複眼画像入力装置及びそれを用いた距離測定装置
【課題】複眼による視差を利用して、物体との距離を測定するための複眼画像入力装置において、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させる。
【解決手段】複眼画像入力装置を、光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロック3a,4aと、前記各レンズブロックによる像を複眼画像として撮像するための単一の撮像手段6と、前記各レンズブロックによる前記撮像手段に導くミラープリズム3a,3bやミラープリズム4a,4bからなる導光手段3,4とで構成する。
【解決手段】複眼画像入力装置を、光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロック3a,4aと、前記各レンズブロックによる像を複眼画像として撮像するための単一の撮像手段6と、前記各レンズブロックによる前記撮像手段に導くミラープリズム3a,3bやミラープリズム4a,4bからなる導光手段3,4とで構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複眼による視差を領して、物体との距離を測定するための複眼画像入力装置、及び、それを用いた距離測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、視差を利用して、物体との距離を測定するための装置としては、特許文献1や特許文献2に開示されるような装置が知られている。それらの装置では、光学系と撮像素子の組からなるカメラを2台以上備え、光軸と略垂直な平面内にそれらを設置して装置が構成され、自動車に搭載して前方自動車との車間距離を測定する装置として使用したり、セキュリティ分野やマンマシンインターフェース分野において被写体の三次元位置、姿勢を測定するためのカメラとして使用したりしている。
【0003】
また、特許文献3には、複眼の視差を利用して距離を測定装置として、被写体が近い距離にあっても遠い距離にあっても高分解能な距離測定を可能とする装置が開示されている。
【0004】
【特許文献1】特許第3827368号公報
【特許文献2】特許第3209828号公報
【特許文献3】特開平9−26318号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1や特許文献2に開示されているようなカメラを2台以上備える装置では被写体からカメラまでの距離が長い場合、例えば自動車に装置を搭載し、前方にある自動車、歩行者、あるいは障害物といった被写体までの距離を測定する場合、十分な距離の測定分解能を得るためには2つのカメラの距離を十分長く確保する必要があり、装置が大型化してしまう傾向にあった。自動車のインテリジェント化が進む中、車間距離だけでなく、ドライバー監視、自動車周辺モニターなど、さまざまなセンサやカメラを自動車の内外に設置したいという要請があり、当該装置の大型化は、他のセンサ等の設置スペースをなくしてしまうため、十分な距離分解能を確保しつつ、できるだけ装置を小型化することが望まれている。また自動車分野のみならず、セキュリティやインターフェース分野においても、当該装置を搭載する機器の小型化,設置のための省スペース化のために,重要な要素である。
【0006】
従来装置の別の問題として、複数のカメラを使用すること伴う各カメラの特性及び条件の相違の距離測定への影響がある。中でも撮像手段の感度の個体差と撮像タイミングの同期は、視差検出精度に大きく影響し、いかにして複数カメラ間でそれらの特性及び条件を一致させるかは重要な課題である。
【0007】
また、距離測定分解能を確保するためには、レンズブロックの焦点距離を長くすればよいが、それに伴い光学倍率が高くなり、それにより近距離にある物体の像が大きくなる。被写体の像が撮像手段の撮像面サイズより大きくなった場合、被写体像が特定できずに、視差検出が困難になる場合がある。逆に近距離にある物体までの距離を測定できるようにすると遠距離にある物体に対する距離測定分解能が低下する。特許文献3に記載の装置によれば、被写体の距離によらず高分解能な処理測定が可能であるが、この装置では、光学的手法と超音波を用いる手法と異なる手法を併用するため、装置が複雑化するという問題がある。
【0008】
本発明の目的は、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させると共に、複眼画像の特性及び条件をより一致させた高精度な距離測定を可能にする複眼画像入力装置、及び、それを用いた距離測定装置を実現することにある。
【0009】
また、本発明の目的は、装置が複雑化することなく、距離測定の分解能を確保しつつ距離測定のレンジを広げることを可能にする複眼画像入力装置、及び、それを用いた距離測定装置を提供することにある。
【0010】
本発明は、これ以外にも種々の目的を可能にする複眼画像入力装置、及び、それを用いた距離測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
請求項1の発明は、複眼による視差を利用して、物体との距離を測定するための複眼画像入力装置において、光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロック(撮像光学系)と、前記各レンズブロックによる像を複眼画像として撮像するための単一の撮像手段と、前記各レンズブロックによる像を前記撮像手段に導く導光手段とから複眼画像入力装置を構成する。
【0012】
距離分解能は、主に、2つのレンズブロックの間隔と、それぞれのレンズブロックの焦点距離により決定されるが,前記間隔を長くするかわりに、焦点距離を長くして分解能を確保する。焦点距離を長くするとレンズブロックから撮像素子までの撮像距離を長くとる必要が生じるが、導光手段により装置の大型化を図ることなく前記撮像距離を確保する。また、単一の撮像手段により、装置小型化のみならず、撮像手段の感度の個体差及び撮像タイミングずれを排除する。これらにより、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させるとともに、複眼画像の特性及び条件をより一致させた高精度な距離測定が可能になる複眼画像入力装置を実現する。
【0013】
距離測定分解能を確保するために、レンズブロックの焦点距離を長くすることに伴い光学倍率が高くなり、それにより近距離にある物体の像が大きくなる。被写体の像が撮像手段の撮像面サイズより大きくなった場合、被写体像が特定できずに、視差検出が困難になる場合がある。逆に近距離にある物体までの距離を測定できるようにすると遠距離にある物体に対する距離測定分解能が低下する。被写体が近い距離にあっても遠い距離にあっても高分解能な距離測定を可能とする装置としては、先の特許文献3の装置があるが、装置が複雑化する。
【0014】
請求項2の発明では、被写体の距離測定のためのレンズブロック群を、遠距離測定用と近距離測定用に分け、遠距離測定用レンズブロック群は焦点距離を長くし、近距離測定用レンズブロック群は焦点距離を短くして、それらを一体にして装置を構成する。それにより、遠距離測定用レンズブロック群による距離測定では、遠距離にある被写体の距離分解能を確保でき、近距離測定用レンズブロック群では、光学倍率を低くできるため、近距離にある被写体であっても、被写体像が撮像手段の撮像面サイズをオーバーすることなく距離測定を可能とすることができる。すなわち、距離測定の分解能を確保しつつ距離測定のレンジを広げることができる。
【0015】
2つのレンズブロックによる各々の像を1つの撮像手段で撮像する場合、1つの像を撮像手段のすべての画素で構成することはできない。例えば2つのレンズブロックによる像を同じ画素数で構成しようとしたら、1つの像を構成する画素数は,撮像手段の画素数の半分になる。そして、撮像手段の撮像面上における2つのレンズブロックの配列方向と略平行な方向に、2つのレンズブロックによる像を結像させると、1つの像における水平方向(レンズブロックの配列方向と略平行な方向)の画素数は半減する。自動車に搭載するカメラでは、レンズブロックによる像の一方を用いて、標識や白線の認識を行うことがあり、その場合、水平方向における画素数が重要となる場合がある。したがって水平方向の画素数の減少が認識性能に影響を及ぼす場合がある。
【0016】
請求項3の発明では、撮像手段の撮像面内において、導光手段を構成する光学系の光軸に対して略垂直な方向に、2つの像が配列するように、前記レンズブロック及び導光手段を配置し、水平方向における画素数の減少を防止する。それにより、水平方向における画素数の低減を防止し、認識性能の低下を防止することができる。
【0017】
請求項3の装置においては、水平及び垂直方向ともに所定の画素数を確保する必要がある場合がある。請求項4の発明では、撮像面の長手方向を、前記2つの像の配列方向に略一致させることにより、水平及び垂直方向ともに所定の画素数を確保する。それにより、所望の認識性能を確保することができる。
【0018】
導光手段の構成によっては、2個以上のレンズブロッからの光が撮像素子面上でクロストークを起こす。それにより撮像素子による複眼画像の一部が重なり、重なった部分の画像データが使用できなくなってデータ量の減少を招いたり、あるいは結像に寄与しないフレア光が像に重畳して像の品質を低下させたりする。
【0019】
請求項5の発明では、各レンズブロックによる像のクロストークを防止する手段を構成に付加し,各レンズブロックからの光の撮像素子面上でのクロストークを防止する。これにより、取得される像の品質を確保することができる。
【0020】
本発明に係る複眼画像入力装置は、複眼画像の各画像における被写体の視差を検出し、当該視差から被写体までの距離を算出するのに用いられる。その際、各レンズブロックの間隔(光軸と垂直な平面内における光軸間の距離)が経時的に変化すると、当該変化によって各画像における被写体の視差が変化するため、本来の距離とは異なる測定値を算出する可能性がある。カメラを外装する筐体の剛性を上げて、上記レンズブロック間隔の経時変化を抑制してもよいが、剛性の高い材料はコストがかかるため、装置コストが増大してしまう。
【0021】
請求項6の発明では、各レンズブロックを一体として保持するためのレンズブロック保持部材を構成に付加し、カメラの筐体ではなく、当該保持部材により各レンズブロックを一体として保持する。それによりレンズブロックの間隔の経時変化を抑制することができ、またカメラ筐体の全体の剛性を上げる必要がないため、装置を安価に構成できる。装置コストを上げることなく、各レンズブロック間隔の経時変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0022】
本発明に係る複眼画像入力装置では、複眼画像の各画像における被写体の視差を検出し、当該視差から被写体までの距離を算出するのに用いられる。その際、各レンズブロックに対応した導光光学系の構成部品の位置や姿勢が経時的に変化すると、当該変化によって各画像における被写体の視差が変化するため、本来の距離とは異なる測定値を算出する可能性がある。
【0023】
請求項7の発明では、各レンズブロックについての導光手段の一部、例えば一枚のミラー、を共通の部品で構成する。それにより少なくとも共通化した部品の位置や姿勢が経時的に変化しても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができる。
【0024】
請求項8の発明では、各レンズブロックについての導光手段を一体の屈曲光学系により構成する。導光手段に経時的な変化があっても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができる。
【0025】
請求項9の発明では、共通化手段を屈曲光学系の一面に設けたミラー面で構成する。これにより、導光手段に経時的な変化があっても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができる。
【0026】
請求項10の発明では、共通化手段を、レンズブロック保持部材の撮像手段側の面に設けたミラー面で構成する。これにより、導光手段の位置や姿勢の経時変化による距離測定誤差を排除するとともに、レンズブロック間隔の経時変化による距離測定誤差も抑制し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0027】
請求項11の発明は、請求項1記載の複眼画像入力装置と、該複眼画像入力装置で撮像された複眼画像における被写体像の視差から被写体までの距離を算出して、距離画像を生成する演算器とで距離測定装置を構成する。これにより、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させるとともに、複眼画像の特性及び条件より一致させた高精度な距離測定が可能になる。
【0028】
請求項12の発明は、請求項2記載の複眼画像入力装置と、該複眼画像入力装置で撮像された第1レンズブロック群による複眼画像及び第2レンズブロック群による複眼画像における被写体像の視差から被写体までの距離を算出して、これら2つの距離算出結果を合成して1つの距離画像を生成する演算器とで距離測定装置を構成する。これにより、距離測定の分解能を確保しつつ、距離測定のレンジを広げることができる。近距離測定による距離画像と遠距離測定による距離画像を1つの画像に合成して出力することにより、ユーザーが認識しやすい距離画像を出力することを可能とする。
【0029】
請求項13の発明では、複眼画像入力装置を請求項2乃至10のいずれ1項に記載の構成とする。
【0030】
請求項14の発明は、前記演算器では、複眼画像をレンズブロックに対応する数の画像に分割し、該分割した画像間での視差を検出し、該検出した視差をもとに距離を算出する。
【0031】
請求項15の発明は、請求項11、12あるいは14記載の距離測定装置において、前記複眼画像入力装置は、各レンズブロックが有限(ゼロでない)であって低いMTFで、かつ光線入射角に伴うMTFの差異が小さい特性を有し、前記演算器は、MTFが低い画像を用いて距離算出演算を行い、当該画像に逆フィルタ演算を施すことによりMTFを改善した画像を取得する。
【0032】
低い空間周波数帯から高い空間周波数帯にわたって意図的に有限(ゼロでない)であって、かつMTFを低くした画像を用いて距離算出演算を行うことにより、画像微分による視差検出演算の精度が向上する。それにより、高速、低負荷な演算で測定精度の高い距離測定を実現する。
【発明の効果】
【0033】
請求項1の発明では、2つのレンズブロックの間隔を長くするかわりに、各レンズブロックの焦点距離を長くして分解能を確保し、また焦点距離に伴い長くなる光路を、導光手段により装置の大型化を招くことなく確保する。また、単一の撮像手段により、装置小型化のみならず、撮像手段の感度の個体差及び撮像タイミングずれを排除する。それらにより、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させるとともに、複眼画像の特性及び条件をより一致させた高精度な距離測定りための複眼画像入力装置を実現することができる。
【0034】
請求項2の発明では、被写体の距離測定のためのレンズブロック群を、遠距離測定用と近距離測定用に分け、遠距離測定用レンズブロック群は焦点距離を長くし、近距離測定用レンズブロック群は焦点距離を短くして、それらを一体にして装置を構成する。それにより、遠距離測定用レンズブロック群による距離測定では、遠距離にある被写体の距離分解能を確保でき、近距離測定用レンズブロック群では、光学倍率を低くできるため、近距離にある被写体であっても、被写体像が撮像手段の撮像面サイズをオーバーすることなく距離測定を可能とすることができる。それにより距離測定の分解能を確保しつつ距離測定のレンジを広げることができる。
【0035】
請求項3の発明では、撮像手段の撮像面内において、導光手段を構成する光学系の光軸に対して略垂直な方向に、像が配列するように、レンズブロック及び導光手段を配置する。それにより、水平方向における画素数の減少を防止することができ、距離測定に用いられる画像入力装置において、認識性能の低下を防止することができる。
【0036】
請求項4の発明では、撮像面の長手方向を、像の配列方向に略一致させることにより、水平及び垂直方向ともに所定の画素数を確保でき、距離測定に用いられる画像入力装置において、所望の認識性能を確保することができる。
【0037】
請求項5の発明では、各レンズブロックによる像のクロストークを防止する手段を構成に付加することにより、各レンズブロックからの光の撮像素子面上でのクロストークを防止することができ、それにより取得される像の品質を確保することができる。
【0038】
請求項6の発明では、カメラの筐体ではなく、別途設けた保持部材により各レンズブロックを一体として保持する。それにより、レンズブロックの間隔の経時変化を抑制することができ、またカメラ筐体の全体の剛性を上げる必要がないため、装置を安価に構成できる。この結果、装置コストを上げることなく、各レンズブロック間隔の経時変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0039】
請求項7の発明では、各レンズブロックについての導光手段の一部、例えば一枚のミラーを共通の部品で構成する。それにより少なくとも共通化した部品の位置や姿勢が経時的に変化しても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができ、導光手段の経時的な変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0040】
請求項8の発明では、各レンズブロックについての導光手段を一体の屈曲光学系により構成する。それにより、導光手段に経時的な変化があっても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができ、導光手段の経時的な変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0041】
請求項9の発明では、共通化手段を屈曲光学系の一面に設けたミラー面で構成することにより、導光手段に経時的な変化があっても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができ、導光手段の経時的な変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0042】
請求項10の発明では、共通化手段を、レンズブロック保持部材の撮像手段側の面に設けたミラー面で構成することにより、導光手段の位置や姿勢の経時変化による距離測定誤差を排除するとともに、レンズブロック間隔の経時変化による距離測定誤差も抑制し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0043】
請求項11の発明では、請求項1の発明の複眼画像入力装置を用いて距離測定装置を構成するため、請求項1の発明と同様の作用効果が可能となる。
【0044】
請求項12の発明では、請求項2の発明の複眼画像入力装置を用いて距離測定装置を構成するため、請求項2の発明と同様の作用効果が可能となる。また、近距離測定による距離画像と遠距離画像による距離画像を1つの画像に合成して出力することにより、ユーザーが認識しやすい距離画像を出力することができる。
【0045】
請求項13の発明では、複眼画像入力装置を請求項3乃至10の構成とすることにより、請求項3乃至10と同様の作用効果が可能となる。
【0046】
請求項14の発明では、請求項11あるいは12記載の距離測定装置における演算器の具体構成を提供することができる。
【0047】
請求項15の発明では、低い空間周波数帯から高い空間周波数帯にわたって意図的に有限(ゼロでない)であって、かつMTFを低くした画像を用いて距離算出演算を行うことにより、画像微分による視差検出演算の精度を向上させることができ、それにより、高速、低負荷な演算で測定精度の高い距離測定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0048】
以下、本発明の実施レーの形態について図面により詳述する。
【実施例1】
【0049】
図1に、本発明による複眼画像入力装置の実施例1(基本構成例)の装置構成を示す。1は被写体を左側から観察し、被写体の像を像面上で形成するための第1のレンズブロックで、複数のレンズ面がその光軸方向に積み重ねられて構成されている。同様に、2は被写体を右側から観察し、複写体の像を像面上で形成するための第2のレンズブロックで、同じく複数のレンズ面がその光軸方向に積み重ねられて構成されている。レンズブロックの光軸と略垂直な平面内における1と2の間隔に基づき、視差のみ異なる被写体像を取得するために、レンズブロック1と2はほぼ同じレンズ構成、光学特性を有している。
【0050】
レンズブロック1を通過した光線は、ミラープリズム3aで折り返され、更にミラープリズム3bで折り返されて、単一の撮像手段としてのイメージセンサ6におけるセンサ面のほぼ左半分の領域に到達する。同様に、レンズブロック2を通過した光線は、ミラープリズム4a,4bで折り返され、イメージセンサ6におけるセンサ面のほぼ右半分の領域に到達する。それぞれのミラープリズム3a,3b,4a,4bは、その稜線にミラー面が蒸着され、図1のように光線を反射して、レンズブロック1,2を通過した光線をイメージセンサ6まで導く導光手段3,4として作用する。イメージセンサ6は、CCDやCMOS等の固体撮像素子であり、基板5の上に実装されている。7はレンズブロック、ミラープリズム、イメージセンサ、基板を保持する筐体である。ミラープリズムは紙面と垂直な方向にある面のいずれかを筐体に接触させ、接着されている。
【0051】
図示していないが、イメージセンサ6には、センサ面を保護するためのカバーガラスが設けられており、また必要に応じてエイリアジング防止のためのローパスフィルタとして作用する光学薄膜や近赤外光を排除するIRフィルタとして作用する光学薄膜を設けてもよい。
【0052】
イメージセンサ6により撮像された画像は、画像データのインターフェース部を介して、演算器100に転送される。演算器100では、レンズブロック1、2による像における被写体の視差を検出する演算処理を行い、カメラから被写体までの距離を算出して、距離画像として出力する。演算器100は基本的にコンピュータと同様の構成である。図1に演算器100で距離画像を出力する処理フローを一緒に示す。この演算器100まで含めた装置構成を距離測定装置と称する。これは、実施例2以降の構成でも同様である。
【0053】
図2は、本実施例の複眼画像入力装置を自動車に搭載し、前方を観察したときに取得される画像の一例である。イメージセンサ6の左半分の領域8aにレンズブロック1による像が観察され、右半分の領域8bにレンズブロック2による像がそれぞれ上下左右反転して観察される。なお、分かりやすいように、図2では上下正転した像を示している。画像8aと8bは、レンズブロック1と2の間隔に応じて自動車の前方風景を異なる位置から観察しており、それにより観察画像に視差が生じている。レンズブロック1と2の垂直位置及び姿勢を厳密に調整しておけば、該レンズブロック1,2の間隔に起因して水平方向にのみ視差を有する画像が得られる。画像の中央付近にある黒い部分9はミラープリズム3bと4bが隣接する部分で影になっている領域である。
【0054】
図2の画像は、メモリに一旦格納される。演算器100が格納された画像データにアクセスして、まず、取得画像における有効領域8a、8bを切り出す。そして図2に示したように、8aにおける微小領域10aと、それに対応する8bにおける微小領域10bに注目して、これら微小領域内での被写体の視差δ(0、0)を算出する。これには、例えば特許第3773563号の特許公報に記載の標本化位置のずれの推定演算の手法を用いる。この手法によると、画像の水平方向x、垂直方向yそれぞれにつき視差を算出できるが、前述のように視差は水平方向にのみ生じるため、ここでは水平方向の視差を算出すればよい。なおδは、イメージセンサの画素単位(ピクセル)で求められる。
【0055】
装置から被写体までの距離Aと視差δとの間には次の(1)式の、
【0056】
【数1】
の関係が成り立つ。ここで、Bはレンズブロック間の間隔、fはレンズブロックの焦点距離、pはイメージセンサの画素サイズである。この(1)式に視差δを代入することで、被写体距離Aを求めることができる。
【0057】
その後、注目する微小領域を、図2の11aの位置にずらし、同様に11bを参照しながら視差δ(1、0)を算出する。このような動作を図2のx、y方向に微小領域を走査しながら画像全体について行い、すべての微小領域について視差δ(x、y)を算出し、(1)式に基づき被写体距離A(x、y)を求めることができる。微小領域を合成すると距離画像が取得され、例えば図2における前方自動車12までの距離、別の自動車13までの距離を分離してほぼ同時に知ることができる。
【0058】
なお、図1では距離測定結果として距離画像を出力する演算処理フローが示されているが、当該距離画像には視差画像も含まれるものとする。
【実施例2】
【0059】
図3乃至図5に、本発明による複眼画像入力装置の実施例2の装置構成を示す。本実施例は、遠距離測定と近距離測定の併用を可能にする装置構成例である。図3は装置をレンズブロックの光軸方向から観察した図である。図4は装置を上方から観察した図、図5は装置を下方から観察した図である。基本的に、本実施例の複眼画像入力装置は図4と図5のユニットを組み合わせて構成される。
【0060】
図3乃至図5において、1〜6までの部品は、図1と共通し、第1レンズブロック群であるレンズブロック1,2による複眼画像が導光手段3、4を介して、イメージセンサ6により取得される。14,15は第2レンズブロック群である一対のレンズブロックであり、1,2のレンズブロックと比較して焦点距離が短いレンズ構成となっている。レンズブロック14、15を通過した光は、導光手段を介さず、イメージセンサ6に直接導かれる。イメージセンサ6は4つの領域に分割されており、図3における紙面の上半分でレンズブロック14,15の像が撮像され、下半分でレンズブロック1,2による像が撮像される。16,17は、レンズブロック間での光線のクロストークやフレア光を防止するための遮光部材である。
【0061】
演算器100では、図3に処理フローを示すように、レンズブロック1,2によるイメージセンサ6により撮像された画像1と2を基に被写体の視差を検出し、先の式(1)に基づき被写体までの距離を算出して遠距離測定結果とする。一方、レンズブロック14,15によるイメージセンサ6により撮像された画像3と4をもとに同じく被写体の視差を検出し、被写体までの距離を算出して近距離測定結果とする。そして、得られた遠距離測定結果と近距離測定結果を合成して一つの距離画像として出力する。
【0062】
図6(a)に、レンズブロック1,2による遠距離測定のために取得される画像、図6(b)に、レンズブロック14,15による近距離測定のために取得される画像の例を示す。ここでも分かりやすいように、画像は正転させて示している。レンズブロック1、2による像は、焦点距離が長いため、被写体の像が大きく見えている。一方、レンズブロック14,15による像は、焦点距離が短いため、光学倍率が低く、被写体が小さくみえると同時に広い視野で観察されている。図7は、距離画像の一例をあらわしたものであり、距離が色の濃淡で表示されたもので、近距離測定結果と遠距離測定結果が合成されて出力されている。遠距離測定の結果は、距離画像の一部18に相当し、18の部分は視野が狭い分、他の領域に比べて遠距離の物体に対する距離分解能があがっている。
【実施例3】
【0063】
図8に、本発明による複眼画像入力装置の実施例3の装置構成を示す。図8において、図1と同じ番号の部品は、図1と同じものを表わしており、全体の動作は図1と同じである。9は遮光部材であり、一方のレンズブロックを通過した光やフレア光が、他方のレンズブロックによる像を撮像するための撮像領域に到達するのを防ぐ作用をしている。この遮光部9は、金属部材を黒染めし、光の通過を防ぐとともに遮光部材表面での反射しないように構成されている。
【0064】
なお、図3における16、17も、上記と同様に光のクロストークを防止するように作用する。
【実施例4】
【0065】
図9に、本発明による複眼画像入力装置の実施例4の装置構成を示す。図7において、図1と同じ番号の部品は、図1と同じものを表わしている。19は、筐体7に接着されたミラーを表している。レンズブロック1を通過し、ミラープリズム3aで反射された光は、ミラー19で反射してイメージセンサ6の左半分に導かれる。同様に、レンズブロック2を通過し、ミラープリズム4で反射された光は、ミラー19で反射して、イメージセンサ6の右半分に導かれる。
【0066】
図1の構成の場合、ミラープリズム3b、4bの位置や傾きがそれぞれ独立で変化すると、各レンズブロックによる像のイメージセンサ6上での位置は、それぞれ独立で変化する。像の変化は視差として検出されてしまうため、距離に応じた視差を検出にあたり、ノイズとなり、距離の測定性能を低下させる。これに対し、図9の構成においては、ミラー19はレンズブロック1による像及びレンズブロック2による像の両者のイメージセンサ6上での位置に寄与するため、仮にミラー19の傾きが経時的に変化したとしても、両レンズブロックによる像も等しく移動するため、ミラー19の傾きの距離測定への影響を排除することができる。
【実施例5】
【0067】
図10に、本発明による複眼画像入力装置の実施例5の装置構成を示す。図10において、20はミラーブロックであり、レンズブロック1及び2のそれぞれを通過し、ミラープリズム3a及び4aで反射した光をそれぞれ反射してイメージセンサ6に導く。図9におけるミラー19と同様に、ミラーブロック20は、両レンズブロックの通過光の結像位置に寄与するため、仮にミラーブロック20の位置や傾きが経時的に変化しても視差検出及び距離測定への影響を排除することができる。
【実施例6】
【0068】
図11に、本発明による複眼画像入力装置の実施例6の装置構成を示す。図11において、21はミラー面21a、21b、21c、21dを有する光学ブロックで、図1の導光手段3,4を構成している。レンズブロック1を通過した光は21a、21bで反射され、イメージセンサ6の右半分に導かれて像を形成する。また、レンズブロック2を通過した光は21c、21dで反射され、イメージセンサ6の左半分に導かれて像を形成する。各ミラー面は、ブロックに一体化して形成されており、それぞれ独立に傾いたり、位置ずれを起こしたりしない。仮にブロック21が傾いたり位置ずれを起こしたりしても、レンズブロック1を通過した光線もレンズブロック2を通過した光線も同様に光路を変化させるため、検出される視差には影響を及ぼさない。したがって、図1に示した導光手段3,4を構成する部品の経時的な傾き、位置ずれの距離測定への影響を、抑制、排除することができる。
【0069】
図12に、光学ブロック21のみ取り出した図とその断面図を示す。光学ブロック21は図の黒く塗り潰した部分をつなぎ目として、21a、21bからなるブロックと、21c、21dからなるブロックがつながった構成となっている。材質は樹脂が好ましく、成形により効率よく加工できる。
【0070】
なお、本実施例における光学ブロック21の他の態様として、図13に示したように、22、23のプリズムが、プリズム24を介して接着された構成としてもよい。ガラスなど樹脂と比べて成形しづらい材料で製作する場合には、このような構成とすればよい。
【実施例7】
【0071】
図14に本発明による複眼画像入力装置の実施例7の装置構成を示す。図14において、25はミラー面25a、25bを有する光学ブロックである。26はレンズブロックを保持するための板である。セラミックなど熱変形の小さい材料や剛性の高い材料で構成されている。レンズブロック1及び2は、保持部材26に接着で固定されており、保持部材26は筐体7に接着で固定されており、27はミラーで、保持部材26に接着固定されている。レンズブロック1を通過し、ミラー面25aで反射された光は、ミラー27で反射してイメージ船さ6の左半分に導かれる。同様に、レンズブロック2を通過し、25bで反射された光は、ミラー27で反射してイメージセンサ6の右半分に導かれる。
【0072】
レンズブロック1、2の独立した経時的な位置、姿勢変動は、視差画像における視差を変動させるため、検出した視差に基づく距離の測定値に影響する。レンズブロック1、2を保持する筐体全体を熱変形に強い材料や剛性の高い材料で製作してもよいが、複雑な形状である筐体を加工するためにコストが上がったり、サイズも大きいため、材料コストが上がったりする。本実施例では、保持部材26として、熱変形に強い材料や剛性の高い材料を用いて、比較的単純な形状である板状の部材を製作し、それによりレンズブロック1、2を保持する。そのため加工コスト、材料コストを最小限に抑えつつ、レンズブロック1、2の独立した位置や姿勢の経時変動を抑制することができ、距離測定性能を確保することができる。
【0073】
図15は、図10の実施例において保持部26によりレンズブロック1及び2を保持するようにしたもので、レンズブロックの経時変動と導光手段の経時変動の距離測定への影響を排除することができる。なお、他の実施例においても同様に保持部材26によりレンズブロックを保持することができる。
【実施例8】
【0074】
図16に、本発明による複眼画像入力装置の実施例8の装置構成を示す。27は光学ブロックで、27a,27b,27cの面にミラーが蒸着されており、レンズブロック1および2を通過した光を反射して、それぞれイメージセンサ6に導く構成となっている。図11の実施例と同様に導光手段の一体化により、導光手段を構成する部品の位置ずれの距離測定への影響を排除することができる。レンズブロック1および2は、図15と同様に保持部材26に保持することで、レンズブロックの独立した位置や姿勢の経時変動を抑止することができる。
【実施例9】
【0075】
図17に本発明による複眼画像入力装置の実施例9の装置構成を示す。図17は、装置構成を側方から観察したものであるが、図18に上方から観察した場合を示す。図17および図18において、図1と同じ部品には図1と同じ番号が付与されている。図1の構成と異なる点は、レンズブロック1からミラープリズム3a、3bを介してイメージセンサ6に導かれる像と、レンズブロック2からミラープリズム4a、4bを介してイメージセンサ6に導かれる像とが、それらの光学系光軸に対して略垂直な方向に配列される点と、イメージセンサの長手方向を像の配列方向と一致させた点である。
【0076】
例えば、イメージセンサ16の画素数が1280×1024の場合、図1の構成では2つの像それぞれのサイズは640×1024となり、各像の水平方向の画素数が半減する。自動車に搭載した画像入力装置では、図1の装置構成による画像を距離測定用に用いると同時に標識や白線などの認識用の画像として用いたいとする要請があり、水平方向に画素数、すなわち解像度が要求され、上記640の画素数では不足することがある。図17のような構成にすると、図18に示すように、レンズブロック1からの像はイメージセンサ6の上半分に導かれ、レンズブロック2からの像はイメージセンサ6の下半分に導かれる。この結果、2つの像それぞれの画像サイズは1024×640となり、水平方向の画素数を確保することができ、水平方向に解像度が要求される場合にも対応することができる。
【0077】
図19に、各レンズブロックによる像が導光手段を構成する光学系の光軸に対して略垂直な方向(垂直方向)に配列された複眼画像の例を示す。8aがレンズブロック1による画像、8bがレンズブロック2による画像であり、ここでも分かりやすいように、画像は正転させて示している。図17に処理フローを示したように、演算器100では、これら画像を用いて視差を検出し、距離画像を得ると共に、認識処理により標識等を認識する。
【0078】
なお、図17、図18では、イメージセンサの長手方向と像の配列方向とを一致させたが、イメージセンサの短手方向と像の配列方向とを一致させてもよい。その場合、上述の例では、2つの像それぞれの画像サイズは、1280×512となり、水平方向の解像度をより上げることができる。イメージセンサにより撮像される画像の水平、垂直の向き(センサの長手方向を水平方向とするか垂直方向とするか)は、レジスタで容易に設定可能である。
【0079】
また、図20のように、ミラー面3a、3b及び4a、4bをそれぞれ一体化する構成とすると、導光手段3,4を構成する部品の位置や姿勢の経時変動の距離測定への影響を排除でき、また導光手段3と4を樹脂成形で一体化したり、接着して一体化したりしても、さらに経時変動の影響を排除できる。
【0080】
なお、実施例1や実施例9では、各レンズブロックにより得られる画像のサイズが等しくなる場合を想定したが、一方の画像サイズを他方に対し大きくなるようにしてもよい。例えばイメージセンサの画素数が1280×1024画素の場合に、実施例1の装置構成では、一方が800×1024画素で他方が480×1024画素としたり、実施例9の装置構成では、一方が1024×720画素で、他方が1024×560画素としたりしてもよい。それらでは小さいほうの画像サイズ相当でしか距離画像が得られないが、大きいほうの画像で必要に応じた比較的高い解像度で認識処理を実行できる点が有利である。
【実施例10】
【0081】
図21に、レンズブロックのMTF特性の一例を示す。図21(a)は光軸に対するレンズブロックへの光線の入射角度がA、B、Cと異なる様子を示しており、図21(b)はA、B、Cに対応したタンジェンシャル、サジタル方向のMTFを示している。レンズブロックを構成する各レンズの面曲率や面間隔を調整することにより、低い空間周波から高い空間周波数にわたってMTF特性を低く設定し、それによりレンズブロックへの光線入射角に伴うMTF特性の差異を抑制することができる。
【0082】
図21のようなMTF特性を有するレンズブロックにより取得される画像をシミュレーションで推定すると、図23(a)のようになり、コントラストが低く、かつその低さが画像全体にわたって均一な画像となる。
【0083】
先の特許第3773503号の特許後方に示されている手法では、視差を有する画像の微分演算を実行することにより、高速、低負荷で視差検出を行うことができるが、高い空間周波数特性、すなわち比較的急激な輝度変化を有する画像から視差検出演算を行うと、検出値にノイズが含まれてしまう特性がある。
【0084】
図22に、空間周波数と視差検出誤差との関係を示すための視差検出シミュレーションの一例を示す。図の横軸は画像のボケ(ガウス関数の標準偏差)、縦軸は検出した視差(平均と標準偏差)を表す。図から、ボケが大きくなるほど検出視差の平均値が真値(この場合は0.6画素)に近づき、またばらつきも小さくなることが分かる。
【0085】
本実施例では、図23(a)のような低い空間周波数帯から高い空間周波数帯にわたって意図的にMTFを有限(ゼロでない)であって、かつ低くした画像を用いて距離算出演算を行うことにより、上述の視差検出誤差を抑制する。レンズブロックのMTFはゼロでないため、標識や白線の認識のためにコントラストが要求される場合には、レンズブロックの設計データから推定されるPSFに基づき、図23(a)の画像を空間フィルタリングすることにより、図23(b)のようにコントラストを向上させた画像を復元する。
【図面の簡単な説明】
【0086】
【図1】本発明による複眼画像入力装置の実施例1(基本構成例)の構成図。
【図2】実施例1の装置を用いて取得される複眼画像の様子を示す図。
【図3】本発明による複眼画像入力装置の実施例2の装置構成で、レンズブロックの光軸方向から観察した図。
【図4】実施例2の装置の観察方向を上方からとした図。
【図5】実施例2の装置の観察方向を下方からとした図。
【図6】実施例2の装置を用いて取得される複眼画像の様子を示す図。
【図7】実施例2の装置で得られる遠距離測定結果と近距離測定結果を合成した距離画像の例を示す図。
【図8】本発明による複眼画像入力装置の実施例3の構成図。
【図9】本発明による複眼画像入力装置の実施例4の構成図。
【図10】本発明による複眼画像入力装置の実施例5の構成図。
【図11】本発明による複眼画像入力装置の実施例6の構成図。
【図12】図11の装置の光学ブロックを取り出して示した図。
【図13】光学ブロックのほかの構成例を示す図。
【図14】本発明による複眼画像入力装置の実施例7の構成図。
【図15】図10の装置に実施例7を適用した図。
【図16】本発明による複眼画像入力装置の実施例8の構成図。
【図17】本発明による複眼画像入力装置の実施例9の構成図。
【図18】図17の装置構成を上方から観察した図。
【図19】実施例9の装置を用いて取得された複眼画像の様子を示す図。
【図20】本発明による複眼画像入力装置の実施例9の他の構成図。
【図21】光線の入射角によらず,有限であってかつ低いMTF特性の例を説明する図。
【図22】画像のボケ具合と視差検出性能との関係を説明する図。
【図23】光線の入射角によらず,有限であってかつ低いMTF特性を有する光学系により得られる画像と、空間フィルタによりコントラストを復元した画像の例を示す図。
【符号の説明】
【0087】
1,2 レンズブロック
3,4 導光手段
5 基板
6 イメージセンサ
7 筐体
100 演算器
【技術分野】
【0001】
本発明は、複眼による視差を領して、物体との距離を測定するための複眼画像入力装置、及び、それを用いた距離測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、視差を利用して、物体との距離を測定するための装置としては、特許文献1や特許文献2に開示されるような装置が知られている。それらの装置では、光学系と撮像素子の組からなるカメラを2台以上備え、光軸と略垂直な平面内にそれらを設置して装置が構成され、自動車に搭載して前方自動車との車間距離を測定する装置として使用したり、セキュリティ分野やマンマシンインターフェース分野において被写体の三次元位置、姿勢を測定するためのカメラとして使用したりしている。
【0003】
また、特許文献3には、複眼の視差を利用して距離を測定装置として、被写体が近い距離にあっても遠い距離にあっても高分解能な距離測定を可能とする装置が開示されている。
【0004】
【特許文献1】特許第3827368号公報
【特許文献2】特許第3209828号公報
【特許文献3】特開平9−26318号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1や特許文献2に開示されているようなカメラを2台以上備える装置では被写体からカメラまでの距離が長い場合、例えば自動車に装置を搭載し、前方にある自動車、歩行者、あるいは障害物といった被写体までの距離を測定する場合、十分な距離の測定分解能を得るためには2つのカメラの距離を十分長く確保する必要があり、装置が大型化してしまう傾向にあった。自動車のインテリジェント化が進む中、車間距離だけでなく、ドライバー監視、自動車周辺モニターなど、さまざまなセンサやカメラを自動車の内外に設置したいという要請があり、当該装置の大型化は、他のセンサ等の設置スペースをなくしてしまうため、十分な距離分解能を確保しつつ、できるだけ装置を小型化することが望まれている。また自動車分野のみならず、セキュリティやインターフェース分野においても、当該装置を搭載する機器の小型化,設置のための省スペース化のために,重要な要素である。
【0006】
従来装置の別の問題として、複数のカメラを使用すること伴う各カメラの特性及び条件の相違の距離測定への影響がある。中でも撮像手段の感度の個体差と撮像タイミングの同期は、視差検出精度に大きく影響し、いかにして複数カメラ間でそれらの特性及び条件を一致させるかは重要な課題である。
【0007】
また、距離測定分解能を確保するためには、レンズブロックの焦点距離を長くすればよいが、それに伴い光学倍率が高くなり、それにより近距離にある物体の像が大きくなる。被写体の像が撮像手段の撮像面サイズより大きくなった場合、被写体像が特定できずに、視差検出が困難になる場合がある。逆に近距離にある物体までの距離を測定できるようにすると遠距離にある物体に対する距離測定分解能が低下する。特許文献3に記載の装置によれば、被写体の距離によらず高分解能な処理測定が可能であるが、この装置では、光学的手法と超音波を用いる手法と異なる手法を併用するため、装置が複雑化するという問題がある。
【0008】
本発明の目的は、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させると共に、複眼画像の特性及び条件をより一致させた高精度な距離測定を可能にする複眼画像入力装置、及び、それを用いた距離測定装置を実現することにある。
【0009】
また、本発明の目的は、装置が複雑化することなく、距離測定の分解能を確保しつつ距離測定のレンジを広げることを可能にする複眼画像入力装置、及び、それを用いた距離測定装置を提供することにある。
【0010】
本発明は、これ以外にも種々の目的を可能にする複眼画像入力装置、及び、それを用いた距離測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
請求項1の発明は、複眼による視差を利用して、物体との距離を測定するための複眼画像入力装置において、光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロック(撮像光学系)と、前記各レンズブロックによる像を複眼画像として撮像するための単一の撮像手段と、前記各レンズブロックによる像を前記撮像手段に導く導光手段とから複眼画像入力装置を構成する。
【0012】
距離分解能は、主に、2つのレンズブロックの間隔と、それぞれのレンズブロックの焦点距離により決定されるが,前記間隔を長くするかわりに、焦点距離を長くして分解能を確保する。焦点距離を長くするとレンズブロックから撮像素子までの撮像距離を長くとる必要が生じるが、導光手段により装置の大型化を図ることなく前記撮像距離を確保する。また、単一の撮像手段により、装置小型化のみならず、撮像手段の感度の個体差及び撮像タイミングずれを排除する。これらにより、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させるとともに、複眼画像の特性及び条件をより一致させた高精度な距離測定が可能になる複眼画像入力装置を実現する。
【0013】
距離測定分解能を確保するために、レンズブロックの焦点距離を長くすることに伴い光学倍率が高くなり、それにより近距離にある物体の像が大きくなる。被写体の像が撮像手段の撮像面サイズより大きくなった場合、被写体像が特定できずに、視差検出が困難になる場合がある。逆に近距離にある物体までの距離を測定できるようにすると遠距離にある物体に対する距離測定分解能が低下する。被写体が近い距離にあっても遠い距離にあっても高分解能な距離測定を可能とする装置としては、先の特許文献3の装置があるが、装置が複雑化する。
【0014】
請求項2の発明では、被写体の距離測定のためのレンズブロック群を、遠距離測定用と近距離測定用に分け、遠距離測定用レンズブロック群は焦点距離を長くし、近距離測定用レンズブロック群は焦点距離を短くして、それらを一体にして装置を構成する。それにより、遠距離測定用レンズブロック群による距離測定では、遠距離にある被写体の距離分解能を確保でき、近距離測定用レンズブロック群では、光学倍率を低くできるため、近距離にある被写体であっても、被写体像が撮像手段の撮像面サイズをオーバーすることなく距離測定を可能とすることができる。すなわち、距離測定の分解能を確保しつつ距離測定のレンジを広げることができる。
【0015】
2つのレンズブロックによる各々の像を1つの撮像手段で撮像する場合、1つの像を撮像手段のすべての画素で構成することはできない。例えば2つのレンズブロックによる像を同じ画素数で構成しようとしたら、1つの像を構成する画素数は,撮像手段の画素数の半分になる。そして、撮像手段の撮像面上における2つのレンズブロックの配列方向と略平行な方向に、2つのレンズブロックによる像を結像させると、1つの像における水平方向(レンズブロックの配列方向と略平行な方向)の画素数は半減する。自動車に搭載するカメラでは、レンズブロックによる像の一方を用いて、標識や白線の認識を行うことがあり、その場合、水平方向における画素数が重要となる場合がある。したがって水平方向の画素数の減少が認識性能に影響を及ぼす場合がある。
【0016】
請求項3の発明では、撮像手段の撮像面内において、導光手段を構成する光学系の光軸に対して略垂直な方向に、2つの像が配列するように、前記レンズブロック及び導光手段を配置し、水平方向における画素数の減少を防止する。それにより、水平方向における画素数の低減を防止し、認識性能の低下を防止することができる。
【0017】
請求項3の装置においては、水平及び垂直方向ともに所定の画素数を確保する必要がある場合がある。請求項4の発明では、撮像面の長手方向を、前記2つの像の配列方向に略一致させることにより、水平及び垂直方向ともに所定の画素数を確保する。それにより、所望の認識性能を確保することができる。
【0018】
導光手段の構成によっては、2個以上のレンズブロッからの光が撮像素子面上でクロストークを起こす。それにより撮像素子による複眼画像の一部が重なり、重なった部分の画像データが使用できなくなってデータ量の減少を招いたり、あるいは結像に寄与しないフレア光が像に重畳して像の品質を低下させたりする。
【0019】
請求項5の発明では、各レンズブロックによる像のクロストークを防止する手段を構成に付加し,各レンズブロックからの光の撮像素子面上でのクロストークを防止する。これにより、取得される像の品質を確保することができる。
【0020】
本発明に係る複眼画像入力装置は、複眼画像の各画像における被写体の視差を検出し、当該視差から被写体までの距離を算出するのに用いられる。その際、各レンズブロックの間隔(光軸と垂直な平面内における光軸間の距離)が経時的に変化すると、当該変化によって各画像における被写体の視差が変化するため、本来の距離とは異なる測定値を算出する可能性がある。カメラを外装する筐体の剛性を上げて、上記レンズブロック間隔の経時変化を抑制してもよいが、剛性の高い材料はコストがかかるため、装置コストが増大してしまう。
【0021】
請求項6の発明では、各レンズブロックを一体として保持するためのレンズブロック保持部材を構成に付加し、カメラの筐体ではなく、当該保持部材により各レンズブロックを一体として保持する。それによりレンズブロックの間隔の経時変化を抑制することができ、またカメラ筐体の全体の剛性を上げる必要がないため、装置を安価に構成できる。装置コストを上げることなく、各レンズブロック間隔の経時変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0022】
本発明に係る複眼画像入力装置では、複眼画像の各画像における被写体の視差を検出し、当該視差から被写体までの距離を算出するのに用いられる。その際、各レンズブロックに対応した導光光学系の構成部品の位置や姿勢が経時的に変化すると、当該変化によって各画像における被写体の視差が変化するため、本来の距離とは異なる測定値を算出する可能性がある。
【0023】
請求項7の発明では、各レンズブロックについての導光手段の一部、例えば一枚のミラー、を共通の部品で構成する。それにより少なくとも共通化した部品の位置や姿勢が経時的に変化しても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができる。
【0024】
請求項8の発明では、各レンズブロックについての導光手段を一体の屈曲光学系により構成する。導光手段に経時的な変化があっても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができる。
【0025】
請求項9の発明では、共通化手段を屈曲光学系の一面に設けたミラー面で構成する。これにより、導光手段に経時的な変化があっても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができる。
【0026】
請求項10の発明では、共通化手段を、レンズブロック保持部材の撮像手段側の面に設けたミラー面で構成する。これにより、導光手段の位置や姿勢の経時変化による距離測定誤差を排除するとともに、レンズブロック間隔の経時変化による距離測定誤差も抑制し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0027】
請求項11の発明は、請求項1記載の複眼画像入力装置と、該複眼画像入力装置で撮像された複眼画像における被写体像の視差から被写体までの距離を算出して、距離画像を生成する演算器とで距離測定装置を構成する。これにより、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させるとともに、複眼画像の特性及び条件より一致させた高精度な距離測定が可能になる。
【0028】
請求項12の発明は、請求項2記載の複眼画像入力装置と、該複眼画像入力装置で撮像された第1レンズブロック群による複眼画像及び第2レンズブロック群による複眼画像における被写体像の視差から被写体までの距離を算出して、これら2つの距離算出結果を合成して1つの距離画像を生成する演算器とで距離測定装置を構成する。これにより、距離測定の分解能を確保しつつ、距離測定のレンジを広げることができる。近距離測定による距離画像と遠距離測定による距離画像を1つの画像に合成して出力することにより、ユーザーが認識しやすい距離画像を出力することを可能とする。
【0029】
請求項13の発明では、複眼画像入力装置を請求項2乃至10のいずれ1項に記載の構成とする。
【0030】
請求項14の発明は、前記演算器では、複眼画像をレンズブロックに対応する数の画像に分割し、該分割した画像間での視差を検出し、該検出した視差をもとに距離を算出する。
【0031】
請求項15の発明は、請求項11、12あるいは14記載の距離測定装置において、前記複眼画像入力装置は、各レンズブロックが有限(ゼロでない)であって低いMTFで、かつ光線入射角に伴うMTFの差異が小さい特性を有し、前記演算器は、MTFが低い画像を用いて距離算出演算を行い、当該画像に逆フィルタ演算を施すことによりMTFを改善した画像を取得する。
【0032】
低い空間周波数帯から高い空間周波数帯にわたって意図的に有限(ゼロでない)であって、かつMTFを低くした画像を用いて距離算出演算を行うことにより、画像微分による視差検出演算の精度が向上する。それにより、高速、低負荷な演算で測定精度の高い距離測定を実現する。
【発明の効果】
【0033】
請求項1の発明では、2つのレンズブロックの間隔を長くするかわりに、各レンズブロックの焦点距離を長くして分解能を確保し、また焦点距離に伴い長くなる光路を、導光手段により装置の大型化を招くことなく確保する。また、単一の撮像手段により、装置小型化のみならず、撮像手段の感度の個体差及び撮像タイミングずれを排除する。それらにより、距離の測定分解能の確保と装置の小型化を両立させるとともに、複眼画像の特性及び条件をより一致させた高精度な距離測定りための複眼画像入力装置を実現することができる。
【0034】
請求項2の発明では、被写体の距離測定のためのレンズブロック群を、遠距離測定用と近距離測定用に分け、遠距離測定用レンズブロック群は焦点距離を長くし、近距離測定用レンズブロック群は焦点距離を短くして、それらを一体にして装置を構成する。それにより、遠距離測定用レンズブロック群による距離測定では、遠距離にある被写体の距離分解能を確保でき、近距離測定用レンズブロック群では、光学倍率を低くできるため、近距離にある被写体であっても、被写体像が撮像手段の撮像面サイズをオーバーすることなく距離測定を可能とすることができる。それにより距離測定の分解能を確保しつつ距離測定のレンジを広げることができる。
【0035】
請求項3の発明では、撮像手段の撮像面内において、導光手段を構成する光学系の光軸に対して略垂直な方向に、像が配列するように、レンズブロック及び導光手段を配置する。それにより、水平方向における画素数の減少を防止することができ、距離測定に用いられる画像入力装置において、認識性能の低下を防止することができる。
【0036】
請求項4の発明では、撮像面の長手方向を、像の配列方向に略一致させることにより、水平及び垂直方向ともに所定の画素数を確保でき、距離測定に用いられる画像入力装置において、所望の認識性能を確保することができる。
【0037】
請求項5の発明では、各レンズブロックによる像のクロストークを防止する手段を構成に付加することにより、各レンズブロックからの光の撮像素子面上でのクロストークを防止することができ、それにより取得される像の品質を確保することができる。
【0038】
請求項6の発明では、カメラの筐体ではなく、別途設けた保持部材により各レンズブロックを一体として保持する。それにより、レンズブロックの間隔の経時変化を抑制することができ、またカメラ筐体の全体の剛性を上げる必要がないため、装置を安価に構成できる。この結果、装置コストを上げることなく、各レンズブロック間隔の経時変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0039】
請求項7の発明では、各レンズブロックについての導光手段の一部、例えば一枚のミラーを共通の部品で構成する。それにより少なくとも共通化した部品の位置や姿勢が経時的に変化しても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができ、導光手段の経時的な変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0040】
請求項8の発明では、各レンズブロックについての導光手段を一体の屈曲光学系により構成する。それにより、導光手段に経時的な変化があっても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができ、導光手段の経時的な変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0041】
請求項9の発明では、共通化手段を屈曲光学系の一面に設けたミラー面で構成することにより、導光手段に経時的な変化があっても、各画像における被写体の位置は同様にずれ、視差は変化しないため、本来の被写体までの距離を正確に算出することができ、導光手段の経時的な変化の測定誤差への影響を排除し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0042】
請求項10の発明では、共通化手段を、レンズブロック保持部材の撮像手段側の面に設けたミラー面で構成することにより、導光手段の位置や姿勢の経時変化による距離測定誤差を排除するとともに、レンズブロック間隔の経時変化による距離測定誤差も抑制し、正確な距離測定値を得ることができる。
【0043】
請求項11の発明では、請求項1の発明の複眼画像入力装置を用いて距離測定装置を構成するため、請求項1の発明と同様の作用効果が可能となる。
【0044】
請求項12の発明では、請求項2の発明の複眼画像入力装置を用いて距離測定装置を構成するため、請求項2の発明と同様の作用効果が可能となる。また、近距離測定による距離画像と遠距離画像による距離画像を1つの画像に合成して出力することにより、ユーザーが認識しやすい距離画像を出力することができる。
【0045】
請求項13の発明では、複眼画像入力装置を請求項3乃至10の構成とすることにより、請求項3乃至10と同様の作用効果が可能となる。
【0046】
請求項14の発明では、請求項11あるいは12記載の距離測定装置における演算器の具体構成を提供することができる。
【0047】
請求項15の発明では、低い空間周波数帯から高い空間周波数帯にわたって意図的に有限(ゼロでない)であって、かつMTFを低くした画像を用いて距離算出演算を行うことにより、画像微分による視差検出演算の精度を向上させることができ、それにより、高速、低負荷な演算で測定精度の高い距離測定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0048】
以下、本発明の実施レーの形態について図面により詳述する。
【実施例1】
【0049】
図1に、本発明による複眼画像入力装置の実施例1(基本構成例)の装置構成を示す。1は被写体を左側から観察し、被写体の像を像面上で形成するための第1のレンズブロックで、複数のレンズ面がその光軸方向に積み重ねられて構成されている。同様に、2は被写体を右側から観察し、複写体の像を像面上で形成するための第2のレンズブロックで、同じく複数のレンズ面がその光軸方向に積み重ねられて構成されている。レンズブロックの光軸と略垂直な平面内における1と2の間隔に基づき、視差のみ異なる被写体像を取得するために、レンズブロック1と2はほぼ同じレンズ構成、光学特性を有している。
【0050】
レンズブロック1を通過した光線は、ミラープリズム3aで折り返され、更にミラープリズム3bで折り返されて、単一の撮像手段としてのイメージセンサ6におけるセンサ面のほぼ左半分の領域に到達する。同様に、レンズブロック2を通過した光線は、ミラープリズム4a,4bで折り返され、イメージセンサ6におけるセンサ面のほぼ右半分の領域に到達する。それぞれのミラープリズム3a,3b,4a,4bは、その稜線にミラー面が蒸着され、図1のように光線を反射して、レンズブロック1,2を通過した光線をイメージセンサ6まで導く導光手段3,4として作用する。イメージセンサ6は、CCDやCMOS等の固体撮像素子であり、基板5の上に実装されている。7はレンズブロック、ミラープリズム、イメージセンサ、基板を保持する筐体である。ミラープリズムは紙面と垂直な方向にある面のいずれかを筐体に接触させ、接着されている。
【0051】
図示していないが、イメージセンサ6には、センサ面を保護するためのカバーガラスが設けられており、また必要に応じてエイリアジング防止のためのローパスフィルタとして作用する光学薄膜や近赤外光を排除するIRフィルタとして作用する光学薄膜を設けてもよい。
【0052】
イメージセンサ6により撮像された画像は、画像データのインターフェース部を介して、演算器100に転送される。演算器100では、レンズブロック1、2による像における被写体の視差を検出する演算処理を行い、カメラから被写体までの距離を算出して、距離画像として出力する。演算器100は基本的にコンピュータと同様の構成である。図1に演算器100で距離画像を出力する処理フローを一緒に示す。この演算器100まで含めた装置構成を距離測定装置と称する。これは、実施例2以降の構成でも同様である。
【0053】
図2は、本実施例の複眼画像入力装置を自動車に搭載し、前方を観察したときに取得される画像の一例である。イメージセンサ6の左半分の領域8aにレンズブロック1による像が観察され、右半分の領域8bにレンズブロック2による像がそれぞれ上下左右反転して観察される。なお、分かりやすいように、図2では上下正転した像を示している。画像8aと8bは、レンズブロック1と2の間隔に応じて自動車の前方風景を異なる位置から観察しており、それにより観察画像に視差が生じている。レンズブロック1と2の垂直位置及び姿勢を厳密に調整しておけば、該レンズブロック1,2の間隔に起因して水平方向にのみ視差を有する画像が得られる。画像の中央付近にある黒い部分9はミラープリズム3bと4bが隣接する部分で影になっている領域である。
【0054】
図2の画像は、メモリに一旦格納される。演算器100が格納された画像データにアクセスして、まず、取得画像における有効領域8a、8bを切り出す。そして図2に示したように、8aにおける微小領域10aと、それに対応する8bにおける微小領域10bに注目して、これら微小領域内での被写体の視差δ(0、0)を算出する。これには、例えば特許第3773563号の特許公報に記載の標本化位置のずれの推定演算の手法を用いる。この手法によると、画像の水平方向x、垂直方向yそれぞれにつき視差を算出できるが、前述のように視差は水平方向にのみ生じるため、ここでは水平方向の視差を算出すればよい。なおδは、イメージセンサの画素単位(ピクセル)で求められる。
【0055】
装置から被写体までの距離Aと視差δとの間には次の(1)式の、
【0056】
【数1】
の関係が成り立つ。ここで、Bはレンズブロック間の間隔、fはレンズブロックの焦点距離、pはイメージセンサの画素サイズである。この(1)式に視差δを代入することで、被写体距離Aを求めることができる。
【0057】
その後、注目する微小領域を、図2の11aの位置にずらし、同様に11bを参照しながら視差δ(1、0)を算出する。このような動作を図2のx、y方向に微小領域を走査しながら画像全体について行い、すべての微小領域について視差δ(x、y)を算出し、(1)式に基づき被写体距離A(x、y)を求めることができる。微小領域を合成すると距離画像が取得され、例えば図2における前方自動車12までの距離、別の自動車13までの距離を分離してほぼ同時に知ることができる。
【0058】
なお、図1では距離測定結果として距離画像を出力する演算処理フローが示されているが、当該距離画像には視差画像も含まれるものとする。
【実施例2】
【0059】
図3乃至図5に、本発明による複眼画像入力装置の実施例2の装置構成を示す。本実施例は、遠距離測定と近距離測定の併用を可能にする装置構成例である。図3は装置をレンズブロックの光軸方向から観察した図である。図4は装置を上方から観察した図、図5は装置を下方から観察した図である。基本的に、本実施例の複眼画像入力装置は図4と図5のユニットを組み合わせて構成される。
【0060】
図3乃至図5において、1〜6までの部品は、図1と共通し、第1レンズブロック群であるレンズブロック1,2による複眼画像が導光手段3、4を介して、イメージセンサ6により取得される。14,15は第2レンズブロック群である一対のレンズブロックであり、1,2のレンズブロックと比較して焦点距離が短いレンズ構成となっている。レンズブロック14、15を通過した光は、導光手段を介さず、イメージセンサ6に直接導かれる。イメージセンサ6は4つの領域に分割されており、図3における紙面の上半分でレンズブロック14,15の像が撮像され、下半分でレンズブロック1,2による像が撮像される。16,17は、レンズブロック間での光線のクロストークやフレア光を防止するための遮光部材である。
【0061】
演算器100では、図3に処理フローを示すように、レンズブロック1,2によるイメージセンサ6により撮像された画像1と2を基に被写体の視差を検出し、先の式(1)に基づき被写体までの距離を算出して遠距離測定結果とする。一方、レンズブロック14,15によるイメージセンサ6により撮像された画像3と4をもとに同じく被写体の視差を検出し、被写体までの距離を算出して近距離測定結果とする。そして、得られた遠距離測定結果と近距離測定結果を合成して一つの距離画像として出力する。
【0062】
図6(a)に、レンズブロック1,2による遠距離測定のために取得される画像、図6(b)に、レンズブロック14,15による近距離測定のために取得される画像の例を示す。ここでも分かりやすいように、画像は正転させて示している。レンズブロック1、2による像は、焦点距離が長いため、被写体の像が大きく見えている。一方、レンズブロック14,15による像は、焦点距離が短いため、光学倍率が低く、被写体が小さくみえると同時に広い視野で観察されている。図7は、距離画像の一例をあらわしたものであり、距離が色の濃淡で表示されたもので、近距離測定結果と遠距離測定結果が合成されて出力されている。遠距離測定の結果は、距離画像の一部18に相当し、18の部分は視野が狭い分、他の領域に比べて遠距離の物体に対する距離分解能があがっている。
【実施例3】
【0063】
図8に、本発明による複眼画像入力装置の実施例3の装置構成を示す。図8において、図1と同じ番号の部品は、図1と同じものを表わしており、全体の動作は図1と同じである。9は遮光部材であり、一方のレンズブロックを通過した光やフレア光が、他方のレンズブロックによる像を撮像するための撮像領域に到達するのを防ぐ作用をしている。この遮光部9は、金属部材を黒染めし、光の通過を防ぐとともに遮光部材表面での反射しないように構成されている。
【0064】
なお、図3における16、17も、上記と同様に光のクロストークを防止するように作用する。
【実施例4】
【0065】
図9に、本発明による複眼画像入力装置の実施例4の装置構成を示す。図7において、図1と同じ番号の部品は、図1と同じものを表わしている。19は、筐体7に接着されたミラーを表している。レンズブロック1を通過し、ミラープリズム3aで反射された光は、ミラー19で反射してイメージセンサ6の左半分に導かれる。同様に、レンズブロック2を通過し、ミラープリズム4で反射された光は、ミラー19で反射して、イメージセンサ6の右半分に導かれる。
【0066】
図1の構成の場合、ミラープリズム3b、4bの位置や傾きがそれぞれ独立で変化すると、各レンズブロックによる像のイメージセンサ6上での位置は、それぞれ独立で変化する。像の変化は視差として検出されてしまうため、距離に応じた視差を検出にあたり、ノイズとなり、距離の測定性能を低下させる。これに対し、図9の構成においては、ミラー19はレンズブロック1による像及びレンズブロック2による像の両者のイメージセンサ6上での位置に寄与するため、仮にミラー19の傾きが経時的に変化したとしても、両レンズブロックによる像も等しく移動するため、ミラー19の傾きの距離測定への影響を排除することができる。
【実施例5】
【0067】
図10に、本発明による複眼画像入力装置の実施例5の装置構成を示す。図10において、20はミラーブロックであり、レンズブロック1及び2のそれぞれを通過し、ミラープリズム3a及び4aで反射した光をそれぞれ反射してイメージセンサ6に導く。図9におけるミラー19と同様に、ミラーブロック20は、両レンズブロックの通過光の結像位置に寄与するため、仮にミラーブロック20の位置や傾きが経時的に変化しても視差検出及び距離測定への影響を排除することができる。
【実施例6】
【0068】
図11に、本発明による複眼画像入力装置の実施例6の装置構成を示す。図11において、21はミラー面21a、21b、21c、21dを有する光学ブロックで、図1の導光手段3,4を構成している。レンズブロック1を通過した光は21a、21bで反射され、イメージセンサ6の右半分に導かれて像を形成する。また、レンズブロック2を通過した光は21c、21dで反射され、イメージセンサ6の左半分に導かれて像を形成する。各ミラー面は、ブロックに一体化して形成されており、それぞれ独立に傾いたり、位置ずれを起こしたりしない。仮にブロック21が傾いたり位置ずれを起こしたりしても、レンズブロック1を通過した光線もレンズブロック2を通過した光線も同様に光路を変化させるため、検出される視差には影響を及ぼさない。したがって、図1に示した導光手段3,4を構成する部品の経時的な傾き、位置ずれの距離測定への影響を、抑制、排除することができる。
【0069】
図12に、光学ブロック21のみ取り出した図とその断面図を示す。光学ブロック21は図の黒く塗り潰した部分をつなぎ目として、21a、21bからなるブロックと、21c、21dからなるブロックがつながった構成となっている。材質は樹脂が好ましく、成形により効率よく加工できる。
【0070】
なお、本実施例における光学ブロック21の他の態様として、図13に示したように、22、23のプリズムが、プリズム24を介して接着された構成としてもよい。ガラスなど樹脂と比べて成形しづらい材料で製作する場合には、このような構成とすればよい。
【実施例7】
【0071】
図14に本発明による複眼画像入力装置の実施例7の装置構成を示す。図14において、25はミラー面25a、25bを有する光学ブロックである。26はレンズブロックを保持するための板である。セラミックなど熱変形の小さい材料や剛性の高い材料で構成されている。レンズブロック1及び2は、保持部材26に接着で固定されており、保持部材26は筐体7に接着で固定されており、27はミラーで、保持部材26に接着固定されている。レンズブロック1を通過し、ミラー面25aで反射された光は、ミラー27で反射してイメージ船さ6の左半分に導かれる。同様に、レンズブロック2を通過し、25bで反射された光は、ミラー27で反射してイメージセンサ6の右半分に導かれる。
【0072】
レンズブロック1、2の独立した経時的な位置、姿勢変動は、視差画像における視差を変動させるため、検出した視差に基づく距離の測定値に影響する。レンズブロック1、2を保持する筐体全体を熱変形に強い材料や剛性の高い材料で製作してもよいが、複雑な形状である筐体を加工するためにコストが上がったり、サイズも大きいため、材料コストが上がったりする。本実施例では、保持部材26として、熱変形に強い材料や剛性の高い材料を用いて、比較的単純な形状である板状の部材を製作し、それによりレンズブロック1、2を保持する。そのため加工コスト、材料コストを最小限に抑えつつ、レンズブロック1、2の独立した位置や姿勢の経時変動を抑制することができ、距離測定性能を確保することができる。
【0073】
図15は、図10の実施例において保持部26によりレンズブロック1及び2を保持するようにしたもので、レンズブロックの経時変動と導光手段の経時変動の距離測定への影響を排除することができる。なお、他の実施例においても同様に保持部材26によりレンズブロックを保持することができる。
【実施例8】
【0074】
図16に、本発明による複眼画像入力装置の実施例8の装置構成を示す。27は光学ブロックで、27a,27b,27cの面にミラーが蒸着されており、レンズブロック1および2を通過した光を反射して、それぞれイメージセンサ6に導く構成となっている。図11の実施例と同様に導光手段の一体化により、導光手段を構成する部品の位置ずれの距離測定への影響を排除することができる。レンズブロック1および2は、図15と同様に保持部材26に保持することで、レンズブロックの独立した位置や姿勢の経時変動を抑止することができる。
【実施例9】
【0075】
図17に本発明による複眼画像入力装置の実施例9の装置構成を示す。図17は、装置構成を側方から観察したものであるが、図18に上方から観察した場合を示す。図17および図18において、図1と同じ部品には図1と同じ番号が付与されている。図1の構成と異なる点は、レンズブロック1からミラープリズム3a、3bを介してイメージセンサ6に導かれる像と、レンズブロック2からミラープリズム4a、4bを介してイメージセンサ6に導かれる像とが、それらの光学系光軸に対して略垂直な方向に配列される点と、イメージセンサの長手方向を像の配列方向と一致させた点である。
【0076】
例えば、イメージセンサ16の画素数が1280×1024の場合、図1の構成では2つの像それぞれのサイズは640×1024となり、各像の水平方向の画素数が半減する。自動車に搭載した画像入力装置では、図1の装置構成による画像を距離測定用に用いると同時に標識や白線などの認識用の画像として用いたいとする要請があり、水平方向に画素数、すなわち解像度が要求され、上記640の画素数では不足することがある。図17のような構成にすると、図18に示すように、レンズブロック1からの像はイメージセンサ6の上半分に導かれ、レンズブロック2からの像はイメージセンサ6の下半分に導かれる。この結果、2つの像それぞれの画像サイズは1024×640となり、水平方向の画素数を確保することができ、水平方向に解像度が要求される場合にも対応することができる。
【0077】
図19に、各レンズブロックによる像が導光手段を構成する光学系の光軸に対して略垂直な方向(垂直方向)に配列された複眼画像の例を示す。8aがレンズブロック1による画像、8bがレンズブロック2による画像であり、ここでも分かりやすいように、画像は正転させて示している。図17に処理フローを示したように、演算器100では、これら画像を用いて視差を検出し、距離画像を得ると共に、認識処理により標識等を認識する。
【0078】
なお、図17、図18では、イメージセンサの長手方向と像の配列方向とを一致させたが、イメージセンサの短手方向と像の配列方向とを一致させてもよい。その場合、上述の例では、2つの像それぞれの画像サイズは、1280×512となり、水平方向の解像度をより上げることができる。イメージセンサにより撮像される画像の水平、垂直の向き(センサの長手方向を水平方向とするか垂直方向とするか)は、レジスタで容易に設定可能である。
【0079】
また、図20のように、ミラー面3a、3b及び4a、4bをそれぞれ一体化する構成とすると、導光手段3,4を構成する部品の位置や姿勢の経時変動の距離測定への影響を排除でき、また導光手段3と4を樹脂成形で一体化したり、接着して一体化したりしても、さらに経時変動の影響を排除できる。
【0080】
なお、実施例1や実施例9では、各レンズブロックにより得られる画像のサイズが等しくなる場合を想定したが、一方の画像サイズを他方に対し大きくなるようにしてもよい。例えばイメージセンサの画素数が1280×1024画素の場合に、実施例1の装置構成では、一方が800×1024画素で他方が480×1024画素としたり、実施例9の装置構成では、一方が1024×720画素で、他方が1024×560画素としたりしてもよい。それらでは小さいほうの画像サイズ相当でしか距離画像が得られないが、大きいほうの画像で必要に応じた比較的高い解像度で認識処理を実行できる点が有利である。
【実施例10】
【0081】
図21に、レンズブロックのMTF特性の一例を示す。図21(a)は光軸に対するレンズブロックへの光線の入射角度がA、B、Cと異なる様子を示しており、図21(b)はA、B、Cに対応したタンジェンシャル、サジタル方向のMTFを示している。レンズブロックを構成する各レンズの面曲率や面間隔を調整することにより、低い空間周波から高い空間周波数にわたってMTF特性を低く設定し、それによりレンズブロックへの光線入射角に伴うMTF特性の差異を抑制することができる。
【0082】
図21のようなMTF特性を有するレンズブロックにより取得される画像をシミュレーションで推定すると、図23(a)のようになり、コントラストが低く、かつその低さが画像全体にわたって均一な画像となる。
【0083】
先の特許第3773503号の特許後方に示されている手法では、視差を有する画像の微分演算を実行することにより、高速、低負荷で視差検出を行うことができるが、高い空間周波数特性、すなわち比較的急激な輝度変化を有する画像から視差検出演算を行うと、検出値にノイズが含まれてしまう特性がある。
【0084】
図22に、空間周波数と視差検出誤差との関係を示すための視差検出シミュレーションの一例を示す。図の横軸は画像のボケ(ガウス関数の標準偏差)、縦軸は検出した視差(平均と標準偏差)を表す。図から、ボケが大きくなるほど検出視差の平均値が真値(この場合は0.6画素)に近づき、またばらつきも小さくなることが分かる。
【0085】
本実施例では、図23(a)のような低い空間周波数帯から高い空間周波数帯にわたって意図的にMTFを有限(ゼロでない)であって、かつ低くした画像を用いて距離算出演算を行うことにより、上述の視差検出誤差を抑制する。レンズブロックのMTFはゼロでないため、標識や白線の認識のためにコントラストが要求される場合には、レンズブロックの設計データから推定されるPSFに基づき、図23(a)の画像を空間フィルタリングすることにより、図23(b)のようにコントラストを向上させた画像を復元する。
【図面の簡単な説明】
【0086】
【図1】本発明による複眼画像入力装置の実施例1(基本構成例)の構成図。
【図2】実施例1の装置を用いて取得される複眼画像の様子を示す図。
【図3】本発明による複眼画像入力装置の実施例2の装置構成で、レンズブロックの光軸方向から観察した図。
【図4】実施例2の装置の観察方向を上方からとした図。
【図5】実施例2の装置の観察方向を下方からとした図。
【図6】実施例2の装置を用いて取得される複眼画像の様子を示す図。
【図7】実施例2の装置で得られる遠距離測定結果と近距離測定結果を合成した距離画像の例を示す図。
【図8】本発明による複眼画像入力装置の実施例3の構成図。
【図9】本発明による複眼画像入力装置の実施例4の構成図。
【図10】本発明による複眼画像入力装置の実施例5の構成図。
【図11】本発明による複眼画像入力装置の実施例6の構成図。
【図12】図11の装置の光学ブロックを取り出して示した図。
【図13】光学ブロックのほかの構成例を示す図。
【図14】本発明による複眼画像入力装置の実施例7の構成図。
【図15】図10の装置に実施例7を適用した図。
【図16】本発明による複眼画像入力装置の実施例8の構成図。
【図17】本発明による複眼画像入力装置の実施例9の構成図。
【図18】図17の装置構成を上方から観察した図。
【図19】実施例9の装置を用いて取得された複眼画像の様子を示す図。
【図20】本発明による複眼画像入力装置の実施例9の他の構成図。
【図21】光線の入射角によらず,有限であってかつ低いMTF特性の例を説明する図。
【図22】画像のボケ具合と視差検出性能との関係を説明する図。
【図23】光線の入射角によらず,有限であってかつ低いMTF特性を有する光学系により得られる画像と、空間フィルタによりコントラストを復元した画像の例を示す図。
【符号の説明】
【0087】
1,2 レンズブロック
3,4 導光手段
5 基板
6 イメージセンサ
7 筐体
100 演算器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複眼による視差を利用して、物体との距離を測定するための複眼画像入力装置であって、光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロックと、前記各レンズブロックによる像を複眼画像として撮像するための単一の撮像手段と、前記各レンズブロックによる像を前記撮像手段に導く導光手段とを有することを特徴とする複眼画像入力装置。
【請求項2】
複眼による視差を利用して,物体との距離を測定するための複眼画像入力装置であって、所定の焦点距離を有し,光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロックから構成された第1レンズブロック群と、前記第1レンズブロック群におけるレンズブロックとは異なる焦点距離を有し、光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロックから構成された第2レンズブロック群と、前記各レンズブロック群による像を複眼画像として撮像するための撮像手段と、少なくとも一方のレンズブロック群による像を撮像手段に導く導光手段とを有することを特徴とする複眼画像入力装置。
【請求項3】
前記撮像手段の撮像面内において、導光手段を構成する光学系の光軸に対して略垂直な方向に、像が配列するように、前記レンズブロック及び導光手段を配置したことを特徴とする請求項1あるいは2記載の複眼画像入力装置。
【請求項4】
撮像面の長手方向を、前記2つの像の配列方向に略一致させたことを特徴とする請求項3記載の複眼画像入力装置。
【請求項5】
前記各レンズブロックを通過する光線のクロストークを防止する部材を有することを特徴とする請求項1、2あるいは3記載の複眼画像入力装置。
【請求項6】
前記各レンズブロックを一体として保持するためのレンズブロック保持部材を有することを特徴とする請求項1、2あるいは3記載の複眼画像入力装置。
【請求項7】
前記導光手段の一部を各レンズブロックについて共通化するための手段(以下、共通化手段)を有することを特徴とする請求項1、2、3あるいは6記載の複眼画像入力装置。
【請求項8】
前記各レンズブロックについての導光手段を一体の屈曲光学系により構成したことを特徴とする請求項1、2、3あるいは6記載の複眼画像入力装置。
【請求項9】
前記共通化手段が前記屈曲光学系の撮像手段と対向する一面に設けたミラー面であることを特徴とする請求項7記載の複眼画像入力装置。
【請求項10】
前記共通化手段が、前記レンズブロック保持部材の撮像手段側の面に設けたミラー面であることを特徴とする請求項7記載の複眼画像入力装置。
【請求項11】
請求項1記載の複眼画像入力装置と、該複眼画像入力装置で撮像された複眼画像における被写体像の視差から被写体までの距離を算出して、距離画像を生成する演算器とを有することを特徴とする距離測定装置。
【請求項12】
請求項2記載の複眼画像入力装置と、該複眼画像入力装置で撮像された第1レンズブロック群による複眼画像及び第2レンズブロック群による複眼画像における被写体像の視差から被写体までの距離を算出して、これら2つの距離算出結果を合成して1つの距離画像を生成する演算器とを有することを特徴とする距離測定装置。
【請求項13】
複眼画像入力装置は、請求項2乃至10のいずれ1項に記載の構成とすることを特徴とする請求項11あるいは12記載の距離測定装置。
【請求項14】
前記演算器は、複眼画像をレンズブロックに対応する数の画像に分割し、該分割した画像間での視差を検出し、該検出した視差をもとに距離を算出することを特徴とする請求項11あるいは12記載の距離測定装置。
【請求項15】
請求項11、12あるいは14記載の距離測定装置において、
前記複眼画像入力装置は、各レンズブロックが有限(ゼロでない)であって低いMTFで、かつ光線入射角に伴うMTFの差異が小さい特性を有し、
前記演算器は、MTFが低い画像を用いて距離算出演算を行い、当該画像に逆フィルタ演算を施すことによりMTFを改善した画像を取得する、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項1】
複眼による視差を利用して、物体との距離を測定するための複眼画像入力装置であって、光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロックと、前記各レンズブロックによる像を複眼画像として撮像するための単一の撮像手段と、前記各レンズブロックによる像を前記撮像手段に導く導光手段とを有することを特徴とする複眼画像入力装置。
【請求項2】
複眼による視差を利用して,物体との距離を測定するための複眼画像入力装置であって、所定の焦点距離を有し,光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロックから構成された第1レンズブロック群と、前記第1レンズブロック群におけるレンズブロックとは異なる焦点距離を有し、光軸と略垂直な面内に設置された2個以上のレンズブロックから構成された第2レンズブロック群と、前記各レンズブロック群による像を複眼画像として撮像するための撮像手段と、少なくとも一方のレンズブロック群による像を撮像手段に導く導光手段とを有することを特徴とする複眼画像入力装置。
【請求項3】
前記撮像手段の撮像面内において、導光手段を構成する光学系の光軸に対して略垂直な方向に、像が配列するように、前記レンズブロック及び導光手段を配置したことを特徴とする請求項1あるいは2記載の複眼画像入力装置。
【請求項4】
撮像面の長手方向を、前記2つの像の配列方向に略一致させたことを特徴とする請求項3記載の複眼画像入力装置。
【請求項5】
前記各レンズブロックを通過する光線のクロストークを防止する部材を有することを特徴とする請求項1、2あるいは3記載の複眼画像入力装置。
【請求項6】
前記各レンズブロックを一体として保持するためのレンズブロック保持部材を有することを特徴とする請求項1、2あるいは3記載の複眼画像入力装置。
【請求項7】
前記導光手段の一部を各レンズブロックについて共通化するための手段(以下、共通化手段)を有することを特徴とする請求項1、2、3あるいは6記載の複眼画像入力装置。
【請求項8】
前記各レンズブロックについての導光手段を一体の屈曲光学系により構成したことを特徴とする請求項1、2、3あるいは6記載の複眼画像入力装置。
【請求項9】
前記共通化手段が前記屈曲光学系の撮像手段と対向する一面に設けたミラー面であることを特徴とする請求項7記載の複眼画像入力装置。
【請求項10】
前記共通化手段が、前記レンズブロック保持部材の撮像手段側の面に設けたミラー面であることを特徴とする請求項7記載の複眼画像入力装置。
【請求項11】
請求項1記載の複眼画像入力装置と、該複眼画像入力装置で撮像された複眼画像における被写体像の視差から被写体までの距離を算出して、距離画像を生成する演算器とを有することを特徴とする距離測定装置。
【請求項12】
請求項2記載の複眼画像入力装置と、該複眼画像入力装置で撮像された第1レンズブロック群による複眼画像及び第2レンズブロック群による複眼画像における被写体像の視差から被写体までの距離を算出して、これら2つの距離算出結果を合成して1つの距離画像を生成する演算器とを有することを特徴とする距離測定装置。
【請求項13】
複眼画像入力装置は、請求項2乃至10のいずれ1項に記載の構成とすることを特徴とする請求項11あるいは12記載の距離測定装置。
【請求項14】
前記演算器は、複眼画像をレンズブロックに対応する数の画像に分割し、該分割した画像間での視差を検出し、該検出した視差をもとに距離を算出することを特徴とする請求項11あるいは12記載の距離測定装置。
【請求項15】
請求項11、12あるいは14記載の距離測定装置において、
前記複眼画像入力装置は、各レンズブロックが有限(ゼロでない)であって低いMTFで、かつ光線入射角に伴うMTFの差異が小さい特性を有し、
前記演算器は、MTFが低い画像を用いて距離算出演算を行い、当該画像に逆フィルタ演算を施すことによりMTFを改善した画像を取得する、
ことを特徴とする距離測定装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【公開番号】特開2010−2233(P2010−2233A)
【公開日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−159568(P2008−159568)
【出願日】平成20年6月18日(2008.6.18)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年6月18日(2008.6.18)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]