(57)【要約】      （修正有）【課題】参照領域に含まれるドットのユニーク性を担保しつつ、参照領域のサイズを適正化することが可能な情報取得装置およびそれを用いた物体検出装置を提供する。【解決手段】情報取得装置は、ドットパターンを基準面に照射したときに撮像される基準画像と、実測時にＣＭＯＳイメージセンサにより撮像された実測画像とに基づいて、距離情報を取得する。ドットパターンは、ドットの分布が互いに異なる複数のドットユニットＵ１〜Ｕ４を組み合わせることにより構成される。Ｘ軸方向に互いに隣り合う３つのドットユニットの組合せが、ユニットグループＧ内において他に存在しないように、ユニットグループＧ内にドットユニットＵ１〜Ｕ４が配置される。さらに、ユニットグループＧを並べることによりドットパターンが構成される。セグメント領域は、ドットユニットの３つの組合せを含むサイズに設定される。【選択図】図６
2014106000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出射されたレーザ光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射光学系と、
前記投射光学系に対して第１の方向に並ぶように配置され、前記目標領域をイメージセンサにより撮像する受光光学系と、
基準面に前記レーザ光を照射したときに前記受光光学系により撮像された基準画像と、実測時に前記イメージセンサにより撮像された実測画像とに基づいて、前記目標領域に含まれる物体までの距離に関する距離情報を取得する距離取得部と、を備え、
前記距離取得部は、前記基準画像上に設定された参照領域の前記実測画像上における位置を、前記第１の方向における所定の探索範囲において探索し、探索された前記位置に基づいて、前記距離情報を取得し、
前記ドットパターンは、ドットの分布が互いに異なる複数の単位領域を組み合わせることにより構成され、
互いに隣り合う複数の前記単位領域の組合せが、前記探索範囲の幅以上の第１の幅と、前記第１の方向に垂直な第２の方向の第２の幅とを持つ所定の群領域内において他に存在しないように、前記群領域内に前記単位領域が配置され、さらに、前記群領域を並べることにより前記ドットパターンが構成され、
前記参照領域は、前記単位領域の前記組合せを含むサイズに設定される、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記単位領域の前記組合せは、前記第１の方向のみに複数の前記単位領域が並ぶ組合せである、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項３】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記単位領域の前記組合せは、前記第１の方向と前記第２の方向に複数かつ同じ数の前記単位領域が並ぶ組合せである、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記第２の方向に並行な対称軸について対象にドットが分布するように、前記単位領域が前記群領域内に配置される、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
請求項４に記載の情報取得装置において、
前記群領域に対して前記対称軸が複数配置されている、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記群領域に前記単位領域を並べたときに、同じドットの分布を持つ複数の参照領域が前記群領域内に現れる場合、さらに、前記第１の方向に並ぶ前記単位領域を前記第１の方向にずらし、あるいは、前記第２の方向に並ぶ前記単位領域を前記第２の方向にずらして、同じドットの分布を持つ複数の参照領域が前記群領域内に現れないように、前記ドットパターンが調整される、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記単位領域は、前記イメージセンサ上において、前記単位領域に最外周の画素位置に
ドットが含まれないように構成されている、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記単位領域は、ドットを一つだけ含む、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記投射光学系は、回折作用により前記ドットパターンを生成する回折光学素子を含む、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の情報取得装置と、
前記距離情報に基づいて、所定の対象物体を検出する物体検出部と、を備える、
ことを特徴とする物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標領域に光を投射したときの反射光の状態に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置および当該物体検出装置に用いて好適な情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いた物体検出装置が種々の分野で開発されている。いわゆる距離画像センサを情報取得装置として用いた物体検出装置では、２次元平面上の平面的な画像のみならず、検出対象物体の奥行き方向の形状や動きを検出することができる。この場合、情報取得装置では、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）から、予め決められた波長帯域の光が目標領域に投射され、その反射光がＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子により受光される。
【０００３】
かかる情報取得装置として、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプのものが知られている（非特許文献１）。かかる情報取得装置では、基準面にレーザ光を照射したときのドットパターンが撮像素子により撮像され、撮像されたドットパターンが基準ドットパターンとして保持される。そして、基準ドットパターンと、実測時に撮像された実測ドットパターンとが比較され、距離情報が取得される。具体的には、基準ドットパターン上に設定された参照領域の実測ドットパターン上における位置に基づいて、三角測量法により、当該参照領域に対する距離情報が取得される。
【０００４】
この場合、たとえば、参照領域に含まれるドットに最もマッチングするドットを含む領域が、実測ドットパターン上において探索される。そして、探索された領域が、参照領域の移動位置として取得される。かかる探索のため、参照領域に含まれるドットは、他の参照領域に含まれるドットから区別可能なユニークなパターンで配置される必要がある。このため、目標領域に照射されるレーザ光のドットパターンは、通常、不規則かつランダムなドットパターンとなっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記物体検出装置において、参照領域のサイズは、なるべく小さいことが望ましい。参照領域のサイズが大きくなると、撮像素子において、参照領域に含まれる画素の数が多くなり、参照領域の探索のための演算量が多くなる。また、目標領域上の物体の境界部分に参照領域が掛かり易くなるため、物体の境界部分における距離分解能が低下する。このため、参照領域のサイズは、参照領域に含まれるドットのユニーク性を担保しつつ、なるべく小さくなるように、適正化される必要がある。しかしながら、従来は、ドットパターンが不規則かつランダムなドットパターンとなっていたため、参照領域のサイズを適正化することが困難であり、このため、参照領域のサイズは、参照領域に含まれるドットのユニーク性を担保するために、やや広めのサイズとなっていた。
【０００７】
本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、参照領域に含まれるドットのユニーク性を担保しつつ、参照領域のサイズを適正化することが可能な情報取得装置およびそれを用いた物体検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、情報取得装置に関する。この態様に係る情報取得装置は、レーザ光源から出射されたレーザ光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射光学系と、前記投射光学系に対して第１の方向に並ぶように配置され、前記目標領域をイメージセンサにより撮像する受光光学系と、基準面に前記レーザ光を照射したときに前記受光光学系により撮像された基準画像と、実測時に前記イメージセンサにより撮像された実測画像とに基づいて、前記目標領域に含まれる物体までの距離に関する距離情報を取得する距離取得部と、を備える。前記距離取得部は、前記基準画像上に設定された参照領域の前記実測画像上における位置を、前記第１の方向における所定の探索範囲において探索し、探索された前記位置に基づいて、前記距離情報を取得する。また、前記ドットパターンは、ドットの分布が互いに異なる複数の単位領域を組み合わせることにより構成される。このとき、互いに隣り合う複数の前記単位領域の組合せが、前記探索範囲の幅と同じ第１の幅と、前記第１の方向に垂直な第２の方向の第２の幅とを持つ所定の群領域内において他に存在しないように、前記群領域内に前記単位領域が配置され、さらに、前記群領域を並べることにより前記ドットパターンが構成される。また、前記参照領域は、前記単位領域の前記組合せを含むサイズに設定される。
【０００９】
本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。この態様に係る物体検出装置は、上記第１の態様に係る情報取得装置と、前記距離情報に基づいて、所定の対象物体を検出する物体検出部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、参照領域に含まれるドットのユニーク性を担保しつつ、参照領域のサイズを適正化することが可能な情報取得装置およびそれを用いた物体検出装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態により何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係る目標領域に対するレーザ光の照射状態とイメージセンサ上のレーザ光の受光状態を示す図である。
【図４】実施の形態に係る参照パターンの生成方法を説明する図である。
【図５】実施の形態に係る距離検出手法を説明する図である。
【図６】実施例１に係るドットパターンの設計例を示す図である。
【図７】実施例１に係るドットパターンの構成と、セグメント領域について説明する図である。
【図８】実施例１に係るセグメント領域のサイズの設定方法を説明する図である。
【図９】実施例１の効果を説明する図である。
【図１０】実施例２に係るドットパターンの設計例を示す図である。
【図１１】実施例２に係るドットパターンの構成と、セグメント領域について説明する図である。
【図１２】実施例３に係るドットパターンの設計例を示す図である。
【図１３】実施例３に係るドットパターンの構成と、セグメント領域について説明する図である。
【図１４】実施例３に係るドットパターンの調整方法を示す図である。
【図１５】変更例に係る距離検出手法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１４】
以下に示す実施の形態において、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、請求項に記載の「イメージセンサ」に相当する。Ｘ軸方向とＹ軸方向は、それぞれ、請求項に記載の「第１の方向」と「第２の方向」に相当する。ＤＯＥ１４０は、請求項に記載の「回折光学素子」に相当する。ドットユニットＵ１〜Ｕ４は、請求項に記載の「単位領域」に相当する。ユニットグループＧは、請求項に記載の「群領域」に相当する。セグメント領域は、請求項に記載の「参照領域」に相当する。ただし、上記請求項と本実施の形態との対応の記載はあくまで一例であって、請求項に係る発明を本実施の形態に限定するものではない。
【００１５】
まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置１の概略構成を示す。図１に示すように、物体検出装置１は、情報取得装置２と、情報処理装置３とを備えている。テレビ４は、情報処理装置３からの信号によって制御される。
【００１６】
情報取得装置２は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域に存在する物体各部までの距離（以下、「３次元距離情報」という）を取得する。取得された３次元距離情報は、ケーブル５を介して情報処理装置３に送られる。
【００１７】
情報処理装置３は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置３は、情報取得装置２から受信した３次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ４を制御する。
【００１８】
たとえば、情報処理装置３は、受信した３次元距離情報に基づき人を検出するとともに、３次元距離情報の変化から、その人の動きを検出する。たとえば、情報処理装置３がテレビ制御用のコントローラである場合、情報処理装置３には、受信した３次元距離情報からその人のジェスチャを検出するとともに、ジェスチャに応じてテレビ４に制御信号を出力するアプリケーションプログラムがインストールされている。
【００１９】
また、たとえば、情報処理装置３がゲーム機である場合、情報処理装置３には、受信した３次元距離情報からその人の動きを検出するとともに、検出した動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させ、ゲームの対戦状況を変化させるアプリケーションプログラムがインストールされている。
【００２０】
図２は、情報取得装置２と情報処理装置３の構成を示す図である。
【００２１】
情報取得装置２は、光学部の構成として、投射光学系１００と受光光学系２００とを備えている。投射光学系１００と受光光学系２００は、Ｘ軸方向に並ぶように、情報取得装置２に配置される。
【００２２】
投射光学系１００は、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、ミラー１３０と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１４０を備えている。また
、受光光学系２００は、アパーチャ２１０と、撮像レンズ２２０と、フィルタ２３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０とを備えている。この他、情報取得装置２は、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レーザ駆動回路２２と、撮像信
号処理回路２３と、入出力回路２４と、メモリ２５を備えている。
【００２３】
レーザ光源１１０は、受光光学系２００から離れる方向（Ｘ軸負方向）に波長８３０ｎｍ程度の狭波長帯域のレーザ光を出力する。コリメータレンズ１２０は、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光を略平行光に変換する。
【００２４】
ミラー１３０は、コリメータレンズ１２０側から入射されたレーザ光をＤＯＥ１４０に向かう方向（Ｚ軸方向）に反射する。
【００２５】
ＤＯＥ１４０は、入射面に回折パターンを有する。この回折パターンによる回折作用により、ＤＯＥ１４０に入射したレーザ光は、所定のドットパターンのレーザ光に変換されて、目標領域に照射される。
【００２６】
ＤＯＥ１４０の回折パターンは、たとえば、ステップ型の回折格子が所定のパターンで形成された構造とされる。回折格子は、コリメータレンズ１２０により略平行光とされたレーザ光をドットパターンのレーザ光に変換するよう、パターンとピッチが調整されている。ＤＯＥ１４０は、ミラー１３０から入射されたレーザ光を、放射状に広がるドットパターンのレーザ光として、目標領域に照射する。
【００２７】
なお、このように、投射光学系１００が、ドットパターンを生成するためにＤＯＥ１４０を備える構成は、請求項９に記載の構成の一例である。
【００２８】
目標領域から反射されたレーザ光は、アパーチャ２１０を介して撮像レンズ２２０に入射する。
【００２９】
アパーチャ２１０は、撮像レンズ２２０のＦナンバーに合うように、外部からの光を制限する。撮像レンズ２２０は、アパーチャ２１０を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に集光する。フィルタ２３０は、レーザ光源１１０の出射波長（８３０ｎｍ程度）を含む赤外の波長帯域の光を透過し、可視光の波長帯域の光をカットするバンドパスフィルタである。
【００３０】
ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、撮像レンズ２２０にて集光された光を受光して、画素毎に、受光量に応じた信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
【００３１】
本実施の形態において、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域（センサとして信号を出力する領域）は、たとえば、ＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズである。ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域は、ＸＧＡ（横１０２４画素×縦７６８画素）のサイズや、ＳＸＧＡ（横１２８０画素×縦１０２４画素）のサイズ等、他のサイズであっても良い。
【００３２】
ＣＰＵ２１は、メモリ２５に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、レーザ光源１１０を制御するためのレーザ制御部２１ａと、３次元距離情報を生成するための距離取得部２１ｂの機能が付与される。
【００３３】
レーザ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてレーザ光源１１０を駆動する。
【００３４】
撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を制御して、所定の撮像間隔で、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０により生成された各画素の信号（電荷）をライン毎に
順次取り込む。そして、取り込んだ信号を順次ＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、撮像信号処理回路２３から供給される信号（撮像信号）をもとに、情報取得装置２から検出対象物体の各部までの距離を、距離取得部２１ｂによる処理によって算出する。入出力回路２４は、情報処理装置３とのデータ通信を制御する。
【００３５】
情報処理装置３は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理装置３には、図２に示す構成の他、テレビ４との通信を行うための構成や、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部メモリに格納された情報を読み取ってメモリ３３にインストールするためのドライブ装置等が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されている。
【００３６】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラム（アプリケーションプログラム）に従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、画像中の物体を検出するための物体検出部３１ａと、物体の動きに応じて、テレビ４の機能を制御するための機能制御部３１ｂの機能が付与される。かかる制御プログラムは、たとえば、図示しないドライブ装置によってＣＤ−ＲＯＭから読み取られ、メモリ３３にインストールされる。
【００３７】
物体検出部３１ａは、情報取得装置２から供給される３次元距離情報から画像中の物体の形状を抽出し、抽出した物体形状の動きを検出する。機能制御部３１ｂは、物体検出部３１ａによる検出結果に基づき、上記のように、テレビ４の機能を制御する。
【００３８】
入出力回路３２は、情報取得装置２とのデータ通信を制御する。
【００３９】
投射光学系１００と受光光学系２００は、投射光学系１００の投射中心と受光光学系２００の撮像中心がＸ軸に平行な直線上に並ぶように、Ｘ軸方向に所定の距離をもって並んで設置される。投射光学系１００と受光光学系２００の設置間隔は、情報取得装置２と目標領域の基準面との距離に応じて、設定される。
【００４０】
次に、情報取得装置２による３次元距離情報の取得方法について説明する。
【００４１】
図３（ａ）は、目標領域に対するレーザ光の照射状態を模式的に示す図、図３（ｂ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０におけるレーザ光の受光状態を模式的に示す図である。なお、図３（ｂ）には、便宜上、目標領域に平坦な面（スクリーン）とスクリーンの前に人物が存在するときの受光状態が示されている。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、投射光学系１００からは、ドットパターンを持ったレーザ光（以下、このパターンを持つレーザ光の全体を「ＤＰ光」という）が、目標領域に照射される。図３（ａ）には、ＤＰ光の光束領域が実線の枠によって示されている。ＤＰ光の光束中には、ＤＯＥ１４０による回折作用により生成されるドット領域（以下、単に「ドット」という）が、ＤＯＥ１４０による回折作用によるドットパターンに従って点在している。ドットは、レーザ光源１１０からのレーザ光がＤＯＥ１４０によって分岐されることにより生成される。
【００４３】
目標領域に平坦な面（スクリーン）と人物が存在すると、ＤＰ光は、図３（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に分布する。図３（ａ）に示す目標領域上におけるＤｔ０の光は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上では、図３（ｂ）に示すＤｔ０’の位置に入射する。スクリーンの前の人物の像は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上では、上下左右が反転して撮像される。
【００４４】
図４（ａ）、（ｂ）は、上記距離検出手法に用いられる参照パターンの設定方法を説明する図である。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、投射光学系１００から所定の距離Ｌｓの位置に、Ｚ軸方向に垂直な平坦な反射平面ＲＳが配置される。出射されたＤＰ光は、反射平面ＲＳによって反射され、受光光学系２００のＣＭＯＳイメージセンサ２４０に入射する。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から、撮像有効領域内の画素毎に、電気信号が出力される。出力された画素毎の電気信号の値（画素値）は、図２のメモリ２５上に展開される。
【００４６】
以下、反射平面ＲＳからの反射によって得られた全画素値からなる画像を「基準画像」と称し、反射平面ＲＳを「基準面」と称する。図４（ｂ）に示すように、基準画像上に、「参照パターン領域」が設定される。なお、図４（ｂ）には、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の背面側から受光面をＺ軸正方向に透視した状態が図示されている。図５（ａ）、（ｂ）においても、これと同様である。
【００４７】
こうして設定された参照パターン領域に対して、所定の大きさを有する複数のセグメント領域が設定される。セグメント領域は、隣り合うセグメント領域が参照パターン領域に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に１画素間隔で並ぶように設定される。すなわち、あるセグメント領域は、このセグメント領域のＸ軸方向およびＹ軸方向に隣り合うセグメント領域に対して、それぞれ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に１画素ずれた位置に設定される。このとき、各セグメント領域には、固有のパターンでドットが点在する。セグメント領域内のドットのパターンは、後述する探索範囲Ｌ０において、セグメント領域毎に異なっている。
【００４８】
こうして、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上における参照パターン領域の位置に関する情報と、参照パターン領域に含まれる全画素の画素値（参照パターン）と、参照パターン領域に対して設定されるセグメント領域の情報が、図２のメモリ２５に記憶される。メモリ２５に記憶されるこれらの情報を、以下、「参照テンプレート」と称する。
【００４９】
図２のＣＰＵ２１は、投射光学系１００から検出対象物体の各部までの距離を算出する際に、参照テンプレートを参照する。ＣＰＵ２１は、距離を算出する際に、参照テンプレートから得られる各セグメント領域内のドットパターンのずれ量に基づいて、物体の各部までの距離を算出する。
【００５０】
たとえば、図４（ａ）に示すように距離Ｌｓよりも近い位置に物体がある場合、参照パターン上の所定のセグメント領域Ｓｎに対応するＤＰ光（ＤＰｎ）は、物体によって反射され、セグメント領域Ｓｎとは異なる領域Ｓｎ’に入射する。投射光学系１００と受光光学系２００はＸ軸方向に隣り合っているため、セグメント領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向はＸ軸に平行となる。図４（ａ）の場合、物体が距離Ｌｓよりも近い位置にあるため、領域Ｓｎ’は、セグメント領域Ｓｎに対してＸ軸正方向に変位する。物体が距離Ｌｓよりも遠い位置にあれば、領域Ｓｎ’は、セグメント領域Ｓｎに対してＸ軸負方向に変位する。
【００５１】
セグメント領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向と変位量（図４（ａ）に示す画素ずれ量Ｄ）をもとに、投射光学系１００からＤＰ光（ＤＰｎ）が照射された物体の部分までの距離Ｌｒが、距離Ｌｓを用いて、三角測量法に基づき算出される。同様にして、他のセグメント領域に対応する物体の部分について、投射光学系１００からの距離が算出される。かかる算出手法の詳細は、たとえば、上記非特許文献１（第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０）に示されている。
【００５２】
かかる距離算出では、参照テンプレートのセグメント領域Ｓｎが、実測時においてどの位置に変位したかが検出される。この検出は、実測時にＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に照射されたＤＰ光から得られたドットパターンと、セグメント領域Ｓｎに含まれるドットパターンとを照合することによって行われる。以下、実測時にＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の撮像有効領域に照射されたＤＰ光から得られた全画素値からなる画像を、「実測画像」と称する。実測時のＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域は、基準画像取得時と同様に、たとえば、ＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズである。
【００５３】
図５（ａ）〜（ｃ）は、かかる距離検出の手法を説明する図である。図５（ａ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上における基準画像に設定された参照パターン領域を示す図であり、図５（ｂ）は、実測時のＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の実測画像を示す図であり、図５（ｃ）は、実測画像に含まれるＤＰ光のドットパターンと、参照テンプレートのセグメント領域に含まれるドットパターンとの照合方法を説明する図である。なお、便宜上、図５（ａ）、（ｂ）には、一部のセグメント領域のみが示されており、図５（ｃ）には、各セグメント領域の大きさが、横９画素×縦９画素で示されている。
【００５４】
図５（ａ）のセグメント領域Ｓｉの実測時における変位位置を探索する場合、図５（ｂ）に示すように、実測画像上において、セグメント領域Ｓｉと同じ位置にある領域Ｓｉ０を中心にＸ軸方向に＋α画素および−α画素の範囲が探索範囲Ｌ０に設定される。探索時には、セグメント領域Ｓｉが探索範囲Ｌ０において１画素ずつＸ軸方向に送られ、各送り位置において、セグメント領域Ｓｉのドットパターンと実測画像上のドットパターンとが比較される。以下、実測画像上の各送り位置に対応する領域を、「比較領域」と称する。探索範囲Ｌ０には、セグメント領域Ｓｉと同じサイズの比較領域が１画素おきに設定される。探索範囲Ｌ０は、取得しようとする距離の範囲に応じて設定される。取得しようとする距離の範囲が広い程、探索範囲Ｌ０は広くなる。
【００５５】
こうして設定された探索範囲Ｌ０において、セグメント領域ＳｉをＸ軸方向に１画素ずつ送りながら、各送り位置において、セグメント領域Ｓｉのドットパターンと、各送り位置の比較領域のドットパターンとのマッチング度合いが求められる。このようにセグメント領域Ｓｉを探索範囲Ｌ０内においてＸ軸方向にのみ送るのは、図４（ａ）を参照して説明したように、通常、セグメント領域内のドットは、実測時において、Ｘ軸方向に変位するためである。
【００５６】
上記マッチング度合いの検出時には、セグメント領域Ｓｉの各画素の画素値と、比較領域の対応する画素の画素値との差分が求められる。そして、求めた差分を比較領域内の全ての画素について加算した値Ｒｓａｄが、類似度を示す値として取得される。
【００５７】
たとえば、図５（ｃ）のように、一つのセグメント領域中に、ｎ列×ｍ行の画素が含まれている場合、セグメント領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｔ（ｉ，ｊ）と、比較領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｉ（ｉ，ｊ）との差分が求められる。そして、セグメント領域の全ての画素について差分が求められ、その差分の総和により、図５（ｃ）に示す式の値Ｒｓａｄが求められる。値Ｒｓａｄが小さい程、セグメント領域と比較領域との間の類似度が高い。
【００５８】
こうして、セグメント領域Ｓｉについて、探索範囲Ｌ０内の全ての比較領域に対して値Ｒｓａｄが求められる。そして、求めた値Ｒｓａｄが最小の比較領域が、セグメント領域Ｓｉの移動領域として検出される。このとき、たとえば、値Ｒｓａｄの最小値と、値Ｒｓａｄの２番目に小さい値との差分が所定の閾値よりも小さい場合、値Ｒｓａｄが最小の比較領域はセグメント領域Ｓｉの移動領域とされず、セグメント領域Ｓｉに対する探索がエ
ラーとされる。この場合、セグメント領域Ｓｉに対する距離値は取得されない。
【００５９】
図５（ｂ）の例では、セグメント領域Ｓｉに含まれるドットは、実測画像上において、比較領域Ｃｊの位置に移動している。したがって、この場合、比較領域Ｃｊに対する値Ｒｓａｄが最小となり、比較領域Ｃｊがセグメント領域Ｓｉの移動領域として検出される。そして、比較領域Ｃｊと、セグメント領域Ｓｉと同じ位置にある領域Ｓｉ０との間の、Ｘ軸方向における画素ずれ量が取得される。この画素ずれ量は、図４（ａ）に示す画素ずれ量Ｄに相当する。その後、この画素ずれ量Ｄをもとに、上記のように三角測量法に基づいて、セグメント領域Ｓｉに対する距離情報が取得される。
【００６０】
ところで、このように基準画像上に設定されたセグメント領域の実測画像上における位置を探索する場合、セグメント領域のサイズは、なるべく小さいことが望ましい。セグメント領域のサイズが大きくなると、セグメント領域に含まれる画素の数が多くなり、図５（ｃ）に示すマッチング処理時の演算量が大きくなる。したがって、セグメント領域のサイズは、なるべく小さいことが望ましい。
【００６１】
しかしながら、セグメント領域のサイズを小さくすると、セグメント領域に含まれるドットの数が減少するため、セグメント領域に含まれるドットのユニーク性が担保され難くなる。従来は、ドットパターンが不規則かつランダムなドットパターンとなっていたため、セグメント領域のサイズをどの程度まで小さくすることができるのかが不明確であった。このため、セグメント領域のサイズは、セグメント領域に含まれるドットのユニーク性を担保するために、ある程度、広めに設定され、その結果、セグメント領域の移動位置の探索の際の演算量を減少させることが困難であった。
【００６２】
そこで、本実施の形態では、ドットパターンを所定の規則に従って構成することにより、セグメント領域のサイズを適正化することが可能とされている。以下、ドットパターンの具体的構成例（実施例１〜３）について説明する。
【００６３】
（１）実施例１
図６（ａ）〜（ｃ）は、実施例１に係るドットパターンの構成例を示す図である。図６（ａ）〜（ｃ）には、基準面にドットパターンが照射された際にＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に入射するドットパターンが示されている。本実施例では、説明の便宜上、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の画素の位置と対応付けて、ドットパターンの説明が行われる。図６（ａ）および図６（ｃ）に示された升目は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の一つの画素に対応する領域を示している。また、図６（ａ）、（ｃ）において、ハッチングが付された領域は、ドットが存在する領域を示している。図７（ａ）以降の図においても、図６（ａ）、（ｃ）と同様、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の画素と対応付けて、ドットのパターンが説明される。
【００６４】
図６（ａ）は、ドットユニットＵ１〜Ｕ４の構成を示す図である。
【００６５】
ドットユニットＵ１〜Ｕ４は、ドットパターンを設計する際の最小単位である。本実施例において、ドットユニットＵ１〜Ｕ４は、縦４画素、横４画素の大きさに設定されている。ドットユニットＵ１〜Ｕ４は、互いに異なる画素位置に、ドットを一つだけ含んでいる。すなわち、ドットユニットＵ１〜Ｕ４中の画素位置を（縦方向の画素位置，横方向の画素位置）と表すと、ドットユニットＵ１〜Ｕ４は、それぞれ、（２，３）、（２，２）、（３，２）、（３，３）の位置にドットを含んでいる。また、ドットユニットＵ１〜Ｕ４において、最外周の画素位置にはドットが配置されておらず、内周部分の４つの画素位置の何れかにドットが配置される。
【００６６】
以下では、説明の便宜上、ドットユニットＵ１〜Ｕ４に対して、それぞれ、ユニット番号１〜４を割り当てて説明が行われる。
【００６７】
なお、上述のように、ドットユニットＵ１〜Ｕ４は、請求項に記載の「単位領域」に相当する。図６（ａ）のように、ドットユニットＵ１〜Ｕ４が、一つだけドットを含む構成は、請求項８に記載の構成の一例である。
【００６８】
図６（ｂ）は、ドットパターン上におけるドットユニットＵ１〜Ｕ４の配置例を示す図である。図６（ｂ）中に示す数字は、ドットユニットＵ１〜Ｕ４に割り当てられたユニット番号を示している。ここでは、ドットユニットＵ１〜Ｕ４の何れかを、横方向（Ｘ軸方向）に８個、縦方向（Ｙ軸方向）に４個並べることによって、一つのユニットグループＧが生成されている。
【００６９】
ユニットグループＧは、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットを組合せた場合、任意の一つのドットユニットの組合せがその他の全てのドットユニットの組合せと一致しないように構成されている。さらに、ユニットグループＧは、同じ構成のユニットグループＧをＸ軸方向に並べたとき、ユニットグループＧ内においてＸ軸方向に並ぶ任意の３つのドットユニットの組合せが、これら２つのユニットグループＧの境界を跨ぐようにＸ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの何れの組合せとも一致しないように構成されている。
【００７０】
たとえば、図６（ｂ）において、ハッチングが付された３つのドットユニットの組合せ（ドット番号３，１，３）は、破線で囲んだドット番号３，４，１のドットユニットの組合せの他、同一ユニットグループＧ内に含まれる他の全ての３つのドットユニットの組合せとも一致しない。また、ハッチングが付された３つのドットユニットの組合せ（ドット番号３，１，３）は、破線で囲んだドット番号２，１，３のドットユニットの組合せの他、２つのユニットグループＧの境界を跨ぐようにＸ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの何れの組合せとも一致しない。
【００７１】
なお、このようにＸ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せが、その他の３つのドットユニットの組合せの何れとも一致しない構成は、請求項２に記載の構成の一例である。
【００７２】
図６（ｃ）は、ユニットグループＧにおけるドットの分布を示す図である。
【００７３】
図６（ｂ）のようにユニットグループＧ内にドットユニットＵ１〜Ｕ４を配置すると、ユニットグループＧ内のドットは、対称軸Ｏについて左右方向（Ｘ軸方向）に対象となるように分布する。このように、ドットを分布させると、対称軸Ｏを挟んで対称な位置にある３つのドットユニットの組合せにおいて、ドットが重なりにくくなる。
【００７４】
たとえば、図６（ｃ）において、左側の点線で囲まれた領域Ｃｐａを、当該領域Ｃｐａと対称軸Ｏについて対称な位置にある領域Ｃｐｂに重ねた場合、領域Ｃｐａ内のドットは、領域Ｃｐｂ内のドットと全く重ならない。したがって、後述のように、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットを含むようにセグメント領域が設定されると、一つのセグメント領域内に含まれるドットの分布と他のセグメント領域に含まれるドットの分布とが互いに相違し易くなり、このため、セグメント領域に含まれるドットのユニーク性を高めることができる。
【００７５】
なお、このように、ユニットグループＧ内のドットが対称軸Ｏについて左右方向（Ｘ軸方向）に対称となるように分布する構成は、請求項４に記載の構成の一例である。
【００７６】
また、図６（ｃ）を参照して分かるとおり、ドットユニットＵ１〜Ｕ４を、図６（ａ）に示すように構成すると、ドットパターン上に分布するドットは、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上において、互いに２画素以上離れるようになる。すなわち、ドットユニットＵ１〜Ｕ４において、最外周の画素位置にドットが配置されないよう、ドットユニットＵ１〜Ｕ４を構成することにより、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上において、ドットが互いに２画素以上離れるようになる。このようにドットを２画素以上離すことにより、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上において、一つの画素に複数のドットが重なることを防止することができ、距離情報を適正に取得することができる。
【００７７】
なお、図６（ａ）に示すように、ドットユニットＵ１〜Ｕ４の最外周の画素位置にドットが配置されない構成は、請求項７に記載の構成の一例である。
【００７８】
本実施例では、このように構成されたユニットグループＧが、横方向（Ｘ軸方向）および縦方向（Ｙ軸方向）に繰り返し配置されることにより、ドットパターンが構成される。ここで、ドットパターンの領域は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域のサイズよりも大きくなっている。たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域がＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズである場合、ドットパターンの領域は、図６（ｃ）のユニットグループＧ（横６０画素×縦１２画素）が横方向に２４個並び縦方向に３４個並ぶ大きさに設定される。
【００７９】
図７（ａ）、（ｂ）は、上記のように構成されたドットパターンと、上述のセグメント領域との関係を示す図である。なお、図７（ａ）、（ｂ）では、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域の左上隅にユニットグループＧの左上隅が位置付けられた場合が例示されている。図７（ａ）は、撮像有効領域の左上隅近傍のドットユニットの分布を示し、図７（ｂ）は、撮像有効領域の左上隅近傍のドットの分布を示している。
【００８０】
上記のように、本実施例では、横方向に８個並ぶドットユニットの範囲（横方向に３２画素の範囲）において、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せについてドットのユニーク性が担保される。したがって、セグメント領域のサイズを、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せを含むサイズに設定することにより、セグメント領域に含まれるドットのユニーク性が担保される。また、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０のＸ軸方向の幅は、横方向にドットユニットが８個並ぶ幅すなわち横方向に３２画素分の幅以下に設定される。
【００８１】
本実施例では、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、セグメント領域のサイズは、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズよりも、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ１画素だけ拡張されたサイズに設定されている。図７（ｂ）には、撮像有効領域の左上隅に設定されるセグメント領域Ｓａが示されている。このように、セグメント領域のサイズを３つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズよりもやや大きく設定するのは、セグメント領域に必ず３つ以上のドットが含まれるようにするためである。
【００８２】
たとえば、図７（ｃ）の点線で示すセグメント領域Ｓｂ’は、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せからなる領域と同じサイズとなっている。この場合、図７（ｃ）に示すように、セグメント領域Ｓｂ’には、２つのドットしか含まれない。こうなると、セグメント領域Ｓｂ’に含まれるドットの分布のユニーク性が顕著に低下し、このため、セグメント領域Ｓｂ’と同じドットの分布を持つ他のセグメント領域が、ユニットグループＧ内に容易に現れることとなる。この問題は、セグメント領域Ｓｂ’のサイズをＸ軸方向に１画素だけ拡張することにより解消される。図７（ｃ）に示すセグメント領域Ｓｂは、セグメント領域Ｓｂ’に比べてＸ軸方向に１画素拡張されているため、３つのドットを含んでおり、ドットの分布のユニーク性が高められている。
【００８３】
なお、セグメント領域のサイズを、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズに対して、Ｘ軸方向のみに１画素拡張しただけでは、未だ、セグメント領域に２つしかドットが深まれない状態が起こり得る。たとえば、図７（ｃ）のセグメント領域Ｓｃが、この状態を示している。この場合、セグメント領域ＳｃのサイズをＹ軸方向に１画素拡張することにより、拡張されたセグメント領域Ｓｃは、４つのドットを含むようになる。
【００８４】
このような観点から、本実施例では、セグメント領域のサイズが、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズに対して、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向にも１画素拡張されたサイズとなっている。このサイズは、本実施例におけるセグメント領域の最小サイズである。すなわち、セグメント領域の最小サイズは、ユニットグループＧ内に設定された任意の一つのセグメント領域Ｓｋを、ユニットグループＧ内のドットを含む他のセグメント領域に重ねても、セグメント領域Ｓｋに含まれるドットの少なくとも一つが、他のセグメント領域に含まれるドットと一致しないように設定される。
【００８５】
なお、図４（ａ）を参照して説明したとおり、実測時において、ドットは、目標領域に存在する物体に反射されることにより、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上において、Ｘ軸方向にのみ変位する。しかしながら、レーザ光源１１０の波長変動や、ＤＯＥ１４０の経年変化等によって、ドットパターンがＹ軸方向に変位することも起こり得る。このような場合、図５（ｂ）に示すセグメント領域の探索範囲Ｌ０からＹ軸方向にずれた位置にあるドットが、当該探索範囲Ｌ０内に入り込むことが起こり得る。したがって、この点を考慮すると、セグメント領域は、探索範囲Ｌ０からＹ軸方向に所定の画素数だけずれたドットに対しても、ドットの分布のユニーク性を持っている必要がある。
【００８６】
このような観点から、本実施例では、上記のように、ユニットグループＧのＹ軸方向の幅がドットユニット４つ分（１６画素）に設定され、このユニットグループＧ内において、各セグメント領域に含まれるドットの分布のユニーク性が確保されるよう構成されている。したがって、本実施例では、レーザ光源１１０の波長変動やＤＯＥ１４０の経年変化等によってドットパターンがＹ軸方向に変位したとしても、その変位がＹ軸方向に１６画素以内であれば、ドットパターンのＹ軸方向の変位によって不所望に探索範囲Ｌ０に進入したドットに、探索対象のセグメント領域のドットがマッチングすることを抑制することができる。よって、距離取得の精度を高く維持することができる。
【００８７】
このように、本実施例では、セグメント領域が、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向においても、ドットの分布のユニーク性を持つように、ユニットグループＧが構成される。そして、このように構成されたユニットグループＧをＸ軸方向とＹ軸方向に並べることにより、ドットパターンが構成される。
【００８８】
＜実施例１の効果＞
以上のとおり、本実施例によれば、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せが、ユニットグループＧに含まれる他の３つの組合せと相違するように、ユニットグループＧが構成され、このユニットグループＧをＸ軸方向とＹ軸方向に並べることによってドットパターンが構成される。このため、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットからなる領域に対してＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ１画素ずつ大きいサイズの領域をセグメント領域に設定することにより、探索範囲Ｌ０において、探索対象のセグメント領域に対応する比較領域以外に、当該セグメント領域のドットとマッチングするドットを持つ比較領域が現れることを抑制することができる。このように、本実施例によれば、セグメント領域に含まれるドットのユニーク性を担保しつつ、セグメント領域のサイズを適正に縮小することができる。したがって、図５（ｃ）に示すマッチング処理時の演算量を効果的に削減するこ
とができ、セグメント領域の移動位置の探索時における処理負担を軽減することができる。
【００８９】
さらに、本実施例によれば、このようにセグメント領域のサイズを縮小することができるため、物体の境界部分における距離分解能を高めることができる。
【００９０】
図９（ａ）、（ｂ）は、セグメント領域のサイズを縮小することによって、物体の境界部分における距離分解能が高められることを説明する図である。図９（ａ）、（ｂ）には、目標領域に対してセグメント領域を対応付けた状態が模式的に示されている。図９（ａ）、（ｂ）において、ＳＧ１は、本実施例に係るセグメント領域を示し、ＳＧ２は、比較例に係るセグメント領域を示している。なお、比較例では、本実施例と異なり、ドットパターンが、不規則かつランダムなドットの分布であることが想定されている。
【００９１】
本実施例に係るセグメント領域ＳＧ１は、上記のように、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットからなる領域に対してＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ１画素拡張された領域とされる。したがって、セグメント領域ＳＧ１のサイズは、Ｘ軸方向に１３画素、Ｙ軸方向に５画素である。
【００９２】
他方、比較例に係るセグメント領域ＳＧ２は、Ｘ軸方向に１５画素、Ｙ軸方向に１５画素のサイズに設定されている。比較例では、ドットパターンが不規則かつランダムなドットの分布となっているため、セグメント領域ＳＧ２のサイズを適正化することが困難である。このため、セグメント領域ＳＧ２のサイズは、通常、セグメント領域ＳＧ２に含まれるドットのユニーク性を担保するために、広めのサイズに設定される。このことから、比較例では、セグメント領域ＳＧ２のサイズが、Ｘ軸方向に１５画素、Ｙ軸方向に１５画素のサイズに設定されている。
【００９３】
図９（ａ）に示すように、物体の境界がＸ軸方向に延びる場合、物体の境界付近に対応付けられたセグメント領域ＳＧ１、ＳＧ２は、その一部が物体に掛り、残りは物体に掛らなくなる。この場合、セグメント領域ＳＧ１、ＳＧ２に含まれるドットは、一部が物体に投射され、残りは物体に投射されない。物体に投射されたドットと、物体に投射されないドットは、図４（ａ）を参照して説明したとおり、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上において、Ｘ軸方向に異なる位置に導かれる。このため、物体の境界付近に対応付けられたセグメント領域ＳＧ１、ＳＧ２については、マッチング処理がエラーとなり易く、このため、距離取得もエラーとなり易い。
【００９４】
この場合、比較例に係るセグメント領域ＳＧ２は、Ｙ軸方向のサイズが１５画素であるため、図９（ａ）に示すように、Ｙ軸方向に１３画素の範囲において、その一部が物体に掛ることとなる。このため、比較例に掛るセグメント領域ＳＧ２では、Ｙ軸方向に１３画素の範囲において、物体の境界部分の距離情報が安定的に取得され難くなる。
【００９５】
これに対し、本実施例では、セグメント領域ＳＧ１のサイズが、Ｙ軸方向に５画素であるため、図９（ａ）に示すように、Ｙ軸方向に３画素の範囲において、その一部が物体に掛ることとなる。このため、本実施例に係るセグメント領域ＳＧ１では、物体の境界部分において距離情報を安定的に取得できない範囲が、Ｙ軸方向に３画素の範囲に抑えられる。このように、本実施例では、物体の境界がＸ軸方向に延びる場合に、物体の境界付近において距離情報を安定的に取得できない範囲を、比較例に比べて顕著に抑制することができる。
【００９６】
図９（ｂ）は、物体の境界がＹ軸方向に延びる場合のセグメント領域ＳＧ１、ＳＧ２と境界の関係を示している。この場合、比較例では、セグメント領域ＳＧ２のＸ軸方向のサ
イズが１５画素であるため、Ｘ軸方向に１３画素の範囲において、セグメント領域ＳＧ２の一部が物体に掛ることとなる。このため、比較例に掛るセグメント領域ＳＧ２では、Ｘ軸方向に１３画素の範囲において、物体の境界部分の距離情報が安定的に取得され難くなる。
【００９７】
これに対し、本実施例では、セグメント領域ＳＧ１のＸ軸方向のサイズが１３画素であるため、Ｘ軸方向に１１画素の範囲において、セグメント領域の一部が物体に掛ることとなる。このため、本実施例に係るセグメント領域ＳＧ１では、物体の境界部分において距離情報を安定的に取得できない範囲が、Ｙ軸方向に１１画素の範囲に抑えられる。このように、本実施例では、物体の境界がＸ軸方向に延びる場合に、物体の境界付近において距離情報を安定的に取得できない範囲を、比較例に比べて抑制することができる。
【００９８】
以上のように、本実施例では、物体の境界付近において距離情報を安定的に取得できない範囲を、比較例に比べて抑制することができる。したがって、本実施例によれば、物体の境界付近における距離分解能を、比較例に比べて高めることができる。
【００９９】
（２）実施例２
上記実施例１では、ユニットグループＧにおいて、ドットが対称軸Ｏについて対称に分布するように（図６（ｃ）参照）、ドットユニットＵ１〜Ｕ４がユニットグループＧ内に配置された。これに対し、本実施例では、ドットが対称軸について対称に分布するとの制約が課されることなく、ドットユニットＵ１〜Ｕ４がユニットグループＧに配置される。すなわち、本実施例では、ユニットグループＧ内に含まれ、且つ、Ｘ軸方向に隣り合う任意の３つのドットユニットの組合せが、ユニットグループＧ内のその他の３つのドットユニットの組合せと一致せず、且つ、ユニットグループＧの境界を跨ぐ３つのドットユニットの何れの組合せとも一致しないとの条件のもとで、ドットユニットＵ１〜Ｕ４がユニットグループＧ内に配置される。
【０１００】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、本実施例におけるユニットグループＧの構成例を示す図である。
【０１０１】
本実施例において、図１０（ａ）に示すドットユニットＵ１〜Ｕ４の構成は、上記実施例１と同様である。本実施例では、ドットが対称軸について対称に分布するとの制約が課されないため、図１０（ｂ）に示すユニットグループＧ内のドットユニットＵ１〜Ｕ４の配置パターンが上記実施例１と異なっている。したがって、図１０（ｃ）に示すユニットグループＧ内のドットの分布もまた、上記実施例１と異なっている。
【０１０２】
また、本実施例では、ドットが対称軸について対称に分布するとの制約が課されないため、ドットユニットＵ１〜Ｕ４の配置の自由度が高まる。このため、本実施例では、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、ユニットグループＧのＸ軸方向の幅が、ドットユニットＵ１〜Ｕ４が１５個並ぶ幅（４×１５＝６０画素）に広がっている。したがって、本実施例では、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０が、６０画素以内に設定される。ユニットグループＧのＹ軸方向の幅は、上記実施例１と同様、ドットユニットＵ１〜Ｕ４が４個並ぶ幅（４×４＝１６画素）である。
【０１０３】
図１１（ａ）、（ｂ）は、ドットパターンの構成方法と、ドットパターンに対するセグメント領域の設定方法を示す図である。
【０１０４】
本実施例においても、上記実施例１と同様、ユニットグループＧをＸ軸方向とＹ軸方向に繰り返し並べて配置することにより、ドットパターンが構成される。
【０１０５】
また、本実施例においても、上記実施例１と同様、セグメント領域のサイズは、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ１画素拡張されたサイズとなっている。本実施例においても、上記実施例１と同様、セグメント領域の最小サイズは、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ１画素拡張されたサイズである。本実施例では、この最小サイズに、セグメント領域のサイズが設定されている。図１１（ａ）、（ｂ）には、撮像有効領域の左上隅に設定されるセグメント領域Ｓａが示されている。
【０１０６】
＜実施例２の効果＞
本実施例においても、上記実施例と同様、セグメント領域のサイズをドットユニットＵ１〜Ｕ４の組合せの特異性に応じて、適正なサイズに設定することができる。このため、上記実施例１と同様、マッチング処理時の演算量を抑制することができ、且つ、物体の境界部分における距離分解能を高めることができる。
【０１０７】
なお、本実施例では、上記実施例１と同様、セグメント領域のサイズが、Ｘ軸方向に並ぶ３つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ１画素拡張されたサイズ（最小サイズ）に設定されたが、このサイズ（最小サイズ）よりもやや広めにセグメント領域のサイズが設定されても良い。この点は、上記実施例１についても同様である。ただし、このようにセグメント領域のサイズを最小サイズから広げると、その分、マッチング処理時の演算量が増加し、また、物体の境界部分における距離分解能が低下する。したがって、セグメント領域のサイズは、上記のように最小サイズに設定されるのが望ましい。
【０１０８】
また、本実施例では、ユニットグループＧ内においてドットが対称軸について対称に分布するとの制約が課されないため、上記のように、上記実施例１に比べて、ユニットグループＧのＸ軸方向の幅を広げることができる。このため、本実施例では、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０を、上記実施例１に比べて広げることができる。
【０１０９】
反面、本実施例では、ユニットグループＧ内においてドットが対称軸について対称に分布するとの制約が課されないため、上記実施例１に比べ、一のセグメント領域に含まれるドットが、ユニットグループＧ内の他のセグメント領域に含まれるドットと重なり易くなる。したがって、セグメント領域に含まれるドットの分布のユニーク性を高めるためには、上記実施例１のように、対称軸Ｏについて対称となるように、ユニットグループＧ内においてドットを分布させるのが望ましい。
【０１１０】
（３）実施例３
上記実施例では、ユニットグループＧに対して対称軸Ｏが一つだけ設定されたが、ユニットグループＧに対して複数の対称軸が設定されても良い。また、上記実施例では、Ｘ軸方向に隣り合う３つのドットユニット組合せが、ユニットグループＧ内の他の３つのドットユニットの組合わせと相違するように、ドットユニットＵ１〜Ｕ４がユニットグループＧ内に配置されたが、組合せの特異性を有するドットユニットの組合せは、必ずしも、Ｘ軸方向にドットユニットが並ぶもので無くても良い。
【０１１１】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、本実施例におけるユニットグループＧの構成例を示す図である。
【０１１２】
本実施例において、図１２（ａ）に示すドットユニットＵ１〜Ｕ４の構成は、上記実施例１と同様である。
【０１１３】
本実施例では、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ隣り合う４つのドットユニットの組合せが、ユニットグループＧ内の他の４つのドットユニットの組合せと相違し、且つ、ユニットグループＧの境界を跨ぐ４つのドットユニットの組合せとも相違するように、ドットユニットＵ１〜Ｕ４がユニットグループＧ内に配置される。
【０１１４】
たとえば、図１２（ｂ）において、ハッチングが付された４つのドットユニットの組合せ（ドット番号２，３，１，４）は、破線で囲んだドット番号３，３，１，１のドットユニットの組合せの他、同一ユニットグループＧ内に含まれる他の全ての４つのドットユニットの組合せとも一致しない。また、ハッチングが付された４つのドットユニットの組合せ（ドット番号２，３，１，４）は、破線で囲んだドット番号２，１，４，３のドットユニットの組合せの他、２つのユニットグループＧの境界を跨ぐ４つのドットユニットの何れの組合せとも一致しない。
【０１１５】
なお、このようにＸ軸方向とＹ軸方向に並ぶ２つのドットユニットの組合せが、その他の４つのドットユニットの組合せの何れとも一致しない構成は、請求項３に記載の構成の一例である。
【０１１６】
また、本実施例では、図１２（ｃ）に示すように、ユニットグループＧに対して３つの対称軸Ｏ１〜Ｏ３が設定され、これら３つの対称軸Ｏ１〜Ｏ３について対称にドットが分布するように、ユニットグループＧ内にドットが配置される。すなわち、図１２（ｂ）のようにドットユニットＵ１〜Ｕ４をユニットグループＧ内に配置すると、図１２（ｃ）の範囲Ａ１においては、対称軸Ｏ１について対象となるようにドットが分布し、範囲Ａ２、Ａ３においては、それぞれ、対称軸Ｏ２、Ｏ３について対称となるようにドットが分布する。
【０１１７】
なお、このようにユニットグループＧに対して複数の対称軸が配置される構成は、請求項５に記載の構成の一例である。
【０１１８】
このように、本実施例では、３つの対称軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３が一つのユニットグループＧに設定されるため、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように、ユニットグループＧのＸ軸方向の幅が、ドットユニットＵ１〜Ｕ４が１６個並ぶ幅（４×１６＝６４画素）に広がっている。したがって、本実施例では、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０が、６４画素以内に設定される。ユニットグループＧのＹ軸方向の幅は、上記実施例１と同様、ドットユニットＵ１〜Ｕ４が４個並ぶ幅（４×４＝１６画素）である。
【０１１９】
図１３（ａ）、（ｂ）は、ドットパターンの構成方法と、ドットパターンに対するセグメント領域の設定方法を示す図である。
【０１２０】
本実施例においても、上記実施例１と同様、ユニットグループＧをＸ軸方向とＹ軸方向に繰り返し並べて配置することにより、ドットパターンが構成される。
【０１２１】
また、本実施例においても、上記実施例１と同様、セグメント領域のサイズは、一つのセグメント領域内に少なくとも４つのドットが含まれるよう、Ｘ軸方向とＹ軸方向に並ぶ４つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ１画素拡張されたサイズとなっている。本実施例においても、上記実施例１と同様、セグメント領域の最小サイズは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に並ぶ４つのドットユニットの組合せからなる領域のサイズに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ１画素拡張されたサイズである。本実施例では、この最小サイズに、セグメント領域のサイズが設定されている。図１３（ａ）、（ｂ）には、撮像有効領域の左上隅に設定されるセグメント領域Ｓａが示されている。
【０１２２】
なお、本実施例では、たとえば図１３（ａ）のハッチングが付された領域において、同じユニット番号のドットユニットが２回ずつＸ軸方向に繰り返されているため、一つのユニットグループＧ内に、同じドットの分布を持つセグメント領域が複数回現れることが起こり得る。
【０１２３】
図１４（ａ）、（ｂ）は、一つのユニットグループＧ内に同じドットの分布を持つ２つのセグメント領域が現れる例を示す図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の太枠で囲った部分のドットの分布状態を示す図である。
【０１２４】
図１４（ｂ）に示すように、セグメント領域Ｓｄは、セグメント領域Ｓｅと同じドットの分布を有している。このため、セグメント領域Ｓｄは、ユニットグループＧ内において、ドットの分布のユニーク性が担保されないこととなる。したがって、セグメント領域Ｓｄとセグメント領域Ｓｅとが互いに異なるドットの分布を有するように、ドットパターンの構成を調整する必要がある。
【０１２５】
この場合、たとえば、図１４（ｄ）に示すように、Ｙ軸方向に並ぶドットユニットの列のうち、中央の２つの列を１画素だけＹ軸方向に変位させる。これにより、セグメント領域Ｓｄとセグメント領域Ｓｅとが互いに異なるドットの分布を有するようになる。この場合、図１４（ｄ）の中央の２つの列は、ドットパターンの最上部から最下部まで１画素だけＹ軸正方向にずらされる。なお、図１４（ｄ）では、中央の２つの列がＹ軸正方向にずらされたが、中央の２つの列のうち何れか一方のみがＹ軸正方向にずらされても良い。また、中央の２つの列のずらし量を互いに相違させても良く、あるいは、中央の２つの列のうち一方をＹ軸正方向に変位させ、他方をＹ軸負方向に変位させても良い。
【０１２６】
なお、図１４（ａ）、（ｂ）では、セグメント領域Ｓｄ、ＳｅがＸ軸方向に並ぶ位置にあるため、Ｙ軸方向に並ぶドットユニットの列をＹ軸方向に変位させたが、同じドットの分布を持つ２つのセグメント領域がＹ軸方向に並ぶ位置にある場合には、図１４（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向に並ぶドットユニットの行をＸ軸方向に変位させて、これら２つのセグメント領域に含まれるドットの分布を相違させても良い。
【０１２７】
このように、図１２（ａ）〜（ｃ）および図１３（ａ）、（ｂ）の規則に従って構成されたドットパターンにおいて、一つのユニットグループＧ内に同じドットの分布を持つセグメント領域が複数現れる場合には、ドットユニットの列または行を所定の画素数だけ変位させる調整が行われる。この調整は、任意の一つのセグメント領域に含まれるドットの分布が、同一ユニットグループＧ内に含まれる他の全てのセグメント領域に含まれるドットの分布と相違し、且つ、当該ユニットグループＧの境界を跨ぐ全てのセグメント領域のドットの分布と相違するようになるまで行われる。
【０１２８】
なお、この調整は、上記実施例１、２による規則に従ってドットパターンが構成される場合にも、適宜、適用され得る。
【０１２９】
このように同じドットの分布を持つセグメント領域が一つのユニットグループＧについて複数現れないように、行方向または列方向に並ぶドットユニットの列を変位させる構成は、請求項６に記載の構成の一例である。
【０１３０】
＜実施例３の効果＞
本実施例においても、上記実施例１、２と同様、セグメント領域のサイズをドットユニットＵ１〜Ｕ４の組合せの特異性に応じて、適正なサイズに設定することができる。このため、上記実施例１、２と同様、マッチング処理時の演算量を抑制することができ、且つ
、物体の境界部分における距離分解能を高めることができる。
【０１３１】
また、本実施例では、ユニットグループＧに対して２つの対称軸Ｏ１〜Ｏ３を設定することにより、上記のように、上記実施例１、２に比べて、ユニットグループＧのＸ軸方向の幅を広げることができる。このため、本実施例では、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０を、上記実施例１、２に比べて広げることができる。
【０１３２】
以上、本発明の実施の形態および実施例１〜３について説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例１〜３に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。
【０１３３】
たとえば、上記実施例１〜３では、ドットユニットＵ１〜Ｕ４がドットを一つだけ含む例が示されが、ドットユニットに含まれるドットの数は、１つに限られるものではなく、ドットパターン上におけるドットの密度に応じて、適宜、変更可能である。また、ドットユニットのサイズも、上記実施例１〜３に示されたものに限られるものではなく、ドットパターン上におけるドットの密度に応じて、適宜、変更可能である。
【０１３４】
また、上記実施の形態では、三角測量法を用いて距離情報が求められたが、距離情報の取得方法はこれに限られるものではなく、たとえば、図４（ａ）を参照して説明した画素ずれ量Ｄをそのまま距離情報として取得しても良い。
【０１３５】
また、上記実施の形態では、基準画像に設定されたセグメント領域を、実測画像上において探索するようにしたが、実測画像上に設定された領域のドットパターンに対応するセグメント領域を、基準画像上で探索するようにしても良い。この場合、図１５（ｂ）に示すように、実測画像上に、セグメント領域と同じサイズの比較領域Ｃｊが設定され、基準画像上の比較領域Ｃｊに対応する領域Ｃｊ０を中心に−α画素および＋α画素の範囲が、比較領域Ｃｊに対する探索範囲に設定される。そして、上記と同様、探索範囲Ｌ０に含まれるセグメント領域のうち比較領域Ｃｊのドットパターンに最もマッチングするドットの分布を持つセグメント領域が探索される。図１５（ａ）の例では、セグメント領域Ｓｉが比較領域Ｃｊにマッチングする領域として検出される。そして、領域Ｃｊ０とセグメント領域Ｓｉとの間のＸ軸方向における画素ずれ量に基づいて、セグメント領域Ｓｉに対する距離値が取得される。
【０１３６】
また、上記実施の形態では、目標領域に照射されるレーザ光の波長帯以外の波長帯の光を除去するためにフィルタ２３０を配したが、たとえば、目標領域に照射されるレーザ光以外の光の信号成分を、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から出力される信号から除去する回路構成が配されるような場合には、フィルタ２３０が省略され得る。  また、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を用いたが、これに替えて、ＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。さらに、投射光学系１００および受光光学系２００の構成も、適宜変更可能である。
【０１３７】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３８】
１  …  物体検出装置
２  …  情報取得装置
３  …  情報処理装置
２１ｂ  …  距離取得部
１００  …  投射光学系
１１０  …  レーザ光源
２００  …  受光光学系
２４０  …  ＣＭＯＳイメージセンサ（イメージセンサ）
１４０  …  ＤＯＥ（回折光学素子）
Ｕ１〜Ｕ４  …  ドットユニット（単位領域）
Ｇ  …  ユニットグループ（群領域）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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