KR20070000956A - 촬상 장치 - Google Patents

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KR20070000956A
KR20070000956A KR1020050101384A KR20050101384A KR20070000956A KR 20070000956 A KR20070000956 A KR 20070000956A KR 1020050101384 A KR1020050101384 A KR 1020050101384A KR 20050101384 A KR20050101384 A KR 20050101384A KR 20070000956 A KR20070000956 A KR 20070000956A
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소이치 하마
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 촬상 대상의 거리나 기울기 또는 자세를 검출하는 기능을 갖춘 촬상 장치의 소형화 및 저비용화를 실현하면서, 촬상 장치로부터 촬상 대상까지의 거리에 상관없이 이러한 검출을 확실하게 실행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라(10)와, 이 촬상 카메라(10)의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부(20a∼20d)와, 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 촬상 대상의 화상에서, 이 촬상 대상 위의 투광부(20a∼20d)에 의한 스폿광의 위치에 기초하여 촬상 카메라(10)와 이 촬상 대상과의 거리를 검출하는 검출부(30)를 포함한다.

Description

촬상 장치{IMAGE OBTAINING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치를 도시한 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 투광부의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 투광부의 배치를 설명하기 위한 도면.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치에 의한 촬상 대상의 촬상 상황을 모식적으로 도시한 도면이고, 도 5(b)는 도 5(a)에 도시된 상태에서 촬상 카메라에 의해 촬상된 화상을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 촬상 카메라에 의해 촬상된 촬상 대상의 화상을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 촬상 카메라에 의해 촬상된 촬상 대상의 화상을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 검출부의 스폿 위치 추출부에 의한 스폿 위치의 추출 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 검출부의 거리 산출부에 의한 촬상 카메라로부터 촬상 대상까지의 거리 산출 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 9(a)는 촬상 카메라에 의한 촬상 대상의 촬상 상태를 모식적으로 도시한 도면이고, 도 9(b)는 도 9(a)에 도시된 상태에서 촬상 카메라에 의해 촬상된 화상을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 투광부의 위치를 xy 평면을 이용하여 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 투광부의 위치와 촬상 카메라에 의해 촬상된 화상 위의 스폿 위치와의 대응 관계를 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 변형예로서의 촬상 장치의 투광부의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 13은 종래의 촬상 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 14는 종래의 촬상 장치의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 14(a)는 그 평면도, 도 14(b)는 그 측면도.
도 15는 도 14에 도시된 종래의 촬상 장치에 의한 측정 대상물의 거리 산출 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 15(a)는 측정 대상물의 촬상 상태의 일례를 도시한 도면이고, 도 15(b)는 도 15(a)에 도시된 상태에서 CCD 카메라에 의해 촬상된 화상을 도시한 도면.
도 16은 도 14에 도시된 종래의 촬상 장치에 의한 측정 대상물의 거리 산출 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 16(a)는 측정 대상물의 촬상 상태의 일례를 도시한 도면이고, 도 16(b)는 도 16(a)에 도시된 상태에서 CCD 카메라에 의해 촬상 된 화상을 도시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 촬상 장치
10 : 촬상 카메라
20, 20a∼20d : 투광부
20a'∼20d' : 밝은 영역(스폿광, 조사 영역)
21, 101 : 광원
22, 102, 104 : 렌즈
23 : 개구
24 : 조정부
30, 112 : 연산부
31 : 제어부
32 : 검출부
32a : 스폿 위치 추출부
32b : 거리 산출부
32c : 촬상 대상 정보 검출부
100 : 거리 센서
100a : 거리 측정 장치
103 : 위치 센서
110 : CCD(Charged Coupled Device) 카메라
110a : 고정 촛점 렌즈
111 : 레이저광
111a : 레이저 광원
111b : 광전 변환부(CCD)
120 : 화상
121, 122 : 휘선
123∼125 : 검출 라인
본 발명은 촬상 대상인 물체를 비접촉으로 촬상하는 촬상 장치에 관한 것으로서, 특히, 이러한 물체의 위치(이 촬상 장치로부터의 거리)나 기울기 또는 자세를 검출하는 기능을 갖춘 촬상 장치에 관한 것이다.
종래부터, 비접촉으로 물체(이하, 촬상 대상이라 함)를 촬상하는 촬상 장치에 의해 촬상 대상을 촬상하면서, 이 촬상 대상의 위치(예컨대, 이 촬상 장치로부터의 거리)나 이 촬상 대상의 기울기 또는 이 촬상 대상의 자세를 검출하는 기능을 갖는 것이 있다.
이러한 촬상 장치는 예컨대 도 13에 도시된 바와 같은 광학식 삼각 측량법을 이용한 거리 센서(100)를 포함하고 있다.
도 13에 도시된 거리 센서(100)는 레이저광을 조사하는 광원(101)으로부터 측정 대상물에 대하여 렌즈(102)를 통해 스폿광(레이저광)을 조사하고, 이 스폿광의 측정 대상물로부터의 반사광을 PSD(Position Sensitive Detector) 등의 광학적 위치 검출 센서(이하, 단순히 위치 센서라 함; 103)에 의해 검출하는 것이다. 또한, 위치 센서(103)와 측정 대상물 사이에는 렌즈(104)가 개재되어 있다.
이 거리 센서(100)에서는 거리 센서(100)로부터 측정 대상물(A, B)까지의 거리에 따라 반사광의 반사각이 변화되기 때문에, 위치 센서(103)에 의해 검출되는 반사광의 광점 위치(A', B')가 거리 센서(100)로부터 측정 대상물(A, B)까지의 거리에 따라 변화하는 것을 이용하여 이러한 광점 위치(A', B')에 기초하여 거리 센서(100)로부터 측정 대상물(A, B)까지의 거리를 산출한다.
또한, 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 장치로서, 예컨대, 하기 특허 문헌 1에는 도 14(a), 도 14(b)에 도시된 바와 같은 거리 측정 장치(100a)가 개시되어 있다.
도 14(a), 도 14(b)에 도시된 거리 측정 장치(100a)는 수평 화각 α[도 14(a) 참조], 수직 화각 β[도 14(b) 참조]를 갖는 CCD 카메라(110)와, CCD 카메라(110)의 양 사이드에 마련한 방사각 θ[도 14(b) 참조]를 갖는 1세트의 방사상 직각 평행 레이저광(111, 111)을 방사하는 레이저 광원(111a, 111a)과, 연산부(112)를 포함하고 있다. 여기서, CCD 카메라(110)는 고정 촛점 렌즈(110a)와, 광전 변환부인 CCD(Charged Coupled Device; 111b)로 구성되어 있다.
이 거리 측정 장치(100a)에서는 예컨대 도 15(a), 도 15(b)에 도시된 바와 같이, 레이저 광원(111a, 111a)이 선형의 광을 측정 대상물(C)에 투광하여 CCD 카 메라(110)에 의해 촬영된 화상(120)에서, 측정 대상물(C) 상의 휘선[레이저 광원(111a, 111a)으로부터의 투광에 의한 휘선; 121, 122]의 위치에 기초하여 연산부(112)가 측정 대상물(C)의 거리 등을 산출한다. 또한, 도 15(b)에서의 검출 라인(123∼125)은 휘선(121, 122)의 위치를 검출하기 위한 것이다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-230807호 공보
그런데, 상기 도 13에 도시된 거리 센서(100)는 측정 대상물이 있는 한 점의 거리를 구하는 기능밖에 갖지 않기 때문에, 전술한 종래의 촬상 장치에서는 촬상 대상의 기울기(2차원 정보)를 검출하는 경우에는 거리 센서(100)를 2 이상 포함하지 않으면 안되고, 촬상 대상의 자세(3차원 정보)를 검출하는 경우에는 거리 센서(100)를 3 이상 포함하지 않으면 안되어 이들의 경우에는 이 촬상 장치의 대형화나 고비용화를 면하지 못하였다.
또한, 거리 센서(100)에서는 광원(101)은 LED(Light Emitting Diode) 등의 저렴하지 않고, 비싼 레이저 광원을 이용하는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 이것에 의해서도 비용이 상승하게 되며, 또한, 위치 센서(103)는 반사광의 광점 위치를 검출해야 하기 때문에, 이것에 의해서도 대형화되어 버린다.
또한, 상기 도 14(a), 도 14(b)에 도시된 거리 측정 장치(100a)에서도 광원(111a)으로서는 선형을 투광하기 위해서 레이저 광원을 이용하는 것을 전제로 하고 있어서 비용이 상승하게 된다.
여기서, 거리 측정 장치(100a)에서, 광원(111a)으로서 저렴한 LED를 이용한 경우에는 CCD 카메라(110)에 의해 촬상된 화상(120)에서 휘선의 양단이 어두워지거나 또는 선폭이 흐려져 퍼지는 등, 충분한 성능을 기대할 수 없게 된다.
또한, 거리 측정 장치(100a)는 광원(111a)이 한 방향으로 소정의 폭(즉 방사각 θ)을 가진 선형의 광을 측정 대상물(C)에 대하여 투광하고, CCD 카메라(110)에 의해 촬영된 화면(120)에서 휘선(121, 122)의 길이는 측정 대상물(C)의 거리에 상관없이 항상 동일하게 되도록 구성되어 있다.
따라서, 예컨대, 도 16(a)에 도시된 바와 같이, 측정 대상물(C)이 멀어진 경우에는 도 16(b)에 도시된 바와 같이 화면(120)에서 휘선(121, 122)이 측정 대상물(C)로부터 튀어나와 버리게 되고, 그 결과, 상정한 검출을 할 수 없게 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 발명된 것으로서, 촬상 대상의 거리나 기울기 또는 자세를 검출하는 기능을 갖춘 촬상 장치의 소형화 및 저비용화를 실현하면서, 촬상 장치로부터 촬상 대상까지의 거리에 상관없이 이러한 검출을 확실하게 실행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 촬상 장치는 촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와, 이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와, 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라와 이 촬상 대상과의 거리를 검출하는 검출부를 포함하 는 것을 특징으로 한다(청구항 1).
또한, 상기 투광부는 3 이상의 스폿광을 투광하도록 구성되며, 상기 검출부는 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 상기 3 이상의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 자세 정보를 검출하는 것이 바람직하고(청구항 2), 이 때, 상기 화상에서, 이 화상의 기준점으로부터 상기 3 이상의 스폿광 위치의 각각을 향하는 방향이 다른 방향이 되도록 상기 투광부가 상기 3 이상의 스폿광을 투광하는 것이 바람직하다(청구항 3).
또한, 상기 화상에서 상기 검출부가 인식할 수 있는 상기 투광부로부터의 스폿광의 조사 영역이 인접한 다른 스폿광의 조사 영역과 간섭하지 않도록 상기 투광부가 상기 3 이상의 스폿광을 투광하는 것이 바람직하다(청구항 4).
또한, 상기 검출부는 상기 화상에서 상기 촬상 대상 위의 상기 스폿광의 조사 영역으로부터 스폿 위치를 추출하고, 추출된 상기 스폿 위치와 상기 화상의 중심점과의 거리에 기초하여 상기 검출을 행하는 것이 바람직하며(청구항 5), 이 때, 상기 검출부는 상기 조사 영역의 중심점 또는 무게 중심점을 상기 스폿 위치로서 추출하는 것이 바람직하다(청구항 6).
또한, 상기 검출부는 상기 화상의 중심점으로부터 소정 방향을 향해 상기 조사 영역을 검색하고, 처음에 상기 조사 영역으로서 검색된 영역으로부터 상기 스폿 위치를 추출하는 것이 바람직하다(청구항 7).
또한, 상기 촬상 카메라에 의한 촬상과, 상기 투광부에 의한 스폿광의 투광 을 제어하는 제어부를 포함하고, 이 제어부가 상기 투광부에 의한 스폿광이 투광되어 있지 않은 상태의 상기 촬상 대상인 제1 화상과, 상기 투광부에 의한 스폿광이 투광되어 있는 상태의 상기 촬상 대상인 제2 화상을 상기 촬상 카메라에 촬상시키며, 상기 검출부는 상기 제2 화상으로부터 상기 제1 화상에서의 밝은 영역을 제외한 화상에 기초하여 상기 검출을 행하는 것이 바람직하다(청구항 8).
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 촬상 장치는 촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와, 이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 복수의 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와, 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 복수의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 기울기를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다(청구항 9).
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 촬상 장치는 촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와, 이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 복수의 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와, 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 복수의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라와 이 촬상 대상과의 거리 및 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 기울기를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다(청구항 10).
(실시형태)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
[1] 본 발명의 일 실시형태에 대해서
우선, 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 정면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 촬상 장치(1)는 촬상 카메라(10), 복수(여기서는 4개)의 투광부(20a∼20d) 및 연산부(30)를 포함하고 있다.
촬상 카메라(10)는 이 촬상 카메라(10)의 정면에 존재하는 촬상 대상을 촬상하는 것이다.
투광부[20a∼20d; 이하, 투광부(20a∼20d)를 특별히 구별하지 않는 경우에는 투광부에 대해서 단순히 부호 "20"을 사용하여 설명함]는 전부 동일한 구성으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 스폿광을 촬상 대상에 대하여 투광하는 것이다. 또한, 투광부(20)로부터 투광되는 광은 적외광인 것이 바람직하고, 이것에 의해, 예컨대 촬상 대상이 인체인 경우나 사람이 있는 환경에서 촬상하는 경우 등에서는 사람이 감지하지 못하게 투광부(20)에 의한 투광을 실시할 수 있다.
투광부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 광원(21)과, 이 광원(21)에 의해 발광(투광)된 광을 평행광으로 변환하는 렌즈(예컨대, 콜리메이터 렌즈; 22)와, 이 렌즈(22)를 통해 투광되는 광(스폿광)의 스폿 직경을 조정(여기서는 축소)하기 위한 개구(23)를 갖는 조정부(24)를 포함하고 있다.
여기서, 광원(발광 소자; 21)은 LED(Light Emitting Diode)로 이루어지는 것 이 바람직하다.
그리고, 투광부(20a∼20d)는 도 4에 도시된 바와 같이 촬상 카메라(10)에 대하여 촬상 카메라(10)의 기준점(여기서는 중심점; S)으로부터 투광부(20a∼20d) 각각을 향하는 방향(도 4 중의 파선 화살표; Da∼Dd)이 다른 방향이 되도록 배치되어 있다. 즉, 본 촬상 장치(1)에서는 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상에서, 화상의 기준점(여기서는 중심점)으로부터 복수의 스폿광의 위치의 각각을 향하는 방향이 다른 방향이 되도록 투광부(20a∼20d)에 의해 복수의 스폿광이 투광되는 것이다.
또한, 본 촬상 장치(1)에서는 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상을 종횡으로 2등분한 각 영역에 투광부(20)의 각각의 스폿광에 의한 밝은 영역(스폿광의 조사 영역; 이하, 단순히 스폿광이라고도 함)이 하나만 나타나도록 설정되어 있다.
또한, 이러한 화상에서, 후술하는 검출부(32)의 스폿 위치 추출부(32a)를 인식할 수 있는 투광부(20)로부터의 스폿광에 의한 밝은 영역이 인접한 투광부(20)로부터의 스폿광에 의한 밝은 영역과 간섭하지 않도록 투광부(20)가 배치되어 있다. 즉, 본 촬상 장치(1)에서는 이러한 화상에서 스폿광의 밝은 영역이 인접한 다른 스폿광의 밝은 영역과 간섭하지 않도록 복수의 스폿광이 투광되는 것이다.
따라서, 본 촬상 장치(1)에서는 후술하는 스폿 위치 추출부(32a)가 화상으로부터 스폿 위치를 확실하게 추출할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 촬상 장치(1)에서는 도 5(a)에 도시된 바와 같이 원주형의 촬상 대상 T를 위치 P, Q, R과, 촬상 카메라(10)의 광축 방향으로 평행 이동했을 때 에 위치 P, Q, R의 각각에서 촬상 카메라(10)에 의해 촬상 대상 T를 촬상하면, 도 5(b)에 도시된 바와 같은 화상 P', Q', R'가 촬상된다. 또한, 도 5(b)에서, 화상 P'는 위치 P일 때의 화상이고, 화상 Q'는 위치 Q일 때의 화상이며, 화상 R'은 위치 R일 때의 화상이다. 또한, 화상 P'∼R'에서 부호 "20a'"는 투광부(20a)의 스폿광에 의한 밝은 영역(이하, 단순히 스폿광이라고도 함)을 나타내고, 부호 "20b'"는 투광부(20b)의 스폿광에 의한 밝은 영역을 나타내며, 부호 "20c'"는 투광부(20c)의 스폿광에 의한 밝은 영역을 나타내고, 부호 "20d'"는 투광부(20d)의 스폿광에 의한 밝은 영역을 나타내고 있다.
이 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 본 촬상 장치(1)에서는 투광부(20)가 투사하는 스폿광이 촬상 카메라(10)의 광축에 대하여 평행하거나 또는 거의 평행하며, 또한, 투광부(20)가 투사하는 스폿광이 서로 평행하기 때문에, 촬상 카메라(10)로 촬상한 화상 P'∼R'에서, 촬상 대상 T에 스폿광이 닿는 위치[즉, 화상 P'∼R'의 촬상 대상 T 상의 밝은 영역(20a'∼20d')의 위치]는 변화되지 않고, 이러한 거리에 따라 화상 위의 촬상 대상 T의 크기가 변화된다. 이 촬상 대상 T의 크기 변화에 따라 스폿광의 상대적인 거리가 변화된다. 즉, 도 5(b)의 화상 P'∼R'에서, 촬상 대상 T에 대응하고 있는 복수의 스폿광 사이의 거리가 화상 P'에서는 멀어지고, 화상 R'에서는 가까워지게 된다.
따라서, 본 촬상 장치(1)에서는 촬상 카메라(10)로부터 촬상 대상까지의 거리에 상관없이 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상에서, 촬상 대상 위의 투광부(20)의 스폿광에 의한 밝은 영역이 반드시 존재하게 되고, 후술하는 스폿 위치 추 출부(32a)가 이러한 밝은 영역으로부터 스폿 위치를 확실하게 추출할 수 있다.
연산부(30)는 예컨대 CPU(Central Processing Unit)로 이루어지며, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(31) 및 검출부(32)를 포함하고 있다.
제어부(31)는 촬상 카메라(10)에 의한 촬상과, 투광부(20)에 의한 스폿광의 투광을 제어하는 것으로서, 여기서는 촬상 카메라(10) 및 투광부(20)를 제어하여 촬상 카메라(10)에 의한 촬상과, 투광부(20)에 의한 스폿광의 투광을 동기하여 실행시키고, 스폿광이 투광된 촬상 대상의 화상을 촬상시킨다.
검출부(32)는 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 촬상 대상의 화상에서 촬상 대상 위의 투광부(20)에 의한 복수의 스폿광의 위치에 기초하여 촬상 카메라(10)와 촬상 대상과의 거리와, 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 촬상 대상의 기울기(2차원 정보) 또는 이러한 거리와 촬상 카메라의 광축에 대한 촬상 대상의 자세(3차원 정보)를 검출하는 것으로서, 스폿 위치 추출부(32a), 거리 산출부(32b) 및 촬상 대상 정보 검출부(32c)를 포함하고 있다.
스폿 위치 추출부(32a)는 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상(이하, 단순히 화상이라 함)에서, 촬상 대상 위의 투광부(20)로부터의 스폿광에 의한 밝은 영역을 특정하고, 특정한 밝은 영역으로부터 스폿 위치를 추출하는 것이다.
또한, 스폿 위치란 스폿광에 의한 밝은 영역의 위치를 특정하기 위해서 이용하는 밝은 영역의 기준점을 말하며, 여기서는 스폿 위치 추출부(32a)가 밝은 영역의 중심점 또는 무게 중심점을 스폿 위치로 한다.
또한, 스폿 위치 추출부(32a)는 투광부(20)의 수에 대응하여 밝은 영역을 검 색한다.
스폿 위치 추출부(32a)는 도 6에 도시된 바와 같이, 화상의 중심점 U를 기점으로 하여 상기 도 4에 도시된 방향 Da∼Dd의 각각에 대응하는 직선 Da'∼Dd' 위를 검색하여 밝은 영역을 특정한다. 이것은 상기 도 5(a), 도 5(b)를 참조하면서 전술한 바와 같이, 본 촬상 장치(1)에서는 촬상 대상이 촬상 카메라(10)의 광축에 대하여 평행하게 이동하는 한은 화상에서 촬상 대상 위의 스폿광에 의한 밝은 영역의 위치는 변화되지 않고, 따라서, 화상에서는 상기 도 4에 도시된 방향 Da∼Dd에 대응하는 직선상에 투광부(20)의 스폿광에 의한 밝은 영역이 반드시 존재한다고 하는 특성을 이용하고 있다.
즉, 스폿 위치 추출부(32a)는 화상의 중심점 U에서 본 촬상 장치(1)에서 투광부(20)가 배치되어 있는 방향을 향해, 즉, 스폿광이 투광되는 소정의 방향을 향해 밝은 영역을 검색한다.
이에 따라, 스폿 위치 추출부(32a)에 따르면, 화상 위의 모든 영역을 검색 대상으로 하지는 않으며, 투광부(20)가 배치되어 있는 선상만을 검색하여 밝은 영역을 특정하기 때문에, 매우 효율적으로 밝은 영역을 특정할 수 있다.
또한, 스폿 위치 추출부(32a)는 전술한 바와 같이 검색을 행하고, 처음에 검색된 밝은 영역을 투광부(20)의 스폿광에 의한 밝은 영역으로 특정한다.
따라서, 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 촬상 카메라(10)에 의해 촬상 대상 T를 촬상했을 때에, 촬상 대상 T의 배경에 투광부(20)로부터의 스폿광 이외의 광이 존재하였기 때문에, 화상에서 스폿광에 의한 밝은 영역(Da∼Dd) 이외에 밝은 영역(V)이 존재하는 경우라도, 스폿 위치 추출부(32a)가 화상의 중심점 U를 기점으로 하여 밝은 영역의 검색을 시작하기 때문에, 처음에 검색된 밝은 영역은 반드시 촬상 대상 T 상에 존재하는 스폿광에 의한 밝은 영역(Da∼Dd)이 되고, 스폿 위치 추출부(32a)에 따르면, 스폿광에 의한 밝은 영역(Da∼Dd)을 확실하게 검색할 수 있다.
그리고, 스폿 위치 추출부(32a)는 검색(특정)한 밝은 영역으로부터, 밝은 영역의 중심점 또는 무게 중심점(여기서는 중심점)을 스폿 위치로서 추출한다.
본 촬상 장치(1)에서는 스폿 위치 추출부(32a)는 직선 Da'∼Dd' 위를 검색하도록 구성되어 있기 때문에, 스폿 위치 추출부(32a)에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 직선 Da'∼Dd' 위에 휘도(밝기)가 높아지는 밝은 영역(가우스 곡선 분포)이 검색되며, 스폿 위치 추출부(32a)는 이 밝은 영역의 중심점 M을 스폿 위치로서 추출한다.
도 2에 도시된 거리 산출부(32b)는 스폿 위치 추출부(32a)에 의해 추출된 스폿 위치와 화상의 중심점과의 거리에 기초하여 촬상 카메라(10)와 촬상 대상과의 거리를 산출하는 것이다.
즉, 거리 산출부(32b)는 복수의 투광부에 의한 밝은 영역으로부터 추출되는 스폿 위치의 각각에 대해서 거리를 산출하고, 본 촬상 장치(1)에서는 하나의 촬상 대상에 대하여 4개의 거리를 산출한다.
여기서, 도 9(a), 도 9(b)를 참조하면서, 거리 산출부(32b)에 의한 거리 산출 방법에 대해서 설명한다. 또한, 도 9(a)에서, 부호 "E"는 촬상 대상 T에 조사된 투광부(20)로부터의 스폿광에 의한 밝은 영역을 나타내고 있다. 또한, 도 9(b)는 도 9(a)의 상태에서 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상을 도시한 도면이다.
본 촬상 장치(1)에서, 이상적인 실장에서는 촬상 카메라(10)의 광축과 투광부(20)에 의해 투광되는 스폿광의 투광축은 평행하지만, 엄밀히 평행하게 하는 것은 고정밀도의 실장(조립)이 요구되어 현실적으로는 곤란하다. 그 때문에, 실제의 촬상 장치(1)에서는 투광부(20)에 의한 스폿광의 투광축이 촬상 카메라(10)의 광축에 대하여 완전히 평행하게 되지 않고 약간 기우는 것을 생각할 수 있다.
따라서, 거리 산출부(32b)는 도 9(a)에 도시된 바와 같이 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 투광부(20)에 의한 스폿광의 투광축의 기울기(여기서는 θ)를 고려하여 후술하는 수학식 3에 의해 촬상 카메라(10)와 촬상 대상 T와의 거리 l을 산출한다.
또한, 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 투광부(20)에 의한 스폿광의 투광축의 기울기는 촬상 카메라(10)와 투광부[20; 광원(21)]를 연결하는 직선 방향만을 고려하면 되고, 직선의 법선 방향의 기울기는 무시할 수 있다. 또한, 보충하여 설명하면, 법선 방향의 기울기는 스폿광의 이동 직선이 가정한 화상 위의 직선으로부터 얼마만큼 떨어진 직선이 되는지에 관계된다.
그리고, 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 촬상 대상 T가 촬상 카메라(10)로부터 거리 l만큼 떨어져 촬상 카메라(10)의 광축과 직교하는 위치에 있는 것으로 하면, 이 거리 l에서의 촬상 카메라(10)의 촬상 범위를 w, 촬상 대상 T 위의 스폿광이 조사된 위치를 d+x로 하는 동시에, 촬상 카메라(10) 중심으로부터 투광부[20; 여기서 는 광원(21)] 중심까지의 거리를 d, 광축의 편차 θ1에 의해 발생한 변위량인 조사 위치의 편차를 x로 한다. 한편, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상에서는 밝은 영역(E')의 스폿 위치는 화상의 중심 U로부터 거리 a의 위치에서 관측되며, 스폿광의 이동 방향의 화상 범위(상기 도 6에서 직선 Da'∼Dd'에 대응)를 W로 한다.
이 때, 도 9(a), 도 9(b)에 도시된 상태에서는 하기 수학식 1에 나타내는 비례 관계가 성립된다.
Figure 112005061075121-PAT00001
여기서, 촬상 범위 w는 카메라의 화각의 반값 α1과 거리 l로 나타낼 수 있고, 광축 편차 θ에 의한 편차 x도 거리 l과 광축 편차 θ1로 나타낼 수 있기 때문에, 상기 수학식 1은 하기 수학식 2와 같이 치환할 수 있다.
Figure 112005061075121-PAT00002
그리고, 이 수학식 2를 거리 l에 대해서 풀이함으로써, 하기 수학식 3을 얻을 수 있다.
Figure 112005061075121-PAT00003
거리 산출부(32b)는 이와 같이 하여 도출되는 상기 수학식 3에 기초하여 거리 l을 산출한다.
그리고, 상기 수학식 3에서 광축 편차 θ1은 미지의 값이기 때문에, 거리 산출부(32b)가 본 촬상 장치(1)의 초기 설정시에서, 후술하는 하기 수학식 4 내지 수학식 7에 기초하여 광축 편차 θ1를 구한다.
즉, 상기 수학식 3을 광축 편차 θ1에 대해서 풀이함으로써, 하기 수학식 4를 구할 수 있다.
Figure 112005061075121-PAT00004
그리고, 거리 산출부(32b)는 이 수학식 4에 기초하여 광축 편차 θ1을 풀기 위해 본 촬상 장치(1)의 초기 설정시에 기지의 거리 l로 스폿 위치 a를 계측함으로써, tanθ1을 산출(교정)한다. 또한, 이 처리는 투광부(20a∼20d)의 각각에 대해서 실행한다.
여기서, 통상은 기지의 거리 l을 하나 이용하는 것만으로 tanθ1을 산출할 수 있다.
그러나, 촬상 카메라(10)의 렌즈의 실장상의 제한 등에 기인하여 기지의 거리 l을 결정할 때의 거리 원점[즉, 기지의 거리 l을 얻기 위한 촬상 카메라(10)의 렌즈상의 기점이 되는 점]을 엄밀하게 구하기 어려운 경우가 있고, 이 경우에는 거리 산출부(32b)는 2개의 교정 측정점을 이용하여 tanθ1을 산출한다.
즉, 촬상 카메라(10)의 렌즈로부터 촬상 대상까지의 거리 l에 기초하여서만 tanθ1을 산출하는 것이 아니라, 2개의 교정 측정점의 거리(차)에 기초하여서도 tanθ1을 산출한다.
즉, 거리차 Δ를 미리 엄밀하게 구한 2개의 교정 측정점의 각각에 촬상 대상을 배치하여 촬상 카메라(10)에 의해 화상을 촬상하고, 거리 산출부(32b)가 촬상된 화상으로부터 촬상 대상까지의 거리를 산출함으로써, 광축 편차 θ1을 교정한다.
구체적으로는 거리 산출부(32b)가 기지의 거리 L의 교정 측정점 a1에서 촬상한 화상에서 스폿 위치 a1'를 계측하고, 교정 측정점 a1로부터 거리 Δ만큼 떨어진 교정 측정점 a2에서 촬상한 화상에서 스폿 위치 a2'를 더 측정하여 각각을 상기 수학식 4에 대입함으로써, 하기 수학식 5를 얻는다.
Figure 112005061075121-PAT00005
그리고, 상기 수학식 5를 거리 L에 대해서 풀이함으로써, 하기 수학식 6을 구한다.
Figure 112005061075121-PAT00006
단, 상기 수학식 6에서 k는 하기 수학식 7로 표시된다.
Figure 112005061075121-PAT00007
이에 따라, 거리 산출부(32b)는 거리 L을 산출하고, 상기 수학식 6을 상기 수학식 4에 대입함으로써, tanθ1을 더 산출(교정)한다.
이와 같이, 거리 산출부(32b)는 초기 설정시에 2개의 기지의 거리로 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 촬상 대상의 화상으로부터 스폿 위치를 추출하고, 추출된 스폿 위치에 기초하여 촬상 대상까지의 거리를 산출하기 위한 상기 수학식 3을 완성시킨다. 이에 따라, 거리 산출부(32b)는 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 투광부(20)에 의한 스폿광의 투광축의 편차를 고려하여 촬상 대상까지의 거리를 산출할 수 있게 된다.
따라서, 본 촬상 장치(1)에서는 투광부(20)의 투광축이 촬상 카메라(10)의 광축과 평행해지도록 엄밀히 배치하지 않아도 되게 되어 고정밀도의 조립이 필요하지 않아 제조비용을 줄일 수 있다.
도 2에 도시된 촬상 대상 정보 검출부(32c)는 거리 산출부(32b)에 의해 산출된 거리(여기서는 4개의 거리)에 기초하여 촬상 대상의 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 기울기 및 촬상 대상의 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 자세 정보를 검출하는 것이다.
즉, 촬상 대상 정보 검출부(32c)는 거리 산출부(32b)에 의해 산출된 2개의 거리에 기초하여 촬상 대상의 한 방향의 기울기(2차원 정보)를 검출하고, 또한, 거리 산출부(32b)에 의해 산출된 3개 또는 4개의 거리에 기초하여 촬상 대상의 자세(2 방향의 기울기; 3차원 정보)를 검출한다.
여기서, 도 10, 도 11을 참조하면서, 촬상 대상 정보 검출부(32c)에 의한 촬상 대상의 기울기 및 자세 정보의 검출 방법에 대해서 설명한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 촬상 대상(1)에서 투광부(20a∼20d)의 위치를, xy 평면상에 투광부(20c)를 원점으로 하여 표시하면, 투광부(20b)는 x축상의 좌표 (n, 0)으로, 투광부(20d)는 y축상의 좌표 (0, n)으로, 투광부(20a)는 좌표 (n, n)으로 배치되게 된다.
그리고, 이들 투광부(20)로부터 스폿광을 투광하여 촬상 대상으로 조사된 결과[즉, 화상에서 스폿 위치 추출부(32a)에 의해 추출된 스폿 위치 Pa∼Pd]를 도 11에 도시된다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 스폿 위치 Pa는 투광부(20a)에, 스폿 위치 Pb는 투광부(20b)에, 스폿 위치 Pc는 투광부(20c)에, 스폿 위치 Pd는 투광부(20d)에 각각 대응하고 있다.
여기서, 거리 산출부(32b)에 의해 산출된 각 스폿 위치 Pa∼Pd까지의 거리가 각각 La∼Ld였다고 하면, 스폿 위치 Pa∼Pd의 각각의 3차원 좌표 (x, y, z)는 스폿 위치 Pa가 (n, n, La), 스폿 위치 Pb가 (n, 0, Lb), 스폿 위치 Pc가 (0, 0, Lc), 스폿 위치 Pd가 (0, n, Ld)가 된다.
촬상 대상의 촬상 카메라(10)에 대한 대향면이 평면이거나 또는 평면으로 간주할 수 있는 경우, 촬영면은 계수 a, b, c, d를 이용하여 하기 수학식 8로 나타낼 수 있다.
Figure 112005061075121-PAT00008
따라서, 촬상 대상 정보 검출부(32c)는 이 수학식 8에 스폿 위치 Pa∼Pd의 좌표값을 대입하여 풀이함으로써, 계수 a, b, c, d를 구하고, 스폿 위치 Pa∼Pd로 이루어진 평면을 결정하여 이 평면으로부터 촬상 대상의 기울기나 자세 정보를 검출한다.
여기서, 평면은 스폿 위치가 3점 있으면 결정되기 때문에, 스폿 위치가 4점 이상인 경우에는 장황해지므로, 촬상 대상 정보 검출부(32c)는 최소 제곱법에 의해 근사 평면을 구하거나 또는 평면을 삼각형으로 분할하여 복합 평면으로서 구한다.
또한, 촬상 대상 정보 검출부(32c)는 도 11에 도시된 예에서는 스폿 위치 Pb, Pd를 통과하는 직선으로 평면을 분할하고, 스폿 위치 Pb, Pc, Pd를 통과하는 평면과, 스폿 위치 Pa, Pb, Pd를 통과하는 평면과의 2개의 평면을 구할 수 있다.
그리고, 촬상 대조 정보 검출부(32c)는 예컨대 촬상 대상이 y축을 중심으로 얼마만큼 기울어져 있는지를 검출하는 경우, 즉, 도 11에서 각도 θ2를 검출하는 경우에는 상기 수학식 8에 기초하여 하기 수학식 9를 얻어 기울기 θ2를 검출한다.
Figure 112005061075121-PAT00009
또한, 촬상 대상 정보 검출부(32c)는 상기 수학식 8에 기초하여 평면을 산출하지 않고, 예컨대, 하기 수학식 10으로부터 기울기 θ2를 구하여도 좋다.
Figure 112005061075121-PAT00010
또한, 촬상 대상 정보 검출부(32c)는 전술한 기울기를 구하는 처리를 3차원분 행한다. 즉, X축, y축, Z축의 각각에 대한 기울기를 구함으로써, 촬상 대상의 자세 정보를 검출한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태로서의 촬상 장치(1)에 따르면, 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 촬상 대상의 화상에서 투광부(20)의 스폿광의 위치(스폿 위치)에 기초하여 검출부(32)가 촬상 카메라(10)와 촬상 대상과의 거리 및 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 촬상 대상의 기울기 또는 촬상 카메라(10)와 촬상 대상과의 거리 및 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 촬상 대상의 자세 정보를 검출하기 때문에, 전술한 종래의 촬상 장치(도 13 참조)와 같이, 촬상 카메라(10)로부터 촬상 대상까지의 거리를 검출하기 위한 센서(위치 센서 등)를 포함할 필요가 없고, 따라서, 장치 전체의 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있다.
또한, 촬상 카메라(10)를 구비한 기존의 촬상 장치에 촬상 대상의 거리, 기울기, 자세 등을 검출하는 기능을 추가할 때에도 하드 구성으로서는, 투광부(20)를 추가하는 것만으로도 충분하기 때문에, 소형화 또한 저비용으로써 실현할 수 있다.
또한, 본 촬상 장치(1)에서는 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상에서 촬상 대상 위의 투광부(20)로부터의 스폿광에 의한 밝은 영역에 기초하여 검출부(32)가 이러한 거리의 검출을 행하기 때문에, 투광부(20)로부터 투광되는 스폿광은 레이저광과 같은 정밀도가 높은 스폿광(즉, 스폿 직경이 좁은 평행광)이 아니더라도 좋고, 본 촬상 장치(1)에서는 투광부(20)의 광원(21)으로서 저렴한 LED를 이용할 수 있어, 이것에 의해서도 저비용화를 실현할 수 있다.
또한, 본 촬상 장치(1)에서는 투광부(20)에 의해 투광되는 스폿광이 촬상 카메라(10)의 광축에 대하여 평행하거나 또는 거의 평행하게 되도록 구성되어 있기 때문에, 상기 도 5(a), 도 5(b)를 참조하면서 전술한 바와 같이 촬상 대상이 촬상 카메라(10)의 광축에 대하여 평행하게 이동하는 한은 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상에서, 촬상 대상 위의 스폿광에 의한 밝은 영역의 위치는 변화하는 일이 없다. 따라서, 본 촬상 장치(1)에서는 촬상 카메라(10)에 대한 촬상 대상의 거리에 상관없이 검출부(32)에 의해 이 촬상 대상의 거리 및 기울기 또는 거리 및 자세의 검출을 확실하게 실행할 수 있다.
[2] 기타
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는 촬상 장치(1)가 투광부(20)를 4개[투광부(0 a∼20d)] 포함한 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 검출부(32)가 촬상 대상의 기울기를 검출하는 경우에는 적어도 2개의 투광부(20)를 포함하고 있으면 좋고, 또한, 검출부(32)가 촬상 대상의 자세 정보를 검출하는 경우에는 적어도 3개의 투광부(20)를 포함하고 있으면 좋다.
또한, 전술한 실시형태에서는 연산부(30)의 제어부(31)가 촬상 카메라(10)의 촬상과 투광부(20)의 투광을 동기하여 실행시키고, 투광부(20)에 의한 스폿광이 투광되어 있는 상태의 촬상 대상의 화상만을 촬상하도록 구성하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 예컨대, 제어부(31)가 투광부(20)에 의한 스폿광이 투광되어 있지 않은 상태의 촬상 대상인 제1 화상과, 투광부(20)에 의한 스폿광이 투광되어 있는 상태의 제2 화상을 촬상시키도록 촬상 카메라(10) 및 투광부(20)를 제어하여도 좋다.
이 경우, 검출부(32)의 스폿 위치 추출부(32a)는 제1 화상과 제2 화상과의 차의 화상, 즉, 제2 화상에서 제1 화상에서의 밝은 영역을 제외한 화상에 기초하여 투광부(20)의 스폿광에 의한 밝은 영역을 특정하고, 특정한 밝은 영역으로부터 스폿 위치를 추출한다.
이에 따라, 전술한 실시형태에 따른 효과에 부가하여 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상에서, 투광부(20)의 스폿광에 의한 밝은 영역 이외의 밝은 영역이 존재하고 있어도, 이 밝은 영역은 제2 화상에서 제1 화상의 밝은 영역을 제외함으로써 삭제되기 때문에, 스폿광에 의한 밝은 영역만을 확실하게 특정할 수 있다.
또한, 제어부(31)가 투광부(20)에 의한 스폿광의 휘도를 변화시키면서, 촬상 카메라(10)에 의해 스폿광의 휘도가 다른 복수의 화상을 촬상시키도록 촬상 카메라(10) 및 투광부(20)를 제어하여도 좋다.
이 경우, 검출부(32)의 스폿 위치 추출부(32a)는 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 복수의 화상에서, 휘도가 변화하고 있는 부분을 투광부(20)의 스폿광에 의한 밝은 영역으로서 특정하고, 특정한 밝은 영역으로부터 스폿 위치를 추출한다.
이에 따라, 전술한 실시에에 따른 효과에 부가하여 예컨대 촬상 대상의 배경으로부터의 광이 강하기 때문에, 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상에서, 투광부(20)의 스폿광에 의한 밝은 영역이 특정되기 어려운 경우라도, 복수의 화상에서 휘도가 변화하고 있는 밝은 영역을 스폿광에 의한 밝은 영역으로서 특정함으로써, 스폿광에 의한 밝은 영역만을 확실하게 특정할 수 있다.
또한, 스폿 위치 추출부(32a)가 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 복수의 화상의 촬상시의 투광부(20)에 의한 투광 패턴(휘도)에 기초하여 이 투광 패턴과 동일한 패턴으로 휘도가 변화하고 있는 밝은 영역을 투광부(20)로부터의 스폿광에 의한 밝은 영역으로서 특정하도록 구성하여도 좋고, 이것에 의해, 투광부(20)의 스폿광에 의한 밝은 영역을 보다 확실하게 특정할 수 있게 된다.
또한, 전술한 실시형태에서는 검출부(32)의 거리 산출부(32b)가 계산식에 기초하여 촬상 카메라(10)로부터 촬상 대상까지의 거리를 산출하도록 구성하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 연산부(30)가 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 화상에서 스폿광의 스폿 위치(즉, 화상의 중심점에서 스폿 위치까지의 거 리)와, 촬상 카메라(10)와 촬상 대상과의 거리와의 대응 관계를 나타내는 테이블을 구비하여 거리 산출부(32b)가 이 테이블에 기초하여 촬상 카메라(10)로부터 촬상 대상까지의 거리를 구하도록 구성하여도 좋다.
또한, 이 경우에는 이러한 테이블은 예컨대 연산부(30)의 ROM(Read 0nly Memory)나 RAM(Random Access Memory) 등에 유지된다.
또한, 이 경우에도 전술한 실시형태와 마찬가지로 거리 산출부(32b)는 본 촬상 장치(1)의 초기 설정시에 기지의 거리에 기초하여 테이블을 교정한다.
즉, 거리 산출부(32는 초기 설정시에, 1 또는 복수의 기지의 거리에서 촬상 카메라(10)에 의해 촬상된 촬상 대상의 화상으로부터, 스폿 위치 추출부(32a)에 의해 추출된 스폿 위치와, 이러한 기지의 거리에 기초하여 테이블을 교정한다. 이에 따라, 전술한 실시형태와 마찬가지로 투광부(20)의 촬상 카메라(10)의 광축에 대한 편차를 보정할 수 있기 때문에, 고정밀도의 조립은 요구되지 않게 된다. 또한, 테이블에 기초하여 거리를 검출하는 기구에서 전술한 바와 같이 테이블을 교정함으로써, 촬상 장치(1)를 복수 제조했을 때에 발생하는 촬상 장치(1)마다의 미묘한 배치 편차 등을 교정할 수 있다.
또한, 거리 산출부(32b)가 이러한 테이블에 기초하여 촬상 대상까지의 거리를 검출함으로써, 전술한 실시형태와 같이 계산이 불필요하게 되기 때문에, 예컨대, 부족한 CPU라도 처리 가능해지고, 본 촬상 장치(1)의 저비용화에 기여할 수 있는 동시에 조립 기기 등에도 실장할 수 있게 된다.
또한, 촬상 대상이 촬상 카메라(10)로부터 소정의 거리 내에 있는지 여부를 인식할 수 있는 것만으로 좋은 경우에는 그 소정의 거리에서 화상 위의 스폿 위치를 미리 설정해두고, 투광부(20)에 의한 스폿광의 위치가 미리 설정된 스폿 위치보다 화상의 기준점(예컨대 중심점)에 가까우면[즉, 투광부(20)에 의한 스폿광의 위치가 화상의 기준점으로부터 미리 설정된 스폿 위치까지의 사이에 존재하면],촬상 대상이 소정의 거리 내에 있다고 검출부(32)가 판정하도록 구성하여도 좋다.
또한, 제어부(31)가 투광부(20)에 의한 스폿광이 투광된 화상과, 투광부(20)에 의한 스폿광이 투광되어 있지 않은 화상을 연속해서 촬상시키도록 구성함으로써, 동화상을 촬상하고 있는 것과 같이 촬상 대상을 촬상하면서, 이 촬상 대상의 기울기나 자세 정보 등의 촬상 대상 정보도 동시에 얻을 수 있게 되어, 예컨대, 이동중인 촬상 대상을 촬상하면서, 촬상 대상 정보를 시계열로 파악할 수 있게 된다.
또한, 본 촬상 장치(1)에서, 촬상 카메라(10)의 촬상 범위 내에 촬상 대상이 존재하지 않는 경우 이외에는 촬상 카메라(10)에 의한 촬상을 일시 정지함으로써 불필요한 시간에는 회로[예컨대, 연산부(30)]를 중지시킴으로써 소비전력을 줄일 수 있다. 구체적으로는 예컨대 촬상 카메라(10)에 의한 촬상을 소정의 간격으로 실행시켜, 화상에 촬상 대상이 발견된 경우에만 투광부(20)에 의한 투광 및 연산부[30; 특히 검출부(32)]의 처리를 실행하게 하여도 좋다.
또한, 전술한 실시형태에서는 투광부(20)가 렌즈(22)와 조정부(24)를 포함하는 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 전술한 바와 같이 본 촬상 장치(1)에서는 투광부(20)로부터 투광되는 스폿광은 레이저광과 같은 고정밀도의 스폿광이 필요하지 않기 때문에, 예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이, 렌즈 (22)를 포함하지 않고 조정부(24)만을 포함하여도 좋으며, 반대로, 조정부(24)를 포함하지 않고 렌즈(22)만을 포함하여도 좋다. 이것에 의해서도 전술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 따라서, 한층 더 저비용화를 실현할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는 투광부(20)가 하나의 광원(21)에 의해 하나의 스폿광을 투광하는 경우를 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 조정부(24)에 복수의 개구를 마련함으로써, 투광부(20)가 하나의 광원(21)에 의해 복수의 스폿광을 투광하도록 구성하여도 좋다.
[3] 부기
(부기 1)
촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와,
이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와,
상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라와 이 촬상 대상과의 거리를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 2)
부기 1에 있어서, 상기 투광부는 3 이상의 스폿광을 투광하도록 구성되고,
상기 검출부는 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 상기 3 이상의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 자세 정보를 검출하는 것을 특징 으로 하는 촬상 장치.
(부기 3)
부기 2에 있어서, 상기 화상에서, 이 화상의 기준점으로부터 상기 3 이상의 스폿광 위치의 각각을 향하는 방향이 다른 방향이 되도록 상기 투광부가 상기 3 이상의 스폿광을 투광하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 4)
부기 2 또는 부기 3에 있어서, 상기 화상에서 상기 검출부가 인식할 수 있는 상기 투광부로부터의 스폿광의 조사 영역이 인접한 다른 스폿광의 조사 영역과 간섭하지 않도록 상기 투광부가 상기 3 이상의 스폿광을 투광하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 5)
부기 1 내지 부기 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투광부의 광원이 LED(Light Emitting Diode)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 6)
부기 1 내지 부기 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투광부는 광원이 발광한 광의 스폿 직경을 축소하는 개구를 갖는 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 7)
부기 1 내지 부기 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투광부는 광원이 발광한 광을 평행광으로 변환하는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 8)
부기 1 내지 부기 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투광부에 의해 투광되는 상기 스폿광이 적외광인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 9)
부기 1 내지 부기 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출부가 상기 화상에서 상기 촬상 대상 위의 상기 스폿광의 조사 영역으로부터 스폿 위치를 추출하고, 추출된 상기 스폿 위치와 상기 화상의 중심점과의 거리에 기초하여 상기 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 10)
부기 9에 있어서, 상기 검출부가 상기 조사 영역의 중심점 또는 무게 중심점을 상기 스폿 위치로서 추출하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 11)
부기 9 또는 부기 10에 있어서, 상기 검출부가 상기 화상의 중심점으로부터 소정 방향을 향해 상기 조사 영역을 검색하고, 처음에 상기 조사 영역으로서 검색된 영역으로부터 상기 스폿 위치를 추출하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 12)
부기 1 내지 부기 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촬상 카메라에 의한 촬상과, 상기 투광부에 의한 스폿광의 투광을 동기하여 실행시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 13)
부기 1 내지 부기 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촬상 카메라에 의한 촬상과, 상기 투광부에 의한 스폿광의 투광을 제어하는 제어부를 포함하고,
이 제어부는 상기 투광부에 의한 스폿광이 투광되어 있지 않은 상태의 상기 촬상 대상인 제1 화상과, 상기 투광부에 의한 스폿광이 투광되어 있는 상태의 상기 촬상 대상인 제2 화상을 상기 촬상 카메라에 촬상시키며,
상기 검출부는 상기 제2 화상으로부터 상기 제1 화상에서의 밝은 영역을 제외한 화상에 기초하여 상기 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 14)
부기1 내지 부기 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촬상 카메라에 의한 촬상과, 상기 투광부에 의한 스폿광의 투광을 제어하는 제어부를 포함하고,
이 제어부는 상기 투광부에 의한 스폿광의 휘도를 변화시키면서, 상기 촬상 카메라에 복수의 화상을 촬상시키며,
상기 검출부는 상기 복수의 화상에서 휘도가 변화하고 있는 부분을 상기 스폿광의 위치라고 특정하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 15)
부기 1 내지 부기 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출부는 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 화상에서 스폿광의 위치와, 상기 촬상 카메라와 상기 촬상 대상과의 거리의 대응 관계를 나타내는 계산식에 기초하여 상기 촬상 카메라와 상기 촬상 대상과의 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 하는 촬상 장치.
(부기 16)
부기 15에 있어서, 상기 검출부는 초기 설정시에 기지의 거리에 있어서 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상으로부터 상기 스폿 위치를 추출하고, 추출된 상기 스폿 위치와 상기 기지의 거리에 기초하여 상기 계산식을 교정하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 17)
부기 1 내지 부기 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 화상에서 스폿광의 위치와, 상기 촬상 카메라와 상기 촬상 대상과의 거리의 대응 관계를 나타내는 테이블을 포함하고,
상기 검출부는 상기 테이블에 기초하여 상기 촬상 카메라와 상기 촬상 대상과의 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 18)
부기 17에 있어서, 상기 검출부는 초기 설정시에 기지의 거리에 있어서 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상으로부터 상기 스폿 위치를 추출하고, 추출된 상기 스폿 위치와 상기 기지의 거리에 기초하여 상기 테이블을 교정하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 19)
촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와,
이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 복수의 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와,
상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 복수의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 기울기를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
(부기 20)
촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와,
이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 복수의 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와,
상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 복수의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라와 이 촬상 대상과의 거리 및 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 기울기를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 촬상 카메라에 의해 촬상된 촬상 대상의 화상에서 투광부의 스폿광의 위치에 기초하여 검출부가 촬상 카메라와 촬상 대상과의 거리 및 촬상 카메라의 광축에 대한 촬상 대상의 기울기를 검출하기 때문에, 촬상 카메라로부터 촬상 대상까지의 거리를 검출하기 위한 센서(위치 센서 등)을 별도로 포함할 필요가 없고, 따라서, 장치 전체의 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있다.
또한, 촬상 카메라를 포함한 기존의 촬상 장치에 촬상 대상의 거리나 기울기를 검출하는 기능을 추가할 때에도 하드 구성으로서는, 투광부를 추가하는 것만으로도 충분하기 때문에, 소형화 또한 저비용으로써 본 촬상 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 투광부에 의해 투광되는 스폿광이 촬상 카메라의 광축에 대하여 평행하거나 또는 거의 평행하게 되도록 구성되어 있기 때문에, 촬상 대상이 촬상 카메라의 광축에 대하여 평행하게 이동하는 한은 촬상 카메라에 의해 촬상된 화상에서 촬상 대상 위의 스폿광의 위치는 변화하는 일이 없다. 따라서, 촬상 카메라에 대한 촬상 대상의 거리에 상관없이 검출부에 의해 이 촬상 대상의 거리 및 기울기의 검출을 확실하게 실행할 수 있다.

Claims (10)

  1. 촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와;
    이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와;
    상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서, 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라와 이 촬상 대상과의 거리를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투광부는 3 이상의 스폿광을 투광하도록 구성되고,
    상기 검출부는 상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서, 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 상기 3 이상의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 자세 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 화상에서, 이 화상의 기준점으로부터 상기 3 이상의 스폿광 위치의 각각을 향하는 방향이 다른 방향이 되도록 상기 투광부가 상기 3 이상의 스폿광을 투광하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 화상에서 상기 검출부가 인식할 수 있는 상기 투광부로부터의 스폿광의 조사 영역이 인접한 다른 스폿광의 조사 영역과 간섭하지 않도록 상기 투광부가 상기 3 이상의 스폿광을 투광하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출부는 상기 화상에서, 상기 촬상 대상 위의 상기 스폿광의 조사 영역으로부터 스폿 위치를 추출하고, 추출된 상기 스폿 위치와 상기 화상의 중심점과의 거리에 기초하여 상기 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 검출부는 상기 조사 영역의 중심점 또는 무게 중심점을 상기 스폿 위치로서 추출하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 검출부는 상기 화상의 중심점으로부터 소정 방향을 향해 상기 조사 영역을 검색하고, 처음에 상기 조사 영역으로서 검색된 영역으로부터 상기 스폿 위치를 추출하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촬상 카메라에 의한 촬상과, 상기 투광부에 의한 스폿광의 투광을 제어하는 제어부를 포함하고,
    이 제어부는 상기 투광부에 의한 스폿광이 투광되어 있지 않은 상태의 상기 촬상 대상인 제1 화상과, 상기 투광부에 의한 스폿광이 투광되어 있는 상태의 상기 촬상 대상인 제2 화상을 상기 촬상 카메라에 촬상시키며
    상기 검출부는 상기 제2 화상으로부터 상기 제1 화상에서의 밝은 영역을 제외한 화상에 기초하여 상기 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와;
    이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 복수의 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와;
    상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서, 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 복수의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 기울기를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 촬상 대상을 촬상하는 촬상 카메라와;
    이 촬상 카메라의 광축과 평행하거나 또는 거의 평행한 복수의 스폿광을 상기 촬상 대상에 대하여 투광하는 투광부와;
    상기 촬상 카메라에 의해 촬상된 상기 촬상 대상의 화상에서, 이 촬상 대상 위의 상기 투광부에 의한 복수의 스폿광의 위치에 기초하여 상기 촬상 카메라와 이 촬상 대상과의 거리 및 상기 촬상 카메라의 광축에 대한 이 촬상 대상의 기울기를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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