JPS6326841B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物体に照射した光の像をカメラで撮
像する場合においてその映像信号から光の照射部
分だけを取り出す照明光検出装置に関するもので
ある。

この種の装置は位置検出装置、距離測定装置、
物体認識装置等に広く使われるもので、以下距離
測定装置を例にとつて先行技術の構成と問題点を
説明する。

本発明の発明者等は先に、簡単な構成で屋外全
天候のもとで精度良く計測できる距離測定装置を
提案した（特願昭51−124946号、実願昭53−5664
号）。その基本構成は第１図に示すように、対象
物体１に光を照射する投光器２、その光像を撮像
する例えばビジコンまたはCCDや電荷結合素子
等からなる蓄積型光電変換素子（以下センサと略
称する。）を備えた撮像装置３、この撮像装置の
撮像周期（光電変換周期）Ｔに同期させて投光器
２からの光を点滅（オン／オフ）または光の照射
方向（照射位置）をかえ少なくとも２つの光像を
生じさせるように断続させる変光器４、撮像装置
の撮像周期Ｔと変光器の変光周期とを同期させて
駆動させるドライブ回路５および照射光のオン／
オフまたは照射方向（位置）の切換えに伴つて撮
像装置から得られる前後（相隣る）２つの映像信
号のうち一方を記憶し他方との減算によつて差映
像信号（減算信号）を算出させる減算処理装置６
から成る。次にこの距離測定装置の動作を、照射
光をオン／オフさせた場合を例にとり第２図に示
す波形図を用いて説明する。

ドライブ回路５から撮像装置３（説明を簡単に
するためにセンサーは一次元固体センサを用いた
場合で述べる。）に対して光電変換スタート信号
S₁を与えると同時にこれに同期して変光器４に光
のオン／オフを繰り返えさせる信号S₂を与える。
このようにすれば撮像装置３からは光電変換スタ
ート信号の１周期遅れで物体表面の光像部分がオ
ン／オフするような映像信号S₃が得られる。した
がつてオン／オフの差の映像信号を算出する回路
すなわち減算処理装置６では光像がオフつまり投
光器２以外からの外来光、外乱光による物体映像
信号ｂを記憶し、次に光像がオン時の映像信号ａ
との減算を行なう。なお、光像がオン時の映像信
号ａを記憶し、オフ時の映像信号ｂを減算させる
ことも勿論可能である。このようにすれば外来
光、外乱光の影響を少なくし投光器２による照射
部からの光像映像信号（減算信号）S₄だけを取り
出すことができる。この信号が、各種用途に応じ
た演算回路を含む表示装置（信号処理装置）７に
入力される。

以上説明した基本構成に、光像映像信号（減算
信号）S₄を所望の回数加算し蓄積させる積分回路
を付加することにより、投光器による照射光像部
分がさらに強調され検出が容易にできるようにな
る。その構成を第３図に示す。図において同一符
号のものは同一または均等部分を示すものとす
る。積分回路８の入力を前述の減算信号S₄とし、
これをドライブ回路５からのドライブ信号により
加算しながら蓄積することにより積分信号S₅を得
る。このとき減算信号S₄を雑音分と投光器からの
照射光による信号分とに分けてみるとき、雑音分
はガウス分布にしたがうガウス雑音が最も多くＭ
回の単純加算積分の後ではこの雑音分は√倍に
なるのに対して信号分はＭ倍となり信号対雑音比
（Ｓ／Ｎ）は√倍良くなる（この積分により
Ｓ／Ｎが向上される効果を以後積分効果と称
す。）。

このようにして強調され明確になつた光像が撮
像装置の光電変換素子（センサ）上の位置として
計測され、照射光の方向と撮像装置光学系の方向
とを勘案し３角測量の原理によつて対象物体まで
の距離が演算によつて求まる。

以上説明したように先願発明の要点は次の２点
である。

(1) 投光器で照射した時の物体からの反射光像
（外来光による反射光も含む）ａと外来光のみ
による（もしくは照射位置を変えた時に得られ
る）物体からの反射光像ｂとを交互に撮像し、
両光像映像信号を減算して外来光の影響を少な
くした減算信号を得ることにより照射光による
光像の検出を容易にした。

(2) 上記減算信号を加算し蓄積させる積分回路を
設け、投光器で照射した光像部分を強調して検
出するようにした。

このようにすることにより、屋外のような外来
光、外乱光の変化のきびしい環境下での距離測定
を可能ならしめた。またこの照射光像検出の基本
原理は種々の装置に広く利用できるもので、例え
ば照射光が対象物体表面上を走査しながら照明す
るようにした形状認識装置の入力信号処理等にも
応用できる。

このように先願発明の基本原理は応用面も広く
有効な手段を提供しているけれど、ここに幾つか
残された問題点がある。すなわち、照射光の光量
は自ずから限度があり、対象物体までの距離が大
きい場合に照明される光量が少なかつたり、照射
する対象物体の表面の反射率が低かつたりして反
射光が弱い場合には、外来光、外乱光のために撮
像している視野内において照射光の当つている部
分より明るく映ることもあり、それにより映像信
号が飽和して照射光像を忠実に抽出できなくなる
ばかりか、その光像の位置すら求めることが困難
となる。

また、差映像信号（減算信号）を単純加算積分
する手段を設けているが、加算回数は所定の値に
あらかじめセツトされていて、既定回数加算され
る毎に検出信号が出力されるようになつているた
め、撮像装置への入射光量（照射光像の映像レベ
ル）に無関係に積分処理が行なわれているので、
対象物からの反射光が極端に弱かつたり強かつた
りする場合には、必らずしも満足な検出信号が得
られるとは限らず、またその検出信号のＳ／Ｎが
最良の状態で得られるとは限らない。

したがつて、本発明は上述した問題点を解決す
るためになされたもので、先願発明基本構成に改
良を加え、外来光、外乱光の変動が特に激しいと
ころでも充分に耐え、また低反射率の物体に対し
ても照射された部分の光像がＳ／Ｎよく検出でき
る照明光検出装置を提供することを目的とするも
のである。

上記の目的を達成するために、本発明の照明光
検出装置では、以下の手段を前記先行技術で説明
した基本構成の装置に具備させる。

照明光が当たつている時の映像信号から照明光
が当たつていない時の映像信号を減算した減算信
号を検出する最大レベルを検出する最大レベル検
出手段と、その最大レベルに応じて前記撮像装置
の撮像周期及び変光器の変光周期を変化させる周
期制御装置とを付加させる。

この場合の周期制御は映像信号が飽和しない範
囲内で行なうことが望ましい。すなわち、照明光
が当つている時の映像信号の最大レベルが光電変
換素子が飽和しない所定レベル以下になるように
周期を制御する。

また、減算信号の最大レベルを求めるために
は、減算信号を積分するための加算回路とその結
果を蓄積するための記憶回路からなる積分回路
に、積分値の最大レベルを検出してそのレベルに
従つて積分回数を制御する積分制御装置を付加す
ることも可能である。

更に、前記周期制御装置が発生するタイミング
信号の周期の決定を前記積分制御装置からの積分
回数制御情報も加味して行なうようにしてもよ
い。

このように構成することにより、信号検出可能
レベルに達した減算信号を常に得ることが可能と
なる。更に、映像信号の飽和も防止することもで
きる。

以下本発明を、実施例によつて詳細に説明す
る。

第４図は本発明の第１の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。

図において、９は投光器（光源）と変光器と変
光制御回路を含む照明装置、１０は蓄積型光電変
換素子（センサ）と撮像制御回路を含む撮像装
置、６は記憶回路１１と減算回路１２及び上記撮
像装置１０からの映像信号を記憶回路１１または
減算回路１２へ切換接続するためのスイツチ１３
を含む減算処理装置、５は上記各装置を同期させ
て駆動させるドライブ回路である。ここまでの構
成は第１図に示した先行技術の基本構成に相当す
るものである。

１４が周期制御装置で、照明装置９がオンして
いる状態の時に前記撮像装置１０から得られる映
像信号のうちの最大レベルが第１の最大レベル検
出回路１５で検出されて入力されるように接続さ
れている。

この最大レベル検出回路１５からの情報をもと
に周期制御装置１４で、撮像装置１０のセンサが
飽和しないようなタイミング信号を発生しドライ
ブ回路５を制御し撮像周期を決定することが出来
るが、さらにその性能を向上させるために、減算
処理装置６からの出力も第２の最大レベル検出回
路１６を介してその最大値信号レベルが前記周期
制御装置１４に入力されるように接続する。この
ようにすると第２の最大レベル検出回路１６から
のレベル情報をもとに、抽出された光像信号成分
（減算信号）のレベルが表示装置（信号処理装置）
７の信号検出可能レベルに達しているかどうかを
監視しながら撮像周期Ｔとそれに同期する変光器
の変光周期が必要以上に長くなることを防ぎ、全
体の処理時間が短くなるように最適制御する周期
情報が得られる。この周期情報から作られたタイ
ミング信号をもとにドライブ回路５が最適化され
た周期のドライブ信号を発生するように動作す
る。

なお、表示装置（信号処理装置）７は減算処理
装置の出力から照射光像を検出して、照明光検出
装置としての使用目的に応じた表示あるいは信号
処理を行なわせる装置であり、単に表示するのみ
でなくコンピユータ等による演算処理を行なう必
要があるときは、ドライブ回路５からのドライブ
信号を用いて同期駆動させることが望ましいこと
は言うまでもないことである。

第５図は上記周期制御装置１４の一構成例を示
すブロツク図である。以下その構成と動作を簡単
に説明する。なお、理解を容易にするために、リ
ニアな光電変換特性をもつセンサすなわちセンサ
出力が飽和しない範囲では撮像周期Ｔと出力が比
例関係にあるものを用いた場合で説明する。

撮像周期をＴとしその時の映像入力信号の最大
レベル（Amax）が最大レベル検出回路１５を通
つて比較器１７に入り、センサ飽和レベル
（Cmax）と比較される。減算処理装置からの減
算信号出力の最大レベル（Bmax）が最大レベル
検出回路１６を通つて除算回路１８に入る。表示
装置（信号処理装置）が検出可能な最小レベル(D)
は乗算回路１９で周期情報（撮像周期と等価）Ｔ
と乗算が行なわれ、その出力が前記除算回路１８
に入り、前記Bmaxで除算されＤ／Bmax×Ｔが比 較器２０と選択回路２１に入力される。また比較
器２０と選択回路２１には周期Ｔの最大制限値
（Tmax）が入力されているのでそれと比較なら
びに選択が行なわれる。減算回路２２はAmaxが
Cmaxを越えてセンサが飽和状態にある場合に撮
像周期Ｔを短縮させるためのもので、センサが飽
和状態を脱するまでＴをある既定量αずつ減少さ
せる。次段の選択回路２３では今回の計算で求ま
つた周期が最適周期Ｔ（このときはBmax＝Ｄ）
に近づいてゆくよう選択が行なわれ、レジスタ２
４では新たな周期情報Ｔが作られる。この新しい
周期情報は、タイミング信号発生回路４０でタイ
ミング信号に変換されて周期制御装置１４の出力
となる。

なおCmax、Ｄ、α、Tmaxはいずれもパラメ
ータであり、所望の値に設定すればよい。またこ
の周期制御装置における上記各演算はコピユータ
ーで代用し簡単に処理させることもできる。

以上説明した周期制御装置の構成からもわかる
ように、本発明の照明光検出装置を構成している
各装置、各回路はいずれも一般に広く使われてい
るもので、特に説明するまでもないが、例えば最
大レベル検出回路１５，１６も一般にピークホー
ルド回路として知られているもので、比較器と記
憶（ホールド）回路を用い、記憶回路でホールド
している最大値レベルと順次送られて来る信号を
比較器で比較し、信号レベルが最大値レベルより
も大きければその内容を記憶回路へ移し換えるも
のである。なお、この第１の最大レベル検出回路
１５は、撮像周期Ｔのときの映像信号の最大レベ
ルAmaxを検出し、そのレベルが飽和しない範囲
内でセンサの光電変換特性が最高感度レベルにな
るように周期制御装置１４のタイミング信号出力
を調整する役割をはたしている。センサの光電変
換特性が直線性のものであれば、飽和レベル
Cmax近辺が最高感度を示すから、このときの周
期はCmax／AmaxＴで求めることができる。このよう に周期Ｔを大きくすることによつて一回当りの撮
像における映像信号つまり光像の信号分を周期Ｔ
に比例して大きくすることができ、常に一定のノ
イズ分との比Ｓ／Ｎは、全体の信号処理時間が同
一とするならば第３図に示した積分回路により単
純加算積分したものよりも良くなる。

第６図は本発明の第２の実施例を示すブロツク
構成図である。図から分るように周期制御装置１
４には積分制御装置２７からの情報、すなわち照
射光像部分の映像信号が所望のレベルに達して検
出できたときの積分回数情報（ｍ）が加味される
よう接続されている。

積分制御装置２７は積分回数記憶カウンタと、
その積分回数情報をもとに映像信号レベルが雑音
レベルより浮かび上る閾値レベルを決定する閾値
決定回路と、その閾値レベル信号と前記最大レベ
ル検出回路を通つて検出される積分処理により
Ｓ／Ｎが向上した積分映像信号のうちの最大レベ
ル信号とが入力され比較が行なわれる比較器と、
この比較器の出力をもとに積分を中止させる指令
を出す積分中止信号発生器とから構成されてい
る。積分中止信号発生器の出力は積分回路８に含
まれる記憶回路に接続されていて、前記比較器の
出力が所定のレベルに達したとき積分を中止させ
るとともに記憶回路が蓄えている積分映像信号を
表示装置（信号処理装置）に所定の期間出力させ
る指令を伝える。

このように構成すると周期制御装置１４は積分
回路８で行なわれる積分の回数が最適化（例えば
２〜数回）されるように撮像周期Ｔを決定してタ
イミング信号を発生するように動作し、無意味に
撮像周期が大きくなることを防ぎ、照明光検出装
置全体としての信号処理時間の短縮が図られ、か
つＳ／Ｎの改善効果が高められる。

この第２の実施例の場合に使われる周期制御装
置１４は、第５図に示したものと構成はほとんど
同じものでよく、ただ演算内容を次のように変更
する必要がある。すなわち表示装置（信号処理装
置）が検出可能な最小レベル(D)の代りに上記検出
できたときの積分回数（ｍ）、減算処理装置から
の減算信号出力の最大レベル（Bmax）の代りに
積分最適回数ｎ（例えば２〜３）で置き換え、
Ｄ／Bmax×Ｔの代りにｍ／ｎ×Ｔの演算を行なわせれ ばよい。

以上説明したように本発明の照明光検出装置に
よれば、撮像周期をセンサの感度が高まるように
調整し、照射光による光像映像信号の増強が図ら
れるばかりでなく、減算処理装置により映像信号
中に含まれる照射光による光像信号以外の自然光
（外来光、外乱光）による信号や暗電流雑音等を
取り除いた後に積分処理によりガウス確率分布を
もつ変動雑音成分を信号成分に比べて相対的に小
さくすることができ、しかも各制御回路及び装置
はいずれも最適化制御がはかられているので、照
明光検出装置全体としての信号処理時間の短縮が
可能となり、対象物体の移動及び環境条件の変動
にも速やかに追随した検出ができる。

従つて本発明の照明光検出装置は屋外のような
外来光、外乱光の変動の激しいところで充分使用
することができ、また低反射率の物体に対しても
光の照射された部分を容易に検出できるので、必
常に応用面が広くなる。しかも本願の説明に当つ
ては光のオン／オフの場合を例にとつているが、
本発明の照明光検出装置は複数個の輝点による光
像映像信号処理も同様に行なうことができるの
で、単に距離測定装置のみならず物体認識装置等
にも応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は従来装置の構成図、第２図
は動作説明のための波形図、第４図、第５図は本
発明に用いられる周期制御装置の回路構成の一例
を示すブロツク図、第６図は本発明の実施例を示
す構成図。 １…対象物体、５…ドライブ回路、６…減算処
理装置、７…表示装置（信号処理装置）、８…積
分回路、９…照明装置、１０…撮像装置、１４…
周期制御装置、１５，１６，２８…最大レベル検
出回路、２７…積分制御装温。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対象物体に対して所定の周期で断続して光を
   照射する照射手段と、前記対象物体から反射する
   反射光像を前記所定周期で複数個の蓄積型光電変
   換素子に撮像し映像信号を順次送出する撮像手段
   と、前記照射手段により照射された時の映像信号
   から照射されない時の映像信号を減算する減算手
   段とを有し、前記減算信号の前記光電変換素子の
   位置により前記対象物体の光が照射された位置を
   検出する照明光検出装置において、前記減算信号
   の最大レベルを検出する手段と、前記検出された
   最大レベルが所定のレベル以上の時は前記所定の
   周期を小さくし、前記検出された最大レベルが所
   定レベル以下の時は前記所定の周期を大きくする
   周期制御手段とを有することを特徴とする照明光
   検出装置。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の照明光検出
   装置において、前記所定周期は、前記照射手段に
   より照射された時の映像信号の最大レベルが前記
   光電変換素子が飽和しないように定められている
   ことを特徴とする照明光検出装置。 ３ 前記特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   照明光検出装置において、前記検出された減算信
   号の最大レベルは前記光電変換素子ごとに前記減
   算信号を積分する積分手段により得られた信号で
   あることを特徴とする照明光検出装置。