KR20000017208A - 거리 측정 연산 장치 및 그것을 이용한 거리 측정 연산 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회로 규모가 작은 거리 측정 연산 장치 및 응답 시간이 빠른 거리 측정 연산 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이미지 센서의 일단으로부터 타단으로 향하여 순차적으로 광강도 데이터를 출력하는 이미지 센서 수단(20)과, 이 이미지 센서로부터 순차적으로 출력되는 광강도 데이터를 기억하는 광강도 데이터 기억 수단(71)과, 상기 이미지 센서 수단(20)으로부터 다음 시야 방향의 거리 측정에 필요한 광강도 데이터가 출력되고 있는 동안에 시야 방향에 대한 거리를 검출하는 거리 검출 수단(70)을 구비한다. 또, 한 방향의 측정이 종료되면 다음의 거리 계산에서는 두 번 다시 사용하지 않는 불필요한 광강도 데이터가 발생하기 때문에 이 사용 종료 데이터를 메모리로부터 폐기하고, 기억 수단(71)은 한 방향에 필요한 용량만으로 모든 측정을 가능하게 한다.

Description

거리 측정 연산 장치 및 그것을 이용한 거리 측정 연산 방법{DISTANCE MEASUREMENT CALCULATING APPARATUS AND DISTANCE MEASUREMENT CALCULATING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 자동차의 충돌 방지 등을 위해 적어도 한 쌍의 이미지 센서에 의한 광 강도 데이터 쌍으로부터 이미지 센서의 시계 내에 존재하는 선행 자동차 등의 대상의 거리 검출에 알맞는 이미지 센서에 의한 거리 연산에 관한 것이다.

종래부터 자동 초점 카메라에서는 한 쌍의 이미지 센서에 의해 피사체인 대상을 포착하여 그 한 쌍의 영상이 갖는 광학적인 소위 시차로부터 대상까지의 거리를 정확히 검출하는 기술이 알려져 있고, 카메라의 경우에는 그 파인더의 정면에 포착된 대상의 거리를 검출하는 것이 통례이지만, 또한 정면으로부터 소정의 각도 방향에 있는 대상에 대해서도 거리를 검출하는 기술이 일본 특허 공개 공보 평성 3-141311호에 본 건 출원인에 의해 개시되어 있다. 이하, 도 5를 참조하면서 그 개요를 설명한다.

한 쌍의 렌즈(11, 12)는 소위 기선(基線) 길이(b) 만큼 이격시켜 배치되어 있고, 기선 길이(b)의 중점에서 보아 각도 θ의 방향에 있는 피사체로서의 대상(1)까지의 거리(d)를 검출하는 것으로 한다. 각각 복수개의 광 센서로 이루어지는 한 쌍의 이미지 센서(21, 22)는 대응하는 렌즈(11, 12)로부터 초점 거리(f)만큼 떨어진 위치에 놓여져 있고, 이들 위에 대상(1)의 영상 I1과 I2가 렌즈(11, 12)에 의해 서로 다른 광로(L1, L2)를 통해 각각 결상된다.

이 경우, 대상(1)이 무한 원점에 있다고 하면 영상 I1과 I2는 렌즈(11, 12)의 광축으로부터 각도 θ만큼 기운 위치 P1과 P2에 결상되지만, 대상(1)이 유한한 거리(d)에 있을 때에는 영상 I1과 I2는 이들 기준 위치 P1과 P2로부터 각각 σ1과 σ2만큼 어긋난 위치에 결상된다. σ=σ1+σ2로 두면, 삼각 거리 측정법의 원리로부터 대상(1)의 거리(d)는 각도 θ에 관계없이 다음식으로 표시된다.

d＝bf/σ

여기서, 기선 길이(b)와 초점 거리(f)는 정수이기 때문에 각도 θ에 대응하는 위치 P1과 P2로부터의 영상 I1과 I2의 변위의 합 σ을 검출하면 거리(d)를 구할 수 있다. 또한, 실제로는 거리(d) 대신에 σ를 그 지표로서 이용한다. 또, 대상(1)의 방향을 나타내는 각도 θ를 취하는 원점을 도 5와 같이 기선 길이(b)의 중점으로 하면 σ1＝σ2가 된다.

이미지 센서(21, 22)의 아래쪽에는 이들의 각 광 센서가 수신한 광의 강도를 나타내는 예컨대 8 비트 구성의 데이터의 집합인 영상 데이터(D1, D2)가 모식적으로 표시되어 있다. 각도 θ의 방향에 있는 대상(1)까지의 거리 지표 σ를 구하기 위해서는 이들 영상 데이터(D1, D2)로부터 대상(1)을 포착하는데 적합한 시야에 대응하는 시야 부분(DP1, DP2)을 아래쪽에 나타낸 바와 같이 각각 추출하고, 또한 이들 시야 부분(DP1, DP2)으로부터 각각 부분군(d1, d2)을 보통은 광 강도 데이터의 1개분씩 교대로 변위시키면서 추출하여 조합 Ck(k=O∼km)를 순차적으로 만들어 나가고, 각 조합 Ck마다 양쪽 부분군(d1, d2) 사이의 상관을 검정한다.

이와 같이 영상 I1과 I2를 나타내는 광 강도 데이터를 포함한 부분군(d1, d2)을 서로 변위시키면서 양쪽이 최대 상관을 나타내는 조합 번호 k를 구하면, 이 번호 k와 시야 부분(DP1, DP2)의 각도 θ에 대응하는 기준 위치 P1과 P2에 대한 추출 위치로부터 구할 수 있는 거리 지표 σ를 아주 간단한 가감산에 의해 산출할 수 있다. 자동 초점 카메라의 경우는 이와 같이 하여 얻어지는 지표 σ에 따라 촬상 렌즈의 위치를 조정함으로써 파인더의 정면으로부터 특정한 각도 θ의 방향에 있는 대상(1)에 초점을 맞출 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래 기술에서는 각도 θ를 지정하여 그 방향에 있는 대상(1)의 거리를 검출하는 것은 가능하지만, 예컨대 자동차의 충돌 방지를 위해 불특정 방향에 존재하는 선행 자동차 등의 대상(1)을 발견하는 것은 불가능하며, 더구나 그 각도 방향이나 거리를 검출할 수 없다. 충돌 방지의 경우는 운전자에게 검출 대상을 특정하는 부담을 주지 않고 미지의 대상을 검출할 수 있어야 한다. 또, 이미지 센서(21, 22)가 갖는 시계 내에는 원근의 위치에 있는 배경이나 도로나 복수 대의 자동차가 혼재하는 것이 보통이기 때문에 선행 자동차 등인 대상(1)을 이들과 가능한 한 명확하게 식별하면서 발견하고, 또한 그것까지의 거리를 혼재물과 혼란시키지 않고 정확히 검출할 수 있어야 한다. 또한, 충돌을 확실하게 방지하기 위해서는 대상(1)을 가능한 한 단시간 내에 검출할 수 있는 것이 바람직하다.

일본 특허 출원 평성 8-171922호에는 이 과제를 해결하기 위한 기술이 개시되어 있다. 이하 도면을 이용하여 개요를 설명한다.

도 6은 검출 대상을 포착해야 할 시야의 설정 요령을 나타내는 이미지 센서 수단(20)과 선행 자동차(1)의 관계를 도시한 모식도이다. 도면의 좌측에 도시한 자동차 3의 선두 부분에 원 내로 확대하여 나타내는 렌즈(11, 12)를 구비하는 광학 수단(10)과 이미지 센서(21, 22)를 구비하는 이미지 수단(20)이 소형 모듈의 형태로 탑재되어 있고, 거의 수직 방향으로 배치된 이미지 센서(21, 22)의 쌍은 그 거의 수직인 시계 내에 정면 전방에 있는 선행 자동차인 검출 대상(1)을 포착한다.

도 7은 각종 수단의 구성예를 이미지 센서 수단(20)상에 영상을 결상시키는 광학 수단과 함께 도시한 모식도이다. 도 7의 상부에 도시한 광학 수단(10)과 이미지 센서 수단(20)은 실제로는 도 6과 같이 수직으로 놓여지지만 도시의 사정상 수평한 자세로 도시되어 있다. 각 이미지 센서 수단(20)내의 이미지 센서(21, 22)는 광학 수단(10)이 대응하는 렌즈(11, 12)를 통해 수광하여, 그 각 광 센서로부터 순차적으로 취출(取出)되는 아날로그 광 검출 신호는 증폭기(23)에 의해 증폭되고, 또한 AD 변환기(24)에 의해 디지털 데이터로 변환되어 메모리(25)에 일시 기억되며, 또한 후술하는 거리 검출 수단(70) 내에 한 쌍의 영상 데이터(D1, D2)로서 판독된다. 이미지 센서(21, 22)가 갖는 수직인 시야내의 대상을 파악하기 위해서 복수개 설정되는 시야 중 하나가 광학 수단(10)쪽에 시야 각 φ로 표시되어 있고, 그 방향은 도 6에 도시한 바와 같이 수평 방향에 대하여 각도 θ를 이루는 것으로 한다.

거리 검출 수단(70)은 복수의 시야 방향에 대한 거리 검출 속도를 높이기 위해서 하드웨어 내지는 전자 회로로 구성하는 것이 좋고, 도 7의 예에서는 전술한 영상 데이터(D1, D2)를 기억하는 메모리(71)와, 병행 동작하는 복수개의 단위 거리 검출 회로(72) 등을 집적화하여 예컨대 소위 게이트 어레이인 집적 회로를 이것에 이용한다. 각 단위 거리 검출 회로(72)는 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 요령으로 각 시야 방향에 대해서 거리를 검출하는 것으로, 각 영상 데이터(D1, D2)로부터 각각 시야 부분(DP1, DP2)을 추출하여 쌍으로 하고, 그 다음에 부분군(d1, d2)을 각각 순차적으로 추출해 나가면서 부분군 쌍마다 상관을 검정한 뒤에, 최고 상관을 나타낸 부분군(d1, d2)의 시야 부분(DP1, DP2)으로부터의 추출 위치의 변이로부터 각 시야 방향에 대한 거리를 보통은 그 지표 σ 형태로 계산한다.

또, 이 방법의 특징을 살리기 위해서는 복수개의 시야로 이미지 센서(21, 22)의 수직 시야내의 원하는 범위를 빠짐없이 덮도록, 즉 인접하는 시야가 적어도 겹치도록 하는 것이 좋으며, 실제로는 각 시야의 각도를 비교적 좁게 설정하여 시야의 수를 많이 취하고, 시야간이 겹치는 것도 크게 설정하는 것이 좋다. 예컨대, 이미지 센서의 수백 개의 광 센서 중 20∼30개 분의 넓이를 갖는 시야를 광 센서 1개분씩 변위시켜 다수 개 설정하는 것이 바람직하다. 각 단위 거리 검출 회로(72)는 거리 지표 σ의 계산에 있어서 메모리(71)내의 영상 데이터(D1, D2)로부터 걸리는 시야에 상당하는 시야 부분(DP1, DP2) 또는 부분군(d1, d2)을 절취하여 데이터마다 순차 내지는 모아서 판독하지만 도면에서는 이러한 메모리(71)와 단위 거리 검출 회로(72)의 관련이 양쪽을 연결하는 세선으로 간략하게 표시되어 있다.

대상 검출 수단(80)은 거리 검출 수단(70)의 검출 결과, 도시의 예에서는 그 단위 거리 검출 회로(72)에 의해 계산된 복수의 거리 지표 σ로부터 대상(1)을 검출하는 것으로, 도시된 바와 같이 소형의 프로세서(90)에 소프트웨어로서 미리 장하(裝荷)해 두고, 그 메모리(91)에 거리 검출 수단(70)으로부터 복수의 거리 지표 σ를 판독하여 일단 기억한 뒤에 이것에 부여하도록 하는 것이 좋다. 이 대상 검출 수단(80)에 각 시야의 방향에 대해서 대상이 존재하지 않을 때의 거리 검출 수단(70)에 의한 검출 거리가 소정의 값, 예컨대 도 6에 도시한 바와 같이 각도 θ의 시야 방향에 대한 노면상의 거리(D)보다 가까운 거리를 연속해서 나타내는 경우에만 이러한 시야 방향의 범위에 검출 대상(1)이 실제로 존재하는 것으로 판정시킨다.

또한, 상기 거리 검출에 있어서는, 영상 데이터(D1, D2)로부터 추출한 부분군(d1, d2)쌍 사이의 상관치를 대응 데이터의 차의 절대치의 합의 형태로 계산하도록 하고, 또한 단위 거리 검출 회로(72)에 계산시키는 각 상관치를 그 옆의 단위 회로에 의한 상관치에 대한 상관치의 차분만의 가감산에 의해 구할 수 있도록 하는 것이 매우 유리하다. 이하에 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다.

도 8의 (a)는 영상 데이터(D1, D2)로부터 각 시야에 상당하는 시야 부분(DP1, DP2)의 쌍을 추출하고, 또한 이들로부터 상관치를 계산해야 할 부분군(d1, d2)의 쌍을 추출하는 상태를 나타내는 것이다. 도의 각 2개의 시야 부분(DP1, DP2)은 인접하는 2개의 시야에 대한 것으로, 예컨대 광 센서 1개씩 서로 어긋나 있다. 각 2개의 부분군(d1, d2)중의 해칭 부분에 관한 상관치의 계산이 공통인 점에 착안하여 계산을 간단하게 한다.

도 8의 (b)는 이러한 간이화 계산을 위한 회로예의 주요부를 나타내는 것으로, 도면의 상부에 나타내는 영상 데이터(D1, D2)에는 이들로부터 전술한 각 2개의 부분군(d1, d2)이 추출되는 위치가 도시되어 있다. 도면의 우측 하부에 단위 거리 검출 회로(72)의 주요부가 2개분 도시되어 있고, 그 좌측에 공통 계산 회로(73)가 도시되어 있다. 공통 계산 부분을 판독하여 대응하는 데이터 차의 절대치의 합 Σ를 계산하는 것으로, 우측의 작은 원을 부가한 입력은 각 입력 데이터의 보수(補數)의 가산에 의해 차를 취하는 것을 의미하고 있다. 단위 거리 검출 회로(72)의 도시된 부분은 가산 회로로 구성되어 있고, 입력의 한쪽에 작은 원이 부가된 가산 회로(72a, 72b)는 위와 같이 데이터의 보수의 가산에 의해 차를 취하는 실제로는 감산용이며, 입력에 작은 원이 없는 가산 회로(72C)는 그대로 가산용인 것을 의미하는 것으로 한다.

또한, 도 8의 (b)중의 2개의 단위 거리 검출 회로(72)내의 좌측은 동 도 (a)의 상측 부분군의 쌍, 우측은 아래쪽 부분군의 쌍에 대해서 각각 상관치를 계산하기 위한 것이다. 좌측의 단위 거리 검출 회로(72)의 가산 회로(72a)는 상측의 부분군 쌍내의 좌측 비공통 부분인 광 센서 1개분의 데이터를 입력하여 차의 절대치를 취하고, 가산 회로(72C)는 이것을 공통 계산 회로(73) 계산 결과에 가산하여 상측 부분군의 쌍에 관한 상관치를 만든다. 이 좌측의 단위 거리 검출 회로(72)에 의해 계산된 상관치와 그 가산 회로(72a)에 의한 감산 결과는 우측의 단위 거리 검출 회로(72)의 가산 회로(72b)에 부여되어 양쪽의 차가 만들어진다. 우측의 단위 거리 검출 회로(72)내의 가산 회로(72a)는 아래쪽 부분군 쌍의 우측의 비공통 부분인 광 센서 1개분의 데이터를 입력하여 차의 절대치를 취하고, 가산 회로(72a)는 이 결과를 가산 회로(72b)의 감산 결과에 대하여 가산함으로써 아래쪽 부분군 쌍에 관한 상관치를 만든다.

이상으로부터 용이하게 알 수 있듯이, 우측의 단위 거리 검출 회로(72)와 동일한 회로를 더욱 반복하여 설치함으로써 순차적으로 방향이 변이되는 시야 방향에 대한 도 8의 (a)의 시야 부분(DP1, DP2) 쌍으로부터 추출하는 동일한 k번째의 조합 Ck의 부분군의 쌍에 관한 상관치를 계산할 수 있다. 부분군 쌍의 기타 조합에 대해서도 물론 동일하다. 이와 같이, 도 8의 (a) 및 (b)의 형태에 따르면 각 단위 거리 검출 회로(72)의 상관치의 계산 부분을 가산 회로의 간단한 조합으로 구성할 수 있다.

상기한 방법에서는 이미지 센서로부터 전송되어 온 데이터를 일단 측정에 사용하는 광 강도 데이터로서 전부 메모리 등의 기억 소자에 격납해야 한다. 일반적으로, 이미지 센서의 일차원 방향의 화소수는 수백 이상 있기 때문에, 이 방법에서는 메모리 등의 기억 소자를 다수 필요로 하여 회로 규모가 증대되어 버린다. 또한, 모든 이미지 센서에 대응하는 광 강도 데이터를 일단 기억 소자에 격납하는 경우에는 이미지 센서로부터의 광 강도 데이터 출력이 전부 완료되고 나서 거리 계산을 행하기 때문에 응답 시간이 길어질 가능성이 있다.

또한, 응답 시간을 짧게 하기 위해서 거리 연산 회로를 병렬화한 경우에는 회로 규모가 커지게 된다.

본 발명의 목적은 거리 측정 연산 장치에 있어서, 회로 규모를 증대시키지 않고 응답 시간이 빠른 거리 연산 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 거리 측정 연산 장치의 구성을 도시한 도면.

도 2의 (a) 및 (b)는 종래의 거리 측정 연산 장치의 구성을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 거리 측정 방향의 추이와 사용 광강도 데이터의 추이를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 흐름도.

도 5는 종래의 거리 측정 검출 방법을 도시한 모식도.

도 6은 종래의 검출 대상을 포착해야 할 시야의 설정 요령을 나타내는 이미지 센서 수단과 선행 자동차의 관계를 도시한 모식도.

도 7은 종래의 수단의 구성을 이미지 센서 수단 상에 영상을 결상시키는 광학 수단과 함께 도시한 모식도.

도 8의 (a) 및 (b)는 종래의 거리 검출 수단의 유리한 형태를 나타내며, (a)는 그 설명을 위한 영상 데이터와 시야 부분과 부분군의 관련을 도시한 모식도, (b)는 단위 거리 검출 회로의 주요부 구성을 부분군과 관련시켜 도시한 회로도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 광학 수단

11, 12 : 렌즈

20 : 이미지 센서 수단

21, 22 : 이미지 센서

70 : 거리 검출 수단

72 : 거리 검출 회로

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 있어서는 시야내의 영상을 파악하기 위해서 배열된 복수의 광 센서로 이루어진 선형의 이미지 센서를 포함하고, 광 센서가 수신한 광의 강도를 나타내는 광 강도 데이터를 선형의 이미지 센서의 일단으로부터 타단으로 향하여 순차적으로 출력하는 쌍으로 된 이미지 센서 수단과, 상기 이미지 센서로부터 순차적으로 출력되는 광 강도 데이터를 기억하는 쌍으로 된 광 강도 데이터 기억 수단과, 상기 이미지 센서가 갖는 시계내의 복수의 시야 방향에 각각 대응하는 소정 크기의 시야 부분을 가지며, 각 시야 부분에 대응하는 광 강도 데이터가 전부 이미지 센서로부터 출력된 시점에서 그 시야 부분으로부터 부분군을 순차적으로 추출하면서 부분군의 시야 부분 상호간의 상관을 검정하여 최고 상관을 나타낸 부분군의 시야 부분으로부터의 추출 위치의 변이로부터 시야 방향마다의 거리를 검출하는 거리 검출 수단을 구비한 것으로 한다.

즉, 복수의 시야 방향중 일시야 방향에 대한 거리 검출에 필요한 화소군은 이미지 센서 모든 화소중 1/10 정도이다. 따라서, 모든 화소분의 광 강도 데이터를 대기하지 않고, 이미지 센서로부터 출력되는 광 강도 데이터가 그 시야 방향에 대응하는 시야 부분이 저장된 시점에서, 그 시야 방향에 있어서의 거리 검출을 행하는 것이다. 이미지 센서로부터 광 강도 데이터가 전송되는 것과 병행하여 거리 검출을 행하기 때문에 광 강도 데이터의 출력이 완료된 것과 거의 동시에 모든 시야 방향에 대한 거리를 구할 수 있다.

또한, 광 강도 데이터는 이미지 센서의 일단으로부터 타단으로 향하여 순차적으로 출력하는 것이기 때문에 시야 방향은 시야 내를 주사해 나간다. 이 때문에, 일시야 방향의 거리 검출이 종료되면, 1개의 시야 방향에 필요하게 되는 광 강도 데이터 수는 일정치이기 때문에 다음부터의 시야 방향의 거리 검출에서는 두 번 다시 사용하지 않는 불필요한 광 강도 데이터가 발생한다. 따라서, 종래와 같이 이미지 센서로부터의 광 강도 데이터를 전부 기억해 둘 필요가 없다. 새롭게 필요해지는 광 강도 데이터와 필요 없어지는 광 강도 데이터는 같은 수이기 때문에 기억 수단을 일시야 방향의 거리 검출에 필요한 기억 용량을 갖는 것으로 한다. 또한, 일시야 방향의 거리 검출에 필요한 광 강도 데이터가 이미지 센서 수단으로부터 출력되기 전에 인접한 앞의 시야 방향의 거리 검출을 행한다. 이에 따라, 거리 검출 회로를 하나 구비하면 좋다.

또한, 광 센서를 1개분씩 변이시켜 시야 방향을 다수 개 설정하는 것으로 한다.

또한, 시야 부분으로부터 추출된 부분군 쌍 사이의 상관치를 서로 대응하는 데이터의 차의 절대치의 합으로서 계산하도록 하여, 각 시야 방향에 대한 상관치를 옆의 시야 방향에 대한 상관치에 상관치의 차분만을 가감산함으로써 구할 수 있도록 한 것으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예의 거리 측정 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 비교를 위해, 도 2의 (a) 및 (b)에 기억 수단에 시야내의 모든 광 강도 데이터를 기억한 후 거리 검출을 행하는 종래의 거리 측정 장치의 구성의 개념도를 도시한다.

여기서, 이미지 센서 수단(20)은 선형의 이미지 센서를 이용하여 일단의 광 센서로부터 타단의 광 센서에 걸쳐서 순차적으로 광 강도 데이터가 출력되는 구성으로 한다. 예컨대, CCD 라인 센서 등을 이용하면 된다. 다른 것은 도 7과 동일하게 각 센서로부터 순차적으로 취출되는 아날로그 광검출 신호는 증폭기에 의해 증폭되고, 또한 AD 변환기에 의해 디지털 데이터로 변환되어 메모리에 일시 기억되며, 또한 광 강도 데이터로서 출력된다.

도 2의 (a) 및 (b)에 있어서는 설명을 쉽게 하기 위해서 복수의 시야 방향중 a, b, c를 선택하여 각각의 시야 방향에 필요한 시야 부분을 a1, a2, b1, b2, c1, c2로 하고 있다.

도 1 및 도 2의 (a) 및 (b)의 구성의 거리 측정 장치를 이용하는 거리 측정 방법으로서, 거리 검출 수단(70)은 시야 부분 a, b, c로부터 추출된 부분군 쌍 사이의 상관치를 서로 대응하는 데이터의 차의 절대치의 합으로서 계산하도록 하고, 각 시야 방향에 대한 상관치를 옆의 시야 방향에 대한 상관치에 상관치의 차분만을 가감산하는 것으로 한다. 이 계산을 하는 경우에 대해서 이하에 기술한다.

도 2의 (a) 및 (b)의 구성에서는 이미지 센서 수단(20)으로부터 출력되는 시야내의 모든 광 강도 데이터를 일단 기억하는 기억 수단(71)을 갖는다. 도 2의 (a)에 있어서는 기억된 광 강도 데이터를 이용하여 각 시야 방향마다 구비된 복수의 거리 검출 회로(72)에 의해 각 시야 방향의 거리 검출을 동시에 행한다. 도 2의 (b)에 있어서는, 기억된 광 강도 데이터를 시야 방향 a로부터 거리 검출을 시작하여 시야 방향을 도면의 왼쪽으로 변이시키면서, 최종적으로 시야 방향 c까지 하나의 거리 검출 회로(72)에 의해 행하고 있다. 도 2의 (a)에서는 거리 검출 시간은 짧지만 거리 검출 회로가 커져 장치가 증대된다. 도 2의 (b)에서는 장치의 증대는 억제되지만, 검출 시간이 길어진다.

도 1에서는 기억 수단(71)은 일시야 방향의 거리 검출에 필요한 만큼의 기억 용량이다. 또한, 거리 검출 회로(72)는 하나이다.

우선, 이미지 센서 수단(20)으로부터 순차적으로 광 강도 데이터가 출력되고, 기억 수단(71)에 기억되어 나간다. 거리 검출 수단(70)이 시작의 시야 방향에 대응하는 시야 부분 모든 광 강도 데이터를 얻은 시점에서, 그 시야 방향의 거리 검출을 거리 검출 회로(72)에 의해 행한다. 시야 부분중 마지막으로 이미지 센서 수단(20)으로부터 출력된 광 강도 데이터의 기억에 관해서는 기억 수단(71)에 기억되고 나서 거리 검출을 행해도 좋고, 거리 검출을 행하고 나서 기억하여도 좋다. 시작의 시야 방향에 대한 거리 검출이 종료된 후에는 기억 수단(71)에는 시작의 시야 방향에 대응하는 시야 부분의 데이터가 기억되어 있다. 여기서, 다음에 전송되어 온 광 강도 데이터를 기억 수단(71)에 기억하는 경우에는 기억 수단(71)내의 데이터를 시프트하여 행한다. 따라서 최초에 기억된 광 강도 데이터는 파기된다. 다음 시야 방향에 필요한 시야 부분의 광 강도 데이터를 얻을 수 있다면 그 시야 방향에 대해서 거리 검출을 행한다. 이상을 반복함으로써 모든 시야 방향에 대해서도 거리를 검출한다. 이와 같이 거리 검출을 행함으로써, 기억 수단(71)이 대폭 삭감되어 장치가 축소된다.

또한, 이미지 센서 수단(20)이 다음 시야 방향의 거리 검출에 필요한 광 강도 데이터를 출력하기 전에 거리 검출 회로(72)에 의해 거리 검출을 행하는 것으로 함으로써 처리 시간이 단축된다. 이 실시예에서는 일시야 방향의 거리 검출을 시작하기 전에 하나 앞의 시야 방향의 거리 검출을 끝냈기 때문에 하나의 거리 검출 회로(72)에 의해 모든 시야 방향의 거리 검출을 행할 수 있다.

이하 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 거리 측정 방향의 추이와 사용 센서 데이터의 추이를 도시한 도면이다. 이미지 센서의 일차원 방향의 1라인에만 착안하여 한 쌍의 영상 데이터에 대해서 나타내었다. 1라인의 광 센서 화소수를 m개로 하고, 출력시키는 광 강도 데이터를 순서대로 O∼m-1로 번호를 붙였다. 또, 각 기호는 다음과 같다.

n은 상관치를 계산하는 부분군의 수로, 대상이 되는 물체가 복수 동시에 들어가지 않는 크기로부터 임의로 결정된다. d1, d2는 상관치를 계산하는 부분군이다. km은 한 방향의 거리 측정시에 결상시키는 거리를 변화시키기 위한 센서군이고, 측정하는 거리의 폭으로부터 임의로 결정된다. n＋km/2는 시야 부분의 수로서 일시야 방향의 거리 측정에 필요한 광 강도 데이터의 수이다. C는 상관치이며, θ는 최초로 거리 측정하는 방향이다.

도 4는 본 발명의 거리 검출의 흐름도이다. 이 예에서는 광 센서가 하나 어긋남으로써 시야 방향이 하나 어긋나는 것으로 한다.

도 4에서는 우선 단계 S101에서 모든 변수를 0으로 초기화한다. 다음에 단계 S102에서 이미지 센서 수단(20)으로부터 광 강도 데이터가 출력될 때까지 대기한다. 이때 도 3의 시야 부분(DP1, DP2)의 데이터는 0으로 초기화되어 있다. 단계 S103에서는 광 강도 데이터의 출력이 km/2회 이상인지 여부를 판단한다. 출력 횟수가 km/2보다 작을 때에는 단계 S106에 의해 출력된 광 강도 데이터를 기억 수단으로 시프트시키면서 격납한다. 도 3에서 설명하면 시야 방향 θs의 DP1, DP2 각각의 좌단으로부터 광 강도 데이터가 들어가 우단으로 시프트시킨다. 다음에 단계 S107에서 변수 i를 진행시켜, 단계 S102로 되돌아가 동일한 동작을 반복한다.

광 강도 데이터의 출력이 km/2회가 되고 나서는 도 3에 도시한 바와 같이 상관치 C0를 계산하는 DP1 및 DP2의 부분군인 d1(km/2) 및 d2(0)의 우단의 데이터를 얻을 수 있기 때문에 양 시야 부분(DP1, DP2)의 부분군 d1(0)∼d1(km/2)의 우단과 d2(0)∼d2(km/2)의 우단과의 차를 구할 수 있다. 따라서, 단계 S104에서 상관치 계산을 한다. 단계 S104의 상관치의 계산에서는 부분군(d1, d2)은 1개분씩 교대로 변위시키면서 추출하여 조합 C0∼Ckm을 순차적으로 만들어 나가고, 각 조합마다 양쪽 부분분군(d1, d2)의 상관을 계산한다. 단계 S105에 의해 i가 n＋km/2보다 적은지 여부를 판단한다. i가 n＋km/2보다 적은 경우는 단계 S106에서 데이터를 기억하고, 단계 S107에서 i를 진행시켜, 단계 S102로 되돌아가 동일한 동작을 반복한다. i가 n＋km/2가 되면 단계 S108에 의해 거리 연산을 행한다. 연산 종료후 단계 S106에서 광 강도 데이터를 기억하고, 단계 S107을 경유하여 단계 S102로 되돌아가 광 강도 데이터의 출력을 대기한다. 여기서, 최초의 시야 방향(θs 방향)에서는 도 4의 단계 S104 기재의 CO를 계산하는 식의 마이너스의 부호가 붙은 후반의 절대치는 0이 격납되어 있기 때문에 결과적으로 하기 수학식 2의 계산이 행해져 최초의 상관치가 계산된다.

다음 시야 방향(θs＋1)의 거리 검출에 필요하게 되는 광 강도 데이터가 출력되면, 단계 S104에 의해 상관치는 새롭게 필요한 센서의 차의 절대치를 더하여 불필요한 상관치를 감산함으로써 용이하게 구할 수 있다. 상관치를 구한 후, 단계 S108에 의해 거리 연산을 행하고, 단계 S106에 의해 이 시야 방향(θs＋1)에서 필요 없어진 광 강도 데이터를 폐기하는 동시에 다른 광 강도 데이터도 기억 수단 안을 시프트시켜, 이 시야 방향(θs＋1)에서 필요해진 광 강도 데이터를 기억한다. 다음에 단계 S107에서 i를 진행시켜, 단계 S102로 되돌아가 광 강도 데이터의 출력을 대기한다. 이상을 반복하여 모든 시야 방향의 거리 검출을 실시간으로 실행한다.

거리 연산이 종료된 후에 이미지 센서 수단(20)으로부터 다음 광 강도 데이터가 출력되도록 한다. 또는, 다음 광 강도 데이터가 거리 검출 수단(20)으로 전송되어 오기 전에 거리 연산을 끝내도록 회로를 설계한다.

본 발명에 의하면 다방향의 거리 측정 연산에 필요한 기억 소자를 필요 최저한으로 할 수 있어 장치의 축소를 도모할 수 있다.

또한, 광 강도 데이터의 출력과 동시에 실시간으로 거리 계산을 행하기 때문에 처리 시간을 단축할 수 있게 된다.

또한, 전용 게이트 어레이, ASIC 등으로 설계하는 경우에는 임의의 시간에 필요한 거리 검출 회로는 하나로 충분하기 때문에 장치를 대폭 축소할 수 있다.

Claims (7)

1. 시야내의 영상을 포착하기 위해 배열된 복수의 광 센서로 이루어진 선형의 이미지 센서를 포함하고, 광 센서가 수신한 광의 강도를 나타내는 광 강도 데이터를 선형의 이미지 센서의 일단으로부터 타단을 향하여 순차적으로 출력하는 쌍으로 된 이미지 센서 수단과, 이 이미지 센서로부터 순차적으로 출력되는 광 강도 데이터를 기억하는 쌍으로 된 광 강도 데이터 기억 수단과, 상기 이미지 센서가 갖는 시계내의 복수의 시야 방향에 각각 대응하는 소정 크기의 시야 부분을 가지며 각 시야 부분에 대응하는 광 강도 데이터가 전부 이미지 센서로부터 출력되는 시점에서 그 시야 부분으로부터 부분군을 순차적으로 추출하면서 부분군의 시야 부분 상호간의 상관을 검정하여 최고 상관을 나타낸 부분군의 시야 부분으로부터의 추출 위치의 어긋남으로부터 시야 방향마다의 거리를 검출하는 거리 검출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 거리 측정 연산 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광 강도 데이터 기억 수단의 기억 용량은 1개의 시야 방향에 대응하는 광 강도 데이터를 기억하는 데에 필요한 용량인 것을 특징으로 하는 거리 측정 연산 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 거리 검출 수단은 복수의 시야 방향에 대하여 1개의 거리 검출 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 거리 측정 연산 장치.
4. 제3항에 기재한 거리 측정 연산 장치를 이용한 거리 측정 연산 방법에 있어서, 시야 부분으로부터 추출된 부분군의 쌍 사이의 상관치를 서로 대응하는 데이터의 차의 절대치의 합으로서 계산하고, 1개의 시야 방향에 대응하는 상관치를 인접하기 전의 시야 방향에 대응하는 상관치에 상관치의 차분만큼을 가감산함으로써 구할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 거리 측정 연산 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 이미지 센서의 시야 내에 여러 개의 시야 방향을 인접하는 시야 방향이 중첩되게 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 거리 측정 연산 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 인접하는 시야 방향은 이미지 센서의 광 센서 1개분을 변화시켜 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 거리 측정 연산 방법.
7. 제6항에 있어서, 1개의 시야 방향의 거리 검출은 인접하는 다음 시야 방향에 대응하는 이미지 센서 수단으로부터 출력되는 광 센서 1개분의 광 강도 데이터가 기억 수단에 기억되기 전까지 행하도록 한 것을 특징으로 하는 거리 측정 연산 방법.