物体検出装置および情報取得装置
【課題】簡素な構成にて目標領域の情報を精度よく取得できる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供する。
【解決手段】情報取得装置１は、波長８３０ｎｍ程度のレーザ光を出射するレーザ光源１１１と、レーザ光を前記目標領域に向けて投射する投射光学系１０と、前記目標領域からの反射光を受光して信号を出力するＣＭＯＳイメージセンサ１２５とを有する。レーザ光が出射されたときにＣＭＯＳイメージセンサ１２５から出力される第１の撮像データから、レーザ光が出射されていないときにＣＭＯＳイメージセンサ１２５から出力される第２の撮像データが減算され、減算結果が、メモリ２５に記憶される。３次元距離演算部２１ｃは、メモリ２５に記憶された減算結果に基づいて、３次元距離情報を演算し取得する。
【解決手段】情報取得装置１は、波長８３０ｎｍ程度のレーザ光を出射するレーザ光源１１１と、レーザ光を前記目標領域に向けて投射する投射光学系１０と、前記目標領域からの反射光を受光して信号を出力するＣＭＯＳイメージセンサ１２５とを有する。レーザ光が出射されたときにＣＭＯＳイメージセンサ１２５から出力される第１の撮像データから、レーザ光が出射されていないときにＣＭＯＳイメージセンサ１２５から出力される第２の撮像データが減算され、減算結果が、メモリ２５に記憶される。３次元距離演算部２１ｃは、メモリ２５に記憶された減算結果に基づいて、３次元距離情報を演算し取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標領域に光を投射したときの反射光の状態に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置およびこれに用い好適な情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いた物体検出装置が種々の分野で開発されている。いわゆる距離画像センサを用いた物体検出装置では、２次元平面上の平面的な画像のみならず、検出対象物体の奥行き方向の形状や動きを検出することができる。かかる物体検出装置では、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Device）から、予め決められた波長帯域の光が目標領域に投
射され、その反射光がＣＭＯＳイメージセンサ等の受光素子により受光される。距離画像センサとして、種々のタイプのものが知られている。
【０００３】
目標領域においてレーザ光を走査するタイプの距離画像センサでは、各走査位置におけるレーザ光の出射タイミングと受光タイミングとの間の時間差に基づいて、検出対象物体の各部（各走査位置）までの距離が検出される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの距離画像センサでは、ドットパターン上の各ドット位置におけるレーザ光の目標領域からの反射光が受光素子によって受光される。そして、各ドット位置のレーザ光の受光素子上の受光位置に基づいて、三角測量法を用いて、検出対象物体の各部（ドットパターン上の各ドット位置）までの距離が検出される（たとえば、非特許文献１）。
【０００５】
この他、アングルの異なる複数のカメラで目標領域を両眼立体視することで検出対象物体の各部までの距離を検出する、いわゆる、ステレオカメラ法による距離画像センサも知られている（たとえば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７０１５７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記物体検出装置では、レーザ光源等から出射された波長帯域の光のみを受光素子に導くフィルタを配することにより、物体検出の精度が高められる。かかるフィルタとして、当該波長帯域を透過帯域とする狭帯域フィルタが用いられ得る。
【０００９】
しかし、このようなフィルタを用いても、レーザ光源等の出射波長帯域には個々に公差があるため、フィルタの透過帯域をレーザ光源の出射波長帯域に完全に整合させることはできない。この場合、たとえば、反射光に対するフィルタの傾き角を変化させることで、フィルタの透過波長帯域を調節することができる。しかし、このためには、フィルタの傾き角を調節する作業が必要となる。また、フィルタを傾けることにより、フィルタ表面で反射される光の量が増加し、その結果、受光素子にて受光される光の量が減少する。さらに、狭帯域フィルタは高価である。
【００１０】
また、レーザ光源から出射される光の波長は、レーザ光源の温度変化によって変化する。このため、実動作時に出射波長を一定にするには、光源の温度変化を抑制するために、ペルチェ素子等の温度調節素子が必要となる。
【００１１】
本発明は、これらの問題を解消するためになされたものであり、簡素な構成にて目標領域の情報を精度よく取得できる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、所定波長帯域の光を出射する光源と、前記光源を制御する光源制御部と、前記光源から出射された前記光を前記目標領域に向けて投射する投射光学系と、前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された信号の値に関する信号値情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された信号値情報に基づいて前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する情報取得部とを備える。ここで、前記光源制御部は、前記光の出射と非出射が繰り返されるように前記光源を制御する。また、前記記憶部は、前記光源から前記光が出射されている間に前記受光素子から出力された信号の値に関する第１の信号値情報と、前記光源から前記光が出射されていない間に前記受光素子から出力された信号の値に関する第２の信号値情報とをそれぞれ記憶する。そうして、前記情報取得部は、前記記憶部に記憶された前記第１の信号値情報から前記第２の信号値情報を減算した減算結果に基づいて、前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する。
【００１３】
本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。この態様に係る物体検出装置は、上記第１の態様に係る情報取得装置を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡素な構成にて目標領域の情報を精度よく取得できる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係る目標領域に対するレーザ光の照射状態とイメージセンサ上のレーザ光の受光状態を示す図である。
【図４】実施の形態に係るレーザ光の発光タイミングと、イメージセンサに対する露光タイミングおよび撮像データの記憶タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】実施の形態に係る撮像データの記憶処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態に係る撮像データの減算処理を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態に係る撮像データの処理過程を模式的に示す図である。
【図８】実施の形態の変更例に係るレーザ光の発光タイミングと、イメージセンサに対する露光タイミングおよび撮像データの記憶タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態は、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの情報取得装置に本発明を適用したものである。
【００１８】
まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置は、情報取得装置１と、情報処理装置２とを備えている。テレビ３は、情報処理装置２からの信号によって制御される。
【００１９】
情報取得装置１は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域にある物体各部の距離（以下、「３次元距離情報」という）を取得する。取得された３次元距離情報は、ケーブル４を介して情報処理装置２に送られる。
【００２０】
情報処理装置２は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置２は、情報取得装置１から受信した３次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ３を制御する。
【００２１】
たとえば、情報処理装置２は、受信した３次元距離情報に基づき人を検出するとともに、３次元距離情報の変化から、その人の動きを検出する。たとえば、情報処理装置２がテレビ制御用のコントローラである場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人のジャスチャーを検出するとともに、ジェスチャに応じてテレビ３に制御信号を出力するアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定のジェスチャをすることにより、チャンネル切り替えやボリュームのＵｐ／Ｄｏｗｎ等、所定の機能をテレビ３に実行させることができる。
【００２２】
また、たとえば、情報処理装置２がゲーム機である場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人の動きを検出するとともに、検出した動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させ、ゲームの対戦状況を変化させるアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定の動きをすることにより、自身がテレビ画面上のキャラクタとしてゲームの対戦を行う臨場感を味わうことができる。
【００２３】
図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す図である。
【００２４】
情報取得装置１は、光学部の構成として、投射光学系１１と受光光学系１２とを備えている。投射光学系１１は、レーザ光源１１１と、コリメータレンズ１１２と、アパーチャ１１３と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１１４を備えている
。また、受光光学系１２は、アパーチャ１２１と、撮像レンズ１２２と、フィルタ１２３と、シャッター１２４と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５とを備えている。この他、情報取得装置１は、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レー
ザ駆動回路２２と、撮像信号処理回路２３と、入出力回路２４と、メモリ２５を備えている。
【００２５】
レーザ光源１１１は、波長８３０ｎｍ程度の狭波長帯域のレーザ光を出力する。コリメータレンズ１１２は、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。アパーチャ１１３は、レーザ光の光束断面を所定の形状に調整する。ＤＯＥ１１４は、入射面に回折パターンを有する。この回折パターンによる回折作用により、アパーチャ１１３からＤＯＥ１１４に入射したレーザ光は、ドットマトリックスパターンのレーザ光に変換されて、目標領域に照射される。
【００２６】
目標領域からにより反射されたレーザ光は、アパーチャ１２１を介して撮像レンズ１２２に入射する。アパーチャ１２１は、撮像レンズ１２２のＦナンバーに合うように、外部からの光に絞りを掛ける。撮像レンズ１２２は、アパーチャ１２１を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１２５上に集光する。
【００２７】
フィルタ１２３は、レーザ光源１１１の出射波長（８３０ｎｍ程度）を含む波長帯域の光を透過し、可視光の波長帯域をカットするバンドパスフィルタである。フィルタ１２３は、８３０ｎｍ近傍の波長帯域のみを透過する狭帯域のフィルタではなく、８３０ｎｍを含む比較的広い波長帯域の光を透過させる安価なフィルタからなっている。
【００２８】
シャッター１２４は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じて、フィルタ１２３からの光を遮光または通過させる。シャッター１２４は、たとえば、メカニカルシャッターや電子シャッターである。ＣＭＯＳイメージセンサ１２５は、撮像レンズ１２２にて集光された光を受光して、画素毎に、受光光量に応じた信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
【００２９】
ＣＰＵ２１は、メモリ２５に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、レーザ光源１１１を制御するためのレーザ制御部２１ａと、後述するデータ減算部２１ｂと、３次元距離情報を生成するための３次元距離演算部２１ｃと、シャッター１２４を制御するためのシャッター制御部２１ｄの機能が付与される。
【００３０】
レーザ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてレーザ光源１１１を駆動する。撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５で生成された各画素の信号（電荷）をライン毎に順次取り込む。そして、取り込んだ信号を順次ＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、撮像信号処理回路２３から供給される信号（撮像信号）をもとに、情報取得装置１から検出対象物の各部までの距離を、３次元距離演算部２１ｃによる処理によって算出する。入出力回路２４は、情報処理装置２とのデータ通信を制御する。
【００３１】
情報処理装置２は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理装置２には、同図に示す構成の他、テレビ３との通信を行うための構成や、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部メモリに格納された情報を読み取ってメモリ３３にインストールするためのドライブ装置等が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されている。
【００３２】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラム（アプリケーションプログラム）に従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、画像中の物体を検出するための物体検出部３１ａの機能が付与される。かかる制御プログラムは、たとえば、図示しないドライブ装置によってＣＤ−ＲＯＭから読み取られ、メモリ３３にインストールされる。
【００３３】
たとえば、制御プログラムがゲームプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動きを検出する。そして、検出された動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させるための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３４】
また、制御プログラムがテレビ３の機能を制御するためのプログラムである場合、物体
検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動き（ジェスチャ）を検出する。そして、検出された動き（ジェスチャ）に応じて、テレビ１の機能（チャンネル切り替えやボリューム調整、等）を制御するための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３５】
入出力回路３２は、情報取得装置１とのデータ通信を制御する。
【００３６】
図３（ａ）は、目標領域に対するレーザ光の照射状態を模式的に示す図、図３（ｂ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５におけるレーザ光の受光状態を模式的に示す図である。なお、同図（ｂ）には、便宜上、目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在するときの受光状態が示されている。
【００３７】
同図（ａ）に示すように、投射光学系１１からは、ドットマトリックスパターンを持ったレーザ光（以下、このパターンを持つレーザ光の全体を「ＤＭＰ光」という）が、目標領域に向けて照射される。同図（ａ）には、ＤＭＰ光の光束断面が破線の枠によって示されている。ＤＭＰ光内の各ドットは、ＤＯＥ１１４による回折作用によってレーザ光の強度が点在的に高められた領域を模式的に示している。ＤＭＰ光の光束中には、レーザ光の強度が高められた領域が、所定のドットマトリックスパターンに従って点在している。
【００３８】
目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在すると、これにより反射されたＤＭＬ光の各ドット位置の光は、同図（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上で分布する。たとえば、目標領域上におけるＰ０のドット位置の光は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上では、Ｐｐのドット位置の光に対応する。
【００３９】
上記３次元距離演算部２１ｃでは、各ドットに対応する光がＣＭＯＳイメージセンサ１２４上のどの位置に入射したかが検出され、その受光位置から、三角測量法に基づいて、検出対象物体の各部（ドットマトリックスパターン上の各ドット位置）までの距離が検出される。かかる検出手法の詳細は、たとえば、上記非特許文献１（第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０）に示されている。
【００４０】
かかる距離検出では、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上におけるＤＭＰ光（各ドット位置の光）の分布状態を正確に検出する必要がある。しかしながら、本実施の形態では、透過帯域幅が比較的広い安価なフィルタ１２３が用いられているため、ＤＭＰ光以外の光がＣＭＯＳイメージセンサ１２４に入射し、この光が外乱光となる。たとえば、目標領域に蛍光灯等の発光体があると、この発光体の像がＣＭＯＳイメージセンサ１２４の撮像画像に写り込み、これにより、ＤＭＰ光の分布状態を正確に検出できないことが起こり得る。
【００４１】
そこで、本実施の形態では、以下の処理により、ＤＭＰ光の分布状態の検出の適正化が図られている。
【００４２】
図４および図５を参照して、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４によるＤＬＰ光の撮像処理について説明する。 図４は、レーザ光源１１１におけるレーザ光の発光タイミングと、
ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に対する露光タイミングおよびこの露光によりＣＭＯＳイメージセンサ１２５により得られた撮像データの記憶タイミングを示すタイミングチャートである。図５は、撮像データの記憶処理を示すフローチャートである。
【００４３】
図４を参照して、ＣＰＵ２１は、２つのファンクションジェネレータの機能を持っており、これらの機能により、パルスＦＧ１、ＦＧ２を生成する。パルスＦＧ１は、期間Ｔ１毎にＨｉｇｈとＬｏｗを繰り返す。パルスＦＧ２は、ＦＧ１の立ち上がりタイミングと立
下りタイミングに出力される。たとえば、パルスＦＧ２は、パルスＦＧ１を微分することにより生成される。
【００４４】
パルスＦＧ１がＨｉｇｈの間、レーザ制御部２１ａは、レーザ光源１１１を点灯させる。また、パルスＦＧ２がＨｉｇｈとなってから期間Ｔ２の間、シャッター制御部２１ｄはシャッター１２４を開き、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に対する露光を行う。かかる露光が終わった後、ＣＰＵ２１は、各露光によりＣＭＯＳイメージセンサ１２５により取得された撮像データをメモリ２５に記憶させる。
【００４５】
図５を参照して、ＣＰＵ２１は、パルスＦＧ１がＨｉｇｈになると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、メモリフラグＭＦを１にセットし（Ｓ１０２）、レーザ光源１１１を点灯させる（Ｓ１０３）。そして、パルスＦＧ２がＨｉｇｈになると（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、シャッター制御部２１ｄはシャッター１２４を開き、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に対する露光を行う（Ｓ１０７）。この露光は、露光開始から期間Ｔ２が経過するまで行われる（Ｓ１０８）。
【００４６】
露光開始から期間Ｔ２が経過すると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、シャッター制御部２１ｄによりシャッター１２４が閉じられ（Ｓ１０９）、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５により撮像された撮像データがＣＰＵ１２５に出力される（Ｓ１１０）。ＣＰＵ２１は、メモリフラグＭＦが１であるかを判別する（Ｓ１１１）。ここでは、ステップＳ１０２においてメモリフラグＭＦが１にセットされているので（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５から出力された撮像データを、メモリ２５のメモリ領域Ａに記憶する（Ｓ１１２）。
【００４７】
その後、目標領域の情報を取得するための動作が終了されていなければ（Ｓ１１４：ＮＯ）、Ｓ１０１に戻って、ＣＰＵ２１は、パルスＦＧ１がＨｉｇｈであるかを判定する。引き続きパルスＦＧ１がＨｉｇｈであると、ＣＰＵ２１は、メモリフラグＭＦを１にセットしたまま（Ｓ１０２）、レーザ光源１１１を点灯させ続ける（Ｓ１０３）。ただし、このタイミングでは、パルスＦＧ２が出力されていないため（図４参照）、Ｓ１０６における判定がＮＯとなって、処理がＳ１０１に戻る。こうして、ＣＰＵ２１は、パルスＦＧ１がＬｏｗになるまで、レーザ光源１１１を点灯させ続ける。
【００４８】
その後、パルスＦＧ１がＬｏｗになると、ＣＰＵ２１は、メモリフラグＭＦを０にセットし（Ｓ１０４）、レーザ光源１１１を消灯する（Ｓ１０５）。そして、パルスＦＧ２がＨｉｇｈになると（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、シャッター制御部２１ｄによりシャッター１２４が開かれ、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に対する露光が行われる（Ｓ１０７）。この露光は、上記と同様、露光開始から期間Ｔ２が経過するまで行われる（Ｓ１０８）。
【００４９】
露光開始から期間Ｔ２が経過すると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、シャッター制御部２１ｄによりシャッター１２４が閉じられ（Ｓ１０９）、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５により撮像された撮像データがＣＰＵ１２５に出力される（Ｓ１１０）。ＣＰＵ２１は、メモリフラグＭＦが１であるかを判別する（Ｓ１１１）。ここでは、ステップＳ１０４においてメモリフラグＭＦが０にセットされているので（Ｓ１１１：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５から出力された撮像データを、メモリ２５のメモリ領域Ｂに記憶する（Ｓ１１３）。
【００５０】
以上の処理が、情報取得動作の終了まで繰り返される。この処理により、レーザ光源１１１が点灯しているときにＣＭＯＳイメージセンサ１２５により取得された撮像データと、レーザ光源１１１が点灯していないときにＣＭＯＳイメージセンサ１２５により取得された撮像データが、それぞれ、メモリ２５のメモリ領域Ａとメモリ領域Ｂに記憶される。
【００５１】
図６（ａ）は、ＣＰＵ２１のデータ減算部２１ｂによる処理を示すフローチャートである。
【００５２】
メモリ領域Ｂに撮像データが更新記憶されると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、データ減算部２１ｂは、メモリ領域Ａに記憶された撮像データからメモリ領域Ｂに記憶された撮像データを減算する処理を行う（Ｓ２０２）。ここでは、メモリ領域Ａに記憶された各画素の受光光量に応じた信号（電荷）の値から、メモリ領域Ｂに記憶された対応する画素の受光光量に応じた信号（電荷）の値が減算される。この減算結果が、メモリ２５のメモリ領域Ｃに記憶される（Ｓ２０３）。目標領域の情報を取得するための動作が終了していなければ（Ｓ２０４：ＮＯ）、Ｓ２０１に戻って、同様の処理が繰り返される。
【００５３】
図６（ａ）の処理により、メモリ領域Ｃには、レーザ光源１１１の点灯時に取得された撮像データ（第１の撮像データ）から、その直後のレーザ光源１１１の消灯時に取得された撮像データ（第２の撮像データ）が減算された減算結果が更新記憶される。ここで、第１の撮像データと第２の撮像データは、図４、５を参照して説明したように、共に、同じ時間Ｔ２だけＣＭＯＳイメージセンサ１２５が露光されて取得されるため、第２の撮像データは、第１の撮像データ中に含まれるレーザ光源１１１からのレーザ光以外の光によるノイズ成分に等しくなる。よって、メモリ領域Ｃには、レーザ光源１１１からのレーザ光以外の光によるノイズ成分が除去された撮像データが記憶されることになる。
【００５４】
図７は、図６（ａ）に処理による効果を模式的に例示する図である。
【００５５】
図７（ａ）のように、撮像領域内に、蛍光灯ＬＤが含まれている場合、上記実施の形態に示す投射光学系１０からＤＭＰ光を照射しつつ、受光光学系２０により撮像領域を撮像すると、撮像画像は、同図（ｂ）のようになる。この撮像画像に基づく撮像データが、メモリ２５のメモリ領域Ａに記憶される。また、投射光学系１０からＤＭＰ光を照射させずに、受光光学系２０により撮像領域を撮像すると、撮像画像は、同図（ｃ）のようになる。この撮像画像に基づく撮像データが、メモリ２５のメモリ領域Ｂに記憶される。同図（ｂ）の撮像画像から同図（ｃ）の撮像画像を除くと、撮像画像は、同図（ｄ）のようになる。この撮像画像に基づく撮像データが、メモリ２５のメモリ領域Ｃに記憶される。よって、メモリ領域Ｃには、ＤＭＰ光以外の光（蛍光灯）によるノイズ成分が除去された撮像データが記憶される。
【００５６】
本実施の形態では、メモリＣに記憶された撮像データを用いて、ＣＰＵ２１の３次元距離演算部２１ｃによる演算処理が行われる。よって、これにより取得された３次元距離情報（検出対象物の各部までの距離に関する情報）は、精度の高いものとなり得る。
【００５７】
以上、本実施の形態によれば、安価なフィルタ１２３を用いることができるため、コストの低減を図ることができる。さらに、レーザ光源１１１の波長にずれが生じても、上記減算処理により、ＤＭＰ光以外の光によるノイズ成分が除去された撮像データが取得されるため、フィルタ１２３を傾けて透過波長帯域を調節したり、あるいは、レーザ光源１１１の波長変動を抑えるためにペルチェ素子等の温度調節素子を配したりする必要もない。
【００５８】
このように、本実施の形態によれば、簡素な構成にて目標領域の検出対象物体に対する３次元距離情報を精度よく取得することができる。
【００５９】
なお、上記のように減算処理を行ってノイズ成分を除去する場合、理論上は、フィルタ１２３を用いなくても、ＤＭＰ光による撮像データを取得することができる。しかしながら、一般に、可視光帯域の光の光量レベルは、通常、ＤＭＰ光の光量レベルよりも数段高
いため、可視光帯域が混ざった光からＤＭＰ光のみを上記減算処理により正確に導き出すのは困難である。よって、本実施の形態では、上記のように、可視光を除去するために、フィルタ１２３が配されている。フィルタ１２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に入射する可視光の光量レベルを十分に低下させ得るものであれば良い。また、フィルタ１２３の透過波長帯域は、レーザ光源１１１の温度変化によりレーザ光の波長が変動し得る範囲をカバーできれば良い。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。
【００６１】
たとえば、上記実施の形態の図６（ａ）では、メモリ領域Ｂが更新されると減算処理が行われるようにしたが、図６（ｂ）のように、メモリ領域Ａが更新されると減算処理が行われるようにしても良い。この場合、メモリ領域Ａが更新されると（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、その直前にメモリ領域Ｂに記憶された第２の撮像データを用いて、メモリ領域Ａに更新記憶された第１の撮像データから第２の撮像データを減算する処理が行われ（Ｓ２１２）、減算結果がメモリ領域Ｃに記憶される（Ｓ２０３）。
【００６２】
また、上記実施の形態では、図４のタイミングチャートに示すように、第１の撮像データの取得と第２の撮像データの取得が交互に行われたが、図８に示すように、第１の撮像データの取得が数回（（図８では３回）行われる毎に、第２の撮像データの取得（図８に矢印で示す）が行われるようにしても良い。この場合、取得された第２の撮像データを用いて、その後３回取得された第１の撮像データに対する減算処理が、第１の撮像データの取得の度に行われ、減算結果がメモリ領域Ｃに記憶される。ここでの減算処理は、図６（ｂ）に従って行われる。
【００６３】
また、上記実施の形態では、ドットマトリックスパターンのレーザ光を目標領域に照射するタイプの距離画像センサを用いた情報取得装置に本発明を適用した例を示したが、この他、目標領域においてレーザ光を走査させ、各走査位置におけるレーザ光の出射タイミングと受光タイミングとの間の時間差に基づいて、検出対象物体の各部（各走査位置）までの距離を検出する方式（ＴＯＦ：Time of Flight）の距離画像センサや、ステレオカメラ方式の距離画像センサを用いる情報取得装置に本発明を適用することも可能である。ＴＯＦ方式の距離画像センサでは、受光素子に画素がなく、受光面全体の受光量を検出するタイプの受光素子を用いることもできる。
【００６４】
さらに、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５を用いたが、これに替えて、ＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。
【００６５】
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 情報取得装置
１０ 投射光学系
１１１ レーザ光源（光源）
１２４ シャッター
１２５ ＣＭＯＳイメージセンサ（受光素子）
２１ ＣＰＵ
２１ａ レーザ制御部（光源制御部）
２１ｂ データ減算部（情報取得部）
２１ｃ ３次元距離演算部（情報取得部）
２１ｄ シャッター制御部
２５ メモリ（記憶部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標領域に光を投射したときの反射光の状態に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置およびこれに用い好適な情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いた物体検出装置が種々の分野で開発されている。いわゆる距離画像センサを用いた物体検出装置では、２次元平面上の平面的な画像のみならず、検出対象物体の奥行き方向の形状や動きを検出することができる。かかる物体検出装置では、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Device）から、予め決められた波長帯域の光が目標領域に投
射され、その反射光がＣＭＯＳイメージセンサ等の受光素子により受光される。距離画像センサとして、種々のタイプのものが知られている。
【０００３】
目標領域においてレーザ光を走査するタイプの距離画像センサでは、各走査位置におけるレーザ光の出射タイミングと受光タイミングとの間の時間差に基づいて、検出対象物体の各部（各走査位置）までの距離が検出される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの距離画像センサでは、ドットパターン上の各ドット位置におけるレーザ光の目標領域からの反射光が受光素子によって受光される。そして、各ドット位置のレーザ光の受光素子上の受光位置に基づいて、三角測量法を用いて、検出対象物体の各部（ドットパターン上の各ドット位置）までの距離が検出される（たとえば、非特許文献１）。
【０００５】
この他、アングルの異なる複数のカメラで目標領域を両眼立体視することで検出対象物体の各部までの距離を検出する、いわゆる、ステレオカメラ法による距離画像センサも知られている（たとえば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７０１５７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記物体検出装置では、レーザ光源等から出射された波長帯域の光のみを受光素子に導くフィルタを配することにより、物体検出の精度が高められる。かかるフィルタとして、当該波長帯域を透過帯域とする狭帯域フィルタが用いられ得る。
【０００９】
しかし、このようなフィルタを用いても、レーザ光源等の出射波長帯域には個々に公差があるため、フィルタの透過帯域をレーザ光源の出射波長帯域に完全に整合させることはできない。この場合、たとえば、反射光に対するフィルタの傾き角を変化させることで、フィルタの透過波長帯域を調節することができる。しかし、このためには、フィルタの傾き角を調節する作業が必要となる。また、フィルタを傾けることにより、フィルタ表面で反射される光の量が増加し、その結果、受光素子にて受光される光の量が減少する。さらに、狭帯域フィルタは高価である。
【００１０】
また、レーザ光源から出射される光の波長は、レーザ光源の温度変化によって変化する。このため、実動作時に出射波長を一定にするには、光源の温度変化を抑制するために、ペルチェ素子等の温度調節素子が必要となる。
【００１１】
本発明は、これらの問題を解消するためになされたものであり、簡素な構成にて目標領域の情報を精度よく取得できる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、所定波長帯域の光を出射する光源と、前記光源を制御する光源制御部と、前記光源から出射された前記光を前記目標領域に向けて投射する投射光学系と、前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された信号の値に関する信号値情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された信号値情報に基づいて前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する情報取得部とを備える。ここで、前記光源制御部は、前記光の出射と非出射が繰り返されるように前記光源を制御する。また、前記記憶部は、前記光源から前記光が出射されている間に前記受光素子から出力された信号の値に関する第１の信号値情報と、前記光源から前記光が出射されていない間に前記受光素子から出力された信号の値に関する第２の信号値情報とをそれぞれ記憶する。そうして、前記情報取得部は、前記記憶部に記憶された前記第１の信号値情報から前記第２の信号値情報を減算した減算結果に基づいて、前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する。
【００１３】
本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。この態様に係る物体検出装置は、上記第１の態様に係る情報取得装置を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡素な構成にて目標領域の情報を精度よく取得できる情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係る目標領域に対するレーザ光の照射状態とイメージセンサ上のレーザ光の受光状態を示す図である。
【図４】実施の形態に係るレーザ光の発光タイミングと、イメージセンサに対する露光タイミングおよび撮像データの記憶タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】実施の形態に係る撮像データの記憶処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態に係る撮像データの減算処理を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態に係る撮像データの処理過程を模式的に示す図である。
【図８】実施の形態の変更例に係るレーザ光の発光タイミングと、イメージセンサに対する露光タイミングおよび撮像データの記憶タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態は、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの情報取得装置に本発明を適用したものである。
【００１８】
まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置は、情報取得装置１と、情報処理装置２とを備えている。テレビ３は、情報処理装置２からの信号によって制御される。
【００１９】
情報取得装置１は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域にある物体各部の距離（以下、「３次元距離情報」という）を取得する。取得された３次元距離情報は、ケーブル４を介して情報処理装置２に送られる。
【００２０】
情報処理装置２は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置２は、情報取得装置１から受信した３次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ３を制御する。
【００２１】
たとえば、情報処理装置２は、受信した３次元距離情報に基づき人を検出するとともに、３次元距離情報の変化から、その人の動きを検出する。たとえば、情報処理装置２がテレビ制御用のコントローラである場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人のジャスチャーを検出するとともに、ジェスチャに応じてテレビ３に制御信号を出力するアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定のジェスチャをすることにより、チャンネル切り替えやボリュームのＵｐ／Ｄｏｗｎ等、所定の機能をテレビ３に実行させることができる。
【００２２】
また、たとえば、情報処理装置２がゲーム機である場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人の動きを検出するとともに、検出した動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させ、ゲームの対戦状況を変化させるアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定の動きをすることにより、自身がテレビ画面上のキャラクタとしてゲームの対戦を行う臨場感を味わうことができる。
【００２３】
図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す図である。
【００２４】
情報取得装置１は、光学部の構成として、投射光学系１１と受光光学系１２とを備えている。投射光学系１１は、レーザ光源１１１と、コリメータレンズ１１２と、アパーチャ１１３と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１１４を備えている
。また、受光光学系１２は、アパーチャ１２１と、撮像レンズ１２２と、フィルタ１２３と、シャッター１２４と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５とを備えている。この他、情報取得装置１は、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レー
ザ駆動回路２２と、撮像信号処理回路２３と、入出力回路２４と、メモリ２５を備えている。
【００２５】
レーザ光源１１１は、波長８３０ｎｍ程度の狭波長帯域のレーザ光を出力する。コリメータレンズ１１２は、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。アパーチャ１１３は、レーザ光の光束断面を所定の形状に調整する。ＤＯＥ１１４は、入射面に回折パターンを有する。この回折パターンによる回折作用により、アパーチャ１１３からＤＯＥ１１４に入射したレーザ光は、ドットマトリックスパターンのレーザ光に変換されて、目標領域に照射される。
【００２６】
目標領域からにより反射されたレーザ光は、アパーチャ１２１を介して撮像レンズ１２２に入射する。アパーチャ１２１は、撮像レンズ１２２のＦナンバーに合うように、外部からの光に絞りを掛ける。撮像レンズ１２２は、アパーチャ１２１を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１２５上に集光する。
【００２７】
フィルタ１２３は、レーザ光源１１１の出射波長（８３０ｎｍ程度）を含む波長帯域の光を透過し、可視光の波長帯域をカットするバンドパスフィルタである。フィルタ１２３は、８３０ｎｍ近傍の波長帯域のみを透過する狭帯域のフィルタではなく、８３０ｎｍを含む比較的広い波長帯域の光を透過させる安価なフィルタからなっている。
【００２８】
シャッター１２４は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じて、フィルタ１２３からの光を遮光または通過させる。シャッター１２４は、たとえば、メカニカルシャッターや電子シャッターである。ＣＭＯＳイメージセンサ１２５は、撮像レンズ１２２にて集光された光を受光して、画素毎に、受光光量に応じた信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
【００２９】
ＣＰＵ２１は、メモリ２５に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、レーザ光源１１１を制御するためのレーザ制御部２１ａと、後述するデータ減算部２１ｂと、３次元距離情報を生成するための３次元距離演算部２１ｃと、シャッター１２４を制御するためのシャッター制御部２１ｄの機能が付与される。
【００３０】
レーザ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてレーザ光源１１１を駆動する。撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５で生成された各画素の信号（電荷）をライン毎に順次取り込む。そして、取り込んだ信号を順次ＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、撮像信号処理回路２３から供給される信号（撮像信号）をもとに、情報取得装置１から検出対象物の各部までの距離を、３次元距離演算部２１ｃによる処理によって算出する。入出力回路２４は、情報処理装置２とのデータ通信を制御する。
【００３１】
情報処理装置２は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理装置２には、同図に示す構成の他、テレビ３との通信を行うための構成や、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部メモリに格納された情報を読み取ってメモリ３３にインストールするためのドライブ装置等が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されている。
【００３２】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラム（アプリケーションプログラム）に従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、画像中の物体を検出するための物体検出部３１ａの機能が付与される。かかる制御プログラムは、たとえば、図示しないドライブ装置によってＣＤ−ＲＯＭから読み取られ、メモリ３３にインストールされる。
【００３３】
たとえば、制御プログラムがゲームプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動きを検出する。そして、検出された動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させるための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３４】
また、制御プログラムがテレビ３の機能を制御するためのプログラムである場合、物体
検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動き（ジェスチャ）を検出する。そして、検出された動き（ジェスチャ）に応じて、テレビ１の機能（チャンネル切り替えやボリューム調整、等）を制御するための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３５】
入出力回路３２は、情報取得装置１とのデータ通信を制御する。
【００３６】
図３（ａ）は、目標領域に対するレーザ光の照射状態を模式的に示す図、図３（ｂ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５におけるレーザ光の受光状態を模式的に示す図である。なお、同図（ｂ）には、便宜上、目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在するときの受光状態が示されている。
【００３７】
同図（ａ）に示すように、投射光学系１１からは、ドットマトリックスパターンを持ったレーザ光（以下、このパターンを持つレーザ光の全体を「ＤＭＰ光」という）が、目標領域に向けて照射される。同図（ａ）には、ＤＭＰ光の光束断面が破線の枠によって示されている。ＤＭＰ光内の各ドットは、ＤＯＥ１１４による回折作用によってレーザ光の強度が点在的に高められた領域を模式的に示している。ＤＭＰ光の光束中には、レーザ光の強度が高められた領域が、所定のドットマトリックスパターンに従って点在している。
【００３８】
目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在すると、これにより反射されたＤＭＬ光の各ドット位置の光は、同図（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上で分布する。たとえば、目標領域上におけるＰ０のドット位置の光は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上では、Ｐｐのドット位置の光に対応する。
【００３９】
上記３次元距離演算部２１ｃでは、各ドットに対応する光がＣＭＯＳイメージセンサ１２４上のどの位置に入射したかが検出され、その受光位置から、三角測量法に基づいて、検出対象物体の各部（ドットマトリックスパターン上の各ドット位置）までの距離が検出される。かかる検出手法の詳細は、たとえば、上記非特許文献１（第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０）に示されている。
【００４０】
かかる距離検出では、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上におけるＤＭＰ光（各ドット位置の光）の分布状態を正確に検出する必要がある。しかしながら、本実施の形態では、透過帯域幅が比較的広い安価なフィルタ１２３が用いられているため、ＤＭＰ光以外の光がＣＭＯＳイメージセンサ１２４に入射し、この光が外乱光となる。たとえば、目標領域に蛍光灯等の発光体があると、この発光体の像がＣＭＯＳイメージセンサ１２４の撮像画像に写り込み、これにより、ＤＭＰ光の分布状態を正確に検出できないことが起こり得る。
【００４１】
そこで、本実施の形態では、以下の処理により、ＤＭＰ光の分布状態の検出の適正化が図られている。
【００４２】
図４および図５を参照して、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４によるＤＬＰ光の撮像処理について説明する。 図４は、レーザ光源１１１におけるレーザ光の発光タイミングと、
ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に対する露光タイミングおよびこの露光によりＣＭＯＳイメージセンサ１２５により得られた撮像データの記憶タイミングを示すタイミングチャートである。図５は、撮像データの記憶処理を示すフローチャートである。
【００４３】
図４を参照して、ＣＰＵ２１は、２つのファンクションジェネレータの機能を持っており、これらの機能により、パルスＦＧ１、ＦＧ２を生成する。パルスＦＧ１は、期間Ｔ１毎にＨｉｇｈとＬｏｗを繰り返す。パルスＦＧ２は、ＦＧ１の立ち上がりタイミングと立
下りタイミングに出力される。たとえば、パルスＦＧ２は、パルスＦＧ１を微分することにより生成される。
【００４４】
パルスＦＧ１がＨｉｇｈの間、レーザ制御部２１ａは、レーザ光源１１１を点灯させる。また、パルスＦＧ２がＨｉｇｈとなってから期間Ｔ２の間、シャッター制御部２１ｄはシャッター１２４を開き、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に対する露光を行う。かかる露光が終わった後、ＣＰＵ２１は、各露光によりＣＭＯＳイメージセンサ１２５により取得された撮像データをメモリ２５に記憶させる。
【００４５】
図５を参照して、ＣＰＵ２１は、パルスＦＧ１がＨｉｇｈになると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、メモリフラグＭＦを１にセットし（Ｓ１０２）、レーザ光源１１１を点灯させる（Ｓ１０３）。そして、パルスＦＧ２がＨｉｇｈになると（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、シャッター制御部２１ｄはシャッター１２４を開き、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に対する露光を行う（Ｓ１０７）。この露光は、露光開始から期間Ｔ２が経過するまで行われる（Ｓ１０８）。
【００４６】
露光開始から期間Ｔ２が経過すると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、シャッター制御部２１ｄによりシャッター１２４が閉じられ（Ｓ１０９）、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５により撮像された撮像データがＣＰＵ１２５に出力される（Ｓ１１０）。ＣＰＵ２１は、メモリフラグＭＦが１であるかを判別する（Ｓ１１１）。ここでは、ステップＳ１０２においてメモリフラグＭＦが１にセットされているので（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５から出力された撮像データを、メモリ２５のメモリ領域Ａに記憶する（Ｓ１１２）。
【００４７】
その後、目標領域の情報を取得するための動作が終了されていなければ（Ｓ１１４：ＮＯ）、Ｓ１０１に戻って、ＣＰＵ２１は、パルスＦＧ１がＨｉｇｈであるかを判定する。引き続きパルスＦＧ１がＨｉｇｈであると、ＣＰＵ２１は、メモリフラグＭＦを１にセットしたまま（Ｓ１０２）、レーザ光源１１１を点灯させ続ける（Ｓ１０３）。ただし、このタイミングでは、パルスＦＧ２が出力されていないため（図４参照）、Ｓ１０６における判定がＮＯとなって、処理がＳ１０１に戻る。こうして、ＣＰＵ２１は、パルスＦＧ１がＬｏｗになるまで、レーザ光源１１１を点灯させ続ける。
【００４８】
その後、パルスＦＧ１がＬｏｗになると、ＣＰＵ２１は、メモリフラグＭＦを０にセットし（Ｓ１０４）、レーザ光源１１１を消灯する（Ｓ１０５）。そして、パルスＦＧ２がＨｉｇｈになると（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、シャッター制御部２１ｄによりシャッター１２４が開かれ、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に対する露光が行われる（Ｓ１０７）。この露光は、上記と同様、露光開始から期間Ｔ２が経過するまで行われる（Ｓ１０８）。
【００４９】
露光開始から期間Ｔ２が経過すると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、シャッター制御部２１ｄによりシャッター１２４が閉じられ（Ｓ１０９）、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５により撮像された撮像データがＣＰＵ１２５に出力される（Ｓ１１０）。ＣＰＵ２１は、メモリフラグＭＦが１であるかを判別する（Ｓ１１１）。ここでは、ステップＳ１０４においてメモリフラグＭＦが０にセットされているので（Ｓ１１１：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５から出力された撮像データを、メモリ２５のメモリ領域Ｂに記憶する（Ｓ１１３）。
【００５０】
以上の処理が、情報取得動作の終了まで繰り返される。この処理により、レーザ光源１１１が点灯しているときにＣＭＯＳイメージセンサ１２５により取得された撮像データと、レーザ光源１１１が点灯していないときにＣＭＯＳイメージセンサ１２５により取得された撮像データが、それぞれ、メモリ２５のメモリ領域Ａとメモリ領域Ｂに記憶される。
【００５１】
図６（ａ）は、ＣＰＵ２１のデータ減算部２１ｂによる処理を示すフローチャートである。
【００５２】
メモリ領域Ｂに撮像データが更新記憶されると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、データ減算部２１ｂは、メモリ領域Ａに記憶された撮像データからメモリ領域Ｂに記憶された撮像データを減算する処理を行う（Ｓ２０２）。ここでは、メモリ領域Ａに記憶された各画素の受光光量に応じた信号（電荷）の値から、メモリ領域Ｂに記憶された対応する画素の受光光量に応じた信号（電荷）の値が減算される。この減算結果が、メモリ２５のメモリ領域Ｃに記憶される（Ｓ２０３）。目標領域の情報を取得するための動作が終了していなければ（Ｓ２０４：ＮＯ）、Ｓ２０１に戻って、同様の処理が繰り返される。
【００５３】
図６（ａ）の処理により、メモリ領域Ｃには、レーザ光源１１１の点灯時に取得された撮像データ（第１の撮像データ）から、その直後のレーザ光源１１１の消灯時に取得された撮像データ（第２の撮像データ）が減算された減算結果が更新記憶される。ここで、第１の撮像データと第２の撮像データは、図４、５を参照して説明したように、共に、同じ時間Ｔ２だけＣＭＯＳイメージセンサ１２５が露光されて取得されるため、第２の撮像データは、第１の撮像データ中に含まれるレーザ光源１１１からのレーザ光以外の光によるノイズ成分に等しくなる。よって、メモリ領域Ｃには、レーザ光源１１１からのレーザ光以外の光によるノイズ成分が除去された撮像データが記憶されることになる。
【００５４】
図７は、図６（ａ）に処理による効果を模式的に例示する図である。
【００５５】
図７（ａ）のように、撮像領域内に、蛍光灯ＬＤが含まれている場合、上記実施の形態に示す投射光学系１０からＤＭＰ光を照射しつつ、受光光学系２０により撮像領域を撮像すると、撮像画像は、同図（ｂ）のようになる。この撮像画像に基づく撮像データが、メモリ２５のメモリ領域Ａに記憶される。また、投射光学系１０からＤＭＰ光を照射させずに、受光光学系２０により撮像領域を撮像すると、撮像画像は、同図（ｃ）のようになる。この撮像画像に基づく撮像データが、メモリ２５のメモリ領域Ｂに記憶される。同図（ｂ）の撮像画像から同図（ｃ）の撮像画像を除くと、撮像画像は、同図（ｄ）のようになる。この撮像画像に基づく撮像データが、メモリ２５のメモリ領域Ｃに記憶される。よって、メモリ領域Ｃには、ＤＭＰ光以外の光（蛍光灯）によるノイズ成分が除去された撮像データが記憶される。
【００５６】
本実施の形態では、メモリＣに記憶された撮像データを用いて、ＣＰＵ２１の３次元距離演算部２１ｃによる演算処理が行われる。よって、これにより取得された３次元距離情報（検出対象物の各部までの距離に関する情報）は、精度の高いものとなり得る。
【００５７】
以上、本実施の形態によれば、安価なフィルタ１２３を用いることができるため、コストの低減を図ることができる。さらに、レーザ光源１１１の波長にずれが生じても、上記減算処理により、ＤＭＰ光以外の光によるノイズ成分が除去された撮像データが取得されるため、フィルタ１２３を傾けて透過波長帯域を調節したり、あるいは、レーザ光源１１１の波長変動を抑えるためにペルチェ素子等の温度調節素子を配したりする必要もない。
【００５８】
このように、本実施の形態によれば、簡素な構成にて目標領域の検出対象物体に対する３次元距離情報を精度よく取得することができる。
【００５９】
なお、上記のように減算処理を行ってノイズ成分を除去する場合、理論上は、フィルタ１２３を用いなくても、ＤＭＰ光による撮像データを取得することができる。しかしながら、一般に、可視光帯域の光の光量レベルは、通常、ＤＭＰ光の光量レベルよりも数段高
いため、可視光帯域が混ざった光からＤＭＰ光のみを上記減算処理により正確に導き出すのは困難である。よって、本実施の形態では、上記のように、可視光を除去するために、フィルタ１２３が配されている。フィルタ１２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５に入射する可視光の光量レベルを十分に低下させ得るものであれば良い。また、フィルタ１２３の透過波長帯域は、レーザ光源１１１の温度変化によりレーザ光の波長が変動し得る範囲をカバーできれば良い。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。
【００６１】
たとえば、上記実施の形態の図６（ａ）では、メモリ領域Ｂが更新されると減算処理が行われるようにしたが、図６（ｂ）のように、メモリ領域Ａが更新されると減算処理が行われるようにしても良い。この場合、メモリ領域Ａが更新されると（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、その直前にメモリ領域Ｂに記憶された第２の撮像データを用いて、メモリ領域Ａに更新記憶された第１の撮像データから第２の撮像データを減算する処理が行われ（Ｓ２１２）、減算結果がメモリ領域Ｃに記憶される（Ｓ２０３）。
【００６２】
また、上記実施の形態では、図４のタイミングチャートに示すように、第１の撮像データの取得と第２の撮像データの取得が交互に行われたが、図８に示すように、第１の撮像データの取得が数回（（図８では３回）行われる毎に、第２の撮像データの取得（図８に矢印で示す）が行われるようにしても良い。この場合、取得された第２の撮像データを用いて、その後３回取得された第１の撮像データに対する減算処理が、第１の撮像データの取得の度に行われ、減算結果がメモリ領域Ｃに記憶される。ここでの減算処理は、図６（ｂ）に従って行われる。
【００６３】
また、上記実施の形態では、ドットマトリックスパターンのレーザ光を目標領域に照射するタイプの距離画像センサを用いた情報取得装置に本発明を適用した例を示したが、この他、目標領域においてレーザ光を走査させ、各走査位置におけるレーザ光の出射タイミングと受光タイミングとの間の時間差に基づいて、検出対象物体の各部（各走査位置）までの距離を検出する方式（ＴＯＦ：Time of Flight）の距離画像センサや、ステレオカメラ方式の距離画像センサを用いる情報取得装置に本発明を適用することも可能である。ＴＯＦ方式の距離画像センサでは、受光素子に画素がなく、受光面全体の受光量を検出するタイプの受光素子を用いることもできる。
【００６４】
さらに、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ１２５を用いたが、これに替えて、ＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。
【００６５】
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 情報取得装置
１０ 投射光学系
１１１ レーザ光源（光源）
１２４ シャッター
１２５ ＣＭＯＳイメージセンサ（受光素子）
２１ ＣＰＵ
２１ａ レーザ制御部（光源制御部）
２１ｂ データ減算部（情報取得部）
２１ｃ ３次元距離演算部（情報取得部）
２１ｄ シャッター制御部
２５ メモリ（記憶部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
所定波長帯域の光を出射する光源と、
前記光源を制御する光源制御部と、
前記光源から出射された前記光を前記目標領域に向けて投射する投射光学系と、
前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された信号の値に関する信号値情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された信号値情報に基づいて前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する情報取得部と、を備え、
前記光源制御部は、前記光の出射と非出射が繰り返されるように前記光源を制御し、
前記記憶部は、前記光源から前記光が出射されている間に前記受光素子から出力された信号の値に関する第１の信号値情報と、前記光源から前記光が出射されていない間に前記受光素子から出力された信号の値に関する第２の信号値情報とをそれぞれ記憶し、
前記情報取得部は、前記記憶部に記憶された前記第１の信号値情報から前記第２の信号値情報を減算した減算結果に基づいて、前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記記憶部は、前記光が非出射となる度毎に、前記前記第２の信号値情報を記憶し、
前記情報取得部は、前記第１の信号値情報が前記記憶部に記憶される直前または直後に前記記憶部に記憶された前記第２の信号値情報を、当該第１の信号情報から減算した減算結果に基づいて、前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の情報取得装置において、
前記受光素子は、受光量に応じた電荷を貯めて電荷に応じた信号を出力する素子からなり、
前記受光素子に対する露光を制御するシャッターと、前記シャッターを制御するシャッター制御部とを備え、
前記シャッター制御部は、前記第１信号情報を取得する際の前記受光素子に対する露光の時間と、前記第２信号情報を取得する際の前記受光素子に対する露光の時間とが同じとなるように、前記シャッターを制御する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項４】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記投射光学系は、前記光源から出射された光をドットマトリックス状のパターンで前記目標領域に投射し、
前記受光素子は、画素毎に受光量に応じた信号を出力可能なイメージセンサからなっている、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の情報取得装置を有する物体検出装置。
【請求項１】
光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
所定波長帯域の光を出射する光源と、
前記光源を制御する光源制御部と、
前記光源から出射された前記光を前記目標領域に向けて投射する投射光学系と、
前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された信号の値に関する信号値情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された信号値情報に基づいて前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する情報取得部と、を備え、
前記光源制御部は、前記光の出射と非出射が繰り返されるように前記光源を制御し、
前記記憶部は、前記光源から前記光が出射されている間に前記受光素子から出力された信号の値に関する第１の信号値情報と、前記光源から前記光が出射されていない間に前記受光素子から出力された信号の値に関する第２の信号値情報とをそれぞれ記憶し、
前記情報取得部は、前記記憶部に記憶された前記第１の信号値情報から前記第２の信号値情報を減算した減算結果に基づいて、前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記記憶部は、前記光が非出射となる度毎に、前記前記第２の信号値情報を記憶し、
前記情報取得部は、前記第１の信号値情報が前記記憶部に記憶される直前または直後に前記記憶部に記憶された前記第２の信号値情報を、当該第１の信号情報から減算した減算結果に基づいて、前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の情報取得装置において、
前記受光素子は、受光量に応じた電荷を貯めて電荷に応じた信号を出力する素子からなり、
前記受光素子に対する露光を制御するシャッターと、前記シャッターを制御するシャッター制御部とを備え、
前記シャッター制御部は、前記第１信号情報を取得する際の前記受光素子に対する露光の時間と、前記第２信号情報を取得する際の前記受光素子に対する露光の時間とが同じとなるように、前記シャッターを制御する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項４】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記投射光学系は、前記光源から出射された光をドットマトリックス状のパターンで前記目標領域に投射し、
前記受光素子は、画素毎に受光量に応じた信号を出力可能なイメージセンサからなっている、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の情報取得装置を有する物体検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６９７０１（Ｐ２０１１−１６９７０１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２８４５（Ｐ２０１０−３２８４５）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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