記レンズ２の像面に配置され、光軸
に沿って移動可能な前記レンズ２を介して前記被写体を
撮像するＣＣＤ３からなり、ＣＣＤ３を所定の間隔幅で
移動して得られる画像系列の中の被写体の大きさ及び位
置を補正した後、所定の画像中の小領域に対して、評価
関数を計算して、その評価関数の最大値を零交差点法に
より求めることにより高精度に合焦点位置を求めて、被
写体と前記レンズ間の距離を測定することを特徴とした
ものである。
に関係なく高精度で距離を測定する距離測定方法を提供
するものである。 【解決手段】 被写体１からの反射光を集光する固定さ
れたレンズ２と、前記レンズ２の像面に配置され、光軸
に沿って移動可能な前記レンズ２を介して前記被写体を
撮像するＣＣＤ３からなり、ＣＣＤ３を所定の間隔幅で
移動して得られる画像系列の中の被写体の大きさ及び位
置を補正した後、所定の画像中の小領域に対して、評価
関数を計算して、その評価関数の最大値を零交差点法に
より求めることにより高精度に合焦点位置を求めて、被
写体と前記レンズ間の距離を測定することを特徴とした
ものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結像レンズと撮像
素子を用いた距離測定方法（Ｇ０３Ｂ ３／０４）に関
するものである。
素子を用いた距離測定方法（Ｇ０３Ｂ ３／０４）に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、レンズと撮像素子を用いて距離を
測定する方法として、ステレオ法と光投影法がある。ス
テレオ法は、図９において、複数のカメラ４で被写体１
を撮影した２枚以上の画像に対して、公知の両眼立体視
法の原理を用いて距離を求める方法で、まず、複数のカ
メラ４で撮影された画像より対応点を探索し、それらの
対応点が求まると、対応点の座標、複数のカメラ４の幾
何学的配置等から被写体１の形状を算出する。
測定する方法として、ステレオ法と光投影法がある。ス
テレオ法は、図９において、複数のカメラ４で被写体１
を撮影した２枚以上の画像に対して、公知の両眼立体視
法の原理を用いて距離を求める方法で、まず、複数のカ
メラ４で撮影された画像より対応点を探索し、それらの
対応点が求まると、対応点の座標、複数のカメラ４の幾
何学的配置等から被写体１の形状を算出する。
【０００３】また、光投影法は、図１０において、被写
体１にスリット光源６よりスリット光７を照射する。ス
リット光７は、レーザ光等の高輝度の光源を用い、投影
されたスリット光７を、スリット光源６と別の方向から
のカメラ４で観測すると、被写体１の表面形状に沿って
変調されたスリット像が得られる。このスリット光７の
変形量、基線長及び変調されたスリット光５とカメラ４
の幾何学的配置から被写体１の形状を算出するものであ
る。
体１にスリット光源６よりスリット光７を照射する。ス
リット光７は、レーザ光等の高輝度の光源を用い、投影
されたスリット光７を、スリット光源６と別の方向から
のカメラ４で観測すると、被写体１の表面形状に沿って
変調されたスリット像が得られる。このスリット光７の
変形量、基線長及び変調されたスリット光５とカメラ４
の幾何学的配置から被写体１の形状を算出するものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、被写体や計測環境によって計測が困難な場
合や、あるいは、不可能な場合がある。これは、ステレ
オ法では、被写体表面上のパターンによっては対応点探
索が困難であり、距離測定が不可能な場合がある。ま
た、光投影法は被写体にスリットなどの光源を投影して
距離を求める方法であるため、自然光の下で計測が難し
いという問題点がある。
の構成では、被写体や計測環境によって計測が困難な場
合や、あるいは、不可能な場合がある。これは、ステレ
オ法では、被写体表面上のパターンによっては対応点探
索が困難であり、距離測定が不可能な場合がある。ま
た、光投影法は被写体にスリットなどの光源を投影して
距離を求める方法であるため、自然光の下で計測が難し
いという問題点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の距離測定方法は、被写体からの反射光を集
光する固定されたレンズと、そのレンズの光軸に沿って
移動可能であり、前記レンズを介して照射される前記被
写体像に応じた映像信号を発生する撮像素子からなり、
前記撮像素子を所定の間隔幅で移動して得られる前記撮
像素子上の被写体像列の前記撮像素子上の予め定められ
た領域に対応する映像信号の変化に、前記撮像素子の変
化によって起こる被写体像の大きさと位置の変化分に予
め定められた線形補間修正を施した後、その修正された
映像信号の変化に応じた評価関数を計算し、その評価関
数の変化より前記予め定められた領域における合焦点位
置を決定し、その合焦点位置における前記レンズと撮像
素子の距離に基づいて前記被写体とレンズ間の距離を算
出することを特徴としたものである。
め、本発明の距離測定方法は、被写体からの反射光を集
光する固定されたレンズと、そのレンズの光軸に沿って
移動可能であり、前記レンズを介して照射される前記被
写体像に応じた映像信号を発生する撮像素子からなり、
前記撮像素子を所定の間隔幅で移動して得られる前記撮
像素子上の被写体像列の前記撮像素子上の予め定められ
た領域に対応する映像信号の変化に、前記撮像素子の変
化によって起こる被写体像の大きさと位置の変化分に予
め定められた線形補間修正を施した後、その修正された
映像信号の変化に応じた評価関数を計算し、その評価関
数の変化より前記予め定められた領域における合焦点位
置を決定し、その合焦点位置における前記レンズと撮像
素子の距離に基づいて前記被写体とレンズ間の距離を算
出することを特徴としたものである。
【０００６】本発明によれば、被写体や計測環境に関係
なく、高精度に被写体までの距離を計測することが可能
になる。
なく、高精度に被写体までの距離を計測することが可能
になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の距離測
定方法は、被写体からの反射光を集光する固定されたレ
ンズと、そのレンズの光軸に沿って移動可能であり、前
記レンズを介して照射される前記被写体像に応じた映像
信号を発生する撮像素子からなり、前記撮像素子を所定
の間隔幅で移動して得られる前記撮像素子上の被写体像
列の前記撮像素子上の予め定められた領域に対応する映
像信号の変化に、前記撮像素子の変化によって起こる被
写体像の大きさと位置の変化分に予め定められた線形補
間修正を施した後、その修正された映像信号の変化に応
じた評価関数を計算し、その評価関数の変化より前記予
め定められた領域における合焦点位置を決定し、その合
焦点位置における前記レンズと撮像素子の距離に基づい
て前記被写体とレンズ間の距離を算出することを特徴と
したものであり、被写体や計測環境に関係なく、高精度
に被写体までの距離を計測することができる。
定方法は、被写体からの反射光を集光する固定されたレ
ンズと、そのレンズの光軸に沿って移動可能であり、前
記レンズを介して照射される前記被写体像に応じた映像
信号を発生する撮像素子からなり、前記撮像素子を所定
の間隔幅で移動して得られる前記撮像素子上の被写体像
列の前記撮像素子上の予め定められた領域に対応する映
像信号の変化に、前記撮像素子の変化によって起こる被
写体像の大きさと位置の変化分に予め定められた線形補
間修正を施した後、その修正された映像信号の変化に応
じた評価関数を計算し、その評価関数の変化より前記予
め定められた領域における合焦点位置を決定し、その合
焦点位置における前記レンズと撮像素子の距離に基づい
て前記被写体とレンズ間の距離を算出することを特徴と
したものであり、被写体や計測環境に関係なく、高精度
に被写体までの距離を計測することができる。
【０００８】本発明の請求項２に記載された距離測定方
法は、請求項１において、被写体からの反射光を集光す
る固定されたレンズと、そのレンズの光軸に沿って移動
可能であり、前記レンズを介して照射される前記被写体
像に応じた映像信号を発生する撮像素子からなり、前記
撮像素子を所定の間隔幅で移動して得られる前記撮像素
子上の被写体像列の変化に伴う前記撮像素子上の予め定
められた領域に対応する映像信号の変化に応じた評価関
数をそれぞれ計算し、その最大の評価関数とその最大の
評価関数に連続する前後の評価関数との差分をそれぞれ
算出し、それぞれの差分を前記最大評価関数を得た際の
前記撮像素子の位置と前後の評価関数を得た際の前記撮
像素子の位置との中間点の値とし、その両者を結ぶ線の
零交差点を求め、その零交差点を前記予め定められた領
域における前記撮像素子の合焦点位置と決定し、その合
焦点位置における前記レンズと撮像素子の距離に基づい
て前記被写体とレンズ間の距離を算出することを特徴と
したものであり、合焦点位置を正確に決定することが出
来、被写体の各部の距離を高精度で測定出来る。
法は、請求項１において、被写体からの反射光を集光す
る固定されたレンズと、そのレンズの光軸に沿って移動
可能であり、前記レンズを介して照射される前記被写体
像に応じた映像信号を発生する撮像素子からなり、前記
撮像素子を所定の間隔幅で移動して得られる前記撮像素
子上の被写体像列の変化に伴う前記撮像素子上の予め定
められた領域に対応する映像信号の変化に応じた評価関
数をそれぞれ計算し、その最大の評価関数とその最大の
評価関数に連続する前後の評価関数との差分をそれぞれ
算出し、それぞれの差分を前記最大評価関数を得た際の
前記撮像素子の位置と前後の評価関数を得た際の前記撮
像素子の位置との中間点の値とし、その両者を結ぶ線の
零交差点を求め、その零交差点を前記予め定められた領
域における前記撮像素子の合焦点位置と決定し、その合
焦点位置における前記レンズと撮像素子の距離に基づい
て前記被写体とレンズ間の距離を算出することを特徴と
したものであり、合焦点位置を正確に決定することが出
来、被写体の各部の距離を高精度で測定出来る。
【０００９】本発明の請求項３に記載の距離測定方法
は、請求項１において、前記評価関数は、予め定められ
た領域を含む近傍画素の濃度値の差分の和の計算値、ま
たは、近傍画素の濃度値の勾配の計算値、または、近傍
画素の濃度値の分散の計算値より算出されることを特徴
としたものであり、被写体や計測環境に関係なく良好な
合焦点位置検出精度を得ることが出来る。
は、請求項１において、前記評価関数は、予め定められ
た領域を含む近傍画素の濃度値の差分の和の計算値、ま
たは、近傍画素の濃度値の勾配の計算値、または、近傍
画素の濃度値の分散の計算値より算出されることを特徴
としたものであり、被写体や計測環境に関係なく良好な
合焦点位置検出精度を得ることが出来る。
【００１０】（実施の形態１）以下に、本発明の請求項
１及び請求項２及び請求項３に記載された発明の実施の
形態について、図１から図３を用いて説明する。図１
は、本発明の距離測定方法における距離計測の原理を説
明するための図であり、１は、大きさａの被写体、２は
被写体１から距離ｌだけ離れて位置する固定されたレン
ズ、３は前記レンズ２より、距離ｘだけ離れて位置する
通常ＣＣＤよりなる撮像素子（以後ＣＣＤを用いる）
で、レンズ２を固定し、ＣＣＤ３を光軸に沿って一定間
隔幅で移動させながら順次画像を撮影し、画像系列を取
得し、この画像系列の中から後述する合焦点方法により
得られた合焦点位置とレンズ公式を用いて、被写体まで
の距離を測定するものである。
１及び請求項２及び請求項３に記載された発明の実施の
形態について、図１から図３を用いて説明する。図１
は、本発明の距離測定方法における距離計測の原理を説
明するための図であり、１は、大きさａの被写体、２は
被写体１から距離ｌだけ離れて位置する固定されたレン
ズ、３は前記レンズ２より、距離ｘだけ離れて位置する
通常ＣＣＤよりなる撮像素子（以後ＣＣＤを用いる）
で、レンズ２を固定し、ＣＣＤ３を光軸に沿って一定間
隔幅で移動させながら順次画像を撮影し、画像系列を取
得し、この画像系列の中から後述する合焦点方法により
得られた合焦点位置とレンズ公式を用いて、被写体まで
の距離を測定するものである。
【００１１】図１において、大きさａの被写体から焦点
距離ｆのレンズまでの距離をｌ、生成される像の大きさ
をｚとすると、レンズ公式より、 １／ｌ＋１／ｘ＝１／ｆ ｌｚ＝ａｘ が成立する。本発明の距離測定法は、レンズの位置を固
定しＣＣＤを移動しながら、被写体の最も焦点の合う位
置を検出する方法を採用しているので、その位置とレン
ズ間の距離ｘを計測すれば、前記のレンズの公式より、
被写体とレンズ間の距離ｌを求めることが出来る。
距離ｆのレンズまでの距離をｌ、生成される像の大きさ
をｚとすると、レンズ公式より、 １／ｌ＋１／ｘ＝１／ｆ ｌｚ＝ａｘ が成立する。本発明の距離測定法は、レンズの位置を固
定しＣＣＤを移動しながら、被写体の最も焦点の合う位
置を検出する方法を採用しているので、その位置とレン
ズ間の距離ｘを計測すれば、前記のレンズの公式より、
被写体とレンズ間の距離ｌを求めることが出来る。
【００１２】次に、本発明の距離測定法に用いる合焦点
方法を説明する。図２において、図１と同一部分には同
一符号を付してあり、光軸に沿ってＣＣＤを移動しなが
ら画像系列１〜Ｎから合焦点位置ｐを検出するための方
法を以下に説明する。 （１）ＳＭＤ（Ｓum Ｍodulus Ｄifference ）法 ＳＭＤ法は、焦点が合っている時に撮像された画像は、
画像内のエッジ特徴が鮮明となるため、全体的に濃度差
の大きな部分が多くなる。そこで、濃度の空間微分処理
を用いて、その全体的な濃度差を評価することにより、
焦点合わせの評価基準とすることができる。今、画像上
の任意の点（ｉ，ｊ）における画素の濃度値をｆ（ｉ，
ｊ）とし、ｉ方向の一次差分を Δi ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）−ｆ（ｉ−１，ｊ） ｊ方向の一次差分を Δj ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）−ｆ（ｉ，ｊ−１） と定義すると、ｉ軸に沿った近傍画素値の差分の和ＳＭ
Ｄi は、
方法を説明する。図２において、図１と同一部分には同
一符号を付してあり、光軸に沿ってＣＣＤを移動しなが
ら画像系列１〜Ｎから合焦点位置ｐを検出するための方
法を以下に説明する。 （１）ＳＭＤ（Ｓum Ｍodulus Ｄifference ）法 ＳＭＤ法は、焦点が合っている時に撮像された画像は、
画像内のエッジ特徴が鮮明となるため、全体的に濃度差
の大きな部分が多くなる。そこで、濃度の空間微分処理
を用いて、その全体的な濃度差を評価することにより、
焦点合わせの評価基準とすることができる。今、画像上
の任意の点（ｉ，ｊ）における画素の濃度値をｆ（ｉ，
ｊ）とし、ｉ方向の一次差分を Δi ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）−ｆ（ｉ−１，ｊ） ｊ方向の一次差分を Δj ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）−ｆ（ｉ，ｊ−１） と定義すると、ｉ軸に沿った近傍画素値の差分の和ＳＭ
Ｄi は、
【００１３】
【数１】
【００１４】で計算される。同様にｊ軸に沿った近傍画
素値の差分の和ＳＭＤj は、
素値の差分の和ＳＭＤj は、
【００１５】
【数２】
【００１６】を計算し、それらの合計をＳＭＤとし、評
価関数とするとＳＭＤは以下のようになる。 ＳＭＤ＝ＳＭＤi ＋ＳＭＤj このＳＭＤ値が最大になる時が最も焦点の合った画像位
置となる。 （２）勾配法 つぎに、勾配法は、前述のように、焦点合わせの評価は
エッジ特徴によるところが大きい。そこで画像上の画素
の濃度値を用いて勾配を計算し、その和を評価関数とす
る。
価関数とするとＳＭＤは以下のようになる。 ＳＭＤ＝ＳＭＤi ＋ＳＭＤj このＳＭＤ値が最大になる時が最も焦点の合った画像位
置となる。 （２）勾配法 つぎに、勾配法は、前述のように、焦点合わせの評価は
エッジ特徴によるところが大きい。そこで画像上の画素
の濃度値を用いて勾配を計算し、その和を評価関数とす
る。
【００１７】勾配の大きさは、
【００１８】
【数３】
【００１９】と定義される。しかし、点（ｉ，ｊ）のご
く近傍の濃淡値のみを用いるため、雑音の影響を受けや
すい。そこでＳｏｂｅｌオペレーター
く近傍の濃淡値のみを用いるため、雑音の影響を受けや
すい。そこでＳｏｂｅｌオペレーター
【００２０】
【数４】
【００２１】を用い、勾配の大きさをＳ（ｉ，ｊ）を
【００２２】
【数５】
【００２３】と定義する。そして、評価関数として
【００２４】
【数６】
【００２５】を用い、この値が最大値をとるときの画像
位置が最も合焦点位置の画像とする。 （３）分散法 つぎに、分散法は、画像が“ぼけ”ていれば、小領域内
の画素値のばらつきが小さくなるため分散値は小さい。
逆に、その画像が鮮明であれば分散値は大きい。そこ
で、分散値が最大となる画像を最も焦点の合った画像位
置とする。分散値は
位置が最も合焦点位置の画像とする。 （３）分散法 つぎに、分散法は、画像が“ぼけ”ていれば、小領域内
の画素値のばらつきが小さくなるため分散値は小さい。
逆に、その画像が鮮明であれば分散値は大きい。そこ
で、分散値が最大となる画像を最も焦点の合った画像位
置とする。分散値は
【００２６】
【数７】
【００２７】で計算され、評価関数とする。ここで、
【００２８】
【数８】
【００２９】である。次に、正確な焦点位置決定方法に
ついて説明する。本手法は、ＣＣＤを一定間隔幅ｔで移
動しながら取得された画像系列の個々の画像を小領域に
分割し、その全ての小領域に対して前述の評価関数を適
用する。図３（ａ）において、Ｆ（ｘｉ）は、評価関
数、ｘｉはレンズ中心からＣＣＤまでの距離を表し、そ
して、その評価関数Ｆ（ｘｉ）が画像系列の方向に対し
て最大値あるいは最小値をとる画像を探索し、その位置
ｘopt をその小領域の部分の焦点が合った位置とする。
しかし、ＣＣＤを連続でなく一定間隔で移動しているた
め、図３（ａ）のＦ（ｘｉ）に示すように、評価関数Ｆ
（ｘｉ）が最大値または最小値を取る位置が正確な焦点
位置ｘopt とは限らない。ＣＣＤの移動距離ｔを小さく
すれば、精度よくｘopt を求めることが可能であるが、
画像枚数が非常に多くなり、計算量が膨大になるので、
本手法では、以下の方法を用いてｘopt の近似値を求め
る。
ついて説明する。本手法は、ＣＣＤを一定間隔幅ｔで移
動しながら取得された画像系列の個々の画像を小領域に
分割し、その全ての小領域に対して前述の評価関数を適
用する。図３（ａ）において、Ｆ（ｘｉ）は、評価関
数、ｘｉはレンズ中心からＣＣＤまでの距離を表し、そ
して、その評価関数Ｆ（ｘｉ）が画像系列の方向に対し
て最大値あるいは最小値をとる画像を探索し、その位置
ｘopt をその小領域の部分の焦点が合った位置とする。
しかし、ＣＣＤを連続でなく一定間隔で移動しているた
め、図３（ａ）のＦ（ｘｉ）に示すように、評価関数Ｆ
（ｘｉ）が最大値または最小値を取る位置が正確な焦点
位置ｘopt とは限らない。ＣＣＤの移動距離ｔを小さく
すれば、精度よくｘopt を求めることが可能であるが、
画像枚数が非常に多くなり、計算量が膨大になるので、
本手法では、以下の方法を用いてｘopt の近似値を求め
る。
【００３０】いま、ＣＣＤの位置ｘｉにおける焦点位置
評価関数をＦ（ｘｉ）とし、位置ｘｉと位置ｘi+1 にお
ける評価関数の差分を求め、それを２つの位置の中間位
置ｙｊの評価関数を図３（ｂ）に示すΔ（ｙｊ）とす
る。すなわち ｙｊ＝（ｘｉ＋ｘi+1 ）／２ Δ（ｙｊ）＝Ｆ（ｘｉ）−Ｆ（ｘi+1 ） である。図３（ｂ）に示すように、このΔｙ（ｙｊ）の
零交差点位置を求め、これを近似的にｘopt とすること
により、高精度に合焦点位置を求めることが出来る。
評価関数をＦ（ｘｉ）とし、位置ｘｉと位置ｘi+1 にお
ける評価関数の差分を求め、それを２つの位置の中間位
置ｙｊの評価関数を図３（ｂ）に示すΔ（ｙｊ）とす
る。すなわち ｙｊ＝（ｘｉ＋ｘi+1 ）／２ Δ（ｙｊ）＝Ｆ（ｘｉ）−Ｆ（ｘi+1 ） である。図３（ｂ）に示すように、このΔｙ（ｙｊ）の
零交差点位置を求め、これを近似的にｘopt とすること
により、高精度に合焦点位置を求めることが出来る。
【００３１】すなわち、ＣＣＤを所定の間隔幅で移動し
て得られる前記ＣＣＤ上の被写体像列の変化に伴う前記
ＣＣＤ上の予め定められた小領域に対応する映像信号の
変化に応じた評価関数をそれぞれ計算し、その最大の評
価関数とその最大の評価関数に連続する前後の評価関数
との差分をそれぞれ算出し、それぞれの差分を前記最大
評価関数を得た際の前記ＣＣＤの位置と前後の評価関数
を得た際の前記撮像素子の位置との中間点の値とし、そ
の両者を結ぶ線の零交差点を求め、その零交差点を前記
予め定められた領域における前記ＣＣＤの合焦点位置と
決定し、その合焦点位置における前記レンズとＣＣＤの
距離に基づいて前記被写体とレンズ間の距離を算出する
ことにより合焦点位置を正確に決定することが出来、被
写体の各部の距離を高精度で測定出来る。
て得られる前記ＣＣＤ上の被写体像列の変化に伴う前記
ＣＣＤ上の予め定められた小領域に対応する映像信号の
変化に応じた評価関数をそれぞれ計算し、その最大の評
価関数とその最大の評価関数に連続する前後の評価関数
との差分をそれぞれ算出し、それぞれの差分を前記最大
評価関数を得た際の前記ＣＣＤの位置と前後の評価関数
を得た際の前記撮像素子の位置との中間点の値とし、そ
の両者を結ぶ線の零交差点を求め、その零交差点を前記
予め定められた領域における前記ＣＣＤの合焦点位置と
決定し、その合焦点位置における前記レンズとＣＣＤの
距離に基づいて前記被写体とレンズ間の距離を算出する
ことにより合焦点位置を正確に決定することが出来、被
写体の各部の距離を高精度で測定出来る。
【００３２】次に、画像系列の補正法について説明す
る。ＣＣＤ上に投影される被写体の像の大きさとその位
置はＣＣＤの位置ｘによって異なってくる。すなわち、
図４において、被写体の大きさをａ、被写体とレンズと
の距離をｌ、レンズとＣＣＤとの距離ｘ０での像の大き
さをｚ１、以降ｔだけレンズから離れていく時の像の大
きさをｚ２、ｚ３とすると ｌｚ１＝ａｘ０ ｌｚ２＝ａ（ｘ０＋ｔ） ｌｚ３＝ａ（ｘ０＋２ｔ） が成立する。すなわち、 ｚ１：ｚ２：ｚ３＝ｘ０：（ｘ０＋ｔ）：（ｘ０＋２
ｔ） であり、画像位置ｘ０とＣＣＤの移動間隔ｔから、各位
置での画像の拡大または縮小倍率を計算することが出来
る。このようにして得られた倍率を用いて、線形補間に
より、各位置での画像において、被写体が画像上の同じ
位置に、しかも同じ大きさに写るように補正を行うこと
が出来、各位置での画像において合焦点位置を求めるこ
とが出来るとともに、各位置での距離を正確に算出する
ことが出来る。
る。ＣＣＤ上に投影される被写体の像の大きさとその位
置はＣＣＤの位置ｘによって異なってくる。すなわち、
図４において、被写体の大きさをａ、被写体とレンズと
の距離をｌ、レンズとＣＣＤとの距離ｘ０での像の大き
さをｚ１、以降ｔだけレンズから離れていく時の像の大
きさをｚ２、ｚ３とすると ｌｚ１＝ａｘ０ ｌｚ２＝ａ（ｘ０＋ｔ） ｌｚ３＝ａ（ｘ０＋２ｔ） が成立する。すなわち、 ｚ１：ｚ２：ｚ３＝ｘ０：（ｘ０＋ｔ）：（ｘ０＋２
ｔ） であり、画像位置ｘ０とＣＣＤの移動間隔ｔから、各位
置での画像の拡大または縮小倍率を計算することが出来
る。このようにして得られた倍率を用いて、線形補間に
より、各位置での画像において、被写体が画像上の同じ
位置に、しかも同じ大きさに写るように補正を行うこと
が出来、各位置での画像において合焦点位置を求めるこ
とが出来るとともに、各位置での距離を正確に算出する
ことが出来る。
【００３３】次に、本発明の距離測定法を用いた三次元
立体物の距離測定法についてＳＭＤを利用した例を説明
する。図５において、１は被写体である円錐体、ＣＣＤ
３は説明を簡単にするため、ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯ
Ｓ３の３つの位置で得られる画像に前述した画像の大き
さの補正を行った後の画像系列を用い、得られた画像系
列を図６に示す。図６から分かるようにＰＯＳ１では、
合焦点位置は円錐の下部に近い部のＦ１であり、ＰＯＳ
２では、円錐の中間部Ｆ２、ＰＯＳ３では、円錐の中心
部Ｆ３である。
立体物の距離測定法についてＳＭＤを利用した例を説明
する。図５において、１は被写体である円錐体、ＣＣＤ
３は説明を簡単にするため、ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯ
Ｓ３の３つの位置で得られる画像に前述した画像の大き
さの補正を行った後の画像系列を用い、得られた画像系
列を図６に示す。図６から分かるようにＰＯＳ１では、
合焦点位置は円錐の下部に近い部のＦ１であり、ＰＯＳ
２では、円錐の中間部Ｆ２、ＰＯＳ３では、円錐の中心
部Ｆ３である。
【００３４】図７、図８は、図６の円錐体の３枚の撮影
画像より、ＳＭＤ法により、濃度の空間微分値を計算し
て模式的に示した図であり、画像上の任意に分割された
小領域の画素（ｉ，ｊ）に着目し、その画素点（ｉ，
ｊ）の近傍画素の差分の和を計算したものである。そし
て、画像系列の個々の画像の小領域に対し、前記差分の
和を計算し、その全ての小領域に対して計算された差分
の和を示したもので、ＰＯＳ１では円錐の下部に相当す
る部分の差分の和の値が大きく、ＰＯＳ２では中間部、
ＰＯＳ３では中心部で値が大きくなる。従って、実際の
測定では、ＣＣＤの移動距離を微小にして画像枚数を多
くすることにより、合焦点位置での距離測定を正確に行
うことが出来る。
画像より、ＳＭＤ法により、濃度の空間微分値を計算し
て模式的に示した図であり、画像上の任意に分割された
小領域の画素（ｉ，ｊ）に着目し、その画素点（ｉ，
ｊ）の近傍画素の差分の和を計算したものである。そし
て、画像系列の個々の画像の小領域に対し、前記差分の
和を計算し、その全ての小領域に対して計算された差分
の和を示したもので、ＰＯＳ１では円錐の下部に相当す
る部分の差分の和の値が大きく、ＰＯＳ２では中間部、
ＰＯＳ３では中心部で値が大きくなる。従って、実際の
測定では、ＣＣＤの移動距離を微小にして画像枚数を多
くすることにより、合焦点位置での距離測定を正確に行
うことが出来る。
【００３５】この際に、本距離測定法の特徴であるＣＣ
Ｄ移動に伴って画像中の被写体の大きさと位置を補正
し、合焦点位置を正確に得るために零交差位置を求める
方法を用いることにより、高精細な距離測定法を実現す
るものである。具体的には、図５において、高さ５０ｍ
ｍ、底面の直径３２ｍｍの円錐体を、レンズの中心位置
と被写体間の距離５７７ｍｍの位置に設置し、ＣＣＤ素
子を０．０３ｍｍの間隔で平行移動しながら、画像を撮
影し、画像の大きさの補正を行った後、４０枚からなる
画像系列を作成し、近傍画素として１０×１０の画素を
用いたＳＭＤ法に線形補間と零交差点を用いて合焦点を
求めて、距離測定を行った結果、円錐体の高さとして、
４９．９９６ｍｍと精度の良い値を得ることが出来た。
Ｄ移動に伴って画像中の被写体の大きさと位置を補正
し、合焦点位置を正確に得るために零交差位置を求める
方法を用いることにより、高精細な距離測定法を実現す
るものである。具体的には、図５において、高さ５０ｍ
ｍ、底面の直径３２ｍｍの円錐体を、レンズの中心位置
と被写体間の距離５７７ｍｍの位置に設置し、ＣＣＤ素
子を０．０３ｍｍの間隔で平行移動しながら、画像を撮
影し、画像の大きさの補正を行った後、４０枚からなる
画像系列を作成し、近傍画素として１０×１０の画素を
用いたＳＭＤ法に線形補間と零交差点を用いて合焦点を
求めて、距離測定を行った結果、円錐体の高さとして、
４９．９９６ｍｍと精度の良い値を得ることが出来た。
【００３６】もちろん、小領域の大きさ及び近傍画素数
の決め方は、被写体の空間的分解能の大きさを考慮する
必要があることは当然である。
の決め方は、被写体の空間的分解能の大きさを考慮する
必要があることは当然である。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明の距離測定方法に
よれば、ステレオ法のように被写体パターンにより対応
点が困難な場合においてもパターンの種類に影響を受け
ず、また光を投影しないため自然光の下でも正確な合焦
点位置を決定することが出来、高精度な距離測定を可能
にする距離測定方法を提供出来る。
よれば、ステレオ法のように被写体パターンにより対応
点が困難な場合においてもパターンの種類に影響を受け
ず、また光を投影しないため自然光の下でも正確な合焦
点位置を決定することが出来、高精度な距離測定を可能
にする距離測定方法を提供出来る。
【図１】本発明の距離測定方法の原理を模式的に示す図
【図２】本発明の距離測定方法における焦点位置探索の
原理を模式的に示す図
原理を模式的に示す図
【図３】本発明の実施の形態に使用される零交差点によ
る焦点位置決定法を示す図
る焦点位置決定法を示す図
【図４】本発明の実施の形態による距離測定方法を示す
図
図
【図５】本発明の実施の形態の距離測定方法による円錐
体の距離測定の配置図
体の距離測定の配置図
【図６】本発明の実施の形態の距離測定方法による円錐
体の距離測定時の評価関数を示す図
体の距離測定時の評価関数を示す図
【図７】本発明の実施の形態の距離測定方法による評価
関数を得るための近傍画素を示す図
関数を得るための近傍画素を示す図
【図８】本発明の実施の形態の距離測定方法によるＣＣ
Ｄの各位置における評価関数を示す図
Ｄの各位置における評価関数を示す図
【図９】従来の距離測定方法であるステレオ法を示す図
【図１０】従来の距離測定方法である実施の形態の光投
影法を示す図
影法を示す図
１ 被写体 ２ レンズ ３ 撮像素子（ＣＣＤ） ４ カメラ ５ カメラの視野 ６ スリット光投影装置 ７ スリット光
Claims (3)
- 【請求項１】 被写体からの反射光を集光する固定され
たレンズと、そのレンズの光軸に沿って移動可能であ
り、前記レンズを介して照射される前記被写体像に応じ
た映像信号を発生する撮像素子からなり、前記撮像素子
を所定の間隔幅で移動して得られる前記撮像素子上の被
写体像列の前記撮像素子上の予め定められた領域に対応
する映像信号の変化に、前記撮像素子の変化によって起
こる被写体像の大きさと位置の変化分に予め定められた
線形補間修正を施した後、その修正された映像信号の変
化に応じた評価関数を計算し、その評価関数の変化より
前記予め定められた領域における合焦点位置を決定し、
その合焦点位置における前記レンズと撮像素子の距離に
基づいて前記被写体とレンズ間の距離を算出することを
特徴とする距離測定方法。 - 【請求項２】 被写体からの反射光を集光する固定され
たレンズと、そのレンズの光軸に沿って移動可能であ
り、前記レンズを介して照射される前記被写体像に応じ
た映像信号を発生する撮像素子からなり、前記撮像素子
を所定の間隔幅で移動して得られる前記撮像素子上の被
写体像列の変化に伴う前記撮像素子上の予め定められた
領域に対応する映像信号の変化に応じた評価関数をそれ
ぞれ計算し、その最大の評価関数とその最大の評価関数
に連続する前後の評価関数との差分をそれぞれ算出し、
それぞれの差分を前記最大評価関数を得た際の前記撮像
素子の位置と前後の評価関数を得た際の前記撮像素子の
位置との中間点の値とし、その両者を結ぶ線の零交差点
を求め、その零交差点を前記予め定められた領域におけ
る前記撮像素子の合焦点位置と決定し、その合焦点位置
における前記レンズと撮像素子の距離に基づいて前記被
写体とレンズ間の距離を算出することを特徴とする距離
測定方法。 - 【請求項３】 前記評価関数は、予め定められた領域を
含む近傍画素の濃度値の差分の和の計算値、または、近
傍画素の濃度値の勾配の計算値、または、近傍画素の濃
度値の分散の計算値より算出されることを特徴とする請
求項１記載の距離測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19588996A JPH1038559A (ja) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | 距離測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19588996A JPH1038559A (ja) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | 距離測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038559A true JPH1038559A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16348679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19588996A Pending JPH1038559A (ja) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | 距離測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1038559A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007526457A (ja) * | 2004-03-01 | 2007-09-13 | イアティア イメージング プロプライアタリー リミティド | 深度情報を含む画像の生成方法と装置 |
| JP2015222220A (ja) * | 2014-05-23 | 2015-12-10 | セイコーエプソン株式会社 | 制御装置、ロボット、及び制御方法 |
-
1996
- 1996-07-25 JP JP19588996A patent/JPH1038559A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007526457A (ja) * | 2004-03-01 | 2007-09-13 | イアティア イメージング プロプライアタリー リミティド | 深度情報を含む画像の生成方法と装置 |
| JP2015222220A (ja) * | 2014-05-23 | 2015-12-10 | セイコーエプソン株式会社 | 制御装置、ロボット、及び制御方法 |
| CN105180836A (zh) * | 2014-05-23 | 2015-12-23 | 精工爱普生株式会社 | 控制装置、机器人、以及控制方法 |
| US10181202B2 (en) | 2014-05-23 | 2019-01-15 | Seiko Epson Corporation | Control apparatus, robot, and control method |
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