JP2001313958A - ３次元画像入力装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 撮像素子の出力レンジを実質的に拡大させる
ことなく、被計測物体の３次元形状を検出する測距精度
を向上させる。 【解決手段】 第１の反射光成分検出動作において、測
距光のパルス形状は三角形である。電荷蓄積期間ＴU は
測距光のパルスの消滅と同時に開始し、反射光のパルス
の消滅の後、終了する。すなわち反射光のうち時間ＴD
に相当する信号電荷を検出する。第２の反射光成分検出
動作において、補正光のパルス形状は矩形であり、電荷
蓄積期間ＴU は補正光のパルスの消滅と同時に開始し、
反射光のパルスの消滅の後、終了する。すなわち反射光
のうち時間ＴD に相当する信号電荷を検出する。第１の
反射光成分検出動作において得られた信号電荷を、第２
の反射光成分検出動作において得られた信号電荷によっ
て割算することにより、被計測物体までの距離が求めら
れる。
ことなく、被計測物体の３次元形状を検出する測距精度
を向上させる。 【解決手段】 第１の反射光成分検出動作において、測
距光のパルス形状は三角形である。電荷蓄積期間ＴU は
測距光のパルスの消滅と同時に開始し、反射光のパルス
の消滅の後、終了する。すなわち反射光のうち時間ＴD
に相当する信号電荷を検出する。第２の反射光成分検出
動作において、補正光のパルス形状は矩形であり、電荷
蓄積期間ＴU は補正光のパルスの消滅と同時に開始し、
反射光のパルスの消滅の後、終了する。すなわち反射光
のうち時間ＴD に相当する信号電荷を検出する。第１の
反射光成分検出動作において得られた信号電荷を、第２
の反射光成分検出動作において得られた信号電荷によっ
て割算することにより、被計測物体までの距離が求めら
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝播時間測定法
を用いて被計測物体の３次元形状等を検出する３次元画
像入力装置に関する。
を用いて被計測物体の３次元形状等を検出する３次元画
像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来３次元画像入力装置として、パルス
状の測距光を一定の周期で被計測物体に照射し、被計測
物体からのパルス状の反射光をＣＣＤ等の撮像素子によ
って受光するとともに積分するものが知られている。す
なわちＣＣＤの各フォトダイオ−ドは、被計測物体の表
面上の各点に対応しており、各点までの距離に対応した
電荷が蓄積される。これにより、被計測物体の表面形状
が計測される。
状の測距光を一定の周期で被計測物体に照射し、被計測
物体からのパルス状の反射光をＣＣＤ等の撮像素子によ
って受光するとともに積分するものが知られている。す
なわちＣＣＤの各フォトダイオ−ドは、被計測物体の表
面上の各点に対応しており、各点までの距離に対応した
電荷が蓄積される。これにより、被計測物体の表面形状
が計測される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の３次
元画像入力装置において、測距精度を向上させるために
反射率の補正のための情報を検出するように構成する
と、ＣＣＤ等の撮像素子の出力レンジの幅を拡大する必
要が生じることがあり、このような場合、測距精度を十
分に向上させることは難しい。
元画像入力装置において、測距精度を向上させるために
反射率の補正のための情報を検出するように構成する
と、ＣＣＤ等の撮像素子の出力レンジの幅を拡大する必
要が生じることがあり、このような場合、測距精度を十
分に向上させることは難しい。
【０００４】本発明は、撮像素子の出力レンジを実質的
に拡大させることなく、被計測物体の３次元形状を検出
する測距精度を向上させることを目的としている。
に拡大させることなく、被計測物体の３次元形状を検出
する測距精度を向上させることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の３次元画像入力
装置は、パルス状の測距光であって、各パルスにおいて
高さが時間的に変化する測距光を被計測物体に照射する
測距光照射手段と、測距光によって被計測物体において
生じたパルス状の反射光を第１の反射光検知期間の間だ
け受光することにより、第１の反射光成分を検出する第
１の反射光成分検出手段と、高さが一定であるパルス状
の補正光を被計測物体に照射する補正光照射手段と、補
正光によって被計測物体において生じたパルス状の反射
光を第２の反射光検知期間の間だけ受光することによ
り、第２の反射光成分を検出する第２の反射光成分検出
手段と、第１の反射光成分を第２の反射光成分によって
割算することにより、被計測物体の表面の各点までの距
離に対応した３次元距離情報を求める距離情報算出手段
とを備えたことを特徴としている。
装置は、パルス状の測距光であって、各パルスにおいて
高さが時間的に変化する測距光を被計測物体に照射する
測距光照射手段と、測距光によって被計測物体において
生じたパルス状の反射光を第１の反射光検知期間の間だ
け受光することにより、第１の反射光成分を検出する第
１の反射光成分検出手段と、高さが一定であるパルス状
の補正光を被計測物体に照射する補正光照射手段と、補
正光によって被計測物体において生じたパルス状の反射
光を第２の反射光検知期間の間だけ受光することによ
り、第２の反射光成分を検出する第２の反射光成分検出
手段と、第１の反射光成分を第２の反射光成分によって
割算することにより、被計測物体の表面の各点までの距
離に対応した３次元距離情報を求める距離情報算出手段
とを備えたことを特徴としている。
【０００６】測距光のパルス高さは直線的に変化し、例
えば減少することが好ましい。これによれば、距離情報
算出手段による演算が簡単になる。
えば減少することが好ましい。これによれば、距離情報
算出手段による演算が簡単になる。
【０００７】好ましくは、第１の反射光検知期間は測距
光のパルスの消滅から開始し、第２の反射光検知期間は
補正光のパルスの消滅から開始する。
光のパルスの消滅から開始し、第２の反射光検知期間は
補正光のパルスの消滅から開始する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である
３次元画像入力装置を備えたカメラの斜視図である。
を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である
３次元画像入力装置を備えたカメラの斜視図である。
【０００９】カメラ本体１０の前面において、撮影レン
ズ１１の左上にはファインダ窓１２が設けられ、右上に
はストロボ１３が設けられている。カメラ本体１０の上
面において、撮影レンズ１１の真上には、測距光である
レ−ザ光を照射する発光装置（光源）１４が配設されて
いる。発光装置１４の左側にはレリ−ズスイッチ１５と
液晶表示パネル１６が設けられ、また右側にはモ−ド切
替ダイヤル１７とＶ／Ｄモ−ド切替スイッチ１８が設け
られている。カメラ本体１０の側面には、ＩＣメモリカ
−ド等の記録媒体を挿入するためのカ−ド挿入口１９が
形成され、またビデオ出力端子２０とインタ−フェ−ス
コネクタ２１が設けられている。
ズ１１の左上にはファインダ窓１２が設けられ、右上に
はストロボ１３が設けられている。カメラ本体１０の上
面において、撮影レンズ１１の真上には、測距光である
レ−ザ光を照射する発光装置（光源）１４が配設されて
いる。発光装置１４の左側にはレリ−ズスイッチ１５と
液晶表示パネル１６が設けられ、また右側にはモ−ド切
替ダイヤル１７とＶ／Ｄモ−ド切替スイッチ１８が設け
られている。カメラ本体１０の側面には、ＩＣメモリカ
−ド等の記録媒体を挿入するためのカ−ド挿入口１９が
形成され、またビデオ出力端子２０とインタ−フェ−ス
コネクタ２１が設けられている。
【００１０】図２は図１に示すカメラの回路構成を示す
ブロック図である。撮影レンズ１１の中には絞り２５が
設けられている。絞り２５の開度はアイリス駆動回路２
６によって調整される。撮影レンズ１１の焦点調節動作
およびズ−ミング動作はレンズ駆動回路２７によって制
御される。
ブロック図である。撮影レンズ１１の中には絞り２５が
設けられている。絞り２５の開度はアイリス駆動回路２
６によって調整される。撮影レンズ１１の焦点調節動作
およびズ−ミング動作はレンズ駆動回路２７によって制
御される。
【００１１】撮影レンズ１１の光軸上には撮像素子（Ｃ
ＣＤ）２８が配設されている。ＣＣＤ２８には、撮影レ
ンズ１１によって被写体像が形成され、被写体像に対応
した電荷が発生する。ＣＣＤ２８における電荷の蓄積動
作、電荷の読出動作等の動作はＣＣＤ駆動回路３０によ
って制御される。ＣＣＤ２８から読み出された電荷信号
すなわち画像信号はアンプ３１において増幅され、Ａ／
Ｄ変換器３２においてアナログ信号からデジタル信号に
変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路３
３においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ３
４に一時的に格納される。アイリス駆動回路２６、レン
ズ駆動回路２７、ＣＣＤ駆動回路３０、撮像信号処理回
路３３はシステムコントロ−ル回路３５によって制御さ
れる。
ＣＤ）２８が配設されている。ＣＣＤ２８には、撮影レ
ンズ１１によって被写体像が形成され、被写体像に対応
した電荷が発生する。ＣＣＤ２８における電荷の蓄積動
作、電荷の読出動作等の動作はＣＣＤ駆動回路３０によ
って制御される。ＣＣＤ２８から読み出された電荷信号
すなわち画像信号はアンプ３１において増幅され、Ａ／
Ｄ変換器３２においてアナログ信号からデジタル信号に
変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路３
３においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ３
４に一時的に格納される。アイリス駆動回路２６、レン
ズ駆動回路２７、ＣＣＤ駆動回路３０、撮像信号処理回
路３３はシステムコントロ−ル回路３５によって制御さ
れる。
【００１２】画像信号は画像メモリ３４から読み出さ
れ、ＬＣＤ駆動回路３６に供給される。ＬＣＤ駆動回路
３６は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示Ｌ
ＣＤパネル３７には、画像信号に対応した画像が表示さ
れる。
れ、ＬＣＤ駆動回路３６に供給される。ＬＣＤ駆動回路
３６は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示Ｌ
ＣＤパネル３７には、画像信号に対応した画像が表示さ
れる。
【００１３】また画像メモリ３４から読み出された画像
信号はＴＶ信号エンコ−ダ３８に送られ、ビデオ出力端
子２０を介して、カメラ本体１０の外部に設けられたモ
ニタ装置３９に伝送可能である。システムコントロ−ル
回路３５はインタ−フェ−ス回路４０に接続され、イン
タ−フェ−ス回路４０はインタ−フェ−スコネクタ２１
に接続されている。したがって画像メモリ３４から読み
出された画像信号は、インタ−フェ−スコネクタ２１に
接続されたコンピュ−タ４１に伝送可能である。またシ
ステムコントロ−ル回路３５は、記録媒体制御回路４２
を介して画像記録装置４３に接続されている。したがっ
て画像メモリ３４から読み出された画像信号は、画像記
録装置４３に装着されたＩＣメモリカ−ド等の記録媒体
Ｍに記録可能である。
信号はＴＶ信号エンコ−ダ３８に送られ、ビデオ出力端
子２０を介して、カメラ本体１０の外部に設けられたモ
ニタ装置３９に伝送可能である。システムコントロ−ル
回路３５はインタ−フェ−ス回路４０に接続され、イン
タ−フェ−ス回路４０はインタ−フェ−スコネクタ２１
に接続されている。したがって画像メモリ３４から読み
出された画像信号は、インタ−フェ−スコネクタ２１に
接続されたコンピュ−タ４１に伝送可能である。またシ
ステムコントロ−ル回路３５は、記録媒体制御回路４２
を介して画像記録装置４３に接続されている。したがっ
て画像メモリ３４から読み出された画像信号は、画像記
録装置４３に装着されたＩＣメモリカ−ド等の記録媒体
Ｍに記録可能である。
【００１４】システムコントロ−ル回路３５には、発光
素子制御回路４４が接続されている。発光装置１４には
発光素子１４ａと照明レンズ１４ｂが設けられ、発光素
子１４ａの発光動作は発光素子制御回路４４によって制
御される。発光素子１４ａはパルス状のレ−ザ光を照射
するものであり、このレ−ザ光は照明レンズ１４ｂを介
して被計測物体の全体に照射される。レ−ザ光のパルス
の形状は、後述するように、矩形と三角形の２種類であ
る。被計測物体において反射した光は撮影レンズ１１に
入射する。この光をＣＣＤ２８によって検出することに
より、後述するように被計測物体の３次元画像が計測さ
れる。なお、この計測において、ＣＣＤ２８における転
送動作のタイミング等の制御はシステムコントロ−ル回
路３５とＣＣＤ駆動回路３０によって行なわれる。
素子制御回路４４が接続されている。発光装置１４には
発光素子１４ａと照明レンズ１４ｂが設けられ、発光素
子１４ａの発光動作は発光素子制御回路４４によって制
御される。発光素子１４ａはパルス状のレ−ザ光を照射
するものであり、このレ−ザ光は照明レンズ１４ｂを介
して被計測物体の全体に照射される。レ−ザ光のパルス
の形状は、後述するように、矩形と三角形の２種類であ
る。被計測物体において反射した光は撮影レンズ１１に
入射する。この光をＣＣＤ２８によって検出することに
より、後述するように被計測物体の３次元画像が計測さ
れる。なお、この計測において、ＣＣＤ２８における転
送動作のタイミング等の制御はシステムコントロ−ル回
路３５とＣＣＤ駆動回路３０によって行なわれる。
【００１５】システムコントロ−ル回路３５には、レリ
−ズスイッチ１５、モ−ド切替ダイヤル１７、Ｖ／Ｄモ
−ド切替スイッチ１８から成るスイッチ群４５と、液晶
表示パネル（表示素子）１６とが接続されている。
−ズスイッチ１５、モ−ド切替ダイヤル１７、Ｖ／Ｄモ
−ド切替スイッチ１８から成るスイッチ群４５と、液晶
表示パネル（表示素子）１６とが接続されている。
【００１６】図３および図４を参照して、本実施形態に
おける距離測定の原理を説明する。なお図４において横
軸は時間ｔである。
おける距離測定の原理を説明する。なお図４において横
軸は時間ｔである。
【００１７】距離測定装置Ｂから出力された測距光は被
計測物体Ｓにおいて反射し、図示しないＣＣＤによって
受光される。測距光は所定のパルス幅Ｈを有するパルス
状の光であり、したがって被計測物体Ｓからの反射光
も、同じパルス幅Ｈを有するパルス状の光である。また
反射光のパルスの立ち下がりは、測距光のパルスの立ち
下がりよりも時間δ・ｔ（δは遅延係数）だけ遅れる。
測距光と反射光は距離測定装置Ｂと被計測物体Ｓの間の
２倍の距離ｒを進んだことになるから、その距離ｒは ｒ＝δ・ｔ・Ｃ／２ により得られる。ただしＣは光速である。
計測物体Ｓにおいて反射し、図示しないＣＣＤによって
受光される。測距光は所定のパルス幅Ｈを有するパルス
状の光であり、したがって被計測物体Ｓからの反射光
も、同じパルス幅Ｈを有するパルス状の光である。また
反射光のパルスの立ち下がりは、測距光のパルスの立ち
下がりよりも時間δ・ｔ（δは遅延係数）だけ遅れる。
測距光と反射光は距離測定装置Ｂと被計測物体Ｓの間の
２倍の距離ｒを進んだことになるから、その距離ｒは ｒ＝δ・ｔ・Ｃ／２ により得られる。ただしＣは光速である。
【００１８】例えば測距光のパルスの立ち下がりから反
射光を検知可能な状態に定め、反射光のパルスが立ち下
がった後に検知不可能な状態に切換えて、反射光のパル
スの立ち下がりまでの成分を検出するようにすると、す
なわち反射光検知期間Ｔを設けると、この反射光検知期
間Ｔにおける受光量Ａは距離ｒの関数である。すなわち
受光量Ａは、距離ｒが大きくなるほど（時間δ・ｔが大
きくなるほど）大きくなる。
射光を検知可能な状態に定め、反射光のパルスが立ち下
がった後に検知不可能な状態に切換えて、反射光のパル
スの立ち下がりまでの成分を検出するようにすると、す
なわち反射光検知期間Ｔを設けると、この反射光検知期
間Ｔにおける受光量Ａは距離ｒの関数である。すなわち
受光量Ａは、距離ｒが大きくなるほど（時間δ・ｔが大
きくなるほど）大きくなる。
【００１９】本実施形態では上述した原理を利用して、
ＣＣＤ２８に設けられ、２次元的に配列された複数のフ
ォトダイオ−ド（光電変換素子）においてそれぞれ受光
量Ａを検出することにより、カメラ本体１０から被計測
物体Ｓの表面の各点までの距離をそれぞれ検出し、被計
測物体Ｓの表面形状に関する３次元画像のデ−タを一括
して入力している。
ＣＣＤ２８に設けられ、２次元的に配列された複数のフ
ォトダイオ−ド（光電変換素子）においてそれぞれ受光
量Ａを検出することにより、カメラ本体１０から被計測
物体Ｓの表面の各点までの距離をそれぞれ検出し、被計
測物体Ｓの表面形状に関する３次元画像のデ−タを一括
して入力している。
【００２０】図５は、被計測物体の表面の各点までの距
離に関するデ−タを検出する第１の反射光成分検出動作
のタイミングチャ−トである。図１、図２、図５を参照
して第１の反射光成分検出動作を説明する。なお図４で
は、測距光と反射光のパルス形状は矩形であったが、こ
れは説明の簡単のためであり、実際には図７に示すよう
に三角形を呈し、すなわち測距光と反射光のパルス形状
は全体として鋸歯状である。
離に関するデ−タを検出する第１の反射光成分検出動作
のタイミングチャ−トである。図１、図２、図５を参照
して第１の反射光成分検出動作を説明する。なお図４で
は、測距光と反射光のパルス形状は矩形であったが、こ
れは説明の簡単のためであり、実際には図７に示すよう
に三角形を呈し、すなわち測距光と反射光のパルス形状
は全体として鋸歯状である。
【００２１】垂直同期信号Ｓ１の出力に同期して発光装
置１４が起動され、三角形のパルス状の測距光Ｓ３が周
期的に出力される。測距光Ｓ３は一定のパルス幅を有
し、時間軸に対し垂直に立ち上がって高さが直線的に減
少する。測距光Ｓ３は被計測物体において反射し、ＣＣ
Ｄ２８に入射する。すなわちＣＣＤ２８によって被計測
物体からの反射光Ｓ４が受光される。反射光Ｓ４のパル
ス形状も測距光Ｓ３と同様な三角形を呈する。
置１４が起動され、三角形のパルス状の測距光Ｓ３が周
期的に出力される。測距光Ｓ３は一定のパルス幅を有
し、時間軸に対し垂直に立ち上がって高さが直線的に減
少する。測距光Ｓ３は被計測物体において反射し、ＣＣ
Ｄ２８に入射する。すなわちＣＣＤ２８によって被計測
物体からの反射光Ｓ４が受光される。反射光Ｓ４のパル
ス形状も測距光Ｓ３と同様な三角形を呈する。
【００２２】測距光Ｓ３の個々のパルスが消滅するタイ
ミングに合わせて、電荷掃出し信号（パルス信号）Ｓ２
が出力される。電荷掃出し信号Ｓ２の出力は、測距光Ｓ
３のパルスが消滅するのと同時に終了するように制御さ
れる。これによりフォトダイオ−ドに蓄積していた不要
電荷が基板の方向に掃出される。測距光Ｓ３の出力から
一定時間が経過したとき、電荷転送信号（パルス信号）
Ｓ５が出力され、これによりフォトダイオ−ドに蓄積さ
れた電荷が垂直転送部に転送される。なお、電荷転送信
号Ｓ５の出力は、反射光Ｓ４のパルスの消滅よりも後に
行なわれる。
ミングに合わせて、電荷掃出し信号（パルス信号）Ｓ２
が出力される。電荷掃出し信号Ｓ２の出力は、測距光Ｓ
３のパルスが消滅するのと同時に終了するように制御さ
れる。これによりフォトダイオ−ドに蓄積していた不要
電荷が基板の方向に掃出される。測距光Ｓ３の出力から
一定時間が経過したとき、電荷転送信号（パルス信号）
Ｓ５が出力され、これによりフォトダイオ−ドに蓄積さ
れた電荷が垂直転送部に転送される。なお、電荷転送信
号Ｓ５の出力は、反射光Ｓ４のパルスの消滅よりも後に
行なわれる。
【００２３】このように電荷掃出し信号Ｓ２の出力の終
了から電荷転送信号Ｓ５の出力までの期間ＴU の間、フ
ォトダイオ−ドには、被計測物体までの距離に対応した
信号電荷が蓄積される。すなわち測距光Ｓ３が出力され
る期間ＴS の終了と同時に電荷蓄積期間ＴU が開始し、
電荷蓄積期間ＴU の間（すなわち第１の反射光検知期
間）に、反射光Ｓ４の一部のみ（すなわち反射光Ｓ４の
パルスの高さの低い部分である第１の反射光成分）がＣ
ＣＤ２８によって検知され、検知された光によって生じ
る信号電荷Ｓ６は被計測物体までの距離に対応してい
る。換言すれば、被計測物体からの反射光Ｓ４のうち、
電荷蓄積期間ＴU 内にフォトダイオ−ドに到達した光に
対応した信号電荷Ｓ６がフォトダイオ−ドに蓄積され
る。この信号電荷Ｓ６は、電荷転送信号Ｓ５によって垂
直転送部に転送される。
了から電荷転送信号Ｓ５の出力までの期間ＴU の間、フ
ォトダイオ−ドには、被計測物体までの距離に対応した
信号電荷が蓄積される。すなわち測距光Ｓ３が出力され
る期間ＴS の終了と同時に電荷蓄積期間ＴU が開始し、
電荷蓄積期間ＴU の間（すなわち第１の反射光検知期
間）に、反射光Ｓ４の一部のみ（すなわち反射光Ｓ４の
パルスの高さの低い部分である第１の反射光成分）がＣ
ＣＤ２８によって検知され、検知された光によって生じ
る信号電荷Ｓ６は被計測物体までの距離に対応してい
る。換言すれば、被計測物体からの反射光Ｓ４のうち、
電荷蓄積期間ＴU 内にフォトダイオ−ドに到達した光に
対応した信号電荷Ｓ６がフォトダイオ−ドに蓄積され
る。この信号電荷Ｓ６は、電荷転送信号Ｓ５によって垂
直転送部に転送される。
【００２４】電荷転送信号Ｓ５の出力から一定時間が経
過した後、再び電荷掃出し信号Ｓ２が出力され、垂直転
送部への信号電荷の転送後にフォトダイオ−ドに蓄積さ
れた不要電荷が基板の方向へ掃出される。すなわち、フ
ォトダイオ−ドにおいて新たに、次の測距光の照射によ
る信号電荷の蓄積が開始する。そして、上述したのと同
様に、電荷蓄積期間ＴU が経過したとき、信号電荷は垂
直転送部へ転送される。
過した後、再び電荷掃出し信号Ｓ２が出力され、垂直転
送部への信号電荷の転送後にフォトダイオ−ドに蓄積さ
れた不要電荷が基板の方向へ掃出される。すなわち、フ
ォトダイオ−ドにおいて新たに、次の測距光の照射によ
る信号電荷の蓄積が開始する。そして、上述したのと同
様に、電荷蓄積期間ＴU が経過したとき、信号電荷は垂
直転送部へ転送される。
【００２５】このような信号電荷Ｓ６の垂直転送部への
転送動作は、次の垂直同期信号Ｓ１が出力されるまで、
繰り返し実行される。これにより垂直転送部において、
信号電荷Ｓ６が積分され、１フィ−ルドの期間（２つの
垂直同期信号Ｓ１によって挟まれる期間）に積分された
信号電荷Ｓ６は、その期間被計測物体が静止していると
見做せれば、被計測物体までの距離に対応している。
転送動作は、次の垂直同期信号Ｓ１が出力されるまで、
繰り返し実行される。これにより垂直転送部において、
信号電荷Ｓ６が積分され、１フィ−ルドの期間（２つの
垂直同期信号Ｓ１によって挟まれる期間）に積分された
信号電荷Ｓ６は、その期間被計測物体が静止していると
見做せれば、被計測物体までの距離に対応している。
【００２６】以上説明した信号電荷Ｓ６の検出動作は１
つのフォトダイオ−ドに関するものであり、全てのフォ
トダイオ−ドにおいてこのような検出動作が行なわれ
る。１フィ−ルドの期間の検出動作の結果、各フォトダ
イオ−ドに隣接した垂直転送部の各部位には、そのフォ
トダイオ−ドによって検出された距離情報が保持され
る。この距離情報は垂直転送部における垂直転送動作に
および図示しない水平転送部における水平転送動作によ
ってＣＣＤ２８から出力され、被計測物体の３次元画像
デ−タとして、３次元画像入力装置の外部に取り出され
る。
つのフォトダイオ−ドに関するものであり、全てのフォ
トダイオ−ドにおいてこのような検出動作が行なわれ
る。１フィ−ルドの期間の検出動作の結果、各フォトダ
イオ−ドに隣接した垂直転送部の各部位には、そのフォ
トダイオ−ドによって検出された距離情報が保持され
る。この距離情報は垂直転送部における垂直転送動作に
および図示しない水平転送部における水平転送動作によ
ってＣＣＤ２８から出力され、被計測物体の３次元画像
デ−タとして、３次元画像入力装置の外部に取り出され
る。
【００２７】上述のようにしてＣＣＤ２８により検出さ
れた反射光は、被計測物体の表面の反射率の影響を受け
ている。したがって、この反射光を介して得られた距離
情報は反射率に起因する誤差を含んでいる。また、ＣＣ
Ｄ２８により検出された反射光には、被計測物体からの
反射光以外に外光等の外乱成分も含まれており、これに
起因する誤差も存在する。したがって距離情報検出動作
では、被計測物体の反射率、外乱等の影響を補正するこ
とが好ましい。次に、これらの補正を行なう距離情報検
出動作について説明する。
れた反射光は、被計測物体の表面の反射率の影響を受け
ている。したがって、この反射光を介して得られた距離
情報は反射率に起因する誤差を含んでいる。また、ＣＣ
Ｄ２８により検出された反射光には、被計測物体からの
反射光以外に外光等の外乱成分も含まれており、これに
起因する誤差も存在する。したがって距離情報検出動作
では、被計測物体の反射率、外乱等の影響を補正するこ
とが好ましい。次に、これらの補正を行なう距離情報検
出動作について説明する。
【００２８】図６〜図８は、第１の外乱成分、第２の反
射光成分および第２の外乱成分の検出動作を示し、図９
と図１０は距離情報検出動作のフロ−チャ−トである。
図１、図２、図５〜図１０を参照して、被計測物体の反
射率、外乱等の影響を補正する距離情報検出動作を説明
する。すなわち図５に関し、説明は重複する。
射光成分および第２の外乱成分の検出動作を示し、図９
と図１０は距離情報検出動作のフロ−チャ−トである。
図１、図２、図５〜図１０を参照して、被計測物体の反
射率、外乱等の影響を補正する距離情報検出動作を説明
する。すなわち図５に関し、説明は重複する。
【００２９】ステップ１０１においてレリ−ズスイッチ
１５が全押しされていることが確認されるとステップ１
０２が実行され、ビデオ（Ｖ）モ−ドと距離測定（Ｄ）
モ−ドのいずれが選択されているかが判定される。これ
らのモ−ド間における切替はＶ／Ｄモ−ド切替スイッチ
１８を操作することによって行なわれる。
１５が全押しされていることが確認されるとステップ１
０２が実行され、ビデオ（Ｖ）モ−ドと距離測定（Ｄ）
モ−ドのいずれが選択されているかが判定される。これ
らのモ−ド間における切替はＶ／Ｄモ−ド切替スイッチ
１８を操作することによって行なわれる。
【００３０】Ｄモ−ドが選択されているとき、ステップ
１０３〜１０７において、第１の反射光成分検出動作が
実行される。ステップ１０３では、垂直同期信号Ｓ１が
出力されるとともに測距光制御が開始される。すなわち
発光装置１４が駆動され、三角形のパルスの測距光Ｓ３
が断続的に出力される。次いでステップ１０４が実行さ
れ、ＣＣＤ２８による検知制御が開始される。すなわち
図５を参照して説明した第１の反射光成分検出動作が開
始され、電荷掃出し信号Ｓ２と電荷転送信号Ｓ５が交互
に出力されて、第１の反射光成分の信号電荷Ｓ６が垂直
転送部において積分される。
１０３〜１０７において、第１の反射光成分検出動作が
実行される。ステップ１０３では、垂直同期信号Ｓ１が
出力されるとともに測距光制御が開始される。すなわち
発光装置１４が駆動され、三角形のパルスの測距光Ｓ３
が断続的に出力される。次いでステップ１０４が実行さ
れ、ＣＣＤ２８による検知制御が開始される。すなわち
図５を参照して説明した第１の反射光成分検出動作が開
始され、電荷掃出し信号Ｓ２と電荷転送信号Ｓ５が交互
に出力されて、第１の反射光成分の信号電荷Ｓ６が垂直
転送部において積分される。
【００３１】ステップ１０５では、第１の反射光成分検
出動作の開始から１フィ−ルド期間が終了したか否か、
すなわち新たに垂直同期信号Ｓ１が出力されたか否かが
判定される。１フィ−ルド期間が終了するとステップ１
０６へ進み、第１の反射光成分の信号電荷Ｓ６がＣＣＤ
２８から出力される。この信号電荷Ｓ６はステップ１０
７において画像メモリ３４に一時的に記憶される。ステ
ップ１０８では測距光制御がオフ状態に切換えられ、発
光装置１４の発光動作が停止する。
出動作の開始から１フィ−ルド期間が終了したか否か、
すなわち新たに垂直同期信号Ｓ１が出力されたか否かが
判定される。１フィ−ルド期間が終了するとステップ１
０６へ進み、第１の反射光成分の信号電荷Ｓ６がＣＣＤ
２８から出力される。この信号電荷Ｓ６はステップ１０
７において画像メモリ３４に一時的に記憶される。ステ
ップ１０８では測距光制御がオフ状態に切換えられ、発
光装置１４の発光動作が停止する。
【００３２】ステップ１０９〜１１２では、第１の外乱
成分検出動作が行なわれる。まずステップ１０９では、
図６に示すように、垂直同期信号Ｓ１１が出力されると
ともにＣＣＤ２８による検知制御が開始される。すなわ
ち発光装置１４の発光動作が行なわれることなく、光源
が消灯された状態で、電荷掃出し信号Ｓ１２と電荷転送
信号Ｓ１５が交互に出力される。電荷蓄積時間ＴU は図
５に示す第１の反射光成分検出動作と同じであるが、被
計測物体に測距光が照射されないため（符号Ｓ１３）、
反射光は存在しない（符号Ｓ１４）。したがって、第１
の反射光成分の信号電荷は発生しないが、ＣＣＤ２８に
は外光等の外乱成分が入射するため、この外乱成分に対
応した信号電荷Ｓ１６が発生する。すなわち信号電荷Ｓ
１６は、第１の反射光成分に含まれる第１の外乱成分に
対応している。
成分検出動作が行なわれる。まずステップ１０９では、
図６に示すように、垂直同期信号Ｓ１１が出力されると
ともにＣＣＤ２８による検知制御が開始される。すなわ
ち発光装置１４の発光動作が行なわれることなく、光源
が消灯された状態で、電荷掃出し信号Ｓ１２と電荷転送
信号Ｓ１５が交互に出力される。電荷蓄積時間ＴU は図
５に示す第１の反射光成分検出動作と同じであるが、被
計測物体に測距光が照射されないため（符号Ｓ１３）、
反射光は存在しない（符号Ｓ１４）。したがって、第１
の反射光成分の信号電荷は発生しないが、ＣＣＤ２８に
は外光等の外乱成分が入射するため、この外乱成分に対
応した信号電荷Ｓ１６が発生する。すなわち信号電荷Ｓ
１６は、第１の反射光成分に含まれる第１の外乱成分に
対応している。
【００３３】ステップ１１０では、第１の外乱成分検出
動作の開始から１フィ−ルド期間が終了したか否か、す
なわち新たに垂直同期信号Ｓ１１が出力されたか否かが
判定される。１フィ−ルド期間が終了するとステップ１
１１において、第１の外乱成分の信号電荷Ｓ１６がＣＣ
Ｄ２８から出力される。第１の外乱成分の信号電荷Ｓ１
６はステップ１１２において画像メモリ３４に一時的に
記憶される。
動作の開始から１フィ−ルド期間が終了したか否か、す
なわち新たに垂直同期信号Ｓ１１が出力されたか否かが
判定される。１フィ−ルド期間が終了するとステップ１
１１において、第１の外乱成分の信号電荷Ｓ１６がＣＣ
Ｄ２８から出力される。第１の外乱成分の信号電荷Ｓ１
６はステップ１１２において画像メモリ３４に一時的に
記憶される。
【００３４】ステップ１１３〜１１７では、第２の反射
光成分検出動作が行なわれる。ステップ１１３では、図
７に示すように、垂直同期信号Ｓ２１が出力されるとと
もに補正光制御が開始され、パルス状の補正光Ｓ２３が
断続的に出力される。補正光Ｓ２３のパルスの形状は測
距光Ｓ３とは異なり、高さ（発光強度）が一定である
が、出力期間ＴS は測距光Ｓ３と同じである。ステップ
１１４では、ＣＣＤ２８による検知制御が開始され、電
荷掃出し信号Ｓ２２と電荷転送信号Ｓ２５が交互に出力
される。
光成分検出動作が行なわれる。ステップ１１３では、図
７に示すように、垂直同期信号Ｓ２１が出力されるとと
もに補正光制御が開始され、パルス状の補正光Ｓ２３が
断続的に出力される。補正光Ｓ２３のパルスの形状は測
距光Ｓ３とは異なり、高さ（発光強度）が一定である
が、出力期間ＴS は測距光Ｓ３と同じである。ステップ
１１４では、ＣＣＤ２８による検知制御が開始され、電
荷掃出し信号Ｓ２２と電荷転送信号Ｓ２５が交互に出力
される。
【００３５】第２の反射光成分検出動作において、補正
光Ｓ２３のパルスは矩形であるが、電荷掃出し信号Ｓ２
２と電荷転送信号Ｓ２５の補正光Ｓ２３に対する出力タ
イミングは、第１の反射光成分検出動作における電荷掃
出し信号Ｓ２と電荷転送信号Ｓ５の測距光Ｓ３に対する
出力タイミングと同じであり、補正光Ｓ２３が出力され
る期間ＴS の終了と同時に第２の反射光検知期間ＴU が
開始する。すなわち第２の反射光検知期間ＴU は補正光
Ｓ２３のパルスの消滅から開始し、この期間Ｔ U の長さ
は第１の反射光検知期間と同じである。したがって第１
の反射光成分検出動作と同様に、反射光Ｓ２４の一部の
み（すなわち第２の反射光成分）がＣＣＤ２８によって
検知される。検知された光によって生じる信号電荷Ｓ２
６は、第１の反射光成分検出動作において検知される信
号電荷Ｓ６と同様に、被計測物体までの距離に対応して
おり、電荷転送信号Ｓ２５によって垂直転送部に転送さ
れる。
光Ｓ２３のパルスは矩形であるが、電荷掃出し信号Ｓ２
２と電荷転送信号Ｓ２５の補正光Ｓ２３に対する出力タ
イミングは、第１の反射光成分検出動作における電荷掃
出し信号Ｓ２と電荷転送信号Ｓ５の測距光Ｓ３に対する
出力タイミングと同じであり、補正光Ｓ２３が出力され
る期間ＴS の終了と同時に第２の反射光検知期間ＴU が
開始する。すなわち第２の反射光検知期間ＴU は補正光
Ｓ２３のパルスの消滅から開始し、この期間Ｔ U の長さ
は第１の反射光検知期間と同じである。したがって第１
の反射光成分検出動作と同様に、反射光Ｓ２４の一部の
み（すなわち第２の反射光成分）がＣＣＤ２８によって
検知される。検知された光によって生じる信号電荷Ｓ２
６は、第１の反射光成分検出動作において検知される信
号電荷Ｓ６と同様に、被計測物体までの距離に対応して
おり、電荷転送信号Ｓ２５によって垂直転送部に転送さ
れる。
【００３６】ステップ１１５では、第２の反射光成分検
出動作の開始から１フィ−ルド期間が終了したか否か、
すなわち新たに垂直同期信号Ｓ２１が出力されたか否か
が判定される。１フィ−ルド期間が終了するとステップ
１１６へ進み、第２の反射光成分の信号電荷Ｓ２６がＣ
ＣＤ２８から出力される。この信号電荷Ｓ２６はステッ
プ１１７において画像メモリ３４に一時的に記憶され
る。ステップ１１８では補正光制御がオフ状態に切換え
られ、発光装置１４の発光動作が停止する。
出動作の開始から１フィ−ルド期間が終了したか否か、
すなわち新たに垂直同期信号Ｓ２１が出力されたか否か
が判定される。１フィ−ルド期間が終了するとステップ
１１６へ進み、第２の反射光成分の信号電荷Ｓ２６がＣ
ＣＤ２８から出力される。この信号電荷Ｓ２６はステッ
プ１１７において画像メモリ３４に一時的に記憶され
る。ステップ１１８では補正光制御がオフ状態に切換え
られ、発光装置１４の発光動作が停止する。
【００３７】ステップ１１９〜１２２では、第２の外乱
成分検出動作が行なわれる。ステップ１１９では、図８
に示すように、垂直同期信号Ｓ３１が出力されるととも
にＣＣＤ２８による検知制御が開始される。すなわち発
光装置１４の発光動作が行なわれることなく、光源が消
灯された状態で、電荷掃出し信号Ｓ３２と電荷転送信号
Ｓ３５が交互に出力される。電荷蓄積時間ＴU の長さと
タイミングは図７に示す第２の反射光成分検出動作と同
じであるが、被計測物体に測距光が照射されないため
（符号Ｓ３３）、反射光は存在せず（符号Ｓ３４）、し
たがって、第２の反射光成分の信号電荷は発生しない
が、ＣＣＤ２８には外光等の外乱成分に対応した信号電
荷Ｓ３６が発生する。すなわち信号電荷Ｓ３６は、第２
の反射光成分に含まれる第２の外乱成分に対応してい
る。
成分検出動作が行なわれる。ステップ１１９では、図８
に示すように、垂直同期信号Ｓ３１が出力されるととも
にＣＣＤ２８による検知制御が開始される。すなわち発
光装置１４の発光動作が行なわれることなく、光源が消
灯された状態で、電荷掃出し信号Ｓ３２と電荷転送信号
Ｓ３５が交互に出力される。電荷蓄積時間ＴU の長さと
タイミングは図７に示す第２の反射光成分検出動作と同
じであるが、被計測物体に測距光が照射されないため
（符号Ｓ３３）、反射光は存在せず（符号Ｓ３４）、し
たがって、第２の反射光成分の信号電荷は発生しない
が、ＣＣＤ２８には外光等の外乱成分に対応した信号電
荷Ｓ３６が発生する。すなわち信号電荷Ｓ３６は、第２
の反射光成分に含まれる第２の外乱成分に対応してい
る。
【００３８】ステップ１２０では、第２の外乱成分検出
動作の開始から１フィ−ルド期間が終了したか否か、す
なわち新たに垂直同期信号Ｓ３１が出力されたか否かが
判定される。１フィ−ルド期間が終了するとステップ１
２１において、第２の外乱成分の信号電荷Ｓ３６がＣＣ
Ｄ２８から出力され、ステップ１２２において画像メモ
リ３４に一時的に記憶される。
動作の開始から１フィ−ルド期間が終了したか否か、す
なわち新たに垂直同期信号Ｓ３１が出力されたか否かが
判定される。１フィ−ルド期間が終了するとステップ１
２１において、第２の外乱成分の信号電荷Ｓ３６がＣＣ
Ｄ２８から出力され、ステップ１２２において画像メモ
リ３４に一時的に記憶される。
【００３９】なお、第２の外乱成分検出動作における電
荷掃出し信号Ｓ３２と電荷転送信号Ｓ３５の出力タイミ
ングは、第１の外乱成分検出動作における電荷掃出し信
号Ｓ１２と電荷転送信号Ｓ１５の出力タイミングとも同
じであるため、第２の外乱成分の信号電荷Ｓ３６は第１
の外乱成分の信号電荷Ｓ１６と同じであると見なせるこ
とができ、この場合には第２の外乱成分検出動作を省略
することができる。
荷掃出し信号Ｓ３２と電荷転送信号Ｓ３５の出力タイミ
ングは、第１の外乱成分検出動作における電荷掃出し信
号Ｓ１２と電荷転送信号Ｓ１５の出力タイミングとも同
じであるため、第２の外乱成分の信号電荷Ｓ３６は第１
の外乱成分の信号電荷Ｓ１６と同じであると見なせるこ
とができ、この場合には第２の外乱成分検出動作を省略
することができる。
【００４０】第１および第２の反射光成分（信号電荷Ｓ
６、Ｓ２６）には、被計測物体の表面の反射率に依存す
る反射光成分と、外光等の外乱成分とが含まれている。
ステップ１２３では、ステップ１０３〜１２２において
得られた第１および第２の反射光成分と、第１および第
２の外乱成分とを用いて距離測定（Ｄ）デ−タの演算処
理が行なわれ、ステップ１２４においてＤデ−タが出力
されてこの検出動作は終了する。
６、Ｓ２６）には、被計測物体の表面の反射率に依存す
る反射光成分と、外光等の外乱成分とが含まれている。
ステップ１２３では、ステップ１０３〜１２２において
得られた第１および第２の反射光成分と、第１および第
２の外乱成分とを用いて距離測定（Ｄ）デ−タの演算処
理が行なわれ、ステップ１２４においてＤデ−タが出力
されてこの検出動作は終了する。
【００４１】一方、ステップ１０２においてＶモ−ドが
選択されていると判定されたとき、ステップ１２５にお
いて測距光制御がオフ状態に切換えられるとともに、ス
テップ１２６においてＣＣＤ２８による通常の撮影動作
（ＣＣＤビデオ制御）がオン状態に定められ、この検出
動作は終了する。
選択されていると判定されたとき、ステップ１２５にお
いて測距光制御がオフ状態に切換えられるとともに、ス
テップ１２６においてＣＣＤ２８による通常の撮影動作
（ＣＣＤビデオ制御）がオン状態に定められ、この検出
動作は終了する。
【００４２】ステップ１２３において実行される演算処
理の内容を図１１を参照して説明する。図１１は、図５
に示す第１の反射光成分検出動作と図７に示す第２の反
射光成分検出動作とにおける測距光または補正光、反射
光および電荷蓄積期間をそれぞれ取り出して示したもの
である。
理の内容を図１１を参照して説明する。図１１は、図５
に示す第１の反射光成分検出動作と図７に示す第２の反
射光成分検出動作とにおける測距光または補正光、反射
光および電荷蓄積期間をそれぞれ取り出して示したもの
である。
【００４３】第１の反射光成分検出動作では、電荷蓄積
期間ＴU （第１の反射光検知期間）は測距光のパルスの
消滅と同時に開始し、反射光のパルスの消滅の後、終了
している。すなわち反射光の消滅直前の時間ＴD に相当
する信号電荷Ｓ６（図５）が検出される。ここで測距光
の初期の強度をＩ01とすると、測距光の消滅直前の時間
ＴD における強度Ｉ01T は Ｉ01T ＝Ｉ01・（ＴD ／ＴS ） ・・・（１） である。被計測物体の表面の反射率をＲ、光の拡散係数
をＤ（ｒ）とすると、反射光が消滅する時点よりも時間
ＴD だけ前における反射光の強度Ｉ1 は Ｉ1 ＝Ｒ・Ｄ（ｒ）・Ｉ01T ・・・（２） と表される。
期間ＴU （第１の反射光検知期間）は測距光のパルスの
消滅と同時に開始し、反射光のパルスの消滅の後、終了
している。すなわち反射光の消滅直前の時間ＴD に相当
する信号電荷Ｓ６（図５）が検出される。ここで測距光
の初期の強度をＩ01とすると、測距光の消滅直前の時間
ＴD における強度Ｉ01T は Ｉ01T ＝Ｉ01・（ＴD ／ＴS ） ・・・（１） である。被計測物体の表面の反射率をＲ、光の拡散係数
をＤ（ｒ）とすると、反射光が消滅する時点よりも時間
ＴD だけ前における反射光の強度Ｉ1 は Ｉ1 ＝Ｒ・Ｄ（ｒ）・Ｉ01T ・・・（２） と表される。
【００４４】したがって、時間ＴD の間の反射光による
信号電荷Ｓ６すなわちＣＣＤ２８からの出力値（蓄積電
荷）は、
信号電荷Ｓ６すなわちＣＣＤ２８からの出力値（蓄積電
荷）は、
【数１】 である。
【００４５】一方、第２の反射光成分検出動作では、電
荷蓄積期間ＴU （第２の反射光検知期間）は補正光のパ
ルスの消滅と同時に開始し、反射光のパルスの消滅の
後、終了している。すなわち第１の反射光成分検出動作
と同様に、反射光のうち消滅直前の時間ＴD に相当する
信号電荷Ｓ２６（図７）が検出されるが、補正光のパル
ス形状は矩形であるので、補正光の初期の強度をＩ02と
すると、補正光の消滅直前の時間ＴD における強度Ｉ
02T は Ｉ02T ＝Ｉ02 ・・・（４） であり、また反射光が消滅する時点よりも時間ＴD だけ
前における反射光の強度Ｉ2 は Ｉ2 ＝Ｒ・Ｄ（ｒ）・Ｉ02T ・・・（５） と表される。
荷蓄積期間ＴU （第２の反射光検知期間）は補正光のパ
ルスの消滅と同時に開始し、反射光のパルスの消滅の
後、終了している。すなわち第１の反射光成分検出動作
と同様に、反射光のうち消滅直前の時間ＴD に相当する
信号電荷Ｓ２６（図７）が検出されるが、補正光のパル
ス形状は矩形であるので、補正光の初期の強度をＩ02と
すると、補正光の消滅直前の時間ＴD における強度Ｉ
02T は Ｉ02T ＝Ｉ02 ・・・（４） であり、また反射光が消滅する時点よりも時間ＴD だけ
前における反射光の強度Ｉ2 は Ｉ2 ＝Ｒ・Ｄ（ｒ）・Ｉ02T ・・・（５） と表される。
【００４６】したがって、時間ＴD の間の反射光による
信号電荷Ｓ２６すなわちＣＣＤ２８からの出力値（蓄積
電荷）は、
信号電荷Ｓ２６すなわちＣＣＤ２８からの出力値（蓄積
電荷）は、
【数２】 である。
【００４７】第１の反射光成分に関する出力値Ｓ1 と第
２の反射光成分に関する出力値Ｓ2との比すなわち蓄積
電荷比は、（３）式と（６）式より、 ＳD ＝Ｓ1 ／Ｓ2 ＝（１／２ＴS ）・（Ｉ01／Ｉ02）・ＴD ・・・（７） となる。ここで、カメラから被計測物体までの距離を
ｒ、光速をＣとすると、照射された光がカメラまで戻っ
て来るのに要する時間（すなわちＴD ）は、 ＴD ＝２ｒ／Ｃ ・・・（８） と表せる。
２の反射光成分に関する出力値Ｓ2との比すなわち蓄積
電荷比は、（３）式と（６）式より、 ＳD ＝Ｓ1 ／Ｓ2 ＝（１／２ＴS ）・（Ｉ01／Ｉ02）・ＴD ・・・（７） となる。ここで、カメラから被計測物体までの距離を
ｒ、光速をＣとすると、照射された光がカメラまで戻っ
て来るのに要する時間（すなわちＴD ）は、 ＴD ＝２ｒ／Ｃ ・・・（８） と表せる。
【００４８】したがって距離ｒは（９）式のように表せ
る。 ｒ＝Ｃ・ＴS ・（Ｉ02／Ｉ01）・ＳD ・・・（９） （７）、（８）および（９）式から理解されるように、
距離ｒには被計測物体の反射率Ｒと光の拡散係数Ｄ
（ｒ）は含まれていない。
る。 ｒ＝Ｃ・ＴS ・（Ｉ02／Ｉ01）・ＳD ・・・（９） （７）、（８）および（９）式から理解されるように、
距離ｒには被計測物体の反射率Ｒと光の拡散係数Ｄ
（ｒ）は含まれていない。
【００４９】一方、出力値Ｓ1 、Ｓ2 には、第１および
第２の外乱成分に対応した蓄積電荷がそれぞれ含まれて
いる。したがって実際には、蓄積電荷比ＳD は（７）式
において、出力値Ｓ1 から第１の外乱成分に対応した蓄
積電荷を除去して得られたものを、出力値Ｓ2 から第２
の外乱成分に対応した蓄積電荷を除去して得られたもの
で割算することにより得られる。
第２の外乱成分に対応した蓄積電荷がそれぞれ含まれて
いる。したがって実際には、蓄積電荷比ＳD は（７）式
において、出力値Ｓ1 から第１の外乱成分に対応した蓄
積電荷を除去して得られたものを、出力値Ｓ2 から第２
の外乱成分に対応した蓄積電荷を除去して得られたもの
で割算することにより得られる。
【００５０】このようにして図１０のステップ１２３の
演算処理では、第１および第２の反射光成分検出動作に
おいて得られた第１および第２の反射光成分と、第１お
よび第２の外乱成分とに基づいて、（３）、（６）およ
び（９）式から、被計測物体の表面の各点までの距離ｄ
すなわち被計測物体の３次元形状が求められる。
演算処理では、第１および第２の反射光成分検出動作に
おいて得られた第１および第２の反射光成分と、第１お
よび第２の外乱成分とに基づいて、（３）、（６）およ
び（９）式から、被計測物体の表面の各点までの距離ｄ
すなわち被計測物体の３次元形状が求められる。
【００５１】次に、第１および第２の反射光成分の出力
値Ｓ1 、Ｓ2 の大きさと、ＣＣＤ２８（図２）の出力レ
ンジについて説明する。
値Ｓ1 、Ｓ2 の大きさと、ＣＣＤ２８（図２）の出力レ
ンジについて説明する。
【００５２】結像光学系の近傍に置かれた点光源により
反射率Ｒの被写体が照明されて輝度Ｌ0 の２次元光源と
なり、結像光学系によってイメ−ジセンサに結像される
場合、フレア成分を無視すると、光学像の照度Ｅa は、 Ｅa ＝（τπＬ0 Ｖ・ cos4 θ）／（４Ｆ2(１＋ｍ）2 ） ・・・（１０） で表される。ここで、τは結像光学系のレンズの透過
率、Ｖは開口効率（ビネッティングファクタ）、θは被
写体の光軸に対する傾き角、Ｆは結像光学系のＦナン
バ、ｍは結像光学系の横倍率である。
反射率Ｒの被写体が照明されて輝度Ｌ0 の２次元光源と
なり、結像光学系によってイメ−ジセンサに結像される
場合、フレア成分を無視すると、光学像の照度Ｅa は、 Ｅa ＝（τπＬ0 Ｖ・ cos4 θ）／（４Ｆ2(１＋ｍ）2 ） ・・・（１０） で表される。ここで、τは結像光学系のレンズの透過
率、Ｖは開口効率（ビネッティングファクタ）、θは被
写体の光軸に対する傾き角、Ｆは結像光学系のＦナン
バ、ｍは結像光学系の横倍率である。
【００５３】横倍率ｍは、レンズの入射瞳からの被写体
距離をｒ、焦点距離をｆ、入射瞳と主軸間の距離をｖｆ
（ｖは定数）で表すと、 ｍ＝ｆ／（ｒ−ｆ−ｖｆ） となり、ｖｆは小さな値なので無視すれば、（１０）式
は Ｅa ＝（τπＬ0 Ｖ（ｒ−ｆ）2 ・ cos4 θ）／（４Ｆ2r2) ・・（１１） と変形することができる。
距離をｒ、焦点距離をｆ、入射瞳と主軸間の距離をｖｆ
（ｖは定数）で表すと、 ｍ＝ｆ／（ｒ−ｆ−ｖｆ） となり、ｖｆは小さな値なので無視すれば、（１０）式
は Ｅa ＝（τπＬ0 Ｖ（ｒ−ｆ）2 ・ cos4 θ）／（４Ｆ2r2) ・・（１１） と変形することができる。
【００５４】一方、入射瞳の近傍には光度Ｉ01・（ＴD
／ＴS ）（すなわち（６）式）の点光源があって距離ｒ
だけ離れた被写体を照明したとすると、被写体上の照度
Ｅbは、 Ｅb ＝Ｉ01・（ＴD ／ＴS ）・ cosα／( ｒL )2 ・・・（１２） と表される。ここで、αは光源方向と被写体法線とのな
す角である。被写体の反射率がＲであり、かつ均等拡散
面であると仮定すると、被写体が照明されて２次元光源
として反射されるときの光の輝度Ｌ0 は、 Ｌ0 ＝ＲＩ01・（ＴD ／ＴS ）・ cosα／（π・ｒL 2 ） ・・・（１３） となり、（１３）式を（１１）式に代入すると、
／ＴS ）（すなわち（６）式）の点光源があって距離ｒ
だけ離れた被写体を照明したとすると、被写体上の照度
Ｅbは、 Ｅb ＝Ｉ01・（ＴD ／ＴS ）・ cosα／( ｒL )2 ・・・（１２） と表される。ここで、αは光源方向と被写体法線とのな
す角である。被写体の反射率がＲであり、かつ均等拡散
面であると仮定すると、被写体が照明されて２次元光源
として反射されるときの光の輝度Ｌ0 は、 Ｌ0 ＝ＲＩ01・（ＴD ／ＴS ）・ cosα／（π・ｒL 2 ） ・・・（１３） となり、（１３）式を（１１）式に代入すると、
【数３】 という関係が得られる。
【００５５】電荷蓄積時間ＴD の間に発生した電荷が積
分された結果として得られる出力値Ｓ1 は、像面照度と
露光時間の積である露光量に比例するので、その比例定
数をｈ0 とおくと、
分された結果として得られる出力値Ｓ1 は、像面照度と
露光時間の積である露光量に比例するので、その比例定
数をｈ0 とおくと、
【数４】 となる。
【００５６】（１５）式は、ｒL がｒとほぼ等しく、焦
点距離に比べて被写体距離が十分に大きいと見做せる場
合、（１６）式のように変形できる。
点距離に比べて被写体距離が十分に大きいと見做せる場
合、（１６）式のように変形できる。
【数５】
【００５７】（１６）式から理解されるように、第１の
反射光成分は被写体距離の変化に関係なくほぼ一定であ
る。
反射光成分は被写体距離の変化に関係なくほぼ一定であ
る。
【００５８】一方、第２の反射光成分に関しては、被写
体上の照度Ｅb は Ｅb ＝Ｉ02・cos α／（ｒL ）2 ・・・（１７） と表される。したがって、（１７）式を（１２）式の代
わりに用いて上述した手法により（１６）式に対応した
式を求めると、第２の反射光成分は被写体距離の逆数に
比例することがわかる。
体上の照度Ｅb は Ｅb ＝Ｉ02・cos α／（ｒL ）2 ・・・（１７） と表される。したがって、（１７）式を（１２）式の代
わりに用いて上述した手法により（１６）式に対応した
式を求めると、第２の反射光成分は被写体距離の逆数に
比例することがわかる。
【００５９】図１２は、蓄積電荷量（出力値Ｓ1 、
Ｓ2 ）とＣＣＤ２８の出力レンジとの関係を示す図であ
る。横軸は距離ｒの対数であり、縦軸は出力値Ｓ1 、Ｓ
2 の対数である。
Ｓ2 ）とＣＣＤ２８の出力レンジとの関係を示す図であ
る。横軸は距離ｒの対数であり、縦軸は出力値Ｓ1 、Ｓ
2 の対数である。
【００６０】第１の反射光成分の出力値Ｓ1 はほぼ一定
であり、出力値Ｓ1 の対数は、被計測物体の輝度の幅Ｄ
0 に応じて実線Ｇ1 、Ｇ2 に挟まれる範囲で変化する。
これに対し、第２の反射光成分の出力値Ｓ2 は１／ｒに
比例し、出力値Ｓ2 の対数は、被計測物体の輝度の幅Ｄ
0 に応じて実線Ｇ3 、Ｇ4 に挟まれる範囲で変化する。
であり、出力値Ｓ1 の対数は、被計測物体の輝度の幅Ｄ
0 に応じて実線Ｇ1 、Ｇ2 に挟まれる範囲で変化する。
これに対し、第２の反射光成分の出力値Ｓ2 は１／ｒに
比例し、出力値Ｓ2 の対数は、被計測物体の輝度の幅Ｄ
0 に応じて実線Ｇ3 、Ｇ4 に挟まれる範囲で変化する。
【００６１】したがって、最小距離ｒmin から最大距離
ｒmax までの測距を行なうためには、ＣＣＤ２８は符号
Ｄ1 で示す出力レンジを有することが必要であり、この
出力レンジＤ1 の幅は、被計測物体の輝度の幅Ｄ0 に対
して、高々数１０％大きいだけである。
ｒmax までの測距を行なうためには、ＣＣＤ２８は符号
Ｄ1 で示す出力レンジを有することが必要であり、この
出力レンジＤ1 の幅は、被計測物体の輝度の幅Ｄ0 に対
して、高々数１０％大きいだけである。
【００６２】これに対し、被計測物体の反射率の影響を
補正する方法として、本実施形態とは異なり、反射光の
全パルスを検出する方法が考えられる（例えば特開2000
-23047号公報参照）。しかし、この方法によると蓄積電
荷量において１／ｒ2 に比例する項が相対的に大きくな
り、この結果、符号Ｄ2 で示すようにＣＣＤ２８の出力
レンジを拡大することが必要となる。
補正する方法として、本実施形態とは異なり、反射光の
全パルスを検出する方法が考えられる（例えば特開2000
-23047号公報参照）。しかし、この方法によると蓄積電
荷量において１／ｒ2 に比例する項が相対的に大きくな
り、この結果、符号Ｄ2 で示すようにＣＣＤ２８の出力
レンジを拡大することが必要となる。
【００６３】以上のように本実施形態では、第１の反射
光成分検出動作によって得られた第１の反射光成分と第
２の反射光成分検出動作によって得られた第２の反射光
成分との比ＳD を算出することにより、被計測物体の表
面の反射率の影響を除去している。また、比ＳD を算出
するのに先立ち、第１および第２の反射光成分から対応
する外乱成分を除去している。したがって、簡単な演算
によって反射率等の補正を実行することができ、また、
撮像素子の出力レンジを極力抑えて、被計測物体の３次
元形状の測距精度が向上する。
光成分検出動作によって得られた第１の反射光成分と第
２の反射光成分検出動作によって得られた第２の反射光
成分との比ＳD を算出することにより、被計測物体の表
面の反射率の影響を除去している。また、比ＳD を算出
するのに先立ち、第１および第２の反射光成分から対応
する外乱成分を除去している。したがって、簡単な演算
によって反射率等の補正を実行することができ、また、
撮像素子の出力レンジを極力抑えて、被計測物体の３次
元形状の測距精度が向上する。
【００６４】なお上述の実施形態において、測距光の各
パルスの高さは直線的に減少しているが、これに変えて
直線的に増加するように構成してもよく、また、パルス
高さの変化は比直線的であってもよい。
パルスの高さは直線的に減少しているが、これに変えて
直線的に増加するように構成してもよく、また、パルス
高さの変化は比直線的であってもよい。
【００６５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、撮像素子
の出力レンジを実質的に拡大させることなく、被計測物
体の３次元形状を検出する測距精度を向上させることが
できる。
の出力レンジを実質的に拡大させることなく、被計測物
体の３次元形状を検出する測距精度を向上させることが
できる。
【図１】本発明の一実施形態である３次元画像入力装置
を備えたカメラの斜視図である。
を備えたカメラの斜視図である。
【図２】図１に示すカメラの回路構成を示すブロック図
である。
である。
【図３】測距光による距離測定の原理を説明するための
図である。
図である。
【図４】測距光、反射光、ゲ−トパルス、およびＣＣＤ
が受光する光量分布を示す図である。
が受光する光量分布を示す図である。
【図５】第１の反射光成分検出動作のタイミングチャ−
トである。
トである。
【図６】第１の外乱成分の検出動作のタイミングチャ−
トである。
トである。
【図７】第２の反射光成分検出動作のタイミングチャ−
トである。
トである。
【図８】第２の外乱成分の検出動作のタイミングチャ−
トである。
トである。
【図９】距離情報検出動作を示すフロ−チャ−トであ
る。
る。
【図１０】図９に示すフロ−チャ−トの続きである。
【図１１】第１の反射光成分検出動作および第２の反射
光成分検出動作における測距光または補正光、反射光お
よび電荷蓄積期間のタイミングを示す図である。
光成分検出動作における測距光または補正光、反射光お
よび電荷蓄積期間のタイミングを示す図である。
【図１２】蓄積電荷量とＣＣＤのダイナミックレンジと
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
１４ 光源 Ｓ 被計測物体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA54 BB05 DD03 DD04 FF12 FF32 GG04 GG12 HH04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL30 QQ03 QQ17 QQ24 QQ28 QQ34 5C022 AB01 AB15 AB66 AC02 AC03 AC32 AC42 AC54 AC56 AC69 AC74 5C054 AA01 AA05 CA06 FC15 HA05 5C061 AB06 5J084 AA05 AC08 BA04 BA36 BB02 CA03 CA31 CA44 CA61 CA70 EA04
Claims (5)
- 【請求項１】 パルス状の測距光であって、各パルスに
おいて高さが時間的に変化する測距光を被計測物体に照
射する測距光照射手段と、 前記測距光によって前記被計測物体において生じたパル
ス状の反射光を第１の反射光検知期間の間だけ受光する
ことにより、第１の反射光成分を検出する第１の反射光
成分検出手段と、 高さが一定であるパルス状の補正光を被計測物体に照射
する補正光照射手段と、 前記補正光によって前記被計測物体において生じたパル
ス状の反射光を第２の反射光検知期間の間だけ受光する
ことにより、第２の反射光成分を検出する第２の反射光
成分検出手段と、 前記第１の反射光成分を前記第２の反射光成分によって
割算することにより、前記被計測物体の表面の各点まで
の距離に対応した３次元距離情報を求める距離情報算出
手段とを備えたことを特徴とする３次元画像入力装置。 - 【請求項２】 前記測距光のパルス高さが直線的に変化
することを特徴とする請求項１に記載の３次元画像入力
装置。 - 【請求項３】 前記測距光のパルス高さが直線的に減少
することを特徴とする請求項２に記載の３次元画像入力
装置。 - 【請求項４】 前記測距光のパルスが鋸歯状であること
を特徴とする請求項２に記載の３次元画像入力装置。 - 【請求項５】 前記第１の反射光検知期間が前記測距光
のパルスの消滅から開始し、前記第２の反射光検知期間
が前記補正光のパルスの消滅から開始することを特徴と
する請求項１に記載の３次元画像入力装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000133504A JP3574607B2 (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | ３次元画像入力装置 |
| US09/843,839 US6456368B2 (en) | 2000-05-02 | 2001-04-30 | Three-dimensional image capturing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000133504A JP3574607B2 (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | ３次元画像入力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001313958A true JP2001313958A (ja) | 2001-11-09 |
| JP3574607B2 JP3574607B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=18641988
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000133504A Expired - Fee Related JP3574607B2 (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | ３次元画像入力装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3574607B2 (ja) |
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| JP2013134173A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Honda Motor Co Ltd | 測距システム及び測距方法 |
| JPWO2014119241A1 (ja) * | 2013-01-31 | 2017-01-26 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 測距方法および測距システム |
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| US7176438B2 (en) * | 2003-04-11 | 2007-02-13 | Canesta, Inc. | Method and system to differentially enhance sensor dynamic range using enhanced common mode reset |
| JP2006523074A (ja) * | 2003-04-11 | 2006-10-05 | カネスタ インコーポレイテッド | センサのダイナミックレンジを差分拡大する方法及びシステム |
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| KR100636483B1 (ko) | 2004-06-25 | 2006-10-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 트랜지스터와 그의 제조방법 및 발광 표시장치 |
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| TWI443308B (zh) * | 2009-12-03 | 2014-07-01 | Pixart Imaging Inc | 測距裝置、３ｄ影像感測裝置以及光學式觸控系統 |
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| US8638425B2 (en) | 2009-12-03 | 2014-01-28 | Pixart Imaging Inc. | Distance-measuring device with increased signal-to-noise ratio and method thereof |
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| US4666295A (en) * | 1983-03-17 | 1987-05-19 | Hughes Aircraft Company | Linear FM chirp laser |
| US4725841A (en) * | 1983-06-30 | 1988-02-16 | X-Cyte, Inc. | System for interrogating a passive transponder carrying phase-encoded information |
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2000
- 2000-05-02 JP JP2000133504A patent/JP3574607B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2001
- 2001-04-30 US US09/843,839 patent/US6456368B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| US20020015144A1 (en) | 2002-02-07 |
| US6456368B2 (en) | 2002-09-24 |
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