WO2015104870A1 - 画像生成装置 - Google Patents

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WO2015104870A1
WO2015104870A1 PCT/JP2014/074665 JP2014074665W WO2015104870A1 WO 2015104870 A1 WO2015104870 A1 WO 2015104870A1 JP 2014074665 W JP2014074665 W JP 2014074665W WO 2015104870 A1 WO2015104870 A1 WO 2015104870A1
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WO
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image
light
signal
value
component
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PCT/JP2014/074665
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English (en)
French (fr)
Inventor
偉雄 藤田
山下　孝一
的場　成浩
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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Priority to JP2015556707A priority patent/JP5992116B2/ja
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • H04N7/183—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast for receiving images from a single remote source
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
    • H04N23/88—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals for colour balance, e.g. white-balance circuits or colour temperature control
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation

Definitions

  • the present invention relates to an image generation apparatus that can acquire distance information to an object existing in an imaging space in association with a captured image.
  • a spatial pattern light is emitted from a projector, an image of an observation area irradiated with the pattern light is captured by a camera, the pattern light irradiation direction and the pattern light imaging direction in the captured image, and the projector
  • a device that measures the distance to an object existing in an observation region based on the relative positional relationship of the camera is known (for example, see Patent Document 1).
  • the pattern light is light in an invisible wavelength band such as near infrared rays. It is common to use. At this time, in order to capture the pattern light with the camera, it is necessary to use a camera having sensitivity to the wavelength of the pattern light. When shooting with a camera that is sensitive to wavelengths other than visible light, even when shooting without pattern light, the color reproducibility of the shot image is affected by components other than visible light included in the ambient light. There is a problem that the subject cannot be correctly identified.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and removes the influence of components other than visible light included in ambient light from an image signal of a captured image when generating an image with distance information, and reproduces color.
  • the purpose is to obtain a high-quality image.
  • an image generation apparatus includes: A projector that projects pattern light of near-infrared wavelength into the imaging space every predetermined number of frame periods; An R signal representing an R component, a G component, and a B component of the captured image, which is irradiated with ambient light and images the subject in the imaging space where the pattern light is projected every predetermined number of frame periods An imaging unit that outputs an imaging signal including a G signal and a B signal; A control unit that gives an instruction of the projection intensity of the pattern light to the projector; A pattern light image is generated by obtaining a difference between an image pickup signal obtained when the pattern light is projected and an image pickup signal obtained when the pattern light is not projected from the image pickup signal obtained by the image pickup by the image pickup unit.
  • An ambient light type determination unit for determining the type of the ambient light; From the environmental light type determined by the environmental light type determination unit, the composition ratio information indicating the composition ratio of the light of the near-infrared wavelength included in the environmental light is generated, and based on the generated composition ratio information In the ambient light image, a component due to the near infrared wavelength light included in the ambient light is estimated, and a visible light image is obtained by subtracting the near infrared wavelength light component from the ambient light image.
  • a visible light image generation unit for generating, The environment light type determination unit determines the type of the environment light from a ratio of R, G, and B components in the captured image, the environment light image, or the visible light image.
  • the present invention it is possible to remove an ambient light component at a wavelength other than visible light from an image signal of a captured image when generating an image with distance information, and obtain an image with high color reproducibility.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of a projector and an imaging unit in the first embodiment.
  • FIG. 1 shows the structural example of the light projector 12 of FIG. (A)-(p) is a figure which shows the component contained in the data which appears in each part of the image process part 40.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structural example of the image difference acquisition part 42 of FIG. It is a figure which expands and shows a part of projection pattern.
  • FIG. 1 is the schematic which shows the structural example of the imaging part 20 of FIG. It is a figure which shows the arrangement
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of a projector and an imaging unit in the first embodiment.
  • FIG. shows the structural example of the light projector 12 of FIG. (A)-(p) is a figure which shows the component contained in the data which appears in each part of the image process part 40.
  • FIG. It is a block diagram which shows
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an identification code used in the projection pattern. It is a figure which shows the example of arrangement
  • FIG. It is a block diagram which shows the structural example of the visible light image generation part 46 of FIG. (A)-(c) is a figure which shows the arrangement
  • (b) shows the example of the output image of the display process part of FIG. It is a block block diagram which shows the image generation apparatus of Embodiment 2 of this invention. It is a block diagram which shows the structural example of the visible light image generation part 46b of FIG.
  • FIG. FIG. 1 shows a configuration of an image generation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the illustrated image generation apparatus includes a pattern light generation unit 10, an imaging unit 20, a control unit 30, and an image processing unit 40.
  • the pattern light generation unit 10 includes a drive unit 11 and a projector 12.
  • the imaging unit 20 includes a lens 22 and an imaging element 24.
  • FIG. 3 three-dimensionally represents the imaging space (imaging target space) JS together with the projector 12 and the imaging unit 20.
  • FIG. 3 it is assumed that there is a rectangular parallelepiped subject OJ1 and a spherical subject OJ2 in the imaging space JS.
  • the image generation apparatus of the present invention projects pattern light of near-infrared wavelength toward the subjects OJ1 and OJ2 by the projector 12, and based on information obtained by imaging by the imaging unit 20, The distance to each part of the captured subjects OJ1 and OJ2 is obtained, and image information and distance information about each part of the image are obtained.
  • the pattern light projected by the projector 12 generates a projection pattern.
  • the projection pattern forms light spots arranged in a matrix, that is, in the horizontal direction (row direction) and the vertical direction (column direction).
  • FIG. 4 is a diagram of the projector 12 and the imaging unit 20 and one light spot SP formed at an arbitrary point on the subjects OJ1 and OJ2 in the imaging space as viewed from above.
  • the projector 12 and the imaging unit 20 are arranged apart from each other by a distance Lpc in the horizontal direction.
  • a straight line connecting the projector 12 and the imaging unit 20 is referred to as a base line BL, and the distance Lpc is referred to as a base line length.
  • a light spot SP is formed in one of subjects OJ1 and OJ2 in the imaging space JS by the light projected from the projector 12, and the light from the light spot SP is received by the imaging unit 20.
  • the projection angle ⁇ from the projector 12 to the light spot SP, the incident angle ⁇ from the light spot SP to the imaging unit 20 and the baseline length Lpc are known, then the subject OJ1 from the baseline BL can be obtained based on the principle of triangulation. , The distance Dz to the light spot SP on OJ2 can be obtained by calculation.
  • the projection angle ⁇ is an angle formed by a line perpendicular to the base line BL and a line connecting the projector 12 and the light spot SP in a plane including the base line BL and the light spot SP.
  • the incident angle ⁇ is an angle formed by a line perpendicular to the base line BL and a line connecting the imaging unit 20 and the light spot SP in a plane including the base line BL and the light spot SP.
  • the incident angle ⁇ in the imaging unit 20 can be obtained based on the position on the imaging surface of the imaging device 24 where the image of the light spot SP is formed, the direction of the axis of the imaging device 24, and the angle of view.
  • the projection angle ⁇ from the projector 12 is predetermined by the configuration of the projector 12 and is therefore known.
  • each light spot When a large number of light spots are projected from the projector 12 at different projection angles and these light spots are imaged by the imaging unit 20, if the respective projection angles are known, the image of the light spot on the imaging surface
  • the projection angle of each light spot can be estimated based on the mutual relationship between the upper positions.
  • the projector 12 includes a laser light source 13, a collimating lens 14, an aperture 15, and a diffraction grating 16.
  • the drive unit 11 (FIG. 1) is controlled by the control unit 30 to cause the laser light source 13 to emit light, and the laser light emitted from the laser light source 13 is collimated by the collimator lens 14 and predetermined by the aperture 15.
  • the beam diameter is set.
  • the light emitted from the aperture 15 enters the diffraction grating 16.
  • the diffraction grating 16 projects pattern light for generating a predetermined projection pattern onto the imaging space JS.
  • the lens 22 (FIG. 2) of the imaging unit 20 focuses the subject image on the imaging surface of the imaging element 24.
  • the imaging element 24 outputs an imaging signal obtained by photoelectrically converting the incident image.
  • the imaging element 24 is, for example, one in which R, G, and B pixels are arranged in a Bayer shape, and R, G, and B signals are output as imaging signals.
  • Each pixel of the image sensor 24 includes a photoelectric conversion element and a color filter provided on the incident side of the photoelectric conversion element.
  • the imaging unit 20 images the subjects OJ1 and OJ2 in the imaging space JS. This imaging is performed at a predetermined frame frequency (frame rate), for example, 30 fps. By imaging, images of a plurality of continuous frames are obtained, and R, G, B color component signals R0, G0, B0 are output.
  • frame rate frame frequency
  • the subject in the imaging space receives projection of pattern light and is irradiated with ambient light.
  • pattern light When pattern light is projected on the subjects OJ1 and OJ2, components (patterns) of pattern light reflected by the subjects OJ1 and OJ2 are added to components (environment light components or images) reflected by the subjects OJ1 and OJ2.
  • An image (a signal representing) on which a light component or a pattern light image) is superimposed is output from the imaging unit 20.
  • an image (a signal representing) only the component (environment light component or environment light image) due to the environment light reflected by the subjects OJ1 and OJ2 is output from the imaging unit 20. Is output.
  • the image processing unit 40 (FIG. 1) includes an A / D converter 41, an image difference acquisition unit 42, a distance information generation unit 43, an ambient light type determination unit 44, a visible light image generation unit 46, and a sensitization.
  • a processing unit 47, a video signal processing unit 48, and a display processing unit 49 are provided.
  • the A / D converter 41 converts the output of the imaging unit 20 into, for example, digital signals R0, G0, and B0 each having 8 bits (256 gradations).
  • the control unit 30 controls the pattern light generation unit 10, the imaging unit 20, and the image processing unit 40. Specifically, the control unit 30 controls the imaging mode, frame frequency, exposure time, aperture, analog gain, and the like of the imaging device 24 of the imaging unit 20. In controlling the exposure time, aperture, and analog gain, adjustment is performed so that the brightness of the captured image is constant.
  • the control unit 30 also supplies a signal for controlling the operation timing to the A / D converter 41.
  • the control unit 30 also controls the projection intensity of the pattern light by the pattern light generation unit 10. In controlling the projection intensity, adjustment is performed so that the difference between the signal value when the pattern light is projected and the signal value when the pattern light is not projected is constant.
  • the control unit 30 also performs control for synchronizing the operation of the pattern light generation unit 10 and the operation of the imaging unit 20. That is, the control unit 30 provides the imaging unit 20 with a Control is performed to repeat imaging at a predetermined frame frequency, and control is performed so that pattern light generation unit 10 alternately repeats projection and non-projection of pattern light every other frame period. Specifically, the control unit 30 controls the driving unit 11 so that the laser light source 13 enters a light emitting state and a non-light emitting state every other frame period.
  • the control unit 30 further indicates whether the pattern light generation unit 10 is in a projection state (whether the laser light source 13 is in a light emission state) or in a non-projection state (whether the laser light source 13 is in a non-light emission state).
  • the signal Snf is supplied to the image difference acquisition unit 42.
  • the control unit 30 also generates information Prp indicating the ratio of the R, G, and B components in the ambient light image. Therefore, for example, the ratio of the integrated values of the R, G, and B signals R1, G1, and B1 output from the image difference acquisition unit 42 is obtained for each area that indicates the entire screen or each part of the screen.
  • the control unit 30 supplies information Prp indicating the ratio of the R, G, and B components to the video signal processing unit 48.
  • the video signal processing unit 48 uses the information Prp indicating the above ratio for white balance adjustment.
  • the information Prp indicating the above ratio is also supplied to the ambient light type determination unit 44, and the ambient light type determination unit 44 uses this information to determine the type of ambient light.
  • the control unit 30 further includes information Sdp indicating the relationship between the positions in the projection pattern of each of the light spots included in the pattern light projected by the projector 12, and information Spa indicating the correspondence between the position on the projection pattern and the projection angle. , And information Szv indicating the axial direction and angle of view of the imaging unit 20 and information indicating the baseline length Lpc are held and supplied to the distance information generation unit 43.
  • the image capturing unit 20 displays an image when the pattern light is projected (image during projection) and an image when the pattern light is not projected.
  • Non-projection image that is, an image using only ambient light (environmental light image) is alternately obtained every other frame period.
  • the color component signals R0, G0, B0 output from the A / D converter 41 are as shown in FIGS. 6 (a), (b), (d), (e), (g), (h).
  • the color filter of each pixel has transparency in the near-infrared region, so a component by near-infrared light (near-infrared component) IRr, IRg and IRb are also included.
  • the “original color components” Rr, Gg, and Bb are used when the color filter is not transmissive to near-infrared light (light of near-infrared wavelength) and / or photoelectric conversion elements. Is a component output from the imaging unit 20 when it has no sensitivity to near-infrared light.
  • the near-infrared components IRr, IRg, and IRb of the signals R0, G0, and B0 obtained in the frame in which the projector 12 is in the projection state (on) are shown in FIGS. 6 (a), (d), and (g).
  • the near-infrared components IRr, IRg, IRb do not include the components IRrp, IRgp, IRbp due to the pattern light as shown in FIGS. 6B, 6E, and 6H, and the components IRre, IRge due to the ambient light. , Only IRbe is included.
  • the difference between the signals R0, G0, and B0 is obtained between the successive frames (including the component due to the pattern light from the signal including the component due to the pattern light).
  • signals representing the pattern light components IRrp, IRgp, and IRbp shown in FIGS. 6 (m), (n), and (o), or an image (pattern light image) represented by the signals are obtained.
  • the signals representing the ambient light components R1, G1, and B1 shown in FIGS. 6B, 6E, and 6H Alternatively, an image (environment light image or non-projection image) represented by the signal can be generated.
  • the role of the image difference acquisition unit 42 includes an image (pattern light image) (FIGS. 6 (m), (n), and (o)) composed only of a component by pattern light and a component by pattern light. This is to generate images (environmental light images) R1, G1, and B1 (FIGS. 6B, 6E, and 6H) of no frames.
  • image pattern light image
  • R1, G1, and B1 FIGGS. 6B, 6E, and 6H
  • Signals R1, G1, and B1 also include near-infrared components IRre, IRge, and IRbe due to ambient light, as shown in FIGS. 6 (b), (e), and (h).
  • the role of the visible light image generation unit 46 is to remove the near-infrared components IRre, IRge, IRbe from the signals R1, G1, B1, and as shown in FIGS. 6 (c), (f), (i) To generate signals R2, G2, and B2 consisting only of the respective color components Rr, Gg, and Bb.
  • FIG. 6 (j) shows a luminance signal Y0 obtained by combining the signals R0, G0, and B0 of FIGS. 6 (a), (d), and (g).
  • the luminance signal Y0 includes an original luminance component Yy and a near infrared component IRy.
  • the near infrared component IRy includes a component IRyp caused by pattern light and a component IRye caused by ambient light.
  • FIG. 6 (k) shows a luminance signal Y1 obtained by synthesizing the signals R1, G1, and B1 of FIGS. 6 (b), (e), and (h).
  • the luminance signal Y1 includes an original luminance component Yy and a near-infrared component IRye due to ambient light.
  • FIG. 6 (l) shows a luminance signal Y2 obtained by combining the signals R2, G2, and B2 of FIGS. 6 (c), (f), and (i).
  • This luminance signal Y2 includes only the original luminance component Yy.
  • FIG. 6 (p) shows a signal IRyp obtained by synthesizing the signals IRrp, IRgp, and IRbp of FIGS. 6 (m), (n), and (o).
  • This signal IRyp represents the intensity Sr of the imaged pattern light.
  • the image difference acquisition unit 42 receives signals R0, G0, and B0 output from the A / D converter 41, and is based on an image when pattern light is projected and an image when pattern light is not projected.
  • an image using the pattern light (pattern light image) and an image excluding the pattern light component (environment light image) are generated.
  • an image obtained in a frame period in which pattern light is not projected is output as an ambient light image, and is obtained by imaging (exposure) in a frame period in which pattern light is projected out of two successive frame periods.
  • An image obtained by subtracting an image obtained by imaging (exposure) in a frame period during which pattern light is not projected from the obtained image is output as a pattern light image.
  • the R, G, and B component signals obtained during the frame period during which the pattern light is not projected are subtracted from the R, G, and B component signals obtained during the frame period during which the pattern light is projected. By combining these, a signal representing a single pattern light component is generated.
  • FIG. 7 shows a configuration example of the image difference acquisition unit 42.
  • the frame delay unit 421 delays the imaging signal D41 (R0, G0, B0) supplied from the A / D converter 41 via the input terminal 420 and outputs a frame delayed imaging signal D421.
  • the difference calculation unit 422 is a difference between the imaging signal D41 and the frame delay imaging signal D421 (a difference obtained by subtracting imaging of the frame on which the pattern light is not projected from the imaging signal of the frame on which the pattern light is projected). And a difference signal D422 is generated.
  • the switch 423 is closed at a timing when the imaging signal D41 for the frame on which the projector 12 does not project the pattern light is supplied to the input terminal 420, and the signal is output as the ambient light component D423 (R1, G1, B1).
  • the image is output from the terminal 427 to the visible light image generation unit 46.
  • the processing by the frame delay unit 421, the difference calculation unit 422, and the switch 423 is performed separately for each of the R, G, and B color components. That is, when the R signal R0 is input to the input terminal 420, the R signal R0 is separated into the pattern light component IRrp and the ambient light component (Rr + IRre), and the G signal G0 is input to the input terminal 420. The G signal G0 is separated into the pattern light component IRrp and the ambient light component (Gg + IRge). When the B signal B0 is input to the input terminal 420, the pattern light of the B signal B0 Separation into component IRbp and ambient light component (Bb + IRbe) is performed.
  • the R, G, and B signals R0, G0, and B0 input to the image difference acquisition unit 42 are signals obtained from the pixels in the Bayer array, and thus do not have all the color components for all the pixels. Only one component of R, G, and B exists for the pixel. The same applies to the ambient light component output from the switch 423. Similarly, the pattern light component output from the difference calculation unit 422 is included in any one of the R, G, and B pixels (color signals R0, G0, and B0). Only component) is present.
  • the interpolation unit 424 receives the R, G, and B pattern light components IRrp, IRgp, and IRbp output from the difference calculation unit 422, and the missing component (color signal different from the color signal of each pixel).
  • the near-infrared components estimated to have been included in IRrp), IRrp, IRgp, and IRbp are interpolated.
  • the synthesis unit 425 synthesizes the three components IRrp, IRgp, and IRbp for each pixel output from the interpolation unit 424. This synthesis is performed by, for example, the following calculation, as in the case where the luminance signal is generated from the R, G, and B signals.
  • IRyp a1 * IRrp + a2 * IRgp + a3 * IRbp (1)
  • the result of synthesis by the synthesis unit 425 (near infrared component for each pixel) IRyp is supplied to the distance information generation unit 43 through the output terminal 428 as the pattern light component Sr.
  • the distance information generation unit 43 corresponds to each part of the pattern light image from the imaging unit 20 based on the pattern light component output from the image difference acquisition unit 42 and the information about the projection pattern separately supplied from the control unit 30. Information representing the distance to each part of the subject to be generated is generated.
  • a projection pattern including an identification code in addition to a light spot is used. First, the projection pattern will be described.
  • the projection pattern (projected image) projected by the projector 12 includes light spots arranged in a matrix as shown in FIG. 3, and an identification code is associated with each light spot in association therewith. It has a group of dots that have a role.
  • FIG. 8 shows an enlarged part of the projection pattern.
  • the minimum cell is called a dot position or a cell, and is a minimum unit that can be controlled to be on (a state where light is irradiated) or off (a state where light is not irradiated) in the projection pattern.
  • cells of 480 rows in the vertical direction and 650 columns in the horizontal direction are formed in the projection range.
  • a dot is constituted by a cell irradiated with light.
  • Each light spot MK is formed so as to occupy an area composed of cells in the on state in two rows in the vertical direction and two columns in the horizontal direction.
  • Each of the upper and lower rows and the left and right columns around the area of 2 rows and 2 columns is an area composed of off-state cells (cells not irradiated with light), and 4 rows and 4 including this area and the 2 rows and 2 columns area.
  • the row area is called a spot area MA.
  • DCa is a region that is adjacent to the right side of the spot region MA and is arranged in a row (a group of four dot positions that are adjacent to the spot region MA on the right side and aligned with each other). This is a region constituting the partial DCb.
  • the four cells of the first part DCa are indicated by reference numerals c1 to c4, respectively, and the four cells of the second part DCb are indicated by reference numerals c5 to c8, respectively.
  • Each cell of the first portion DCa and the second portion DCb can take either an on state (irradiated state) or an off state (non-irradiated state), and by this combination of on and off, An 8-bit identification code DC is configured.
  • the identification code DC associated with each light spot MK is used for identifying the light spot MK.
  • the cell adjacent to the right side of the first part DCa that is, the cell cbr adjacent to the lower side of the second part DCb is in the off state.
  • the entire projection pattern is configured by repeating a region MB composed of cells of 5 rows and 5 columns, in which the identification code DC and the cell cbr are added to the spot region MA of 4 rows and 4 columns.
  • the light spot MK is used for specifying the position of each part of the projection pattern, and is composed of 2 rows and 2 columns of dots. Therefore, the light spot MK has a relatively large area in the imaging unit 20, and thus appears as a relatively high brightness portion.
  • the identification code DC associated with each light spot MK is used to determine which of the many light spots included in the projection pattern is the light spot MK.
  • FIG. 9 shows an example of an identification code used in the projection pattern.
  • different “values” up to 55 ie different on / off combinations of identification codes are used.
  • the cell values (on or off) of the identification codes c1 to c8 of each number (No.) are indicated by “1” and “0”.
  • FIG. 10 shows an example of the arrangement of identification codes in the projection pattern (an example of the arrangement of areas made up of cells of 5 rows and 5 columns including each identification code).
  • Each square in FIG. 10 corresponds to a region MB made up of cells of 5 rows and 5 columns.
  • the numbers in each square indicate the identification code numbers (No.) in FIG.
  • the same identification codes are arranged in the vertical direction, and the identification codes are No. 1 in the horizontal direction from left to right. 0 to No. No. 55 are arranged in order. After No. 55 (on the right side), no. 0 is arranged, and the same arrangement is repeated (periodic arrangement).
  • the arrangement of the cells in the on state and the off state is the center of the projection pattern (projection). It is located at the midpoint of the vertical direction of the pattern and is point-symmetric with respect to the center of the light spot MK in the area MB including the identification code No. 28.
  • the identification codes associated with the adjacent light spots in the horizontal direction there is always only one place where the on state / off state is changed (the place where the on state is switched to the off state or the place where the off state is switched to the on state). It has become.
  • the projection pattern formed when the pattern light is projected onto a plane that is not perpendicular to the optical axis of the projector 12 is a quadrilateral other than a rectangle, and the rows and columns of the light spots are not parallel to each other. The distance will not be uniform. In the projection pattern formed when the pattern light is projected onto the curved surface, the rows and columns of the light spots are not linear. If the surface on which the pattern light is projected has irregularities, steps, etc., the relationship between the projection angles of each light spot (for example, the order of arrangement from the smallest) and the relationship between the incident angles of each light spot ( For example, the order in the case of arranging from the smallest may not match, and “replacement” may occur.
  • the 8-bit identification code itself does not include an amount of information that can identify the number of columns by itself, but, for example, even if there is a change between the light spots, a deviation from the original position (order) of each light spot is not possible.
  • the range of the change of the “value” of the identification code in the example shown in FIG. 10, the area MB composed of cells of 5 rows and 5 columns, 56 positions. It is possible to identify the position of the light spot, and by identifying the original position, it is possible to identify the column of the light spot to which the identification code is added.
  • said "replacement" arises because the light projector 12 and the imaging part 20 are arrange
  • an identification code may be set so that the vertical order can be identified in consideration of the possibility that the projector 12 and the imaging unit 20 are arranged at different positions in the vertical direction.
  • FIG. 11 shows a configuration example of the distance information generation unit 43.
  • the distance information generating unit 43 shown in FIG. 11 includes a binarizing unit 431, a spot area extracting unit 432, an identification code reading unit 433, a storage unit 434, a projection angle estimating unit 436, and an incident angle calculating unit 437. And a distance calculation unit 438.
  • the binarization unit 431 binarizes the pattern light component output from the image difference acquisition unit 42 and outputs a binary pattern light image.
  • the spot area extraction unit 432 extracts a spot area MA (area of 4 rows and 4 columns in FIG. 8) centered on each light spot from the pattern light image.
  • a spot area MA area of 4 rows and 4 columns in FIG. 8
  • four dots of 2 rows and 2 columns are arranged at regular intervals and located in the center, and their surroundings (upper and lower one row, A group of 4 ⁇ 4 cells composed of cells in the off state located in each of the left and right columns) is searched.
  • the group of four dots of 2 rows and 2 columns in the central portion is regularly arranged at equal intervals in the projection pattern, and therefore the same arrangement is also obtained in an image obtained by imaging. Is a condition.
  • the captured image does not always have the same interval due to the curvature, unevenness, step, etc. of the surface of the subject, so the pattern matching based on the similarity is performed to extract the spot area MA.
  • the identification code reading unit 433 reads the identification code DC from the identification code area adjacent to the extracted spot area MA.
  • the projection angle estimation unit 436 receives the identification code reading result from the identification code reading unit 433, and further receives data indicating the contents of the table of FIG. 9 (represents the relationship between each identification code and the position in the projection pattern) from the control unit 30.
  • Information Information Spa indicating the correspondence between Sdp and the position on the projection pattern and the projection angle is obtained, and the projection angle ⁇ of each light spot is estimated based on the information Spa. If the above information, that is, data Sdp indicating the contents of the table of FIG. 9 and information Spa indicating the correspondence between the position on the projection pattern and the projection angle is provided from the control unit 30, the projection angle estimation unit 436 stores the information. It may be held in a memory (not shown).
  • the projection angle estimation unit 436 estimates the projection angle.
  • the value of the read identification code DC is the identification code No. in the table of FIG. 0-No. 55 (ie, which position in the pattern the light spot is attached to) is determined, and the result of this determination and the position of the light spot in the vertical direction On the basis of the determination result, the position of the light spot in the horizontal direction of the projection pattern and the vertical method is specified.
  • the projection angle ⁇ is obtained based on the information Spa (given from the control unit 30) indicating the relationship between the identified position and the projection angle.
  • the incident angle calculation unit 437 determines the position of the light spot in the imaging surface, and the light spot based on the axial direction and the angle of view of the imaging unit. Is calculated. Information Szv representing the axial direction and the angle of view is supplied from the control unit 30.
  • the distance calculation unit 438 is based on the base line BL based on the projection angle ⁇ estimated by the projection angle estimation unit 436, the incident angle ⁇ calculated by the incident angle calculation unit 437, and the base line length Lpc supplied from the control unit 30. Calculate the distance to the surface of the subject on which the light spot is projected.
  • the distance Dr from the imaging unit 20 to the subject surface (spot SP) on which the light spot is formed is determined from the distance Dz to the base line BL obtained by Expression (3) and the incident angle ⁇ .
  • Dr Dz / cos ⁇ (4) Ask for.
  • the distance information Dr obtained by the distance information generation unit 43 is supplied to the display processing unit 49.
  • the ambient light type determination unit 44 determines the type of ambient light from the information Prp output from the control unit 30 and indicating the ratio of the R, G, and B components. Ambient light is classified into natural light such as sunlight and artificial illumination light, and artificial light is further classified according to the type of light source. For example, the ambient light type determination unit 44 compares the ratio Prp of the R, G, and B components with one or more predetermined determination reference values, and determines the type of ambient light based on the comparison result. . The type determination result Ltp in the ambient light type determination unit 44 is transmitted to the visible light image generation unit 46.
  • the visible light image generation unit 46 is based on the pixel values R1, G1, and B1 from the image difference acquisition unit 42 and the type determination result Ltp from the ambient light type determination unit 44, and is close to the pixel values R1, G1, and B1. Pixel values excluding the infrared components IRre, IRge, and IRbe, that is, R, G, and B component values (pixel values) R2, G2, and B2 in the visible region are calculated.
  • FIGS. 12A, 12B, and 12C are the same as FIGS. 6E, 6K, and 6P, respectively, but each component when the reflectance of the subject is 100%. The value of is indicated by a dotted line.
  • values G1 (100), Gg (100), IRge (100), Y1 (100), Yy (100), and IRyp (100) when the reflectance M is 100% are used. , “(100)” is attached.
  • the visible light image generation unit 46 From the information Ltp indicating the type from the ambient light type determination unit 44, the visible light image generation unit 46 has the same value Mo for the reflectance for near-infrared light and the reflectance for visible light (in particular, the G component here). Of the ambient light image (R1, G1, B1) in the case where it is assumed that the ratio of the near infrared component or the composition ratio Ey is estimated.
  • the ratio to (Mo)) is estimated.
  • the reflectance Mo is the same regardless of the value, the following description will be made assuming that the reflectance Mo is 100% in order to simplify the description.
  • the visible light image generation unit 46 multiplies the composition ratio Ey and the luminance value Y1 (M) to obtain the near infrared component IRge (M) included in the pixel value G1 (M1).
  • R2 (M) Rr (M)
  • B2 (M) Bb (M)
  • the proximity between R, G, and B components is calculated.
  • the values ( ⁇ ⁇ Ey, ⁇ ⁇ Ey) obtained by multiplying the above-mentioned composition ratio Ey by the parameters ⁇ and ⁇ taking into account the difference in the proportion of the infrared component are used.
  • FIG. 13 shows a configuration example of the visible light image generation unit 46 of FIG.
  • the visible light image generation unit 46 shown in the figure includes a composition ratio information generation unit 461, a luminance value calculation unit 463, a parameter generation unit 464, and a visible light component calculation unit 466.
  • the composition ratio information generation unit 461 generates information (configuration ratio information) indicating the composition ratio Er of the near-infrared component included in the pixel value of the environment light image from the type determination result Ltp by the environment light type determination unit 44. To do.
  • the configuration ratio information generation unit 461 includes a configuration ratio memory 462 that holds information indicating the configuration ratio of the near-infrared component included in the ambient light for each type of ambient light.
  • the configuration ratio memory 462 includes, for example, an LUT table, and when information indicating the type of environment is input as an address, information indicating the configuration ratio of near infrared light is read out. “The composition ratio of the near-infrared component included in the ambient light” depends on the spectral transmission characteristics of the color filters of the imaging unit 20 and the spectral sensitivity characteristics of the photoelectric conversion elements, and the output value of the imaging unit 20 by the ambient light. Of these, the composition ratio of the near-infrared component is meant.
  • the reflectance of the subject is the same value Mo for both visible light and near-infrared light
  • the case where the reflectance Mo is 100% will be described with reference to FIGS. 12A to 12C.
  • the component ratio Ey is the G component of the ambient light image shown in FIG.
  • the ambient light type determination unit 44 receives the information Prp indicating the ratio (ratio over the entire screen) of the R, G, and B components included in the control information, and based on this information, determines the ambient light type Ltp.
  • the component ratio information generation unit 461 reads the information indicating the component ratio Ey corresponding to the type Ltp (stored in association with the type) with reference to the component ratio memory 462 and outputs the information.
  • the information indicating the composition ratio Ey is obtained only once for the entire screen, for example, and is used as a common value for all pixels or regions in the screen.
  • the luminance value calculation unit 463 calculates the luminance value Y1 (M) for the pixel based on the pixel values R1, G1, and B1 output from the imaging unit 20.
  • the calculation of the luminance value can be performed by, for example, the following formula.
  • Y1 (M) ar ⁇ R1 (M) + ag ⁇ G1 (M) + ab ⁇ B1 (M) (5)
  • the type determination result Ltp in the ambient light type determination unit 44 is also transmitted to the parameter generation unit 464.
  • the parameter generation unit 464 includes a parameter memory 465 that holds parameters ⁇ and ⁇ for each ambient light.
  • the parameter generation unit 464 reads the values of the parameters ⁇ and ⁇ corresponding to the type from the parameter memory 465 and outputs the values according to the type determination result Ltp in the ambient light type determination unit 44.
  • the parameter ⁇ is included in the R component pixel value R1 (100) of the ambient light image when the subject is irradiated with the corresponding type of ambient light and the reflectance of the subject is a certain value Mo, for example, 100%.
  • the ratio (IRre (100) / IRge (100)) of the near infrared component value IRre (100) to the near infrared component value IRge (100) included in the pixel value G1 (100) of the G component is represented.
  • the parameter ⁇ is included in the B component pixel value B1 (100) of the ambient light image when the subject is irradiated with the corresponding type of ambient light and the reflectance of the subject is a certain value Mo, for example, 100%.
  • the ratio (IRbe (100) / IRge (100)) of the near infrared component value IRbe (100) to the near infrared component value IRge (100) included in the pixel value G1 (100) of the G component It is.
  • the values of ⁇ and ⁇ depend on the characteristics of the color filter in the imaging unit and the characteristics of the photoelectric conversion element, and are obtained in advance by experiments.
  • the visible light component calculation unit 466 multiplies the luminance value Y1 from the luminance value calculation unit 463 by the configuration ratio Ey from the configuration ratio information generation unit 461, thereby near-infrared included in the G signal of the ambient light image.
  • the visible light component calculation unit 466 converts the near-infrared components IRre, IRge, and IRbe included in the R signal, G signal, and B signal of the ambient light image thus obtained into the R signal, the G signal, By subtracting from the B signal, visible light components (values obtained by removing near-infrared components) R2, G2, and B2 are calculated.
  • the sensitization processing unit 47 performs multiplication or sensitization processing on the visible light image generated by the visible light image generation unit 46, and outputs a sensitized visible light image. This sensitization process is performed by weighting and adding pixel values of surrounding pixels to the pixel values R2, G2, and B2 output from the visible light image generation unit 46.
  • the pixel values R2, G2, and B2 output from the visible light image generation unit 46 do not have all the color components for all the pixels, and each pixel has any one color component according to the position in the Bayer array.
  • Has the value of The sensitization processing unit 47 adds the pixel values of the pixels of the same color (pixels having the same color component) around each pixel (target pixel) to obtain the sensitized (multiplied) pixel value.
  • the signals R3, G3, and B3 are output.
  • FIGS. 14A to 14C show pixels added to the target pixel.
  • the smallest square represents a pixel.
  • the target pixel is the R pixel RR34 as shown in FIG. 14A
  • the pixel RR12 on the left by two columns on the second row
  • the pixel RR32 on the same column on the second row
  • the second row The top two pixels right RR52, the same row two columns left pixel RR14, the same row two columns right pixel RR54, the second row down two columns left pixel RR16, the second row down pixel RR36
  • Eight pixels of the pixel RR56 on the right in the second column and two rows below are added.
  • NRR34 RR12 + RR32 + RR52 + RR14 + RR34 + RR54 + RR16 + RR36 + RR56 (7)
  • a value NRR34 obtained as a result of such pixel addition is output as a multiplied R component value R3.
  • the target pixel is the G pixel GB33
  • the pixel GB31 in the same column on the second row
  • the pixels GR22 and 1 on the left one column on the first row Pixel GR42 on the right by one column on the row
  • pixel GB13 on the left by two columns on the same row
  • pixel GB53 on the right by two columns on the same row
  • pixel GR24 on the left by one column on the first row
  • pixel on the right by one column on the bottom Eight pixels of GR44 and pixel GB35 in the same column under two rows are added.
  • NGB33 GB31 + GR22 + GR42 + GB13 + GB33 + GB53 + GR24 + GR44 + GB35 (8)
  • the value NGB33 obtained as a result of such pixel addition is output as a multiplied G component value G3.
  • the pixel of interest is a B pixel BB43 as shown in FIG. 14C
  • a peripheral pixel a pixel BB21 on the left and two columns on the second row, a pixel BB41 on the same column on the second row, Pixel BB61, two columns right on the second row, pixel BB23 two columns on the left in the same row, pixel BB63, two columns on the right in the same row, pixel BB25 on the second row, two columns on the left, and pixels in the same column on the second row
  • Eight pixels of BB45 and the pixel BB65 on the right by two columns and two rows below are added.
  • NBB43 BB21 + BB41 + BB61 + BB23 + BB43 + BB63 + BB25 + BB45 + BB65 (9)
  • a value NBB43 obtained as a result of such pixel addition is output as a multiplied B component value B3.
  • the above addition process is a process of mixing the peripheral pixels in the same frame with the target pixel. Since the peripheral pixels generally have the same pixel value as the target pixel, the signal component is increased. Has the effect of doubling. For example, when the pixel values of the surrounding eight pixels are added to each pixel of interest as described above (assuming that the surrounding pixels have the same pixel value as the pixel of interest), the addition result is 9 times the pixel value. However, as a result of adding (mixing) peripheral pixels, the resolution (still resolution) is lowered.
  • the weight of addition may be changed according to the peripheral pixel value, instead of adding the peripheral pixels evenly when adding the pixel values.
  • a weighted addition may be performed by increasing the weight for the pixel value of a pixel having a strong correlation with the target pixel.
  • the pixel values of the target pixel and the surrounding pixels are compared, and the addition weight is increased only for a pixel whose pixel value difference is equal to or less than a predetermined value with respect to the target pixel, and the addition weight is decreased for other pixels. It's also good.
  • a pixel at the same position as the target pixel in a different frame that is, a frame before and after the frame including the target pixel is added.
  • the preceding and following frames are not limited to the immediately preceding frame and the immediately following frame, but may be the immediately preceding predetermined number of frames and the immediately following predetermined number of frames. If pixels at the same position in different frames are added, the signal component can be enhanced while avoiding a decrease in still resolution, which is particularly effective when there is little movement of the image. However, the motion blur increases in the case of an image with intense motion.
  • both the peripheral pixels in the same frame and the pixels at the same position in different frames may be added to the target pixel, and further, the pixels around the pixels at the same position in different frames may be added. Also good. By doing so, the multiplication factor of the signal component can be further increased.
  • the video signal processing unit 48 performs color interpolation processing (interpolation of missing color components at each pixel position), tone correction processing, on the sensitized visible light image output from the sensitizing processing unit 47, Noise reduction processing, contour correction processing, white balance adjustment processing, signal amplitude adjustment processing, color correction processing, and the like are added, and images obtained as a result of these processing are output as corrected visible light images R4, G4, and B4.
  • the display processing unit 49 performs processing for displaying the corrected visible light image output from the video signal processing unit 48 in association with the distance information generated by the distance information generating unit 43.
  • FIGS. 15A and 15B show examples of output images of the display processing unit 49.
  • FIG. 15A shows a visible light image (non-projection image)
  • FIG. 15B shows an image with distance information.
  • an image with distance information an image in which luminance or color is assigned to the distance is displayed. For example, an image in which a visible light image is expressed by luminance and a distance is expressed by color is displayed.
  • an object existing in the imaging space is recognized, and an image in which character information indicating the distance of the object is superimposed and displayed on the visible light image is output.
  • the visible light image of FIG. 15 (a) may be displayed on one side, and the image with distance information shown in FIG. 15 (b) may be displayed on the other side.
  • the visible light image shown in FIG. 15 (a) and the image with distance information shown in FIG. 15 (b) may be displayed alternately on the screen, or the one selected by the user's operation may be displayed. good. In this case, it is desirable that the image with distance information is displayed synchronously with the same angle of view and the number of pixels as the visible light image.
  • the image (indicating signal) associated with the distance information is output to a display device (not shown).
  • FIG. FIG. 16 shows a configuration of an image generation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the illustrated image generation apparatus is generally the same as the configuration shown in FIG. 1, but differs in the following points. That is, a visible light image generation unit 46b is provided instead of the visible light image generation unit 46 of FIG.
  • the visible light image generation unit 46 obtains the composition ratio Ey with respect to the luminance value of the near-infrared component included in the value of the G component of the ambient light image, and stores the parameters ⁇ and ⁇ stored in advance.
  • pixel values R2, G2, and B2 having only a visible light component are calculated based on the composition ratio Ey
  • the near-infrared component IRre included in the value of the R signal of the ambient light image is calculated using the component ratio (first component ratio) Er of the NIR
  • the component ratio (second component ratio) Eg of the near-infrared component IRge included in the value of the G signal of the ambient light image is calculated.
  • Is used to calculate the pixel value G2, and the pixel value B2 is calculated using the component ratio (component ratio of 3) Eb of the near-infrared component IRbe included in the value of the B signal of the ambient light image.
  • FIG. 17 shows the visible light image generation unit 46b used in the second embodiment.
  • the visible light image generation unit 46b in FIG. 17 includes a configuration ratio information generation unit 461b, a reflectance calculation unit 467, an intensity ratio calculation unit 468, and a visible light component calculation unit 466b.
  • the composition ratio information generation unit 461b includes a composition ratio memory 462b.
  • the configuration ratio memory 462b is information (configuration) that indicates the configuration ratios Er, Eg, and Eb of the near-infrared components IRre, IRge, and IRbe included in the pixel values R1, G1, and B1 of the R, G, and B components of the ambient light image. Ratio information) is stored for each type of ambient light.
  • the composition ratios Er, Eg, and Eb are each expressed by the following formula.
  • the configuration ratio information generation unit 461b reads information indicating the configuration ratios Er, Eg, and Eb corresponding to the type Ltp determined by the ambient light type determination unit 44 from the configuration ratio memory 462b and outputs the information.
  • the reflectance calculation unit 467 includes the value of the pattern light component output from the image difference acquisition unit 42 (represents the intensity of light reflected from the subject and incident on the imaging unit 20 out of the pattern light), and the control unit 30 based on the pattern light projection intensity St (information indicating) and the distance information Dr of the subject calculated by the distance information generation unit 43, the reflectance of the near-infrared component of the subject for each region on the image M is obtained, and information (reflectance information) M indicating the reflectance is output.
  • This reflectance is obtained, for example, as follows.
  • the control unit 30 controls the light projecting intensity of the projector 12, and for this purpose, information indicating the light projecting intensity is generated.
  • Information indicating the light projection intensity St for this control is supplied to the visible light image generator 46b.
  • the dots constituting the pattern are formed by a single laser beam collimated by the collimator lens 14,
  • the size of the dot itself does not change regardless of the subject distance. Accordingly, it can be assumed that there is no attenuation with respect to the propagation from the projector 12 to the subject. In addition, although there is attenuation due to scattering by particles in the air, it can be ignored as compared with the attenuation obtained by Equation (10).
  • the intensity of light actually reaching the imaging unit 20 is Sr.
  • the actual reflected light intensity Sr is obtained from the difference in brightness of the captured image during pattern light projection and non-projection. That is, the size of the pattern light component output from the image difference acquisition unit 42, that is, IRyp (M) in FIG. 12C represents the intensity Sr of the reflected light. On the other hand, Sr0 corresponds to IRyp (100) in FIG. Since the intensity of the reflected light is obtained for each spot in each frame, the reflectance M is obtained for each area of the image corresponding to each spot.
  • the image is divided into a plurality of regions, and the average value (simple average value or weighted average value) Ma of the reflectance for the spots included in each region is used as the reflectance M for all the spots in the region. Also good. Further, instead of obtaining the reflectance for each region, the reflectance may be obtained for each pixel. For example, for each pixel, the average value (simple average value or weighted average value) Mp of the reflectance for the spot included in the region centered on the pixel may be used as the reflectance M for the pixel.
  • the intensity ratio calculation unit 468 calculates and outputs intensity ratios Psr, Psg, and Psb for each of R, G, and B by multiplying the composition ratios Er, Eg, and Eb by the reflectance M.
  • the intensity ratios Psr, Psg, and Psb are ratios of near-infrared components (IRre (M) / R1) included in R, G, and B pixel values (pixel values output from the imaging unit 20) in each region of the image. (100), IRge (M) / G1 (100), IRbe (M) / B1 (100)).
  • the visible light component calculation unit 466b multiplies the intensity ratios Psr, Psg, and Psb by the pixel values R1, G1, and B1 of the ambient light image, so that the near red included in the R signal, the G signal, and the B signal of the ambient light.
  • IRre R1 ⁇ Psr
  • pixel values having only a visible light component values obtained by removing near-infrared components
  • the pixel values R2, G2, and B2 of the visible light image obtained as described above are supplied to the sensitization processing unit 47. Except for the above, the second embodiment is the same as the first embodiment.
  • the ratio Prp of the R, G, and B components is obtained based on the signals R1, G1, and B1 output from the image difference acquisition unit 42, but the present invention is limited to this.
  • the ratio Prp may be obtained based on the signals R2, G2, and B2 output from the visible light image generation unit 46, and based on the signals R3, G3, and B3 output from the sensitization processing unit 47. It may be obtained based on the signals R4, G4, and B4 output from the video signal processing unit 48, and further obtained based on the signals R0, G0, and B0 output from the A / D converter 41. good.
  • a laser is used as the light source of the projector 12.
  • another light source such as an LED is used instead, the same operation is performed as long as the characteristics of the incident light of the diffraction grating are satisfied. Similar effects can be obtained.
  • the projector 12 projects the pattern formed on the diffraction grating 16 by the laser light source 13, but the laser beam is scanned two-dimensionally at high speed (within one frame period).
  • a configuration in which a pattern is projected by scanning the entire field of view operates in the same manner and provides the same effect.
  • the projector 12 projects pattern light every other frame period, but the present invention is not limited to this, and pattern light projection is performed every two frame periods or more. In short, it may be performed every predetermined number of frame periods.
  • the image difference acquisition unit 42 determines the pattern light from the difference between each projection image and the non-projection image obtained in the frame period immediately before or immediately after the frame period in which the projection image is obtained. An image may be generated.
  • the pattern light is calculated from the difference between each projection image and the average of the non-projection images obtained in a plurality of frame periods before and after the frame period in which the projection image was obtained. An image may be generated.
  • an image generation apparatus that can acquire distance information to an object existing in an imaging space in association with a captured image.
  • the image generation apparatus of the present invention can be applied to intrusion monitoring in monitoring applications because it can simultaneously acquire an intruder image and distance, for example.
  • the image generation apparatus of the present invention can also be applied to driving assistance based on obstacle detection in front of or behind the vehicle, for example, parking assistance.
  • the composition of the near infrared light included in the ambient light and the near infrared light reflectance of the subject By correcting the pixel value and correcting the pixel value, it is possible to remove the near-infrared component and obtain an image with high color reproducibility even when an imaging unit having sensitivity to near-infrared light is used.
  • each part of the image generation apparatus or a part of steps constituting the image generation method can be realized by software, that is, by a programmed computer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

　撮像信号のＲＧＢ比から環境光の種別を判定し（４４）、環境光の種別から環境光に含まれる近赤外成分（ＩＲｒｅ、ＩＲｇｅ、ＩＲｂｅ）の構成比（Ｅｙ；Ｅｒ、Ｅｇ、Ｅｂ）を推定し、該構成比に基づいて、環境光画像において、環境光に含まれる近赤外成分を推定し、該近赤外成分を、環境光画像（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）から減算することで可視光画像（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を生成する（４６）。構成比として、環境光画像のＧ信号の値に含まれる近赤外成分の、環境光画像の輝度値に対する比（ＩＲｇｅ／Ｙ１）が用いられる。距離情報付き画像の生成時に撮影画像の画像信号から近赤外成分を除去し、色再現性の高い画像を得ることができる。

Description

画像生成装置
　本発明は、撮像空間に存在する物体までの距離情報を撮像画像に対応付けて取得することができる、画像生成装置に関する。
　従来の車両周辺監視装置として、投光器から空間パターン光を照射し、パターン光を照射した観測領域の画像をカメラで撮影し、撮影画像におけるパターン光の照射方向とパターン光の撮像方向と、投光器とカメラの相対位置関係とに基づいて、観測領域に存在する物体までの距離を計測するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－０６７３６２号公報（第２頁、請求項１）
　従来の監視装置においては、照射されるパターン光が視認されることにより観測領域に存在する物体を肉眼で認識しづらくなる問題を避けるため、パターン光としては近赤外線など不可視な波長帯の光を用いることが一般的である。
　この時カメラでパターン光を撮影するためには、パターン光の波長にも感度をもつカメラを用いることが必要となる。可視光以外の波長にも感度を持つカメラで撮影を行うと、パターン光を投写しない場合の撮影においても、環境光に含まれる可視光以外の成分の影響を受け、撮影画像の色再現性が低下し、被写体を正しく識別できなくなるという問題がある。
　この発明は上述のような問題を解決するためになされたもので、距離情報付き画像の生成時に撮影画像の画像信号から、環境光に含まれる可視光以外の成分の影響を除去し、色再現性の高い画像を得ることを目的とする。
　上記の課題を解決するため、本発明の画像生成装置は、
　撮像空間に近赤外波長のパターン光を所定数のフレーム期間おきに投写する投光器と、
　環境光により照射されるとともに、前記パターン光を所定数のフレーム期間おきに投写される前記撮像空間内の被写体を撮像して、それぞれ撮像画像のＲ成分、Ｇ成分、及びＢ成分を表すＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号を含む撮像信号を出力する撮像部と、
　前記投光器に対して前記パターン光の投写強度の指示を与える制御部と、
　前記撮像部による撮像で得られた撮像信号のうち、前記パターン光の投写時に得られた撮像信号と前記パターン光の非投写時に得られた撮像信号の差分を求めることで、パターン光画像を生成するとともに、前記パターン光の非投写時に得られた撮像信号から環境光画像を生成する画像差分取得部と、
　前記環境光の種別を判定する環境光種別判定部と、
　前記環境光種別判定部により判定された前記環境光の種別から、前記環境光に含まれる近赤外波長の光の構成比を示す構成比情報を生成し、生成した前記構成比情報に基づいて、前記環境光画像において、前記環境光に含まれる前記近赤外波長の光による成分を推定し、前記近赤外波長の光による成分を、前記環境光画像から減算することで可視光画像を生成する可視光画像生成部を備え、
　前記環境光種別判定部は、前記撮像画像、前記環境光画像、又は前記可視光画像におけるＲ、Ｇ、Ｂ成分の比率から前記環境光の種別を判定する
　ことを特徴とする。
　本発明によれば、距離情報付き画像の生成時に撮影画像の画像信号から可視光以外の波長での環境光成分を除去し、色再現性の高い画像を得ることができる。
本発明の実施の形態１の画像生成装置を示すブロック構成図である。 図１の撮像部２０の構成例を示す概略図である。 図１の投光器１２及び撮像部２０の配置を立体的に示す図である。 実施の形態１における投光器と撮像部の配置を示す図である。 図１の投光器１２の構成例を示す概略図である。 （ａ）～（ｐ）は、画像処理部４０の各部に現れるデータに含まれる成分を示す図である。 図１の画像差分取得部４２の構成例を示すブロック図である。 投写パターンの一部を拡大して示す図である。 図９は投写パターンで使用する識別コードの例を示す図である。 投写パターン内での識別コードの配置の例を示す図である。 図１の距離情報生成部４３の構成例を示すブロック図である。 （ａ）～（ｃ）は、画像処理部４０の各部に現れるデータに含まれる成分を示す図である。 図１の可視光画像生成部４６の構成例を示すブロック図である。 （ａ）～（ｃ）は、図１の増感処理部４７で加算される画素の配置を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１の表示処理部の出力画像の例を示す。 本発明の実施の形態２の画像生成装置を示すブロック構成図である。 図１６の可視光画像生成部４６ｂの構成例を示すブロック図である。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１における画像生成装置の構成を示す。図示の画像生成装置は、パターン光生成部１０と、撮像部２０と、制御部３０と、画像処理部４０とを有する。
　パターン光生成部１０は、駆動部１１と投光器１２を含む。
　撮像部２０は、図２に示されるように、レンズ２２と、撮像素子２４とを備える。
　図３は、投光器１２及び撮像部２０とともに、撮像空間（撮像対象空間）ＪＳを立体的に表す。図３では、撮像空間ＪＳに直方体の被写体ＯＪ１と球体の被写体ＯＪ２があるものとしている。
　本発明の画像生成装置は、図３に示すように、投光器１２により被写体ＯＪ１、ＯＪ２に向けて近赤外波長のパターン光の投写を行い、撮像部２０による撮像によって得た情報に基づいて、撮像された被写体ＯＪ１、ＯＪ２の各部までの距離を求め、画像情報と、画像の各部についての距離情報を得る。
　投光器１２により投写されるパターン光は、投写パターンを生じさせるものである。図３に示す例では、投写パターンは、マトリックス状に、即ち横方向（行方向）及び縦方向（列方向）に整列した光スポットを形成するものである。
　図４は、投光器１２及び撮像部２０と、撮像空間内の被写体ＯＪ１、ＯＪ２上の任意の点に形成された一つの光スポットＳＰとを上方から見た図である。投光器１２と撮像部２０は、図示の例では、水平方向に距離Ｌｐｃだけ離して配置されている。投光器１２と撮像部２０とを結ぶ直線を基線ＢＬと言い、距離Ｌｐｃを基線長と言う。
　投光器１２から投写した光により撮像空間ＪＳ中の被写体ＯＪ１、ＯＪ２の一つに光スポットＳＰが形成され、この光スポットＳＰからの光を撮像部２０で受けたとする。その場合、投光器１２からの光スポットＳＰへの投写角φと、光スポットＳＰから撮像部２０への入射角θと、基線長Ｌｐｃが分かれば、三角測量の原理に基づき、基線ＢＬから被写体ＯＪ１、ＯＪ２上の光スポットＳＰまでの距離Ｄｚを計算により求めることができる。
　投写角φは、図４に示すように、基線ＢＬと光スポットＳＰを含む平面内において、基線ＢＬに垂直な線と、投光器１２と光スポットＳＰを結ぶ線の成す角である。
　入射角θは、図４に示すように、基線ＢＬと光スポットＳＰを含む平面内において、基線ＢＬに垂直な線と、撮像部２０と光スポットＳＰを結ぶ線の成す角である。
　撮像部２０における入射角θは、撮像素子２４の撮像面のどの位置に光スポットＳＰの像が形成されたか、及び撮像素子２４の軸線の方向、並びに画角に基づいて求めることができる。
　投光器１２からの投写角φは、投光器１２の構成によって予め定まっており、従って既知である。
　投光器１２からそれぞれ異なる投写角で多数の光スポットを投写して、これらの光スポットを撮像部２０で撮像する場合には、それぞれの投写角が既知であれば、撮像面上の光スポットの画像上の位置の相互関係に基づいて、各光スポットの投写角を推定することができる。
　投光器１２は、図５に示すように、レーザー光源１３、コリメートレンズ１４、アパーチャ１５、及び回折格子１６を備える。
　駆動部１１（図１）は、制御部３０により制御されて、レーザー光源１３を発光させ、レーザー光源１３から出射されたレーザー光はコリメートレンズ１４で平行光にされ、アパーチャ１５で予め定められたビーム径にされる。
　アパーチャ１５から出た光は、回折格子１６に入射する。回折格子１６は、予め定められた投写パターンを生成するためのパターン光を撮像空間ＪＳに投写する。
　撮像部２０のレンズ２２（図２）は、被写体像を撮像素子２４の撮像面上に合焦させる。
　撮像素子２４は入射像を光電変換した撮像信号を出力する。撮像素子２４は例えばＲ、Ｇ、Ｂの画素がベイヤ型に配列されたものであり、撮像信号としては、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号が出力される。撮像素子２４の各画素は光電変換素子と光電変換素子の入射側に設けられた色フィルタとにより構成される。
　撮像部２０は、撮像空間ＪＳの被写体ＯＪ１、ＯＪ２の撮像を行う。この撮像は、予め定められたフレーム周波数（フレームレート）、例えば３０ｆｐｓで行われ、撮像により、複数の連続したフレームの画像が得られ、フレーム周期毎に１フレームの画像を表す、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０が出力される。
　撮像空間の被写体は、パターン光の投写を受けるほか、環境光により照射されている。
　被写体ＯＪ１、ＯＪ２にパターン光が投写されているときは、被写体ＯＪ１、ＯＪ２で反射した環境光による成分（環境光成分乃至環境光画像）に、被写体ＯＪ１、ＯＪ２で反射したパターン光による成分（パターン光成分乃至パターン光画像）が重畳された画像（を表す信号）が、撮像部２０から出力される。
　被写体ＯＪ１、ＯＪ２にパターン光が投写されていないときは、被写体ＯＪ１、ＯＪ２で反射した環境光による成分（環境光成分乃至環境光画像）のみから成る画像（を表す信号）が、撮像部２０から出力される。
　画像処理部４０（図１）は、Ａ／Ｄ変換器４１と、画像差分取得部４２と、距離情報生成部４３と、環境光種別判定部４４と、可視光画像生成部４６と、増感処理部４７と、映像信号処理部４８と、表示処理部４９とを備えている。
　Ａ／Ｄ変換器４１は、撮像部２０の出力を、例えば各々８ビット（２５６階調）のデジタル信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０に変換する。
　制御部３０は、パターン光生成部１０、撮像部２０及び画像処理部４０の制御を行う。
　具体的には、制御部３０は、撮像部２０の撮像素子２４の撮像モード、フレーム周波数、露光時間、絞り、アナログゲインなどを制御する。露光時間、絞り、アナログゲインの制御に当たっては、撮像された画像の明るさが一定となるように調整を行う。
　制御部３０はまた、Ａ／Ｄ変換器４１に対して動作のタイミングを制御するための信号を供給する。
　制御部３０はまた、パターン光生成部１０によるパターン光の投写強度の制御を行う。
　投写強度の制御に当たっては、パターン光投写時の信号の値とパターン光非投写時の信号の値との差分が一定となるように調整を行う。
　制御部３０はまた、パターン光生成部１０の動作と撮像部２０の動作を同期化させるための制御を行う。すなわち、制御部３０は撮像部２０に対し、
　予め定められたフレーム周波数で撮像を繰り返すように制御を行うとともに、パターン光生成部１０に対し、１フレーム期間おきにパターン光の投写と非投写を交互に繰り返すように制御を行う。具体的には、制御部３０は、レーザー光源１３が１フレーム期間おきに発光状態、非発光状態になるように駆動部１１を制御する。
　制御部３０は、さらに、パターン光生成部１０が投写状態にあるか（レーザー光源１３が発光状態にあるか）、非投写状態にあるか（レーザー光源１３が非発光状態にあるか）を示す信号Ｓｎｆを画像差分取得部４２に供給する。
　制御部３０はまた、環境光画像におけるＲ、Ｇ、Ｂ成分の比率を示す情報Ｐｒｐを生成する。そのため、例えば画面全体又はそれぞれ画面の一部を示す領域毎に画像差分取得部４２から出力されるＲ、Ｇ、Ｂの信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の積算値の比率を求める。制御部３０は、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分の比率を示す情報Ｐｒｐを映像信号処理部４８に供給する。映像信号処理部４８では、上記の比率を示す情報Ｐｒｐを白バランス調整のために用いる。
　本実施の形態では上記の比率を示す情報Ｐｒｐを、環境光種別判定部４４にも供給し、環境光種別判定部４４ではこの情報を用いて環境光の種別の判定を行う。
　制御部３０はさらに、投光器１２によって投写されるパターン光に含まれる光スポットの各々の、投写パターン内の位置の関係を示す情報Ｓｄｐ、投写パターン上の位置と投写角の対応関係を示す情報Ｓｐａ、及び撮像部２０の軸線方向及び画角を表す情報Ｓｚｖ、並びに基線長Ｌｐｃを表す情報を保持しており、距離情報生成部４３に供給する。
　投光器１２が１フレーム期間おきにパターン光の投写を断続的に行うので、撮像部２０では、パターン光が投写されているときの画像（投写時画像）とパターン光が投写されていないときの画像（非投写時画像）、即ち環境光のみによる画像（環境光画像）が１フレーム期間おきに交互に得られる。
　Ａ／Ｄ変換器４１から出力される色成分の信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０は、図６（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｇ）、（ｈ）に示すように、本来のそれぞれの色の成分Ｒｒ、Ｇｇ、Ｂｂを含むほか、それぞれの画素の色フィルタが近赤外領域にも透過性を有するため、近赤外光による成分（近赤外成分）ＩＲｒ、ＩＲｇ、ＩＲｂをも含む。ここで、「本来のそれぞれの色の成分」Ｒｒ、Ｇｇ、Ｂｂは、色フィルタが近赤外光（近赤外波長の光）に対して透過性を有しない場合、及び／又は光電変換素子が近赤外光に対して感度を有しない場合に、撮像部２０から出力される成分である。
　投光器１２が投写状態（オン）のフレームに得られた信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０の、近赤外成分ＩＲｒ、ＩＲｇ、ＩＲｂには、図６（ａ）、（ｄ）、（ｇ）に示すように、パターン光による成分ＩＲｒｐ、ＩＲｇｐ、ＩＲｂｐと、環境光による成分ＩＲｒｅ、ＩＲｇｅ、ＩＲｂｅとが含まれ、投光器１２が非投写状態（オフ）のフレームに得られた信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０の、近赤外成分ＩＲｒ、ＩＲｇ、ＩＲｂには、図６（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）に示すように、パターン光による成分ＩＲｒｐ、ＩＲｇｐ、ＩＲｂｐが含まれず、環境光による成分ＩＲｒｅ、ＩＲｇｅ、ＩＲｂｅのみが含まれる。
　相前後するフレーム間での画像の変化（動き）を無視すれば、相前後するフレーム間で、信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０の差を求める（パターン光による成分を含む信号からパターン光による成分を含まない信号を減算する）ことで、図６（ｍ）、（ｎ）、（ｏ）に示すパターン光成分ＩＲｒｐ、ＩＲｇｐ、ＩＲｂｐを表す信号、或いは該信号で表される画像（パターン光画像）を得ることができる。
　また、パターン光による成分を含まないフレームの信号のみを選択して出力することで、図６（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）に示される環境光成分Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を表す信号、或いは該信号で表される画像（環境光画像乃至非投写時画像）を生成することができる。
　画像差分取得部４２の役割は、上記のように、パターン光による成分のみからなる画像（パターン光画像）（図６（ｍ）、（ｎ）、（ｏ））と、パターン光による成分を含まないフレームの画像（環境光画像）Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１（図６（ｂ）、（ｅ）、（ｈ））とを生成することである。
　信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１にも、図６（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）に示すように、環境光による近赤外成分ＩＲｒｅ、ＩＲｇｅ、ＩＲｂｅが含まれている。可視光画像生成部４６の役割は、信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１から、近赤外成分ＩＲｒｅ、ＩＲｇｅ、ＩＲｂｅを除去し、図６（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）に示すように、本来のそれぞれの色成分Ｒｒ、Ｇｇ、Ｂｂのみから成る信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を生成することである。
　なお、図６（ｊ）には、図６（ａ）、（ｄ）、（ｇ）の信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０を合成することで得られる輝度信号Ｙ０が示されている。この輝度信号Ｙ０には、本来の輝度成分Ｙｙと、近赤外成分ＩＲｙとが含まれる。近赤外成分ＩＲｙには、パターン光による成分ＩＲｙｐと、環境光による成分ＩＲｙｅとが含まれる。
　図６（ｋ）には、図６（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）の信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を合成することで得られる輝度信号Ｙ１が示されている。この輝度信号Ｙ１には、本来の輝度成分Ｙｙと、環境光による近赤外成分ＩＲｙｅとが含まれる。
　図６（ｌ）には、図６（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）の信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を合成することで得られる輝度信号Ｙ２が示されている。この輝度信号Ｙ２には、本来の輝度成分Ｙｙのみが含まれる。
　図６（ｐ）には、図６（ｍ）、（ｎ）、（ｏ）の信号ＩＲｒｐ、ＩＲｇｐ、ＩＲｂｐを合成することで得られる信号ＩＲｙｐが示されている。この信号ＩＲｙｐは、撮像されたパターン光の強度Ｓｒを表す。
　以下、各部の処理を詳細に説明する。
　画像差分取得部４２は、Ａ／Ｄ変換器４１から出力される信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０を受け、パターン光が投写されているときの画像とパターン光が投写されていないときの画像とに基づいて、パターン光による画像（パターン光画像）と、パターン光成分を除いた画像（環境光画像）とを生成する。例えば、パターン光が投写されていないフレーム期間に得られた画像を環境光画像として出力し、相前後する２つのフレーム期間のうち、パターン光が投写されているフレーム期間における撮像（露光）で得られた画像からパターン光が投写されていないフレーム期間における撮像（露光）で得られた画像を差し引くことで得られた画像をパターン光画像として出力する。具体的には、パターン光が投写されているフレーム期間に得られたＲ、Ｇ、Ｂ成分の信号からパターン光が投写されていないフレーム期間に得られたＲ、Ｇ、Ｂ成分の信号を差し引き、これらを組み合わせることで単一のパターン光成分を表す信号を生成する。
　図７は画像差分取得部４２の構成例を示す。
　フレーム遅延部４２１は、Ａ／Ｄ変換器４１から入力端子４２０を介して供給される撮像信号Ｄ４１（Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０）を、１フレーム期間遅延させてフレーム遅延撮像信号Ｄ４２１を出力する。
　差分演算部４２２は、撮像信号Ｄ４１とフレーム遅延撮像信号Ｄ４２１の差分（パターン光が投写されているフレームの撮像信号から、パターン光が投写されていないフレームの撮像を減算することで得られる差分）を求め、差分信号Ｄ４２２を生成する。
　スイッチ４２３は、投光器１２がパターン光を投写していないフレームについての撮像信号Ｄ４１が入力端子４２０に供給されるタイミングで閉じて、該信号を、環境光成分Ｄ４２３（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）として出力端子４２７から可視光画像生成部４６に出力する。
　上記のフレーム遅延部４２１、差分演算部４２２、スイッチ４２３による処理は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分毎に別個に行われる。即ち、入力端子４２０にＲ信号Ｒ０が入力されているときは、Ｒ信号Ｒ０の、パターン光成分ＩＲｒｐと環境光成分（Ｒｒ＋ＩＲｒｅ）への分離が行われ、入力端子４２０にＧ信号Ｇ０が入力されているときは、Ｇ信号Ｇ０の、パターン光成分ＩＲｒｐと環境光成分（Ｇｇ＋ＩＲｇｅ）への分離が行われ、入力端子４２０にＢ信号Ｂ０が入力されているときは、Ｂ信号Ｂ０の、パターン光成分ＩＲｂｐと環境光成分（Ｂｂ＋ＩＲｂｅ）への分離が行われる。
　画像差分取得部４２に入力されるＲ、Ｇ、Ｂ信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０は、ベイヤ配列の画素で得られた信号であるので、すべての画素についてすべての色成分を有するわけではなく、各画素についてはＲ、Ｇ、Ｂのうちの一つの成分のみが存在する。スイッチ４２３から出力される環境光成分も同様である。差分演算部４２２から出力されるパターン光成分についても同様に、それぞれＲ、Ｇ、Ｂのいずれか一つの画素で得られた成分（色信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０のいずれか一つに含まれていた成分）のみが存在する。
　補間部４２４は、差分演算部４２２から出力される、Ｒ、Ｇ、Ｂのパターン光成分ＩＲｒｐ、ＩＲｇｐ、ＩＲｂｐを受けて、各画素について欠落している成分（各画素の色信号と異なる色信号に含まれていたと推定される近赤外成分）ＩＲｒｐ、ＩＲｇｐ、ＩＲｂｐを補間する。
　合成部４２５は、補間部４２４から出力された各画素についての３つの成分ＩＲｒｐ、ＩＲｇｐ、ＩＲｂｐを合成する。
　この合成は、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号から輝度信号を生成する場合と同様に、例えば、下記の演算で行われる。
　ＩＲｙｐ＝ａ１×ＩＲｒｐ＋ａ２×ＩＲｇｐ＋ａ３×ＩＲｂｐ　　　（１）
　式（１）において、
　ａ１、ａ２、ａ３は、
　ａ１＋ａ２＋ａ３＝１
となるように予め定められた係数である。係数ａ１、ａ２、ａ３は、撮像部２０のＲ、Ｇ、Ｂの色フィルタの近赤外成分に対する分光透過特性、Ｒ、Ｇ、Ｂの光電変換素子の近赤外成分に対する分光感度特性により定められる。また、簡単化のため、例えば、
　ａ１＝ａ２＝ａ３＝１／３
　としても良い。
　合成部４２５による合成の結果（各画素についての近赤外成分）ＩＲｙｐは、パターン光成分Ｓｒとして出力端子４２８を介して距離情報生成部４３に供給される。
　距離情報生成部４３は、画像差分取得部４２から出力されるパターン光成分と、制御部３０から別途供給される投写パターンについての情報に基づいて、撮像部２０から、パターン光画像の各部に対応する被写体の各部までの距離を表す情報を生成する。距離情報生成部４３における距離情報生成のため、投写パターンとして、光スポットのほかに識別コードを含むものが用いられる。そこで、まず、投写パターンについて説明する。
　上記のように、投光器１２により投写される投写パターン（投写像）は、図３に示すようにマトリックス状に配列された光スポットを含むものであるが、それに付随して各光スポットの近傍に識別コードとして役割を持つドット群を備えている。
　図８は、投写パターンの一部を拡大して示すものである。以下では、説明を簡単にするため、投写パターンが、投光器１２の光軸に対して垂直な平面上に投写された場合を想定して説明する。
　最小のマスはドット位置乃至セルと呼ばれるものであり、投写パターンにおいて、オン（光が照射された状態）又はオフ（光が照射されない状態）を制御可能な最小単位である。例えば、投写範囲内に縦方向４８０行、横方向６５０列のセルが形成される。光が照射された状態のセルによりドットが構成される。
　各光スポットＭＫは、縦方向２行、横方向２列の、オン状態のセルから成る領域を占めるように形成される。
　２行２列の領域の周囲の上下各１行、左右各１列はオフ状態のセル（光が照射されないセル）からなる領域であり、この領域と２行２列の領域を含む４行４列の領域をスポット領域ＭＡと言う。
　４行４列のスポット領域ＭＡの下側に隣接する１行のセル（スポット領域ＭＡに対して下側で隣接し、互いに整列した４つのドット位置の群）は、識別コードの第１の部分ＤＣａを構成する領域であり、スポット領域ＭＡの右側に隣接する１列のセル（スポット領域ＭＡに対して右側で隣接し、互いに整列した４つのドット位置の群）は、識別コードの第２の部分ＤＣｂを構成する領域である。第１の部分ＤＣａの４つのセルはそれぞれ符号ｃ１～ｃ４で示され、第２の部分ＤＣｂの４つのセルはそれぞれ符号ｃ５～ｃ８で示される。
　第１の部分ＤＣａ及び第２の部分ＤＣｂの各セルはオン状態（照射された状態）又はオフ状態（照射されない状態）のいずれかを取ることが可能であり、このオン、オフの組み合わせにより、８ビットの識別コードＤＣが構成される。各光スポットＭＫに付随した識別コードＤＣは、当該光スポットＭＫの識別のために用いられる。
　第１の部分ＤＣａの右側に隣接するセル、即ち第２の部分ＤＣｂの下側に隣接するセルｃｂｒは、オフ状態のものである。
　投写パターンの全体は、上記の４行４列のスポット領域ＭＡに、識別コードＤＣ及びセルｃｂｒを加えた、５行５列のセルからなる領域ＭＢの繰り返しで構成される。
　光スポットＭＫは、投写パターンの各部の位置を特定するために用いられ、２行２列のドットから成るので、撮像部２０において比較的大面積で、従って、比較的高輝度の部分として見える。
　各光スポットＭＫに付随した識別コードＤＣは、当該光スポットＭＫが投写パターンに含まれる多数の光スポットのうちのどれであるかの判定に用いられるものである。
　図９は投写パターンで使用する識別コードの例を示したものである。図示の例では、Ｎｏ．０からＮｏ．５５までの５６個の互いに異なる「値」、即ち異なるオン、オフの組み合わせの識別コードが用いられる。各番号（Ｎｏ．）の識別コードのｃ１からｃ８までのセルの値（オン又はオフ）が「１」、「０」で示されている。
　図１０は投写パターン内での識別コードの配置の例（各識別コードを含む５行５列のセルから成る領域の配置の例）を示す。図１０中の各マスが５行５列のセルから成る領域ＭＢに相当する。各マス内の数字は、図９の識別コードの番号（Ｎｏ．）を示す。
　図１０に示す例では、垂直方向には同じ識別コードが並べられ、水平方向には、左から右へ、識別コードがＮｏ．０からＮｏ．５５まで順に並べられ、Ｎｏ．５５の次（右側）には、再びＮｏ．０が配置され、以下同様の配置の繰り返し（周期的な配置）となっている。
　図８及び図９の識別コードを、図１０のように配列すると、オン状態及びオフ状態のセルの配列（オン状態のセルの配列及びオフ状態のセルの配列）が、投写パターンの中心（投写パターンの垂直方向の中点に位置し、Ｎｏ．２８の識別コードを含む領域ＭＢ内の光スポットＭＫの中心）を中心として、点対称となる。
　また、水平方向において隣接する光スポットに付随する識別コード間では、オン状態／オフ状態の変更箇所（オン状態からオフ状態へ切り替わる箇所又はオフ状態からオン状態へ切り替わる箇所）が必ず一箇所のみとなっている。
　８個のセルｃ１～ｃ８のオンオフの組合せは２５６通りあるが、そのすべてを利用するのではなく、上記の条件を満たすようにするため、２５６通りの組合せのうち、５６通りの組合せのみが識別コードとして用いられている。
　投光器１２の光軸に対して垂直でない平面にパターン光が投写された場合に形成される投写パターンは、矩形以外の四辺形となり、光スポットの行、列も互いに平行ではなくなり、光スポット間の距離も一様ではなくなる。曲面上にパターン光が投写された場合に形成される投写パターンにおいては、光スポットの行、列も直線状のものではなくなる。パターン光が投写される面に凹凸、段差などがあると、それぞれの光スポットの投写角の大小関係（例えば小さいものから並べた場合の順序）と、それぞれの光スポットの入射角の大小関係（例えば小さいものから並べた場合の順序）が一致しなくなり、「入れ替わり」が発生することがある。
　各光スポットが投光器１２から投写されたときの投写角を知るには、マトリックスの何列目の光スポットであるかを識別する必要がある。８ビットの識別コードは、それ自体で何列目を特定できるだけの情報量を含まないが、例えば、光スポット間で入れ替わりがあっても、各光スポットの本来の位置（順序）からのずれが、識別コードの「値」の変化の周期（図１０に示す例では、５行５列のセルから成る領域ＭＢの、５６個分）の範囲内であれば、ずれが無い場合の位置（本来の位置）を特定することが可能であり、本来の位置を特定することで、当該識別コードが付加された光スポットが何列目のものであるかの識別を行うことができる。
　なお、上記の「入れ替わり」は、投光器１２と撮像部２０が水平方向の異なる位置に配置されていることによって生じるものであり、投光器１２と撮像部２０は上下方向においては同じ位置に配置されているので、上下方向については、上記のような入れ替わりが発生することはなく、従って、撮像画像中の順序を検出することで、投写パターン中の上下方向の位置（順序）を判断することができる。従って、上下方向の順序を識別するためのコードは不要である。
　なお、投光器１２と撮像部２０が上下方向においても異なる位置に配置される可能性を考慮して、上下方向の順序を識別することも可能なように識別コードを定めても良い。
　図１１は距離情報生成部４３の構成例を示す。
　図１１に示される距離情報生成部４３は、２値化部４３１と、スポット領域抽出部４３２と、識別コード読取部４３３と、記憶部４３４と、投写角推定部４３６と、入射角算出部４３７と、距離算出部４３８とを有する。
　２値化部４３１は、画像差分取得部４２から出力されるパターン光成分を２値化して、２値のパターン光画像を出力する。
　スポット領域抽出部４３２は、パターン光画像から各光スポットを中心とするスポット領域ＭＡ（図８の４行４列の領域）を抽出する。
　スポット領域ＭＡの抽出のためには、一定の間隔で配置され、中心部に位置する２行２列の４つのドット（オン状態のセルによって構成される）と、その周囲（上下各１行、左右各１列）に位置するオフ状態のセルから成る４行４列のセルの群を探索する。また、中心部の２行２列の４つドットの群は、投写パターンにおいては、規則的に等間隔に配置されたものであるので、撮像で得られた画像においても同様の配置であることが条件となる。但し、被写体の表面の曲がり、凹凸、段差などにより、撮像画像においては、完全に等間隔になるとは限らないため、類似度に基づくパターンマッチング等を行って、スポット領域ＭＡの抽出を行う。
　識別コード読取部４３３は、抽出されたスポット領域ＭＡに隣接する識別コード領域から識別コードＤＣを読み取る。
　投写角推定部４３６は、識別コード読取部４３３から識別コードの読み取り結果を受け、さらに制御部３０から、図９の表の内容を示すデータ（各識別コードと投写パターン内の位置の関係を示す情報）Ｓｄｐと、投写パターン上の位置と投写角の対応関係を示す情報Ｓｐａを得て、これらに基づいて各光スポットの投写角φを推定する。なお、上記の情報、即ち図９の表の内容を示すデータＳｄｐと、投写パターン上の位置と投写角の対応関係を示す情報Ｓｐａが制御部３０から与えられたら、投写角推定部４３６内のメモリ（図示しない）に保持しておくこととしても良い。
　識別コード読取部４３３での読み取り結果に基づいて、投写角推定部４３６は投写角の推定を行う。
　投写角の推定においては、読み取られた識別コードＤＣの値が、図９の表中の識別コードＮｏ．０～Ｎｏ．５５のいずれに一致するかを判定し（即ち、パターン内のどの位置の光スポットに付されたものであるかを判定し）、この判定結果、及び該光スポットが上下方向のどの位置のものであるかの判定結果に基づいて、当該光スポットが投写パターンの水平方向及び上下方法のどの位置のものであるかを特定する。
　光スポットの、投写パターン上の位置が特定できたら、特定された位置と投写角との関係を示す情報Ｓｐａ（制御部３０から与えられる）に基づいて投写角φを求める。
　入射角算出部４３７は、スポット領域抽出部４３２の出力に基づいて、撮像面内のどの位置に光スポットが撮影されているか、ならびに撮像部の軸線方向及び画角に基づいて、当該光スポットについての入射角θを算出する。軸線方向及び画角を表す情報Ｓｚｖは、制御部３０から供給される。
　距離算出部４３８は、投写角推定部４３６で推定された投写角φと、入射角算出部４３７で算出された入射角θと、制御部３０から供給される基線長Ｌｐｃに基づいて基線ＢＬから光スポットが投写されている被写体の表面までの距離を計算する。
　まず、図４の基線ＢＬから光スポットが投写されている被写体表面（スポットＳＰが形成された点）、即ち図４でスポットＳＰの位置までの距離Ｄｚは、
　Ｄｚ＝Ｌｐｃ／（ｔａｎφ－ｔａｎθ）　　（２）
　の関係から求めることができる。式（２）は、図４において、
　Ｄｚ・ｔａｎφ－Ｄｚ・ｔａｎθ＝Ｌｐｃ　　（３）
　の関係があることから得られる。
　次に、撮像部２０から光スポットが形成された被写体表面（スポットＳＰ）までの距離Ｄｒを、式（３）で得られる基線ＢＬまでの距離Ｄｚと、入射角θから、
　Ｄｒ＝Ｄｚ／ｃｏｓθ　　　（４）
　により求める。
　距離情報生成部４３で求めた距離情報Ｄｒは、表示処理部４９に供給される。
　環境光種別判定部４４は、制御部３０から出力される、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分の比率を示す情報Ｐｒｐから、環境光の種別を判定する。環境光は、太陽光などの自然光と人工の照明光に分類され、人工光はさらに光源の種類によって分類される。環境光種別判定部４４は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分の比率Ｐｒｐを予め定められた１又は２以上の判定基準値と比較して、比較の結果に基づいて環境光の種別を判定する。
　環境光種別判定部４４での種別の判定結果Ｌｔｐは、可視光画像生成部４６に伝えられる。
　可視光画像生成部４６は、画像差分取得部４２からの画素値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１と、環境光種別判定部４４からの種別の判定結果Ｌｔｐとに基づき、画素値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１から近赤外成分ＩＲｒｅ、ＩＲｇｅ、ＩＲｂｅを除いた画素値、即ち可視領域内のＲ、Ｇ、Ｂ成分の値（画素値）Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を算出する。
　以下、可視光画像生成部４６の動作の概略を、図１２（ａ）～（ｃ）を参照して説明する。図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図６（ｅ）、（ｋ）、（ｐ）と同様の図であるが、被写体の反射率が１００％の場合のそれぞれの成分の値を点線で示す。以下の説明では、反射率Ｍが１００％であるときのそれぞれの値Ｇ１（１００）、Ｇｇ（１００）、ＩＲｇｅ（１００）、Ｙ１（１００）、Ｙｙ（１００）、ＩＲｙｐ（１００）のように、「（１００）」を付す。これに対して反射率Ｍを特に限定しない場合の値Ｇ１（Ｍ）、Ｇｇ（Ｍ）、ＩＲｇｅ（Ｍ）、Ｙ１（Ｍ）、Ｙｙ（Ｍ）、ＩＲｙｐ（Ｍ）のように「（Ｍ）」を付すことで違いを明確にすることもあるが、「（Ｍ）」を省くこともある。
　可視光画像生成部４６は、環境光種別判定部４４からの種別を示す情報Ｌｔｐから、近赤外光に対する反射率と、可視光（ここでは特にＧ成分）に対する反射率が同じ値Ｍｏであると仮定した場合の環境光画像（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）のうち、近赤外成分が占める割合乃至構成比Ｅｙの推定を行う。
　この構成比Ｅｙとして、本実施の形態では、環境光画像のＧ信号の値Ｇ１（Ｍｏ）に含まれる近赤外成分ＩＲｇｅ（Ｍｏ）の、輝度値Ｙ１（Ｍｏ）（＝ＩＲｙｅ（Ｍｏ）＋Ｙｙ（Ｍｏ））に対する比を推定する。
　この反射率Ｍｏはどのような値であっても同じ結果となるが、以下では説明を簡単にするため、反射率Ｍｏが１００％である場合を想定して説明する。上記の反射率Ｍoが１００％である場合、上記の構成比Ｅｒは、下記の式で与えられる。
　Ｅｒ
　＝ＩＲｇｅ（１００）／Ｙ１（１００）
　＝ＩＲｇｅ（１００）／｛ＩＲｙｅ（１００）＋Ｙｙ（１００）｝
　可視光画像生成部４６は、上記の構成比Ｅｙと輝度値Ｙ１（Ｍ）とを乗算することで、画素値Ｇ１（Ｍ１）に含まれる、近赤外成分ＩＲｇｅ（Ｍ）を求め、この近赤外成分ＩＲｇｅ（Ｍ）を画素値Ｇ１（Ｍ）から減算することで、画素値Ｇ２（Ｍ）（＝Ｇｇ（Ｍ））を求める。
　画素値Ｒ２（Ｍ）（＝Ｒｒ（Ｍ））、Ｂ２（Ｍ）（＝Ｂｂ（Ｍ））の算出には、上記の構成比Ｅｙの代わりに、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分相互間における、近赤外成分が占める割合の違いを考慮したパラメータα、βを、上記の構成比Ｅｙに乗じた値（α×Ｅｙ、β×Ｅｙ）を用いる。
　図１３は、図１の可視光画像生成部４６の構成例を示す。
　図示の可視光画像生成部４６は、構成比情報生成部４６１と、輝度値算出部４６３と、パラメータ生成部４６４と、可視光成分算出部４６６とを有する。
　構成比情報生成部４６１は、環境光種別判定部４４による種別の判定結果Ｌｔｐから、環境光画像の画素値に含まれる、近赤外成分の構成比Ｅｒを示す情報（構成比情報）を生成する。
　このような処理のため、構成比情報生成部４６１は、環境光の種別毎に、環境光に含まれる近赤外成分の構成比を示す情報を保持する構成比メモリ４６２を有する。構成比メモリ４６２は例えばＬＵＴテーブルを含み、環境の種別を示す情報がアドレスとして入力されると、近赤外光の構成比を示す情報が読み出される構成となっている。
　「環境光に含まれる近赤外成分の構成比」は、撮像部２０の色フィルタの分光透過特性及び光電変換素子の分光感度特性に依存するものであり、環境光による撮像部２０の出力値のうちの、近赤外成分の構成比を意味する。例えば、被写体の反射率が可視光に対しても近赤外光に対しても同じ値Ｍｏであると仮定した場合に、環境光画像のＧ成分の画素値Ｇ１（Ｍｏ）に含まれる近赤外成分ＩＲｇｅ（Ｍｏ）の、輝度値Ｙ１（Ｍｏ）（＝Ｙｙ（Ｍｏ）＋ＩＲｙｅ（Ｍｏ））に対する比（ＩＲｇｅ（Ｍｏ）／Ｙ１（Ｍｏ））が上記構成比Ｅｙとして構成比メモリ４６２に保持されている。上記の反射率Ｍｏが１００％である場合について図１２（ａ）～（ｃ）を参照して説明すると、上記の構成比Ｅｙは、図１２（ａ）に示される、環境光画像のＧ成分の画素値Ｇ１（１００）に含まれる近赤外成分ＩＲｇｅ（１００）の、図１２（ｂ）に示される輝度値Ｙ１（１００）（＝Ｙｙ（１００）＋ＩＲｙｅ（１００））に対する比（ＩＲｇｅ（１００）／Ｙ１（１００））である。
　上記のように、環境光種別判定部４４は、制御情報に含まれるＲ、Ｇ、Ｂ成分の比率（画面全体に亘る比率）を示す情報Ｐｒｐを受け、これに基づいて環境光の種別Ｌｔｐを判別し、構成比情報生成部４６１は、構成比メモリ４６２を参照して、種別Ｌｔｐに対応する（種別に関係付けて記憶されている）上記の構成比Ｅｙを示す情報を読み出して出力する。
　上記の構成比Ｅｙを示す情報は、例えば、画面全体に対して一度だけ求められ、画面内のすべての画素乃至領域に対して共通の値として用いられる。
　なお、画面全体に対して一度だけではなく、それぞれ画面の一部をなす領域毎にＲ、Ｇ、Ｂ成分の比率を示す情報Ｐｒｐが得られる場合には、これに基づいて領域毎に構成比Ｅｙを求めることとしても良い。
　輝度値算出部４６３は、撮像部２０から出力される画素値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１に基づいて当該画素についての輝度値Ｙ１（Ｍ）を算出する。
　輝度値の算出は、例えば下記の式で行うことができる。
　Ｙ１（Ｍ）＝ａｒ×Ｒ１（Ｍ）＋ａｇ×Ｇ１（Ｍ）＋ａｂ×Ｂ１（Ｍ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
　ａｒ、ａｇ、ａｂは、
　ａｒ＋ａｇ＋ａｂ＝１となるように予め定められた係数であり、例えば
　ａｒ＝０．３
　ａｇ＝０．５９、
　ａｂ＝０．１１
　である。
　環境光種別判定部４４での種別の判定結果Ｌｔｐは、パラメータ生成部４６４にも伝えられる。
　パラメータ生成部４６４は、環境光毎にパラメータα、βを保持するパラメータメモリ４６５を有する。パラメータ生成部４６４は、環境光種別判定部４４での種別の判定結果Ｌｔｐに応じて、種別に対応したパラメータα、βの値をパラメータメモリ４６５から読み出して出力する。
　パラメータαは、被写体が該当する種別の環境光で照射され、該被写体の反射率がある値Ｍｏ、例えば１００％である場合に、環境光画像のＲ成分の画素値Ｒ１（１００）に含まれる近赤外成分の値ＩＲｒｅ（１００）の、Ｇ成分の画素値Ｇ１（１００）に含まれる近赤外成分の値ＩＲｇｅ（１００）に対する比（ＩＲｒｅ（１００）／ＩＲｇｅ（１００））を表し、
　パラメータβは、被写体が該当する種別の環境光で照射され、該被写体の反射率がある値Ｍｏ、例えば１００％である場合に、環境光画像のＢ成分の画素値Ｂ１（１００）に含まれる近赤外成分の値ＩＲｂｅ（１００）の、Ｇ成分の画素値Ｇ１（１００）に含まれる近赤外成分の値ＩＲｇｅ（１００）に対する比（ＩＲｂｅ（１００）／ＩＲｇｅ（１００））を表すものである。
　α、βの値は、撮像部におけるカラーフィルタの特性、光電変換素子の特性に依存し、予め実験により求められる。
　可視光成分算出部４６６は、輝度値算出部４６３からの輝度値Ｙ１と、構成比情報生成部４６１からの構成比Ｅｙとを乗算することで、環境光画像のＧ信号に含まれる近赤外成分（ＩＲｇｅ＝Ｙ１×Ｅｙ）を求め、
　この値（ＩＲｇｅ＝Ｙ１×Ｅｙ）にパラメータαを乗算することで、環境光画像のＲ信号に含まれる近赤外成分（ＩＲｒｅ＝Ｙ１×Ｅｙ×α）を求め、
　この値（ＩＲｇｅ＝Ｙ１×Ｅｙ）にパラメータβを乗算することで、環境光画像のＢ信号に含まれる近赤外成分（ＩＲｂｅ＝Ｙ１×Ｅｙ×β）を求める。
　可視光成分算出部４６６は、このようにして求めた環境光画像のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に含まれる近赤外成分ＩＲｒｅ、ＩＲｇｅ、ＩＲｂｅを、環境光画像のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号から減算することで、可視光成分（近赤外成分を除去した値）Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を計算する。
　以上の計算は下記の式で表される。
　　Ｒ２＝Ｒ１－Ｙ１×Ｅｙ×α
　　Ｇ２＝Ｇ１－Ｙ１×Ｅｙ
　　Ｂ２＝Ｂ１－Ｙ１×Ｅｙ×β
　　　　　　　　　　　（６）
　増感処理部４７は、可視光画像生成部４６で生成された可視光画像に対して増倍乃至増感処理を施し、増感された可視光画像を出力する。この増感処理は、可視光画像生成部４６から出力される画素値Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２に対して、周辺の画素の画素値を重み付け加算することで行われる。
　可視光画像生成部４６から出力される画素値Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２も、すべての画素についてすべての色成分を有するわけではなく、各画素はベイヤ配列中の位置に応じていずれか一つの色成分の値を有する。増感処理部４７は、各画素（注目画素）について、その周辺の同じ色の画素（同じ色成分を有する画素）の画素値を加算することで、増感（増倍）された画素値を有する信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３を出力する。
　図１４（ａ）～（ｃ）は、注目画素に対して加算される画素を示す。図１４（ａ）～（ｃ）において、最小のマスはそれぞれ画素を表す。
　注目画素が図１４（ａ）に示されるようにＲ画素ＲＲ３４である場合には、周辺の画素として、２行上で２列左の画素ＲＲ１２、２行上で同じ列の画素ＲＲ３２、２行上で２列右の画素ＲＲ５２、同じ行で２列左の画素ＲＲ１４、同じ行で２列右の画素ＲＲ５４、２行下で２列左の画素ＲＲ１６、２行下で同じ列の画素ＲＲ３６、及び２行下で２列右の画素ＲＲ５６の、８つの画素が加算される。
　従って、加算結果ＮＲＲ３４は下の式で表される。
　ＮＲＲ３４＝ＲＲ１２＋ＲＲ３２＋ＲＲ５２
　　　　　　　＋ＲＲ１４＋ＲＲ３４＋ＲＲ５４
　　　　　　　＋ＲＲ１６＋ＲＲ３６＋ＲＲ５６
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
　このような画素加算の結果得られる値ＮＲＲ３４が増倍されたＲ成分値Ｒ３として出力される。
　以上注目画素がＲＲ３４である場合について説明したが、他の位置のＲ画素についても、同様の配置の周辺画素を加算する。
　注目画素が図１４（ｂ）に示されるように、Ｇ画素ＧＢ３３である場合には、周辺の画素として、２行上で同じ列の画素ＧＢ３１、１行上で１列左の画素ＧＲ２２、１行上で１列右の画素ＧＲ４２、同じ行で２列左の画素ＧＢ１３、同じ行で２列右の画素ＧＢ５３、１行下で１列左の画素ＧＲ２４、１行下で１列右の画素ＧＲ４４、及び２行下で同じ列の画素ＧＢ３５の、８つの画素が加算される。
　従って、加算結果ＮＧＢ３３は下の式で表される。
　ＮＧＢ３３＝ＧＢ３１＋ＧＲ２２＋ＧＲ４２
　　　　　　＋ＧＢ１３＋ＧＢ３３＋ＧＢ５３
　　　　　　＋ＧＲ２４＋ＧＲ４４＋ＧＢ３５
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
　このような画素加算の結果得られる値ＮＧＢ３３が増倍されたＧ成分値Ｇ３として出力される。
　以上注目画素がＧＢ３３である場合について説明したが、他の位置のＧ画素についても、同様の配置の周辺の画素を加算する。
　注目画素が、図１４（ｃ）に示されるように、Ｂ画素ＢＢ４３である場合には、周辺の画素として、２行上で２列左の画素ＢＢ２１、２行上で同じ列の画素ＢＢ４１、２行上で２列右の画素ＢＢ６１、同じ行で２列左の画素ＢＢ２３、同じ行で２列右の画素ＢＢ６３、２行下で２列左の画素ＢＢ２５、２行下で同じ列の画素ＢＢ４５、及び２行下で２列右の画素ＢＢ６５の、８つの画素が加算される。
　従って、加算結果ＮＢＢ４３は下の式で表される。
　ＮＢＢ４３＝ＢＢ２１＋ＢＢ４１＋ＢＢ６１
　　　　　　＋ＢＢ２３＋ＢＢ４３＋ＢＢ６３
　　　　　　＋ＢＢ２５＋ＢＢ４５＋ＢＢ６５
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（９）
　このような画素加算の結果得られる値ＮＢＢ４３が増倍されたＢ成分値Ｂ３として出力される。
　以上注目画素がＢＢ４３である場合について説明したが、他の位置のＢ画素についても、同様の配置の周辺画素を加算する。
　以上のような加算処理は、注目画素に対して、同一フレーム内の周辺の画素を混合する処理であり、周辺の画素は、一般に注目画素と同程度の画素値を持つので、信号成分を増倍する効果を有する。
　例えば各注目画素に対して上記のように周辺の８個の画素の画素値を加算する場合（仮に周囲の画素が注目画素と同じ画素値を有するとすれば）、加算結果は、注目画素の画素値の９倍となる。
　但し、周辺の画素を加算（混合）する結果、解像度（静止解像度）は低下する。
　この解像度の低下を防ぐ目的で、画素値の加算時に均等に周辺画素を加算するのではなく、周辺画素値に応じて加算の重みを変更してもよい。例えば、注目画素に対する相関の強い画素の画素値に対する重みをより大きくして加重加算することとしても良い。例えば、注目画素と周辺画素の画素値を比較し、注目画素に対して画素値の差分が予め定めた一定値以下となる画素のみ加算の重みを上げ、それ以外の画素は加算の重みを下げることとしても良い。このような処理により、注目画素の近傍で被写体のエッジによる画素値の急激な変動があるような場合でも、周辺画素の加算による解像度の低下を抑えることが可能である。
　なおまた、注目画素に対して、同一フレーム内の周辺の画素を加算する代わりに、異なるフレーム、即ち注目画素を含むフレームの前後のフレーム内の、注目画素と同一の位置の画素を加算しても良い。
　ここで、前後のフレームとは直前の１フレーム及び直後の１フレームに限らず、直前の予め定められた数のフレーム、及び直後の予め定められた数のフレームであっても良い。
　異なるフレームの同一位置の画素を加算することとすれば、静止解像度の低下を避けながら、信号成分を増強することができ、画像の動きが少ない場合に特に有効である。
　但し、動きの激しい映像の場合に動きぼけが多くなる。
　なおまた、注目画素に対して、同一フレーム内の周辺の画素及び異なるフレームの同一位置の画素の双方を加算しても良く、さらに、異なるフレームの同一位置の画素の周辺の画素を加算しても良い。
　そのようにすれば信号成分の増倍率を一層大きくすることができる。
　映像信号処理部４８は、増感処理部４７から出力される、増感された可視光画像に対し、色補間処理（各画素位置において欠落している色成分の補間）、階調補正処理、ノイズ低減処理、輪郭補正処理、白バランス調整処理、信号振幅調整処理、色補正処理などを加えて、これらの処理の結果得られる画像を補正後の可視光画像Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４として出力する。
　表示処理部４９は、映像信号処理部４８から出力される、補正された可視光画像に距離情報生成部４３で生成された距離情報を関連付けて表示させるための処理をする。
　図１５（ａ）及び（ｂ）は、表示処理部４９の出力画像の例を示す。図１５（ａ）は、可視光画像（非投写時画像）を表し、図１５（ｂ）は、距離情報付き画像を表す。
　距離情報付き画像としては、距離に輝度又は色を割り当てたものが表示される。例えば、可視光画像を輝度で表現し、距離を色で表現した画像が表示される。あるいは、撮像空間に存在する物体を認識して、当該物体の距離を表す文字情報を可視光画像に重畳表示した画像を出力する。
　また、例えば、２つの表示画面を用いて、一方に図１５（ａ）の可視光画像を表示し、他方に図１５（ｂ）に示す距離情報付き画像を表示しても良く、一つの表示画面で、図１５（ａ）に示す可視光画像と、図１５（ｂ）に示す距離情報付き画像を交互に表示しても良く、ユーザによる操作により選択された方を表示するようにしても良い。この場合、距離情報付き画像は、可視光画像と同じ画角、画素数で、同期して表示するのが望ましい。
　距離情報が関連付けられた画像（を示す信号）は、表示装置（図示しない）などへ出力される。
実施の形態２．
　図１６は、本発明の実施の形態２における画像生成装置の構成を示す。図示の画像生成装置は、概して図１に示される構成と同じであるが、以下の点で異なる。即ち、図１の可視光画像生成部４６の代わりに可視光画像生成部４６ｂが設けられている。
　実施の形態１では、可視光画像生成部４６で、環境光画像のＧ成分の値に含まれる近赤外成分の輝度値に対する構成比Ｅｙを求め、予め記憶しているパラメータα、βと、構成比Ｅｙとに基づいて可視光成分のみを有する画素値Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を算出しているが、実施の形態２では、環境光画像のＲ信号の値に含まれる、近赤外成分ＩＲｒｅの構成比（第１の構成比）Ｅｒを用いて画素値Ｒ２を算出し、環境光画像のＧ信号の値に含まれる、近赤外成分ＩＲｇｅの構成比（第２の構成比）Ｅｇを用いて画素値Ｇ２を算出し、環境光画像のＢ信号の値に含まれる、近赤外成分ＩＲｂｅの構成比（３の構成比）Ｅｂを用いて画素値Ｂ２を算出する。
　図１７は、実施の形態２で用いられる可視光画像生成部４６ｂを示す。
　図１７の可視光画像生成部４６ｂは、構成比情報生成部４６１ｂと、反射率算出部４６７と、強度比率算出部４６８と、可視光成分算出部４６６ｂとを有する。
　構成比情報生成部４６１ｂは構成比メモリ４６２ｂを備える。構成比メモリ４６２ｂは、環境光画像のＲ、Ｇ、Ｂ成分の画素値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１に含まれる、近赤外成分ＩＲｒｅ、ＩＲｇｅ、ＩＲｂｅの構成比Ｅｒ、Ｅｇ、Ｅｂを示す情報（構成比情報）を、環境光の種別毎に、記憶している。
　構成比Ｅｒ、Ｅｇ、Ｅｂはそれぞれ下記の式で表される。
　Ｅｒ＝ＩＲｒｅ（Ｍｏ）／Ｒ１（Ｍｏ）
　Ｅｇ＝ＩＲｇｅ（Ｍｏ）／Ｇ１（Ｍｏ）
　Ｅｂ＝ＩＲｂｅ（Ｍｏ）／Ｂ１（Ｍｏ）
　上記の式でＭｏは被写体の反射率を表し、実施の形態１で述べたのと同様、Ｍｏ＝１００％の場合には、上記の式は以下のように書き直すことができる。
　Ｅｒ＝ＩＲｒｅ（１００）／Ｒ１（１００）
　Ｅｇ＝ＩＲｇｅ（１００）／Ｇ１（１００）
　Ｅｂ＝ＩＲｂｅ（１００）／Ｂ１（１００）
　構成比情報生成部４６１ｂは、環境光種別判定部４４で判定された種別Ｌｔｐに応じた構成比Ｅｒ、Ｅｇ、Ｅｂを示す情報を構成比メモリ４６２ｂから読み出して出力する。
　反射率算出部４６７は、画像差分取得部４２から出力されるパターン光成分の値（パターン光のうち、被写体で反射され、撮像部２０に入射した光の強さを表す）Ｓｒと、制御部３０から供給されるパターン光投写強度Ｓｔ（を示す情報）と、距離情報生成部４３で算出される被写体の距離情報Ｄｒとに基づき、画像上の領域毎に被写体の近赤外成分の反射率Ｍを求め、該反射率を示す情報（反射率情報）Ｍを出力する。
　この反射率は例えば以下のようにして求められる。
　上記のように、制御部３０は、投光器１２の投光強度の制御を行うが、そのために投光強度を示す情報を生成している。この制御のための投光強度Ｓｔを示す情報が可視光画像生成部４６ｂに供給される。
　パターン光の投写強度Ｓｔと、距離情報Ｄｒとから、仮にパターン光に対する被写体の反射率が１００％であると仮定した場合に、撮像部２０に達する反射光の強度を推定することができる。撮像部２０に達する反射光の強度の推定は、被写体から撮像部２０までの距離Ｄｒに基づいて行われる。
　即ち、被写体の反射率が１００％のときに、被写体で反射して撮像部に到達し受光される光の強度（或いはそれに対応する撮像信号の値）Ｓｒ０は下記の式で与えられる。
　Ｓｒ０＝Ｓｔ×（ｋａ／Ｄｒ２）　　　（１０）
　式（１０）でｋａは撮像部２０におけるレンズ２２の開口率及び撮像素子２４の感度によって決まる定数である。
　なお、上記のように、投写パターンをレーザー光源１３と回折格子１６の組合せを用いて投写する場合、パターンを構成するドットは、コリメートレンズ１４によって平行化されたレーザー光一点で形成されるため、被写体の距離によらずドット自体の大きさは変わらない。従って、投光器１２から被写体までの伝播に関しては、減衰はないと仮定することができる。なおまた、空気中の粒子による散乱のための減衰があるが、式（１０）で求められる減衰に比べると無視し得る。
　一方、実際に撮像部２０に到達した光の強さをＳｒとする。すると、反射率Ｍは、
　Ｍ＝Ｓｒ／Ｓｒ０　　　（１１）
で与えられる。
　実際の反射光の強さＳｒは、パターン光投写時と非投写時の撮影画像の輝度の差分から求められる。即ち、画像差分取得部４２から出力されるパターン光成分の大きさ、即ち図１２（ｃ）のＩＲｙｐ（Ｍ）が、反射光の強さＳｒを表す。一方、Ｓｒ０は、図１２（ｃ）のＩＲｙｐ（１００）に相当する。
　反射光の強さは、各フレームにおいて、スポット毎に求められるので、上記の反射率Ｍは各スポットに対応する画像の領域毎に求められる。
　なお、画像を複数の領域に分割し、各領域に含まれるスポットについての反射率の平均値（単純平均値又は加重平均値）Ｍａを当該領域内のすべてのスポットについての反射率Ｍとして用いても良い。
　また、領域毎に反射率を求める代わりに画素毎に反射率を求めることとしても良い。例えば、各画素について、当該画素を中心とする領域に含まれるスポットについての反射率の平均値（単純平均値又は加重平均値）Ｍｐを当該画素についての反射率Ｍとして用いても良い。
　強度比率算出部４６８は、構成比Ｅｒ、Ｅｇ、Ｅｂに反射率Ｍを乗算することでＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対して強度比率Ｐｓｒ、Ｐｓｇ、Ｐｓｂを算出して出力する。この強度比率Ｐｓｒ、Ｐｓｇ、Ｐｓｂは、画像の各領域におけるＲ、Ｇ、Ｂの画素値（撮像部２０から出力される画素値）に含まれる近赤外成分の比率（ＩＲｒｅ（Ｍ）／Ｒ１（１００）、ＩＲｇｅ（Ｍ）／Ｇ１（１００）、ＩＲｂｅ（Ｍ）／Ｂ１（１００））を表す。
　可視光成分算出部４６６ｂは、強度比率Ｐｓｒ、Ｐｓｇ、Ｐｓｂに環境光画像の画素値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を乗算することで、環境光のＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号に含まれる近赤外成分ＩＲｒｅ（＝Ｒ１×Ｐｓｒ）、ＩＲｇｅ（＝Ｇ１×Ｐｓｇ）、ＩＲｂｅ（＝Ｂ１×Ｐｓｂ）を求め、該近赤外成分を、環境光画像の画素値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１から減算することで、可視光成分のみを有する画素値（近赤外成分を除去した値）Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を算出する。
　可視光成分算出部４６６ｂにおける画素値Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を算出するための演算は下記の式で表される。
　Ｒ２＝Ｒ１－Ｒ１×Ｐｓｒ
　Ｇ２＝Ｇ１－Ｇ１×Ｐｓｇ
　Ｂ２＝Ｂ１－Ｂ１×Ｐｓｂ
　　　　　　　　　　　（１２）
　以上のようにして得られた可視光画像の画素値Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は増感処理部４７に供給される。上記以外の点で、実施の形態２は実施の形態１と同じである。
　上記の実施の形態１及び２では、画像差分取得部４２から出力される信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１に基づいてＲ、Ｇ、Ｂ成分の比率Ｐｒｐを求めているが、本発明はこれに限定されず、上記の比率Ｐｒｐは、可視光画像生成部４６から出力される信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２に基づいて求めても良く、増感処理部４７から出力される信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３に基づいて求めても良く、映像信号処理部４８から出力される信号Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４に基づいて求めて良く、さらにＡ／Ｄ変換器４１から出力される信号Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０に基づいて求めても良い。
　上記実施の形態１及び２では、投光器１２の光源としてレーザーを用いているが、代わりにＬＥＤなど他の光源を使用しても、回折格子の入射光の特性を満足すれば、同様に動作し同様の効果が得られる。
　上記実施の形態１及び２では、投光器１２として、レーザー光源１３で回折格子１６に形成されたパターンを投写する構成について説明したが、レーザー光を高速に２次元走査して（１フレーム期間内に視野全体を走査して）パターン投写する構成としても、同様に動作し同様の効果が得られる。
　上記の実施の形態１及び２では、投光器１２が１フレーム期間おきにパターン光の投写を行うが、本発明はこれに限定されず、パターン光の投写を２フレーム期間以上の期間おきに行うこととしても良く、要するに所定数のフレーム期間おきに行うこととすれば良い。
　投光器１２が２フレーム期間以上の期間おきにパターン光の投写を行う場合、各投写時画像に対して複数の非投写時画像が得られる。この場合、画像差分取得部４２は、例えば、各投写時画像と、当該投写時画像が得られたフレーム期間の直前又は直後のフレーム期間に得られた非投写時画像との差分から、パターン光画像を生成することとしても良い。また画像に動きがない場合には、各投写時画像と、当該投写時画像が得られたフレーム期間の前後の複数のフレーム期間に得られた非投写時画像の平均との差分から、パターン光画像を生成することとしても良い。
　以上のように、本発明によれば、撮像空間に存在する物体までの距離情報を撮像画像に対応付けて取得することが可能な画像生成装置が得られる。本発明の画像生成装置は、例えば、侵入者の画像と距離を同時に取得できることから、監視用途における侵入監視に適用できる。本発明の画像生成装置はまた、例えば、車両の前方や後方の障害物検知に基づく運転支援、例えば駐車支援にも適用できる。
　また、パターン光投写強度、被写体までの距離、撮影画像のＲ、Ｇ、Ｂ成分の比率の情報に基づき、被写体の近赤外光反射率、および環境光に含まれる近赤外光の構成比を推定し、画素値の補正を行うことにより、近赤外光にも感度をもつ撮像部を使用した場合でも近赤外成分を除去し、色再現性の高い画像を得ることができる。
　また、画素値補正後の画像に対して周辺画素との画素加算による信号の増感を行うことにより、画素値の補正による画像の輝度の低下を防ぐことが可能である。この場合、注目画素に対して相関の強い画素値により大きな重みを付けて加算することで、解像度の低下を抑えることができる。
　以上本発明の画像生成装置を説明したが、上記の画像生成装置で実施される画像生成方法もまた本発明の一部を成す。また、画像生成装置の各部、又は画像生成方法を構成するステップの一部をソフトウエアにより、即ち、プログラムされたコンピュータにより実現することが可能である。
　１０　パターン光生成部、　１１　駆動部、　１２　投光器、　２０　撮像部、　２４　撮像素子、　３０　制御部、　４０　画像処理部、　４１　Ａ／Ｄ変換器、　４２　画像差分取得部、　４３　距離情報生成部、　４４　環境光種別判定部、　４６、４６ｂ　可視光画像生成部、　４７　増感処理部、　４８　映像信号処理部、　４９　表示処理部、　４２１　フレーム遅延部、　４２２　差分演算部、　４２４　補間部、　４２５　合成部、　４３１　２値化部、　４３２　スポット領域抽出部、　４３３　識別コード読取部、　４３６　投写角推定部、　４３７　入射角算出部、　４３８　距離算出部、　４６１、４６１ｂ　構成比情報生成部、　４６２、４６２ｂ　構成比メモリ、　４６３　輝度値算出部、　４６４　パラメータ生成部、　４６５　パラメータメモリ、　４６６、　４６６ｂ　可視光成分算出部、　４６７　反射率算出部、　４６８　強度比率算出部。

Claims (7)

  1. 　撮像空間に近赤外波長のパターン光を所定数のフレーム期間おきに投写する投光器と、
    　環境光により照射されるとともに、前記パターン光を所定数のフレーム期間おきに投写される前記撮像空間内の被写体を撮像して、それぞれ撮像画像のＲ成分、Ｇ成分、及びＢ成分を表すＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号を含む撮像信号を出力する撮像部と、
    　前記投光器に対して前記パターン光の投写強度の指示を与える制御部と、
    　前記撮像部による撮像で得られた撮像信号のうち、前記パターン光の投写時に得られた撮像信号と前記パターン光の非投写時に得られた撮像信号の差分を求めることで、パターン光画像を生成するとともに、前記パターン光の非投写時に得られた撮像信号から環境光画像を生成する画像差分取得部と、
    　前記環境光の種別を判定する環境光種別判定部と、
    　前記環境光種別判定部により判定された前記環境光の種別から、前記環境光に含まれる近赤外波長の光の構成比を示す構成比情報を生成し、生成した前記構成比情報に基づいて、前記環境光画像において、前記環境光に含まれる前記近赤外波長の光による成分を推定し、前記近赤外波長の光による成分を、前記環境光画像から減算することで可視光画像を生成する可視光画像生成部を備え、
    　前記環境光種別判定部は、前記撮像画像、前記環境光画像、又は前記可視光画像におけるＲ、Ｇ、Ｂ成分の比率から前記環境光の種別を判定する
    　ことを特徴とする画像生成装置。
  2. 　前記構成比が、前記環境光画像のＧ信号の値に含まれる近赤外波長の光による成分の前記環境光画像の輝度値に対する比であり、
    　前記可視光画像生成部は、前記構成比と、前記環境光画像の輝度値との積を、前記環境光画像のＧ信号の値から減算することで、前記可視光画像のＧ信号の値を求める
    　ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
  3. 　前記可視光画像生成部は、
    　前記環境光種別判定部で判定された環境光の種別に応じて、
    　前記環境光画像のＲ信号の値に含まれる近赤外波長の光による成分の値の、前記環境光画像のＧ信号の値に含まれる前記近赤外波長の光による成分の値に対する比を表す第１のパラメータと、
    　前記環境光画像のＢ信号の値に含まれる近赤外波長の光による成分の値の、前記環境光画像のＧ信号の値に含まれる前記近赤外波長の光による成分の値に対する比を表す第２のパラメータとを生成し、
    　前記構成比と、前記第１のパラメータと、前記環境光画像の輝度値との積を、前記環境光画像のＲ信号の値から減算することで、前記可視光画像のＲ信号の値を求め、
    　前記構成比と、前記第２のパラメータと、前記環境光画像の輝度値との積を、前記環境光画像のＢ信号の値から減算することで、前記可視光画像のＢ信号の値を求める
    　ことを特徴とする請求項２に記載の画像生成装置。
  4. 　前記画像差分取得部で生成された前記パターン光画像に基づいて、前記撮像部から前記被写体までの距離を表す距離情報を生成する距離情報生成部をさらに有し、
    　前記構成比情報が、
    　前記環境光画像のＲ信号の値に含まれる、近赤外波長の光による成分の比である第１の構成比と、
    　前記環境光画像のＧ信号の値に含まれる、近赤外波長の光による成分の比である第２の構成比と、
    　前記環境光画像のＢ信号の値に含まれる、近赤外波長の光による成分の比である第３の構成比を示すものであり、
    　前記可視光画像生成部は、
    　前記環境光種別判定部により判定された環境光の種別と、前記投光器による前記パターン光の投写強度と、前記画像差分取得部で生成された前記パターン光画像の信号の値と、前記距離情報生成部で生成された前記距離情報とから、前記被写体の反射率を推定し、
    　推定した前記反射率と、前記第１の構成比と、前記環境光画像のＲ信号の値を乗算することで、前記環境光画像のＲ信号に含まれる近赤外波長の光による成分を算出し、
    　推定した前記反射率と、前記第２の構成比と、前記環境光画像のＧ信号の値を乗算することで、前記環境光画像のＧ信号に含まれる近赤外波長の光による成分を算出し、
    　推定した前記反射率と、前記第３の構成比と、前記環境光画像のＢ信号の値を乗算することで、前記環境光画像のＢ信号に含まれる近赤外波長の光による成分を算出する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
  5. 　前記可視光画像生成部は、前記投写強度と、前記被写体までの距離の２乗の逆数との積に対する、前記パターン光画像の信号の値の比に予め定められた係数を掛けた値を前記反射率として求めることを特徴とする請求項４に記載の画像生成装置。
  6. 　前記距離情報生成部は、前記パターン光画像内の光スポットの配列と、予め記憶されている、前記パターン光による投写パターン内における各光スポットの位置と投写角との関係から、撮像された投写パターン内の各光スポットの投写角を特定し、特定された投写角に基づいて、光スポットが投写されている前記被写体までの距離を求めることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像生成装置。
  7. 　前記可視光画像生成部で生成された前記可視光画像の各画素の信号の値に対し、周辺の画素の信号の値を重み付け加算することで、前記各画素の信号の値を増倍する増感処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像生成装置。
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