(57)【要約】【課題】複雑な構成を用いることなく、簡易な構成で被写体の位置を複数箇所検出することができる物体検出装置を提供する。【解決手段】絞り１と、互いに焦点距離の異なる複数の領域を有する複合レンズ２と、複数の領域から所望の焦点距離に対応する領域を選択するとともに、絞り１の開口度を調節する絞り制御部４と、複合レンズ２および絞り１を通して被写体を撮影する撮影部３と、絞り制御部４により絞り１の開口度および所望の焦点距離に対応する領域の少なくともいずれかを異ならせて撮影部３で撮影した被写体の複数の画像同士の合焦状態を比較することによって、被写体の位置を検出する被写体位置検出部１１とを備えた。【選択図】図１
2006184065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口度が調整可能な絞り部と、
互いに焦点距離の異なる複数の領域を有する複合レンズ部と、
前記互いに焦点距離の異なる複数の領域から所望の焦点距離に対応する領域を選択するとともに、前記絞り部の開口度を調節する絞り制御部と、
前記複合レンズ部および前記絞り部を通して被写体を撮影する撮影部と、
前記絞り制御部により前記絞り部の開口度および前記所望の焦点距離に対応する領域の少なくともいずれかを異ならせて前記撮影部で撮影した前記被写体の複数の画像を比較することによって、前記被写体の位置を検出する被写体位置検出部とを備えたことを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記複合レンズ部は、前記互いに焦点距離の異なる複数の領域が、前記複合レンズ部の光軸を中心として扇形状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記複合レンズ部は、前記互いに焦点距離の異なる複数の領域が、前記複合レンズ部の光軸を中心として同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記被写体位置検出部は、前記撮影部で撮影した前記被写体の複数の画像における合焦度の違いにもとづいて前記被写体の位置を検出することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記被写体位置検出部は、前記撮影部で撮影した前記被写体の複数の画像における合焦度が実質的に等しいか否かを検出することによって、前記被写体の位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記被写体位置検出部は、前記撮影部で撮影した前記被写体の複数の画像をＤＣＴ処理した場合の係数にもとづいて前記合焦度を算出することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記被写体位置検出部は、前記撮影部で撮影した前記被写体の複数の画像をＤＣＴ処理した場合の所定周波数の係数値を積算して前記合焦度を算出することを特徴とする請求項６に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記絞り部は、液晶シャッタを有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記絞り制御部は、前記液晶シャッタを透過する光線の光量が一定になるように光量を調節する光量調節部を有することを特徴とする請求項８に記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、入退室の管理方法の一つとして監視カメラが用いられている。このような監視カメラにおいては、その被写界深度を深くした状態で、所定の出入口付近の人の動きを連続的に撮像することが多く、誰が入退室したかを把握するには、管理者が監視カメラからの画像をモニターで見張ったり、記録された画像を異常が発生した後に確認したりする必要があった。
【０００３】
しかしながら、管理者が監視モニターを常に確認するのは大きな負担となり、見落としが生じる可能性もあるということが課題となっている。
【０００４】
このような課題を解決するために、被写体の被写界深度のそれぞれ異なる光学系を用いて二枚の画像を撮影し、二枚の画像それぞれにおいて被写体に焦点が合っている場合、その被写体が被写界深度を浅くして撮影した光学系の被写界深度内にいることを利用して、被写体の位置を検出する物体検出装置が提案されている。このような装置を用いれば、絞りを開閉して撮影した画像を比較するという比較的簡易な構成で、物体までの距離を算出できる。この技術を監視用途に用いた場合には、監視したい距離にある物体（ここでは人）を選択的に検出することができ、すべての画像を監視する必要がない（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２０８８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したような従来の物体検出装置では、被写体が、レンズ系の焦点位置前後にあるか否かを検出することができた。しかしながら、近年では、被写体が一箇所でなく、複数の距離位置にあるか否かを判定したいとの要望が高まっている。これは、被写体が複数の距離位置にあるか否かを検出できるようになると、例えば、監視用途に用いた場合には、出入口付近に人がいるか否かの判定のみならず、人の動き（近づいているのか、遠ざかっているのか）を把握できるので、入室者と退室者の区別も容易にできるようになるからである。
【０００６】
しかしながら、従来の物体検出装置をそのまま用いて、被写体が複数の距離位置にあるか否かを検出しようとすると、互いに異なる焦点距離を有するレンズ系を備えた物体検出装置を複数設けたり、焦点合わせの位置を変える場合には、レンズ系と撮像素子の間隔を変えるための機構を設けたりする必要があったため、どうしても構成が複雑になってしまうという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で被写体の位置を複数箇所において検出することのできる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】
本発明の物体検出装置は、開口度が調整可能な絞り部と、互いに焦点距離の異なる複数の領域を有する複合レンズ部と、互いに焦点距離の異なる複数の領域から所望の焦点距離に対応する領域を選択するとともに、絞り部の開口度を調節する絞り制御部と、複合レンズ部および絞り部を通して被写体を撮影する撮影部と、絞り制御部により絞り部の開口度および所望の焦点距離に対応する領域の少なくともいずれかを異ならせて撮影部で撮影した被写体の複数の画像を比較することによって、被写体の位置を検出する被写体位置検出部とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、開口度および焦点距離のうちの少なくともいずれかの異なる画像を撮影して、その画像を比較するという簡易な構成により、被写体の位置を複数箇所において検出することができる物体検出装置を提供することができる。
【００１０】
また、複合レンズ部は、互いに焦点距離の異なる複数の領域が、複合レンズ部の光軸を中心として扇形状に配置されている構成であってもよい。
【００１１】
このような構成によれば、さらに、絞り制御部により絞り部の開口度を調節するとともに、複合レンズ部の焦点距離を選択することが容易に可能な構成を実現できる。
【００１２】
また、複合レンズ部は、互いに焦点距離の異なる複数の領域が、複合レンズ部の光軸を中心として同心円状に配置されている構成であってもよい。
【００１３】
このような構成によれば、さらに、絞り制御部により絞り部の開口度を調節するとともに、複合レンズの焦点距離を一つ選択することが容易に可能な構成を実現できる。
【００１４】
また、被写体位置検出部は、撮影部で撮影した被写体の複数の画像における合焦度の違いにもとづいて被写体の位置を検出する構成であってもよい。
【００１５】
このような構成によれば、さらに、画像の合焦度を比較するという比較的簡易な構成によって、被写体の位置を複数箇所において検出することのできる構成を実現できる。
【００１６】
また、被写体位置検出部は、撮影部で撮影した被写体の複数の画像における合焦度が実質的に等しいか否かを検出することによって、被写体の位置を検出する構成であってもよい。
【００１７】
このような構成によれば、さらに、開口度および焦点距離の少なくともいずれかの異なる画像の合焦度が実質的に等しいときにその焦点距離の付近に被写体が存在すると検出することができるので、正確に被写体の位置を検出することが可能となる。
【００１８】
また、撮影部で撮影した被写体の複数の画像をＤＣＴ処理した場合の係数にもとづいて合焦度を算出する構成であってもよい。
【００１９】
このような構成によれば、さらに、画像圧縮技術等に広く用いられるＤＣＴ処理を用いてその係数にもとづいて合焦度を計算し、その合焦度にもとづいて被写体の位置を検出するので、ＭＰＥＧ等の画像圧縮技術に用いられるＤＣＴ処理ブロック等を用いて構成することの容易な物体検出装置を提供できる。
【００２０】
また、被写体位置検出部は、撮影部で撮影した被写体の複数の画像をＤＣＴ処理した場合の所定周波数の係数値を積算して合焦度を算出する構成であってもよい。
【００２１】
このような構成によれば、さらに、所定周波数の係数値を積算して合焦度を計算するので、より物体の検出に適した物体検出を行うことが可能となる。
【００２２】
また、絞り部は、液晶シャッタを有する構成であってもよい。
【００２３】
このような構成によれば、さらに、絞り部の耐久性を向上することが可能となるとともに、より自由度の高い形状の絞り領域を作成することができる。
【００２４】
さらに、絞り制御部は、液晶シャッタを透過する光線の光量が一定になるように光量を調節する光量調節部を有する構成であってもよい。
【００２５】
このような構成によれば、さらに、液晶シャッタを透過する光線の光量を一定にすることができるので、開口度および焦点距離の少なくともいずれかが異なる条件で撮影した画像同士を比較した際に、輝度調整等の前処理が必要でないので、簡易な構成を実現できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の物体検出装置によれば、簡易な構成で被写体の位置を複数箇所において検出することのできる物体検出装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置について説明する。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１に示したように、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５は、開口度が調節可能な絞り１、絞り１を通過した光線を集光する、互いに異なる焦点距離の領域を複数有する複合レンズ２、絞り１および複合レンズ２を透過して結像面に結像した光像を光電変換して画像信号を出力するＣＣＤ等の撮影部３、所定の同期信号を発生する同期信号発生部５、同期信号発生部５からの同期信号にもとづいて絞り１の開口度を調節するとともに、複合レンズ２の有する焦点距離を一つ選択する絞り制御部４、同期信号発生部５で発生された同期信号にもとづいて絞り１の開口度および複合レンズ２の焦点距離の少なくともいずれかの違いに応じて振り分けて画像情報を出力する振り分け部６、振り分け部６によって振り分けられて供給される画像情報を記憶する第１の画像記憶部７、第２の画像記憶部８、第３の画像記憶部９および第４の画像記憶部１０、第１の画像記憶部７から第４の画像記憶部１０までの画像記憶部に接続され、それぞれに記憶された画像情報から後述の方法で被写体の位置を検出する被写体位置検出部１１、ならびに、被写体位置検出部１１で抽出された被写体の画像を表示する表示部１６を備える。
【００３０】
ここで、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５の構成要素について、詳細に説明する。
【００３１】
まず、複合レンズ２は、一枚のレンズ上に複数の焦点距離の領域を有するものである。図２は、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５の複合レンズ２の構成を示す図である。この複合レンズ２は、図面においてレンズの上半分が焦点距離ＰのレンズＡの領域であり、レンズの下半分が焦点距離ＱのレンズＢの領域で構成されている。レンズＡとレンズＢはともに同じ半円形状をしており、それぞれのレンズの直線（弦の）部分同士が貼り合わされ、または一体成型されて、全体として一枚の円形状の複合レンズ２を構成する。また、この複合レンズ２の上半分と下半分では、厚みを異ならせて、それぞれの焦点の位置を設定している。
【００３２】
本発明の第１の実施の形態における複合レンズ２は、絞り１を調節することにより、複合レンズ２の開口度および焦点距離の少なくともいずれかが異なる状態を実現できる。図３は、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５の絞り１の形状の違いによる複合レンズ２の開口度および焦点距離の設定について説明するための図である。図３においては、黒い部分が絞り１で複合レンズ２を透過する光線を遮蔽する部分を示し、白い部分が複合レンズ２において光線を透過させる部分を示す。
【００３３】
例えば、絞り１が、図３（ａ）に示したように複合レンズ２の上半分を遮蔽した状態である場合、複合レンズ２はレンズＢとして機能し、複合レンズ２の焦点距離は焦点距離Ｑに設定され、絞り１の開口度は最大となる（このときの開口度を「最大」と定義する。）。また、図３（ｂ）のように複合レンズ２の上半分だけでなく下半分の円周周辺部分をも絞り１によって遮蔽した場合、図３（ａ）の状態と比較すると複合レンズ２の焦点距離はＱのままであるが、絞り１の開口度は小さくなる（このときの開口度を「最小」と定義する。）。
【００３４】
さらに、絞り１によって図３（ｃ）のように複合レンズ２の下半分を遮蔽した場合、複合レンズ２はレンズＡとして機能し、複合レンズ２の焦点距離は焦点距離Ｐに設定され、絞り１の開口度は「最大」となる。さらにまた、図３（ｄ）のように複合レンズ２を下半分だけでなく上半分の周辺をも絞り１が遮蔽した場合、図３（ｃ）の状態と比較すると複合レンズ２の焦点距離はＰのままであるが、絞り１の開口度は「最小」となる。
【００３５】
このように、本発明の第１の実施の形態においては、絞り１によるレンズ面の遮蔽部分の違いにより、複合レンズ２は開口度および焦点距離の少なくともいずれかの異なる上記四つの状態で使用される。
【００３６】
絞り１としては、複合レンズ２のレンズ面の遮蔽が図３（ａ）から図３（ｄ）までの四つの状態を実現できるものであれば機械式の絞りでもよいが、液晶シャッタを用いて構成するほうが望ましい。絞り１として液晶シャッタを用いることにより、機械式の絞りよりも耐久性に優れるとともに図３に示したような様々な形状を容易に実現できる。また、絞り１として液晶シャッタを用いた場合には、絞り制御部４によって絞り１を透過する光線の光量を一定にするように、液晶シャッタの透過率を変更させることが可能である。この場合には、後述するような画像情報の比較等を行う際に輝度補正等の処理を行う必要がなくなり、装置の構成が複雑化することを避けることができる。
【００３７】
絞り制御部４としては、絞り１として機械式の絞りを用いた場合にはその開口度の調節を行う機構を用いればよいし、絞り１として液晶シャッタを用いた場合には、その開閉制御および透過率の調節を行う制御回路を構成すればよい。
【００３８】
なお、絞り制御部４が液晶シャッタを透過する光線の光量を一定になるように液晶シャッタの透過率を制御するためには、あらかじめ上記複合レンズ２の四つの状態に対応した、光量が一定になるような透過率についての情報をテーブル（図示せず）に有する構成であってもよいし、液晶シャッタを透過する光量を測定するセンサ部（図示せず）を有し、そのセンサ部からの出力が一定になるように絞り制御部４が液晶シャッタの透過率を調節する構成であってもよい。
【００３９】
撮影部３としては、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の広く知られた撮像素子を用いることができる。
【００４０】
同期信号発生部５としては、水晶等を用いた発振回路を用いることができる。
【００４１】
第１の画像記憶部７、第２の画像記憶部８、第３の画像記憶部９および第４の画像記憶部１０としては、それぞれハードディスク装置（ＨＤＤ）や半導体メモリ等の公知の記憶手段から適宜選択したものを用いることが可能である。
【００４２】
なお、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５においては、物体検出装置１５が第１の画像記憶部７、第２の画像記憶部８、第３の画像記憶部９および第４の画像記憶部１０の四つの記憶部を備えている構成を示したが、これは本発明の物体検出装置が四つの記憶部を備えている構成に限定されることを意味せず、物体検出装置が一つの記憶部を有し、その記憶されるべき領域が、記憶部内で絞りの状態ごとに割当てられている構成や、記憶部に記憶される画像情報が、それぞれの画像に対応する絞りの状態を示す情報を付加情報として有する構成であってもよい。
【００４３】
振り分け部６としては、撮影部３から出力される画像情報を、同期信号発生部５で発生される同期信号にもとづいて、第１の画像記憶部７、第２の画像記憶部８、第３の画像記憶部９または第４の画像記憶部１０に振り分けるような専用回路を用いることもできるし、前述のように、記憶部が一つの場合には、その画像情報が記憶されるべき領域を絞り１の状態に応じて割り振る構成も可能であるし、絞り１の状態を示す付加情報を画像情報に付加して記憶させるソフトウェアによって実現することも可能である。
【００４４】
本発明の第１の実施の形態においては、第１の画像記憶部７に絞り１が図３（ａ）の状態の場合における画像情報（以下、「第１の画像情報」と記す。）が、第２の画像記憶部８に絞り１が図３（ｂ）の状態の場合における画像情報（以下、「第２の画像情報」と記す。）が、第３の画像記憶部９に絞り１が図３（ｃ）の状態の場合における画像情報（以下、「第３の画像情報」と記す。）が、さらに、第４の画像記憶部１０に絞り１が図３（ｄ）の状態の場合における画像情報（以下、「第４の画像情報」と記す。）がそれぞれ記憶されるものとする。
【００４５】
被写体位置検出部１１は第１の画像情報から第４の画像情報までを用いて、後述する方法で、物体検出装置１５からの距離が互いに異なる複数の位置に被写体が位置するか否かを検出する。被写体位置検出部１１は、ソフトウェアまたは専用回路のいずれを用いても実現することが可能である。
【００４６】
表示部１６としては、液晶、ＥＬを用いた表示装置、またはＰＤＰ等の公知のディスプレイデバイスから適宜選択して用いることができる。
【００４７】
なお、本発明の第１の実施の形態においては、物体検出装置１５が表示部１６を備えた構成を用いて説明するが、本発明の物体検出装置はこの構成に限定されない。例えば、表示部１６を備えないで、他の装置に対して被写体位置検出部１１で抽出された被写体の画像情報を出力する出力部を備えた構成であってもよい。
【００４８】
ここで、本発明の第１の実施の形態の被写体位置検出部１１の機能についてさらに詳細に説明する。
【００４９】
本発明の第１の実施の形態の被写体位置検出部１１は、絞り１の開口度および複合レンズ２の領域を変化させて得られる画像情報における、焦点距離の違いと被写界深度Δの違いとを利用して、複数箇所における被写体の位置の検出を行う。
【００５０】
図４は、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５の被写体位置検出部１１の機能の基本原理を示す図である。
【００５１】
図４に示したように、物体３１からの光が絞りＤのレンズ３２を透過して撮像素子３３の結像面上に結像した場合を仮定する。
【００５２】
このとき、物体３１からレンズ３２までの距離をｕ、レンズ３２の焦点距離をｆとし、撮像素子３３の画素ピッチ（解像度）をεとしたときに、被写界深度Δは、
【００５３】
【数１】
2006184065.tif 000003
【００５４】
で表される。
【００５５】
例えば、画素ピッチε＝０．００１ｍｍのＣＣＤを用い、焦点距離ｆ＝３０ｍｍのレンズを用いて、絞りＤの直径を１０ｍｍ、２０ｍｍと変化させた場合の、物体までの距離ｕに対して被写界深度Δの値の変化を（１）式を用いて算出した結果を、図５（ａ）に示す。同様に、画素ピッチε＝０．００１ｍｍのＣＣＤを用い、焦点距離ｆ＝１５ｍｍのレンズを用いて、絞りＤを１０ｍｍ、２０ｍｍと変化させた場合の、物体までの距離ｕに対する被写界深度Δの値の変化を図５（ｂ）に示す。
【００５６】
図５（ａ）に示したように、例えば、焦点距離３０ｍｍのレンズ３２から物体までの距離ｕが１０ｍのとき、絞りの開放時（Ｄ＝２０ｍｍ）には約１ｍであった被写界深度Δが、絞りの径を２分の１に絞ったとき（Ｄ＝１０ｍｍ）には約６ｍとなる。
【００５７】
また、図５（ｂ）に示したように、例えば、焦点距離１５ｍｍのレンズ３２から物体までの距離ｕが１４ｍのとき、絞りの開放時（Ｄ＝２０ｍｍ）には約１ｍであった被写界深度Δが、絞りの径を２分の１に絞ったとき（Ｄ＝１０ｍｍ）には約６ｍとなる。
【００５８】
本発明の第１の実施の形態における被写体位置検出部１１は、このような絞り１の開口度および複合レンズ２領域を変化させて得られる画像情報における、焦点距離の違いと被写界深度Δの違いとを利用する。
【００５９】
図６を用いて本発明の第１の実施の形態における被写体位置検出部１１の動作原理についてさらに詳細に説明する。
【００６０】
図６は、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５の被写体位置検出部１１の動作原理について説明するための図である。
【００６１】
図６に示したように、物体検出装置１５の複合レンズ２からそれぞれ１４ｍ、１２ｍおよび１０ｍの距離に被写体Ｌ、ＭおよびＮがいるものとする（被写体Ｌ、Ｍ、Ｎを上向き矢印で記す。）。また、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図３（ｄ）で示した絞り１と複合レンズ２の状態それぞれが、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）および図６（ｄ）における状態それぞれと対応する。
【００６２】
このとき、図６（ａ）では、被写体Ｌに対して複合レンズ２の焦点距離Ｑが１５ｍｍ、絞り１の開口度が「最大」（図４のＤ＝２０ｍｍに相当）の状態なので、被写体Ｌまでの距離１４ｍ±０．５ｍの範囲で合焦する。また、図６（ｂ）では、被写体Ｌに対して複合レンズ２の焦点距離Ｑが１５ｍｍ、絞り１の開口度が「最小」（図４のＤ＝１０ｍｍに相当）の状態なので、被写体Ｌまでの距離１４ｍ±３ｍの範囲で合焦する。また、図６（ｃ）では、被写体Ｎに対して複合レンズ２の焦点距離Ｐが３０ｍｍ、絞り１の開口度が「最大」（図４のＤ＝２０ｍｍに相当）の状態なので、被写体Ｎまでの距離１０ｍ±０．５ｍの範囲で合焦する。さらに、図６（ｄ）では、被写体Ｎに対して複合レンズ２の焦点距離Ｐが３０ｍｍ、絞り１の開口度が「最小」（図４のＤ＝１０ｍｍに相当）の状態なので、被写体Ｎまでの距離１０ｍ±３ｍの範囲で合焦する。
【００６３】
このように構成することにより、撮影される画像情報の一例を図７に示す。図７は、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５によって撮影された画像情報の一例を示す図である。
【００６４】
図７（ａ）は、絞り１の開口度が「最大」で複合レンズ２の焦点距離をＱとしたとき（図６（ａ）の状態）の画像情報（第１の画像情報）の一例を示す図である。図７（ａ）に示した第１の画像情報７１のように、被写体Ｌのみが複合レンズ２から被写体までの距離１４ｍ±０．５ｍの位置にあるので合焦している。その他の被写体Ｍ、Ｎ（距離がそれぞれ、１２ｍ、１０ｍ）については、被写界深度１ｍを超えるので、合焦していないぼけた画像情報となる。
【００６５】
図７（ｂ）は、絞り１の開口度が「最小」で複合レンズ２の焦点距離をＱとしたとき（図６（ｂ）の状態）の画像情報（第２の画像情報）の一例を示す図である。図７（ｂ）に示した第２の画像情報７２のように、被写体Ｌと被写体Ｌから２ｍ離れた被写体Ｍとに対して焦点の合った画像情報を得ることができる。
【００６６】
図７（ｃ）は、絞り１の開口度が「最大」で複合レンズ２の焦点距離をＰとしたとき（図６（ｃ）の状態）の画像情報（第３の画像情報）の一例を示す図である。図７（ｃ）に示した第３の画像情報７３のように、被写体Ｎのみが被写体までの距離１０ｍ±０．５ｍの位置にあるので合焦している。その他の被写体Ｌ、Ｍ、（距離がそれぞれ、１４ｍ、１２ｍ）については、被写界深度１ｍを超えるので、合焦していないぼけた画像情報となる。
【００６７】
図７（ｄ）は、絞り１の開口度が「最小」で複合レンズ２の焦点距離をＰとしたとき（図６（ｄ）の状態）の画像情報（第４の画像情報）の一例を示す図である。図７（ｄ）に示した第４の画像情報７４のように、被写体Ｎと被写体Ｎから２ｍ離れた被写体Ｍに対して焦点の合った画像情報を得ることができる。
【００６８】
ここで、被写体位置検出部１１は、複合レンズ２の焦点距離をＱに設定し絞り１の開口度が「最大」（図６（ａ））の状態で撮影された第１の画像情報７１と、絞り１の開口度が「最小」（図６（ｂ））の状態で撮影された第２の画像情報７２とを比較して、第１の画像情報７１および第２の画像情報７２のそれぞれにおいて合焦している領域（合焦度の高い領域またはボケ度合いの低い領域）の共通部分を抽出することにより、被写体Ｌの部分の画像情報を抽出して出力することが可能である。図７（ｅ）は、第１の画像情報７１と第２の画像情報７２を比較し被写体Ｌの位置が検出され、表示部１６に抽出された被写体Ｌが出力された状態を示す図である。
【００６９】
また、被写体位置検出部１１は、複合レンズ２の焦点距離をＱに設定し絞り１の開口度が「最小」（図６（ｂ））の状態で撮影された第２の画像情報７２と、複合レンズ２の焦点距離をＰに設定し絞り１の開口度が「最小」（図６（ｄ））の状態で撮影された第４の画像情報７４とを比較して、第２の画像情報７２および第４の画像情報７４のそれぞれにおいて合焦している領域の共通部分を抽出することにより、被写体Ｍの部分の画像情報を抽出して出力することが可能である。図７（ｆ）は、第２の画像情報７２と第４の画像情報７４を比較し被写体Ｍの位置が検出され、表示部１６に抽出された被写体Ｍが出力された状態を示す図である。
【００７０】
さらに、被写体位置検出部１１は、複合レンズ２の焦点距離をＰに設定し絞り１の開口度が「最大」（図６（ｃ））の状態で撮影された第３の画像情報７３と、絞り１の開口度が「最小」（図６（ｄ））の状態で撮影された第４の画像情報７４とを比較して、第３の画像情報７３および第４の画像情報７４のそれぞれにおいて合焦している領域の共通部分を抽出することにより、被写体Ｎの部分の画像情報を抽出して出力することが可能である。図７（ｇ）は、第３の画像情報７３と第４の画像情報７４を比較し被写体Ｎの位置が検出され、表示部１６に抽出された被写体Ｎが出力された状態を示す図である。
【００７１】
なお、画像情報中のぼけ度合い算出方法、合焦度判定については、例えば、「カメラフォーカスを連続変化させた動画像を用いた奥行き分布検出」、工藤朋之、三池秀敏著、情報処理学会、コンピュータビジョン研究会９８−２、１９９６年１月１８日発行や、“Ａ  Ｎｅｗ  Ｓｅｎｓｅ  ｆｏｒ  Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ”，Ａ．Ｐｅｎｔｌａｄ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，  ｖｏｌ．ＰＡＭ−９，Ｎｏ．４  Ｊｕｌｙ  １９８７等に提案された方法を用いることができる。
【００７２】
また、発明者らが既に特開２００１−２２７９１４号公報において提案している方法を用いることも可能である。このような方法によれば、画像を構成する画素を縦×横＝８×８画素の小ブロックに分割して、小ブロックごとに離散コサイン変換（以下、「ＤＣＴ」と記す。）した結果の係数を周波数成分ごとにマトリクス状に並べて、所定の周波数領域の係数の２乗和をとることによって、画像の合焦の度合いを比較することが可能となる。
【００７３】
このように、本発明の第１の実施の形態における被写体位置検出部１１は、第１の画像情報７１から第４の画像情報７４までの四つの画像情報それぞれの被写体の撮影された領域について合焦度を算出して、その合焦度が等しい場合、または、その差が所定の誤差範囲内にあって実質的に等しいと判断される場合に、複数の被写体Ｌ、Ｍ、Ｎの位置を検出することができる。
【００７４】
次に、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５の動作について説明する。図８は、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５の動作ステップを示すフローチャートである。
【００７５】
図８に示したように、まず物体検出装置１５は、絞り制御部４によって絞り１の開口度を「最大」にし複合レンズ２の焦点距離をＱとした状態（図６（ａ）に示した第１の画像情報を撮影可能な状態）にして、得られる光像を撮影部３で撮影する（Ｓ１）。
【００７６】
ステップＳ１で撮影された画像情報を、振り分け部６は、第１の画像情報７１として第１の画像記憶部７に記憶させる（Ｓ２）。
【００７７】
次に、絞り制御部４によって絞り１の開口度を「最小」にし複合レンズ２の焦点距離をＱとした状態（図６（ｂ）に示した第２の画像情報を撮影可能な状態）にして、得られる光像を撮影部３で撮影する（Ｓ３）。
【００７８】
ステップＳ３で撮影された画像情報を、振り分け部６は、第２の画像情報７２として第２の画像記憶部８に記憶させる（Ｓ４）。
【００７９】
次に、絞り制御部４によって絞り１の開口度を「最大」にし複合レンズ２の焦点距離をＰとした状態（図６（ｃ）に示した第３の画像情報を撮影可能な状態）にして、得られる光像を撮影部３で撮影する（Ｓ５）。
【００８０】
ステップＳ５で撮影された画像情報を、振り分け部６は、第３の画像情報７３として第３の画像記憶部９に記憶させる（Ｓ６）。
【００８１】
次に、絞り制御部４によって絞り１の開口度を「最小」にし複合レンズ２の焦点距離をＰとした状態（図６（ｄ）に示した第４の画像情報を撮影可能な状態）にして、得られる光像を撮影部３で撮影する（Ｓ７）。
【００８２】
ステップＳ７で撮影された画像情報を、振り分け部６は、第４の画像情報７４として第４の画像記憶部１０に記憶させる（Ｓ８）。
【００８３】
次に、被写体位置検出部１１は、第１の画像記憶部７に記憶された第１の画像情報７１と第２の画像記憶部８に記憶された第２の画像情報７２との合焦度を比較する。そして、第１の画像情報７１と第２の画像情報７２との間に合焦度の差がない、あるいは実質的に差がない共通部分を検出し、距離１４ｍにある被写体として抽出する（Ｓ９）。
【００８４】
次に、被写体位置検出部１１は、第２の画像記憶部８に記憶された第２の画像情報７２と第４の画像記憶部１０に記憶された第４の画像情報７４との合焦度を比較する。そして、第２の画像情報７２と第４の画像情報７４との間に合焦度の差がない、あるいは実質的に差がない共通部分を検出し、距離１２ｍにある被写体として抽出する（Ｓ１０）。
【００８５】
次に、被写体位置検出部１１は、第３の画像記憶部９に記憶された第３の画像情報７３と第４の画像記憶部１０に記憶された第４の画像情報７４との合焦度を比較する。そして、第３の画像情報７３と第４の画像情報７４との間に合焦度の差がない、あるいは実質的に差がない共通部分を検出し、距離１０ｍにある被写体として抽出する（Ｓ１１）。
【００８６】
最後に、ステップＳ９、ステップＳ１０およびステップＳ１１において抽出した被写体を表示部１６に表示させて、処理を終了する（Ｓ１２）。
【００８７】
このような動作を行うことにより、本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１５を用いれば、物体検出装置１５から複数の異なる距離にある複数の被写体を検出することが可能となる。
【００８８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置について説明する。
【００８９】
図９は、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置２５の構成を示すブロック図である。
【００９０】
この第２の実施の形態における物体検出装置２５が、図１に示した第１の実施の形態における物体検出装置１５ともっとも異なるところは、複合レンズ１２、絞り２１、絞り制御部１４および被写体位置検出部１３の各構成要素にある。また、本発明の第２の実施の形態では、第４の画像記憶部１０は使用しないので、図示していない。撮影部３、同期信号発生部５、振り分け部６、第１の画像記憶部７、第２の画像記憶部８、第３の画像記憶部９および表示部１６については、本発明の第１の実施の形態と同様なのでそれらについての詳細な説明は省略する。
【００９１】
以下、本発明の第１の実施の形態と相違する構成要素である複合レンズ１２、絞り２１、絞り制御部１４および被写体位置検出部１３について詳述する。
【００９２】
図１０は、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置２５の複合レンズ１２の構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態における複合レンズ１２は、互いに異なった焦点距離の領域、レンズＣ、レンズＤおよびレンズＥを複合レンズ１２の光軸を中心に同心円状に三つ組合せたものである。今、複合レンズ１２の外周から中心へ順に各レンズの焦点距離を焦点距離Ｒ、焦点距離Ｓおよび焦点距離Ｔとすると、複合レンズ１２は、レンズの中心部分の焦点距離ＴのレンズＥ、その周辺部分に構成されるドーナツ状の焦点距離ＳのレンズＤおよびレンズＤの外周部分に構成されるドーナツ状の焦点距離ＲのレンズＣで構成される。このように構成された複合レンズ１２では、絞り制御部１４で絞り２１を調節することにより、複合レンズ１２の開口度および焦点距離の少なくとも一方が設定される。
【００９３】
図１１は、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置２５の複合レンズ１２の開口度および焦点距離の設定について説明するための図である。図１１において、黒い部分が絞り２１で複合レンズ１２の光線の透過を遮蔽する部分を示し、白い部分が複合レンズ１２に光線を透過させる部分を示す。
【００９４】
絞り２１が図１１（ａ）のように複合レンズ１２の中心部分およびその周辺部分を遮蔽した場合、複合レンズ１２はレンズＣとして機能し、複合レンズ１２の焦点距離はＲに設定され、絞り２１の開口度は最大となる（このときの開口度を「大」と定義し、この状態で撮影された画像情報を第１の画像情報と記す。）。
【００９５】
また、図１１（ｂ）のように複合レンズ１２の外周部分と中心部分とを絞り２１が遮蔽した場合、複合レンズ１２はレンズＤとして機能し、複合レンズ１２の焦点距離はＳに設定され、絞り２１の開口度はレンズＣより小さくなる（このときの開口度を「中」と定義し、この状態で撮影された画像情報を第２の画像情報とする。）。
【００９６】
さらに、図１１（ｃ）のように複合レンズ１２の中心部分以外を絞り２１が遮蔽した場合、複合レンズ１２はレンズＥとして機能し、複合レンズ１２の焦点距離はＴに設定され、絞り２１の開口度はレンズＤより小さくなる（このときの開口度を「小」と定義し、この状態で撮影された画像情報を第３の画像情報と記す。）。
【００９７】
被写体位置検出部１３は第１の画像記憶部７から第３の画像記憶部９までを用いて、複数箇所における被写体の位置の検出をする。被写体位置検出部１３は、ソフトウェアまたは専用回路のいずれを用いても実現することが可能である。
【００９８】
図１２を用いて本発明の第２の実施の形態における被写体位置検出部１３の動作原理についてさらに詳細に説明する。
【００９９】
図１２は、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置２５の被写体位置検出部１３の動作原理について説明するための図である。
【０１００】
図１２に示したように、物体検出装置２５の複合レンズ１２からそれぞれ１４ｍ、１０ｍの距離に被写体Ｊ、Ｋがいるものとする（被写体Ｊ、Ｋを上向き矢印で記す。）。また、図１１（ａ）、（ｂ）および図１１（ｃ）で示した絞り２１と複合レンズ１２の状態が、それぞれ図１２（ａ）、（ｂ）および図１２（ｃ）における状態と対応する。
【０１０１】
このとき、図１２（ａ）では、被写体Ｊに対して複合レンズ１２の焦点距離Ｒが１０ｍｍ、絞り２１の開口度が「大」（図４のＤ＝２０ｍｍに相当）の状態なので、被写体Ｊまでの距離１４ｍ±０．５ｍの範囲で合焦する（このときの被写界深度は１ｍである。）。また、図１２（ｂ）では、被写体Ｋに対して複合レンズ１２の焦点距離Ｓが３０ｍｍ、絞り２１の開口度が「中」（図４のＤ＝１５ｍｍに相当）の状態なので、被写体Ｋまでの距離１０ｍ±１ｍの範囲で合焦する（このときの被写界深度は２ｍである。）。また、図１２（ｃ）では、被写体Ｊと被写体Ｋとの中間点Ｇに対して複合レンズ１２の焦点距離Ｔが２０ｍｍ、絞り２１の開口度が「小」（図４のＤ＝１０ｍｍに相当）の状態なので、被写体Ｊと被写体Ｋとの中間点Ｇまでの距離１２ｍ±３ｍの範囲で合焦する（このときの被写界深度は６ｍである。）。
【０１０２】
このように構成することにより、撮影される画像情報の一例を図１３に示す。図１３は、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置２５によって撮影された画像情報の一例を示す図である。
【０１０３】
図１３（ａ）は、絞り２１の開口度が「大」で複合レンズ１２の焦点距離をＲとしたとき（レンズＣとして機能する図１２（ａ）の状態）の画像情報（以下、「第１の画像情報」と記す。）の一例を示す図である。図１３（ａ）に示した第１の画像情報１３１のように、被写体Ｊのみが被写体までの距離１４ｍ±０．５ｍの位置にあるので合焦している。もう一つの被写体Ｋ（被写体までの距離が１０ｍ）については、被写界深度１ｍを超えるので、合焦していないぼけた画像情報となる。
【０１０４】
図１３（ｂ）は、絞り２１の開口度が「中」で複合レンズ１２の焦点距離をＳとしたとき（レンズＤとして機能する図１２（ｂ）の状態）の画像情報（以下、「第２の画像情報」と記す。）の一例を示す図である。図１３（ｂ）に示した第２の画像情報１３２のように、被写体Ｋのみが被写体までの距離１０ｍ±１ｍの位置にあるので合焦している。もう一つの被写体Ｊ（被写体までの距離が１４ｍ）については、被写界深度２ｍを超えるので、合焦していないぼけた画像情報となる。
【０１０５】
図１３（ｃ）は、絞り２１の開口度が「小」で複合レンズ２の焦点距離をＴとしたとき（レンズＥとして機能する図１２（ｃ）の状態）の画像情報（以下、「第３の画像情報」と記す。）の一例を示す図である。図１３（ｃ）に示した第３の画像情報１３３のように、被写体Ｊと被写体Ｋとの中間点Ｇ（複合レンズ１２からの距離が１２ｍ）を中心に被写界深度が６ｍ（±３ｍ）あるので、被写体Ｊ（距離１４ｍ）、被写体Ｋ（距離１０ｍ）のいずれにも焦点が合った画像情報を得ることができる。
【０１０６】
なお、本発明の実施の形態２において用いた被写界深度、複合レンズ１２から被写体までの距離、複合レンズ１２の開口度および複合レンズ１２の焦点距離の値等は、本発明の第１の実施の形態と同様に（１）式から導出されたものである。
【０１０７】
ここで、被写体位置検出部１３は、複合レンズ１２の焦点距離をＲに設定し絞り２１の開口度が「大」（図１２（ａ））の状態で撮影された第１の画像情報１３１と、複合レンズ１２の焦点距離をＴに設定し絞り２１の開口度が「小」（図１２（ｃ））の状態で撮影された第３の画像情報１３３とを比較して、第１の画像情報１３１および第３の画像情報１３３のそれぞれにおいて合焦している領域の共通部分を抽出することにより、被写体Ｊの部分の画像情報を抽出して出力することが可能である。図１３（ｄ）は、第１の画像情報１３１と第３の画像情報１３３とを比較し、被写体Ｊの位置が検出され、表示部１６に、抽出された被写体Ｊが出力された状態を示す図である。
【０１０８】
また、被写体位置検出部１３は、複合レンズ１２の焦点距離をＳに設定し絞り２１の開口度が「中」（図１２（ｂ））の状態で撮影された第２の画像情報１３２と、複合レンズ１２の焦点距離をＴに設定し絞り２１の開口度が「小」（図１２（ｃ））の状態で撮影された第３の画像情報１３３とを比較して、第２の画像情報１３２および第３の画像情報１３３のそれぞれにおいて合焦している領域の共通部分を抽出することにより、被写体Ｋの部分の画像情報を抽出して出力することが可能である。図１３（ｅ）は、第２の画像情報１３２と第３の画像情報１３３とを比較し、被写体Ｋの位置が検出され、表示部１６に、抽出された被写体Ｋが出力された状態を示す図である。
【０１０９】
このように、本発明の第２の実施の形態における被写体位置検出部１３は、第１の画像情報１３１、第２の画像情報１３２および第３の画像情報１３３の被写体の撮影された領域について合焦度を算出して、その合焦度が等しい場合、または、その差が所定の誤差範囲内にあって実質的に等しいと判断される場合に、複数の被写体Ｊ、Ｋの位置を検出することができる。
【０１１０】
次に、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置２５の動作について説明する。図１４は、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置２５の動作ステップを示すフローチャートである。
【０１１１】
図１４に示したように、まず物体検出装置２５は、絞り制御部１４によって絞り２１の開口度を「大」にし複合レンズ１２の焦点距離をＲとした状態（図１２（ａ）の状態）にして、得られる光像を撮影部３で撮影する（Ｓ２１）。
【０１１２】
ステップＳ２１で撮影された画像情報を、振り分け部６は、第１の画像情報１３１として第１の画像記憶部７に記憶させる（Ｓ２２）。
【０１１３】
次に、絞り制御部１４によって絞り２１の開口度を「中」にし複合レンズ１２の焦点距離をＳとした状態（図１２（ｂ）の状態）にして、得られる光像を撮影部３で撮影する（Ｓ２３）。
【０１１４】
ステップＳ２３で撮影された画像情報を、振り分け部６は、第２の画像情報１３２として第２の画像記憶部８に記憶させる（Ｓ２４）。
【０１１５】
次に、絞り制御部１４によって絞り２１の開口度を「小」にし複合レンズ１２の焦点距離をＴとした状態（図１２（ｃ）の状態）にして、得られる光像を撮影部３で撮影する（Ｓ２５）。
【０１１６】
ステップＳ２５で撮影された画像情報を、振り分け部６は、第３の画像情報１３３として第３の画像記憶部９に記憶させる（Ｓ２６）。
【０１１７】
次に、被写体位置検出部１３は、第１の画像記憶部７に記憶された第１の画像情報１３１と第３の画像記憶部９に記憶された第３の画像情報１３３との合焦度を比較する。そして、第１の画像情報１３１と第３の画像情報１３３との間に合焦度の差がない、あるいは実質的に差がない共通部分を検出し、距離１４ｍにある被写体Ｊとして抽出する（Ｓ２７）。
【０１１８】
次に、被写体位置検出部１３は、第２の画像記憶部８に記憶された第２の画像情報１３２と第３の画像記憶部９に記憶された第３の画像情報１３３との合焦度を比較する。そして、第２の画像情報１３２と第３の画像情報１３３との間に合焦度の差がない、あるいは実質的に差がない共通部分を検出し、距離１０ｍにある被写体Ｋとして抽出する（Ｓ２８）。
【０１１９】
最後に、ステップＳ２７およびステップＳ２８において抽出した被写体を表示部１６に表示させて、処理を終了する（Ｓ２９）。
【０１２０】
このような動作を行うことにより、本発明の第２の実施の形態における物体検出装置２５を用いれば、物体検出装置２５から互いに距離の異なる複数の位置に被写体が存在するか否かを検出することが可能となる。
【０１２１】
なお、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、それぞれ、複合レンズが有する互いに異なる焦点距離の領域が二つ、三つである場合を用いて説明を行ったが、本発明はこの領域の数に限定されるものではない。
【０１２２】
以上述べたように、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態における物体検出装置を用いれば、複数の異なる距離にある被写体を検出することができるので、連続的に被写体の検出を行った場合には、その被写体が接近してくるのかそれとも遠ざかっていくのかの判断をすることが可能となり、監視用途に用いた場合には、よりセキュリティ性に優れた構成を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明に係る物体検出装置は、簡易な構成で被写体の位置を複数箇所検出することができる物体検出装置を実現することができ、物体を検出する物体検出装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における物体検出装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態における物体検出装置の複合レンズの構成を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態における物体検出装置の複合レンズの開口度および焦点距離の設定について説明するための図
【図４】本発明の第１の実施の形態における物体検出装置の被写体位置検出部の機能の基本原理を示す図
【図５】レンズから物体までの距離と被写界深度との関係を示す図
【図６】本発明の第１の実施の形態における物体検出装置の被写体位置検出部の動作原理について説明するための図
【図７】本発明の第１の実施の形態における物体検出装置によって撮影された画像情報の一例を示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態における物体検出装置の動作ステップを示すフローチャート
【図９】本発明の第２の実施の形態における物体検出装置の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の第２の実施の形態における物体検出装置の複合レンズの構成を示す図
【図１１】本発明の第２の実施の形態における物体検出装置の複合レンズの開口度および焦点距離の設定について説明するための図
【図１２】本発明の第２の実施の形態における物体検出装置の被写体位置検出部の動作原理について説明するための図
【図１３】本発明の第２の実施の形態における物体検出装置によって撮影された画像情報の一例を示す図
【図１４】本発明の第２の実施の形態における物体検出装置の動作ステップを示すフローチャート
【符号の説明】
【０１２５】
１，２１    絞り
２，１２    複合レンズ
３    撮影部
４，１４    絞り制御部
５    同期信号発生部
６    振り分け部
７    第１の画像記憶部
８    第２の画像記憶部
９    第３の画像記憶部
１０    第４の画像記憶部
１１，１３    被写体位置検出部
１５，２５    物体検出装置
１６    表示部
３１    物体
３２    レンズ
３３    撮像素子
７１，１３１    第１の画像情報
７２，１３２    第２の画像情報
７３，１３３    第３の画像情報
７４    第４の画像情報
【図１】
2006184065.tif 000004
【図２】
2006184065.tif 000005
【図３】
2006184065.tif 000006
【図４】
2006184065.tif 000007
【図５】
2006184065.tif 000008
【図６】
2006184065.tif 000009
【図８】
2006184065.tif 000010
【図９】
2006184065.tif 000011
【図１０】
2006184065.tif 000012
【図１１】
2006184065.tif 000013
【図１２】
2006184065.tif 000014
【図１４】
2006184065.tif 000015
【図７】
2006184065.tif 000016
【図１３】
2006184065.tif 000017