(57)【要約】      （修正有）【課題】参照領域の探索範囲においてドットパターンのユニーク性が担保され、且つ、ドットが予め設定された密度で、且つ、なるべく均一に分布するよう、ドットパターンを容易に設計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、ドットパターンを持つレーザ光を基準面に照射したときにＣＭＯＳイメージセンサにより撮像された基準画像と、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。ここで、ドットパターンは、同じ数のドットを含み、且つ、互いに異なる分布の複数のドットユニットＵ０〜Ｕ４の何れかが、横方向に周期的に並び、さらに、一の行に含まれるドットユニットの種類の数と、当該行に隣接する行に含まれるドットユニットの種類の数とが互いに異なるように構成される。【選択図】図６
2014085282.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、
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、
前記ドットパターンは、同じ数のドットを含み、且つ、互いに異なる分布の複数の単位領域の何れかが、前記第１の方向に周期的に並び、さらに、前記第１の方向の行に含まれる前記単位領域の種類の数と、当該行に対して前記第１の方向に垂直な第２の方向に隣接する行に含まれる前記単位領域の種類の数とが互いに異なる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２】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記ドットパターンは、互いに隣接し、且つ、自身が含む単位領域の種類の数が互いに異なる複数の行の組合せが前記第２の方向に周期的に配置される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３】
請求項２に記載の情報取得装置において、
前記ドットパターンは、前記複数の行の組合せが前記第２の方向に隣接する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４】
請求項２または３に記載の情報取得装置において、
前記組合せに含まれる前記行は、一の行に含まれる前記単位領域の種類の数が、他の行に含まれる前記単位領域の種類の数の整数倍とならないように構成される、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記ドットパターンは、前記行に含まれる前記単位領域の種類の数が、全ての前記行において２以上である、
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、
前記単位領域は、互いに隣接するように任意に組み合わされたときに、前記イメージセンサ上において、ドットが２画素以上離れる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７】
請求項６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。かかる物体検出装置では、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受光素子により受光される。
【０００３】
かかる距離画像センサとして、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距離画像センサが知られている（非特許文献１）。かかる距離画像センサでは、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】
上記のように、物体検出装置では、参照領域の探索範囲において、ドットパターンのユニーク性が担保される必要がある。また、目標領域に照射されるドットは、予め設定された密度で、且つ、なるべく均一に分布するのが望ましい。しかしながら、このような条件を満たすように、ドットパターンを設計するのは困難である。
【０００７】
本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、参照領域の探索範囲においてドットパターンのユニーク性が担保され、且つ、ドットが予め設定された密度で、且つ、なるべく均一に分布するよう、ドットパターンを容易に設計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、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。前記ドットパターンは、同じ数のドットを含み、且つ、互いに異なる分布の複数の単位領域の何れかが、前記第１の方向に周期的に並び、さらに、前記第１の方向の行に含まれる前記単位領域の種類の数と、当該行に対して前記第１の方向に垂直な第２の方向に隣接する行に含まれる前記単位領域の種類の数とが互いに異なるように構成されている。
【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、参照領域の探索範囲においてドットパターンのユニーク性が担保され、且つ、ドットが予め設定された密度で、且つ、なるべく均一に分布するよう、ドットパターンを容易に設計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方法を説明する図である。
【図７】実施例１に係るドットパターンのユニーク性について説明する図である。
【図８】実施例２に係るドットパターンの設計方法を示す図である。
【図９】実施例３に係るドットパターンの設計方法を示す図である。
【図１０】実施例４に係るドットパターンの設計方法を示す図である。
【図１１】実施例５に係るドットパターンの設計方法を示す図である。
【図１２】実施例６に係るドットパターンの設計方法を示す図である。
【図１３】実施例７に係るドットパターンの設計方法を示す図である。
【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。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、外部からの光に絞りを掛ける。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、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）〜（ｃ）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の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。セグメント領域の大きさは、得られる距離情報による物体の輪郭抽出精度、ＣＰＵ２１に対する距離検出の演算量の負荷および後述する距離検出手法によるエラー発生率を考慮して決定される。
【００４８】
本実施の形態では、セグメント領域の大きさは、横１５画素×縦１５画素に設定される。
【００４９】
図４（ｃ）を参照して、参照パターン領域に設定されるセグメント領域について説明する。なお、図４（ｃ）には、便宜上、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、各セグメント領域の中央の画素が×印で示されている。
【００５０】
セグメント領域は、図４（ｃ）に示すように、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画素値のパターンは、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、上記のように、通常、セグメント領域のドットパターンは、実測時において、Ｘ軸方向でのみ変位するためである。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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際には、セグメント領域の移動位置以外の位置において、セグメント領域内の全てのドットが実測画像上のドットに重なり合うことを避ける必要がある。セグメント領域の移動位置以外の位置でドットが重なり合うと、その位置における値Ｒｓａｄが小さくなり、セグメント領域に対する探索がエラーとなり易く、結果、距離情報の精度が低下する惧れがある。
【００６４】
また、目標領域に照射されるドットは、予め設定された密度で、且つ、なるべく均一に分布するよう、設定される必要がある。
【００６５】
ドットの密度が低くなると、セグメント領域内に含まれるドットの数が少なくなり、ドット分布のユニーク性が低下する。他方、ドットの密度が高くなると、ドット間の間隔が狭くなり、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掛かり易くなる。このため、目標領域に照射されるドットパターンは、セグメント領域に含まれるドットのユニーク性を担保しつつ、一つの画素に複数のドットが掛かりにくくなるようなドットの密度となるように設定される必要がある。
【００６６】
また、ドットが目標領域において不均一であると、一つのセグメント領域に含まれるドットの数が不安定となり、含まれるドットの数に応じて、各セグメント領域のユニーク性が変動する。したがって、目標領域に照射されるドットパターンは、なるべくドットが均一に分布するように設定される必要がある。
【００６７】
しかしながら、このような条件を満たすように、ドットのパターンを設計するのは困難である。
【００６８】
そこで、本実施の形態では、目標領域において、ドットパターンが以上の条件を満たすように、所定の規則に従って、ドットパターンが構成されている。以下、ドットパターンの具体的構成例（実施例１〜７）について説明する。
【００６９】
＜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。
【００７０】
図６（ａ）は、ドットユニットＵ０〜Ｕ４の構成を示す図である。
【００７１】
ドットユニットＵ０〜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Ｕ０〜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Ｕ０〜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Ｕ０〜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Ｕ０は、（１，１）の画素位置にドットを含んでいる。また、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。
【００７２】
以下では、説明の便宜上、ドットユニットＵ０〜Ｕ４に対して、それぞれ、ユニット番号０〜４を割り当てて説明が行われる。
【００７３】
なお、ドットユニットＵ０〜Ｕ４は、請求項に記載の「単位領域」に相当する。また、図６（ａ）のように、ドットユニットＵ０〜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。
【００７４】
図６（ｂ）は、ドットパターン上におけるドットユニットＵ０〜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Ｕ０〜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Ｕ０〜Ｕ４の何れかを、横方向（Ｘ軸方向）に１５個、縦方向（Ｙ軸方向）に３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。
【００７５】
ユニットグループＧの最上段は、ユニット番号０のドットユニットＵ０のみからなっている。ユニットグループＧの中段には、ユニット番号０、１、３の３種のドットユニットＵ０、Ｕ１、Ｕ３が周期的に配置されている。ユニットグループＧの最下段は、ユニット番号０、１、２、３、４の５種のドットユニットＵ０〜Ｕ４が周期的に配置されている。
【００７６】
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。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１２個並び縦方向に４４個並ぶ大きさに設定される。
【００７７】
このようにユニットグループＧを横方向（Ｘ軸方向）に並べたときの、横方向に並ぶ一連のユニットグループからなる一つの行が、請求項に記載の「行」に相当する。また、図６（ｂ）のように、各行において、所定のドットユニットが周期的に配置され、且つ、上下方向（Ｙ軸方向）に隣り合う２つの行に含まれるドットユニットの種類の数が互い異なる構成は、請求項１に記載の構成の一例である。また、図６（ｂ）のように、ドットユニットの種類の数が互いに異なる３つの行の組合せが、互いに隣接するように上下方向（Ｙ軸方向）に並ぶ構成は、請求項３に記載の構成の一例である。
【００７８】
図６（ｃ）を参照して分かるとおり、ドットユニットＵ０〜Ｕ４を図６（ａ）のように構成すると、ドットパターン上に分布するドットは、互いに２画素以上離れるようになる。
【００７９】
このように、ドットユニットＵ０〜Ｕ４を組み合わせたときにドットが２画素以上離れるようにドットユニットＵ０〜Ｕ４が設定される構成は、請求項６に記載の構成の一例である。このようにドットユニットＵ０〜Ｕ４を構成すると、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。
【００８０】
本実施例では、上記のとおり、ユニットグループＧの最上段、中段、最下段に含まれるドットユニットの種類の数が、それぞれ、１、３、５であるため、１、３、５の最小公倍数である１５のドットユニットが横方向に並ぶ区間（ユニットグループＧのＸ軸方向の幅に相当）は、ドットのユニーク性が担保される。たとえば、縦１２画素、横１２画素の領
域をユニットグループＧに設定すると、この領域を１画素ずつ横方向にずらしても、１５ユニット分の画素範囲（１５×４＝６０）においては、ある位置においてこの領域内に含まれるドットが、他の位置においてこの領域に含まれるドットと完全に一致することは無い。このように、本実施例では、横方向に１５個並ぶドットユニットの範囲（横方向に６０画素の範囲）において、ドットのユニーク性が担保される。
【００８１】
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ユニットの分布を示している。
【００８２】
上記のように、本実施例では、横方向に１５個並ぶドットユニットの範囲（横方向に６０画素の範囲）において、ドットのユニーク性が担保される。したがって、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域の左上隅に設定されたセグメント領域Ｓ１に含まれるドットが、横方向にドットユニットが１５個並ぶ区間（６０画素）において、他のセグメント領域に含まれるドットと完全に一致することは無い。したがって、本実施例のようにドットパターンが構成される場合、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０は、６０画素以下に設定される。
【００８３】
なお、本実施例では、図７（ｂ）に示すように、セグメント領域Ｓ１に含まれるドットユニットは、セグメント領域Ｓ１から横方向（Ｘ軸方向）に６０画素離れたセグメント領域Ｓ６１に含まれるドットユニットと完全に一致する。また、セグメント領域Ｓ１に含まれるドットユニットは、セグメント領域Ｓ１から下方向（Ｙ軸方向）に１２画素離れたセグメント領域Ｓｋに含まれるドットユニットと完全に一致する。
【００８４】
本実施例では、ユニットグループＧの最上段のドットユニットの繰り返し周期が１ユニット（４画素）であるため、ユニットグループＧを構成する１５ユニット分の画素範囲（１５×４＝６０）であっても、セグメント領域Ｓ１の上から１〜４画素の領域と下から１〜３画素の領域に含まれるドットは、横方向に１ユニット周期毎（４画素毎）に現れるセグメント領域の上から１〜４画素の領域と下から１〜３画素の領域に含まれるドットと重なり合う。また、ユニットグループＧの中段のドットユニットの繰り返し周期は３ユニット（１２画素）であるため、セグメント領域Ｓ１の上から５〜８画素の領域に含まれるドットは、セグメント領域Ｓ１から横方向に３ユニット周期毎（１２画素毎）に現れるセグメント領域の上から５〜８画素の領域に含まれるドットと重なり合う。
【００８５】
したがって、たとえば、セグメント領域Ｓ１から横方向に３６画素目（３ユニット×１２周期）に現れるセグメント領域Ｓ３７は、図７（ａ）に示すように、セグメント領域Ｓ１に対して、上から１〜８画素の領域（破線で囲まれた領域）のドットと、下から１〜３画素の領域（破線で囲まれた領域）のドットが重なる。しかし、この場合も、セグメント領域Ｓ３７は、上から９〜１２画素の領域において、セグメント領域Ｓ１とドットが重ならないため、この領域におけるユニーク性によって、セグメント領域Ｓ１から区別され得る。
【００８６】
また、ユニットグループＧの最下段のドットユニットの繰り返し周期は５ユニット（２０画素）であるため、セグメント領域Ｓ１の上から９〜１２画素の領域に含まれるドットは、セグメント領域Ｓ１から横方向に５ユニット周期毎（２０画素毎）に現れるセグメント領域の上から９〜１２画素の領域に含まれるドットと一致する。したがって、たとえば、セグメント領域Ｓ１から横方向に２０画素目（５ユニット×４周期）に現れるセグメント領域Ｓ２１は、図７（ａ）に示すように、セグメント領域Ｓ１に対して、上から１〜４
画素の領域（破線で囲まれた領域）のドットと、上から９〜１５画素の領域（破線で囲まれた領域）のドットが重なる。しかし、この場合も、セグメント領域Ｓ２１は、上から５〜８画素の領域において、セグメント領域Ｓ１とドットが重ならないため、この領域におけるユニーク性によって、セグメント領域Ｓ１から区別され得る。
【００８７】
以上のように、本実施例によれば、５種類のドットユニットＵ０〜Ｕ４を規則的に配置することによりドットパターンが構成されるため、ドットパターンを容易に設計することができる。また、ドットを一つだけ含むドットユニットＵ０〜Ｕ４を互いに隣接するように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ため、ドットパターン上におけるドットの分布を均一にすることができる。さらに、ドットユニットＵ０〜Ｕ４におけるドットの密度がドットパターンにおけるドットの密度に対応するため、ドットユニットＵ０〜Ｕ４に含まれるドットの数を調整することにより、ドットパターンの密度を容易に調整することができる。本実施例では、縦４画素、横４画素の１６画素の領域からなるドットユニットＵ０〜Ｕ４に対して１画素分のドットが設定されるため、ドットパターン上におけるドットの密度は、１／１６（≒６％）となる。
【００８８】
＜実施例２＞
図８（ａ）、（ｂ）は、実施例２に係るドットパターンの構成例を示す図である。図８（ａ）、（ｂ）は、上記実施例１について示した図７（ａ）、（ｂ）に対応するものである。
【００８９】
上記実施例１では、ドットパターンを構成する全てのユニットグループＧにおいて、その最上段に配置されるドットユニットが、ユニット番号０のドットユニットＵ０に固定された。これに対し、実施例２では、ユニットグループＧの最上段を埋めるドットユニットが、図８（ｂ）のように、縦方向に並ぶユニットグループ毎に変更される。すなわち、ドットパターンの最上部に配置されるユニットグループＧでは、その最上段にユニット番号０のドットユニットＵ０が横方向に１ユニットの周期で配置され、このユニットグループＧの下側に隣接するユニットグループＧでは、その最上段にユニット番号１のドットユニットＵ１が横方向に１ユニットの周期で配置される。以下、同様に、ユニットグループＧの配置位置が下方向に一つずれる毎に、最上段に配置されるドットユニットのユニット番号が、２、３、４と変更される。そして、最上段にユニット番号４のドットユニットＵ４が配置されたユニットグループＧの下には、再び、その最上段にユニット番号０のドットユニットＵ０が配置される。以下、同様に、ユニットグループＧの配置位置が下方向に一つずれる毎に、最上段に配置されるドットユニットのユニット番号が、１、２、３、４、０、１、２、…と変更される。
【００９０】
したがって、本実施例では、図８（ｂ）に示すように、上から２行目と３行目の組が、３行間隔の周期で、下方向に繰り返し配置されることとなる。このように、互いに隣接する２つの行の組が、下方向に所定の周期で繰り返し配置される構成は、請求項２に記載の構成の一例である。
【００９１】
本実施例においても、上記実施例１と同様、ドットパターンの設計を容易に行うことができる。また、ドットパターン上におけるドットの密度を所望に値に容易に調整することができ、さらに、ドットパターン上にドットを均一に分布させることができる。ただし、本実施例では、ユニットグループＧの配置位置が下方向に一つずれる毎に、ユニットグループＧの最上段に配置されるドットユニットのユニット番号が変更されるため、その分、上記実施例１に比べて設計がやや複雑になる。
【００９２】
＜実施例３＞
図９（ａ）〜（ｃ）は、実施例３に係るドットパターンの構成例を示す図である。図９
（ａ）、（ｂ）は、上記実施例１について示した図６（ａ）、（ｂ）に対応するものであり、図９（ｃ）は、上記実施例１について示した図７（ａ）に対応するものである。
【００９３】
上記実施例１では、ユニットグループＧの最上段に１種類のドットユニットＵ０が配置されたが、実施例３では、図９（ｂ）に示すように、ユニットグループＧの最上段に２種類のドットユニットＵ０、Ｕ１が周期的に配置されている。図９（ａ）に示すドットユニットＵ０〜Ｕ４の構成は、上記実施例１と同じである。なお、図９（ｂ）には、上記実施例１におけるユニットグループＧの右方向の終端位置が、符号Ｍによって示されている。また、図９（ｂ）において、太線の枠は、ユニットグループＧを示している。
【００９４】
このように、ユニットグループＧの最上段に２種類のドットユニットＵ０、Ｕ１が配置されると、ドットパターンを構成する各行に含まれるドットユニットの種類の数が、全ての行において２以上となる。この構成は、請求項５に記載の構成の一例である。
【００９５】
このように、ユニットグループＧの最上段に配置されるドットユニットの種類を２種類とすると、ユニットグループＧは、最上段、中段、最下段に含まれるドットユニットの種類の数が、それぞれ、２、３、５となり、２、３、５の最小公倍数である３０のユニットが横方向に並ぶ区間は、ドットのユニーク性が担保される。したがって、この構成例の場合、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０を、実施例１の６０画素から１２０画素に引き伸ばすことができる。
【００９６】
また、本実施例のようにユニットグループＧの最上段に配置されるドットユニットの種類を２種類とすると、最上段のドットユニットの繰り返し周期が２ユニット（８画素）となるため、図９（ｃ）に示すセグメント領域Ｓ１の上から１〜４画素の領域と下から１〜３画素に含まれるドットは、セグメント領域Ｓ１から横方向に２ユニット周期毎（８画素毎）に現れるセグメント領域の上から１〜４画素の領域と下から１〜３画素に含まれるドットと重なり合うこととなる。このように、本実施例では、最上段のドットユニットの繰り返し周期が上記実施例１から変更されたため、上記実施例１では、図８（ａ）に示すように、セグメント領域Ｓ１が、上から１〜４画素の領域と下から１〜３画素の領域において、セグメント領域Ｓ１から２０画素目および３６画素目に現れるセグメント領域Ｓ２１、Ｓ３７のドットと重なっていたが、本実施例では、図９（ｃ）に示すようにセグメント領域Ｓ１は、上から１〜４画素の領域と下から１〜３画素の領域においても、これらセグメント領域Ｓ２１、Ｓ３７のドットと重ならなくなる。したがって、本実施例によれば、上記実施例１に比べてセグメント領域Ｓ１のユニーク性を高めることができる。
【００９７】
なお、セグメント領域Ｓ１から右側に６０画素目に現れるセグメント領域Ｓ６１では、上から５〜１２画素の領域のドットがセグメント領域Ｓ１と重なる。しかし、この場合も、セグメント領域Ｓ６１は、上から１〜４画素の領域と、下から１〜３の領域において、セグメント領域Ｓ１とドットが重ならないため、この領域におけるユニーク性によって、セグメント領域Ｓ１から区別され得る。同様に、図９（ｂ）のＭよりも左側に設定されたセグメント領域は、自身から右方向に６０画素目に現れるセグメント領域と、上から５〜１２画素の領域においてドットが重なるが、上から１〜４画素の領域と、下から１〜３の領域において、ドットが重ならないため、この領域によってユニーク性が担保される。
【００９８】
本実施例においても、上記実施例１、２と同様、ドットパターンの設計を容易に行うことができる。また、ドットパターン上におけるドットの密度を所望に値に容易に調整することができ、さらに、ドットパターン上にドットを均一に分布させることができる。また、上記のように、上記実施例１、２に比べて、探索範囲Ｌ０を２倍に引き伸ばすことができ、さらに、セグメント領域のユニーク性を高めることができる。
【００９９】
なお、本実施例では、図９（ｂ）に示すように、一の行に含まれるドットユニットの種類の数が、他の行に含まれるドットユニットの種類の数の整数倍とならないように、ドットパターンが構成される。この構成は、請求項４に記載の構成の一例である。また、本実施例では、図９（ｂ）に示すように、上下に並ぶ３つの行の組が、互いに隣接するように、上下方向（Ｙ軸方向）に繰り返し配置される。この構成は、請求項３に記載の構成の一例である。さらに、本実施例では、図９（ｂ）に示すように、各行に含まれるドットユニットの種類の数が、全ての行において２以上となる。この構成は、請求項５に記載の構成の一例である。
【０１００】
＜実施例４＞
図１０（ａ）〜（ｃ）は、実施例４に係るドットパターンの構成例を示す図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、上記実施例３について示した図９（ａ）〜（ｃ）に対応するものである。
【０１０１】
上記実施例３では、ドットパターンを構成する全てのユニットグループＧにおいて、その最上段に配置されるドットユニットが、ユニット番号０、１のドットユニットＵ０、Ｕ１に固定された。これに対し、実施例４では、ユニットグループＧの最上段を埋めるドットユニットが、図１０（ｂ）のように、縦方向に並ぶユニットグループ毎に変更される。すなわち、ドットパターンの最上部に配置されるユニットグループＧでは、その最上段にユニット番号０、１のドットユニットＵ０、Ｕ１が横方向に２ユニットの周期で配置され、このユニットグループＧの下側に隣接するユニットグループＧでは、その最上段にユニット番号０、２のドットユニットＵ０、Ｕ２が横方向に２ユニットの周期で配置される。以下、同様に、ユニットグループＧの配置位置が下方向に一つずれる毎に、最上段に配置されるドットユニットのユニット番号が、（０、３）、（０、４）、（０、１）、（０、２）、（０、３）…と変更される。
【０１０２】
本実施例においても、上記実施例３と同様の効果が奏され得る。ただし、本実施例では、ユニットグループＧの配置位置が下方向に一つずれる毎に、ユニットグループＧの最上段に配置されるドットユニットのユニット番号が変更されるため、その分、上記実施例３に比べて設計がやや複雑になる。
【０１０３】
なお、本実施例では、図１０（ｂ）に示すように、一の行に含まれるドットユニットの種類の数が、他の行に含まれるドットユニットの種類の数の整数倍とならないように、ドットパターンが構成される。この構成は、請求項４に記載の構成の一例である。また、本実施例では、図１０（ｂ）に示すように、上から２つ目の行と３つ目の行の組が、３ユニットの間隔で、上下方向に繰り返し配置される。この構成は、請求項２に記載の構成の一例である。さらに、本実施例では、図１０（ｂ）に示すように、各行に含まれるドットユニットの種類の数が、全ての行において２以上となる。この構成は、請求項５に記載の構成の一例である。
【０１０４】
＜実施例５＞
図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施例５に係るドットパターンの構成例を示す図である。図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、上記実施例１について示した図６（ａ）、（ｂ）に対応するものであり、図１１（ｃ）は、上記実施例１について示した図７（ａ）に対応するものである。
【０１０５】
図１１（ａ）に示すように、本実施例では、ドットユニットＵ１１〜Ｕ１６が、縦５画素、横４画素の大きさに設定されている。また、ドットパターンの構成に使用されるドットユニットＵ１１〜Ｕ１６の種類が、６種類とされている。さらに、ドットユニットの最外周の画素位置にはドットが配置されないように、ドットユニットＵ１１〜Ｕ１６が構成
されている。
【０１０６】
なお、ドットユニットＵ１１〜Ｕ１６は、請求項に記載の「単位領域」に相当する。図１１（ａ）に示すようにドットユニットＵ１１〜Ｕ１６の最外周の画素位置には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。また、図１１（ａ）のように、ドットユニットＵ１１〜Ｕ１６にドットが一つだけ含まれる構成は、請求項８に記載の構成の一例である。
【０１０７】
図１１（ｂ）に示すように、本実施例では、ユニットグループＧの最上段に、ユニット番号５のドットユニットＵ１５のみが配置される。また、ユニットグループＧの中段には、ユニット番号１、２、３、４、５、６の６種のドットユニットＵ１１〜Ｕ１６が周期的に配置される。ユニットグループＧの最下段は、ユニット番号５、４、３、２、１の５種のドットユニットＵ５、Ｕ４、Ｕ３、Ｕ２、Ｕ１が周期的に配置される。
【０１０８】
図１１（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。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。
【０１０９】
本実施例において、ユニットグループＧは、最上段、中段、最下段に含まれるドットユニットの種類の数が、それぞれ、１、６、５であるため、１、６、５の最小公倍数である３０のユニットが横方向に並ぶ区間は、ドットのユニーク性が担保される。したがって、本実施例の場合、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０は、１２０画素以下に設定される。
【０１１０】
なお、本実施例では、ユニットグループＧの最上段のドットユニットの繰り返し周期は１ユニット（４画素）であり、また、中段のドットユニットの繰り返し周期は６ユニット（２４画素）であるため、セグメント領域Ｓ１の上から１〜１０画素の領域に含まれるドットは、セグメント領域Ｓ１から横方向に６ユニット周期毎（２４画素毎）に現れるセグメント領域の上から１〜１０画素の領域に含まれるドットと重なり合う。したがって、たとえば、セグメント領域Ｓ１から横方向に４８画素目（６ユニット×２周期）に現れるセグメント領域Ｓ４９は、図１１（ｃ）に示すように、セグメント領域Ｓ１に対して、上から１〜１０画素の領域（破線で囲まれた領域）のドットが重なる。しかし、この場合も、セグメント領域Ｓ４９は、上から１１〜１５画素の領域において、セグメント領域Ｓ１とドットが重ならないため、この領域におけるユニーク性によって、セグメント領域Ｓ１から区別され得る。
【０１１１】
また、ユニットグループＧの最下段のドットユニットの繰り返し周期は５ユニット（２０画素）であるため、セグメント領域Ｓ１の上から１１〜１５画素の領域に含まれるドットは、セグメント領域Ｓ１から横方向に５ユニット周期毎（２０画素毎）で現れるセグメント領域の上から１１〜１５画素の領域に含まれるドットと一致する。したがって、たとえば、セグメント領域Ｓ１から横方向に２０画素目（５ユニット×４周期）に現れるセグメント領域Ｓ２１は、図１１（ｃ）に示すように、セグメント領域Ｓ１に対して、上から１〜５画素の領域（破線で囲まれた領域）のドットと、上から１１〜１５画素の領域（破線で囲まれた領域）のドットが重なる。しかし、この場合も、セグメント領域Ｓ２１は、上から６〜１０画素の領域において、セグメント領域Ｓ１とドットが重ならないため、この領域におけるユニーク性によって、セグメント領域Ｓ１から区別され得る。
【０１１２】
本実施例においても、上記実施例１と同様、ドットパターンの設計を容易に行うことができる。また、ドットパターン上におけるドットの密度を所望に値に容易に調整することができ、さらに、ドットパターン上にドットを均一に分布させることができる。また、上記のように、上記実施例１に比べて、探索範囲Ｌ０を２倍に引き伸ばすことができる。
【０１１３】
なお、本実施例では、図１１（ｂ）に示すように上下に並ぶ３つの行の組が、互いに隣接するように、上下方向（Ｙ軸方向）に繰り返し配置される。この構成は、請求項３に記載の構成の一例である。
【０１１４】
＜実施例６＞
図１２（ａ）〜（ｃ）は、実施例６に係るドットパターンの構成例を示す図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、上記実施例５について示した図１１（ａ）〜（ｃ）に対応するものである。
【０１１５】
本実施例では、上記実施例５に比べて、ユニットグループＧの最上段に配置されるドットユニットの種類が２種類に変更されている。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、本実施例では、ユニットグループＧの最上段に、ユニット番号５、６のドットユニットＵ１５、Ｕ１６が周期的に配置されている。
【０１１６】
本実施例では、ユニットグループＧの最上段、中段、最下段に含まれるドットユニットの種類の数が、それぞれ、２、６、５となる。しかしながら、２、６、５の最小公倍数は３０であるため、上記実施例５と同様、３０のユニットが横方向に並ぶ区間において、ドットのユニーク性が担保される。したがって、本実施例の場合、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０は、上記実施例５と同様、１２０画素以下に設定される。
【０１１７】
ただし、本実施例では、ユニットグループＧの最上段のドットユニットの種類が２種類に変更されたため、図１２（ｃ）に示すように、セグメント領域Ｓ２１の上から１〜５画素の領域のドットがセグメント領域Ｓ１のドットと重ならなくなる。このため、本実施例では、上記実施例５に比べて、セグメント領域のユニーク性を高めることができる。
【０１１８】
なお、本実施例では、図１２（ｂ）に示すように、上下に並ぶ３つの行の組が、互いに隣接するように、上下方向（Ｙ軸方向）に繰り返し配置される。この構成は、請求項３に記載の構成の一例である。さらに、本実施例では、図１２（ｂ）に示すように、各行に含まれるドットユニットの種類の数が、全ての行において２以上となる。この構成は、請求項５に記載の構成の一例である。
【０１１９】
＜実施例７＞
図１３（ａ）〜（ｃ）は、実施例７に係るドットパターンの構成例を示す図である。図１３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、上記実施例５について示した図１１（ａ）〜（ｃ）に対応するものである。
【０１２０】
本実施例では、上記実施例５に比べて、ユニットグループＧの最上段に配置されるドットユニットの種類が４種類に変更されている。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、本実施例では、ユニットグループＧの最上段に、ユニット番号５、６、２、１のドットユニットＵ１５、Ｕ１６、Ｕ１２、Ｕ１１が周期的に配置されている。
【０１２１】
本実施例では、ユニットグループＧの最上段、中段、最下段に含まれるドットユニットの種類の数が、それぞれ、４、６、５となる。したがって、４、６、５の最小公倍数である１２０のユニットが横方向に並ぶ区間において、ドットのユニーク性が担保される。したがって、本実施例の場合、図５（ｂ）に示す探索範囲Ｌ０は、４８０画素（４画素×１２０ユニット）に引き伸ばされる。
【０１２２】
なお、本実施例では、図１３（ｂ）に示すように、一の行に含まれるドットユニットの種類の数が、他の行に含まれるドットユニットの種類の数の整数倍とならないように、ド
ットパターンが構成される。この構成は、請求項４に記載の構成の一例である。また、本実施例では、図１３（ｂ）に示すように、上下に並ぶ３つの行の組が、互いに隣接するように上下方向（Ｙ軸方向）に繰り返し配置される。この構成は、請求項３に記載の構成の一例である。さらに、本実施例では、図１３（ｂ）に示すように、各行に含まれるドットユニットの種類の数が、全ての行において２以上となる。この構成は、請求項５に記載の構成の一例である。
【０１２３】
以上、本発明の実施の形態および実施例１〜７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１〜７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。
【０１２４】
たとえば、上記実施例１〜７では、ドットユニットＵ０〜Ｕ４、Ｕ１１〜Ｕ１６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１〜７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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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】
【０１２９】
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）
Ｕ０〜Ｕ４  …  ドットユニット（単位領域）
Ｕ１１〜Ｕ１６  …  ドットユニット（単位領域）
【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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