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JPH11337313A - Distance measuring device and method thereof, and image restoration device and method thereof - Google Patents

Distance measuring device and method thereof, and image restoration device and method thereof

Info

Publication number
JPH11337313A
JPH11337313A JP15866398A JP15866398A JPH11337313A JP H11337313 A JPH11337313 A JP H11337313A JP 15866398 A JP15866398 A JP 15866398A JP 15866398 A JP15866398 A JP 15866398A JP H11337313 A JPH11337313 A JP H11337313A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
light
distance
prism
light passing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP15866398A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2963990B1 (en
Inventor
Shinsaku Hiura
慎作 日浦
Takashi Matsuyama
隆司 松山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyoto University NUC
Original Assignee
Kyoto University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyoto University NUC filed Critical Kyoto University NUC
Priority to JP15866398A priority Critical patent/JP2963990B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2963990B1 publication Critical patent/JP2963990B1/en
Publication of JPH11337313A publication Critical patent/JPH11337313A/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a distance measuring device to perform stable and high- accuracy distance measuring without inconvenience by separating a light passing through a telecentric optical system to a plurality of lights and respectively taking in images at a focusing position being different from each other from separated lights to calculate a distance to an object. SOLUTION: The distance measuring device is provided with an opening mask 1 as a light-passing means, a lens system 2 converging lights entered from the opening mask 1, CCDs 3, 4, 5 which optical configurations are different from each other, a calculation part. The opening mask 1 having pin holes 6, 7 with coding opening shape (pupil-shape) for easy analysis of blurring quantity and the lens system 2 having a convex lens 8, a concave lens 9 and a concave lens 10 constitute the telecentric optical system where image magnification among 3 images obtained by CCDs 3, 4, 5 are respectively equal. Then, the calculation part compares and analyzes blurring contained the obtained images to determine a focusing position from the blurring quantity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、対象の距離計測を
行う距離計測装置及び方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring device and method for measuring the distance of an object.

【0002】また、本発明は、このような対象の距離計
測に基づいて合焦画像を復元する画像復元装置及び方法
に関するものである。
[0002] The present invention also relates to an image restoration apparatus and method for restoring a focused image based on the distance measurement of such an object.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来、レンズと像面の位置関係によって
生じるぼけと被写体までの距離の関係を用いて距離を計
測する方法が多数提案されており、そのうちの代表的な
ものとしては、 1.オートフォーカスカメラ等で用いられている方法。 2.レンズ焦点法。 3.合焦位置を直接求める代わりに距離に対する画像の
ぼけ量の関係を用いた方法。 4.可視光を用いて3次元形状を計測する方法。があ
る。
2. Description of the Related Art Hitherto, many methods have been proposed for measuring a distance by using a relationship between a blur caused by a positional relationship between a lens and an image plane and a distance to a subject. A method used in autofocus cameras and the like. 2. Lens focus method. 3. A method that uses the relationship between the distance and the blur amount of the image instead of directly obtaining the in-focus position. 4. A method of measuring a three-dimensional shape using visible light. There is.

【0004】オートフォーカスカメラ等で用いられてい
る方法は、瞳分割のために通常の撮像素子の代わりに専
用の光学系を用いている。レンズ焦点法では、通常の撮
像素子を用いており、この場合、レンズのフォーカス位
置を駆動しながら得た画像から最もよく合焦していると
きの画像を求め、そのときのフォーカス位置から距離を
求める。
The method used in an autofocus camera or the like uses a dedicated optical system instead of a normal image pickup device for pupil division. In the lens focus method, an ordinary image sensor is used.In this case, an image at the best focus is obtained from an image obtained while driving the focus position of the lens, and a distance from the focus position at that time is obtained. Ask.

【0005】合焦位置を直接求める代わりに距離に対す
る画像のぼけ量の関係を用いた方法のうち、コロンビア
大学のネイヤーによって提案されたものでは、テレセン
トリック光学系と二重フォーカスカメラを用いている。
さらに、可視光を用いて3次元形状を計測する方法は、
大阪市立大学の山田等によって提案されたものであり、
従来X線撮像技術で用いられてきた符号化開口法を拡張
したものである。
[0005] Of the methods using the relationship of the image blur amount to the distance instead of directly obtaining the focus position, the method proposed by Nayer of Columbia University uses a telecentric optical system and a double focus camera.
Furthermore, a method of measuring a three-dimensional shape using visible light is as follows.
It was proposed by Yamada of Osaka City University, etc.
This is an extension of the coded aperture method conventionally used in X-ray imaging technology.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オート
フォーカスカメラ等で用いられている方法では、瞳分割
のために通常の撮像素子ではなく専用の光学系を用いる
必要があるので、画面中の1点又は数点に対する距離し
か求めることができない。レンズ焦点法では、逐次的な
レンズ駆動が必要となり、これを用いて動物体の計測や
リアルタイム計測を行うことは困難である。
However, in the method used in an autofocus camera or the like, it is necessary to use a dedicated optical system instead of a normal image pickup device for pupil division. Alternatively, only the distance to several points can be obtained. The lens focus method requires sequential lens drive, and it is difficult to measure a moving object or perform real-time measurement using the lens drive method.

【0007】ネイヤーによって提案された方法によれ
ば、単なる円形開口のレンズを用いているために、レン
ズ収差のモデリング、CCD(電荷結合素子)の精密な
位置合わせ、得られた画像からのノイズ除去が必要とな
る。また、ぼけの大きさも比較的小さいものに制限され
るので、遠距離物体の計測や奥行き精度の確保が困難で
ある。
According to the method proposed by Nayer, modeling of lens aberrations, precise alignment of the CCD (charge coupled device) and elimination of noise from the obtained image, because a lens with a simple circular aperture is used Is required. In addition, since the size of the blur is also limited to a relatively small one, it is difficult to measure a long-distance object and secure depth accuracy.

【0008】山田等によって提案された方法は、光学的
には従来の符号化開口法を何ら拡張しておらず、現存す
るCCDの面積やノイズ性能を考慮すると十分な性能を
得ることが困難である。特に、遠距離物体の計測は非常
に困難であり、ミリメートルオーダの微小な物体しか計
測することができない。
The method proposed by Yamada et al. Does not optically extend the conventional coded aperture method at all, and it is difficult to obtain sufficient performance considering the area and noise performance of the existing CCD. is there. In particular, it is very difficult to measure a distant object, and only a minute object on the order of millimeters can be measured.

【0009】本発明の第1の目的は、上記不都合を生ず
ることなく安定かつ高精度に対象の距離計測を行うこと
ができる距離計測装置及び方法を提供することである。
A first object of the present invention is to provide a distance measuring apparatus and a method capable of measuring a distance of an object stably and with high accuracy without causing the above-mentioned inconvenience.

【0010】本発明の第2の目的は、上記不都合を生ず
ることなく完全な合焦画像を復元する画像復元装置及び
方法を提供することである。
A second object of the present invention is to provide an image restoration apparatus and method for restoring a perfectly focused image without causing the above-mentioned inconvenience.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1記
載の距離計測装置は、ぼけ量の解析が容易となるように
光を通過させる瞳形状を有する光通過手段と、この光通
過手段を通過した光を収束するレンズ系と、このレンズ
系によって収束された光を二つ以上の光に分離し、これ
ら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像をそ
れぞれ取り込む画像取込み手段と、これら画像を用いて
対象の距離を演算する距離演算手段とを具え、前記光通
過手段及びレンズ系によってテレセントリック光学系を
構成したことを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus having a pupil shape for allowing light to pass therethrough so that the blur amount can be easily analyzed, and the light passing means. A lens system that converges the light that has passed through, and an image capturing unit that separates the light converged by the lens system into two or more lights, and captures images at different focusing positions from these separated lights. And a distance calculating means for calculating the distance of the object using these images, wherein a telecentric optical system is constituted by the light passing means and the lens system.

【0012】対象の距離を計測するに当たり、得られた
画像に含まれるぼけを比較・解析し、その量から合焦位
置を求める必要がある。画像の撮影に用いる通常のカメ
ラでは、滑らかで自然なぼけを得るために光通過手段は
円形又はそれに近い形状の開口を有することが多い。し
かしながら、このような形状では、ぼけ量を正確に推定
することができない。特に、空間周波数の高周波領域の
情報が失われることによって距離分解能が低下するとと
もに、距離計測後の原画像の復元も困難となる。したが
って、光通過手段をぼけ量の解析が容易となるように構
造化する。これによって、ぼけによる情報損失を最小限
に抑制し、高精度な距離計測が可能になる。また、現存
するCCDの面積やノイズ性能を考慮しても十分な性能
を得ることが容易になるとともに、遠距離物体の計測も
容易となる。なお、本明細書中、瞳形状とは、収縮性開
口、すなわち、絞りのみでなく、収縮性を有しない任意
の形状の開口も意味するものとする。
In measuring the distance to the object, it is necessary to compare and analyze the blur contained in the obtained image, and to obtain the in-focus position from the amount. In an ordinary camera used for capturing an image, the light passage means often has a circular or nearly circular aperture in order to obtain a smooth and natural blur. However, with such a shape, the blur amount cannot be accurately estimated. In particular, the loss of information in the high frequency region of the spatial frequency lowers the distance resolution and makes it difficult to restore the original image after distance measurement. Therefore, the light passing means is structured so that the blur amount can be easily analyzed. As a result, information loss due to blurring can be minimized, and highly accurate distance measurement can be performed. In addition, sufficient performance can be easily obtained even in consideration of the area and noise performance of the existing CCD, and measurement of a long-distance object becomes easy. In the present specification, the pupil shape means a contractible aperture, that is, not only an aperture but also an aperture having an arbitrary shape without contractility.

【0013】また、瞳分割のために専用の光学系を用い
る必要がないので、画面中の1点又は数点に対する距離
しか求めることができないという不都合がない。
Further, since there is no need to use a dedicated optical system for pupil division, there is no inconvenience that only a distance to one or several points on the screen can be obtained.

【0014】画像取出し手段は、光通過手段を通過した
光を、各々がほぼ同一光量の二つ以上の光に分離し、分
離した光から、互いに相違する奥行きを有する対象に関
する画像をそれぞれ取り出す。これによって、表面テレ
テクスチャの種類に依存しない解析が可能になり、か
つ、逐次的なレンズ駆動を必要とせず、動物体の計測や
リアルタイム計測を容易に行うことができる。
The image extracting means separates the light having passed through the light passing means into two or more lights, each having substantially the same light amount, and extracts from the separated lights images relating to objects having different depths. This enables analysis independent of the type of surface teletexture, and facilitates measurement of a moving object and real-time measurement without the need for sequential lens driving.

【0015】さらに、光通過手段及びレンズ系によって
テレセントリック光学系を構成しているので、画像取出
し手段によって取り出される複数の画像間の像倍率が等
しくなる。通常の光学系では、光通過手段を主点の近辺
に配置するために、像面の位置に応じて画像上の像の大
きさに差異が生じる。それに対して、テレセントリック
光学系では、前焦点面に光通過手段を配置することによ
って、光通過手段を光通過手段の中央を通過する光束は
全て像面に対して垂直に入射する。このために、像面の
位置変化は画像のぼけのみを生じ、像倍率は変化しな
い。したがって、レンズ収差のモデリング、CCDの精
密な位置合わせ、得られた画像からのノイズ除去が必要
でない。また、ぼけの大きさも比較的小さいものに制限
されず、遠距離物体の計測や奥行き精度の確保が容易と
なる。
Further, since the telecentric optical system is constituted by the light passing means and the lens system, the image magnifications between a plurality of images taken out by the image taking out means become equal. In a normal optical system, the size of the image on the image differs depending on the position of the image plane because the light passing means is arranged near the principal point. On the other hand, in the telecentric optical system, by arranging the light passing means on the front focal plane, all the light beams passing through the light passing means and passing through the center of the light passing means are perpendicularly incident on the image plane. For this reason, a change in the position of the image plane causes only blurring of the image, and the image magnification does not change. Therefore, modeling of lens aberration, precise alignment of the CCD, and removal of noise from the obtained image are not necessary. Further, the size of the blur is not limited to a comparatively small one, and measurement of a long-distance object and securing of depth accuracy are facilitated.

【0016】結果として、このような光通過手段及び光
分離手段によってテレセントリック光学系を構成するこ
とによって、上記不都合を生ずることなく安定かつ高精
度に対象の距離計測を行うことができる。
As a result, by forming a telecentric optical system with such a light passing means and a light separating means, it is possible to measure the distance of an object stably and with high accuracy without causing the above-mentioned inconvenience.

【0017】本発明のうち請求項2記載の距離計測装置
は、前記光通過手段は二つのピンホールを有することを
特徴とするものである。
In the distance measuring apparatus according to a second aspect of the present invention, the light passing means has two pinholes.

【0018】光通過手段が二つのピンホールを有するこ
とによって、解析を一層容易にし、計算時間を短縮する
ことができる。
Since the light passing means has two pinholes, the analysis can be further facilitated and the calculation time can be reduced.

【0019】本発明のうち請求項3記載の距離計測装置
は、前記画像取込み手段は、分光特性を除去するために
全ての面が再蒸着されるとともに前記収束された光が第
1の面に入射される第1のプリズムと、分光特性を除去
するために全ての面が再蒸着されるとともに前記第1の
プリズムの第2の面に第1の面を接合した第2のプリズ
ムと、分光特性を除去するために全ての面が再蒸着され
るとともに前記第2のプリズムの第2の面に第1の面を
接合した第3のプリズムと、前記第1のプリズムの第2
の面及び第1の面によって反射された光が入射される第
1の固体撮像素子と、前記第2のプリズムの第2の面及
び第1の面によって反射された光が入射される第2の固
体撮像素子と、前記第1、第2及び第3のプリズムを通
過する光が入射される第3の固体撮像素子とを具え、こ
れら第1、第2及び第3の固体撮像素子の光学的配置が
互いに相違するようにしたことを特徴とするものであ
る。
According to a third aspect of the present invention, in the distance measuring apparatus, the image capturing means may be arranged such that all surfaces are redeposited to remove spectral characteristics and the converged light is applied to the first surface. A first prism to be incident, a second prism having all surfaces re-evaporated to remove spectral characteristics and a first surface joined to a second surface of the first prism, A third prism having a first surface bonded to a second surface of the second prism and a second prism of the first prism, wherein all surfaces are redeposited to remove characteristics;
A first solid-state imaging device on which light reflected by the first surface and the first surface is incident, and a second solid-state image sensor on which light reflected by the second surface and the first surface of the second prism is incident. , And a third solid-state imaging device to which light passing through the first, second, and third prisms is incident, and the optical characteristics of the first, second, and third solid-state imaging devices. It is characterized in that the target arrangements are different from each other.

【0020】このような画像取出し手段によって、物体
の計測の際に逐次的なレンズ駆動を必要とせず、動物体
の計測やリアルタイム計測を容易に行うことができる。
また、このような画像取出し手段を、通常の3−CCD
方式カラーカメラの分光プリズムブロックを加工し、各
CCDの光学的配置が互いに相違するようにするだけで
得ることができる。
By means of such an image extracting means, it is possible to easily measure a moving object and real-time measurement without requiring sequential lens driving when measuring an object.
Further, such an image taking means is a normal 3-CCD
It can be obtained simply by processing the spectral prism block of the color camera so that the optical arrangement of each CCD is different from each other.

【0021】本発明のうち請求項4記載の距離計測装置
は、前記距離演算手段は、生成に基づく解析法を用いて
合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レンズ系の焦点
距離に基づいて前記対象の距離を演算するようにしたこ
とを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the distance measuring apparatus according to the fourth aspect, the distance calculating means obtains a focus position using an analysis method based on generation, and calculates a focus position based on the focus position and a focal length of the lens system. And calculating the distance of the object.

【0022】距離演算手段は、生成に基づく解析法を用
いて合焦位置を求める。すなわち、種々の合焦位置に関
する関数値を予め計算し、画像から得られた値と比較
し、両者の差が最も小さいときの合焦位置を推定値とす
る。画像から直接合焦位置を求めるのは困難であるが、
このように生成に基づく解析法を用いることによって合
焦位置を容易に推定することができる。このようにして
得られた合焦位置とレンズ系の焦点距離とを用いると、
ガウスの結像公式に基づいて対象の距離を演算すること
ができる。これについては後に説明する。
The distance calculation means obtains the in-focus position by using an analysis method based on the generation. That is, the function values for various in-focus positions are calculated in advance, compared with the values obtained from the image, and the in-focus position when the difference between them is the smallest is set as the estimated value. It is difficult to determine the focus position directly from the image,
By using the analysis method based on the generation, the in-focus position can be easily estimated. Using the focal position and the focal length of the lens system obtained in this way,
The distance of the object can be calculated based on the Gaussian imaging formula. This will be described later.

【0023】本発明のうち請求項5記載の距離計測方法
は、ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる瞳
形状を有する光通過手段及びこの光通過手段を通過した
光を収束するレンズ系によって構成されたテレセントリ
ック光学系を通過した光を、二つ以上の光に分離し、こ
れら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像を
それぞれ取り込み、これら画像を用いて対象の距離を演
算することを特徴とするものである。
In the distance measuring method according to a fifth aspect of the present invention, a light passing means having a pupil shape for allowing light to pass so that the blur amount can be easily analyzed, and the light passing through the light passing means is converged. The light that has passed through the telecentric optical system constituted by the lens system is separated into two or more lights, images of different focusing positions are captured from the separated lights, and the distance of the object is determined using these images. Is calculated.

【0024】このようにテレセントリック光学系を用い
ることによって、上記不都合を生ずることなく安定かつ
高精度に対象の距離計測を行うことができる。
By using the telecentric optical system in this way, the distance measurement of the object can be performed stably and with high accuracy without causing the above-mentioned inconvenience.

【0025】本発明のうち請求項6記載の距離計測方法
は、前記光通過手段は二つのピンホールを有することを
特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the distance measuring method, the light passing means has two pinholes.

【0026】光通過手段が二つのピンホールを有するこ
とによって、解析を一層容易にし、計算時間を短縮する
ことができる。
Since the light passing means has two pinholes, the analysis can be further facilitated and the calculation time can be reduced.

【0027】本発明のうち請求項7記載の距離計測方法
は、前記テレセントリック光学系を通過した光を三つの
光に分離し、これら分離した光を、光学的配置が互いに
相違する第1、第2及び第3の固体撮像素子にそれぞれ
入射させることを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the distance measuring method, the light passing through the telecentric optical system is separated into three lights, and the separated lights are separated into first and second lights having different optical arrangements. The light is incident on the second and third solid-state imaging devices, respectively.

【0028】この場合、物体の計測の際に逐次的なレン
ズ駆動を必要とせず、動物体の計測やリアルタイム計測
を容易に行うことができる。
In this case, it is not necessary to sequentially drive the lens when measuring the object, and the measurement of the moving object and the real-time measurement can be easily performed.

【0029】本発明のうち請求項8記載の距離計測方法
は、前記対象の距離を演算するに際し、生成に基づく解
析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レ
ンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離を演算する
ことを特徴とするものである。
In the distance measuring method according to the present invention, when calculating the distance of the object, a focus position is obtained by using an analysis method based on generation, and the focus position and the focus of the lens system are determined. The distance of the target is calculated based on the distance.

【0030】このように生成に基づく解析法を用いるこ
とによって合焦位置を容易に推定することができ、した
がって、対象の距離を容易に演算することができる。
As described above, the focus position can be easily estimated by using the analysis method based on the generation, and therefore, the distance to the object can be easily calculated.

【0031】本発明のうち請求項9記載の画像復元装置
は、ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる瞳
形状を有する光通過手段と、この光通過手段を通過した
光を収束するレンズ系と、このレンズ系によって収束さ
れた光を二つ以上の光に分離し、これら分離した光か
ら、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込む
画像取込み手段と、これら画像を用いて対象の距離を演
算する距離演算手段と、合焦画像を復元する合焦画像復
元手段とを具え、前記光通過手段及びレンズ系によって
テレセントリック光学系を構成したことを特徴とするも
のである。
According to the ninth aspect of the present invention, there is provided an image restoring device having a pupil shape for allowing light to pass therethrough so as to facilitate analysis of a blur amount, and converging light passing through the light passing means. A lens system that separates the light converged by the lens system into two or more lights, and from these separated lights, an image capturing unit that captures images at different in-focus positions, and using these images. It is characterized by comprising a distance calculating means for calculating a distance of an object and a focused image restoring means for restoring a focused image, wherein a telecentric optical system is constituted by the light passing means and the lens system.

【0032】これによって高精度な距離計測が可能にな
り、その結果、ぼけのない完全な合焦画像の安定な復元
が可能となる。
As a result, highly accurate distance measurement can be performed, and as a result, a perfectly focused image can be stably restored without blurring.

【0033】本発明のうち請求項10記載の画像復元装
置は、前記光通過手段は二つのピンホールを有すること
を特徴とするものである。
In the image restoration apparatus according to a tenth aspect of the present invention, the light passing means has two pinholes.

【0034】光通過手段が二つのピンホールを有するこ
とによって、解析を一層容易にし、計算時間を短縮する
ことができる。
Since the light passing means has two pinholes, the analysis can be further facilitated and the calculation time can be reduced.

【0035】本発明のうち請求項11記載の画像復元装
置は、前記画像取込み手段は、分光特性を除去するため
に全ての面が再蒸着されるとともに前記収束された光が
第1の面に入射される第1のプリズムと、分光特性を除
去するために全ての面が再蒸着されるとともに前記第1
のプリズムの第2の面に第1の面を接合した第2のプリ
ズムと、分光特性を除去するために全ての面が再蒸着さ
れるとともに前記第2のプリズムの第2の面に第1の面
を接合した第3のプリズムと、前記第1のプリズムの第
2の面及び第1の面によって反射された光が入射される
第1の固体撮像素子と、前記第2のプリズムの第2の面
及び第1の面によって反射された光が入射される第2の
固体撮像素子と、前記第1、第2及び第3のプリズムを
通過する光が入射される第3の固体撮像素子とを具え、
これら第1、第2及び第3の固体撮像素子の光学的配置
が互いに相違するようにしたことを特徴とするものであ
る。
In the image restoring apparatus according to the present invention, the image capturing means may be arranged so that all surfaces are redeposited to remove spectral characteristics and the converged light is applied to the first surface. The first prism to be incident, and the first prism is redeposited on all surfaces to remove spectral characteristics.
And a second prism having a first surface joined to a second surface of the prism, and all surfaces being redeposited to remove spectral characteristics, and a first surface being attached to a second surface of the second prism. A third solid-state image sensor to which light reflected by the second surface and the first surface of the first prism is incident, and a third prism of the second prism A second solid-state imaging device on which light reflected by the second surface and the first surface is incident, and a third solid-state imaging device on which light passing through the first, second, and third prisms is incident With
The optical arrangement of the first, second and third solid-state imaging devices is different from each other.

【0036】このような画像取出し手段によって、物体
の計測の際に逐次的なレンズ駆動を必要とせず、動物体
の計測やリアルタイム計測を容易に行うことができる。
また、このような画像取出し手段を、通常の3−CCD
方式カラーカメラの分光プリズムブロックを加工し、各
CCDの光学的配置が互いに相違するようにするだけで
得ることができる。
With such an image extracting means, it is possible to easily measure a moving object and real-time measurement without requiring sequential lens driving when measuring an object.
Further, such an image taking means is a normal 3-CCD
It can be obtained simply by processing the spectral prism block of the color camera so that the optical arrangement of each CCD is different from each other.

【0037】本発明のうち請求項12記載の画像復元装
置は、前記距離演算手段は、生成に基づく解析法を用い
て合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レンズ系の焦
点距離に基づいて前記対象の距離を演算するようにした
ことを特徴とするものである。
In the image restoration apparatus according to a twelfth aspect of the present invention, the distance calculation means obtains a focus position using an analysis method based on generation, and calculates the focus position based on the focus position and the focal length of the lens system. And calculating the distance of the object.

【0038】このように生成に基づく解析法を用いるこ
とによって合焦位置を容易に推定することができ、した
がって、対象の距離を容易に演算することができる。
As described above, the focus position can be easily estimated by using the analysis method based on the generation, and therefore, the distance to the object can be easily calculated.

【0039】本発明のうち請求項13記載の画像復元装
置は、前記合焦画像復元手段は、前記合焦位置からぼけ
を含まない原画像の空間周波数スペクトルを求め、これ
をフーリエ逆変換することによって合焦画像を復元する
ようにしたことを特徴とするものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the image restoration apparatus according to the thirteenth aspect, the in-focus image restoration means obtains a spatial frequency spectrum of an original image containing no blur from the in-focus position, and performs an inverse Fourier transform on the spectrum. In order to restore the in-focus image.

【0040】合焦画像復元手段は、合焦位置からぼけを
含まない原画像の空間周波数スペクトルを求め、これを
フーリエ逆変換することによって原画像を復元する。し
たがって、単に合焦領域を統合しているのではなく、信
号処理的に画像を複合しているので、画像取込み手段に
よって取り出された画像のうちのいずれもが合焦してい
ない場合でも、全焦画像を得ることができる。
The in-focus image restoration means obtains the spatial frequency spectrum of the original image which does not include blur from the in-focus position, and restores the original image by inverse Fourier transform. Therefore, since the images are compounded in a signal processing manner instead of simply integrating the in-focus regions, even if any of the images taken out by the image taking means is out of focus, all the images are taken out of focus. A focused image can be obtained.

【0041】本発明のうち請求項14記載の画像復元方
法は、ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる
瞳形状を有する光通過手段及びこの光通過手段を通過し
た光を収束するレンズ系によって構成されたテレセント
リック光学系を通過した光を、二つ以上の光に分離し、
これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像
をそれぞれ取り込み、これら画像を用いて対象の距離を
演算するとともに合焦画像を復元することを特徴とする
ものである。
According to the image restoring method of the present invention, the light passing means having a pupil shape for passing the light so as to facilitate the analysis of the blur amount and the light passing through the light passing means are converged. The light that has passed through the telecentric optical system constituted by the lens system is separated into two or more lights,
From the separated light, images at different in-focus positions are fetched, respectively, and the distance of the target is calculated using these images, and the focused image is restored.

【0042】これによって高精度な距離計測が可能にな
り、その結果、ぼけのない完全な合焦画像の安定な復元
が可能となる。
As a result, highly accurate distance measurement can be performed, and as a result, a perfectly focused image without blurring can be stably restored.

【0043】本発明のうち請求項15記載の画像復元方
法は、前記光通過手段を二つのピンホールを有すること
を特徴とするものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the image restoration method, the light passing means has two pinholes.

【0044】光通過手段が二つのピンホールを有するこ
とによって、解析を一層容易にし、計算時間を短縮する
ことができる。
Since the light passing means has two pinholes, the analysis can be further facilitated and the calculation time can be reduced.

【0045】本発明のうち請求項16記載の画像復元方
法は、前記テレセントリック光学系を通過した光を三つ
の光に分離し、これら分離した光を、光学的配置が互い
に相違する第1、第2及び第3の固体撮像素子にそれぞ
れ入射させることを特徴とするものである。
In the image restoring method according to the present invention, the light passing through the telecentric optical system is separated into three lights, and the separated lights are separated into first and second lights whose optical arrangements are different from each other. The light is incident on the second and third solid-state imaging devices, respectively.

【0046】この場合、物体の計測の際に逐次的なレン
ズ駆動を必要とせず、動物体の計測やリアルタイム計測
を容易に行うことができる。
In this case, it is not necessary to sequentially drive the lens at the time of measuring the object, and the measurement of the moving object and the real-time measurement can be easily performed.

【0047】本発明のうち請求項17記載の画像復元方
法は、前記対象の距離を演算するに際し、生成に基づく
解析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置及び前記
レンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離を演算す
ることを特徴とするものである。
According to the image restoration method of the present invention, when calculating the distance to the object, a focus position is obtained by using an analysis method based on generation, and the focus position and the focus of the lens system are determined. The distance of the target is calculated based on the distance.

【0048】このように生成に基づく解析法を用いるこ
とによって合焦位置を容易に推定することができ、した
がって、対象の距離を容易に演算することができる。
By using the analysis method based on the generation as described above, the in-focus position can be easily estimated, and therefore, the distance to the object can be easily calculated.

【0049】本発明のうち請求項18記載の画像復元方
法は、前記原画像を復元するに際し、前記合焦位置から
ぼけを含まない合焦画像の空間周波数スペクトルを求
め、これをフーリエ逆変換して前記合焦画像を復元する
ことを特徴とするものである。
In the image restoring method of the present invention, when restoring the original image, a spatial frequency spectrum of a focused image that does not include blur is obtained from the focused position, and this is inversely Fourier transformed. And restoring the in-focus image.

【0050】したがって、取り出された画像のうちのい
ずれもが合焦していない場合でも、全焦画像を得ること
ができる。
Therefore, even if none of the extracted images is in focus, an all-focus image can be obtained.

【0051】[0051]

【発明の実施の形態】本発明による距離計測装置及び方
法並びに画像復元装置及び方法を、図面を参照して詳細
に説明する。図1は、本発明による距離計測装置を示す
図である。この距離計測装置は、光通過手段としての開
口マスク1と、開口マスク1から入射された光を収束す
るレンズ系2と、光学的配置が互いに相違するようにし
たCCD3,4,5と、図示しない距離演算手段として
の演算部とを具える。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A distance measuring apparatus and method and an image restoring apparatus and method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a distance measuring device according to the present invention. The distance measuring device includes an aperture mask 1 as a light passing means, a lens system 2 for converging light incident from the aperture mask 1, CCDs 3, 4, and 5 having optical arrangements different from each other, And a calculation unit as a distance calculation means.

【0052】開口マスク1は、ぼけ量の解析が容易とな
るように構造化された符号化開口形状(瞳形状)を有す
る。具体的には二つのピンホール6及び7を有する。レ
ンズ系2は、凸レンズ8、凹レンズ9及び凸レンズ10
を有する。
The aperture mask 1 has a coded aperture shape (pupil shape) structured so as to facilitate the analysis of the blur amount. Specifically, it has two pinholes 6 and 7. The lens system 2 includes a convex lens 8, a concave lens 9, and a convex lens 10.
Having.

【0053】図示しない演算部は、CCD7,8,9か
ら取り込んだ画像に基づいて、合焦位置を推定する。こ
の動作については後に詳細に説明する。
An arithmetic unit (not shown) estimates the in-focus position based on the images taken from the CCDs 7, 8, and 9. This operation will be described later in detail.

【0054】開口マスク1及びレンズ系2は、CCD
7,8,9によって得られる3枚の画像について、その
間の像倍率が等しくなるテレセントリック光学系を構成
する。通常の光学系の場合、図2Aに示すように、絞り
11をレンズ系12の主点の近辺に配置するために、C
CD13及び14の位置変化に応じて倍率が変化する。
それに対して、テレセントリック光学系の場合、図2B
に示すように、絞り15をレンズ系16の前焦面に配置
することによって、絞り15の中央を通過する光束は全
てCCD17及び18に対して垂直に入射する。このた
めに、CCD17及び18、すなわち、像面の位置変化
は画像のぼけのみを生じ、像倍率は変化しない。これに
よって、対象までの距離が一定の場合、ぼけ減少は位置
不変のカーネルの折り畳み演算として表現することが可
能となり、解析が簡単化される。
The aperture mask 1 and the lens system 2 are CCD
With respect to the three images obtained by 7, 8, and 9, a telecentric optical system in which the image magnification therebetween is equal is configured. In the case of a normal optical system, as shown in FIG. 2A, in order to dispose the stop 11 near the principal point of the lens system 12, C
The magnification changes according to the position change of the CDs 13 and 14.
On the other hand, in the case of the telecentric optical system, FIG.
By arranging the stop 15 at the front focal plane of the lens system 16 as shown in FIG. For this reason, a change in the position of the CCDs 17 and 18, ie, the image plane, causes only blurring of the image, and does not change the image magnification. Thus, when the distance to the target is constant, the blur reduction can be expressed as a position-invariant kernel folding operation, and the analysis is simplified.

【0055】このような距離計測装置を用いて距離を計
測するためには、得られた画像に含まれるぼけを比較・
解析し、その量から合焦位置を求める必要がある。画像
の撮影に用いる通常のカメラでは、滑らかで自然なぼけ
を得るために、瞳形状は円形又はそれに近い形状の開口
を有することが多い。しかしながら、このような瞳形状
では、ぼけの発生に従い高周波成分のゲインが単調に減
少するだけであり、その量的な解析からぼけの大きさを
推定せざるを得ない。また、高周波成分が失われること
によって原画像の復元も困難になる。したがって、瞳形
状を、解析が容易となるように構造化し、それに適合す
る解析手法を開発する必要が生じる。
In order to measure a distance using such a distance measuring device, blurs included in the obtained images are compared with each other.
It is necessary to analyze and obtain the in-focus position from the amount. In an ordinary camera used for capturing an image, the pupil shape often has a circular or nearly circular aperture in order to obtain a smooth and natural blur. However, in such a pupil shape, the gain of the high-frequency component simply decreases monotonously with the occurrence of the blur, and the magnitude of the blur has to be estimated from the quantitative analysis. In addition, the loss of high frequency components makes it difficult to restore the original image. Therefore, it is necessary to structure the pupil shape so that the analysis is easy, and to develop an analysis method suitable for the pupil shape.

【0056】瞳形状としては、以下のような条件を満た
すものが求められる。 1.周波数特性の構造から容易にぼけの大きさが求めら
れること。 2.ぼけの大きさに関係なく高周波領域のゲインが全体
的に落ち込まないこと。 3.十分な光量が通過するような開口面積を有するこ
と。 ここで重要なことは、複数配置した撮像面から互いに相
違するぼけ量を有する画像が得られるので、局所的には
構造化された瞳形状のゲイン特性に零点が含まれていて
もよいことである。むしろ零点を周期的に設けるなどゲ
イン特性を構造化することによってぼけ量の解析にパタ
ーン照合などの手法を用いることが可能となり、距離計
測の精度を大幅に向上させることができる。
The pupil shape is required to satisfy the following conditions. 1. The size of the blur is easily obtained from the structure of the frequency characteristics. 2. The gain in the high-frequency region does not drop overall regardless of the size of the blur. 3. Have an opening area that allows a sufficient amount of light to pass through. What is important here is that since images having different amounts of blur are obtained from a plurality of arranged imaging planes, the zero point may be locally included in the gain characteristic of the structured pupil shape. is there. Rather, by structuring gain characteristics such as periodically providing zeros, it is possible to use a technique such as pattern matching for blur amount analysis, and to greatly improve the accuracy of distance measurement.

【0057】図3は、距離計測装置に用いられる多重フ
ォーカスカメラの一部を示す図である。この多重フォー
カスカメラは、図示しない符号化開口マスクと、図1の
レンズ系2に対応するレンズ19と、プリズム20,2
1,22と、図1のCCD3,4,5に対応するCCD
23,24,25とを具える。これらプリズム20,2
1,22の全ての面は、分光特性を除去するために再蒸
着されている。この場合、CCD23,24,25の光
学的配置が互いに相違するように、プリズム20の第1
面26からCCD23までの光路長を、プリズム20の
第1面26からCCD24までの光路長に比べて1mm
短くするとともに、プリズム20の第1面26からCC
D25までの光路長を、プリズム20の第1面26から
CCD24までの光路長に比べて1mm長くする。
FIG. 3 is a diagram showing a part of a multi-focus camera used for a distance measuring device. This multi-focus camera includes a coded aperture mask (not shown), a lens 19 corresponding to the lens system 2 in FIG.
1, 22 and CCDs corresponding to CCDs 3, 4, and 5 in FIG.
23, 24, and 25. These prisms 20, 2
All surfaces 1, 2 have been redeposited to remove spectral properties. In this case, the first of the prisms 20 is arranged such that the optical arrangements of the CCDs 23, 24 and 25 are different from each other.
The optical path length from the surface 26 to the CCD 23 is 1 mm compared to the optical path length from the first surface 26 of the prism 20 to the CCD 24.
The distance from the first surface 26 of the prism 20 to CC
The optical path length up to D25 is made 1 mm longer than the optical path length from the first surface 26 of the prism 20 to the CCD 24.

【0058】プリズム20の第2面27にプリズム21
の第1面28を接合するとともに、プリズム21の第2
面29にプリズム22の第1面30を接合し、CCD2
3,24,25への入射光をそれぞれ、レンズ19から
プリズム20の第1面26への入射光の1/3とする。
The prism 21 is provided on the second surface 27 of the prism 20.
And the second surface of the prism 21
The first surface 30 of the prism 22 is joined to the surface 29 and the CCD 2
The incident light on the lenses 3, 24, and 25 are respectively set to be 1/3 of the incident light on the first surface 26 of the prism 20 from the lens 19.

【0059】このように各CCD23,24,25を像
面と垂直方向にずらすことによって、合焦位置の互いに
相違する3枚の画像を同時に取り込むことができる。ま
た、このような多重フォーカスカメラを、通常の3−C
CD方式カラーカメラの分光プリズムブロックを加工
し、各CCDの光学的配置が互いに相違するようにする
だけで得ることができる。
By shifting the CCDs 23, 24 and 25 in the direction perpendicular to the image plane in this manner, three images at different focus positions can be simultaneously captured. In addition, such a multi-focus camera is provided with a normal 3-C
It can be obtained simply by processing the spectral prism block of the CD type color camera so that the optical arrangement of each CCD is different from each other.

【0060】これまで、多重フォーカスカメラにテレセ
ントリック光学系及び符号化開口(瞳形状)を統合した
手法は全く提案されていない。しかしながら、これらの
三つを同時に用いることによって初めて、後に説明する
ような高性能を得ることができる。
Until now, no method has been proposed in which a multicentric camera is integrated with a telecentric optical system and a coded aperture (pupil shape). However, high performance as described later can be obtained only by using these three at the same time.

【0061】次に、多重フォーカスカメラによって得ら
れた3枚の画像を解析することによって、対象上の各点
(これらをxy座標系で表す。)までの距離を計測する
手法を、理解を容易にするために図2B及び4を用いて
説明する。なお、図4において、光通過手段を、二つの
ピンホール31,32を有する開口マスク33で示し、
レンズ系を凸レンズ34で示し、画像取出し手段をCC
D35,36,37で示す。なお、テレセントリック光
学系を構成するために、開口マスク33を凸レンズ34
の前焦点面に配置する。
Next, it is easy to understand how to analyze the three images obtained by the multi-focus camera to measure the distance to each point on the object (these points are represented by an xy coordinate system). This will be described with reference to FIGS. 2B and 4. In FIG. 4, the light passing means is indicated by an opening mask 33 having two pinholes 31 and 32,
The lens system is shown by a convex lens 34, and the image taking out means is CC
D35, 36 and 37 are shown. In order to form a telecentric optical system, the aperture mask 33 must be
At the front focal plane.

【0062】図2Bに示すテレセントリック光学系にお
いて、絞り15を絞り込み、これに中心光束のみを通過
させたときに得られるぼけを含まない画像をs(x,
y)とする。この画像s(x,y)は、撮像面の位置に
関係なく同一である。また、絞り15の瞳形状をa
(x,y)とし、得られる画像をi(x,y)とする
と、これらの関係は以下の式で表される。
In the telecentric optical system shown in FIG. 2B, the stop 15 is stopped down, and an image free from blur, which is obtained when only the center light beam passes therethrough, is obtained as s (x,
y). This image s (x, y) is the same regardless of the position of the imaging surface. Further, the pupil shape of the aperture 15 is a
Assuming that (x, y) and the obtained image is i (x, y), these relationships are expressed by the following equations.

【数1】 (Equation 1)

【0063】このように、フォーカシングによる画像の
変化が単に原画像に対するぼけカーネルの畳み込みで表
現されている点が、通常の光学系の代わりにテレセント
リック光学系を用いる数学的な根拠である。ここで、ぼ
けカーネルは瞳形状と相似の図形であり、その比率km
(m=1,2,3)は、レンズ34から対象の点Pまで
の距離をuとし、レンズ34の焦点距離をfとし、レン
ズ34の合焦位置をvとし、レンズから各CCDまでの
位置をwm とすると、比率km は、図4から以下のよう
に表すことができる。
Thus, the fact that the change in image due to focusing is simply expressed by convolution of the blur kernel with respect to the original image is the mathematical basis for using a telecentric optical system instead of a normal optical system. Here, the blur kernel is figure similar to the pupil shape, the ratio k m
(M = 1, 2, 3) indicates that the distance from the lens 34 to the target point P is u, the focal length of the lens 34 is f, the in-focus position of the lens 34 is v, and the distance from the lens to each CCD is If the position is referred to as w m, the ratio k m can be expressed as follows from FIG.

【数2】 (Equation 2)

【0064】ここで、ガウスの結像公式Here, Gaussian imaging formula

【数3】 を用いて距離uを消去すると、比率km は、(Equation 3) Clearing the distance u using the ratio k m is

【数4】 で表される。〔数4〕から、比率km は、合焦位置vと
各CCDの位置wm の差に線形な値であることがわか
る。当然、合焦位置vが求められると、距離uは〔数
3〕から求められる。合焦状態、すなわち、v=wm
ときはkm =0となり、この際、ぼけカーネルはデルタ
関数となる。当然、im (x,y)=s(x,y)、す
なわち、ぼけのない画像が観測される。
(Equation 4) It is represented by From [Equation 4], the ratio k m is found to be a difference in position w m of the focus position v and the CCD is a linear value. Obviously, when the in-focus position v is obtained, the distance u is obtained from [Equation 3]. Focus state, i.e., v = k m = 0 next when the w m, this time, the blur kernel is a delta function. Of course, i m (x, y) = s (x, y), i.e., an image having no blurring is observed.

【0065】〔数1〕で表されるぼけの成形過程は、瞳
形状に無関係に成立する性質である。ここで、瞳形状a
(x,y)を設定すると、観測された画像im (x,
y)から合焦位置vと完全合焦画像s(x,y)を求め
ることができる。
The blur forming process represented by [Equation 1] is a property that is established irrespective of the pupil shape. Here, the pupil shape a
(X, y) Setting the observed image i m (x,
The focus position v and the perfectly focused image s (x, y) can be obtained from y).

【0066】図4に図示した瞳形状に起因するぼけカー
ネルは、
The blur kernel caused by the pupil shape shown in FIG.

【数5】 によって表される。ここで、δ(x)はDirac のδ関数
である。これを〔数1〕に代入すると、
(Equation 5) Represented by Here, δ (x) is the Dirac δ function. Substituting this into [Equation 1] gives

【数6】 となる。これをx軸方向に1次元フーリエ変換すると、(Equation 6) Becomes When this is one-dimensional Fourier transformed in the x-axis direction,

【数7】 のようになる。すなわち、二つのピンホールを有する距
離計測装置によるぼけの周波数特性のゲインはcos関
数の絶対値で表され、その周期はぼけ量によって決定さ
れる。
(Equation 7) become that way. That is, the gain of the frequency characteristic of the blur by the distance measuring device having two pinholes is represented by the absolute value of the cos function, and the period is determined by the blur amount.

【0067】また、〔数7〕が実関数であることから、
位相成分は0又はπのいずれかである。これらから二つ
のピンホールを有する距離計測装置は、上記条件1及び
2を満足することがわかる。ぼけ画像が複数枚得られる
ので、これらから求めたスペクトル分布に適切な重み付
けを行うことによって、距離計測及び後に説明する完全
合焦画像復元の双方において零点の存在も問題にならな
い。
Since [Equation 7] is a real function,
The phase component is either 0 or π. From these, it can be seen that the distance measuring device having two pinholes satisfies the above conditions 1 and 2. Since a plurality of blurred images are obtained, by appropriately weighting the spectral distributions obtained therefrom, the existence of a zero point does not matter in both the distance measurement and the fully focused image restoration described later.

【0068】なお、通常の円形開口の場合には、ぼけ量
が増加するに従って周波数特性の高周波成分を低減させ
るローパスフィルタの機能を有するが、瞳形状を構造化
することによって、ぼけの周波数特性を構造化できるこ
とがわかる。
In the case of a normal circular aperture, a function of a low-pass filter for reducing the high frequency component of the frequency characteristic as the amount of blur increases is provided. By structuring the pupil shape, the frequency characteristic of the blur can be reduced. It turns out that it can be structured.

【0069】このような距離計測装置では、複数の互い
に相違するぼけ量に関する画像が同時に得られる。これ
らのxに関する1次元フーリエ変換をそれぞれI
m (s,y)とすると、
In such a distance measuring device, a plurality of images relating to different blur amounts can be obtained at the same time. These one-dimensional Fourier transforms for x are represented by I
m (s, y)

【数8】 となる。ここで、各像面の位置をwm とし、S(s,
y)を、(ぼけを含まない)完全合焦点の空間周波数ス
ペクトルとする。これは未知であるが全ての画像面に関
して共通である。したがって、〔数8〕を互いに除算す
ることによってこの項を消去する。例えば、Im (s,
y)を分子にとるとともにIn (s,y)(nを、mと
は異なる1〜3のうちのいずれかの整数とする。)を分
母にとる場合には、
(Equation 8) Becomes Here, the position of each image plane is defined as w m, and S (s,
Let y) be the spatial frequency spectrum of perfect focus (without blur). This is unknown but common to all image planes. Therefore, this term is eliminated by dividing [Equation 8] with each other. For example, Im (s,
If taking I n (s with taking y) in the molecule, y) and (n a, and any of integers different from 1 to 3 and m.) in the denominator,

【数9】 を最小にするvを求めればよい。しかしながら、第1項
は、複素数の値である入力画像のフーリエ変換から求め
られる値であり、これを用いて合焦位置vを直接求める
のは困難であるので、生成に基づく解析法を用いる。こ
の処理の流れを図5に示す。先ず、入力画像I1
2 ,I3 の各々の1走査ライン上から処理すべき画像
を取り出し、ブラックマンウィンドウ処理を行う。次
に、xに関する1次フーリエ変換を行い、得られたスペ
クトルの除算を、隣接する画像面間について空間周波数
sごとに行う。
(Equation 9) It is sufficient to find v that minimizes. However, the first term is a value obtained from the Fourier transform of the input image, which is a complex value, and it is difficult to directly obtain the in-focus position v using the value. Therefore, an analysis method based on generation is used. FIG. 5 shows the flow of this processing. First, the input images I 1 ,
An image to be processed is extracted from one scan line of each of I 2 and I 3 , and Blackman window processing is performed. Next, a first-order Fourier transform for x is performed, and the obtained spectrum is divided for each spatial frequency s between adjacent image planes.

【0070】この場合、3枚の画像面を有するので、分
母分子を入れ替えた全ての組合せ、すなわち、r1221
2332の総和を求める。〔数9〕は除算を含むが、実
際には重み付け和を計算することで周波数応答の零点に
関する問題を解決している。重み付けには、分母に用い
るIn (s,y)の絶対値を利用している。また、重み
付け係数の和が閾値に達しない場合、その領域には十分
なテクスチャが含まれていないので、距離計測が不可能
であると判定する。当然、距離uは、生成に基づく解析
法によって求めた合焦位置vと〔数3〕から求められ
る。
In this case, since there are three image planes, all combinations in which the denominator and numerator are exchanged, that is, r 12 r 21
Find the sum of r 23 r 32 . [Equation 9] includes division, but actually solves the problem related to the zero point of the frequency response by calculating the weighted sum. The weighting utilizes the absolute value of I n (s, y) used for the denominator. If the sum of the weighting coefficients does not reach the threshold value, it is determined that distance measurement is impossible because the region does not include a sufficient texture. Naturally, the distance u is obtained from the in-focus position v obtained by the analysis method based on generation and [Equation 3].

【0071】図6に、〔数9〕の第2項に互いに相違す
る合焦位置v1 ,v2 を代入した場合の差の総和を示
す。図示したように、v1 =v2 の周辺で非常に急峻な
谷状の評価値が得られ、それ以外の位置では均等な残差
であることから、高精度に距離算出を行うことが可能で
あることがわかる。
FIG. 6 shows the sum of the differences when different focus positions v 1 and v 2 are substituted into the second term of [Equation 9]. As shown in the figure, a very steep valley-like evaluation value is obtained around v 1 = v 2 , and the remaining position is an even residual, so that distance calculation can be performed with high accuracy. It can be seen that it is.

【0072】本実施の形態によれば、多重フォーカスカ
メラを用いることによって、機械的な駆動部分を有する
ことなく実時間計測が可能になる。また、開口マスク
が、ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる構
造を有するので、瞳形状に起因するぽけ減少を効率的に
処理することができる。さらに、開口マスク及びレンズ
系によってテレセントリック光学系を構成する、すなわ
ち、開口マスクをレンズ系の前焦点面に配置することに
よって、上記不都合を生ずることなく安定かつ高精度に
対象の距離計測を行うことができる。
According to the present embodiment, the use of the multi-focus camera enables real-time measurement without having a mechanical drive part. Further, since the aperture mask has a structure that allows light to pass so as to facilitate the analysis of the blur amount, it is possible to efficiently reduce the blur caused by the pupil shape. Further, a telecentric optical system is constituted by the aperture mask and the lens system, that is, by arranging the aperture mask on the front focal plane of the lens system, the distance measurement of the object can be performed stably and accurately without causing the above-described inconvenience. Can be.

【0073】次に、距離計測装置を用いた画像復元装置
について説明する。この場合、画像復元装置は、図1に
図示したような距離計測装置の構成要素(演算部を含
む。)の他に、合焦画像を復元する合焦画像復元手段と
しての画像復元部(図示せず)を有する。
Next, an image restoration apparatus using a distance measuring device will be described. In this case, in addition to the components (including the calculation unit) of the distance measurement device as shown in FIG. 1, the image restoration device includes an image restoration unit (FIG. 1) as a focused image restoration unit for restoring a focused image. (Not shown).

【0074】実際に画像を入力するためには、開口面積
は有限の値である必要がある。しかしながら、これまで
の説明ではピンホールの直径を無視しており、各ピンホ
ールの直径に起因するぼけの効果は含まれていない。そ
こで、実際の計算ではこの効果を考慮して、〔数7〕で
表されるぼけ画像のスペクトル応答にsinc関数を乗
じ、
In order to actually input an image, the opening area needs to be a finite value. However, in the description so far, the diameter of the pinhole is ignored, and the effect of blurring due to the diameter of each pinhole is not included. Thus, in the actual calculation, taking this effect into account, the spectral response of the blurred image represented by [Equation 7] is multiplied by the sinc function, and

【数10】 としている。ここで、βを、ピンホールの直径によって
決定される値とし、これは、αより著しく小さいので、
sinc関数の周期はcos関数の周期より小さい。ま
た、β=0としたときは、理想的なピンホールの場合で
ある。計算に用いるβの値を、αと合わせて瞳形状の寸
法から求めた。〔数9〕の第2項を予めテーブル化して
おくことによって高速化を図っているので、この計算は
テンプレート生成時に行えばよい。
(Equation 10) And Where β is a value determined by the diameter of the pinhole, which is significantly smaller than α,
The period of the sinc function is smaller than the period of the cos function. When β = 0, it is an ideal pinhole case. The value of β used in the calculation was determined from the size of the pupil shape together with α. Since the second term of [Equation 9] is made into a table in advance to increase the speed, this calculation may be performed at the time of template generation.

【0075】完全合焦画像を復元するためには、求めら
れた距離vを用いて、
In order to restore a perfectly focused image, using the obtained distance v,

【数11】 を求め、そのフーリエ逆変換を行えばよい。当然、全て
のmについてS(s,y)は共通であるので、〔数1
1〕の分母の絶対値を重み付けとしてmに関する平均を
求めることによって、ぼけの周波数応答に零点が含まれ
る場合にも正しく完全合焦画像が復元される。
[Equation 11] , And perform its inverse Fourier transform. Naturally, S (s, y) is common for all m, so [Equation 1
By obtaining the average of m using the absolute value of the denominator of [1] as a weight, a perfectly focused image can be correctly restored even when a zero point is included in the frequency response of the blur.

【0076】次に、実際の計測によって得られた距離マ
ップと、ぼけを含まない完全合焦画像とを示す。図7〜
9は、距離計測装置によって得られた3枚の画像であ
る。これらから、互いに相違するぼけ量に関する画像が
得られていることがわかる。背景の文字については、こ
れらのどの画像も完全に合焦していないことがわかる。
図10は、既に説明したようにして復元された完全合焦
画像である。
Next, a distance map obtained by actual measurement and a perfectly focused image which does not include blur will be described. FIG.
Reference numeral 9 denotes three images obtained by the distance measuring device. From these, it can be seen that images with different amounts of blur have been obtained. It can be seen that none of these images are perfectly in focus for the background text.
FIG. 10 is a perfectly focused image restored as described above.

【0077】図11は、計算によって得られた対象の3
次元形状及び完全合焦画像である。これによれば、背景
の平面の部分と、手前の時計の立体的な形状と、その間
の距離が計測されていることがわかる。距離マップのう
ち、白く抜けている部分は、全ての対象に手掛かりとな
る模様等が全く含まれていない部分である。
FIG. 11 shows the three objects obtained by the calculation.
It is a three-dimensional shape and a perfectly focused image. According to this, it can be seen that the three-dimensional shape of the plane portion of the background, the clock in front, and the distance between them are measured. In the distance map, a portion that is missing in white is a portion that does not include any clue patterns or the like in all objects.

【0078】図12及び13は、入力画像のうち中央の
CCDによって撮影された画像の一部を拡大したもの及
び完全合焦画像の一部を拡大したものをそれぞれ示す。
写真Fでは、手前の時計と背景の文字の双方をはっきり
と見ることができる。単に合焦領域を統合しているので
はなく、信号処理的に画像を復元しているため、入力画
像のいずれもが合焦していない場合でも完全合焦画像を
得ることができる。平面に同様の文字テクステチャを配
した対象について計測した実験では約1.1mm離れた
対象に対して奥行き値の標準偏差は約1.2mmであっ
た。また、計算時間は、DEC Alpha 400M
Hzを使用して距離計算に約30秒、完全合焦画像の復
元に約20秒を要した。
FIGS. 12 and 13 show an enlarged image of a part of the input image captured by the central CCD and an enlarged image of a part of the perfectly focused image, respectively.
In Photo F, both the clock in front and the characters in the background can be clearly seen. Since the image is restored by signal processing instead of simply integrating the in-focus areas, a completely in-focus image can be obtained even when none of the input images is in focus. In an experiment measured for an object having a similar text texture on a plane, the standard deviation of the depth value was about 1.2 mm for an object about 1.1 mm away. The calculation time is DEC Alpha 400M
Using Hz, it took about 30 seconds to calculate the distance and about 20 seconds to restore a perfectly focused image.

【0079】本実施の形態によれば、像の情報が失われ
にくく、ぼけのない完全な合焦画像の安定な復元が可能
となる。
According to the present embodiment, the information of the image is hardly lost, and it is possible to stably restore a perfectly focused image without blurring.

【0080】次に、本発明による画像復元装置を距離画
像センサに適用した場合について説明する。このような
画像復元装置は、通常のテレビカメラと同様に対象を撮
影することによって、対象の3次元形状と、ぼけを含ま
ない全焦点画像を得ることを目的とする。図14Aに示
すように、矢印A方向にフォーカシングを行う通常のカ
メラ38によって撮影された合焦面39に関する画像4
0は、対象41の奥行きに関する情報がぼけ42として
対象41の像に内包されており、このぼけ42を画像4
0から分離することは困難である。
Next, a case where the image restoration apparatus according to the present invention is applied to a range image sensor will be described. Such an image restoration apparatus aims to obtain a three-dimensional shape of an object and an all-focus image that does not include blur by photographing the object in the same manner as a normal television camera. As shown in FIG. 14A, an image 4 on a focal plane 39 taken by a normal camera 38 that performs focusing in the direction of arrow A.
0 indicates that information on the depth of the object 41 is included in the image of the object 41 as a blur 42.
It is difficult to separate from zero.

【0081】それに対して、本発明による画像復元装置
を適用した距離画像センサ43は、図14Bに示すよう
に、対象44の全焦点画像45と距離画像46とを分離
して取り出すことができる。本来、距離画像46は、測
量・計測分野や工業的自動化などに利用されてきたが、
同時に全焦点画像45を取得することによって、コンピ
ュータグラフィックス(CG)画像と実写画像を合成し
たCG合成画像47や立体視テレビジョン等のマルチメ
ディア分野での応用が特に期待される。
On the other hand, the distance image sensor 43 to which the image restoration device according to the present invention is applied can separate and extract the omnifocal image 45 and the distance image 46 of the object 44 as shown in FIG. 14B. Originally, the distance image 46 has been used in the field of surveying / measurement, industrial automation, etc.
Simultaneously acquiring the omnifocal image 45 is particularly expected to be applied in a multimedia field such as a CG synthesized image 47 obtained by synthesizing a computer graphics (CG) image and a real image, and a stereoscopic television.

【0082】このような距離画像センサ43の場合、機
械的駆動部分なしに計測を行うことによって、計測に要
する時間は、通常のカメラ38と同等の約1/30秒に
なる。これによって動物体の計測を可能にする。また、
レーザ光等の投影を一切行わずに計測を行うことによっ
て、一般生活環境や屋外環境においても計測を可能とす
る。これらは、マルチメディア分野で利用する際に必要
な性能である。
In the case of such a distance image sensor 43, by performing the measurement without the mechanical driving part, the time required for the measurement is about 1/30 second, which is equivalent to that of the normal camera 38. This enables measurement of the moving object. Also,
By performing measurement without projecting a laser beam or the like at all, measurement is possible even in a general living environment or an outdoor environment. These are the performances required for use in the multimedia field.

【0083】本発明は上記実施の形態に限定されるもの
ではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、
上記実施の形態では、光通過手段が、二つのピンホール
を有する場合についてのみ説明したが、ぼけ量の解析が
容易となるように他の任意の構造を有するようにしても
よい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and many modifications and variations are possible. For example,
In the above embodiment, only the case where the light passing means has two pinholes has been described. However, the light passing means may have another arbitrary structure so that the blur amount can be easily analyzed.

【0084】また、レンズ系として、凸レンズ、凹レン
ズ及び凸レンズを順に配置した場合及び単一の凸レンズ
で構成した場合についてのみ説明したが、他の任意のレ
ンズ系を用いることもできる。
Further, as the lens system, only the case where the convex lens, the concave lens and the convex lens are arranged in order and the case where the lens system is constituted by a single convex lens have been described, but any other lens system may be used.

【0085】また、入射光を三つに分離する場合につい
て説明したが、それ以外の複数の光に分離する場合にも
適用することができる。上記実施の形態で説明したCC
Dの光学的配置以外のものを採用することもできる。
Although the description has been given of the case where the incident light is divided into three, the present invention can be applied to the case where the incident light is separated into a plurality of other lights. CC described in the above embodiment
Other than the optical arrangement of D can be adopted.

【0086】さらに、本発明による画像復元装置を距離
画像センサに適用した場合について説明したが、これ
を、工業用レンジファインダ、立体視用テレビカメラ、
防犯監視システム等の3次元画像計測を行う工業分野及
び画像メディア分野に適用することができる。工業用レ
ンジファインダは、部品等の位置・向きの計測や種類の
認識を行うものであり、ロボットによる部品の把持等に
利用される。立体視用テレビカメラによれば、得られた
距離画像を計算機によって処理することで立体視に必要
な両眼視差画像を生成することができる。防犯監視シス
テムによれば、人物の像のみならず、空間中の人物の位
置や動作を認識することができる。
Furthermore, the case where the image restoring device according to the present invention is applied to a range image sensor has been described, but this is applied to an industrial range finder, a stereoscopic television camera,
The present invention can be applied to an industrial field for performing three-dimensional image measurement such as a security monitoring system and an image media field. The industrial range finder measures the position and orientation of a component or the like and recognizes the type, and is used for gripping a component by a robot. According to the stereoscopic television camera, a binocular parallax image required for stereoscopic vision can be generated by processing the obtained distance image by a computer. According to the security monitoring system, it is possible to recognize not only the image of a person but also the position and movement of the person in space.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による距離計測装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a distance measuring device according to the present invention.

【図2】通常の光学系及びテレセントリック光学系を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a normal optical system and a telecentric optical system.

【図3】本発明による距離計測装置に用いられる多重フ
ォーカスカメラの一部を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a part of a multi-focus camera used in the distance measuring device according to the present invention.

【図4】二つのピンホールを有するテレセントリック光
学系を示す。
FIG. 4 shows a telecentric optical system with two pinholes.

【図5】距離推定処理の流れを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a flow of a distance estimation process.

【図6】互いに相違する合焦位置v1 ,v2 に対する周
波数特性の残差の総和を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the sum of residuals of frequency characteristics for different focusing positions v 1 and v 2 .

【図7】距離計測装置によって得られた第1の画像であ
る。
FIG. 7 is a first image obtained by a distance measurement device.

【図8】距離計測装置によって得られた第2の画像であ
る。
FIG. 8 is a second image obtained by the distance measurement device.

【図9】距離計測装置によって得られた第3の画像であ
る。
FIG. 9 is a third image obtained by the distance measurement device.

【図10】復元された完全合焦画像である。FIG. 10 is a restored perfect in-focus image.

【図11】計算によって得られた対象の3次元形状及び
完全合焦画像である。
FIG. 11 shows a three-dimensional shape and a perfectly focused image of a target obtained by calculation.

【図12】入力画像のうち中央のCCDによって撮影さ
れた画像の一部を拡大したものである。
FIG. 12 is an enlarged view of a part of an image captured by a central CCD among input images.

【図13】完全合焦画像の一部を拡大したものである。FIG. 13 is an enlarged view of a part of a perfectly focused image.

【図14】通常のカメラ及び本発明による画像復元装置
を適用した距離画像センサについて説明するための図で
ある。
FIG. 14 is a diagram for explaining a range image sensor to which a normal camera and an image restoration device according to the present invention are applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,33 開口マスク 2,12,16 レンズ系 3,4,5,23,24,25,35,36,37 C
CD 6,7,31,32 ピンホール 8,10,34 凸レンズ 9 凹レンズ 19 レンズ 20,21,22 プリズム 26,28,30 第1面 27,29 第2面 38 通常のカメラ 39 合焦面 40 画像 41,44 対象 42 ぼけ 43 距離画像センサ 45 全焦点画像 46 距離画像 47 CG合成画像 f レンズ34の焦点距離 I1 ,I2 ,I3 入力画像 P 対象の点 u レンズ34から対象の点Pまでの距離 v レンズ34の合焦位置 w1 ,w2 ,w3 レンズ34から各CCDまでの位置
1,33 aperture mask 2,12,16 lens system 3,4,5,23,24,25,35,36,37 C
CD 6,7,31,32 Pinhole 8,10,34 Convex lens 9 Concave lens 19 Lens 20,21,22 Prism 26,28,30 First surface 27,29 Second surface 38 Normal camera 39 Focusing surface 40 Image 41, 44 Object 42 Blur 43 Distance image sensor 45 All-in-focus image 46 Distance image 47 CG composite image f Focal length of lens 34 I 1 , I 2 , I 3 Input image P Target point u From lens 34 to target point P Distance v Focusing position of lens 34 w 1 , w 2 , w 3 Position from lens 34 to each CCD

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年5月20日[Submission date] May 20, 1999

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Correction target item name] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項2[Correction target item name] Claim 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項5[Correction target item name] Claim 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項9[Correction target item name] Claim 9

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項14[Correction target item name] Claim 14

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1記
載の距離計測装置は、ぼけ量の解析が容易となるように
構造化した光通過手段と、この光通過手段を通過した光
を収束するレンズ系と、このレンズ系によって収束され
た光を二つ以上の光に分離し、これら分離した光から、
互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込む画像
取込み手段と、これら画像を用いて対象の距離を演算す
る距離演算手段とを具え、前記光通過手段及びレンズ系
によってテレセントリック光学系を構成したことを特徴
とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus, comprising: a light passing means structured to facilitate analysis of a blur amount; and a light passing through the light passing means. A lens system that converges, and the light converged by this lens system is separated into two or more lights, and from these separated lights,
Image capturing means for capturing images at different in-focus positions, and distance calculating means for calculating a distance to a target using these images, wherein a telecentric optical system is configured by the light passing means and the lens system. It is a feature.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0016】結果として、このような光通過手段及びレ
ンズ系によってテレセントリック光学系を構成すること
によって、上記不都合を生ずることなく安定かつ高精度
に対象の距離計測を行うことができる。
As a result, by forming a telecentric optical system with such a light passing means and a lens system, it is possible to measure the distance of an object stably and accurately without causing the above-mentioned inconvenience.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Correction target item name] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0023】本発明のうち請求項5記載の距離計測方法
は、ぼけ量の解析が容易となるように構造化した光通過
手段及びこの光通過手段を通過した光を収束するレンズ
系によって構成されたテレセントリック光学系を通過し
た光を、二つ以上の光に分離し、これら分離した光か
ら、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込
み、これら画像を用いて対象の距離を演算することを特
徴とするものである。
The distance measuring method according to a fifth aspect of the present invention comprises a light passing means structured so that the blur amount can be easily analyzed, and a lens system for converging light passing through the light passing means. The light that has passed through the telecentric optical system is separated into two or more lights, images of different focusing positions are captured from the separated light, and the distance of the object is calculated using these images. It is a feature.

【手続補正9】[Procedure amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0031[Correction target item name] 0031

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0031】本発明のうち請求項9記載の画像復元装置
は、ぼけ量の解析が容易となるように構造化した光通過
手段と、この光通過手段を通過した光を収束するレンズ
系と、このレンズ系によって収束された光を二つ以上の
光に分離し、これら分離した光から、互いに相違する合
焦位置の画像をそれぞれ取り込む画像取込み手段と、こ
れら画像を用いて対象の距離を演算する距離演算手段
と、合焦画像を復元する合焦画像復元手段とを具え、前
記光通過手段及びレンズ系によってテレセントリック光
学系を構成したことを特徴とするものである。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an image restoring apparatus, comprising: a light passing means structured to facilitate analysis of a blur amount; a lens system for converging light passing through the light passing means; An image capturing unit that separates the light converged by the lens system into two or more lights, and captures images at different focusing positions from the separated lights, and calculates a target distance using the images. And a focused image restoring means for restoring a focused image, wherein a telecentric optical system is constituted by the light passing means and the lens system.

【手続補正10】[Procedure amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0041[Correction target item name] 0041

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0041】本発明のうち請求項14記載の画像復元方
法は、ぼけ量の解析が容易となるように構造化した光通
過手段及びこの光通過手段を通過した光を収束するレン
ズ系によって構成されたテレセントリック光学系を通過
した光を、二つ以上の光に分離し、これら分離した光か
ら、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込
み、これら画像を用いて対象の距離を演算するとともに
合焦画像を復元することを特徴とするものである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an image restoring method comprising a light transmitting means structured to facilitate analysis of a blur amount, and a lens system for converging light passing through the light transmitting means. The light that has passed through the telecentric optical system is separated into two or more lights, images of different focus positions are captured from the separated lights, and the distance to the object is calculated using these images. It is characterized in that a focused image is restored.

【手続補正11】[Procedure amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0043[Correction target item name] 0043

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0043】本発明のうち請求項15記載の画像復元方
法は、前記光通過手段は二つのピンホールを有すること
を特徴とするものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the image restoration method according to the fifteenth aspect, the light passing means has two pinholes.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ぼけ量の解析が容易となるように光を通
過させる瞳形状を有する光通過手段と、 この光通過手段を通過した光を収束するレンズ系と、 このレンズ系によって収束された光を二つ以上の光に分
離し、これら分離した光から、互いに相違する合焦位置
の画像をそれぞれ取り込む画像取込み手段と、 これら画像を用いて対象の距離を演算する距離演算手段
とを具え、 前記光通過手段及びレンズ系によってテレセントリック
光学系を構成したことを特徴とする距離計測装置。
1. A light passing means having a pupil shape for passing light so as to facilitate analysis of a blur amount, a lens system for converging light passing through the light passing means, and a lens system converged by the lens system. Image capturing means for separating the light into two or more lights and capturing images at different focusing positions from the separated lights, and distance calculating means for calculating the distance to the object using these images. A distance measuring device, wherein a telecentric optical system is constituted by the light passing means and a lens system.
【請求項2】 前記光通過手段は二つのピンホールを有
することを特徴とする請求項1又は2記載の距離計測装
置。
2. The distance measuring device according to claim 1, wherein said light passing means has two pinholes.
【請求項3】 前記画像取込み手段は、 分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとと
もに前記収束された光が第1の面に入射される第1のプ
リズムと、 分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとと
もに前記第1のプリズムの第2の面に第1の面を接合し
た第2のプリズムと、 分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとと
もに前記第2のプリズムの第2の面に第1の面を接合し
た第3のプリズムと、 前記第1のプリズムの第2の面及び第1の面によって反
射された光が入射される第1の固体撮像素子と、 前記第2のプリズムの第2の面及び第1の面によって反
射された光が入射される第2の固体撮像素子と、 前記第1、第2及び第3のプリズムを通過する光が入射
される第3の固体撮像素子とを具え、 これら第1、第2及び第3の固体撮像素子の光学的配置
が互いに相違するようにしたことを特徴とする請求項1
又は2記載の距離計測装置。
3. The image capturing means comprises: a first prism on which all surfaces are redeposited to remove spectral characteristics, and wherein the converged light is incident on a first surface; A second prism having a first surface bonded to a second surface of the first prism while all surfaces are redeposited for removal, and a redevaporation of all surfaces for removal of spectral characteristics. And a third prism having a first surface joined to a second surface of the second prism, and light reflected by the second surface and the first surface of the first prism are incident thereon. A first solid-state image pickup device, a second solid-state image pickup device into which light reflected by the second surface and the first surface of the second prism is incident, and the first, second and third solid-state image pickup devices. And a third solid-state imaging device on which light passing through the prism is incident. First, claim 1, the optical arrangement of the second and third solid-state imaging device is characterized in that so as to differ from each other
Or the distance measuring device according to 2.
【請求項4】 前記距離演算手段は、生成に基づく解析
法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レン
ズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離を演算するよ
うにしたことを特徴とする請求項1から3のうちのいず
れかに記載の距離計測装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the distance calculating means calculates an in-focus position using an analysis method based on generation, and calculates the distance to the object based on the in-focus position and the focal length of the lens system. The distance measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】 ぼけ量の解析が容易となるように光を通
過させる瞳形状を有する光通過手段及びこの光通過手段
を通過した光を収束するレンズ系によって構成されたテ
レセントリック光学系を通過した光を、二つ以上の光に
分離し、 これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像
をそれぞれ取り込み、 これら画像を用いて対象の距離を演算することを特徴と
する距離計測方法。
5. A light-transmitting means having a pupil shape for transmitting light so as to facilitate analysis of a blur amount, and a light passing through a telecentric optical system constituted by a lens system for converging light passing through the light transmitting means. A distance measuring method, comprising separating light into two or more lights, capturing images at different focusing positions from the separated lights, and calculating a distance to a target using the images.
【請求項6】 前記光通過手段は二つのピンホールを有
することを特徴とする請求項5記載の距離計測方法。
6. The distance measuring method according to claim 5, wherein said light passing means has two pinholes.
【請求項7】 前記テレセントリック光学系を通過した
光を三つの光に分離し、 これら分離した光を、光学的配置が互いに相違する第
1、第2及び第3の固体撮像素子にそれぞれ入射させる
ことを特徴とする請求項5又は6記載の距離計測方法。
7. The light that has passed through the telecentric optical system is separated into three lights, and these separated lights are respectively incident on first, second, and third solid-state imaging devices having different optical arrangements. The distance measuring method according to claim 5 or 6, wherein:
【請求項8】 前記対象の距離を演算するに際し、生成
に基づく解析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置
及び前記レンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離
を演算することを特徴とする請求項5から7のうちのい
ずれかに記載の距離計測方法。
8. When calculating the distance to the object, a focus position is obtained using an analysis method based on generation, and the distance to the object is calculated based on the focus position and the focal length of the lens system. The distance measuring method according to any one of claims 5 to 7, wherein:
【請求項9】 ぼけ量の解析が容易となるように光を通
過させる瞳形状を有する光通過手段と、 この光通過手段を通過した光を収束するレンズ系と、 このレンズ系によって収束された光を二つ以上の光に分
離し、これら分離した光から、互いに相違する合焦位置
の画像をそれぞれ取り込む画像取込み手段と、 これら画像を用いて対象の距離を演算する距離演算手段
と、 合焦画像を復元する合焦画像復元手段とを具え、 前記光通過手段及びレンズ系によってテレセントリック
光学系を構成したことを特徴とする画像復元装置。
9. A light passing means having a pupil shape for allowing light to pass therethrough so as to facilitate analysis of a blur amount, a lens system for converging light passing through the light passing means, and a lens system converged by the lens system. Image capturing means for separating light into two or more lights, and capturing images at different focus positions from the separated lights, and distance calculating means for calculating a distance to a target using these images; An image restoration apparatus comprising: a focused image restoration unit for restoring a focused image; and a telecentric optical system is configured by the light passing unit and a lens system.
【請求項10】 前記光通過手段は二つのピンホールを
有することを特徴とする請求項9記載の画像復元装置。
10. The image restoration apparatus according to claim 9, wherein said light passing means has two pinholes.
【請求項11】 前記画像取込み手段は、 分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとと
もに前記収束された光が第1の面に入射される第1のプ
リズムと、 分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとと
もに前記第1のプリズムの第2の面に第1の面を接合し
た第2のプリズムと、 分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとと
もに前記第2のプリズムの第2の面に第1の面を接合し
た第3のプリズムと、 前記第1のプリズムの第2の面及び第1の面によって反
射された光が入射される第1の固体撮像素子と、 前記第2のプリズムの第2の面及び第1の面によって反
射された光が入射される第2の固体撮像素子と、 前記第1、第2及び第3のプリズムを通過する光が入射
される第3の固体撮像素子とを具え、 これら第1、第2及び第3の固体撮像素子の光学的配置
が互いに相違するようにしたことを特徴とする請求項9
又は10記載の画像復元装置。
11. The image capturing means comprises: a first prism on which all surfaces are redeposited to remove spectral characteristics, and wherein the converged light is incident on a first surface; A second prism having a first surface bonded to a second surface of the first prism while all surfaces are redeposited for removal, and a redevaporation of all surfaces for removal of spectral characteristics. And a third prism having a first surface joined to a second surface of the second prism, and light reflected by the second surface and the first surface of the first prism are incident thereon. A first solid-state image pickup device, a second solid-state image pickup device into which light reflected by the second surface and the first surface of the second prism is incident, and the first, second and third solid-state image pickup devices. And a third solid-state imaging device on which light passing through the prism is incident. Et first claim 9 in which the optical arrangement of the second and third solid-state imaging device is characterized in that so as to differ from each other
Or the image restoration device according to 10.
【請求項12】 前記距離演算手段は、生成に基づく解
析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レ
ンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離を演算する
ようにしたことを特徴とする請求項9から11のうちの
いずれかに記載の画像復元装置。
12. The apparatus according to claim 1, wherein the distance calculating means obtains a focus position using an analysis method based on generation, and calculates a distance to the object based on the focus position and a focal length of the lens system. The image restoration device according to any one of claims 9 to 11, wherein:
【請求項13】 前記合焦画像復元手段は、前記合焦位
置からぼけを含まない原画像の空間周波数スペクトルを
求め、これをフーリエ逆変換することによって合焦画像
を復元するようにしたことを特徴とする請求項12記載
の画像復元装置。
13. The in-focus image restoring means obtains a spatial frequency spectrum of an original image which does not include blur from the in-focus position, and restores the in-focus image by performing Fourier inverse transform on the spectrum. 13. The image restoration device according to claim 12, wherein:
【請求項14】 ぼけ量の解析が容易となるように光を
通過させる瞳形状を有する光通過手段及びこの光通過手
段を通過した光を収束するレンズ系によって構成された
テレセントリック光学系を通過した光を、二つ以上の光
に分離し、 これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像
をそれぞれ取り込み、 これら画像を用いて対象の距離を演算するとともに合焦
画像を復元することを特徴とする画像復元方法。
14. A light-passing means having a pupil shape for allowing light to pass therethrough so as to facilitate the analysis of a blur amount, and a light passing through a telecentric optical system constituted by a lens system for converging light passing through the light-passing means. It separates light into two or more lights, captures images at different in-focus positions from these separated lights, calculates the target distance using these images, and restores the focused image. Characteristic image restoration method.
【請求項15】 前記光通過手段は二つのピンホールを
有することを特徴とする請求項14記載の画像復元方
法。
15. The image restoration method according to claim 14, wherein said light passing means has two pinholes.
【請求項16】 前記テレセントリック光学系を通過し
た光を三つの光に分離し、 これら分離した光を、光学的配置が互いに相違する第
1、第2及び第3の固体撮像素子にそれぞれ入射させる
ことを特徴とする請求項14又は15記載の画像復元方
法。
16. The light that has passed through the telecentric optical system is separated into three lights, and these separated lights are respectively incident on first, second, and third solid-state imaging devices having different optical arrangements. The image restoration method according to claim 14 or 15, wherein:
【請求項17】 前記対象の距離を演算するに際し、生
成に基づく解析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位
置及び前記レンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距
離を演算することを特徴とする請求項14から16のう
ちのいずれかに記載の画像復元方法。
17. When calculating the distance to the object, a focus position is obtained using an analysis method based on generation, and the distance to the object is calculated based on the focus position and the focal length of the lens system. The image restoration method according to any one of claims 14 to 16, wherein:
【請求項18】 前記原画像を復元するに際し、前記合
焦位置からぼけを含まない合焦画像の空間周波数スペク
トルを求め、これをフーリエ逆変換して前記合焦画像を
復元することを特徴とする請求項17記載の画像復元方
法。
18. When restoring the original image, a spatial frequency spectrum of a focused image that does not include blur is obtained from the focus position, and the Fourier inverse transform is performed on the spatial frequency spectrum to restore the focused image. The image restoration method according to claim 17, wherein
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