JPWO2012042976A1 - 物体検出装置および情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドットパターンの検出精度を向上させることができる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供する。【解決手段】情報取得装置１は、波長８３０ｎｍ程度のレーザ光を出射するレーザ光源１１１と、レーザ光を前記目標領域に向けて投射する投射光学系１１と、前記目標領域からの反射光を受光して信号を出力するＣＭＯＳイメージセンサ１２４と、を備える。投射光学系１１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４によって受光されるレーザ光の基準パターンのドットが、少なくともレーザ光源１１１とＣＭＯＳイメージセンサ１２４の並び方向において、２．５画素以上のピッチを持つように、レーザ光を目標領域に向けて投射する。【選択図】図８

Description

本発明は、目標領域に光を投射したときの反射光の状態に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置およびこれに用いて好適な情報取得装置に関する。

従来、光を用いた物体検出装置が種々の分野で開発されている。いわゆる距離画像センサを用いた物体検出装置では、２次元平面上の平面的な画像のみならず、検出対象物体の奥行き方向の形状や動きを検出することができる。かかる物体検出装置では、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Device）から、予め決められた波長帯域の光が目標領域に投射され、その反射光がＣＭＯＳイメージセンサ等の受光素子により受光される。距離画像センサとして、種々のタイプのものが知られている。

所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの距離画像センサでは、目標領域から反射されたドットパターンをイメージセンサで受光し、イメージセンサ上におけるドットパターンの受光位置に基づいて、三角測量法を用いて、検出対象物体の各部までの距離が検出される（たとえば、非特許文献１）。

この方式では、たとえば、レーザ光の照射部から所定の距離の位置に反射平面が配置された状態で、ドットパターンを持つレーザ光が出射され、そのときにイメージセンサ上に照射されたレーザ光のドットパターンがテンプレートとして保持される。そして、実測時にイメージセンサ上に照射されたレーザ光のドットパターンとテンプレートに保持されたドットパターンとが照合され、テンプレート上のドットパターンのセグメント領域が実測時のドットパターン上のどの位置に移動したかが検出される。この移動量に基づいて、各セグメント領域に対応する目標領域の各部までの距離が算出される。

第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０

上記物体検出装置では、実測時に、レーザ光の一つのドットが、イメージセンサ上の複数の画素に跨った状態で、イメージセンサに照射されることが起こり得る。この場合、一つのドットが同時に照射された、隣接する複数の画素からは、同時に信号が出力される。このため、イメージセンサの出力からドットパターンを把握する場合には、全体的にドット間の境界が無くなる状態が起こり得る。このため、実測時にイメージセンサ上に照射されたレーザ光のドットパターンとテンプレートに保持されたドットパターンとの照合を適正に行えず、検出対象物体の各部までの距離の検出精度が劣化するとの問題が生じる。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、ドットパターンの検出精度を向上させることができる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。この態様に係る情報取得装置は、所定波長帯域の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を、所定のドットパターンでもって、前記目標領域に向けて投射する投射光学系と、前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、を備える。ここで、前記投射光学系は、前記受光素子によって受光される前記光の基準パターンのドットが、少なくとも前記光源と前記受光素子の並び方向において、２．５画素以上のピッチを持つように、前記光を前記目標領域に向けて投射する。

本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。この態様に係る物体検出装置は、上記第１の態様に係る情報取得装置を有する。

本発明によれば、ドットパターンの検出精度を向上させることができる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供することができる。

本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る目標領域に対するレーザ光の照射状態とイメージセンサ上のレーザ光の受光状態を示す図である。 実施の形態に係る基準テンプレートの設定方法を説明する図である。 実施の形態に係る距離検出方法を説明する図である。 ドットのピッチが２画素であるときの問題を説明する図である。 ドットのピッチが２画素以下であるときの問題を説明する図である。 実施の形態に係るドットパターンの設定方法を示す図である。 実施の形態に係るドットパターンの他の設定方法を示す図である。 実施の形態に係るドットパターンのさらに他の設定方法を示す図である。 実施の形態に係るドットパターンのさらに他の設定方法を示す図である。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態は、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの情報取得装置に本発明を適用したものである。

まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置は、情報取得装置１と、情報処理装置２とを備えている。テレビ３は、情報処理装置２からの信号によって制御される。

情報取得装置１は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域にある物体各部の距離（以下、「３次元距離情報」という）を取得する。取得された３次元距離情報は、ケーブル４を介して情報処理装置２に送られる。

情報処理装置２は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置２は、情報取得装置１から受信した３次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ３を制御する。

たとえば、情報処理装置２は、受信した３次元距離情報に基づき人を検出するとともに、３次元距離情報の変化から、その人の動きを検出する。たとえば、情報処理装置２がテレビ制御用のコントローラである場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人のジェスチャを検出するとともに、ジェスチャに応じてテレビ３に制御信号を出力するアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定のジェスチャをすることにより、チャンネル切り替えやボリュームのＵｐ／Ｄｏｗｎ等、所定の機能をテレビ３に実行させることができる。

また、たとえば、情報処理装置２がゲーム機である場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人の動きを検出するとともに、検出した動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させ、ゲームの対戦状況を変化させるアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定の動きをすることにより、自身がテレビ画面上のキャラクタとしてゲームの対戦を行う臨場感を味わうことができる。

図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す図である。

情報取得装置１は、光学系として、投射光学系１１と受光光学系１２とを備えている。投射光学系１１と受光光学系１２は、Ｘ軸方向に並ぶように、情報取得装置１に配置される。

投射光学系１１は、レーザ光源１１１と、コリメータレンズ１１２と、アパーチャ１１３と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１１４とを備えている。また、受光光学系１２は、アパーチャ１２１と、撮像レンズ１２２と、フィルタ１２３と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４とを備えている。この他、情報取得装置１は、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レーザ駆動回路２２と、撮像信号処理回路２３と、入出力回路２４と、メモリ２５を備えている。

レーザ光源１１１は、波長８３０ｎｍ程度の狭波長帯域のレーザ光を出力する。コリメータレンズ１１２は、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。アパーチャ１１３は、レーザ光の光束断面を所定の形状に調整する。ＤＯＥ１１４は、入射面に回折パターンを有する。この回折パターンによる回折作用により、アパーチャ１１３からＤＯＥ１１４に入射したレーザ光は、ドットパターンのレーザ光に変換されて、目標領域に照射される。

目標領域から反射されたレーザ光は、アパーチャ１２１を介して撮像レンズ１２２に入射する。アパーチャ１２１は、撮像レンズ１２２のＦナンバーに合うように、外部からの光に絞りを掛ける。撮像レンズ１２２は、アパーチャ１２１を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に集光する。

フィルタ１２３は、レーザ光源１１１の出射波長（８３０ｎｍ程度）を含む波長帯域の光を透過し、可視光の波長帯域をカットするバンドパスフィルタである。ＣＭＯＳイメージセンサ１２４は、撮像レンズ１２２にて集光された光を受光して、画素毎に、受光光量に応じた信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。

ＣＰＵ２１は、メモリ２５に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、レーザ光源１１１を制御するためのレーザ制御部２１ａと、３次元距離情報を生成するための３次元距離演算部２１ｂの機能が付与される。

レーザ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてレーザ光源１１１を駆動する。撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４で生成された各画素の信号（電荷）をライン毎に順次取り込む。そして、取り込んだ信号を順次ＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、撮像信号処理回路２３から供給される信号（撮像信号）をもとに、情報取得装置１から検出対象物の各部までの距離を、３次元距離演算部２１ｂによる処理によって算出する。入出力回路２４は、情報処理装置２とのデータ通信を制御する。

情報処理装置２は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理装置２には、同図に示す構成の他、テレビ３との通信を行うための構成や、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部メモリに格納された情報を読み取ってメモリ３３にインストールするためのドライブ装置等が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されている。

ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラム（アプリケーションプログラム）に従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、画像中の物体を検出するための物体検出部３１ａの機能が付与される。かかる制御プログラムは、たとえば、図示しないドライブ装置によってＣＤ−ＲＯＭから読み取られ、メモリ３３にインストールされる。

たとえば、制御プログラムがゲームプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動きを検出する。そして、検出された動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させるための処理が制御プログラムにより実行される。

また、制御プログラムがテレビ３の機能を制御するためのプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動き（ジェスチャ）を検出する。そして、検出された動き（ジェスチャ）に応じて、テレビ３の機能（チャンネル切り替えやボリューム調整、等）を制御するための処理が制御プログラムにより実行される。

入出力回路３２は、情報取得装置１とのデータ通信を制御する。

図３（ａ）は、目標領域に対するレーザ光の照射状態を模式的に示す図、図３（ｂ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４におけるレーザ光の受光状態を模式的に示す図である。なお、同図（ｂ）には、便宜上、目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在するときの受光状態が示されている。

投射光学系１１からは、ドットパターンを持ったレーザ光（以下、このパターンを持つレーザ光の全体を「ＤＰ光」という）が、目標領域に照射される。同図（ａ）には、ＤＰ光の光束領域が実線の枠によって示されている。ＤＰ光の光束中には、ＤＯＥ１１４による回折作用によってレーザ光の強度が高められたドット領域（以下、単に「ドット」という）が、ＤＯＥ１１４による回折作用によるドットパターンに従って点在している。

なお、図３（ａ）では、便宜上、ＤＰ光の光束が、マトリックス状に並ぶ複数のセグメント領域に区分されている。各セグメント領域には、ドットが固有のパターンで点在している。一つのセグメント領域におけるドットの点在パターンは、他の全てのセグメント領域におけるドットの点在パターンと相違する。これにより、各セグメント領域は、ドットの点在パターンをもって、他の全てのセグメント領域から区別可能となっている。

目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在すると、これにより反射されたＤＰ光の各セグメント領域は、同図（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上においてマトリックス状に分布する。たとえば、同図（ａ）に示す目標領域上におけるセグメント領域Ｓ０の光は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上では、同図（ｂ）に示すセグメント領域Ｓｐに入射する。なお、図３（ｂ）においても、ＤＰ光の光束領域が実線の枠によって示され、便宜上、ＤＰ光の光束が、マトリックス状に並ぶ複数のセグメント領域に区分されている。

上記３次元距離演算部２１ｂでは、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上における各セグメント領域の位置が検出され、検出された各セグメント領域の位置から、三角測量法に基づいて、検出対象物体の各セグメント領域に対応する位置までの距離が検出される。かかる検出手法の詳細は、たとえば、上記非特許文献１（第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０）に示されている。

図４は、上記距離検出に用いられる基準テンプレートの生成方法を模式的に示す図である。

図４（ａ）に示すように、基準テンプレートの生成時には、投射光学系１１から所定の距離Ｌｓの位置に、Ｚ軸方向に垂直な平坦な反射平面ＲＳが配置される。レーザ光源１１１の温度は、所定の温度（基準温度）に維持される。この状態で、投射光学系１１からＤＰ光が所定時間Ｔｅだけ出射される。出射されたＤＰ光は、反射平面ＲＳによって反射され、受光光学系１２のＣＭＯＳイメージセンサ１２４に入射する。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４から、画素毎の電気信号が出力される。出力された画素毎の電気信号の値（画素値）が、図２のメモリ２５上に展開される。

こうしてメモリ２５上に展開された画素値に基づいて、図４（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上におけるＤＰ光の照射領域を規定する基準パターン領域が設定される。さらに、この基準パターン領域が、縦横に区分されてセグメント領域が設定される。上記のように、各セグメント領域には、固有のパターンでドットが点在する。よって、セグメント領域の画素値のパターンは、セグメント領域毎に異なっている。なお、各セグメント領域は、他の全てのセグメント領域と同じサイズである。

基準テンプレートは、このようにＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に設定された各セグメント領域に、そのセグメント領域に含まれる各画素の画素値を対応付けて構成される。

具体的には、基準テンプレートは、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上における基準パターン領域の位置に関する情報と、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値と、基準パターン領域をセグメント領域に分割するための情報を含んでいる。基準パターン領域に含まれる全画素の画素値は、基準パターン領域に含まれるＤＰ光のドットパターンに相応するものになる。また、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値のマッピング領域をセグメント領域に区分することで、各セグメント領域に含まれる画素の画素値が取得される。なお、基準テンプレートは、さらに、各セグメント領域に含まれる画素の画素値を、セグメント領域毎に保持していても良い。

構成された基準テンプレートは、図２のメモリ２５に、消去不可能な状態で保持される。こうしてメモリ２５に保持された基準テンプレートは、投射光学系１１から検出対象物体の各部までの距離を算出する際に参照される。

たとえば、図４（ａ）に示すように距離Ｌｓよりも近い位置に物体がある場合、基準パターン上の所定のセグメント領域Ｓｎに対応するＤＰ光（ＤＰｎ）は、物体によって反射され、セグメント領域Ｓｎとは異なる領域Ｓｎ’に入射する。投射光学系１１と受光光学系１２はＸ軸方向に隣り合っているため、セグメント領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向はＸ軸に平行となる。同図の場合、物体が距離Ｌｓよりも近い位置にあるため、領域Ｓｎ’は、セグメント領域Ｓｎに対してＸ軸正方向に変位する。物体が距離Ｌｓよりも遠い位置にあれば、領域Ｓｎ’は、セグメント領域Ｓｎに対してＸ軸負方向に変位する。

セグメント領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向と変位量をもとに、投射光学系１１からＤＰ光（ＤＰｎ）が照射された物体の部分までの距離Ｌｒが、距離Ｌｓを用いて、三角測量法に基づき算出される。同様にして、他のセグメント領域に対応する物体の部分について、投射光学系１１からの距離が算出される。

かかる距離算出では、基準テンプレートのセグメント領域Ｓｎが、実測時においてどの位置に変位したかを検出する必要がある。この検出は、実測時にＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に照射されたＤＰ光のドットパターンと、セグメント領域Ｓｎに含まれるドットパターンとを照合することによって行われる。

図５は、かかる検出の手法を説明する図である。同図（ａ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上における基準パターン領域とセグメント領域の設定状態を示す図、同図（ｂ）は、実測時におけるセグメント領域の探索方法を示す図、同図（ｃ）は、実測されたＤＰ光のドットパターンと、基準テンプレートのセグメント領域に含まれるドットパターンとの照合方法を示す図である。

たとえば、同図（ａ）のセグメント領域Ｓ１の実測時における変位位置を探索する場合、同図（ｂ）に示すように、セグメント領域Ｓ１が、範囲Ｐ１〜Ｐ２において、Ｘ軸方向に１画素ずつ送られ、各送り位置において、セグメント領域Ｓ１のドットパターンと、実測されたＤＰ光のドットパターンのマッチング度合いが求められる。この場合、セグメント領域Ｓ１は、基準パターン領域の最上段のセグメント領域群を通るラインＬ１上のみをＸ軸方向に送られる。これは、上記のように、通常、各セグメント領域は、実測時において、基準テンプレートにより設定された位置からＸ軸方向にのみ変位するためである。すなわち、セグメント領域Ｓ１は、最上段のラインＬ１上にあると考えられるためである。このように、Ｘ軸方向にのみ探索を行うことで、探索のための処理負担が軽減される。

なお、実測時には、検出対象物体の位置によっては、セグメント領域が基準パターン領域の範囲からＸ軸方向にはみ出すことが起こり得る。このため、範囲Ｐ１〜Ｐ２は、基準パターン領域のＸ軸方向の幅よりも広く設定される。

上記マッチング度合いの検出時には、ラインＬ１上に、セグメント領域Ｓ１と同じサイズの領域（比較領域）が設定され、この比較領域とセグメント領域Ｓ１との間の類似度が求められる。すなわち、セグメント領域Ｓ１の各画素の画素値と、比較領域の対応する画素の画素値との差分が求められる。そして、求めた差分を比較領域の全ての画素について加算した値Ｒｓａｄが、類似度を示す値として取得される。

たとえば、図５（ｃ）のように、一つのセグメント領域中に、ｍ列×ｎ行の画素が含まれている場合、セグメント領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｔ（ｉ，ｊ）と、比較領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｉ（ｉ，ｊ）との差分が求められる。そして、セグメント領域の全ての画素について差分が求められ、その差分の総和により、値Ｒｓａｄが求められる。すなわち、値Ｒｓａｄは、次式により算出される。

値Ｒｓａｄが小さい程、セグメント領域と比較領域との間の類似度が高い。

探索時には、比較領域が、ラインＬ１上を１画素ずつずらされつつ順次設定される。そして、ラインＬ１上の全ての比較領域について、値Ｒｓａｄが求められる。求めた値Ｒｓａｄの中から、閾値より小さいものが抽出される。閾値より小さい値Ｒｓａｄが無ければ、セグメント領域Ｓ１の探索はエラーとされる。そして、抽出されたＲｓａｄの中で最も値が小さいものに対応する比較領域が、セグメント領域Ｓ１の移動領域であると判定される。ラインＬ１上のセグメント領域Ｓ１以外のセグメント領域も、上記と同様の探索が行われる。また、他のライン上のセグメント領域も、上記と同様、そのライン上に比較領域が設定されて、探索が行われる。

こうして、実測時に取得されたＤＰ光のドットパターンから、各セグメント領域の変位位置が探索されると、上記のように、その変位位置に基づいて、三角測量法により、各セグメント領域に対応する検出対象物体の部位までの距離が求められる。

ところで、実測時に取得されたＤＰ光のドットパターンの各ドットは、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上の各画素の領域に収まるように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４に照射されるとは限らない。各ドットが２つまたは４つの画素に跨ってＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に照射されることが、しばしば起こり得る。各ドットは、検出対象物までの距離によって、左右方向（Ｘ軸方向）にシフトする。このため、各ドットは、図５（ｃ）のように、左右方向（Ｘ軸方向）の２つの画素に跨ってＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に照射されることがある。なお、各ドットは、通常、上下方向（Ｙ軸方向）の画素には跨らない。しかしながら、ＤＯＥ１１４の特性の変化や、温度変化に基づくレーザ光源１１１の出射波長の変動等によって、各ドットが上下方向（Ｙ軸方向）にシフトすることが起こり得る。このような場合、各ドットが上下方向（Ｙ軸方向）の２つの画素に跨ることが起こり得る。

このように複数の画素にドットが跨ると、隣接する複数の画素から、同時に信号が出力される。このため、信号を出力する画素のパターンに区切りが無くなり、セグメント領域と比較領域とのマッチング精度が低下するとの問題が起こり得る。

図６は、ドットパターンの設定例（比較例）を示す図である。ドットパターンは、ＤＯＥ１１４の回折パターンを調節することにより、変更され得る。

図６では、一つの画素が一つの升目に対応する。また、上段の各図における黒丸がドット（光）を示し、下段の升目の塗り潰し状態によって、各画素の出力値（画素値）の強度が示されている。下段の各図において、白の升目は、画素値がゼロ、黒の升目は、一つのドットが一つの画素にのみ入射するときの画素値（画素値＝Ｈ）を示している。ドットのサイズは、一つの画素の領域よりも小さくなっている。

同図の設定例では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における各ドットのピッチが、２画素に設定されている。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、それぞれ、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上におけるドットと画素の関係が示され、同図（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）には、それぞれ、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の状態でドットが照射されたときの、各画素の信号出力値（画素値）の状態が示されている。同図（ｂ）、（ｅ）には、基準テンプレート生成時のセグメント領域におけるドットの照射状態と画素値の状態が示され、同図（ａ）、（ｄ）および同図（ｃ）、（ｆ）には、それぞれ、実測時において同図（ｂ）のドットパターンが所定の比較領域に照射されたときの、ドットの照射状態と画素値の状態が示されている。

同図（ｂ）のように一つのドットが一つの画素に収まっている場合、同図（ｅ）に示すように、対応する画素から画素値Ｈの信号が出力される。

これに対し、実測時において、同図（ｃ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）にずれると、同図（ｆ）に示すように、上から２、４、６、８行目の画素の全てから画素値Ｈ／２の信号が出力される。この場合、上から２、４、６、８行目においては、信号を出力する画素のパターンに、区切り（画素値がゼロの画素）が無くなる。このため、同図（ｅ）と同図（ｆ）の画素値パターンを比較しても、両者の間でマッチングが取れにくくなる。

また、実測時において、同図（ａ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）と上（Ｙ軸正方向）にずれると、同図（ｄ）に示すように、全ての画素から画素値Ｈ／４の信号が出力される。この場合、比較領域の全領域において、信号を出力する画素のパターンに区切りが無くなる。このため、同図（ｅ）と同図（ｄ）の画素値パターンを比較しても、両者の間でマッチングがさらに取れにくくなる。

図７は、ドットパターンの他の設定例（比較例）を示す図である。同図（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、図６（ａ）〜（ｆ）に対応している。この設定例でも、ドットのサイズは、画素の領域よりも小さくなっている。また、この設定例では、Ｘ軸方向の各ドットのピッチは、１画素または２画素に設定され、Ｙ軸方向における各ドットのピッチは、２画素に設定されている。

実測時において、同図（ｃ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）にずれると、同図（ｆ）に示すように、上から２、４、６、８行目においては、それぞれ、一つの画素のみ画素値がＨで、残りの画素は、全て画素値がＨ／２となる。この場合、図６（ｆ）の場合に比べて、２、４、６、８行目の画素パターンに区切りが生じるものの、図７（ｅ）に比べると、２、４、６、８行目の画素パターンの区切りの数は、図７（ｅ）の場合に比べて、かなり少ない。このため、図７（ｅ）と図７（ｆ）の画素値パターンを比較しても、両者の間でマッチングは取られにくい。

また、実測時において、同図（ａ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）と上（Ｙ軸正方向）にずれると、同図（ｄ）に示すように、各行においては、それぞれ、一つの画素のみ画素値がＨ／２で、残りの画素は、全て画素値がＨ／４となる。この場合、図６（ｄ）の場合に比べて、各行の画素パターンに区切りが生じるものの、図７（ｅ）に比べると、２、４、６、８行目の画素パターンの区切りの数がかなり少ない。また、図７（ｄ）、（ｅ）の上から１、３、５、７行目を比較すると、両者の画素値パターンは相違している。このため、図７（ｄ）と図７（ｅ）の画素値パターンを比較しても、両者の間でマッチングは取られにくい。

図８は、本実施の形態におけるドットパターンの設定例を示す図である。この場合も、ドットパターンは、ＤＯＥ１１４の回折パターンを調節することにより、同図のように設定され得る。

同図（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、図６（ａ）〜（ｆ）に対応している。この設定例でも、ドットのサイズは、画素の領域よりも小さくなっている。また、この設定例では、Ｘ軸方向の各ドットのピッチは、２．５画素に設定され、Ｙ軸方向における各ドットのピッチは、２画素に設定されている。

実測時において、同図（ｃ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）にずれると、同図（ｆ）に示すように、上から２、４、６、８行目においては、画素値パターンに３つの区切りが生じる。これに対し、同図（ｅ）における２、４、６、８行目の画素値パターンにも、３つの区切りが存在し、区切りの数は、同図（ｅ）、（ｆ）との間で互いに同じである。また、同図（ｅ）、（ｆ）を比べると、区切りの位置は、互いに一致するか、１画素程度のずれしかない。したがって、同図（ｆ）の画素値パターンは、同図（ｅ）の画素値パターンに類似するようになる。このため、同図（ｅ）と同図（ｆ）の画素値パターンを比較すると、両者の間でマッチングが取られ易くなる。

また、実測時において、同図（ａ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）と上（Ｙ軸正方向）にずれると、同図（ｄ）に示すように、上から２、４、６、８行目においては、画素値パターンに３つの区切りが生じる。これに対し、同図（ｅ）における２、４、６、８行目の画素値パターンにも、３つの区切りが存在し、区切りの数は、同図（ｅ）、（ｄ）との間で互いに同じである。また、同図（ｅ）、（ｄ）の２、４、６、８行目を比較すると、区切りの位置は、互いに一致するか、１画素程度のずれしかない。したがって、同図（ｄ）の画素値パターンは、同図（ｅ）の画素値パターンに類似するようになる。

また、同図（ｅ）、（ｄ）の１、３、５、７行目を比較すると、両者の相違は、図６（ｅ）、（ｄ）の１、３、５、７行目の画素値パターンの相違や、図７（ｅ）、（ｄ）の１、３、５、７行目の画素値パターンの相違に比べて、相違の程度が低い。よって、１、３、５、７行目における画素値パターンの相違は、図８（ｅ）、（ｄ）の画素値パターンのマッチング判定において、大きくは影響しないものと考えられる。

よって、この設定例では、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）と上（Ｙ軸正方向）にずれた場合にも、同図（ｅ）と同図（ｄ）の画素値パターンの間で、マッチングが取られ易くなる。

図９は、本実施の形態におけるドットパターンの他の設定例を示す図である。同図（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、図６（ａ）〜（ｆ）に対応している。この設定例でも、ドットのサイズは、画素の領域よりも小さくなっている。また、この設定例では、Ｘ軸方向の各ドットのピッチは、２．５画素に設定され、Ｙ軸方向における各ドットのピッチも、２．５画素に設定されている。

実測時において、同図（ｃ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）にずれると、同図（ｆ）に示すように、上から１、２、４、６、７行目においては、画素値パターンに３つの区切りが生じる。これに対し、同図（ｅ）における１、２、４、６、７行目の画素値パターンにも、３つの区切りが存在し、区切りの数は、同図（ｅ）、（ｆ）との間で互いに同じである。また、同図（ｅ）、（ｆ）を比べると、区切りの位置は、互いに一致するか、１画素程度のずれしかない。したがって、同図（ｆ）の画素値パターンは、同図（ｅ）の画素値パターンに類似するようになる。このため、同図（ｅ）と同図（ｆ）の画素値パターンを比較すると、両者の間でマッチングが取られ易くなる。

また、実測時において、同図（ａ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）と上（Ｙ軸正方向）にずれると、同図（ｄ）に示すように、上から１、４、６行目においては、画素値パターンに３つの区切りが生じる。これに対し、同図（ｅ）における１、４、６行目の画素値パターンにも、３つの区切りが存在し、区切りの数は、同図（ｅ）、（ｄ）との間で互いに同じである。また、同図（ｅ）、（ｄ）の１、４、６行目を比較すると、区切りの位置は、互いに一致するか、１画素程度のずれしかない。また、同図（ｅ）、（ｄ）の５行目と８行目の画素値パターンは一致している。したがって、同図（ｄ）の画素値パターンは、同図（ｅ）の画素値パターンに類似するようになる。

また、同図（ｅ）、（ｄ）の２、７行目を比較すると、両者の相違は、図６（ｅ）、（ｄ）の１、３、５、７行目の画素値パターンの相違や、図７（ｅ）、（ｄ）の１、３、５、７行目の画素値パターンの相違に比べて、相違の程度が低い。よって、２、７行目における画素値パターンの相違は、図９（ｅ）、（ｄ）の画素値パターンのマッチング判定において、大きくは影響しないものと考えられる。

よって、この設定例では、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）と上（Ｙ軸正方向）にずれた場合にも、図９（ｅ）と同図（ｄ）の画素値パターンの間で、マッチングが取られ易くなる。

なお、図９の設定例では、同図（ｅ）、（ｄ）、（ｆ）を参照して分かるとおり、全ての画素の画素値がゼロの行が３つまたは４つ存在し、これらの行によって、画素値パターンが、Ｙ軸方向にも区切られている。ここで、Ｙ軸方向の区切りの数は、同図（ｅ）、（ｄ）、（ｆ）において同じ（３つ）である。また、Ｙ軸方向の区切りの位置は、同図（ｅ）、（ｆ）において同じであり、同図（ｅ）、（ｄ）において同じか、１画素のズレしかない。このように画素値パターンがＹ軸方向にも区切られることにより、画素値パターンのマッチングがさらに取られ易くなり、セグメント領域の探索精度を高めることができる。

図１０は、本実施の形態におけるドットパターンの他の設定例を示す図である。同図（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、図６（ａ）〜（ｆ）に対応している。この設定例でも、ドットのサイズは、画素の領域よりも小さくなっている。また、この設定例では、Ｘ軸方向の各ドットのピッチは、３画素に設定され、Ｙ軸方向における各ドットのピッチは、２画素に設定されている。

実測時において、同図（ｃ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）にずれていると、同図（ｆ）に示すように、上から２、４、６、８行目においては、画素値パターンに３つの区切りが生じる。これに対し、同図（ｅ）における２、４、６、８行目の画素値パターンにも、３つの区切りが存在し、区切りの数は、同図（ｅ）、（ｆ）との間で互いに同じである。また、同図（ｆ）の２、４、６、８行目の区切りの位置は、全て、同図（ｅ）の２、４、６、８行目の区切りの位置に含まれる。したがって、同図（ｆ）の画素値パターンは、同図（ｅ）の画素値パターンに極めて類似するようになる。このため、同図（ｅ）と同図（ｆ）の画素値パターンを比較すると、両者の間でマッチングが取られ易くなる。

実測時において、同図（ａ）のように、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）と上（Ｙ軸正方向）にずれていると、同図（ｄ）に示すように、上から２、４、６、８行目においては、画素値パターンに３つの区切りが生じる。これに対し、同図（ｅ）における２、４、６、８行目の画素値パターンにも、３つの区切りが存在し、区切りの数は、同図（ｅ）、（ｄ）との間で互いに同じである。また、同図（ｄ）の２、４、６、８行目の区切りの位置は、全て、同図（ｅ）の２、４、６、８行目の区切りの位置に含まれる。したがって、同図（ｄ）の画素値パターンは、同図（ｅ）の画素値パターンに極めて類似するようになる。

また、同図（ｅ）、（ｄ）の１、３、５、７行目を比較すると、両者の相違は、図６（ｅ）、（ｄ）の１、３、５、７行目の画素値パターンの相違や、図７（ｅ）、（ｄ）の１、３、５、７行目の画素値パターンの相違に比べて、相違の程度が低い。よって、１、３、５、７行目における画素値パターンの相違は、図１０（ｅ）、（ｄ）の画素値パターンのマッチング判定において、大きくは影響しないものと考えられる。

よって、この設定例では、比較領域に対してドットパターンが半画素だけ左（Ｘ軸負方向）と上（Ｙ軸正方向）にずれた場合にも、同図（ｅ）と同図（ｄ）の画素値パターンの間で、マッチングが取られ易くなる。

なお、図１０（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンにおいて、画素値が互いに一致しない画素の数は、２行目に５個、４行目に６個、６行目に４個、８行目に５個の合計２０個である。これに対し、図８（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンにおいて、画素値が互いに一致しない画素の数は、２行目に６個、４行目に６個、６行目に６個、８行目に６個の合計２４個である。このように、図１０（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンでは、図８（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンよりも、画素値が一致しない画素の数が４個少ない。また、画素値が一致しない２つの画素の画素値の差は、何れもＨ／２である。よって、図１０のドットパターンは、図８のドットパターンよりも、マッチングの検出精度が高いと言える。このことから、ドット間のピッチは、２．５画素よりも３画素の方が、さらに好ましいと言える。

図１１は、本実施の形態におけるドットパターンの更に他の設定例を示す図である。同図（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、図６（ａ）〜（ｆ）に対応している。この設定例でも、ドットのサイズは、画素の領域よりも小さくなっている。また、この設定例では、Ｘ軸方向の各ドットのピッチは、３．５画素に設定され、Ｙ軸方向における各ドットのピッチは、２画素に設定されている。

図１１（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンのマッチング度合いと、図１０（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンのマッチング度合いとを比較すると、両者のマッチング度合いは、略同じである。すなわち、図１１（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンにおいて、画素値が互いに一致しない画素の数は、２行目に５個、４行目に６個、６行目に４個、８行目に５個の合計２０個である。これに対し、図１０（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンにおいて、画素値が互いに一致しない画素の数は、２行目に５個、４行目に６個、６行目に４個、８行目に５個の合計２０個である。このように、図１１（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンと、図１０（ｅ）、（ｆ）の画素値パターンとでは、画素値が一致しない画素の数が互いに同じであり、また、画素値が一致しない２つの画素の画素値の差は、何れもＨ／２である。よって、図１１のドットパターンと図１０のドットパターンとでは、マッチングの検出精度が略同じであると言える。

このことから、Ｘ軸方向のドット間のピッチを３．５画素以上にしても、ドットパターンの探索精度は大きく変わらないものと思われる。むしろ、ドット間のピッチが広がると、一つのセグメント領域に含まれるドットの数が減少するため、類似度を示す値Ｒｓａｄの（上記式（１）参照）に差が出にくくなり、ドットパターンの探索精度が低下する。したがって、Ｘ軸方向のドット間のピッチは、２．５〜３．５画素程度に設定するのが望ましく、より好ましくは、３．０画素程度に設定するのが望ましい。１つのセグメント領域になるべく多くのドットを含めるには、Ｘ軸方向のドット間のピッチを２．５画素に設定すると良い。

以上、本実施の形態によれば、ドットパターンの検出精度を向上させることができる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を実現することができる。また、この効果を、ドット間のピッチを調整するといった極めて簡単な手法で実現することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、図４（ｂ）に示すように各セグメント領域が互いに重なることなく設定されたが、各セグメント領域が、その上下のセグメント領域と一部重なるように設定されても良い。また、各セグメント領域が、その左右のセグメント領域と一部重なってマトリックス状に並ぶように設定されても良い。ただし、このような場合も、各セグメント領域内のドットは、ピッチが２．５画素以上となるように調整される。

また、セグメント領域の形状は、上記実施の形態のように長方形である他、正方形等、他の形状であっても良い。

さらに、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４を用いたが、これに替えて、ＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ 情報取得装置
１１ 投射光学系
１１１ レーザ光源（光源）
１１２ コリメータレンズ（投射光学系）
１１３ アパーチャ（投射光学系）
１１４ ＤＯＥ（投射光学系）
１２４ ＣＭＯＳイメージセンサ（受光素子）

Claims (6)

1. 光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
   所定波長帯域の光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光を、所定のドットパターンでもって、前記目標領域に向けて投射する投射光学系と、
   前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、を備え、
   前記投射光学系は、前記受光素子によって受光される前記光の基準パターンのドットが、少なくとも前記光源と前記受光素子の並び方向において、２．５画素以上のピッチを持つように、前記光を前記目標領域に向けて投射する、
   ことを特徴とする情報取得装置。
2. 請求項１に記載の情報取得装置において、
   前記投射光学系は、前記受光素子によって受光される前記光の基準パターンのドットが、前記光源と前記受光素子の並び方向と当該並び方向に垂直な方向において、２．５画素以上のピッチを持つように、前記光を前記目標領域に向けて投射する、
   ことを特徴とする情報取得装置。
3. 請求項１または２に記載の情報取得装置において、
   前記並び方向における前記ピッチが、２．５〜３．５画素に設定されている、
   ことを特徴とする情報取得装置。
4. 請求項３に記載の情報取得装置において、
   前記並び方向における前記ピッチが、２．５画素に設定されている、
   ことを特徴とする情報取得装置。
5. 請求項３に記載の情報取得装置において、
   前記並び方向における前記ピッチが、３．０画素に設定されている、
   ことを特徴とする情報取得装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の情報取得装置を有する物体検出装置。

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