KR19990023868A - 거리 측정 방법 - Google Patents

Abstract

종래의 거리 측정 방법에서는 산출한 거리 데이터의 신뢰성을 보다 높은 정확도를 가지고 검증할 수 없었다.

본 발명은 한 쌍의 결상 렌즈를 통과하여 한 쌍의 광 센서 어레이 상에 각각 투영된 영상 데이터로부터 2개의 영상 데이터의 일치도를 나타내는 평가 함수를 구하고, 이 평가 함수에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 측정 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 극소 및 최소치를 취하는 평가 함수치와 이 평가 함수치에 인접하는 2개의 평가 함수치로부터 천이 그래프의 발리치(골(谷)의 값)와 천이 그래프의 기울기와의 비(A)를 수학식 4 또는 수학식 5에 의해 구하고, 이 비의 값에 의해 피사체까지의 거리의 신뢰도를 검증한다.

Description

거리 측정 방법

본 발명은 카메라 등의 자동 초점 장치의 기본 원리인 위상차 검출을 이용한 거리 측정 방법에 관한 것이다.

우선, 위상차 검출을 이용한 거리 측정 방법의 원리를 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다. 각 결상 렌즈(61, 62)의 광축 사이의 중간 점을 원점(O)으로서 횡축(X)과, 종축(Y)을 설정하고, 광 센서 어레이(63, 64)상의 결상 위치(L₁, R₁)의 좌표를 각각 (-a_L1-B/2, -f), (a_R1+B/2, -f)로 한다. 여기서, a_L1, a_R1은 도시한 바와 같이 광 센서 어레이(63, 64)상의 거리이고, B는 결상 렌즈(61, 62)의 광축 사이의 거리이다.

결상 렌즈(61)의 중심점(O_L)의 좌표는 (-B/2, 0), 결상 렌즈(62)의 중심점(O_R)의 좌표는 (B/2, 0)이고, 거리 측정 대상물(51)의 점(M)의 좌표를 (x, y)라 하면, 점(M)에서부터 X축으로 그어 내려진 수직선과 X축과의 교점(N)의 좌표는 (x, 0), 중심점(O_L)에서부터 광 센서 어레이(63)로 그어 내려진 수직선의 위치(L_O)의 좌표는 (-B/2, -f), 중심점(O_R)에서부터 광 센서 어레이(64)로 그어 내려진 수직선의 위치(R_O)의 좌표는 (B/2, -f)이다. 이 때, 삼각형(MO_LN)과 삼각형(O_LL₁L_O), 삼각형(MO_RN)과 삼각형(O_RR₁R_O)은 각각 서로 비슷하기 때문에, 하기의 수학식 1과 및 수학식 2가 성립한다.

상기 수학식 1과, 수학식 2로부터 수학식 3을 얻을 수 있다.

하기 수학식 3에 의해, 결상 위치(L₁, R₁)에 관한 거리(a_L1, a_R1)를 알면, 거리 측정 대상물(51)까지의 거리(y)를 산출할 수 있다.

이어서, 거리를 검출할 때의 동작을 상세하게 설명한다.

거리 검출은 도 4의 실선으로 도시한 바와 같이, 좌우의 상(像) 데이터(63L, 64R)를 별도 설정한 거리 측정 범위의 부분에 대하여 비교하고, 상(像)이 일치하지 않으면 도 4의 파선과 같이, 예컨대 좌측 상 데이터(63L)를 우측으로, 또는 우측 상 데이터(64R)를 좌측으로 순차 천이시켜서 좌우의 상 데이터가 일치한 상태에 가장 가까울 때의 천이량(a_R1+a_L1)을 검출한다.

좌우의 상 데이터(63L, 64R)는 완전히 일치한다고는 할 수 없다. 왜냐하면, 광 센서 어레이(63, 64)의 공간적인 화소 사이에 상의 일치점이 있을 수 있기 때문이다.

거리 검출은 상기 천이량(a_R1+a_L1)으로부터 대상물(51)까지의 거리(y)를 상기 수학식 3에 의해 산출한다.

좌우의 상 데이터(63L, 64R)의 일치도의 검출은 좌우의 상 데이터(63L, 64R)에 특정 범위(윈도우)를 설정하고, 이하의 방법에 의해 행한다.

즉, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 영상 데이터(71)와 제2 영상 데이터(72)를 겹쳐 맞추고, 겹쳐지지 않는 부분(도면중, 사선으로 도시한다)의 면적을 구한다.

이 면적의 값은 일반적으로 평가 함수라고 칭해진다.

영상 데이터(제1 영상 데이터 또는 제2 영상 데이터)의 범위를 각각 1화소(센서를 구성하는 화소)씩 천이한 특정 범위마다 평가 함수치를 구한다.

위상차 검출에서는 평가 함수치가 극소 및 최소치의 특정 범위에 동일한 영상이 투영되어 있다고 판단한다.

그리고, 극소 및 최소치의 특정 범위와, 이 특정 범위에 인접하는 2 내지 3의 특정 범위의 평가 함수치를 이용하여 정확한 천이량(a_R1+a_L1)을 구하고, 피사체까지의 거리를 산출한다.

또한, 피사체가 저대비(contrast)이거나, 또는 제1 광 센서 어레이와 제2 광 센서 어레이 사이에 광량의 불균형(광량차)이 생긴 경우에는 평가 함수치가 극소 및 최소치를 갖는 특정 범위에 인접하는 특정 범위의 평가 함수치 자체가 작아진다.

그래서, 종래 기술에서는 예컨대 평가 함수치가 극소 및 최소치를 갖는 특정 범위에 인접하는 특정 범위의 평가 함수치가 기준치 이하인 경우에는 피사체가 저대비라고 간주하고, 산출한 거리 데이터의 신뢰성이 낮다고 판단하였다.

그렇지만, 평가 함수치가 극소 및 최소치를 갖는 특정 범위에 인접하는 특정 범위의 평가 함수치로 산출한 거리 데이터의 신뢰성을 검증하는 것만으로는 불충분하고, 평가 함수치가 큰 경우에도 산출한 거리 데이터의 신뢰성이 낮은 경우가 있다는 것이 피사체의 실제 측정으로써 판명되었다.

그래서, 본 발명의 목적은 극소 및 최소치를 가지는 특정 범위에 인접하는 특정 범위의 평가 함수치가 큰 경우에도 항상 산출한 거리 데이터의 신뢰성을 보다 높은 정확도를 가지고 검증할 수 있는 거리 측정 방법을 제공하고자 하는 것에 있다.

도 1은 평가 함수의 천이 그래프를 도시한 도면.

도 2는 평가 함수의 천이 그래프를 도시한 도면.

도 3은 거리 측정 방법의 원리도.

도 4는 거리 측정 방법의 원리도.

도 5는 평가 함수의 개념도.

도 6은 평가 함수의 오프셋의 설명도.

도 7은 피사체가 고대비일 때의 평가 함수의 설명도.

도 8은 피사체가 저대비일 때의 평가 함수의 설명도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

51 : 거리 측정 대상물61, 62 : 결상 렌즈

63, 64 : 광 센서 어레이63L : 좌측 상 데이터

64R : 우측 상 데이터71 : 제1 영상 데이터

72 : 제2 영상 데이터

상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재된 발명은 한 쌍의 결상 렌즈를 통과하여 한 쌍의 광 센서 어레이 상에 각각 투영된 영상 데이터로부터 양 영상 데이터의 일치도를 나타내는 평가 함수를 구하고, 이 평가 함수에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 측정 방법에 관한 것이다.

여기서, 본 발명에서는, 극소 및 최소치를 취하는 평가 함수치와 이 평가 함수치에 인접하는 2개의 평가 함수치로부터, 천이 그래프의 발리치(valley value)(골(谷)의 값)와 천이 그래프의 기울기와의 비를 구한다.

그리고, 상기 비의 값에 의해 피사체까지의 거리의 신뢰도를 검증한다.

청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 발명과 같이 한 쌍의 결상 렌즈를 통과하여 한 쌍의 광 센서 어레이 상에 각각 투영된 영상 데이터로부터 양 영상 데이터의 일치도를 나타내는 평가 함수를 구하고, 이 평가 함수에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 측정 방법에 관한 것이다.

여기서, 본 발명에서는 극소 및 최소치를 취하는 평가 함수치와, 이 평가 함수치에 인접하는 2개의 평가 함수치와, 상기 2개의 평가 함수치 중 어느 하나에 인접하는 1개의 평가 함수치로부터 천이 그래프의 발리치와 천이 그래프의 기울기와의 비를 구한다.

그리고, 상기 비의 값에 의해 피사체까지의 거리의 신뢰도를 검증한다.

이하, 도면에 따라 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1 및 도 2는 화소를 1개씩 어긋나게 한 특정 범위에 있어서 평가 함수를 구한 결과를 도시한 도면(이하, 평가 함수의 천이 그래프라 칭함)이다.

여기서, n은 정수치이고, 평가 함수치가 몇 번째 것인지를 나타내고 있다.

y₁은 극소 또는 최소의 평가 함수치를 나타내고, y_-1, y₀, y₂, y₃은 y₁을 가지는 특정 범위에 인접한 특정 범위에 있어서의 평가 함수치를 나타내고 있다.

도 1은 y₀＞y₂의 경우, 도 2는 y₀≤y₂의 경우를 도시하고 있다.

제1 실시 형태에서는, y₁과 그것에 인접하는 y₀과 y₂를 이용하여 평가 함수의 천이 그래프의 발리치(골의 값)와 그 기울기와의 비(A)를 하기 수학식 4 또는 수학식 5에 의해 구한다.

여기서, 평가 함수의 천이 그래프의 발리치란, 예컨대 도 1에 있어서, 점(n-1, y₀)과 점(n, y₁)을 연결하는 직선과, 이 직선과 y축에 대하여 대칭인 기울기를 이루고 점(n+1, y₂)을 지나는 직선과의 교차점이다.

제1 실시 형태에서는, 예컨대 도 1에 있어서, 점(n-1, y₀)과 점(n, y₁)을 연결한 직선의 기울기의 절대치와, 점(n+1, y₂)과 점(n+2, y₃)을 연결한 직선 기울기의 절대치는 거의 근사하게 동일하다.

상기 수학식 4 또는 수학식 5에 있어서, A의 값이 1 이상인 경우에는, y₁에 인접하는 평가 함수치에 관계없이, 위상차 검출에 의해 얻어진 거리 데이터의 신뢰성은 낮다는 것이 실험에 의해 얻어진다.

그리고, 상기 거리 데이터를 디포커스(defocus)라고 판단하여 데이터로부터 배제한다.

이어서, 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.

제2 실시 형태는 y₁, y₀, y₂와, y_-1또는 y₃을 이용하여 평가 함수의 천이 그래프의 발리치와 그 기울기와의 비(A')를 하기 수학식 6 또는 수학식 7에 의해 구한다.

제2 실시 형태는 제1 실시 형태와 다르다. 예컨대 도 1에 있어서, 점(n-1, y₀)과 점(n, y₁)을 연결한 직선의 기울기의 절대치와, 점(n+1, y₂)과 점(n+2, y₃)을 연결한 직선의 기울기의 절대치와는 다른 것으로 하여 천이 그래프의 발리치를 구한다.

또, A'를 구할 때의 천이 그래프의 기울기는 상기 쌍방의 직선의 기울기의 절대치의 평균으로 한다.

상기 수학식 6 또는 수학식 7에 있어서, A'의 값이 1 이상인 경우에는 y₁에 인접하는 평가 함수치에 관계없이 위상차 검출에 의해 얻어진 거리 데이터의 신뢰성은 낮다는 것이 실험에 의해 얻어진다.

그리고, 상기 거리 데이터를 디포커스라고 판단하여, 데이터로부터 배제한다.

이어서, 본 발명에 있어서의 평가 함수에 대하여, 특히 좌우의 센서 어레이에 광량차가 있는 경우의 작용을 이하에 고찰한다.

전술한 좌우의 센서 어레이의 상 데이터(63L, 64R)를 편의상, 각각 L(k), R(k)로 한다. 이 때, 최소가 되는 평가 함수(f_min)는 하기 수학식 8로 나타낸다.

현재, 좌우의 센서 어레이에 일률적으로 광량차(a)가 났다고 하면, 그 때의 최소 평가 함수(f_min')는 하기 수학식 9가 된다.

즉, 이 경우에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 평가 함수가 오프셋(na)을 가진다는 것을 의미하고 있다.

이어서, 평가 함수의 천이 그래프로부터 상기 광량차의 유무를 추정하는 것을 생각한다.

일반적으로, 고대비의 피사체와 저대비의 피사체의 평가 함수(f(j))는 도 7, 도 8과 같이 된다.

이들 도면으로부터, 고대비와 저대비에서는 다음과 같은 특징이 있음을 알 수 있다.

·고대비 : 최소 평가 함수(f_min)의 값이 작고(이상적으로는 0), 천이 그래프의 기울기가 크다.

·저대비 : 최소 평가 함수(f_min)의 값이 크고, 천이 그래프의 기울기가 작다.

고대비의 피사체인 경우, 광량차가 다소 발생한다고 하여도, 평가 함수의 데이터의 신뢰도가 높기 때문에, 측정 거리의 정밀도 면에서는 큰 오차가 발생하지 않는다. 그런데, 저대비의 피사체에서는, 광량차가 생기면 그 영향은 커지고, 평가 함수의 데이터의 신뢰성도 낮아진다. 즉, 저대비의 피사체에 있어서 광량차가 있는 경우에 문제를 발생시킨다.

그래서, 좌우의 센서 어레이에 광량차가 있을 때에 그 피사체가 고대비인지 저대비인지를 구별하는 것은 실제 사용에 있어서 대단히 유효하다. 광량차(a)를 일정하게 하면, 피사체가 고대비인지 저대비인지의 구별은 전술한 수학식 4 또는 수학식 5의 비(A)를 구하는 것으로 가능하고, 이 비(A)가 기준치(예컨대 1.0)보다 작으면 고대비로서 데이터의 신뢰성이 높고, 기준치보다 크면 저대비로서 데이터의 신뢰성이 낮다고 판단할 수 있다.

또, 전술한 비(A)는, A = 평가 함수의 발리치/천이 그래프의 기울기 ≒ 광량차/천이 그래프의 기울기 라고 볼 수 있다.

이상과 같이 청구항 제1항 또는 청구항 제2항에 기재된 발명에 의하면, 보다 높은 정확도로 산출한 거리 데이터의 신뢰성을 검증할 수 있다.

Claims (2)

1. 한 쌍의 결상 렌즈를 통과하여 한 쌍의 광 센서 어레이 상에 각각 투영된 영상 데이터로부터 2개의 영상 데이터의 일치도를 나타내는 평가 함수를 구하고, 그 평가 함수에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 측정 방법에 있어서,

   극소 및 최소치를 취하는 평가 함수치와 이 평가 함수치에 인접하는 2개의 평가 함수치로부터 천이 그래프의 발리치와 천이 그래프의 기울기와의 비를 구하고, 이 비의 값에 의해 피사체까지의 거리의 신뢰도를 검증하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
2. 한 쌍의 결상 렌즈를 통과하여 한 쌍의 광 센서 어레이 상에 각각 투영된 영상 데이터로부터 2개의 영상 데이터의 일치도를 나타내는 평가 함수를 구하고, 그 평가 함수에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 측정 방법에 있어서,

   극소 및 최소치를 취하는 평가 함수치와, 이 평가 함수치에 인접하는 2개의 평가 함수치, 및 상기 2개의 평가 함수치 중 어느 하나에 인접하는 1개의 평가 함수치로부터 천이 그래프의 발리치와 천이 그래프의 기울기와의 비를 구하고, 이 비의 값에 의해 피사체까지의 거리의 신뢰도를 검증하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.