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JP7376457B2 - Distance measuring device, distance measuring method, and program - Google Patents
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Description

本発明は、距離測定装置等に関する。 The present invention relates to a distance measuring device and the like.

画像のノイズを低減する技術として、例えば、特許文献1には、「画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、画像パッチ毎に、異なるパラメータによるノイズ低減処理を行うことにより、デノイズされた画像パッチを生成する」ことが記載されている。 As a technique for reducing image noise, for example, Patent Document 1 states, ``All image patches belonging to an image patch set are denoised by performing noise reduction processing using different parameters for each image patch. "Generate image patches" is described.

特開2013-26669号公報JP2013-26669A

ところで、対象物に光を照射し、その反射光を含む光の露光を複数回行って、対象物までの距離を算出するTime-of-Flight方式(TOF方式ともいう)の技術が知られている。このようなTime-of-Flight方式を用いた場合、複数回の露光に伴って、複数の撮像信号が得られる。これら複数の撮像信号のノイズを低減するために、特許文献1に記載の技術を用いた場合、同一の画素(距離の測定位置)であっても、露光の各タイミングでノイズ低減処理の特性(パラメータ等)が異なるものになる。その結果、対象物までの距離の測定値の誤差が大きくなる可能性がある。 By the way, there is a known technology called the Time-of-Flight method (also called the TOF method), which calculates the distance to the object by irradiating the object with light and performing multiple exposures with light including the reflected light. There is. When such a time-of-flight method is used, multiple imaging signals are obtained through multiple exposures. In order to reduce noise in these multiple imaging signals, when the technology described in Patent Document 1 is used, even for the same pixel (distance measurement position), the noise reduction processing characteristics ( parameters, etc.) will be different. As a result, the error in the measured value of the distance to the object may increase.

そこで、本発明は、対象物までの距離を適切に測定する距離測定装置等を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a distance measuring device and the like that appropriately measures the distance to an object.

前記した課題を解決するために、本発明は、対象物に光を照射する発光部と、前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Time-of-Flight方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第1受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第2受光量を蓄積し、前記制御部は、前記第1受光量に基づく第1撮像信号と、前記第2受光量に基づく第2撮像信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、前記雑音低減制御信号は、前記合成信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であることを特徴とする。なお、その他については実施形態の中で説明する。 In order to solve the above problems, the present invention includes a light emitting unit that irradiates a target object with light, and a light emitting unit that receives light including reflected light from the target object a plurality of times with predetermined timing shifts. The distance to the target object is calculated for each pixel based on the Time-of-Flight method using a light receiving unit that accumulates the amount of light received each time, and a plurality of imaging signals corresponding to the plurality of light receptions. and a control unit that performs noise reduction processing to reduce the noise of each of the plurality of imaging signals, and the predetermined noise reduction control signal used for the noise reduction processing The imaging signal is common to each pixel, and the light receiving section receives light in synchronization with the light irradiation by the light emitting section, and after accumulating a first amount of received light, the light irradiation by the light emitting section ends. The control unit receives light from time to time and accumulates a second amount of received light, and the control unit generates a first image signal based on the first amount of received light and a second image signal based on the second amount of received light for each pixel. The noise reduction control signal is generated using a synthesized signal obtained by synthesizing the noise reduction control signal, and the noise reduction control signal indicates the position of the pixel to be subjected to the noise reduction processing among the pixels included in the synthesized signal. and the signal indicates the position of a pixel in the vicinity of the target pixel for which the absolute value of the difference between the pixel value and the pixel value of the target pixel is less than or equal to a predetermined value. do. Note that other details will be explained in the embodiment.

本発明によれば、対象物までの距離を適切に測定する距離測定装置等を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a distance measuring device and the like that appropriately measures the distance to an object.

第1実施形態に係る距離測定装置を含む構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram including a distance measuring device according to a first embodiment. 第1実施形態に係る距離測定装置の制御部を含む機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram including a control unit of the distance measuring device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る距離測定装置の発光タイミング制御信号や露光タイミング制御信号等に関するタイムチャートである。5 is a time chart regarding a light emission timing control signal, an exposure timing control signal, etc. of the distance measuring device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る距離測定装置が実行する一連の処理のタイムチャートである。3 is a time chart of a series of processes executed by the distance measuring device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る距離測定装置において、第1撮像信号と第2撮像信号とに基づいて、合成信号が生成される例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example in which a composite signal is generated based on a first image signal and a second image signal in the distance measuring device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る距離測定装置における雑音低減制御信号の生成に関する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram regarding the generation of a noise reduction control signal in the distance measuring device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る距離測定装置において、入力画像の縁部の画素に対する雑音低減制御信号の生成に関する説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram regarding the generation of a noise reduction control signal for pixels at the edge of an input image in the distance measuring device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る距離測定装置の雑音低減制御部が実行する雑音低減処理の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of noise reduction processing executed by the noise reduction control unit of the distance measuring device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る距離測定装置において、縁部の画素に対して雑音低減制御部が実行する処理の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of processing performed by a noise reduction control unit on pixels at an edge in the distance measuring device according to the first embodiment. 第2実施形態に係る距離測定装置の制御部を含む機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram including a control unit of a distance measuring device according to a second embodiment. 第2実施形態に係る距離測定装置の発光タイミング制御信号や露光タイミング制御信号等に関するタイムチャートである。It is a time chart regarding the light emission timing control signal, the exposure timing control signal, etc. of the distance measuring device based on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る距離測定装置で実行される一連の処理のタイムチャートである。It is a time chart of a series of processes executed by the distance measuring device according to the second embodiment. 第2実施形態に係る距離測定装置における第1撮像信号、第2撮像信号、第3撮像信号に基づいて、合成信号が生成される例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example in which a composite signal is generated based on a first image signal, a second image signal, and a third image signal in the distance measuring device according to the second embodiment. 第3実施形態に係る距離測定装置の制御部を含む機能ブロック図である。It is a functional block diagram including a control part of a distance measuring device concerning a 3rd embodiment.

≪第1実施形態≫
<距離測定装置の構成>
図1は、第1実施形態に係る距離測定装置100を含む構成図である。
図1に示す距離測定装置100は、対象物J(被写体)までの距離を測定する装置である。図1に示すように、距離測定装置100は、発光部1と、受光部2と、基準クロック生成部3と、記憶部4と、制御部5と、距離画像出力部6と、を備えている。
≪First embodiment≫
<Configuration of distance measuring device>
FIG. 1 is a configuration diagram including a distance measuring device 100 according to the first embodiment.
A distance measuring device 100 shown in FIG. 1 is a device that measures the distance to an object J (subject). As shown in FIG. 1, the distance measuring device 100 includes a light emitting section 1, a light receiving section 2, a reference clock generation section 3, a storage section 4, a control section 5, and a distance image output section 6. There is.

発光部1は、対象物Jに光を照射する機能を有している。すなわち、発光部1は、撮像制御部51から入力される発光タイミング制御信号S0に基づいて、所定にパルス変調した光を対象物Jに照射する。このような発光部1として、例えば、LED(Light Emitting Diode)やレーザダイオードが用いられる。 The light emitting unit 1 has a function of irradiating the object J with light. That is, the light emitting unit 1 irradiates the object J with predetermined pulse-modulated light based on the light emission timing control signal S0 input from the imaging control unit 51. As such a light emitting unit 1, for example, an LED (Light Emitting Diode) or a laser diode is used.

受光部2は、対象物Jからの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する。すなわち、受光部2は、撮像制御部51から入力される露光タイミング制御信号S1,S2に基づいて、対象物Jからの反射光を含む光の露光を行う。 The light receiving unit 2 receives light including reflected light from the object J a plurality of times with predetermined timing shifts, and accumulates the amount of light received for each of the plurality of light receptions. That is, the light receiving section 2 performs exposure with light including reflected light from the object J based on the exposure timing control signals S1 and S2 inputted from the imaging control section 51.

受光部2は、複数の画素がマトリクス状に配置されてなる画素回路21を備えている。このような画素回路21として、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ回路やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサ回路が用いられる。具体的には、受光部2は、各画素に一対一で対応付けられるフォトダイオード(図示せず)と、このフォトダイオードに接続される複数のコンデンサと、フォトダイオードで光電変換された電荷を複数のコンデンサに所定に振り分けるMOSトランジスタ(図示せず)と、を備えている。その他、受光部2は、撮像制御部51からの露光タイミング制御信号S1,S2に基づいてMOSトランジスタを駆動させる駆動回路の他、各コンデンサの電荷量(つまり、受光量)のアナログ値をデジタル値に変換するA/D変換器等(図示せず)を備えている。 The light receiving section 2 includes a pixel circuit 21 in which a plurality of pixels are arranged in a matrix. As such a pixel circuit 21, for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor circuit or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image sensor circuit is used. Specifically, the light receiving unit 2 includes a photodiode (not shown) that is associated with each pixel on a one-to-one basis, a plurality of capacitors connected to the photodiode, and a plurality of photodiodes that convert charges photoelectrically in the photodiode. MOS transistors (not shown) for distributing predetermined distribution to the capacitors. In addition to the drive circuit that drives the MOS transistors based on the exposure timing control signals S1 and S2 from the imaging control unit 51, the light receiving unit 2 converts the analog value of the charge amount (that is, the amount of light received) of each capacitor into a digital value. It is equipped with an A/D converter (not shown) for converting into

基準クロック生成部3は、例えば、水晶発振器であり、所定のクロック周波数で基準クロック信号を生成する。基準クロック生成部3で生成された基準クロック信号は、撮像制御部51に出力される。
記憶部4には、各種のプログラムやパラメータの他、制御部5の演算結果等が適宜に格納される。このような記憶部4として、例えば、フラッシュメモリが用いられるが、これに限定されるものではない。
The reference clock generation unit 3 is, for example, a crystal oscillator, and generates a reference clock signal at a predetermined clock frequency. The reference clock signal generated by the reference clock generation section 3 is output to the imaging control section 51.
The storage unit 4 appropriately stores various programs and parameters as well as calculation results of the control unit 5 and the like. For example, a flash memory is used as such a storage unit 4, but it is not limited to this.

制御部5は、複数回行った受光に対応する複数の撮像信号(第1撮像信号M1、第2撮像信号M2)を用いて、Time-of-Flight方式に基づき、対象物Jまでの距離を画素ごとに算出する処理(演算処理)を行う。このような制御部5は、図示はしないが、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ROMに記憶されたプログラムを読み出してRAMに展開し、CPUが各種処理を実行するようになっている。 The control unit 5 calculates the distance to the object J based on the Time-of-Flight method using a plurality of imaging signals (first imaging signal M1, second imaging signal M2) corresponding to light reception performed multiple times. Performs calculation processing (arithmetic processing) for each pixel. Although not shown, the control unit 5 is configured to include electronic circuits such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and various interfaces. Then, the program stored in the ROM is read out and expanded to the RAM, and the CPU executes various processes.

図1に示すように、制御部5は、撮像制御部51を備えている。撮像制御部51は、前記した基準クロック信号に基づいて、発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1,S2を生成する。なお、発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1,S2に基づく処理については、後記する。
距離画像出力部6は、所定のインタフェース回路であり、制御部5で算出された画素ごとの距離を示すデータを所定の距離画像として表示装置200に出力する。
As shown in FIG. 1, the control section 5 includes an imaging control section 51. The imaging control unit 51 generates the light emission timing control signal S0 and the exposure timing control signals S1 and S2 based on the reference clock signal described above. Note that processing based on the light emission timing control signal S0 and the exposure timing control signals S1 and S2 will be described later.
The distance image output unit 6 is a predetermined interface circuit, and outputs data indicating the distance for each pixel calculated by the control unit 5 to the display device 200 as a predetermined distance image.

図2は、距離測定装置100の制御部5を含む機能ブロック図である。
図2に示すように、制御部5は、前記した撮像制御部51(図1も参照)の他、合成部52と、平滑化部53と、雑音低減制御信号生成部54と、第1雑音低減部55と、第2雑音低減部56と、距離演算部57と、を備えている。
撮像制御部51は、発光制御部51aと、露光制御部51bと、を備えている。発光制御部51aは、発光部1から光を照射するタイミングを指定する発光タイミング制御信号S0を所定周期で生成する。露光制御部51bは、受光部2が光を露光するタイミングを指定する露光タイミング制御信号S1,S2を所定周期で生成する。
FIG. 2 is a functional block diagram including the control unit 5 of the distance measuring device 100.
As shown in FIG. 2, the control section 5 includes, in addition to the above-described imaging control section 51 (see also FIG. 1), a synthesis section 52, a smoothing section 53, a noise reduction control signal generation section 54, and a first noise control signal generation section 54. It includes a reduction section 55, a second noise reduction section 56, and a distance calculation section 57.
The imaging control section 51 includes a light emission control section 51a and an exposure control section 51b. The light emission control section 51a generates a light emission timing control signal S0 that specifies the timing of emitting light from the light emitting section 1 at a predetermined period. The exposure control section 51b generates exposure timing control signals S1 and S2 at a predetermined period, which specify the timing at which the light receiving section 2 is exposed to light.

図3は、発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1,S2等に関するタイムチャートである(適宜、図1、図2を参照)。
なお、図3に示す発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1,S2については、前記したとおりである。図3に示す「対象物からの反射光」とは、発光部1から照射された光が対象物Jで反射し、その反射光を含む光が受光部2に到達するタイミングを示している。
FIG. 3 is a time chart regarding the light emission timing control signal S0, the exposure timing control signals S1, S2, etc. (see FIGS. 1 and 2 as appropriate).
Note that the light emission timing control signal S0 and the exposure timing control signals S1 and S2 shown in FIG. 3 are as described above. “Reflected light from the object” shown in FIG. 3 indicates the timing at which the light emitted from the light emitting unit 1 is reflected by the object J and the light including the reflected light reaches the light receiving unit 2.

図3に示す「電荷量Q1」とは、受光部2が、露光タイミング制御信号S1によって受光した光を光電変換することで、コンデンサ(図示せず)に蓄えられる電荷量(つまり、受光量)である。図3に示す「電荷量Q2」とは、受光部2が、露光タイミング制御信号S2によって受光した光を光電変換することで、別のコンデンサ(図示せず)に蓄えられる電荷量(つまり、受光量)である。 The “charge amount Q1” shown in FIG. 3 is the amount of charge (that is, the amount of received light) stored in a capacitor (not shown) when the light receiving unit 2 photoelectrically converts the light received by the exposure timing control signal S1. It is. The "charge amount Q2" shown in FIG. quantity).

図3の例では、時刻t1~t3の期間において、発光制御部51a(図2参照)から発光部1(図2参照)にパルス状の発光タイミング制御信号S0が出力される。これによって、図示はしないが、時刻t1~t3の期間において、所定時間T0をパルス幅とするパルス状の光が、発光部1から対象物J(図1参照)に向けて照射される。そして、発光部1から光が照射されてから所定の遅延時間Tdだけ遅れて、対象物Jからの反射光が受光部2に到達する。この遅延時間Tdは、対象物Jから受光部2までの距離に比例している。なお、遅延時間Tdは、所定時間T0未満であることが予め想定されている。 In the example of FIG. 3, a pulsed light emission timing control signal S0 is output from the light emission control section 51a (see FIG. 2) to the light emission section 1 (see FIG. 2) during the period from time t1 to time t3. As a result, although not shown, pulsed light having a pulse width of a predetermined time T0 is emitted from the light emitting unit 1 toward the object J (see FIG. 1) during the period from time t1 to time t3. Then, the reflected light from the object J reaches the light receiving section 2 with a delay of a predetermined delay time Td after the light is emitted from the light emitting section 1 . This delay time Td is proportional to the distance from the object J to the light receiving section 2. Note that it is assumed in advance that the delay time Td is less than the predetermined time T0.

露光タイミング制御信号S1は、発光タイミング制御信号S0に同期して、時刻t1~t3の期間に、露光制御部51b(図2参照)から受光部2(図2参照)に出力される。露光タイミング制御信号S1がON状態になっている時刻t1~t3において、受光部2は、自身が受光した光をフォトダイオード(図示せず)で光電変換し、この光電変換によって生じた電荷をコンデンサ(図示せず)に蓄える。このような処理が、受光部2の各画素において行われる。 The exposure timing control signal S1 is output from the exposure control section 51b (see FIG. 2) to the light receiving section 2 (see FIG. 2) during a period from time t1 to t3 in synchronization with the light emission timing control signal S0. Between times t1 and t3 when the exposure timing control signal S1 is in the ON state, the light receiving unit 2 photoelectrically converts the light it receives using a photodiode (not shown), and transfers the charge generated by this photoelectric conversion to a capacitor. (not shown). Such processing is performed in each pixel of the light receiving section 2.

他方の露光タイミング制御信号S2は、発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1がONからOFFに切り替わった時刻t3から所定時間T0の間、露光制御部51b(図2参照)から受光部2(図2参照)に出力される。なお、露光タイミング制御信号S2がON状態になっている所定時間T0は、発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1がON状態になっている所定時間T0に等しいものとする。 The other exposure timing control signal S2 is transmitted from the exposure control section 51b (see FIG. 2) to the light receiving section 2( (see Figure 2). Note that the predetermined time T0 during which the exposure timing control signal S2 is in the ON state is equal to the predetermined time T0 during which the light emission timing control signal S0 and the exposure timing control signal S1 are in the ON state.

露光タイミング制御信号S2がON状態になっている時刻t3~t5において、受光部2は、自身が受光した光をフォトダイオード(図示せず)で光電変換し、この光電変換によって生じた電荷を別のコンデンサ(図示せず)に蓄える。このような処理が、受光部2の各画素において行われる。 Between times t3 and t5 when the exposure timing control signal S2 is in the ON state, the light receiving section 2 photoelectrically converts the light it receives using a photodiode (not shown), and separates the charge generated by this photoelectric conversion. is stored in a capacitor (not shown). Such processing is performed in each pixel of the light receiving section 2.

すなわち、受光部2は、発光部1による光の照射に同期して受光し、電荷量Q1(第1受光量)を蓄積した後、発光部1による光の照射の終了時から受光して、電荷量Q2(第2受光量)を蓄積する。図3の例では、受光部2における受光量の全体が時刻t3を境に分割され、反射光成分を含む電荷量Q1,Q2として振り分けられる。そして、電荷量Q1,Q2をA/D変換したデジタル値に基づいて、制御部5が、対象物Jまでの距離を画素ごとに算出するようになっている。このような距離演算の方式を、Time-of-Flight方式という。図3に示すように、電荷量Q1,Q2には、対象物Jからの反射光に由来する反射光成分の他、背景光等に由来する外光成分も含まれている。 That is, the light receiving section 2 receives light in synchronization with the light irradiation by the light emitting section 1, accumulates the amount of charge Q1 (first amount of received light), and then receives light from the end of the light irradiation by the light emitting section 1. A charge amount Q2 (second received light amount) is accumulated. In the example of FIG. 3, the entire amount of light received by the light receiving section 2 is divided at time t3, and distributed as charge amounts Q1 and Q2 including reflected light components. Then, the control unit 5 calculates the distance to the object J for each pixel based on digital values obtained by A/D converting the electric charges Q1 and Q2. This distance calculation method is called a time-of-flight method. As shown in FIG. 3, the electric charges Q1 and Q2 include not only a reflected light component derived from the reflected light from the object J, but also an external light component derived from background light and the like.

図4は、距離測定装置が実行する一連の処理のタイムチャートである(適宜、図2、図3を参照)。
なお、図4では便宜上、各処理の間の遅延時間の図示を省略している。前記したように、制御部5(図2参照)は、発光タイミング制御信号S0をONにして発光部1を発光させるとともに(発光処理)、この発光タイミング制御信号S0に同期させて、露光タイミング制御信号S1をONにする。そして、制御部5は、発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1をOFFに切り替えた時点から露光タイミング制御信号S2をONにする。これによって、対象物Jからの反射光を含む光が、受光部2によって受光される(受光処理)。なお、露光タイミング制御信号S2がOFFに切り替えられた後の各処理については、後記する。
FIG. 4 is a time chart of a series of processes executed by the distance measuring device (see FIGS. 2 and 3 as appropriate).
Note that in FIG. 4, illustration of delay time between each process is omitted for convenience. As described above, the control unit 5 (see FIG. 2) turns on the light emission timing control signal S0 to cause the light emitting unit 1 to emit light (light emission processing), and also controls the exposure timing in synchronization with the light emission timing control signal S0. Turn on signal S1. Then, the control unit 5 turns on the exposure timing control signal S2 from the time when the light emission timing control signal S0 and the exposure timing control signal S1 are turned off. As a result, light including reflected light from the object J is received by the light receiving section 2 (light receiving processing). Note that each process after the exposure timing control signal S2 is turned off will be described later.

再び、図2に戻って説明を続ける。
制御部5は、露光タイミング制御信号S1に基づく電荷量Q1に対して、所定のA/D変換を行い、第1撮像信号M1を生成する(図4も参照)。この第1撮像信号M1は、マトリクス状に配置された各画素の画素値(電荷量Q1のデジタル値)を示すデータであり、各画素の位置と、その画素値と、を含んでいる。図2に示すように、第1撮像信号M1は、受光部2から合成部52に出力されるとともに、第1雑音低減部55に出力される。
The explanation will be continued by returning to FIG. 2 again.
The control unit 5 performs a predetermined A/D conversion on the charge amount Q1 based on the exposure timing control signal S1, and generates the first imaging signal M1 (see also FIG. 4). This first image pickup signal M1 is data indicating the pixel value (digital value of the amount of charge Q1) of each pixel arranged in a matrix, and includes the position of each pixel and its pixel value. As shown in FIG. 2, the first image signal M1 is output from the light receiving section 2 to the combining section 52, and is also output to the first noise reduction section 55.

同様に、制御部5は、露光タイミング制御信号S2に基づく電荷量Q2に対して、所定のA/D変換を行い、第2撮像信号M2を生成する(図4も参照)。この第2撮像信号M2は、マトリクス状に配置された各画素の画素値(電荷量Q2のデジタル値)を示すデータであり、各画素の位置と、その画素値と、を含んでいる。図2に示すように、第2撮像信号M2は、受光部2から合成部52に出力されるとともに、第2雑音低減部56に出力される。 Similarly, the control unit 5 performs a predetermined A/D conversion on the charge amount Q2 based on the exposure timing control signal S2, and generates the second imaging signal M2 (see also FIG. 4). This second image pickup signal M2 is data indicating the pixel value (digital value of the amount of charge Q2) of each pixel arranged in a matrix, and includes the position of each pixel and its pixel value. As shown in FIG. 2, the second image pickup signal M2 is output from the light receiving section 2 to the combining section 52, and is also output to the second noise reduction section 56.

なお、第1撮像信号M1や第2撮像信号M2には、受光部2に入射する光の光子数の揺らぎに起因するショットノイズ等、さまざまなノイズが存在している。そこで、第1実施形態では、制御部5が、複数の撮像信号(第1撮像信号M1、第2撮像信号M2)のそれぞれのノイズを低減させる所定の雑音低減処理を行うようにしている。 Note that various noises such as shot noise caused by fluctuations in the number of photons of light incident on the light receiving section 2 are present in the first image signal M1 and the second image signal M2. Therefore, in the first embodiment, the control unit 5 performs a predetermined noise reduction process to reduce noise in each of the plurality of imaging signals (first imaging signal M1, second imaging signal M2).

図2に示す合成部52は、第1撮像信号M1と、第2撮像信号M2と、を画素ごとに合成する。すなわち、合成部52は、以下の(式1)の演算を画素ごとに行い、その演算結果を画素ごとの画素値とする所定の合成信号を生成する(図4の「合成処理」)。なお、(式1)の値αは、0よりも大きく、かつ、1よりも小さい所定の値であり、予め設定されている。 The combining unit 52 shown in FIG. 2 combines the first image signal M1 and the second image signal M2 for each pixel. That is, the synthesis unit 52 performs the following calculation (Equation 1) for each pixel, and generates a predetermined synthesis signal that uses the calculation result as a pixel value for each pixel ("synthesis processing" in FIG. 4). Note that the value α in (Formula 1) is a predetermined value larger than 0 and smaller than 1, and is set in advance.

(合成信号)=(第1撮像信号)×α+(第2撮像信号)×(1-α) ・・・(式1) (Synthetic signal) = (first image signal) x α + (second image signal) x (1 - α) ... (Formula 1)

図5は、第1撮像信号M1と第2撮像信号M2とに基づいて、合成信号が生成される例を示す説明図である。
図5では、受光部2の画素が5×5のマトリクス状に配置された例を示している。また、図5では、前記した(式1)の値αが0.5である場合を示している。例えば、第1撮像信号M1における中央の画素の画素値は、135になっている。一方、第2撮像信号M2における中央の画素の画素値は、153になっている。合成部52は、前記した(式1)に基づいて、135×0.5+153×(1-0.5)=144という演算を行い、合成後の中央の画素の画素値とする。他の画素についても同様にして、合成部52は、合成後の画素値を算出する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example in which a composite signal is generated based on the first imaging signal M1 and the second imaging signal M2.
FIG. 5 shows an example in which the pixels of the light receiving section 2 are arranged in a 5×5 matrix. Moreover, FIG. 5 shows a case where the value α of the above-mentioned (Formula 1) is 0.5. For example, the pixel value of the center pixel in the first image pickup signal M1 is 135. On the other hand, the pixel value of the center pixel in the second image pickup signal M2 is 153. The synthesizing unit 52 performs the calculation 135×0.5+153×(1−0.5)=144 based on the above-mentioned (Equation 1), and determines the pixel value of the center pixel after synthesis. Similarly, for other pixels, the combining unit 52 calculates the combined pixel values.

このようにして生成された合成信号(合成後の画素の位置及び画素値を示す画像データ)は、受光した光の輝度分布を示すデータとして、合成部52から平滑化部53(図2参照)に出力される。 The synthesized signal (image data indicating the position and pixel value of the pixel after synthesis) generated in this way is transferred from the synthesizing section 52 to the smoothing section 53 (see FIG. 2) as data indicating the luminance distribution of the received light. is output to.

平滑化部53は、所定のフィルタを用いて合成信号を平滑化し(図4の「平滑化処理」)、平滑化後の合成信号を雑音低減制御信号生成部54に出力する。なお、平滑化処理のフィルタとして、平均フィルタの他、ガウシアンフィルタやメディアンフィルタを用いることができる。また、平滑化処理のフィルタは、3×3のサイズでもよいし、5×5や7×7といったサイズでもあってよい。 The smoothing unit 53 smoothes the composite signal using a predetermined filter (“smoothing process” in FIG. 4), and outputs the smoothed composite signal to the noise reduction control signal generation unit 54. Note that as a filter for the smoothing process, a Gaussian filter or a median filter can be used in addition to the average filter. Furthermore, the filter for smoothing processing may have a size of 3×3, or may have a size of 5×5 or 7×7.

このように平滑化部53が所定のフィルタ処理を行うことで、合成信号のS/N比が比較的小さい(例えば、S/N比が1よりも小さい)場合でも、各画素の画素値の本来の分布が概ね明らかになる。したがって、後記する雑音低減制御信号を制御部5が適切に生成できる。 By performing the predetermined filter processing by the smoothing unit 53 in this way, even when the S/N ratio of the composite signal is relatively small (for example, the S/N ratio is smaller than 1), the pixel value of each pixel can be changed. The original distribution becomes roughly clear. Therefore, the control unit 5 can appropriately generate a noise reduction control signal, which will be described later.

雑音低減制御信号生成部54は、平滑化部53から入力される平滑化後の合成信号(画像データ)に基づいて、所定の雑音低減制御信号を生成する(図4の「雑音低減制御信号生成処理」)。ここで、雑音低減制御信号とは、それぞれの画素のノイズを低減するために、対象とする画素との相関性が高い(つまり、画素値の差が比較的小さい)、近傍の画素を特定する信号である。 The noise reduction control signal generation unit 54 generates a predetermined noise reduction control signal based on the smoothed composite signal (image data) input from the smoothing unit 53 (“Noise reduction control signal generation” in FIG. 4). process"). Here, the noise reduction control signal is used to identify neighboring pixels that have a high correlation with the target pixel (that is, the difference in pixel values is relatively small) in order to reduce the noise of each pixel. It's a signal.

図6は、雑音低減制御信号の生成に関する説明図である(適宜、図2も参照)。
図6の紙面左側に示す「入力画像」とは、平滑化部53から雑音低減制御信号生成部54に入力される画像データ(平滑化後の合成信号)である。また、f(i,j)とは、その位置が(i,j)で示される画素の画素値である。
FIG. 6 is an explanatory diagram regarding the generation of the noise reduction control signal (see also FIG. 2 as appropriate).
The "input image" shown on the left side of the paper in FIG. 6 is image data (smoothed composite signal) input from the smoothing section 53 to the noise reduction control signal generation section 54. Further, f(i, j) is the pixel value of the pixel whose position is indicated by (i, j).

雑音低減制御信号生成部54は、まず、図6の紙面左側に示すように、画素(i,j)を中心とする3×3の領域から、画素値f(i,j)と、その近傍の画素値f(i+m,j+n)を取得する。ここで、値m,nは、-1以上であり、かつ、1以下の整数である。なお、本実施形態では、領域のサイズを3×3としているが、5×5や7×7といったサイズであってもよい。例えば、領域のサイズが5×5である場合は、値m,nは、-2以上であり、かつ、2以下の整数である。
次に、雑音低減制御信号生成部54は、図6に示すように、画素値f(i+m,j+n)から画素値f(i,j)を減算し、減算した値の絶対値|f(i+m,j+n)-f(i,j)|を算出する。
As shown on the left side of the paper in FIG. The pixel value f(i+m, j+n) is obtained. Here, the values m and n are integers greater than or equal to -1 and less than or equal to 1. Note that in this embodiment, the size of the area is 3×3, but it may be 5×5 or 7×7. For example, if the area size is 5×5, the values m and n are integers greater than or equal to −2 and less than or equal to 2.
Next, as shown in FIG. 6, the noise reduction control signal generation unit 54 subtracts the pixel value f(i,j) from the pixel value f(i+m,j+n), and calculates the absolute value of the subtracted value |f(i+m , j+n)−f(i,j)|

そして、雑音低減制御信号生成部54は、以下の(式2)の演算を行う。なお、(式2)に含まれる画素(i,j)は、第1撮像信号M1及び第2撮像信号M2の撮影点(測定位置)に対応している。また、所定値kは、2値化処理後の画素値を“1”にするか“0”にするかの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。図6の例では、所定値k=40としている。また、(式2)に含まれるbi,j(m,n)は、雑音低減制御信号生成部54によって生成される雑音低減制御信号である。 Then, the noise reduction control signal generation unit 54 performs the following calculation (Equation 2). Note that the pixel (i, j) included in (Formula 2) corresponds to the shooting point (measurement position) of the first image pickup signal M1 and the second image pickup signal M2. Further, the predetermined value k is a threshold value that serves as a criterion for determining whether the pixel value after the binarization process is set to "1" or "0", and is set in advance. In the example of FIG. 6, the predetermined value k=40. Furthermore, b i,j (m, n) included in (Formula 2) is a noise reduction control signal generated by the noise reduction control signal generation section 54.

|f(i+m,j+n)-f(i,j)|≦k であるとき、bi,j(m,n)=1
|f(i+m,j+n)-f(i,j)|>k であるとき、bi,j(m,n)=0
・・・(式2)
When |f(i+m,j+n)−f(i,j)|≦k, b i,j (m,n)=1
When |f(i+m,j+n)−f(i,j)|>k, b i,j (m,n)=0
...(Formula 2)

すなわち、絶対値|f(i+m,j+n)-f(i,j)|が所定値k以下である場合、雑音低減制御信号生成部54は、雑音低減制御信号bi,j(m,n)の値として“1”を割り当てる。一方、絶対値|f(i+m,j+n)-f(i,j)|が所定値kよりも大きい場合、雑音低減制御信号生成部54は、雑音低減制御信号bi,j(m,n)の値として“0”を割り当てる。このような2値化処理によって、対象とする画素(i,j)を含む3×3の画素のうち、画素値f(i,j)との間の差分が比較的小さい画素が抽出される。そして、雑音低減制御信号生成部54は、ひとつひとつの画素(i,j)について、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を第1雑音低減部55に出力するとともに、第2雑音低減部56に出力する。 That is, when the absolute value |f(i+m,j+n)−f(i,j)| is less than or equal to the predetermined value k, the noise reduction control signal generation unit 54 generates the noise reduction control signal b i,j (m,n) Assign "1" as the value. On the other hand, if the absolute value |f(i+m,j+n)−f(i,j)| is larger than the predetermined value k, the noise reduction control signal generation unit 54 generates the noise reduction control signal b i,j (m,n) Assign “0” as the value. Through such binarization processing, a pixel with a relatively small difference from the pixel value f(i, j) is extracted from among the 3×3 pixels including the target pixel (i, j). . Then, the noise reduction control signal generation unit 54 outputs the noise reduction control signal b i,j (m, n) to the first noise reduction unit 55 for each pixel (i, j), and also outputs the noise reduction control signal b i,j (m, n) to the first noise reduction unit 55 . It outputs to section 56.

このように、制御部5は、電荷量Q1(第1受光量)に基づく第1撮像信号M1と、電荷量Q2(第2受光量)に基づく第2撮像信号M2と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を生成する。この雑音低減制御信号は、合成信号に含まれる各画素のうち、雑音低減処理の対象となる画素(i,j)の位置を示すとともに、対象となる画素(i,j)の近傍の画素(i+m,j+n)のうち、その画素値f(i+m,j+n)と、対象となる画素の画素値f(i,j)との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号である。 In this way, the control unit 5 predetermines the first image signal M1 based on the amount of charge Q1 (first amount of received light) and the second image signal M2 based on the amount of charge Q2 (second amount of received light) for each pixel. A noise reduction control signal b i,j (m, n) is generated using a composite signal obtained by combining the signals b i,j (m, n). This noise reduction control signal indicates the position of the pixel (i, j) to be subjected to noise reduction processing among each pixel included in the composite signal, and also indicates the position of the pixel (i, j) in the vicinity of the target pixel (i, j). This signal indicates the position of the pixel value f(i+m, j+n) among the pixel values f(i+m, j+n) and the pixel value f(i, j) of the target pixel for which the absolute value of the difference is less than or equal to a predetermined value. .

図7は、入力画像の縁部の画素に対する雑音低減制御信号の生成に関する説明図である。
入力画像の縁部に存在する画素(例えば、図7に示す画素(0,0))については、3×3の近傍領域の一部に画素が存在しないことになる。このような場合、雑音低減制御信号生成部54は、縁部の画素に隣接する仮想的な画素の画素値として、縁部の画素の画素値をコピーして補った上で、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を生成する。これによって、入力画像の縁部の画素についても、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を適切に生成できる。
FIG. 7 is an explanatory diagram regarding the generation of a noise reduction control signal for pixels at the edge of an input image.
For a pixel existing at the edge of the input image (for example, pixel (0,0) shown in FIG. 7), no pixel exists in a part of the 3×3 neighboring area. In such a case, the noise reduction control signal generation unit 54 copies and supplements the pixel value of the pixel on the edge as the pixel value of a virtual pixel adjacent to the pixel on the edge, and then generates the noise reduction control signal. Generate b i,j (m, n). Thereby, the noise reduction control signal b i,j (m, n) can be appropriately generated even for pixels at the edges of the input image.

図2に示す第1雑音低減部55は、受光部2から入力される第1撮像信号M1の画素(i,j)に対して、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を用いて、所定の雑音低減処理を行う。図2に示すように、第1雑音低減部55は、雑音低減制御部55aを備えている。
他方の第2雑音低減部56は、受光部2から入力される第2撮像信号M2の画素(i,j)に対して、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を用いて、所定の雑音低減処理を行う。図2に示すように、第2雑音低減部56は、雑音低減制御部56aを備えている。
次に、第1雑音低減部55の雑音低減制御部55aが実行する処理について、図8を用いて説明するが、第2雑音低減部56についても同様である。
The first noise reduction unit 55 shown in FIG. Then, predetermined noise reduction processing is performed. As shown in FIG. 2, the first noise reduction section 55 includes a noise reduction control section 55a.
The other second noise reduction unit 56 uses the noise reduction control signal b i,j (m, n) for the pixel (i, j) of the second image pickup signal M2 inputted from the light receiving unit 2. Performs predetermined noise reduction processing. As shown in FIG. 2, the second noise reduction section 56 includes a noise reduction control section 56a.
Next, the process executed by the noise reduction control unit 55a of the first noise reduction unit 55 will be described using FIG. 8, but the same applies to the second noise reduction unit 56.

図8は、雑音低減制御部が実行する雑音低減処理の説明図である(適宜、図2も参照)。
なお、図8の紙面左上には、雑音低減制御信号生成部54(図2参照)から雑音低減制御部55a,56a(図2参照)に入力される雑音低減制御信号bi,j(m,n)を示している(図6も参照)。例えば、雑音低減制御部55aは、雑音低減制御信号bi,j(m,n)の3×3領域の中心(0,0)を、第1撮像信号M1の画素(i,j)の位置に合わせる。そして、雑音低減制御部55aは、以下の(式3)に基づき、雑音低減制御信号bi,j(m,n)と、第1撮像信号M1の画素値f(i+m,j+n)と、において値m,nが共通する位置の画素値をそれぞれ乗算し、その和P1(i,j)を算出する。
FIG. 8 is an explanatory diagram of the noise reduction process executed by the noise reduction control unit (see also FIG. 2 as appropriate).
Note that the noise reduction control signal b i,j (m, n) (see also Figure 6). For example, the noise reduction control unit 55a sets the center (0,0) of the 3×3 area of the noise reduction control signal b i,j (m,n) to the position of the pixel (i,j) of the first image pickup signal M1. Match. The noise reduction control unit 55a then calculates the noise reduction control signal b i,j (m, n) and the pixel value f (i+m, j+n) of the first image pickup signal M1 based on the following (Formula 3). The pixel values at the positions where the values m and n are common are each multiplied, and the sum P1(i, j) is calculated.

Figure 0007376457000001
Figure 0007376457000001

図8の例では、和P1(i,j)=590となる。この和P1(i,j)は、雑音低減制御信号bi,j(m,n)で位置が示される(つまり、bi,j(m,n)の値が“1”である)画素の画素値f(i+m,j+n)の和である。また、雑音低減制御部55aは、和P1(i,j)とは別に、以下の(式4)に基づいて、3×3領域における雑音低減制御信号bi,j(m,n)の各要素の和Q1(i,j)を算出する。 In the example of FIG. 8, the sum P1(i,j)=590. This sum P1 (i, j) is the pixel whose position is indicated by the noise reduction control signal b i,j (m, n) (that is, the value of b i,j (m, n) is “1”) is the sum of pixel values f(i+m, j+n). In addition, the noise reduction control unit 55a calculates each of the noise reduction control signals b i,j (m, n) in the 3×3 area based on the following (Formula 4), in addition to the sum P1 (i, j). Calculate the sum of elements Q1(i,j).

Figure 0007376457000002
Figure 0007376457000002

図8の例では、和Q1(i,j)=5となる。この和Q1(i,j)は、雑音低減制御信号bi,j(m,n)で位置が示される(つまり、bi,j(m,n)の値が“1”である)画素の個数に等しい。そして、雑音低減制御部55aは、以下の(式5)に基づいて、前記した和P(i,j)を和Q(i,j)で除算し、3×3領域内における平均値を、出力画素値O1(i,j)として算出する。
なお、本実施形態で説明している雑音低減処理は、雑音低減制御信号bi,j(m,n)のサイズが3×3である場合であるが、5×5や7×7といったサイズであってもよい。例えば、雑音低減制御信号bi,j(m,n)のサイズが5×5である場合は、雑音低減制御信号bi,j(m,n)の5×5領域の中心(0,0)を、第1撮像信号M1の画素(i,j)の位置に合わせた上で、前記した計算を実施する。ここで、値m,nは、-2以上であり、かつ、2以下の整数である。
In the example of FIG. 8, the sum Q1(i,j)=5. This sum Q1(i,j) is determined by the pixel whose position is indicated by the noise reduction control signal b i,j (m,n) (that is, the value of b i,j (m,n) is "1"). equal to the number of Then, the noise reduction control unit 55a divides the above sum P(i, j) by the sum Q(i, j) based on the following (Equation 5), and calculates the average value within the 3×3 area as follows: It is calculated as the output pixel value O1(i,j).
Note that the noise reduction processing described in this embodiment is for the case where the size of the noise reduction control signal b i,j (m, n) is 3×3, but the size of the noise reduction control signal b i,j (m, n) is 3×3. It may be. For example, if the size of the noise reduction control signal b i,j ( m, n) is 5×5, the center (0, 0 ) is aligned with the position of the pixel (i, j) of the first image pickup signal M1, and then the above calculation is performed. Here, the values m and n are integers greater than or equal to -2 and less than or equal to 2.

Figure 0007376457000003
Figure 0007376457000003

図8の例では、出力画素値O1(i,j)=590/5=118となっている。そして、第1雑音低減部55は、第1撮像信号M1の画素(i,j)の画素値を、(式5)に基づく出力画素値O1(i,j)に置き換える。このような処理を雑音低減処理という。さらに、第1雑音低減部55は、画素(i,j)の位置を順にずらしながら、第1撮像信号M1に含まれるひとつひとつの画素について、前記した雑音低減処理を行う(図4の「第1撮像信号雑音低減処理」)。第1撮像信号M1に対応する画像信号O1は、第1雑音低減部55(図2参照)から距離演算部57(図2参照)に出力される。 In the example of FIG. 8, the output pixel value O1(i,j)=590/5=118. Then, the first noise reduction unit 55 replaces the pixel value of the pixel (i, j) of the first image pickup signal M1 with the output pixel value O1 (i, j) based on (Equation 5). Such processing is called noise reduction processing. Furthermore, the first noise reduction unit 55 performs the above-described noise reduction processing on each pixel included in the first image pickup signal M1 while sequentially shifting the position of the pixel (i, j) (“first noise reduction processing” in FIG. 4). "Image signal noise reduction processing"). The image signal O1 corresponding to the first image signal M1 is output from the first noise reduction section 55 (see FIG. 2) to the distance calculation section 57 (see FIG. 2).

他方の第2雑音低減部56も同様にして、受光部2から入力される第2撮像信号M2に雑音低減処理を施し、第2撮像信号M2の画素(i,j)の画素値を所定の出力画素値O2(i,j)に置き換える(図4の「第2撮像信号雑音低減処理」)。この出力画素値O2(i,j)は、前記した(式5)と同様にして算出される。第2撮像信号M2に対応する画像信号O2は、第2雑音低減部56(図2参照)から距離演算部57(図2参照)に出力される。なお、図4に示すように、第1撮像信号雑音低減処理と、第2撮像信号雑音低減処理と、が並行して実行されるようにしてもよい。 Similarly, the other second noise reduction unit 56 performs noise reduction processing on the second image signal M2 inputted from the light receiving unit 2, and changes the pixel value of the pixel (i, j) of the second image signal M2 to a predetermined value. It is replaced with the output pixel value O2(i,j) ("second image pickup signal noise reduction process" in FIG. 4). This output pixel value O2(i,j) is calculated in the same manner as (Equation 5) described above. The image signal O2 corresponding to the second imaging signal M2 is output from the second noise reduction section 56 (see FIG. 2) to the distance calculation section 57 (see FIG. 2). Note that, as shown in FIG. 4, the first imaging signal noise reduction process and the second imaging signal noise reduction process may be executed in parallel.

このように、制御部5(第1雑音低減部55、第2雑音低減部56)が行う雑音低減処理は、第1撮像信号M1及び第2撮像信号M2のそれぞれにおいて、雑音低減制御信号bi,j(m,n)で位置が示される画素の画素値の和P1(i,j)を当該画素の個数(和Q1(i,j))で除算してなる平均値(P1(i,j)/Q1(i,j))を、新たな画素値として置き換える処理である。 In this way, the noise reduction processing performed by the control unit 5 (the first noise reduction unit 55, the second noise reduction unit 56) is performed using the noise reduction control signal b i in each of the first imaging signal M1 and the second imaging signal M2. , j The average value (P1(i, j)/Q1(i,j)) as a new pixel value.

わかりやすくいうと、第1雑音低減部55は、第1撮像信号M1に含まれる画素を対象として、画素値の差が比較的小さい近傍の画素を特定する雑音低減制御信号bi,j(m,n)に基づき、画素値の平均を算出し、その算出結果を第1撮像信号M1の新たな画素値として置き換える。なお、第2雑音低減部56についても同様である。これによって、第1撮像信号M1及び第2撮像信号M2のそれぞれについて、近傍の画素との間の相関性に基づいて、各信号のノイズを画素ごとに低減できる。その結果、後記する距離画像のノイズも低減され、また、距離画像のエッジも残りやすくなる。 To put it simply, the first noise reduction unit 55 generates a noise reduction control signal b i,j (m , n), the average of the pixel values is calculated, and the calculation result is replaced as a new pixel value of the first image pickup signal M1. Note that the same applies to the second noise reduction section 56. Thereby, noise in each signal can be reduced for each pixel of the first image signal M1 and the second image signal M2 based on the correlation with neighboring pixels. As a result, noise in the distance image, which will be described later, is also reduced, and edges in the distance image tend to remain.

また、雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号bi,j(m,n)が、複数の撮像信号(第1撮像信号M1、第2撮像信号M2)において、画素ごとに共通している。このように、撮像のタイミングが異なっている第1撮像信号M1と第2撮像信号M2とで、雑音低減処理の特性を共通にすることで、距離の測定精度を高めることができる。 Further, a predetermined noise reduction control signal b i,j (m, n) used for noise reduction processing is common to each pixel in a plurality of imaging signals (first imaging signal M1, second imaging signal M2). There is. In this way, the first imaging signal M1 and the second imaging signal M2, which are captured at different timings, have the same noise reduction processing characteristics, thereby increasing the accuracy of distance measurement.

図9は、縁部の画素に対して雑音低減制御部が実行する処理の説明図である。
例えば、雑音低減制御信号bi,j(m,n)の中心を入力画像(図9では、第1撮像信号M1の画像)の縁部の画素に合わせた場合、そのままでは、入力画像において雑音低減制御信号bi,j(m,n)に対応しない画素が存在することになる。このような場合、第1雑音低減部55は、図9に示すように、縁部の画素に隣接する仮想的な画素の画素値として、入力画像の縁部の画素の画素値をコピーして補った上で、出力画素値O1(i,j)を算出する。これによって、入力画像の縁部の画素についても、出力画素値O1(i,j)を適切に算出できる。
FIG. 9 is an explanatory diagram of processing performed by the noise reduction control unit on pixels at the edge.
For example, if the center of the noise reduction control signal b i,j (m, n) is aligned with a pixel at the edge of the input image (in FIG. 9, the image of the first imaged signal M1), noise will occur in the input image. There will be pixels that do not correspond to the reduction control signal b i,j (m, n). In such a case, the first noise reduction unit 55 copies the pixel value of the pixel at the edge of the input image as the pixel value of the virtual pixel adjacent to the pixel at the edge, as shown in FIG. After the compensation, the output pixel value O1(i,j) is calculated. As a result, the output pixel value O1(i,j) can be appropriately calculated even for pixels at the edges of the input image.

図2に示す距離演算部57は、第1雑音低減部55から入力される画像信号O1と、第2雑音低減部56から入力される画像信号O2と、に基づいて、各画素(つまり、対象物Jの各測定位置)における距離を算出し、距離画像を生成する。具体的には、距離演算部57は、画像信号O1の出力画素値O1(i,j)と、画像信号O2の出力画素値O2(i,j)と、を用いて、以下の(式6)に基づき、距離データD(i,j)を生成する。 The distance calculation unit 57 shown in FIG. 2 calculates the distance between each pixel (that is, the The distance at each measurement position of the object J is calculated, and a distance image is generated. Specifically, the distance calculation unit 57 uses the output pixel value O1 (i, j) of the image signal O1 and the output pixel value O2 (i, j) of the image signal O2, and calculates the following (Equation 6). ), distance data D(i,j) is generated.

Figure 0007376457000004
Figure 0007376457000004

なお、(式6)における距離データD(i,j)は、画素(i,j)における対象物Jまでの距離を示すデータである。また、(式6)におけるT0は、対象物Jに照射される光のパルス幅であり(図3参照)、cは光速(3×10[m/s])である。また、O1(i,j)は第1撮像信号M1に対応する出力画素値であり、O2(i,j)は第2撮像信号M2に対応する出力画素値である。(式6)の演算によって、対象物Jまでの距離が画素ごとに算出される。このようにして生成された距離データD(i,j)は、距離画像として、距離演算部57から表示装置200(図1参照)に出力される。これによって、ユーザは、距離測定装置100の受光部2の各画素から対象物Jまでの距離を、所定の距離画像として把握できる。 Note that the distance data D (i, j) in (Equation 6) is data indicating the distance to the target object J at the pixel (i, j). Moreover, T0 in (Formula 6) is the pulse width of the light irradiated to the object J (see FIG. 3), and c is the speed of light (3×10 8 [m/s]). Moreover, O1 (i, j) is an output pixel value corresponding to the first image pickup signal M1, and O2 (i, j) is an output pixel value corresponding to the second image pickup signal M2. By calculating (Equation 6), the distance to the object J is calculated for each pixel. The distance data D(i, j) generated in this manner is output from the distance calculation unit 57 to the display device 200 (see FIG. 1) as a distance image. Thereby, the user can grasp the distance from each pixel of the light receiving unit 2 of the distance measuring device 100 to the target object J as a predetermined distance image.

<効果>
第1実施形態によれば、異なるタイミングで取得される第1撮像信号M1及び第2撮像信号M2のそれぞれに対して、位置が同一である画素については、制御部5が共通の雑音低減制御信号bi,j(m,n)を用いるようにしている。これによって、第1撮像信号M1と第2撮像信号M2との間の特性差(画素値の分布の違い)に起因する誤差を画素ごとに低減できる。したがって、受光部2の各画素から対象物Jまでの距離を高精度に測定できる。
<Effect>
According to the first embodiment, for each of the first imaging signal M1 and the second imaging signal M2 that are acquired at different timings, the control unit 5 sends a common noise reduction control signal to the pixels having the same position. b i,j (m, n) is used. As a result, errors caused by the characteristic difference (difference in pixel value distribution) between the first imaging signal M1 and the second imaging signal M2 can be reduced for each pixel. Therefore, the distance from each pixel of the light receiving section 2 to the object J can be measured with high precision.

また、第1実施形態によれば、第1撮像信号M1と第2撮像信号M2との合成信号において、画素値の相関性(周囲の画素との間で画素値の差分)に基づく雑音低減制御信号bi,j(m,n)を、制御部5が画素ごとに生成するようにしている。そして、雑音低減制御信号bi,j(m,n)で位置が指定される近傍の画素を含めて、制御部5は、画素値の平均を算出し、第1撮像信号M1や第2撮像信号M2の画素値を置き換える。これによって、近傍の画素との間の相関性に基づいて、各信号のノイズが画素ごとに低減されるため、対象物Jまでの距離を高精度に測定できる。 Further, according to the first embodiment, in the composite signal of the first image signal M1 and the second image signal M2, noise reduction control is performed based on the correlation of pixel values (the difference in pixel values with surrounding pixels). The control unit 5 generates the signal b i,j (m, n) for each pixel. Then, the control unit 5 calculates the average of the pixel values, including the neighboring pixels whose positions are specified by the noise reduction control signal b i,j (m, n), and calculates the average of the pixel values, Replace the pixel value of signal M2. As a result, noise in each signal is reduced for each pixel based on the correlation with neighboring pixels, so the distance to the object J can be measured with high precision.

なお、画像のノイズを低減するには、ローパスフィルタ等の画像処理を行うことも可能であるが、自然画像(ノイズ低減前の画像)にはさまざまなテクスチャやエッジの信号成分が含まれている。仮に、画像全体に対して同一の特性のノイズ低減処理を行った場合、信号雑音比の大きいテクスチャやエッジの部分は、その信号成分が十分に保持されたままノイズが低減される一方、信号雑音比の小さいテクスチャやエッジの情報が失われてしまう。また、仮に、信号雑音比の小さいテクスチャやエッジの情報を残そうとすると、ノイズ低減の効果が弱くなる可能性がある。 Note that to reduce image noise, it is possible to perform image processing such as a low-pass filter, but natural images (images before noise reduction) contain signal components of various textures and edges. . If noise reduction processing with the same characteristics is applied to the entire image, the noise in texture and edge parts with a high signal-to-noise ratio will be reduced while the signal components are sufficiently maintained, but the signal noise will be reduced. Information about textures and edges with small ratios is lost. Furthermore, if it is attempted to leave information on textures or edges with a low signal-to-noise ratio, the effect of noise reduction may be weakened.

これに対して、第1実施形態では、前記したように、第1撮像信号M1及び第2撮像信号M2に対して、制御部5が、画素ごとに共通の雑音低減制御信号bi,j(m,n)を用いるようにしている。これによって、対象物Jまでの距離を高精度に測定することができ、ひいては、産業の発達を促進する上で社会貢献に寄与できる。 On the other hand, in the first embodiment, as described above, the control unit 5 generates a common noise reduction control signal b i,j ( m, n). Thereby, the distance to the object J can be measured with high precision, and in turn, it is possible to contribute to society by promoting the development of industry.

≪第2実施形態≫
第2実施形態は、対象物までの距離を測定する際、制御部5A(図10参照)が、3つの露光タイミング制御信号S1,S2,S3を受光部2(図10参照)に順次に出力する点が、第1実施形態とは異なっている。また、第2実施形態では、制御部5Aが、受光量から外光成分を除去した上で、対象物までの距離を算出する点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他の点については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
≪Second embodiment≫
In the second embodiment, when measuring the distance to an object, the control unit 5A (see FIG. 10) sequentially outputs three exposure timing control signals S1, S2, and S3 to the light receiving unit 2 (see FIG. 10). This is different from the first embodiment in that. The second embodiment is different from the first embodiment in that the control unit 5A calculates the distance to the object after removing the external light component from the amount of received light. Note that other points are the same as those in the first embodiment. Therefore, the parts that are different from the first embodiment will be explained, and the explanation of the overlapping parts will be omitted.

図10は、第2実施形態に係る距離測定装置100Aの制御部5Aを含む機能ブロック図である。
図10に示すように、距離測定装置100Aの制御部5Aは、撮像制御部51と、合成部52と、平滑化部53と、雑音低減制御信号生成部54と、第1雑音低減部55と、第2雑音低減部56と、第3雑音低減部58と、距離演算部57と、を備えている。これらの各構成が実行する処理について、図11等を用いて説明する。
FIG. 10 is a functional block diagram including a control unit 5A of a distance measuring device 100A according to the second embodiment.
As shown in FIG. 10, the control unit 5A of the distance measuring device 100A includes an imaging control unit 51, a combining unit 52, a smoothing unit 53, a noise reduction control signal generation unit 54, and a first noise reduction unit 55. , a second noise reduction section 56, a third noise reduction section 58, and a distance calculation section 57. The processing executed by each of these components will be explained using FIG. 11 and the like.

図11は、発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1,S2,S3等に関するタイムチャートである(適宜、図10も参照)。
図11に示すように、制御部5Aは、発光タイミング制御信号S0を所定時間T0だけON状態にするとともに、この発光タイミング制御信号S0に同期させて、露光タイミング制御信号S1をON状態にする。これによって、フォトダイオード(図示せず)に接続されたコンデンサ(図示せず)に電荷量Q1が蓄積される。
FIG. 11 is a time chart regarding the light emission timing control signal S0, the exposure timing control signals S1, S2, S3, etc. (see also FIG. 10 as appropriate).
As shown in FIG. 11, the control unit 5A turns on the light emission timing control signal S0 for a predetermined time T0, and turns on the exposure timing control signal S1 in synchronization with this light emission timing control signal S0. As a result, a charge amount Q1 is accumulated in a capacitor (not shown) connected to a photodiode (not shown).

次に、制御部5Aは、発光タイミング制御信号S0や露光タイミング制御信号S1をONからOFFに切り替えた時点から所定時間T0だけ、露光タイミング制御信号S2をON状態にする。これによって、別のコンデンサ(図示せず)に電荷量Q2が蓄積される。さらに、制御部5Aは、露光タイミング制御信号S2をONからOFFに切り替えた時点から所定時間T0だけ、露光タイミング制御信号S3をON状態にする。これによって、さらに別のコンデンサ(図示せず)に電荷量Q3が蓄積される。 Next, the control unit 5A turns on the exposure timing control signal S2 for a predetermined time T0 from the time when the light emission timing control signal S0 and the exposure timing control signal S1 are switched from ON to OFF. As a result, an amount of charge Q2 is accumulated in another capacitor (not shown). Furthermore, the control unit 5A turns on the exposure timing control signal S3 for a predetermined time T0 from the time when the exposure timing control signal S2 is switched from ON to OFF. As a result, the amount of charge Q3 is accumulated in yet another capacitor (not shown).

つまり、受光部2は、発光部1による光の照射に同期して受光し、電荷量Q1(第1受光量)を蓄積した後、発光部1による光の照射の終了時から受光して、電荷量Q2(第2受光量)を蓄積し、さらに、電荷量Q2の受光の終了時から受光して、電荷量Q3(第3受光量)を蓄積する。 That is, the light receiving section 2 receives light in synchronization with the light irradiation by the light emitting section 1, accumulates the amount of charge Q1 (first received light amount), and then receives light from the end of the light irradiation by the light emitting section 1. The amount of charge Q2 (second amount of received light) is accumulated, and further, light is received from the end of the reception of the amount of charge Q2, and the amount of charge Q3 (third amount of received light) is accumulated.

図11の例では、電荷量Q1,Q2には、対象物からの反射光が光電変換された反射光成分の他に、外光成分も含まれている。一方、電荷量Q3には、反射光成分が含まれておらず、外光成分のみが含まれている。なお、対象物までの距離の長さによっては、遅延時間Tdが比較的長くなることで、電荷量Q2,Q3に反射光成分が含まれる一方、電荷量Q1には反射光成分が含まれないこともある。 In the example of FIG. 11, the electric charges Q1 and Q2 include an external light component in addition to a reflected light component obtained by photoelectrically converting the reflected light from the object. On the other hand, the amount of charge Q3 does not include a reflected light component, but only an external light component. Note that depending on the length of the distance to the object, the delay time Td becomes relatively long, so that the amounts of charge Q2 and Q3 include a reflected light component, while the amount of charge Q1 does not include a reflected light component. Sometimes.

図12は、距離測定装置で実行される一連の処理のタイムチャートである。
なお、図12では便宜上、各処理の間の遅延時間の図示を省略している。前記したように、制御部5A(図10参照)は、発光タイミング制御信号S0をONにして発光部1を発光させるとともに(発光処理)、露光タイミング制御信号S1,S2,S3を順次にONにする(受光処理)。
FIG. 12 is a time chart of a series of processes executed by the distance measuring device.
Note that in FIG. 12, illustration of delay time between each process is omitted for convenience. As described above, the control unit 5A (see FIG. 10) turns on the light emission timing control signal S0 to cause the light emitting unit 1 to emit light (light emission processing), and sequentially turns on the exposure timing control signals S1, S2, and S3. (light reception processing).

そして、制御部5Aは、露光タイミング制御信号S1に基づく電荷量Q1に対して、所定のA/D変換を行い、第1撮像信号M1を生成する。同様に、制御部5Aは、露光タイミング制御信号S2に基づく電荷量Q2に対して、所定のA/D変換を行い、第2撮像信号M2を生成する。また、制御部5Aは、露光タイミング制御信号S3に基づく電荷量Q3に対して、所定のA/D変換を行い、第3撮像信号M3を生成する。なお、図12の合成処理から後の各処理については、後記する。 Then, the control unit 5A performs a predetermined A/D conversion on the charge amount Q1 based on the exposure timing control signal S1, and generates the first imaging signal M1. Similarly, the control unit 5A performs a predetermined A/D conversion on the charge amount Q2 based on the exposure timing control signal S2, and generates the second image pickup signal M2. Further, the control unit 5A performs a predetermined A/D conversion on the charge amount Q3 based on the exposure timing control signal S3 to generate a third image pickup signal M3. Note that each process subsequent to the combining process in FIG. 12 will be described later.

図10に示す合成部52は、以下の(式7)に基づいて、合成信号を生成する。なお、(式7)に含まれる値α,βは、0よりも大きく、かつ、1よりも小さい所定の値として予め設定されている。また、(α+β)<1とする。 The combining unit 52 shown in FIG. 10 generates a combined signal based on the following (Equation 7). Note that the values α and β included in (Formula 7) are preset as predetermined values greater than 0 and smaller than 1. Further, it is assumed that (α+β)<1.

(合成信号)=(第1撮像信号)×α+(第2撮像信号)×β+(第3撮像信号)×(1-α-β)・・・(式7) (Synthetic signal) = (first image signal) x α + (second image signal) x β + (third image signal) x (1 - α - β) (Formula 7)

図13は、第1撮像信号M1、第2撮像信号M2、及び第3撮像信号M3に基づいて、合成信号が生成される例を示す説明図である。
なお、図13の例では、前記した(式7)において、α=1/3、β=1/3としている。このようにして生成された合成信号は、受光した光の輝度分布を示すデータとして、合成部52(図10参照)から平滑化部53(図10参照)に出力される。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example in which a composite signal is generated based on the first imaging signal M1, the second imaging signal M2, and the third imaging signal M3.
In the example of FIG. 13, α=1/3 and β=1/3 in the above-mentioned (Formula 7). The composite signal generated in this manner is output from the combining section 52 (see FIG. 10) to the smoothing section 53 (see FIG. 10) as data indicating the luminance distribution of the received light.

なお、平滑化部53(図10参照)や雑音低減制御信号生成部54(図10参照)が実行する処理については、第1実施形態と同様である。すなわち、制御部5Aは、電荷量Q1(第1受光量)に基づく第1撮像信号M1と、電荷量Q2(第2受光量)に基づく第2撮像信号M2と、電荷量Q3(第3受光量)に基づく第3撮像信号M3と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を生成する。雑音低減制御信号生成部54によって生成された雑音低減制御信号bi,j(m,n)は、第1雑音低減部55、第2雑音低減部56、及び第3雑音低減部58にそれぞれ出力される。 Note that the processing executed by the smoothing section 53 (see FIG. 10) and the noise reduction control signal generation section 54 (see FIG. 10) is the same as in the first embodiment. That is, the control unit 5A generates a first image signal M1 based on the amount of charge Q1 (first amount of received light), a second image signal M2 based on the amount of charge Q2 (second amount of received light), and a second image signal M2 based on the amount of charge Q3 (third amount of received light). The noise reduction control signal b i,j (m, n) is generated by using a composite signal obtained by predeterminedly combining the third image pickup signal M3 based on the 3rd image pickup signal M3 for each pixel. The noise reduction control signal b i,j (m, n) generated by the noise reduction control signal generation section 54 is output to the first noise reduction section 55, the second noise reduction section 56, and the third noise reduction section 58, respectively. be done.

また、第1雑音低減部55、第2雑音低減部56、及び第3雑音低減部58の各処理も、第1実施形態で説明した第1雑音低減部55等(図2参照)の処理と同様である。すなわち、制御部5Aは、第1撮像信号M1、第2撮像信号M2、及び第3撮像信号M3のそれぞれにおいて、雑音低減制御信号bi,j(m,n)で位置が示される画素の画素値の和を当該画素の個数で除算してなる平均値を、新たな画素値として置き換える雑音低減処理を行う。 Further, each process of the first noise reduction unit 55, the second noise reduction unit 56, and the third noise reduction unit 58 is also the same as the processing of the first noise reduction unit 55 etc. (see FIG. 2) described in the first embodiment. The same is true. That is, the control unit 5A controls the pixel position of the pixel whose position is indicated by the noise reduction control signal b i,j (m, n) in each of the first image signal M1, the second image signal M2, and the third image signal M3. Noise reduction processing is performed in which the average value obtained by dividing the sum of the values by the number of pixels concerned is replaced as a new pixel value.

図10に示す距離演算部57は、第1雑音低減部55の出力画素値O1(i,j)と、第2雑音低減部56の出力画素値O2(i,j)と、第3雑音低減部58の出力画素値O3(i,j)と、に基づいて、受光部2から対象物までの距離データD(i,j)を画素ごとに算出する。なお、遅延時間Td(図11参照)と、露光タイミング制御信号S1,S2,S3がON状態で維持される所定時間T0との大小関係によって、距離の計算方法が異なる。 The distance calculation unit 57 shown in FIG. Based on the output pixel value O3(i, j) of the unit 58, distance data D(i, j) from the light receiving unit 2 to the object is calculated for each pixel. Note that the distance calculation method differs depending on the magnitude relationship between the delay time Td (see FIG. 11) and the predetermined time T0 during which the exposure timing control signals S1, S2, and S3 are maintained in the ON state.

例えば、遅延時間Tdが所定時間T0未満である場合、露光タイミング制御信号S1,S2が順次に出力される期間(図11の時刻t1~t5)に、対象物からの反射光の全てが露光される。このとき、露光タイミング制御信号S3に基づく電荷量Q3は、露光タイミング制御信号S1に基づく電荷量Q1よりも小さくなる。 For example, if the delay time Td is less than the predetermined time T0, all of the reflected light from the object is exposed during the period when the exposure timing control signals S1 and S2 are sequentially output (times t1 to t5 in FIG. 11). Ru. At this time, the amount of charge Q3 based on the exposure timing control signal S3 is smaller than the amount of charge Q1 based on the exposure timing control signal S1.

一方、遅延時間Tdが所定時間T0以上である場合、露光タイミング制御信号S2,S3が出力される期間に、対象物からの反射光の全てが露光される。このとき、露光タイミング制御信号S1に基づく電荷量Q1は、露光タイミング制御信号S3に基づく電荷量Q3以上になる。そこで、距離演算部57は、以下の(式8)の判定処理を行う。 On the other hand, when the delay time Td is longer than the predetermined time T0, all of the reflected light from the object is exposed during the period in which the exposure timing control signals S2 and S3 are output. At this time, the amount of charge Q1 based on the exposure timing control signal S1 is greater than or equal to the amount of charge Q3 based on the exposure timing control signal S3. Therefore, the distance calculation unit 57 performs the determination process of (Equation 8) below.

Q1>Q3 であるとき、(判定結果)=0
Q1≦Q3 であるとき、(判定結果)=1 ・・・(式8)
When Q1>Q3, (judgment result)=0
When Q1≦Q3, (judgment result)=1 (Formula 8)

例えば、(式8)の判定結果が“0”である場合、距離演算部57は、以下の(式9)に基づいて、距離データD(i,j)を算出する。 For example, when the determination result of (Formula 8) is "0", the distance calculation unit 57 calculates distance data D (i, j) based on (Formula 9) below.

Figure 0007376457000005
Figure 0007376457000005

なお、(式9)における距離データD(i,j)は、画素(i,j)における対象物までの距離を示すデータである。また、(式9)におけるT0は、対象物に照射される光のパルス幅であり(図11参照)、cは光速(3×10[m/s])である。また、O1(i,j)は第1撮像信号M1に対応する出力画素値であり、O2(i,j)は第2撮像信号M2に対応する出力画素値であり、O3は第3撮像信号M3に対応する出力画素値である。このような(式9)に基づく演算によって、対象物までの距離が、画素ごと(測定位置ごと)に算出される。 Note that the distance data D (i, j) in (Equation 9) is data indicating the distance to the target object at the pixel (i, j). Moreover, T0 in (Formula 9) is the pulse width of the light irradiated to the object (see FIG. 11), and c is the speed of light (3×10 8 [m/s]). Further, O1 (i, j) is an output pixel value corresponding to the first image signal M1, O2 (i, j) is an output pixel value corresponding to the second image signal M2, and O3 is an output pixel value corresponding to the third image signal M1. This is the output pixel value corresponding to M3. By such calculation based on (Equation 9), the distance to the object is calculated for each pixel (for each measurement position).

一方、前記した(式8)の判定結果が“1”である場合、距離演算部57は、以下の(式10)に基づいて、距離データD(i,j)を算出する。 On the other hand, when the determination result of the above-mentioned (Formula 8) is "1", the distance calculation unit 57 calculates distance data D (i, j) based on the following (Formula 10).

Figure 0007376457000006
Figure 0007376457000006

そして、制御部5は、画素位置(i,j)を順にずらしながら、全ての画素について、距離の演算を行う。その結果、対象物までの距離を画素ごとに示す距離画像が生成される。 Then, the control unit 5 calculates distances for all pixels while sequentially shifting the pixel positions (i, j). As a result, a distance image is generated that indicates the distance to the target object for each pixel.

<効果>
第2実施形態によれば、対象物までの距離の長さによって、電荷量Q1,Q3のうちいずれか一方が外光成分のみになる。したがって、電荷量Q1又は電荷量Q3のデジタル値に基づいて、外光成分を所定に減算することで、反射光成分を抽出できる。したがって、第2実施形態によれば、第1実施形態よりもさらに高精度で距離を測定できる。また、1回の発光に対して、タイミングをずらして3回の露光を順次に行うことで、測定可能な距離の上限を第1実施形態の場合の2倍にすることができる。
<Effect>
According to the second embodiment, depending on the distance to the object, one of the charge amounts Q1 and Q3 becomes only an external light component. Therefore, the reflected light component can be extracted by predetermined subtraction of the external light component based on the digital value of the charge amount Q1 or the charge amount Q3. Therefore, according to the second embodiment, distance can be measured with higher accuracy than the first embodiment. Furthermore, by sequentially performing three exposures with different timings for one light emission, the upper limit of the measurable distance can be doubled as compared to the first embodiment.

≪第3実施形態≫
第3実施形態は、制御部5B(図14参照)が、第1撮像信号M1及び第2撮像信号M2のそれぞれについて平滑化処理や雑音低減制御信号生成処理を個別で行った後、合成処理を行う点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
≪Third embodiment≫
In the third embodiment, the control unit 5B (see FIG. 14) individually performs the smoothing process and the noise reduction control signal generation process for each of the first image signal M1 and the second image signal M2, and then performs the synthesis process. This embodiment differs from the first embodiment in that it is performed. Note that other aspects are the same as those in the first embodiment. Therefore, the parts that are different from the first embodiment will be explained, and the explanation of the overlapping parts will be omitted.

図14は、第3実施形態に係る距離測定装置100Bの制御部5Bを含む機能ブロック図である。
図14に示すように、距離測定装置100Bの制御部5Bは、撮像制御部51と、第1平滑化部53aと、第2平滑化部53bと、第1雑音低減制御信号生成部54aと、第2雑音低減制御信号生成部54bと、合成部52Bと、を備えている。また、制御部5Bは、前記した構成の他に、第1雑音低減部55と、第2雑音低減部56と、距離演算部57と、を備えている。
FIG. 14 is a functional block diagram including a control unit 5B of a distance measuring device 100B according to the third embodiment.
As shown in FIG. 14, the control unit 5B of the distance measuring device 100B includes an imaging control unit 51, a first smoothing unit 53a, a second smoothing unit 53b, a first noise reduction control signal generation unit 54a, It includes a second noise reduction control signal generation section 54b and a synthesis section 52B. In addition to the above-described configuration, the control unit 5B includes a first noise reduction unit 55, a second noise reduction unit 56, and a distance calculation unit 57.

図14に示すように、受光部2で生成された第1撮像信号M1は、第1平滑化部53a及び第1雑音低減部55のそれぞれに出力される。また、受光部2で生成された第2撮像信号M2は、第2平滑化部53b及び第2雑音低減部56のそれぞれに出力される。 As shown in FIG. 14, the first image signal M1 generated by the light receiving section 2 is output to each of the first smoothing section 53a and the first noise reduction section 55. Further, the second image signal M2 generated by the light receiving section 2 is output to each of the second smoothing section 53b and the second noise reduction section 56.

第1平滑化部53aは、第1撮像信号M1に所定のフィルタ処理を施して平滑化する。なお、第1平滑化部53aで用いられるフィルタは、例えば、平均フィルタであってもよいし、ガウシアンフィルタやメディアンフィルタであってもよい。同様に、第2平滑化部53bは、第2撮像信号M2に所定のフィルタ処理を施して平滑化する。 The first smoothing unit 53a performs predetermined filter processing on the first image signal M1 to smooth it. Note that the filter used in the first smoothing section 53a may be, for example, an average filter, a Gaussian filter, or a median filter. Similarly, the second smoothing unit 53b smoothes the second image signal M2 by subjecting it to predetermined filter processing.

第1雑音低減制御信号生成部54aは、第1平滑化部53aから入力される画像データに基づいて、第1雑音低減制御信号b1i,j(m,n)を生成する。一方、第2雑音低減制御信号生成部54bは、第2平滑化部53bから入力される画像データに基づいて、第2雑音低減制御信号b2i,j(m,n)を生成する。 The first noise reduction control signal generation section 54a generates the first noise reduction control signal b1 i,j (m, n) based on the image data input from the first smoothing section 53a. On the other hand, the second noise reduction control signal generation section 54b generates the second noise reduction control signal b2 i,j (m, n) based on the image data input from the second smoothing section 53b.

なお、第1雑音低減制御信号生成部54aや第2雑音低減制御信号生成部54bの処理については、第1実施形態で説明した雑音低減制御信号生成部54(図2参照)の処理と同様である。すなわち、制御部5Bは、電荷量Q1(第1受光量)に基づく第1撮像信号M1を用いて、所定の第1雑音低減制御信号(第1制御信号)b1i,j(m,n)を生成するとともに、電荷量Q2(第2受光量)に基づく第2撮像信号M2を用いて、所定の第2雑音低減制御信号(第2制御信号)b2i,j(m,n)を生成する。 Note that the processing of the first noise reduction control signal generation section 54a and the second noise reduction control signal generation section 54b is similar to the processing of the noise reduction control signal generation section 54 (see FIG. 2) described in the first embodiment. be. That is, the control unit 5B uses the first imaging signal M1 based on the amount of charge Q1 (first amount of received light) to generate a predetermined first noise reduction control signal (first control signal) b1 i,j (m, n). At the same time, a predetermined second noise reduction control signal (second control signal) b2 i,j (m, n) is generated using the second imaging signal M2 based on the amount of charge Q2 (second amount of received light). do.

なお、前記した第1雑音低減制御信号(第1制御信号)b1i,j(m,n)とは、第1撮像信号M1に含まれる各画素のうち、雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号である。 Note that the first noise reduction control signal (first control signal) b1 i,j (m, n) described above refers to the pixel to be subjected to noise reduction processing among each pixel included in the first image pickup signal M1. This is a signal that indicates the position of a pixel in the vicinity of the target pixel, of which the absolute value of the difference between the pixel value and the pixel value of the target pixel is less than or equal to a predetermined value.

また、前記した第2雑音低減制御信号(第2制御信号)b2i,j(m,n)とは、第2撮像信号M2に含まれる各画素のうち、雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号である。 In addition, the second noise reduction control signal (second control signal) b2 i,j (m, n) described above refers to the pixel to be subjected to noise reduction processing among each pixel included in the second image pickup signal M2. It is a signal indicating the position of a pixel in the vicinity of a target pixel for which the absolute value of the difference between the pixel value and the pixel value of the target pixel is less than or equal to a predetermined value.

第1雑音低減制御信号生成部54aで生成された第1雑音低減制御信号b1i,j(m,n)と、第2雑音低減制御信号生成部54bで生成された第2雑音低減制御信号b2i,j(m,n)とは、それぞれ、合成部52に出力される。 The first noise reduction control signal b1 i,j (m, n) generated by the first noise reduction control signal generation section 54a and the second noise reduction control signal b2 generated by the second noise reduction control signal generation section 54b. i, j (m, n) are respectively output to the combining section 52.

合成部52は、例えば、第1雑音低減制御信号b1i,j(m,n)と、第2雑音低減制御信号b2i,j(m,n)と、の積演算を各要素(m,n)について行うことで、合成信号を生成する。具体的に説明すると、合成部52は、各要素(m,n)について、第1雑音低減制御信号b1i,j(m,n)の値が“1”であり、かつ、第2雑音低減制御信号b2i,j(m,n)の値が“1”であるものについては、合成後の雑音低減制御信号bi,j(m,n)の値を“1”とする。また、合成部52は、第1雑音低減制御信号b1i,j(m,n)、及び、第2雑音低減制御信号b2i,j(m,n)のうち少なくとも一方の値が“0”であるものについては、合成後の雑音低減制御信号bi,j(m,n)の値を“0”とする。 For example, the synthesis unit 52 performs a product operation of the first noise reduction control signal b1 i,j (m, n) and the second noise reduction control signal b2 i,j (m, n) for each element (m, n), a composite signal is generated. Specifically, for each element (m, n), the synthesis unit 52 determines that the value of the first noise reduction control signal b1 i,j (m, n) is "1" and that the value of the second noise reduction control signal b1 If the value of the control signal b2 i,j (m, n) is "1", the value of the combined noise reduction control signal b i,j (m, n) is set to "1". Furthermore, the synthesis unit 52 determines that the value of at least one of the first noise reduction control signal b1 i,j (m, n) and the second noise reduction control signal b2 i,j (m, n) is “0”. , the value of the synthesized noise reduction control signal b i,j (m, n) is set to "0".

このように、制御部5Bは、第1雑音低減制御信号(第1制御信号)b1i,j(m,n)と、第2雑音低減制御信号(第2制御信号)b1i,j(m,n)と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号に基づいて、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を生成する。合成後の雑音低減制御信号bi,j(m,n)は、合成部52から第1雑音低減部55に出力されるとともに、第2雑音低減部56に出力される。なお、図14に示す第1雑音低減部55、第2雑音低減部56、及び距離演算部57の各処理については、第1実施形態と同様であるから、説明を省略する。 In this way, the control unit 5B controls the first noise reduction control signal (first control signal) b1 i,j (m,n) and the second noise reduction control signal (second control signal) b1 i,j (m , n) for each pixel in a predetermined manner, a noise reduction control signal b i,j (m, n) is generated. The synthesized noise reduction control signal b i,j (m, n) is output from the synthesis section 52 to the first noise reduction section 55 and also to the second noise reduction section 56 . Note that each process of the first noise reduction unit 55, the second noise reduction unit 56, and the distance calculation unit 57 shown in FIG. 14 is the same as that of the first embodiment, and therefore the description thereof will be omitted.

<効果>
第3実施形態によれば、制御部5Bが、第1撮像信号M1を平滑化した信号に基づいて、第1雑音低減制御信号b1i,j(m,n)を生成し、また、第2撮像信号M2を平滑化した信号に基づいて、第2雑音低減制御信号b2i,j(m,n)を生成する。ここで、第1撮像信号M1の各画素値は電荷量Q1に由来し、また、第2撮像信号M2の各画素値は電荷量Q2に由来しており、対象物までの距離の長さがそのまま反映されている。このような第1撮像信号M1と第2撮像信号M2とを合成する(つまり、各要素の積演算を行う)ことで、雑音低減処理の対象とする画素を適切に抽出し、ひいては、対象物までの距離を第1実施形態よりもさらに高精度に算出できる。
<Effect>
According to the third embodiment, the control unit 5B generates the first noise reduction control signal b1 i,j (m, n) based on the signal obtained by smoothing the first imaging signal M1, and also generates the second noise reduction control signal b1 i,j (m, n). A second noise reduction control signal b2 i,j (m, n) is generated based on a signal obtained by smoothing the imaging signal M2. Here, each pixel value of the first imaging signal M1 is derived from the amount of charge Q1, and each pixel value of the second imaging signal M2 is derived from the amount of charge Q2, and the length of the distance to the object is It is reflected as is. By combining the first image signal M1 and the second image signal M2 (that is, performing a product operation of each element), pixels to be subjected to noise reduction processing can be appropriately extracted, and the target object The distance can be calculated with higher accuracy than in the first embodiment.

≪変形例≫
以上、距離測定装置100等について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第1実施形態では、第1撮像信号M1や第2撮像信号M2において、雑音低減制御信号bi,j(m,n)で指定された位置の画素値の平均を算出し、その算出結果を出力信号値とする処理について説明したが、これに限らない。すなわち、制御部5が行う雑音低減処理は、第1撮像信号M1及び第2撮像信号M2のそれぞれにおいて、雑音低減制御信号で位置bi,j(m,n)が示される画素の画素値に基づき、対象となる画素の位置を基準として算出した加重平均を、新たな画素値として置き換える処理であってもよい。具体的には、対象となる画素の近傍の画素において、対象となる画素までの距離が短いほど、加重平均を行う際の重み付けを大きくするようにしてもよい。その他にも、雑音低減制御信号bi,j(m,n)に基づいて、複数の画素の画素値を抽出し、これらの画素値のの中央値(メディアン)を、出力信号値としてもよい。なお、第2実施形態(第1撮像信号M1、第2撮像信号M2、及び第3撮像信号M3を用いる場合)の他、第3実施形態についても同様のことがいえる。
≪Modification example≫
Although the distance measuring device 100 and the like have been described above in each embodiment, the present invention is not limited to these descriptions, and various changes can be made.
For example, in the first embodiment, the average pixel value at the position specified by the noise reduction control signal b i,j (m, n) is calculated in the first image signal M1 and the second image signal M2, and Although the processing in which the result is used as an output signal value has been described, the present invention is not limited to this. That is, the noise reduction processing performed by the control unit 5 is performed by adjusting the pixel value of the pixel whose position b i,j (m, n) is indicated by the noise reduction control signal in each of the first imaging signal M1 and the second imaging signal M2. The weighted average calculated based on the position of the target pixel may be replaced as a new pixel value. Specifically, for pixels in the vicinity of the target pixel, the shorter the distance to the target pixel, the greater the weighting when performing weighted averaging. Alternatively, the pixel values of multiple pixels may be extracted based on the noise reduction control signal b i,j (m, n), and the median of these pixel values may be used as the output signal value. . Note that the same can be said of the third embodiment as well as the second embodiment (the case where the first imaging signal M1, the second imaging signal M2, and the third imaging signal M3 are used).

また、第2実施形態では、距離演算部57(図10参照)が対象物までの距離を算出する段階で、外光成分を除去し、反射光成分を抽出する処理について説明したが、これに限らない。すなわち、制御部5A(図10参照)が、第1撮像信号M1、第2撮像信号M2、及び第3撮像信号M3に基づいて、反射光成分が抽出された2つの信号を生成し、これらの2つの信号に基づいて、対象物までの距離を算出するようにしてもよい。 Further, in the second embodiment, the process of removing the external light component and extracting the reflected light component at the stage when the distance calculation unit 57 (see FIG. 10) calculates the distance to the target object has been described. Not exclusively. That is, the control unit 5A (see FIG. 10) generates two signals in which reflected light components are extracted based on the first image signal M1, the second image signal M2, and the third image signal M3, and The distance to the object may be calculated based on two signals.

また、第1実施形態では、制御部5(図2参照)が平滑化部53を備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、平滑化部53を省略し、合成部52から雑音低減制御信号生成部54に合成信号が出力されるようにしてもよい。なお、第2実施形態や第3実施形態についても同様のことがいえる。 Furthermore, in the first embodiment, a configuration has been described in which the control section 5 (see FIG. 2) includes the smoothing section 53, but the present invention is not limited to this. That is, the smoothing section 53 may be omitted, and the synthesized signal may be output from the synthesizing section 52 to the noise reduction control signal generating section 54. Note that the same can be said of the second embodiment and the third embodiment.

また、各実施形態では、距離測定装置100(図1参照)と表示装置200(図1参照)とが別体である構成について説明したが、これに限らない。すなわち、距離測定装置100が、距離画像を所定に表示する表示部(図示せず)を備えるようにしてもよい。
また、第1実施形態では、対象物までの距離を測定する際、発光タイミング制御信号S0(図3参照)や露光タイミング制御信号S1,S2(図3参照)が1回ずつ生成される場合について説明したが、制御部5が各信号を所定周期で複数回生成し、電荷量Q1,Q2を蓄積するようにしてもよい。なお、第2実施形態や第3実施形態についても同様である。
Further, in each embodiment, a configuration has been described in which the distance measuring device 100 (see FIG. 1) and the display device 200 (see FIG. 1) are separate bodies, but the present invention is not limited to this. That is, the distance measuring device 100 may include a display section (not shown) that displays a distance image in a predetermined manner.
Furthermore, in the first embodiment, when measuring the distance to an object, the light emission timing control signal S0 (see FIG. 3) and the exposure timing control signals S1 and S2 (see FIG. 3) are generated once each. Although described above, the control unit 5 may generate each signal multiple times at a predetermined period and accumulate the amounts of charge Q1 and Q2. Note that the same applies to the second embodiment and the third embodiment.

また、各実施形態は、適宜に組み合わせることが可能である。例えば、第2実施形態と第3実施形態とを組み合わせて、次の処理を行うようにしてもよい。すなわち、制御部5は、まず、電荷量Q1(第1受光量)に基づく第1撮像信号M1を用いて、所定の第1制御信号を生成するとともに、電荷量Q2(第2受光量)に基づく第2撮像信号M2を用いて、所定の第2制御信号を生成し、さらに、電荷量Q3(第3受光量)に基づく第3撮像信号M3を用いて、所定の第3制御信号を生成する。前記した第1制御信号とは、第1撮像信号M1に含まれる各画素のうち、雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号である。なお、第2制御信号や第3制御信号についても同様である。そして、制御部5は、第1制御信号と、第2制御信号と、第3制御信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号に基づいて、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を生成する。これによって、対象物までの距離の長さが画素値として反映された第1撮像信号M1、第2撮像信号M2、及び第3撮像信号M3の合成信号に基づいて、雑音低減制御信号bi,j(m,n)を適切に算出できる。さらに、対象物までの距離を算出する際、外光成分が除去されるため、対象物までの距離を高精度に算出できる。 Moreover, each embodiment can be combined as appropriate. For example, the second embodiment and the third embodiment may be combined to perform the following processing. That is, the control unit 5 first generates a predetermined first control signal using the first imaging signal M1 based on the amount of charge Q1 (first amount of received light), and also generates a predetermined first control signal based on the amount of charge Q2 (second amount of received light). A predetermined second control signal is generated using the second image pickup signal M2 based on the charge amount Q3 (third amount of received light), and a predetermined third control signal is further generated using the third image pickup signal M3 based on the charge amount Q3 (third amount of received light). do. The first control signal described above indicates the position of a pixel to be subjected to noise reduction processing among each pixel included in the first image pickup signal M1, and also indicates the pixel value of pixels in the vicinity of the target pixel. This signal indicates the position of a pixel where the absolute value of the difference between the pixel value and the pixel value of the target pixel is less than or equal to a predetermined value. Note that the same applies to the second control signal and the third control signal. Then, the control unit 5 generates a noise reduction control signal b i,j ( m, n). As a result, the noise reduction control signals b i, j (m, n) can be calculated appropriately. Furthermore, since external light components are removed when calculating the distance to the target object, the distance to the target object can be calculated with high accuracy.

また、各実施形態で説明した雑音低減制御信号bi,j(m,n)は一例であり、他の所定の方法で生成した雑音低減制御信号bi,j(m,n)を、第1撮像信号M1や第2撮像信号M2の画素ごとに共通して用いるようにしてもよい。 Further, the noise reduction control signal b i,j (m, n) described in each embodiment is an example, and the noise reduction control signal b i,j (m, n) generated by another predetermined method may be It may be used in common for each pixel of the first imaging signal M1 and the second imaging signal M2.

また、各実施形態で説明した距離測定装置100の機能を実現するプログラムの全部又は一部を、サーバ(図示せず)等の一つ又は複数のコンピュータが実行するようにしてもよい。前記したプログラムは、通信回線を介して提供することもできるし、CD-ROM等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。 Furthermore, one or more computers such as a server (not shown) may execute all or part of the program that implements the functions of the distance measuring device 100 described in each embodiment. The above program can be provided via a communication line, or can be written on a recording medium such as a CD-ROM and distributed.

また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、前記した各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。 Further, each embodiment is described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to add, delete, or replace some of the configurations of the embodiments with other configurations. Further, each of the above-described configurations, functions, etc. may be realized in part or in whole by, for example, designing an integrated circuit. Further, each of the configurations, functions, etc. described above may be realized by software by a processor interpreting and executing a program for realizing each function. Further, the mechanisms and configurations described above are those considered necessary for explanation, and not all mechanisms and configurations are necessarily shown in the product.

1 発光部
2 受光部
3 基準クロック生成部
4 記憶部
5,5A,5B 制御部
6 距離画像出力部
51 撮像制御部
200 表示装置
52,52B 合成部
53 平滑化部
53a 第1平滑化部
53b 第2平滑化部
54 雑音低減制御信号生成部
54a 第1雑音低減制御信号生成部
54b 第2雑音低減制御信号生成部
55 第1雑音低減部
56 第2雑音低減部
57 距離演算部
58 第3雑音低減部
100,100A,100B 距離測定装置
J 対象物
M1 第1撮像信号
M2 第2撮像信号
M3 第3撮像信号
Q1 電荷量(第1受光量)
Q2 電荷量(第2受光量)
Q3 電荷量(第3受光量)
1 Light emitting unit 2 Light receiving unit 3 Reference clock generation unit 4 Storage unit 5, 5A, 5B Control unit 6 Distance image output unit 51 Imaging control unit 200 Display device 52, 52B Combining unit 53 Smoothing unit 53a First smoothing unit 53b 2 smoothing unit 54 noise reduction control signal generation unit 54a first noise reduction control signal generation unit 54b second noise reduction control signal generation unit 55 first noise reduction unit 56 second noise reduction unit 57 distance calculation unit 58 third noise reduction Section 100, 100A, 100B Distance measuring device J Target object M1 First imaging signal M2 Second imaging signal M3 Third imaging signal Q1 Amount of charge (first amount of light received)
Q2 Charge amount (second light reception amount)
Q3 Charge amount (3rd light reception amount)

Claims (9)

対象物に光を照射する発光部と、
前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Time-of-Flight方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第1受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第2受光量を蓄積し、
前記制御部は、前記第1受光量に基づく第1撮像信号と、前記第2受光量に基づく第2撮像信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、
前記雑音低減制御信号は、前記合成信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であること
を特徴とする距離測定装置。
a light emitting part that irradiates light to a target object;
a light receiving unit that receives light including reflected light from the target object a plurality of times with predetermined timing shifts, and accumulates the amount of light received for each of the plurality of light receptions;
a control unit that calculates the distance to the object for each pixel based on a time-of-flight method using a plurality of imaging signals corresponding to the plurality of light receptions,
The control unit performs noise reduction processing to reduce noise in each of the plurality of imaging signals,
A predetermined noise reduction control signal used in the noise reduction process is common to each pixel in the plurality of imaging signals,
The light receiving section receives light in synchronization with the irradiation of light by the light emitting section, accumulates a first amount of received light, and then receives light from the end of irradiation of light by the light emitting section and accumulates a second amount of received light. ,
The control unit reduces the noise by using a composite signal obtained by combining a first image signal based on the first amount of received light and a second image signal based on the second amount of received light for each pixel in a predetermined manner. generate a control signal,
The noise reduction control signal indicates the position of a pixel to be subjected to the noise reduction processing among each pixel included in the composite signal, and also indicates the pixel value and the The signal indicates the position of a target pixel where the absolute value of the difference between the pixel value and the pixel value is less than or equal to a predetermined value.
A distance measuring device featuring:
対象物に光を照射する発光部と、
前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Time-of-Flight方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第1受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第2受光量を蓄積し、
前記制御部は、
前記第1受光量に基づく第1撮像信号を用いて、所定の第1制御信号を生成するとともに、前記第2受光量に基づく第2撮像信号を用いて、所定の第2制御信号を生成し、
前記第1制御信号は、前記第1撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第2制御信号は、前記第2撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第1制御信号と、前記第2制御信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号に基づいて、前記雑音低減制御信号を生成すること
を特徴とする距離測定装置。
a light emitting part that irradiates light to a target object;
a light receiving unit that receives light including reflected light from the target object a plurality of times with predetermined timing shifts, and accumulates the amount of light received for each of the plurality of light receptions;
a control unit that calculates the distance to the object for each pixel based on a time-of-flight method using a plurality of imaging signals corresponding to the plurality of light receptions,
The control unit performs noise reduction processing to reduce noise in each of the plurality of imaging signals,
A predetermined noise reduction control signal used in the noise reduction process is common to each pixel in the plurality of imaging signals,
The light receiving section receives light in synchronization with the irradiation of light by the light emitting section, accumulates a first amount of received light, and then receives light from the end of irradiation of light by the light emitting section and accumulates a second amount of received light. ,
The control unit includes:
A first imaging signal based on the first amount of received light is used to generate a predetermined first control signal, and a second imaging signal based on the second amount of received light is used to generate a predetermined second control signal. ,
The first control signal indicates the position of a pixel to be subjected to the noise reduction process among each pixel included in the first image pickup signal, and also indicates the pixel value of pixels in the vicinity of the target pixel. and the pixel value of the target pixel;
The second control signal indicates the position of the pixel to be subjected to the noise reduction process among the pixels included in the second image pickup signal, and also indicates the pixel value of the pixels in the vicinity of the target pixel. and the pixel value of the target pixel;
Generating the noise reduction control signal based on a composite signal obtained by combining the first control signal and the second control signal in a predetermined manner for each pixel.
A distance measuring device featuring:
前記制御部が行う前記雑音低減処理は、
前記第1撮像信号及び前記第2撮像信号のそれぞれにおいて、前記雑音低減制御信号で位置が示される画素の画素値の和を当該画素の個数で除算してなる平均値を、新たな画素値として置き換える処理である、
又は、
前記第1撮像信号及び前記第2撮像信号のそれぞれにおいて、前記雑音低減制御信号で位置が示される画素の画素値に基づき、前記対象となる画素の位置を基準として算出した加重平均を、新たな画素値として置き換える処理であること
を特徴とする請求項又は請求項に記載の距離測定装置。
The noise reduction process performed by the control unit includes:
In each of the first imaging signal and the second imaging signal, an average value obtained by dividing the sum of pixel values of pixels whose positions are indicated by the noise reduction control signal by the number of the pixels is set as a new pixel value. The process of replacing
Or
In each of the first imaging signal and the second imaging signal, a new weighted average is calculated based on the pixel value of the pixel whose position is indicated by the noise reduction control signal, and the position of the target pixel is used as a reference. The distance measuring device according to claim 1 or 2, wherein the distance measuring device is a process of replacing as a pixel value.
対象物に光を照射する発光部と、
前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Time-of-Flight方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第1受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第2受光量を蓄積し、さらに、前記第2受光量の受光の終了時から受光して、第3受光量を蓄積し、
前記制御部は、前記第1受光量に基づく第1撮像信号と、前記第2受光量に基づく第2撮像信号と、前記第3受光量に基づく第3撮像信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、
前記雑音低減制御信号は、前記合成信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であること
を特徴とする距離測定装置。
a light emitting part that irradiates light to a target object;
a light receiving unit that receives light including reflected light from the target object a plurality of times with predetermined timing shifts, and accumulates the amount of light received for each of the plurality of light receptions;
a control unit that calculates the distance to the object for each pixel based on a time-of-flight method using a plurality of imaging signals corresponding to the plurality of light receptions,
The control unit performs noise reduction processing to reduce noise in each of the plurality of imaging signals,
A predetermined noise reduction control signal used in the noise reduction process is common to each pixel in the plurality of imaging signals,
The light receiving section receives light in synchronization with the irradiation of light by the light emitting section, accumulates a first amount of received light, and then receives light from the end of irradiation of light by the light emitting section and accumulates a second amount of received light. , further, receiving light from the end of receiving the second amount of received light and accumulating a third amount of received light;
The control unit is configured to predetermined, for each pixel, a first image signal based on the first amount of received light, a second image signal based on the second amount of received light, and a third image signal based on the third amount of received light. Generating the noise reduction control signal using the synthesized signal,
The noise reduction control signal indicates the position of a pixel to be subjected to the noise reduction processing among each pixel included in the composite signal, and also indicates the pixel value and the The signal indicates the position of a target pixel where the absolute value of the difference between the pixel value and the pixel value is less than or equal to a predetermined value.
A distance measuring device featuring:
対象物に光を照射する発光部と、
前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Time-of-Flight方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第1受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第2受光量を蓄積し、さらに、前記第2受光量の受光の終了時から受光して、第3受光量を蓄積し、
前記制御部は、
前記第1受光量に基づく第1撮像信号を用いて、所定の第1制御信号を生成するとともに、前記第2受光量に基づく第2撮像信号を用いて、所定の第2制御信号を生成し、さらに、前記第3受光量に基づく第3撮像信号を用いて、所定の第3制御信号を生成し、
前記第1制御信号は、前記第1撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第2制御信号は、前記第2撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第3制御信号は、前記第3撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第1制御信号と、前記第2制御信号と、前記第3制御信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号に基づいて、前記雑音低減制御信号を生成すること
を特徴とする距離測定装置。
a light emitting part that irradiates light to a target object;
a light receiving unit that receives light including reflected light from the target object a plurality of times with predetermined timing shifts, and accumulates the amount of light received for each of the plurality of light receptions;
a control unit that calculates the distance to the object for each pixel based on a time-of-flight method using a plurality of imaging signals corresponding to the plurality of light receptions,
The control unit performs noise reduction processing to reduce noise in each of the plurality of imaging signals,
A predetermined noise reduction control signal used in the noise reduction process is common to each pixel in the plurality of imaging signals,
The light receiving section receives light in synchronization with the irradiation of light by the light emitting section, accumulates a first amount of received light, and then receives light from the end of irradiation of light by the light emitting section and accumulates a second amount of received light. , further, receiving light from the end of receiving the second amount of received light and accumulating a third amount of received light;
The control unit includes:
A first imaging signal based on the first amount of received light is used to generate a predetermined first control signal, and a second imaging signal based on the second amount of received light is used to generate a predetermined second control signal. , further generating a predetermined third control signal using a third imaging signal based on the third amount of received light;
The first control signal indicates the position of a pixel to be subjected to the noise reduction process among each pixel included in the first image pickup signal, and also indicates the pixel value of pixels in the vicinity of the target pixel. and the pixel value of the target pixel;
The second control signal indicates the position of the pixel to be subjected to the noise reduction process among the pixels included in the second image pickup signal, and also indicates the pixel value of the pixels in the vicinity of the target pixel. and the pixel value of the target pixel;
The third control signal indicates the position of a pixel to be subjected to the noise reduction process among each pixel included in the third image pickup signal, and also indicates the pixel value of pixels in the vicinity of the target pixel. and the pixel value of the target pixel;
Generating the noise reduction control signal based on a composite signal obtained by combining the first control signal, the second control signal, and the third control signal in a predetermined manner for each pixel.
A distance measuring device featuring:
前記制御部が行う前記雑音低減処理は、
前記第1撮像信号、前記第2撮像信号、及び前記第3撮像信号のそれぞれにおいて、前記雑音低減制御信号で位置が示される画素の画素値の和を当該画素の個数で除算してなる平均値を、新たな画素値として置き換える処理である、
又は、
前記第1撮像信号、前記第2撮像信号、及び前記第3撮像信号のそれぞれにおいて、前記雑音低減制御信号で位置が示される画素の画素値に基づき、前記対象となる画素の位置を基準として算出した加重平均を、新たな画素値として置き換える処理であること
を特徴とする請求項又は請求項に記載の距離測定装置。
The noise reduction process performed by the control unit includes:
In each of the first imaging signal, the second imaging signal, and the third imaging signal, an average value obtained by dividing the sum of pixel values of pixels whose positions are indicated by the noise reduction control signal by the number of the pixels. This is a process of replacing , as a new pixel value,
Or
In each of the first image signal, the second image signal, and the third image signal, calculate based on the pixel value of the pixel whose position is indicated by the noise reduction control signal, with the position of the target pixel as a reference. 6. The distance measuring device according to claim 4 , wherein the distance measuring device is a process of replacing the calculated weighted average as a new pixel value.
前記制御部は、所定のフィルタを用いて前記合成信号を平滑化し、平滑化後の前記合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、
前記フィルタは、平均フィルタ、ガウシアンフィルタ、又はメディアンフィルタであること
を特徴とする請求項又は請求項に記載の距離測定装置。
The control unit smoothes the composite signal using a predetermined filter, and generates the noise reduction control signal using the smoothed composite signal,
The distance measuring device according to claim 1 or 4 , wherein the filter is an average filter, a Gaussian filter, or a median filter.
対象物に光を照射する発光処理と、
前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光処理と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Time-of-Flight方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する演算処理と、を順次に行い、
前記演算処理には、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理が含まれ、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光処理では、前記発光処理による光の照射に同期して受光し、第1受光量を蓄積した後、前記発光処理による光の照射の終了時から受光して、第2受光量を蓄積し、
前記演算処理では、前記第1受光量に基づく第1撮像信号と、前記第2受光量に基づく第2撮像信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、
前記雑音低減制御信号は、前記合成信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であること
を特徴とする距離測定方法。
A light emitting process that irradiates the target with light,
a light reception process of receiving light including reflected light from the target object multiple times with predetermined timing shifts, and accumulating the amount of light received for each of the multiple times;
Sequentially performing calculation processing for calculating a distance to the object for each pixel based on a time-of-flight method using a plurality of imaging signals corresponding to the plurality of light receptions,
The arithmetic processing includes noise reduction processing that reduces noise in each of the plurality of imaging signals,
A predetermined noise reduction control signal used in the noise reduction process is common to each pixel in the plurality of imaging signals,
In the light reception process, light is received in synchronization with the light irradiation by the light emission process and a first amount of received light is accumulated, and then light is received from the end of the light irradiation by the light emission process and a second amount of received light is accumulated. ,
In the arithmetic processing, the noise reduction is performed using a composite signal obtained by combining a first image signal based on the first amount of received light and a second image signal based on the second amount of received light for each pixel in a predetermined manner. generate a control signal,
The noise reduction control signal indicates the position of a pixel to be subjected to the noise reduction processing among each pixel included in the composite signal, and also indicates the pixel value and the The signal indicates the position of a target pixel where the absolute value of the difference between the pixel value and the pixel value is less than or equal to a predetermined value.
A distance measurement method characterized by:
請求項に記載の距離測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute the distance measuring method according to claim 8 .
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