JP6498429B2 - Distance image generation device, distance image generation method and program - Google Patents
Distance image generation device, distance image generation method and program Download PDFInfo
- Publication number
- JP6498429B2 JP6498429B2 JP2014254367A JP2014254367A JP6498429B2 JP 6498429 B2 JP6498429 B2 JP 6498429B2 JP 2014254367 A JP2014254367 A JP 2014254367A JP 2014254367 A JP2014254367 A JP 2014254367A JP 6498429 B2 JP6498429 B2 JP 6498429B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charge
- unit
- value
- distance image
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
本発明は、光飛行時間型距離画像センサを用いた距離画像生成技術に関し、特に、距離値算出技術に関する。 The present invention relates to a distance image generation technique using a time-of-flight distance image sensor, and more particularly to a distance value calculation technique.
光飛行型距離画像センサを用いて、撮影対象空間の対象物の、当該センサからの距離を画素値とする距離画像を生成する距離画像生成装置がある。その中で、光飛行時間型(TOF方式:Time Of Flight方式)距離画像センサは、変調光を出射する光源とそれを受光する受光素子とを備え、変調光を出射し、画素毎に受光した反射光を元に距離値を算出する(例えば、特許文献1参照)。このような光飛行型距離画像センサには、受光した変調光の反射光により生じる電荷を、変調光の変調周波数に同期させ、電荷を振り分ける振り分け型のTOF方式のものがある(例えば、特許文献2参照)。 There is a distance image generation device that generates a distance image having a pixel value of a distance from an object in an imaging target space using the optical flight distance image sensor. Among them, the time-of-flight (TOF method: Time Of Flight method) distance image sensor includes a light source that emits modulated light and a light receiving element that receives the modulated light, emits modulated light, and receives the light for each pixel. A distance value is calculated based on the reflected light (see, for example, Patent Document 1). Such an optical flight-type distance image sensor includes a sort-type TOF type in which charges generated by reflected light of received modulated light are synchronized with the modulation frequency of the modulated light and the charges are distributed (for example, Patent Documents). 2).
距離画像センサの性能指標として実距離と測定距離がどの程度一致しているかを表す絶対距離精度と、測定ばらつきを表す繰返距離精度とがある。絶対距離精度を向上させる技術として、例えば、異なる明度の環境で算出した画素値を用いて測定誤差を除く技術がある(例えば、特許文献3参照)。また、繰返距離精度を向上させる技術として、例えば、画素値の空間平均をとる技術や(例えば、特許文献4参照)、時間平均をとる技術がある。 As a performance index of the distance image sensor, there are an absolute distance accuracy indicating how much the actual distance and the measurement distance coincide with each other, and a repeat distance accuracy indicating a measurement variation. As a technique for improving the absolute distance accuracy, for example, there is a technique for removing measurement errors using pixel values calculated in environments of different brightness (see, for example, Patent Document 3). Further, as a technique for improving the repeat distance accuracy, for example, there are a technique for taking a spatial average of pixel values (for example, see Patent Document 4) and a technique for taking a time average.
一方、距離画像のノイズを低減するため、現在フレームの画素値に、当該画素値が所定値以上になるまで、過去フレームに遡り、対応する画素の画素値を加算する技術がある(例えば、特許文献5参照)。 On the other hand, in order to reduce the noise of the distance image, there is a technique of going back to the past frame and adding the pixel value of the corresponding pixel to the pixel value of the current frame until the pixel value becomes a predetermined value or more (for example, patents) Reference 5).
繰返距離精度が低い場合、頻繁に距離値が大きく変動し、測定の信頼性も低下する。例えば、物体認識等に距離画像センサを用いる場合、距離値の大きな変動により物体を誤認識したり、認識していたものを急に認識しなくなったりすることがある。また、モーションジェスチャー等に距離画像センサを用いる場合、距離値の大きな変動によりジェスチャーの誤認識が発生し、予期しない操作を誘発することがある。 When the repeat distance accuracy is low, the distance value frequently fluctuates greatly, and the reliability of measurement also decreases. For example, when a distance image sensor is used for object recognition or the like, an object may be misrecognized due to a large variation in distance value, or a recognized object may not be recognized suddenly. When a distance image sensor is used for a motion gesture or the like, erroneous recognition of the gesture may occur due to a large variation in the distance value, and an unexpected operation may be induced.
特許文献3の手法は、上述のように絶対距離精度の向上を目的とするものであるため、絶対距離精度しか向上しない。また、特許文献4の手法や、時間平均を算出する技術によれば、実効的な画素数の低下や、フレームレートの低下を招く。
Since the method of Patent Document 3 aims at improving the absolute distance accuracy as described above, only the absolute distance accuracy is improved. Further, according to the method of
さらに、特許文献5に開示の技術は、所定の強度値以上になるか設定フレーム数に達するまで過去フレームの加算を続け、画素ごとに逐一比較、加算という処理を繰り返し行わなければならない。このため、強度値の低い画素の場合、加算上限である設定フレーム数まで加算を必要とし、その処理量が膨大となる。ノイズの低減は、結果的に繰り返し誤差の低減につながる。しかしながら、例えば、画面全体の強度値が低いような状況では、ノイズ低減のために膨大な処理が必要となる。 Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 5, addition of past frames must be continued until a predetermined intensity value is reached or the set number of frames is reached, and processing such as comparison and addition for each pixel must be repeated. For this reason, in the case of a pixel having a low intensity value, addition is required up to the set number of frames, which is the upper limit of addition, and the amount of processing becomes enormous. Reduction of noise results in reduction of repetition error. However, for example, in a situation where the intensity value of the entire screen is low, enormous processing is required to reduce noise.
本願は、上記事情に鑑みてなされたもので、光飛行時間型距離画像センサを用いる距離画像生成装置において、実効的な画素数やフレームレートを低下させることなく、測定の、算出距離のばらつきを抑制し、繰返距離精度を向上させる技術を提供することを目的とする。 The present application has been made in view of the above circumstances, and in a distance image generation apparatus using an optical time-of-flight distance image sensor, variation in calculation distance of measurement can be performed without reducing the effective number of pixels and frame rate. It aims at providing the technique which suppresses and improves a repetition distance precision.
本発明は、距離値算出の元となる各電荷蓄積部に蓄積される電荷の量(電荷量)を補正する。補正は、直近の、予め定めた所定数のフレームの、電荷量の最大値と最小値とから算出される中間値を用いて行う。より中間値に近づくように、また、最大値と最小値との差が大きい箇所については、より補正量を大きくするように補正量を決定し、その補正量を用いて補正する。 The present invention corrects the amount of charge (charge amount) accumulated in each charge accumulation unit that is a source of distance value calculation. The correction is performed using an intermediate value calculated from the maximum value and the minimum value of the charge amount of a predetermined number of frames that are the latest. The correction amount is determined so as to increase the correction amount so as to approach the intermediate value and the difference between the maximum value and the minimum value is large, and correction is performed using the correction amount.
具体的には、対象空間に変調した変調光を照射する光源を備える光源部と、前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、前記変調光の変調に同期して、前記光電変化素子により変換された電荷を、前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量を用い、画素値が距離値である距離画像を生成する距離画像生成部と、を備え、前記距離画像生成部は、各前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷量を補正する補正部と、前記補正部により補正後の電荷量を用いて前記距離値を算出する距離値算出部と、を備え、前記補正部は、所定数のフレームの、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量の最大値と最小値とから計算される中間値を用いて、各前記電荷量を補正することを特徴とする距離画像生成装置を提供する。 Specifically, a light source unit including a light source that irradiates modulated light modulated into the target space, and light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected by the surface of the target in the target space is received. A photoelectric conversion element provided for each pixel to be converted into a charge, a plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element, and a charge converted by the photoelectric change element in synchronization with modulation of the modulated light A charge distribution unit that distributes the plurality of charge storage units, and a distance image generation unit that generates a distance image whose pixel value is a distance value using the amount of charge stored in each of the charge storage units. The distance image generation unit corrects the charge amount accumulated in each of the charge accumulation units, and a distance value calculation unit calculates the distance value using the charge amount corrected by the correction unit. The correction unit includes a predetermined number of frames. Using the intermediate value calculated from the maximum and minimum values of each of the charge storage unit charges accumulated amount, to provide a distance image generation apparatus characterized by correcting each said charge amount.
また、対象空間に変調した変調光を照射する光源を備える光源部と、前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、前記変調光の変調に同期して、前記光電変換素子により変換された電荷を前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、を備える距離画像生成装置における距離画像生成方法であって、所定のフレーム間の、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量の最大値と最小値とから中間値を計算し、前記中間値を用いて、当該電荷蓄積部の電荷量を補正し、補正後の電荷量を用いて、画素値が距離値である距離画像を生成することを特徴とする距離画像生成方法を提供する。 In addition, a light source unit including a light source that irradiates modulated light that is modulated into the target space, and light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected from the surface of the target object in the target space is received and converted into charges. A plurality of photoelectric conversion elements provided for each pixel; a plurality of charge storage units provided for each of the photoelectric conversion elements; and the plurality of charges converted by the photoelectric conversion elements in synchronization with modulation of the modulated light. A distance image generation method in a distance image generation device comprising a charge distribution unit that distributes the charge storage units, wherein the maximum value and the minimum value of the amount of charge stored in each of the charge storage units during a predetermined frame The intermediate value is calculated from the above, the charge amount of the charge storage unit is corrected using the intermediate value, and the distance image whose pixel value is the distance value is generated using the corrected charge amount. A distance image generation method is provided.
本発明によれば、光飛行時間型距離画像センサを用いる距離画像生成装置において、実効的な画素数やフレームレートを低下させることなく、測定の、繰返距離精度が向上する。 According to the present invention, in a distance image generation apparatus using a time-of-flight distance image sensor, the measurement repeatability accuracy is improved without reducing the effective number of pixels and the frame rate.
<<第一の実施形態>>
以下、本発明の第一の実施形態について説明する。以下、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, in all the drawings for explaining the embodiments of the present invention, those having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
<距離画像生成装置構成>
まず、本実施形態の距離画像生成装置の構成を説明する。図1は、本実施形態の距離画像生成装置の機能ブロック図である。
<Distance image generator configuration>
First, the configuration of the distance image generation device of this embodiment will be described. FIG. 1 is a functional block diagram of the distance image generation apparatus of the present embodiment.
本図に示すように、本実施形態の距離画像生成装置100は、照射される変調光111と入射光112との位相差を用いて距離画像を生成するもので、光源部110と、光電変換部120と、電荷振分部130と、制御部140と、電荷蓄積部150と、距離画像生成部170と、を備える。
As shown in the figure, the distance
なお、本実施形態の距離画像生成装置100は、CPUと、メモリと、記憶装置とを備える。電荷振分部130、制御部140、および、距離画像生成部170は、CPUが、予め記憶装置に格納されたプログラムを、メモリにロードして実行することにより実現される。
Note that the distance
光源部110は、後述する制御部140の制御に従って、対象空間に変調光(例えば、正弦波もしくは矩形波等で高速に変調させた赤外光もしくは可視光)111を照射する光源を備える。光源には、LED等の高速変調が可能なデバイスが用いられる。
The
光電変換部120は、光源部110の光源から照射された変調光111が対象空間(距離画像生成装置100の視野)内の対象物(物体)113で反射された反射光を含む光(入射光)112を受光し、電荷に変換する。光電変換部120は、受光量に応じた電荷に変換する複数の光電変換素子を備える。このため、各光電変換素子は、画素毎に設けられ、強度画像および距離画像の各画素に対応づけて規則的に配列される。この光電変換部120の前には、レンズが配置されてもよい。
The
電荷振分部130は、後述する制御部140の制御に従って、光電変換素子が変換した電荷を後述する電荷蓄積部150に振り分ける。振り分けは、光電変換素子毎に行う。本実施形態では、変調光111の変調に同期して、光電変換素子により変換された電荷を、当該光電変換素子に対応づけて設けられた複数の電荷蓄積部150に振り分ける。
The
電荷蓄積部150は、電荷振分部130が振り分けた電荷を蓄積する。距離情報である変調光111と入射光112との位相差は、電荷蓄積部150に蓄積された電荷を用いて算出する。この位相差を算出するためには、少なくとも3つ以上の位相情報(電荷蓄積部に蓄積された電荷)が必要である。
The
以下、本実施形態では、この電荷蓄積部150を4つとして説明する。すなわち、本実施形態では、この4つ1組の電荷蓄積部150が、画素毎に設けられる。各電荷蓄積部を、区別する場合は、それぞれ、151、152、153、154とする。電荷振分部130は、4つの電荷蓄積部151、152、153、154に、予め定めた順に電荷を振り分ける。
Hereinafter, in the present embodiment, description will be made assuming that there are four
なお、電荷蓄積部150には、電荷そのものを蓄積してもよいし、この電荷量をAD変換後のデータを蓄積してもよい。以下、本実施形態では、電荷そのものも、AD変換後のデータも、特に区別することなく電荷蓄積部150に蓄積されるものを電荷と呼び、その量を電荷量と呼ぶ。
The
これらの光電変換素子、電荷振分部130、および、電荷蓄積部150で画素を形成する。
These photoelectric conversion elements, the
制御部140は、光源部110と電荷振分部130とを同期制御する。制御は、変調信号とゲート信号とにより行う。
The
変調信号は、変調光の変調および出力タイミングを指示する信号であり、光源部110に向けて出力される。光源部110は、変調信号により変調された変調光111を生成し、対象空間に照射する。照射された変調光111は、対象物113により反射され、反射光となる。反射光は、入射光112として光電変換部120に入射し、電荷に変換されて電荷振分部130に送られる。
The modulation signal is a signal that instructs modulation and output timing of the modulated light, and is output toward the
ゲート信号は、各電荷蓄積部150への電荷の振り分けを指示する信号で、電荷振分部130に向けて出力される。電荷振分部130は、ゲート信号に応じて各電荷蓄積部150に電荷を振り分ける。
The gate signal is a signal for instructing the charge distribution to each
制御部140は、光源部110の変調周期に同期し、変調周期と電荷振分部130の個数応じた時間だけずらしたゲート信号を生成する。例えば、変調周期が10MHzで電荷蓄積部が4つであれば、変調周期を4分割した時間(25ns)ずつずらしたタイミングでゲート信号を生成する。これにより、電荷は、ゲート信号に応じて、それぞれの電荷蓄積部151、152、153、154に振り分けられる。
The
本実施形態の変調信号およびゲート信号の出力タイミングの一例を図2に示す。ここでは、変調信号の1周期Tqを4等分した期間に、それぞれ、4つの電荷蓄積部151、152、153、154に順に電荷を振り分ける場合の、変調信号114およびゲート信号115を示す。
An example of the output timing of the modulation signal and the gate signal of this embodiment is shown in FIG. Here, the
また、制御部140は、距離画像生成部170に読出信号を送信し、各電荷蓄積部151、152、153、154に蓄積された電荷を、それぞれ読みださせる。なお、変調光111の変調周波数は数十MHzである。従って、変調の1周期は数十ns程度となる。距離画像を得るためには、数百〜数十万周期の電荷蓄積時間Tfを要する。この電荷蓄積時間Tfは予め定めておく。
In addition, the
本実施形態の制御部140は、この電荷蓄積時間Tf毎に、距離画像生成部170が、各電荷蓄積部151、152、153、154から電荷を読み出すよう、読出信号を出力する。電荷蓄積時間Tf間隔毎に得られる1枚の距離画像をフレームと呼ぶ。また、電荷蓄積時間Tfを、1フレーム時間Tfと呼ぶ。
The
なお、変調信号114とゲート信号115と読出信号とを合わせて制御信号と呼ぶ。
The modulated
距離画像生成部170は、制御部140の読出信号に従って各電荷蓄積部151、152、153、154に蓄積された電荷を読出し、各電荷(電荷量)から画素毎に距離値を算出し、算出した距離値を画素値とする距離画像を生成する。距離値は、視野内の、対象物113までの距離の値である。算出の詳細は、後述する。
The distance
[TOF方式の距離画像生成の原理]
ここで、光飛行時間型(TOF方式)の距離画像生成装置100における距離画像生成の原理を説明する。図3は、距離画像生成の原理を説明するための図である。
[Principle of TOF type distance image generation]
Here, the principle of distance image generation in the time-of-flight (TOF method) distance
光源部110から出射される変調光111の強度が本図のような正弦曲線を描くように変化する場合、光電変換部120への入射光112の強度も同様に正弦曲線を描くよう変化する。このとき、変調光111と入射光112とには、光が対象物まで往復する飛行時間による位相の遅延(位相差φ)が生じる。
When the intensity of the modulated light 111 emitted from the
光の速度cは既知であるため、この位相差φと変調周波数fとを用い、対象物113までの計算距離値Dは、以下の式(1)で算出される。
従って、位相差φがわかれば、計算距離値Dは求めることができる。本実施形態では、上述のように、変調光の1周期Tpを4等分し、それぞれの期間に取得した電荷量を、それぞれ、4つの電荷蓄積部151、152、153、154に蓄積する。
Therefore, if the phase difference φ is known, the calculated distance value D can be obtained. In the present embodiment, as described above, one period Tp of the modulated light is equally divided into four, and the charge amounts acquired in the respective periods are stored in the four
変調光111の1周期を4等分した各期間に、各電荷蓄積部151、152、153、154にそれぞれ蓄積される電荷量をC1、C2、C3、C4とすると、変調光111と入射光112との位相差φは、以下の式(2)で表される。
[距離画像生成部]
次に、本実施形態の距離画像生成部170を説明する。なお、本実施形態では、対象部113は、静止しているものとする。
[Distance image generator]
Next, the distance
距離画像生成部170は、上述の電荷蓄積時間Tf間に、各電荷蓄積部151、152、153、154に蓄積された電荷量C1、C2、C3、C4を用い、画素値が距離値である距離画像を生成する。距離値Dは、画素毎に、上記式(2)に従って位相差φを求め、求めた位相差φを用いて、上記式(1)に従って、算出する。
The distance
上述のように、電荷振分部130は、変調光111の変調に同期して、各電荷蓄積部151、152、153、154に電荷を振り分ける。対象物113が静止していても、振り分けには、半導体スイッチを用いるため、スイッチングノイズや、ktcノイズなどのランダムノイズにより、電荷蓄積時間Tf毎に各電荷蓄積部151、152、153、154に振り分けられる電荷量が異なる。この電荷量をそのまま用いて距離値を算出すると、得られる距離値Dに、フレーム間において、誤差が発生する。この誤差を、繰返距離誤差と呼ぶ。
As described above, the
この繰返距離誤差を抑えるため、本実施形態の距離画像生成部170は、電荷蓄積部150から読み出した電荷(電荷量)に対し、補正を行い、補正後の電荷量を用いて距離値を算出する。このため、本実施形態の距離画像生成部170は、図1に示すように、各電荷蓄積部151、152、153、154に蓄積された電荷量C1、C2、C3、C4を補正する補正部171と、補正に用いるデータを保存するデータベース172と、補正後の電荷量を用いて距離値Dを算出する距離値算出部173と、を備える。
In order to suppress this repeated distance error, the distance
[繰返距離誤差発生の原理]
繰返距離誤差の発生を、図4および図5を用いて説明する。図4は、電荷振分方式のTOF方式の距離画像生成装置100において、フレーム毎に測定距離にばらつきが発生する様子を説明するための図である。
[Principle of repeated distance error generation]
The occurrence of the repetition distance error will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining how the measurement distance varies for each frame in the charge distribution type TOF type distance
本図に示すように、振り分けを行う半導体スイッチのノイズにより、たとえ、対象物113が同距離にあったとしても、フレームごとに各電荷蓄積部151、152、153、154に振り分けられる電荷量C1、C2、C3、C4が異なる。
As shown in this figure, due to the noise of the semiconductor switch that performs the distribution, even if the
位相φは、式(2)に示すように、各電荷蓄積部151、152、153、154に蓄積される各電荷量C1、C2、C3、C4の、差分(C1−C3、C2−C4;以下差分電荷量と呼ぶ。)を用いて算出される。これらの差分電荷量のばらつきと、位相のばらつきとの関係を図5に示す。本図において、横軸は、差分電荷量C1−C3の値を、縦軸は、差分電荷量C2−C4の値を示す。図5に示すように、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4のばらつきは、位相φのばらつきとなる。
The phase φ is the difference (C1-C3, C2-C4; difference between the charge amounts C1, C2, C3, C4 stored in the
本実施形態の補正部171は、この振り分けられた電荷のばらつきによる、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4のばらつきの大きさを利用し、これらの差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を補正する。
The
[補正部による補正方法]
補正部171は、所定数のフレームの、各電荷蓄積部151、152、153、154に蓄積された電荷量C1、C2、C3、C4(本実施形態では、差分電荷量C1−C3、C2−C4)の、最大値と最小値とから計算される中間値を用いて、各電荷量(差分電荷量C1−C3、C2−C4)を補正する。
[Correction method by correction unit]
The
すなわち、補正部171は、電荷蓄積部151、152、153、154毎に、直近の、過去の、予め定めたフレーム数の差分電荷量C1−C3、C2−C4の、最大値Cmaxと最小値Cminとを特定する。そして、これらの最大値Cmaxと最小値Cminにより定まる両者の中間の値(中間値)を用いて、差分電荷量を補正する。以下、予め定めたフレーム数をF(Fは1以上の整数)とする。
In other words, the
本実施形態では、中間値として、例えば、最大値Cmaxと最小値Cminとの中央の値(中央値)Cmidを用いる。中央値Cmidは、以下の式(3)で表される。
Cmid=(Cmax+Cmin)/2 ・・・(3)
In the present embodiment, for example, a median value (median value) Cmid between the maximum value Cmax and the minimum value Cmin is used as the intermediate value. The median value Cmid is expressed by the following formula (3).
Cmid = (Cmax + Cmin) / 2 (3)
本実施形態の補正部171は、各電荷量(差分電荷量C1−C3、C2−C4)が、中間値(中央値Cmid)に近づくように、各電荷量(差分電荷量C1−C3、C2−C4)を補正する。
The
フレーム数が非常に多く、かつ、対象部113の変位がない場合、差分電荷量C1−C3、C2−C4のばらつきは、正規分布に従う。このため、差分電荷量C1−C3、C2−C4の真の値は、最大値Cmaxと最小値Cminとの中央値Cmidにほぼ一致すると考えられる。なお、差分電荷量C1−C3、C2−C4の真の値とは、半導体スイッチによるノイズがなく、光電変換部120で得られた電荷が、正確に各電荷蓄積部151、152、153、154に振り分けられた場合に得られる値を意味する。
When the number of frames is very large and the
フレーム数が少ない場合、中央値Cmidは差分電荷量C1−C3、C2−C4の真の値とほぼ一致するとはいえない。しかしながら、最大値Cmaxもしくは最小値Cminよりは差分電荷量C1−C3、C2−C4の真の値に近いと考えられる。従って、最大値Cmaxおよび最小値Cminから得られる中央値Cmidを用いて、測定された差分電荷量C1−C3、C2−C4を補正することにより、差分電荷量の真の値に、より近い値が得られ、差分電荷量C1−C3、C2−C4のばらつきを軽減できる。 When the number of frames is small, it cannot be said that the median value Cmid substantially coincides with the true values of the differential charge amounts C1-C3 and C2-C4. However, it is considered to be closer to the true values of the differential charge amounts C1-C3 and C2-C4 than the maximum value Cmax or the minimum value Cmin. Therefore, by correcting the measured differential charge amounts C1-C3, C2-C4 using the median value Cmid obtained from the maximum value Cmax and the minimum value Cmin, a value closer to the true value of the differential charge amount And the variation of the differential charge amounts C1-C3 and C2-C4 can be reduced.
また、本実施形態の補正部171は、前記最大値Cmaxと最小値Cminとの差が大きい画素ほど、各前記電荷量(差分電荷量C1−C3、C2−C4)の補正量を大きくする。すなわち、補正部171は、最大値Cmaxと最小値Cminとから、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4それぞれのばらつきの大きさを算出し、ばらつきが大きいほど、補正量を大きくする。ばらつきCbandは、例えば、以下の式(4)で算出する。
Cband=Cmax−Cmin ・・・(4)
In addition, the
Cband = Cmax−Cmin (4)
補正部171は、各差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を、それぞれの中央値Cmidに近づけ、かつ、ばらつきCbandが大きいほど補正量を大きくするよう補正する。具体的には、例えば、以下の式(5)により補正する。
C’=C−(C−Cmid)×(Cband/A) ・・・(5)
ここで、Cは、差分電荷量C1−C3または差分電荷量C2−C4、Aは、周囲の環境などに応じて、その時々に、画素毎に設定される定数、C’は、補正後の差分電荷量C1−C3または差分電荷量C2−C4である。
The
C ′ = C− (C−Cmid) × (Cband / A) (5)
Here, C is the differential charge amount C1-C3 or the differential charge amount C2-C4, A is a constant set for each pixel from time to time according to the surrounding environment, etc., and C ′ is the corrected charge amount. The difference charge amount C1-C3 or the difference charge amount C2-C4.
なお、定数Aを画素毎に設定することが難しい場合は、定数Aは、例えば、当該画素の、各電荷蓄積部151、152、153、154の電荷量C1、C2、C3、C4(差分電荷量C1-C3、C2−C4)を用いて、以下の式(6)で算出してもよい。
あるいは、定数Aは、当該画素の最大値CmaxおよびCminを用いて、以下の式(7)により算出してもよい。
A=|Cmax|+|Cmin| ・・・(7)
Alternatively, the constant A may be calculated by the following equation (7) using the maximum values Cmax and Cmin of the pixel.
A = | Cmax | + | Cmin | (7)
なお、最大値Cmaxおよび最小値Cminは、直近のFフレームの差分電荷量間で、大小を比較することにより決定する。 The maximum value Cmax and the minimum value Cmin are determined by comparing the magnitudes of the difference charge amounts of the latest F frames.
なお、本実施形態の補正部171による、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4の補正は、上記手法に限定されない。予め定めた直近のFフレームの差分電荷量の最大値Cmaxおよび最小値Cminを用い、より、差分電荷量C1−C3、C2−C4の真の値に近づくよう補正できればよい。例えば、算出した中間値をそのまま補正値として用いてもよい。
The correction of the differential charge amount C1-C3 and the differential charge amount C2-C4 by the
また、中間値は、中央値Cmidに限定されない。ばらつく電荷量の真の値に近く、かつ、最大値Cmaxと最小値Cminとに基づいて算出可能な値であればよい。 Further, the intermediate value is not limited to the median value Cmid. Any value that is close to the true value of the varying charge amount and that can be calculated based on the maximum value Cmax and the minimum value Cmin may be used.
[距離値算出部]
本実施形態の距離値算出部173は、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4の代わりに、補正後の差分電荷量(C1−C3)’および差分電荷量(C2−C4)’を上記式(2)に代入し、各画素の距離値を算出する。
[Distance value calculator]
The distance
[データベース]
データベース172は、補正部171が補正に用いる、直近の、予め定めたフレーム数Fの、各差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を蓄積する。
[Database]
The
データベース172は、各画素位置をアドレスとし、予め設定された保存フレーム数(上記例ではFフレーム)分の差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4の値を保存可能な容量をもつ。
The
例えば、距離画像生成装置100で生成される距離画像を128×128画素とし、補正処理のため、直近の3フレーム分の電荷量を保存するものとする。この場合、128×128=16384アドレスの3フレーム分(16384×3フレーム)の保存容量を持つメモリを用意する。
For example, it is assumed that the distance image generated by the distance
図6に、本実施形態のデータベース172のメモリ構造のイメージを示す。本図に示すように、本実施形態のデータベース172、画素(m、n)毎、および、フレームf毎に、差分電荷量C1−C3の値Af(m,n)および差分電荷量C2−C4の値Bf(m,n)を保存する。ここでは、全画素数は、M×Nであり、全フレーム数はFとする。M、N、Fは1以上の整数とする。また、m、n、fは、それぞれ、1≦m≦M、1≦n≦N、1≦f≦Fを満たす整数とする。
FIG. 6 shows an image of the memory structure of the
なお、データベース172において、フレーム番号fは、時間的に新しいものから順に付与される。すなわち、新たなフレームの差分電荷量C1−C3、C2−C4が取得されると、それが、フレーム1に対応づけて保存され、既に保存されている各差分電荷量C1−C3、C2−C4に対応づけられるフレーム番号が1つずつ大きい値に更新される。そして、フレームfに対応づけられて保存されていた差分電荷量C1−C3、C2−C4が削除される。
In the
なお、メモリサイズに余裕がある場合は、最も古い差分電荷量C1−C3、C2−C4を削除しなくてもよい。ただし、補正に使用するのは、直近のFフレーム分の差分電荷量C1−C3、C2−C4とする。 If there is a margin in memory size, the oldest differential charge amounts C1-C3 and C2-C4 need not be deleted. However, the difference charge amounts C1-C3 and C2-C4 for the most recent F frames are used for correction.
また、データベース172に保存する過去フレームの数は、任意に設定可能、あるいは、ユーザが変更可能なよう構成してもよい。
In addition, the number of past frames stored in the
実際には、予め、保存するフレーム数の最大値を決定しておき、それに対応する容量のメモリを用意し、設定したフレーム数に対応して保存量を変化させることが現実的である。 Actually, it is practical to determine the maximum number of frames to be stored in advance, prepare a memory having a capacity corresponding to the maximum value, and change the storage amount corresponding to the set number of frames.
[距離画像生成処理の流れ]
次に、本実施形態の距離画像生成処理の流れを説明する。図7は、本実施形態の、1フレーム分の距離画像を生成する距離画像生成処理の処理フローである。なお、ここでは、全画素数をP(Pは1以上の整数)、処理対象画素をp(1≦p≦Pを満たす整数)とする。
[Flow of distance image generation processing]
Next, the flow of the distance image generation process of this embodiment will be described. FIG. 7 is a processing flow of distance image generation processing for generating a distance image for one frame according to the present embodiment. Here, the total number of pixels is P (P is an integer equal to or greater than 1), and the pixel to be processed is p (an integer satisfying 1 ≦ p ≦ P).
各画素の電荷蓄積部151、152、153、154に1フレーム時間Tf分の電荷が蓄積されると(ステップS1101)、距離画像生成部170は、画素毎に、以下の処理(ステップS1103〜S1105)を、全画素について行う(ステップS1102、S1106、S1107)。
When charges for one frame time Tf are accumulated in the
距離画像生成部170は、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を算出する(ステップS1103)。そして、補正部171は、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を、それぞれ補正し、補正後の差分電荷量(C1−C3)’および差分電荷量(C2−C4)’を得る(ステップS1104)。そして、距離値算出部173は、補正後の差分電荷量(C1−C3)’および差分電荷量(C2−C4)’を用い、距離値を算出する(ステップS1105)。
The distance
距離画像生成部170は、算出された距離値を画素値として距離画像を生成し(ステップS1108)、処理を終了する。
The distance
次に、上記ステップS1104の補正部171による補正処理の流れを、図8を用いて説明する。
Next, the flow of correction processing by the
補正部171は、直近の過去Fフレームの、各差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を、データベース172から取得し(ステップS1201)、それぞれ、最大値Cmaxおよび最小値Cminを算出する(ステップS1202)。
The correcting
補正部171は、得られた最大値Cmaxおよび最小値Cminから、上記式(3)および式(4)に従って、各差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4の、中央値CmidおよびばらつきCbandを算出する(ステップS1203)。
From the obtained maximum value Cmax and minimum value Cmin, the
そして、補正部171は、中央値CmidおおびばらつきCbandから、上記式(5)に従って、補正値(補正後の差分電荷量)(C1−C3)’、(C2−C4)’をそれぞれ算出する(ステップS1204)。
Then, the
補正部171は、データベース172を更新し(ステップS1205)、処理を終了する。
The correcting
なお、計測開始直後から(F−1)フレーム目までの間は、直近のFフレーム分の差分電荷量がデータベース172に保存されていない。このような場合は、保存されている全フレーム分の差分電荷量の中で、最大値Cmaxおよび最小値Cminを特定し、中央値Cmid、ばらつきCbandを算出する。あるいは、このような場合は、上記補正処理を行わず、距離画像生成部170は、取得した電荷量から算出した差分電荷量を用いて、距離値を算出するよう構成してもよい。
Note that the difference charge amount for the most recent F frame is not stored in the
以上説明したように、本実施形態の距離画像生成装置100は、対象空間に変調した変調光111を照射する光源を備える光源部110と、前記光源部110から照射され、前記対象空間内の対象物113の表面で反射した反射光を含む光112を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子(光電変換部120)と、前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部150と、前記変調光111の変調に同期して、前記光電変化素子により変換された電荷を、前記複数の電荷蓄積部150に振り分ける電荷振分部130と、各前記電荷蓄積部150に蓄積された電荷量を用い、画素値が距離値である距離画像を生成する距離画像生成部170と、を備え、前記距離画像生成部170は、各前記電荷蓄積部150に蓄積された前記電荷量を補正する補正部171と、前記補正部171により補正後の電荷量を用いて前記距離値を算出する距離値算出部173と、を備え、前記補正部171は、所定数のフレームの、各前記電荷蓄積部150に蓄積された電荷量の最大値と最小値とから計算される中間値を用いて、各前記電荷量を補正する。
As described above, the distance
このとき、前記補正部171は、各前記電荷量が、前記中間値に近づくように当該電荷量を補正する。また、前記補正部171は、前記最大値と最小値との差が大きい画素ほど、各前記電荷量の補正量を大きくする。
At this time, the
本実施形態は、各電荷蓄積部151、152、153、154への蓄積電荷量のばらつきに起因する算出距離値のばらつき(繰返距離誤差)を抑えることが目的である。そして、過去の所定範囲のフレームの最大値と最小値から算出した中間値が、差分電荷量C1−C3、C2−C3それぞれの真の値に最も近いと考えられる。
The object of the present embodiment is to suppress variations in calculated distance values (repetition distance errors) caused by variations in the amount of accumulated charges in the
本実施形態では、これを利用し、過去の所定範囲のフレームの、差分電荷量C1−C3、C2-C4それぞれの、最大値と最小値とから算出した中間値に近づくよう、フレーム毎に、各画素の各差分電荷量C1−C3、C2-C4を補正する。補正は、フレーム毎に、直近の予め定めた数のフレームの差分電荷量を用いて行う。従って、少ない処理量で、繰り返し誤差を抑えることができる。また、このとき、空間的な分解能の低下も、時間的な分解能の低下もない。 In the present embodiment, by using this, for each frame so as to approach the intermediate value calculated from the maximum value and the minimum value of each of the differential charge amounts C1-C3 and C2-C4 in the past predetermined range of frames, Each differential charge amount C1-C3, C2-C4 of each pixel is corrected. The correction is performed using the difference charge amount of the latest predetermined number of frames for each frame. Therefore, it is possible to suppress the repetition error with a small processing amount. At this time, there is no reduction in spatial resolution or temporal resolution.
このため、本実施形態によれば、フレームレート、実効画素数の低下なしに算出距離値のばらつきを抑制し、繰返距離精度を向上させ、より、高精度な距離値を得ることができる。 For this reason, according to the present embodiment, it is possible to suppress variation in the calculated distance value without lowering the frame rate and the number of effective pixels, improve the repeat distance accuracy, and obtain a more accurate distance value.
<<第二の実施形態>>
次に、本発明の第二の実施形態を説明する。第一の実施形態では、対象物113が静止していることを前提としている。本実施形態では、対象物113が移動する場合も考慮する。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, it is assumed that the
本実施形態の距離画像生成装置は、基本的に第一の実施形態と同様の構成を有する。ただし、本実施形態では、対象物113の移動の有無を判別し、静止している場合のみ、補正を行う。このため、本実施形態の距離画像生成部170は、対象物113の移動の有無を判別する構成をさらに備える。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
The distance image generation apparatus of the present embodiment basically has the same configuration as that of the first embodiment. However, in the present embodiment, it is determined whether or not the
対象物113の移動の有無を判別する構成として、本実施形態の距離画像生成部170は、図9に示すように、電荷蓄積部150に蓄積された補正前の電荷を用いて画素値が強度値である強度画像を生成する強度画像生成部174と、強度画像を用いて、画素毎に測定対象(対象物113)の距離の変動の有無を判別する変動判別部175と、をさらに備える。
As a configuration for determining whether or not the
そして、本実施形態の補正部171は、変動判別部175が、変動無し、と判別した画素について、第一の実施形態同様の補正を行う。一方、変動判別部175が変位有と判別した画素については、距離値算出部173は、補正前の電荷量(差分電荷量)を用いて距離値を算出する。
Then, the
[強度画像生成部]
本実施形態の強度画像生成部174は、各電荷蓄積部151、152、153、154から、それぞれ電荷量C1、C2、C3、C4を読み出し、以下の式(8)により、各画素の強度値Pを算出し、それを画素値とする強度画像を生成する。
The intensity
[変動判別部]
式(8)からわかるように、強度値Pは、対象物113からの反射光(入射光112)の強さに依存する。このため、対象物113が近づいたり遠ざかったりし、距離値に変動がある場合、あるいは、撮像範囲に他の物体が入ってくる場合、反射光(入射光112)も増減し、強度値Pは変化する。
[Fluctuation discrimination unit]
As can be seen from Equation (8), the intensity value P depends on the intensity of the reflected light (incident light 112) from the
変動判別部175は、これを利用し、各画素について、当該画素の視野範囲の対象物113に、距離の変動があるか否かを判別する。変動判別部175は、例えば、予め所定の閾値Pthを設定しておき、1回前のフレームの強度値から、Pth以上、強度値Pが変動した場合、当該画素が撮像対象とする対象物113に動きがあるものと判別する。
The
[データベース]
本実施形態では、データベース172は、図10に示すように、補正部171が補正に用いる、直近の、予め定めたフレーム数Fの、各差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4に加え、直近の1フレーム(フレーム1)の、強度値Pが蓄積される。この強度値Pは、新たなフレームの強度値が算出される毎に、更新される。
[Database]
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the
[距離画像生成処理の流れ]
本実施形態の距離画像生成処理の流れを説明する。図11は、本実施形態の1フレーム分の距離画像を生成する距離画像生成処理の処理フローである。なお、本実施形態においても、全画素数をP(Pは1以上の整数)、処理対象画素をp(1≦p≦Pを満たす整数)とする。
[Flow of distance image generation processing]
The flow of the distance image generation process of this embodiment will be described. FIG. 11 is a processing flow of distance image generation processing for generating a distance image for one frame according to the present embodiment. Also in this embodiment, the total number of pixels is P (P is an integer of 1 or more), and the processing target pixel is p (an integer satisfying 1 ≦ p ≦ P).
各画素の電荷蓄積部151、152、153、154に1フレーム時間Tf分の電荷が蓄積されると(ステップS2101)、距離画像生成部170は、画素毎に、以下の処理(ステップS2103〜ステップS2111)を、全画素について行う(ステップS2102、S2111、S2112)。
When charges for one frame time Tf are accumulated in the
距離画像生成部170は、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を算出する(ステップS2103)。そして、強度画像生成部174は、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を用いて、強度値を算出する(ステップS2104)。
The distance
変動判別部175は、当該画素pの変動の有無を判別する(ステップS2105)。
The
ステップS2105において、変動無し、と判別された場合、第一の実施形態同様、補正部171は、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を、それぞれ補正し、補正後の差分電荷量(C1−C3)’および差分電荷量(C2−C4)’を得る(ステップS2106)。そして、距離値算出部173は、補正後の差分電荷量(C1−C3)’および差分電荷量(C2−C4)’を用い、距離値Dを算出する(ステップS2107)。
If it is determined in step S2105 that there is no variation, the
一方、ステップS2105において、変動が検出された場合、すなわち、変動有り、と判別された場合、距離画像生成部170は、データベース172の当該画素pの、差分電荷量C1-C3、C2−C4に関する蓄積データを削除し(ステップS2108)、ステップS2103で算出した差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を、新たにデータベース172に蓄積する(ステップS2109)。
On the other hand, when a change is detected in step S2105, that is, when it is determined that there is a change, the distance
さらに、距離値算出部173は、ステップS2103で算出した差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2−C4を用いて、距離値Dを算出する(ステップS2110)。
Further, the distance
距離画像生成部170は、算出された距離値を画素値とした距離画像を生成し(ステップS2113)、処理を終了する。
The distance
なお、計測開始直後から(F−1)フレーム目までの間、および、対象物113が変動し、データベース172のデータを削除後、(F−1)フレーム目までの間は、直近のFフレーム分の差分電荷量がデータベース172に保存されていない。このような場合は、直近の全フレーム分の差分電荷量の中で、最大値Cmaxおよび最小値Cminを特定し、中央値Cmid、ばらつきCbandを算出する。あるいは、このような場合は、上記補正処理を行わず、距離画像生成部170は、取得した電荷量から算出した差分電荷量を用いて、距離値を算出するよう構成してもよい。
It should be noted that the most recent F frame is between the start of measurement and the (F-1) th frame, and after the
また、上記ステップS2108および2109の処理と、ステップS2110の処理とは、いずれを先に行ってもよい。 In addition, either the processing of steps S2108 and 2109 or the processing of step S2110 may be performed first.
なお、上記ステップS2106の補正部171による補正処理は、第一の実施形態と同様である。
Note that the correction processing by the
次に、ステップS2105の、変動判別部175による変動検出処理の流れを、図12を用いて説明する。
Next, the flow of fluctuation detection processing by the
変動判別部175は、処理対象画素pの、1フレーム前の強度値(比較用強度値)をデータベース172から抽出する(ステップS2201)。そして、算出した強度値Pとの差分ΔPを算出する(ステップS2202)。算出した差分ΔPと、予め定めた閾値Pthとを比較し(ステップS2203)、差分ΔPが、閾値以上である場合、変動を検出したものとして変動有とし(ステップS2204)、閾値より小さい場合、変動を検出できなかったとして変動無とする(ステップS2205)。
The
最後に、変動判別部175は、データベース172の強度値(比較用強度値)を、ステップS2104で算出した強度値に更新し(ステップS2206)、処理を終了する。
Finally, the
なお、強度値の更新処理は、ステップS2203の後であれば、いつ行ってもよい。 Note that the update process of the intensity value may be performed any time after step S2203.
以上説明したように、本実施形態の距離画像生成装置100は、第一の実施形態と同様の構成に、前記電荷蓄積部に蓄積された、補正前の電荷を用いて画素値が強度値である強度画像を生成する強度画像生成部174と、前記強度画像を用い、画素毎に測定対象の変動の有無を判別する変動判別部175と、をさらに備え、前記補正部171は、前記変動判別部175が変動無しと判別した画素について、前記各電荷量を補正し、前記距離値算出部173は、前記変動判別部175が変動有と判別した画素については、前記補正前の電荷量を用いて前記距離値を算出する。
As described above, the distance
このように、本実施形態においても、第一の実施形態同様、少ない処理量で、空間的な分解能の低下も、時間的な分解能の低下もなく、繰返距離精度を向上させることができる。 As described above, also in the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to improve the repeat distance accuracy with a small amount of processing, without a decrease in spatial resolution and a decrease in temporal resolution.
さらに、本実施形態によれば、距離画像生成に用いる差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2-C4を用いて、距離画像生成に先立って強度画像を算出し、対象物113の移動の有無を判別する。そして、当該画素の視野範囲において、対象物113に移動が無い場合のみ、距離画像生成に用いる差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2-C4を、第一の実施形態と同様の手法で補正する。一方、移動がある場合は、取得した差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2-C4をそのまま用いて距離画像を生成する。
Furthermore, according to the present embodiment, using the difference charge amount C1-C3 and the difference charge amount C2-C4 used for the distance image generation, an intensity image is calculated prior to the distance image generation, and whether or not the
従って、対象物113に移動の可能性がある場合でも、静止している場合のみ、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2-C4を補正することができる。従って、移動による電荷量の蓄積の違いを補正してしまうことを排除でき、対象物113の動きによらず、繰り返し誤差の発生原因である、電荷量の蓄積ばらつきを精度よく補正することができる。
Therefore, even when the
よって、本実施形態によれば、撮影対象の環境によらず、繰り返し誤差の影響を排除した高精度な距離画像を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain a highly accurate distance image that eliminates the influence of repeated errors regardless of the environment of the subject to be photographed.
例えば、基本的に定点観測を行う監視カメラでは、撮影範囲の時間的変化が少ない。このため、人・物体が通過した等の変化があった場合、従来距離画像生成装置による監視カメラでは、画像の変化が、これらによるものか、背景がばらついたためか、判別がつきにくい。しかしながら、上記各実施形態の距離画像生成装置によれば、定常状態である背景画像の距離精度が向上し、繰り返し誤差の少ない画像を得ることができるため、このような場合も、精度よく判別できる。 For example, in a surveillance camera that basically performs fixed-point observation, there is little change in the shooting range over time. For this reason, when there is a change such as the passage of a person or an object, it is difficult for the surveillance camera using the conventional distance image generation device to determine whether the change in the image is due to these or the background varies. However, according to the distance image generation device of each of the embodiments described above, the distance accuracy of the background image in a steady state can be improved and an image with less repetition error can be obtained. .
なお、上記各実施形態では、差分電荷量C1−C3および差分電荷量C2-C4の値を補正しているが、補正対象はこれに限定されない。各電荷量C1、C2、C3、C4をそれぞれ補正してもよい。 In each of the above embodiments, the values of the differential charge amount C1-C3 and the differential charge amount C2-C4 are corrected, but the correction target is not limited to this. You may correct | amend each electric charge amount C1, C2, C3, and C4, respectively.
この場合、データベース172は、電荷蓄積部151、152、153、154毎に、過去フレームの各画素の電荷量C1、C2、C3、C4を保存する。
In this case, the
さらに、上記各実施形態では、光電変換部(画素)120毎に、複数(4つ)の電荷蓄積部150を備える場合を例にあげて説明したが、電荷蓄積部150の数は、これに限定されない。3つ以上であればよい。
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the case where a plurality of (four)
また、電荷蓄積部150は、1つであってもよい。この場合、例えば、4つの電荷量C1、C2、C3、C4を用いて、距離値を算出する場合、距離画像生成部170は、変調信号の1周期Tqを4等分したTq/4間隔で、電荷蓄積部150に蓄積された電荷を読出し、Tq/4間隔毎に、電荷量C1、C2、C3、C4として読み取ることを繰り返す。
Further, the number of
100…距離画像生成装置、110…光源部、111…変調光、112…入射光、113…対象部、114…変調信号、115…ゲート信号、120…光電変換部、130…電荷振分部、140…制御部、150…電荷蓄積部、151…電荷蓄積部、152…電荷蓄積部、153…電荷蓄積部、154…電荷蓄積部、170…距離画像生成部、171…補正部、172…データベース、173…距離値算出部、174…強度画像生成部、175…変動判別部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、
前記変調光の変調に同期して、前記光電変換素子により変換された電荷を、前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、
各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量を用い、画素値が距離値である距離画像を生成する距離画像生成部と、を備え、
前記距離画像生成部は、
各前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷量を補正する補正部と、
前記補正部による補正後の電荷量を用いて前記距離値を算出する距離値算出部と、を備え、
前記補正部は、所定数のフレームの、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量の最大値と最小値とに基づいて計算される中間値に近づくように、各前記電荷量を補正すること
を特徴とする距離画像生成装置。 A light source unit including a light source that emits modulated light that is modulated into a target space;
A photoelectric conversion element provided for each pixel that receives light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected by the surface of the object in the target space, and converts the light into charges;
A plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element;
A charge distribution unit that distributes the charges converted by the photoelectric conversion elements to the plurality of charge storage units in synchronization with the modulation of the modulated light;
A distance image generation unit that generates a distance image whose pixel value is a distance value using the amount of charge stored in each of the charge storage units,
The distance image generation unit
A correction unit that corrects the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units;
A distance value calculation unit that calculates the distance value using the charge amount corrected by the correction unit,
The correction unit corrects each charge amount so as to approach an intermediate value calculated based on the maximum value and the minimum value of the charge amount accumulated in each charge accumulation unit in a predetermined number of frames. A distance image generation device characterized by the above.
前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、A photoelectric conversion element provided for each pixel that receives light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected by the surface of the object in the target space, and converts the light into charges;
前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、A plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element;
前記変調光の変調に同期して、前記光電変換素子により変換された電荷を、前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、A charge distribution unit that distributes the charges converted by the photoelectric conversion elements to the plurality of charge storage units in synchronization with the modulation of the modulated light;
各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量を用い、画素値が距離値である距離画像を生成する距離画像生成部と、を備え、A distance image generation unit that generates a distance image whose pixel value is a distance value using the amount of charge stored in each of the charge storage units,
前記距離画像生成部は、The distance image generation unit
各前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷量を補正する補正部と、A correction unit that corrects the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units;
前記補正部による補正後の電荷量を用いて前記距離値を算出する距離値算出部と、を備え、A distance value calculation unit that calculates the distance value using the charge amount corrected by the correction unit,
前記補正部は、所定数のフレームの、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量の最大値と最小値とに基づいて計算される中間値を用いて、各前記電荷量を補正し、かつ前記最大値と最小値との差が大きい画素ほど、各前記電荷量の補正量を大きくすることThe correction unit corrects each charge amount using an intermediate value calculated based on a maximum value and a minimum value of the charge amount accumulated in each charge accumulation unit of a predetermined number of frames; and The larger the difference between the maximum value and the minimum value, the larger the correction amount of each charge amount.
を特徴とする距離画像生成装置。A distance image generation device characterized by the above.
前記電荷蓄積部に蓄積された、補正前の前記電荷量を用いて画素値が強度値である強度画像を生成する強度画像生成部と、
前記強度画像を用い、画素毎に前記対象物の変動の有無を判別する変動判別部と、をさらに備え、
前記補正部は、前記変動判別部が変動無しと判別した画素について、前記各電荷量を補正し、
前記距離値算出部は、前記変動判別部が変動有と判別した画素については、前記補正前の電荷量を用いて前記距離値を算出すること
を特徴とする距離画像生成装置。 The distance image generating device according to claim 1 or 2 ,
An intensity image generation unit that generates an intensity image in which a pixel value is an intensity value using the charge amount before correction accumulated in the charge accumulation unit;
Using the intensity image, further comprising a fluctuation determination unit that determines the presence or absence of fluctuation of the object for each pixel,
The correction unit corrects each charge amount for the pixel that the variation determination unit determines to have no variation,
The distance value calculation unit is configured to calculate the distance value using the uncorrected charge amount for a pixel that is determined to have variation by the variation determination unit.
前記電荷蓄積部は、前記光電変換素子毎に4つ設けられ、
前記電荷振分部は、4つの前記電荷蓄積部に予め定めた順に前記電荷を振り分け、
前記補正部は、1番目および3番目に電荷を振り分ける電荷蓄積部に蓄積される電荷量の差、および、2番目および4番目に電荷を振り分ける電荷蓄積部に蓄積される電荷量の差を、それぞれ補正すること
を特徴とする距離画像生成装置。 The distance image generating device according to any one of claims 1 to 3 ,
Four charge storage units are provided for each photoelectric conversion element,
The charge distribution unit distributes the charges in the predetermined order to the four charge storage units,
The correction unit is configured to calculate a difference between charge amounts accumulated in the charge accumulation unit that distributes charges to the first and third, and a difference between charge amounts accumulated in the charge accumulation unit that distributes charges to the second and fourth. A distance image generation device characterized by correcting each of them.
前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、
前記変調光の変調に同期して、前記光電変換素子により変換された電荷を前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、を備える距離画像生成装置における距離画像生成方法であって、
所定のフレーム間の、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量の最大値と最小値とに基づいて中間値を計算し、
前記中間値に近づくように、当該電荷蓄積部の電荷量を補正し、
補正後の電荷量を用いて、画素値が距離値である距離画像を生成すること
を特徴とする距離画像生成方法。 A light source unit including a light source that emits modulated light that is modulated into a target space;
A photoelectric conversion element provided for each pixel that receives light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected by the surface of the object in the target space, and converts the light into charges;
A plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element;
A distance image generation method in a distance image generation apparatus comprising: a charge distribution unit that distributes charges converted by the photoelectric conversion elements to the plurality of charge storage units in synchronization with modulation of the modulated light,
An intermediate value is calculated based on the maximum value and the minimum value of the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units during a predetermined frame,
Correct the amount of charge in the charge storage unit so as to approach the intermediate value,
A distance image generation method characterized by generating a distance image whose pixel value is a distance value using the corrected charge amount.
前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、
前記変調光の変調に同期して、前記光電変換素子により変換された電荷を前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、を備える距離画像生成装置における距離画像生成方法であって、
所定のフレーム間の、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量の最大値と最小値とに基づいて中間値を計算し、
前記中間値を用いて、前記最大値と最小値との差が大きい画素ほど補正量が大きくなるように、当該電荷蓄積部の電荷量を補正し、
補正後の電荷量を用いて、画素値が距離値である距離画像を生成すること
を特徴とする距離画像生成方法。 A light source unit including a light source that emits modulated light that is modulated into a target space;
A photoelectric conversion element provided for each pixel that receives light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected by the surface of the object in the target space, and converts the light into charges;
A plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element;
A distance image generation method in a distance image generation apparatus comprising: a charge distribution unit that distributes charges converted by the photoelectric conversion elements to the plurality of charge storage units in synchronization with modulation of the modulated light,
An intermediate value is calculated based on the maximum value and the minimum value of the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units during a predetermined frame,
Using the intermediate value, the charge amount of the charge storage unit is corrected so that the correction amount increases as the difference between the maximum value and the minimum value increases .
A distance image generation method characterized by generating a distance image whose pixel value is a distance value using the corrected charge amount.
前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、
前記変調光の変調に同期して、前記光電変換素子により変換された電荷を前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、を備える距離画像生成装置のコンピュータに、
所定のフレーム間の、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量の最大値と最小値とに基づいて中間値を計算する手順、
前記中間値に近づくように、当該電荷蓄積部の電荷量を補正する手順、
補正後の電荷量を用いて、画素値が距離値である距離画像を生成する手順を実行させるためのプログラム。 A light source unit including a light source that emits modulated light that is modulated into a target space;
A photoelectric conversion element provided for each pixel that receives light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected by the surface of the object in the target space, and converts the light into charges;
A plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element;
In a computer of a distance image generation device comprising: a charge distribution unit that distributes the charges converted by the photoelectric conversion elements to the plurality of charge storage units in synchronization with the modulation of the modulated light,
A procedure for calculating an intermediate value based on a maximum value and a minimum value of the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units during a predetermined frame;
A procedure for correcting the charge amount of the charge storage section so as to approach the intermediate value;
A program for executing a procedure for generating a distance image in which a pixel value is a distance value using a corrected charge amount.
前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、
前記変調光の変調に同期して、前記光電変換素子により変換された電荷を前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、を備える距離画像生成装置のコンピュータに、
所定のフレーム間の、各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量の最大値と最小値とに基づいて中間値を計算する手順、
前記中間値を用いて、前記最大値と最小値との差が大きい画素ほど補正量が大きくなるように、当該電荷蓄積部の電荷量を補正する手順、
補正後の電荷量を用いて、画素値が距離値である距離画像を生成する手順を実行させるためのプログラム。 A light source unit including a light source that emits modulated light that is modulated into a target space;
A photoelectric conversion element provided for each pixel that receives light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected by the surface of the object in the target space, and converts the light into charges;
A plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element;
In a computer of a distance image generation device comprising: a charge distribution unit that distributes the charges converted by the photoelectric conversion elements to the plurality of charge storage units in synchronization with the modulation of the modulated light,
A procedure for calculating an intermediate value based on a maximum value and a minimum value of the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units during a predetermined frame;
Using the intermediate value, a procedure for correcting the charge amount of the charge storage unit so that the correction amount increases as the difference between the maximum value and the minimum value increases .
A program for executing a procedure for generating a distance image in which a pixel value is a distance value using a corrected charge amount.
前記光源部から照射され、前記対象空間内の対象物の表面で反射した反射光を含む光を受光して電荷に変換する、画素毎に設けられた光電変換素子と、A photoelectric conversion element provided for each pixel that receives light including reflected light that is irradiated from the light source unit and reflected by the surface of the object in the target space, and converts the light into charges;
前記光電変換素子毎に複数設けられた電荷蓄積部と、 A plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element;
前記変調光の変調に同期して、前記光電変換素子により変換された電荷を、前記複数の電荷蓄積部に振り分ける電荷振分部と、A charge distribution unit that distributes the charges converted by the photoelectric conversion elements to the plurality of charge storage units in synchronization with the modulation of the modulated light;
各前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量を用い、画素値が距離値である距離画像を生成する距離画像生成部と、を備え、A distance image generation unit that generates a distance image whose pixel value is a distance value using the amount of charge stored in each of the charge storage units,
前記距離画像生成部は、The distance image generation unit
各前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷量を補正する補正部と、A correction unit that corrects the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units;
前記補正部による補正後の電荷量を用いて前記距離値を算出する距離値算出部と、を備え、A distance value calculation unit that calculates the distance value using the charge amount corrected by the correction unit,
前記電荷蓄積部は、前記光電変換素子毎に4つ設けられ、Four charge storage units are provided for each photoelectric conversion element,
前記電荷振分部は、4つの前記電荷蓄積部に予め定めた順に前記電荷を振り分け、The charge distribution unit distributes the charges in the predetermined order to the four charge storage units,
前記補正部は、各前記電荷蓄積部毎に、1番目および3番目に電荷を振り分ける電荷蓄積部に蓄積される電荷量の差、および、2番目および4番目に電荷を振り分ける電荷蓄積部に蓄積される電荷量の差の最大値と最小値を特定し、前記最大値と前記最小値に基づいて計算される中間値を用いて、各差分電荷量を補正することThe correction unit stores, for each of the charge storage units, the difference in the amount of charge stored in the charge storage unit that distributes the charge first and third, and the charge storage unit that distributes the charge second and fourth Identifying the maximum and minimum values of the difference in the amount of charge to be performed, and correcting each differential charge amount using an intermediate value calculated based on the maximum and minimum values
を特徴とする距離画像生成装置。A distance image generation device characterized by the above.
前記補正部は、各前記電荷量が、前記中間値に近づくように当該電荷量を補正することThe correction unit corrects the charge amount so that each charge amount approaches the intermediate value.
を特徴とする距離画像生成装置。A distance image generation device characterized by the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014254367A JP6498429B2 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Distance image generation device, distance image generation method and program |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014254367A JP6498429B2 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Distance image generation device, distance image generation method and program |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016114522A JP2016114522A (en) | 2016-06-23 |
| JP6498429B2 true JP6498429B2 (en) | 2019-04-10 |
Family
ID=56141551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014254367A Expired - Fee Related JP6498429B2 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Distance image generation device, distance image generation method and program |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6498429B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6855746B2 (en) * | 2016-10-18 | 2021-04-07 | 株式会社リコー | Distance measuring device, surveillance camera, 3D measuring device, moving object, robot and distance measuring method |
| CN119521033A (en) | 2017-07-27 | 2025-02-25 | 麦克赛尔株式会社 | Camera device and portable terminal |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4644958B2 (en) * | 2001-03-19 | 2011-03-09 | パナソニック電工株式会社 | Distance measuring device |
| JP3906818B2 (en) * | 2003-04-07 | 2007-04-18 | 松下電工株式会社 | Photosensitive element sensitivity control method, spatial information detection device using intensity-modulated light |
| JP3906859B2 (en) * | 2004-09-17 | 2007-04-18 | 松下電工株式会社 | Distance image sensor |
| JP4321540B2 (en) * | 2006-03-30 | 2009-08-26 | 株式会社豊田中央研究所 | Object detection device |
| JP5098331B2 (en) * | 2006-12-28 | 2012-12-12 | 株式会社豊田中央研究所 | Measuring device |
| DE102009037596B4 (en) * | 2009-08-14 | 2014-07-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Pixel structure, system and method for optical distance measurement and control circuit for the pixel structure |
| JP5452200B2 (en) * | 2009-12-10 | 2014-03-26 | スタンレー電気株式会社 | Distance image generating apparatus and distance image generating method |
-
2014
- 2014-12-16 JP JP2014254367A patent/JP6498429B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016114522A (en) | 2016-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5858688B2 (en) | Distance image generator | |
| JP5743390B2 (en) | Ranging device and ranging method | |
| JP7289621B2 (en) | Control device, imaging device, control method, and program | |
| JP5190663B2 (en) | Distance image generator | |
| US10663691B2 (en) | Imaging devices having autofocus control in response to the user touching the display screen | |
| JP6091228B2 (en) | Image processing apparatus and imaging apparatus | |
| CN103200361B (en) | Image signal processing apparatus | |
| EP3293698A1 (en) | Time-of-flight measuring apparatus and image processing method for reducing blur of depth image therein | |
| JP2012168049A (en) | Distance image generation device and method | |
| US9571719B2 (en) | Image-capturing apparatus | |
| CN109903324B (en) | Depth image acquisition method and device | |
| JP2016156934A (en) | Distance information generation device, imaging device, distance information generation method, and distance information generation program | |
| US11095806B2 (en) | Display control apparatus, display control method, and image capturing apparatus | |
| CN104735347A (en) | Autofocus adjusting method and apparatus | |
| CN103095983A (en) | Image signal processing device | |
| KR20180026410A (en) | Systems and methods for autofocus trigger | |
| JP6427998B2 (en) | Optical flight rangefinder | |
| JP2012253713A (en) | Image processing device, method for controlling image processing device, and program for causing computer to execute the method | |
| JP2014528059A (en) | Blur processing apparatus and method | |
| US20220116545A1 (en) | Depth-assisted auto focus | |
| JP6498429B2 (en) | Distance image generation device, distance image generation method and program | |
| JP5452200B2 (en) | Distance image generating apparatus and distance image generating method | |
| JP6298236B2 (en) | Distance image generating apparatus and distance image generating method | |
| US9571750B2 (en) | Image capturing apparatus, method for controlling the same, and storage medium | |
| JP2016217907A (en) | Distance image generation device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171027 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180725 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180731 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180927 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190227 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190313 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6498429 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |