(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を左右一対のカメラでステレオ視して、前記左右一対のカメラの位置と対応した位置から前記対象物までの距離である対象物距離を求める距離測定装置において、前記左右一対のカメラから取得した左右一対の画像に基づいて前記対象物距離を求める距離演算手段と、前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得し、その異なる撮影位置毎に前記距離演算手段によって前記対象物距離を求めて、前記左右一対のカメラの撮影位置と前記対象物距離との関係を示す測定データを算出する測定データ算出手段と、前記異なる撮影位置と量子化誤差を含む対象物距離との関係を示すサンプリングデータを予め対象物距離毎に記憶したサンプリングデータ記憶手段と、前記サンプリングデータ記憶手段に記憶したサンプリングデータと、前記測定データ算出手段によって算出した測定データとを比較し、前記測定データに近いサンプリングデータを求め、このサンプリングデータに対応する対象物距離を真の対象物距離として算出するデータ比較手段と、を有することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記データ比較手段において前記サンプリングデータと前記測定データを比較する場合に、前記左右一対のカメラの撮影位置と同じ位置における前記サンプリングデータの対象物距離と前記測定データの対象物距離との差分を求め、その求めた差分が最小になったサンプリングデータを、求めるサンプリングデータとすることを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記測定データ算出手段において前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得する場合に、左カメラと右カメラとの距離を一定にしつつ、前記左右一対のカメラを物理的に前記左右一対のカメラから前記対象物への方向と直交する方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記測定データ算出手段において前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得する場合に、複数のカメラを前記左右一対のカメラから前記対象物への方向と直交する方向に並べ、この並べたカメラのうち２個のカメラを用いて前記対象物を撮影し、この撮影した画像が前記直交する方向に移動しつつ撮影した画像となるように、前記複数のカメラで順番に前記対象物を撮影することを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項５】
対象物を左右一対のカメラでステレオ視して、前記左右一対のカメラの位置と対応した位置から前記対象物までの距離である対象物距離を求める距離測定方法において、前記左右一対のカメラから取得した左右一対の画像に基づいて前記対象物距離を求める距離演算ステップと、前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得し、その異なる撮影位置毎に前記距離演算ステップによって前記対象物距離を求めて、前記左右一対のカメラの撮影位置と前記対象物距離との関係を示す測定データを算出する測定データ算出ステップと、前記異なる撮影位置と量子化誤差を含む対象物距離との関係を示すサンプリングデータを予め対象物距離毎に記憶したサンプリングデータ記憶ステップと、前記サンプリングデータ記憶ステップに記憶したサンプリングデータと、前記測定データ算出ステップによって算出した測定データとを比較し、前記測定データに近いサンプリングデータを求め、このサンプリングデータに対応する対象物距離を真の対象物距離として算出するデータ比較ステップと、を有することを特徴とする距離測定方法。
【請求項６】
前記データ比較ステップにおいて前記サンプリングデータと前記測定データを比較する場合に、前記左右一対のカメラの配された撮影位置と同じ位置における前記サンプリングデータの対象物距離と前記測定データの対象物距離との差分を求め、その求めた差分が最小になったサンプリングデータを、求めるサンプリングデータとすることを特徴とする請求項５記載の距離測定方法。
【請求項７】
前記測定データ算出ステップにおいて前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得する場合に、左カメラと右カメラとの距離を一定にしつつ、前記左右一対のカメラを物理的に前記左右一対のカメラから前記対象物への方向と直交する方向に移動させることを特徴とする請求項５記載の距離測定方法。
【請求項８】
前記測定データ算出ステップにおいて前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得する場合に、複数のカメラを前記左右一対のカメラから前記対象物への方向と直交する方向に並べ、この並べたカメラのうち２個のカメラを用いて前記対象物を撮影し、この撮影した画像が前記直交する方向に移動しつつ撮影した画像となるように、前記複数のカメラで順番に前記対象物を撮影することを特徴とする請求項５記載の距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラを用いてステレオ位置計測を行う場合の距離測定装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、左右一対のカメラを用いて対象物を撮影し、この左右一対の画像を三角距離測定法に基づいて対象物までの距離を測定するステレオ位置測定方法が知られている。すなわち、左右一対の画像の中から対象物を特定して対応させ、この左右一対の画像のそれぞれに撮影された対象物の位置を三角測量法に基づいて、両カメラの位置から対象物までの距離を求めるものである。
【０００３】
このようなステレオ位置観測方法を行う場合に、一度の観測や一点を対象とした観測の場合には、量子化誤差、すなわちサンプリング誤差が発生し、真の距離を得ることが困難であった。
【０００４】
そこで、従来より、図８に示すように、この量子化誤差を最小限に押さえるいわゆる平均法が提案されている（「天井蛍光灯を用いた移動体の位置計測の量子化誤差低減に関する研究」：櫻田他、平成９年電気関係学会関西支部連合大会Ｇ２−１８（１９９７））。
【０００５】
この平均法は、量子化誤差が真の値の上下にほぼ均等に発生することを着目して提案されたものであり、左右一対のカメラ１００，１０２をＸ軸方向に移動させ複数回測定する。そして、その測定した結果である距離を平均して、対象物までの真の距離を推定するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような平均法を用いた量子化誤差の低減方法であると、カメラの画素数が高くなければ、高い精度の測定を行うことが困難であった。
【０００７】
また、遠距離になればなるほどその精度が低下するという問題点があった。
【０００８】
さらに、距離が長くなればなるほど、平均すべきデータが多くなってしまうという問題点もあった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、カメラの画素数が高くなくても、また、対象物までの距離が遠距離になっても、量子化誤差を低減することができる距離測定装置及びその方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、対象物を左右一対のカメラでステレオ視して、前記左右一対のカメラの位置と対応した位置から前記対象物までの距離である対象物距離を求める距離測定装置において、前記左右一対のカメラから取得した左右一対の画像に基づいて前記対象物距離を求める距離演算手段と、前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得し、その異なる撮影位置毎に前記距離演算手段によって前記対象物距離を求めて、前記左右一対のカメラの撮影位置と前記対象物距離との関係を示す測定データを算出する測定データ算出手段と、前記異なる撮影位置と量子化誤差を含む対象物距離との関係を示すサンプリングデータを予め対象物距離毎に記憶したサンプリングデータ記憶手段と、前記サンプリングデータ記憶手段に記憶したサンプリングデータと、前記測定データ算出手段によって算出した測定データとを比較し、前記測定データに近いサンプリングデータを求め、このサンプリングデータに対応する対象物距離を真の対象物距離として算出するデータ比較手段と、を有することを特徴とする距離測定装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記データ比較手段において前記サンプリングデータと前記測定データを比較する場合に、前記左右一対のカメラの撮影位置と同じ位置における前記サンプリングデータの対象物距離と前記測定データの対象物距離との差分を求め、その求めた差分が最小になったサンプリングデータを、求めるサンプリングデータとすることを特徴とする請求項１記載の距離測定装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記測定データ算出手段において前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得する場合に、左カメラと右カメラとの距離を一定にしつつ、前記左右一対のカメラを物理的に前記左右一対のカメラから前記対象物への方向と直交する方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の距離測定装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、前記測定データ算出手段において前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得する場合に、複数のカメラを前記左右一対のカメラから前記対象物への方向と直交する方向に並べ、この並べたカメラのうち２個のカメラを用いて前記対象物を撮影し、この撮影した画像が前記直交する方向に移動しつつ撮影した画像となるように、前記複数のカメラで順番に前記対象物を撮影することを特徴とする請求項１記載の距離測定装置である。
【００１４】
請求項５の発明は、対象物を左右一対のカメラでステレオ視して、前記左右一対のカメラの位置と対応した位置から前記対象物までの距離である対象物距離を求める距離測定方法において、前記左右一対のカメラから取得した左右一対の画像に基づいて前記対象物距離を求める距離演算ステップと、前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得し、その異なる撮影位置毎に前記距離演算ステップによって前記対象物距離を求めて、前記左右一対のカメラの撮影位置と前記対象物距離との関係を示す測定データを算出する測定データ算出ステップと、前記異なる撮影位置と量子化誤差を含む対象物距離との関係を示すサンプリングデータを予め対象物距離毎に記憶したサンプリングデータ記憶ステップと、前記サンプリングデータ記憶ステップに記憶したサンプリングデータと、前記測定データ算出ステップによって算出した測定データとを比較し、前記測定データに近いサンプリングデータを求め、このサンプリングデータに対応する対象物距離を真の対象物距離として算出するデータ比較ステップと、を有することを特徴とする距離測定方法である。
【００１５】
請求項６の発明は、前記データ比較ステップにおいて前記サンプリングデータと前記測定データを比較する場合に、前記左右一対のカメラの配された撮影位置と同じ位置における前記サンプリングデータの対象物距離と前記測定データの対象物距離との差分を求め、その求めた差分が最小になったサンプリングデータを、求めるサンプリングデータとすることを特徴とする請求項５記載の距離測定方法である。
【００１６】
請求項７の発明は、前記測定データ算出ステップにおいて前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得する場合に、左カメラと右カメラとの距離を一定にしつつ、前記左右一対のカメラを物理的に前記左右一対のカメラから前記対象物への方向と直交する方向に移動させることを特徴とする請求項５記載の距離測定方法である。
【００１７】
請求項８の発明は、前記測定データ算出ステップにおいて前記左右一対のカメラを異なる撮影位置に配して左右一対の画像を取得する場合に、複数のカメラを前記左右一対のカメラから前記対象物への方向と直交する方向に並べ、この並べたカメラのうち２個のカメラを用いて前記対象物を撮影し、この撮影した画像が前記直交する方向に移動しつつ撮影した画像となるように、前記複数のカメラで順番に前記対象物を撮影することを特徴とする請求項５記載の距離測定方法である。
【００１８】
【作  用】
本発明は、対象物を左右一対のカメラでステレオ視して、左右一対のカメラの位置から対象物までの距離である対象物距離を求めるものである。
【００１９】
そのために、左右一対のカメラを異なる撮影位置に配し、左右一対の画像を取得し、その撮影位置毎に対象物距離を求める。そして、左右一対のカメラの異なる撮影位置と対象物距離との関係を示す測定データを算出する。
【００２０】
一方、異なる撮影位置と量子化誤差を含む対象物距離との関係を示すサンプリングデータを予め対象物距離毎に記憶させておく。
【００２１】
そして、この記憶したサンプリングデータと前記算出した測定データとを比較し、測定データに近いサンプリングデータを求める。この求めたサンプリングデータに対応する対象物距離を真の対象物距離として算出する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を示す距離測定装置１０について、図１〜図５に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、距離測定装置１０のブロック図を示すものであり、以下この図１に基づいてその構成について説明する。
【００２４】
距離測定装置１０は、左カメラ１２Ｌと左画像専用の画像入力部１４Ｌを有し、また、右カメラ１２Ｒと右画像専用の画像入力部１４Ｒを有し、また、距離演算部１６と、比較部１８と、記憶部２０と、出力部２２を有する。
【００２５】
図２は、距離測定装置１０における左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌで対象物Ｐを測定する場合の位置関係を示した図面である。
【００２６】
図２に示すように、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌからｙ方向に位置する対象物Ｐをステレオ視している。この左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの距離Ａは一定であり、本実施例では左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌは、ｘ軸方向に移動可能となっている。
【００２７】
また、本実施例における対象物距離Ｑとは、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの中間の位置Ｏから対象物Ｐまでの距離をいう。
【００２８】
上記構成の距離測定装置１０によって、従来技術で説明した量子化誤差を低減させた対象物距離Ｑを求める方法について図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００２９】
ステップ１において、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌを用いて画像入力部１４Ｒ，１４Ｌに左右一対の画像を入力する。この場合に、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの位置は、ｘ軸方向において初期位置（０の位置）に停止させて対象物Ｐを測定する。
【００３０】
ステップ２において、距離演算部１６が、画像入力部１４Ｒ，１４Ｌに入力した左右一対の画像を用いて対象物距離Ｑを演算する。この演算方法は、左右一対の画像からそれぞれ対象物Ｐを特定して対応させ、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの距離Ａを用いて三角測量法によって対象物距離Ｑを求める。なお、この対象物距離Ｑには、従来技術で説明したような量子化誤差が含まれている。
【００３１】
ステップ３において、量子化誤差を減少させるために必要な測定データ（このデータについては後から説明する）が取得されたか否かを判断し、取得されていればステップ５に進み、取得されていなければステップ４に進む。
【００３２】
ステップ４においては、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌをｘ軸方向の正方向に所定距離移動させる。そして、この所定距離移動させた後停止させて、ステップ１〜ステップ３を繰り返して対象物距離Ｑを演算する。
【００３３】
以上のようにして、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌを移動させて、図５に示すような測定データを作成する。図５に示す測定データの縦軸は量子化誤差によって変動している対象物距離Ｑの位置を示し、横軸は左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの移動した距離を示している。すなわち、この測定データは各左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの移動した場所における対象物距離Ｑの変動を表している。
【００３４】
ステップ５においては、比較部１８において上記のようにして測定した測定データと記憶部２０に記憶されているサンプリングデータとを比較する。
【００３５】
この記憶部２０で記憶されているサンプリングデータとは、予め判明している対象物距離における量子化誤差の変動をデータとして記憶しているものであり、図４に示すような内容である。
【００３６】
すなわち、図４の上図のサンプリングデータ（１）においては、対象物距離が５ｍにおける左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの移動距離と、対象物距離Ｑの量子化誤差による変動をサンプルした二次元データである。また、図４の下図のサンプリングデータ（２）は対象物距離が１０ｍにおける関係を示したものである。そして、記憶部２０には、このサンプリングデータは対象物距離が例えば２．０ｃｍ毎にこの二次元のサンプリングデータが記憶されているものとする。
【００３７】
そして、比較部１８では、測定データとサンプリングデータとを比較し、最も測定データに近いサンプリングデータに対応する対象物距離を、真の対象物距離とするものである。すなわち、量子化誤差は、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの移動距離と対象物距離との関係によりある規則的な発生を示すものであるため、その規則性に基づいて測定データに最も近い規則性を示すサンプリングデータを選ぶことにより、真の対象物距離が判明するものである。例えば、図５の測定データの場合には、図４の下図の対象物距離が１０ｍのサンプリングデータが最も近いと考えられるため、この真の対象物距離は１０ｍと考えられる。
【００３８】
測定データとサンプリングデータとを比較する場合には、左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの移動距離を合致させ、同じ移動距離（同じ画像座標）における対象物距離を比較して差分を取り、この差分が最も小さいものが一番近いサンプリングデータと判断する。
【００３９】
ステップ６において、上記のようにして求めた真の対象物距離を最も正確で量子化誤差が減少された対象物距離として出力する。
【００４０】
以上により本実施例の距離測定装置であると、予め記憶させている量子化誤差のサンプリングデータと測定データとを比較することにより、真の対象物距離を正確に求めることができる。この場合に、撮影に用いるカメラは、従来のような高画素のものでなくても、サーモカメラのような低い画素数のものであってもその位置を正確に判別することができ、また、遠距離の対象物であっても正確に測定することができる。
【００４１】
この移動距離測定装置１０の適用できるものとしては、移動体の位置計測、ＩＴＳ、自動車間の位置計測、またはマニプレータの位置計測等であり、その他に広く適用することが可能である。
【００４２】
なお、実際に上記方法で実施する場合に、対応点誤差やノイズが発生する可能性があるが、この対策としては、サンプリングデータを作成する場合に、これら誤差要因を考慮して作成する。例えば、実際の距離（位置）計測条件においてサンプリングデータを作成することで、これら誤差の影響を含んだサンプリングデータを作ることができる。
【００４３】
また、対応点誤差を抑える方法として、対象物Ｐとして、発光体（明るさが目印）、特別な色（色が目印）、特異な形状（形状が特徴的）等を用いることによって抑えることができる。特に、発光体は背景からのコントラストが高いために有効である。また、発光体は部屋や工場において既設である。さらに、自動車間の距離を求める場合には、前の車のブレーキランプやテールランプを使用することができる。
【００４４】
（変更例１）
本実施例の変更例１について図６に基づいて説明する。
【００４５】
上記実施例では左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌを移動させつつ対象物Ｐを測定したが、これに代えて図６に示すように複数のカメラ１２をｘ軸方向と平行に順番に並べ、左から順番にステレオ視をしつつ２個のカメラで対象物Ｐを撮影するものである。
【００４６】
この変更例であっても、実質的には左右一対の画像は左右一対のカメラを移動させつつ撮影したような状態となることができ、上記実施例の量子化誤差を減少させる方法を適用することができる。
【００４７】
特に、本発明では、安価で低い画素数のカメラを用いることができるため、自動車間の計測においてはこの低い画素数のカメラを複数個並べることにより、カメラを移動させないでステレオ視を行うことが可能となる。
【００４８】
（変更例２）
本実施例の変更例２について図７に基づいて説明する。
【００４９】
上記実施例では左右一対のカメラ１２Ｒ，１２Ｌを視線方向に沿って切断した平面、すなわち、二次元で説明したが、図７に示すように三次元であってもよい。
【００５０】
この場合には、左右のカメラ１２Ｒ，１２Ｌをｘ軸方向に移動させ、ｚ軸方向、すなわち、高さ（図中では対象物高さ）を対象物距離Ｈとして求める。
【００５１】
そして、ｘ、ｙ軸方向の水平距離は、本方法で求めた高さと左右のカメラ１２Ｒ，１２Ｌの視線の交点の平均値を、求める水平距離とする。
【００５２】
【発明の効果】
以上により本発明であると、量子化誤差を減少させて正確な対象物距離を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す距離測定装置のブロック図である。
【図２】左右一対のカメラと対象物との関係を示す図面である。
【図３】対象物距離を求めるフローチャートである。
【図４】サンプリングデータを示すグラフの図である。
【図５】測定データを示すグラフの図である。
【図６】変更例１のカメラの配置を示した説明図である。
【図７】変更例２のカメラの配置を示した説明図である。
【図８】従来の平均法における説明図である。
【符号の説明】
１０  距離測定装置
１２  カメラ
１４  画像入力部
１６  距離演算部
１８  比較部
２０  記憶部
２２  出力部
【図１】
0004565171.tif 000002
【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】
0004565171.tif 000007
【図７】
0004565171.tif 000008
【図８】
0004565171.tif 000009