(57)【要約】【課題】安価な撮像レンズによっても、適正に距離情報を取得可能な情報取得装置および物体検出装置を提供する。【解決手段】情報取得装置１は、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１００と、撮像レンズ２２０を介して目標領域をＣＭＯＳイメージセンサ２４０により撮像する受光光学系２００と、基準画像に基づく参照テンプレートを保持するメモリ２５と、実測画像上における移動位置に基づいて、セグメント領域に対する距離情報を取得する距離取得部２１ｂと、を備える。メモリ２５は、ディストーション補正パターンＰａを保持し、距離取得部２１ｂは、実測画像上における比較領域とセグメント領域の探索位置との相対的な位置関係をディストーション補正パターンＰａに応じて補正して、探索を実行する。【選択図】図２
2013234887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
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所定の距離だけ第１の方向に離れて並ぶように配置され、撮像レンズを介して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、
前記レーザ光を基準面に照射したときの所定領域のドット群の撮像位置と、実測時における前記所定領域の前記ドット群の撮像位置との間の、前記第１の方向におけるズレに基づいて、前記所定領域に対応する目標領域上の位置の距離情報を取得する距離取得部と、
前記撮像レンズの歪曲収差に基づく撮像画像の歪曲傾向に関する情報を保持する記憶部と、を備え、
前記距離取得部は、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から前記ドット群を探索する際に、前記実測画像と前記ドット群の探索位置との間の、前記第１の方向に垂直な第２の方向における相対的な位置ずれを、前記歪曲傾向に応じて補正する、
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、
前記距離取得部は、前記歪曲傾向に応じて前記探索位置を前記第２の方向に変位させることにより、前記実測画像と前記探索位置との相対的な位置ずれを補正する、
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、
前記距離取得部は、前記歪曲傾向に応じて前記実測画像を前記第２の方向に変位させることにより、前記実測画像と前記探索位置との相対的な位置ずれを補正する、
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、
前記記憶部は、前記イメージセンサ上における画素位置と、当該画素位置に照射されるべき光の前記第２の方向における画素ずれ量とを対応づけたテーブルを、前記歪曲傾向に関する情報として保持する、
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、
前記テーブルは、前記第１の方向に平行な直線状のラインが複数描かれたチャートパターンを前記イメージセンサにより撮像したパターン画像に基づいて生成される、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項６】
請求項５に記載の情報取得装置において、
前記パターン画像上に、前記チャートパターン上のラインに対応する複数の直線を設定し、この直線に対する前記パターン画像上の前記ラインのズレ量に基づいて、前記テーブルの前記画素ずれ量が設定されている、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項７】
請求項４ないし６の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記情報取得装置は、前記探索位置に対応する前記画素ずれ量を前記テーブルから取得し、取得した画素ずれ量に基づいて、前記実測画像と前記探索位置とを前記第２の方向に相対的に変位させる、
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３の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記記憶部は、前記歪曲収差による前記実測画像の前記第２の方向における歪曲の度合いを示す近似式を、前記歪曲傾向に関する情報として保持する、
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、前記レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が入射するコリメータレンズと、前記コリメータレンズを透過した前記レーザ光を回折によりドットパターンの光に変換する回折光学素子と、を備える、
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を有する物体検出装置。
【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。距離画像センサとして、種々のタイプのものが知られている。
【０００３】
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では、ドットパターンを持つレーザ光の目標領域からの反射光が受光素子によって受光される。そして、ドットの受光素子上の受光位置に基づいて、三角測量法を用いて、検出対象物体の各部（検出対象物体上の各ドットの照射位置）までの距離が検出される（たとえば、特許文献１、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３２３７９号公報
【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】
上記物体検出装置では、投射光学系と受光光学系が横に並ぶように配置される。この場合、通常、イメージセンサ上のドットの受光位置は、投射光学系と受光光学系の並び方向にのみ変位する。上記物体検出装置では、投射光学系と受光光学系の並び方向のドットの移動量をもとに、距離が検出される。
【０００７】
また、上記物体検出装置では、ドットパターンを持つレーザ光の反射光をイメージセンサ上に集光するため、撮像レンズが用いられる。かかる撮像レンズの設計によっては、撮像画像にディストーション（歪曲収差）が発生し得る。撮像レンズによってディストーションが発生すると、レーザ光のドットパターンは撓むように変化する。したがって、撮像されたドットパターンは、投射光学系と受光光学系の並び方向に対して垂直な方向にも変位し得る。
【０００８】
このような場合、投射光学系と受光光学系の並び方向にのみドットの移動を探索すると、ドットの移動量の検出が適正に行えず、検出対象物体の各部までの距離の検出精度が劣化するとの問題が生じる。ディストーションを発生させないようにするためには、撮像レンズを複数枚構成とする等、撮像レンズの仕様条件を厳密にする必要がある。しかし、この場合、撮像レンズの歩留まりの低下及びコストが嵩む等の問題が懸念される。
【０００９】
本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、安価な撮像レンズによっても、適正に
距離情報を取得可能な情報取得装置および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】
【００１０】
本発明の第１の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本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所定の距離だけ第１の方向に離れて並ぶように配置され、撮像レンズを介して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、前記レーザ光を基準面に照射したときの所定領域のドット群の撮像位置と、実測時における前記所定領域の前記ドット群の撮像位置との間の、前記第１の方向におけるズレに基づいて、前記所定領域に対応する目標領域上の位置の距離情報を取得する距離取得部と、前記撮像レンズの歪曲収差に基づく撮像画像の歪曲傾向に関する情報を保持する記憶部と、を備える。前記距離取得部は、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から前記ドット群を探索する際に、前記実測画像と前記ドット群の探索位置との間の、前記第１の方向に垂直な第２の方向における相対的な位置ずれを、前記歪曲傾向に応じて補正する、
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、安価な撮像レンズによっても、適正に距離情報を取得可能な情報取得装置および物体検出装置を提供することができる。
【００１２】
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】
【００１３】
【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】実施の形態に係るディストーションが生じたＤＰ光の照射状態を示す図である。
【図７】実施の形態に係るディストーション補正パターン生成方法を説明する図である。
【図８】実施の形態に係るディストーション補正パターン生成方法を説明する図である。
【図９】実施の形態に係る距離取得の制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態に係るセグメント領域の探索位置を示す図である。
【図１１】実施の形態に係るディストーションが生じたときの距離マッチングの例を示す図である。
【図１２】変更例に係るメモリの構成例を示す図である。
【図１３】変更例に係るディストーションが生じたときの距離マッチングの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。本実施の形態には、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情報取得装置が例示されている。
【００１５】
まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置は、情報取得装置１と、情報処理装置２とを備えている。テレビ３は、情報処理装置２からの信号によって制御される。
【００１６】
情報取得装置１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、目標領域にある物体各部の距離（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４を介して情報処理装置２に送られる。
【００１７】
情報処理装置２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２は、情報取得装置１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３を制御する。
【００１８】
たとえば、情報処理装置２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２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２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３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。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定のジェスチャをすることにより、チャンネル切り替えやボリュームのＵｐ／Ｄｏｗｎ等、所定の機能をテレビ３に実行させることができる。
【００１９】
また、たとえば、情報処理装置２がゲーム機である場合、情報処理装置２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。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定の動きをすることにより、自身がテレビ画面上のキャラクタとしてゲームの対戦を行う臨場感を味わうことができる。
【００２０】
図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す図である。
【００２１】
情報取得装置１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１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１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、ステップ型の回折ホログラムが所定のパターンで形成された構造とされる。回折ホログラムは、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。
【００２７】
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。ドットパターンの各ドットの大きさは、ＤＯＥ１４０に入射する際のレーザ光のビームサイズに応じたものとなる。
【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。撮像レンズ２２０は、設計仕様が比較的緩やかな安価なレンズが用いられている。このため、撮像レンズ２２０に入射した光に、樽型のディストーション（歪曲収差）が生じ得る。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、可視光の波長帯域をカットするＩＲフィルタ（Infrared Filter）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】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０で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１から検出対象物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２とのデータ通信を制御する。
【００３４】
情報処理装置２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２には、同図に示す構成の他、テレビ３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。
【００３５】
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。
【００３６】
たとえば、制御プログラムがゲームプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動きを検出する。そして、検出された動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させるための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３７】
また、制御プログラムがテレビ３の機能を制御するためのプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動き（ジェスチャ）を検出する。そして、検出された動き（ジェスチャ）に応じて、テレビ３の機能（チャンネル切り替えやボリューム調整、等）を制御するための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３８】
入出力回路３２は、情報取得装置１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。
【００４０】
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１と目標領域の基準面との距離に応じて、設定される。どの程度離れた目標物を検出対象とするかによって、基準面と情報取得装置１との間の距離が変わる。検出対象の目標物までの距離が近くなるほど、投射光学系１００と受光光学系２００の設置間隔は狭くなる。逆に、検出対象の目標物までの距離が遠くなるほど、投射光学系１００と受光光学系２００の設置間隔は広くなる。
【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。
【００４３】
目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在すると、これにより反射された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。
【００４４】
図３（ｂ）には、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上のＤＰ光の全受光領域が破線の枠によって示され、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域に入射するＤＰ光の受光領域が実線の枠によって示されている。ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０がＤＰ光を受光した領域のうち、センサとして信号を出力する領域であり、たとえば、ＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズである。また、同図（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、同図（ｂ）に示すＤｔ’０の位置に入射する。スクリーンの前の人物の像は、Ｃ
ＭＯＳ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。
【００４５】
ここで、図４、図５を参照して、上記距離検出の方法を説明する。
【００４６】
図４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。
【００４７】
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。
【００４８】
以下、反射面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」、反射面ＲＳを「基準面」と称する。そして、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以降の図においても同様である。
【００４９】
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。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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。よって、セグメント領域内の画素値のパターンは、セグメント領域毎に異なっている。隣り合うセグメント領域の間隔が狭いほど、参照パターン領域内に含まれるセグメント領域の数が多くなり、目標領域の面内方向（Ｘ−Ｙ平面方向）における距離検出の分解能が高められる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
セグメント領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向と変位量をもとに、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。
【００５６】
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を検出する。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。
【００５７】
図５（ａ）〜（ｅ）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）〜（ｅ）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）〜（ｅ）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。また、図５（ｂ）の実測画像には、便宜上、図４（ｂ）のように、検出対象物体として基準面より前に人物が存在しており、人物の像が写り込んでいることが示されている。
【００５８】
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、セグメント領域Ｓｉに対して探索領域Ｒｉが設定される。探索領域Ｒｉは、Ｘ軸方向に所定の幅を持っている。セグメント領域Ｓｉが探索領域Ｒｉ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。探索領域Ｒｉには、セグメント領域Ｓｉと同じサイズの比較領域が複数設定され、Ｘ軸方向に隣り合う比較領域は互いに１画素ずれている。
【００５９】
探索領域Ｒｉの幅は、検出対象物体が基準面よりも情報取得装置１に対して離れる方向、および近づく方向にどの程度の距離を検出可能な範囲とするかによって決定される。図５中では、基準画像上のセグメント領域Ｓｉの画素位置に対応する実測画像上の画素位置（中心画素位置）から、Ｘ軸負方向にｘ画素ずれた位置からＸ軸正方向にｘ画素ずれた範囲（以下、「探索範囲Ｌ０」という）においてセグメント領域Ｓｉが送られるように探索領域Ｒｉが設定されている。
【００６０】
本実施の形態では、中心画素位置から−３０画素ずれた位置から＋３０画素ずれた位置までの範囲が探索範囲Ｌ０に設定される。
【００６１】
通常、距離検出時には、探索領域Ｒｉ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、参照テンプレートに記憶されているセグメント領域Ｓｉのドットパターンと、実測画像のＤＰ光のドットパターン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を探索領域Ｒｉ内においてＸ軸方向にのみ送るのは、上記のように、通常、参照テンプレートにより設定されたセグメント領域のドットパターンは、実測時において、Ｘ軸方向の所定の範囲内でのみ変位するためである。ただし、本実施の形態では、後述のように、撮像レンズ２２０によって撮像画像に生じるディストーションに応じて、セグメント領域のドットパターンをＹ軸方向にも変位させながら、探索動作が行われる。
【００６２】
なお、実測時には、検出対象物体の位置によっては、セグメント領域に対応するドットパターンが実測画像からＸ軸方向にはみ出すことが起こり得る。たとえば、参照パターン領域のＸ軸負側のセグメント領域Ｓ１に対応するドットパターンが、基準面よりも遠距離の物体に反射された場合、セグメント領域Ｓ１に対応するドットパターンは、実測画像よりもＸ軸負方向に位置づけられる。この場合、セグメント領域に対応するドットパターンは、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域内にないため、このセグメント領域については、適正にマッチングを行うことができない。しかし、このような端のセグメント領域以外については、適正にマッチングを行うことができるため、物体の距離検出への影響は少ない。
【００６３】
なお、端の領域についても、適正にマッチングを行う場合には、実測時のＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域を、基準画像取得時のＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域よりも、大きくすることができるものを用いれば良い。たとえば、基準画像取得時において、ＶＧＡ（横６４０画素×縦４８０画素）のサイズで撮像有効領域が設定された場合、実測時においては、それよりもＸ軸正方向およびＸ軸負方向に３０画素分大きいサイズで撮像有効領域を設定する。これにより、実測画像が基準画像よりも大きくなるが、端のセグメント領域についても、適正にマッチングを行うことができる。
【００６４】
上記マッチング度合いの検出時には、まず、参照パターン領域の各画素の画素値と実測画像の各セグメント領域の各画素の画素値が２値化されて、メモリ２５に保持される。たとえば、基準画像および実測画像の画素値が８ビットの階調の場合、０〜２５５の画素値のうち、所定の閾値以上の画素が、画素値１に、所定の閾値未満の画素が、画素値０に変換されて、メモリ２５に保持される。その後、比較領域とセグメント領域Ｓｉとの間の類似度が求められる。すなわち、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。
【００６５】
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。
【００６６】
こうして、図５（ｄ）に示すように、セグメント領域Ｓｉについて、探索領域Ｒｉの全ての比較領域に対して値Ｒｓａｄが求められる。図５（ｅ）は、探索領域Ｒｉの各送り位置における値Ｒｓａｄが模式的に示されたグラフである。
【００６７】
セグメント領域Ｓｉについて、探索領域Ｒｉの全ての比較領域に対して値Ｒｓａｄが求められると、まず、求めた値Ｒｓａｄの中から、最小値Ｂｔ１が参照される。次に、求め
た値Ｒｓａｄの中から、２番目に小さい値Ｂｔ２が参照される。最小値Ｂｔ１と２番目に小さい値Ｂｔ２の位置が２画素以上離れた位置であり、且つ、その差分値Ｅｓが閾値未満であれば、セグメント領域Ｓｉの探索はエラーとされる。他方、差分値Ｅｓが閾値以上であれば、最小値Ｂｔ１に対応する比較領域Ｃｉが、セグメント領域Ｓｉの移動領域と判定される。
【００６８】
たとえば、図５（ｄ）のように、セグメント領域Ｓｉに対応する比較領域Ｃｉは、基準画像上のセグメント領域Ｓｉの画素位置と同位置の実測画像上の画素位置Ｓｉ０よりもＸ軸正方向にα画素ずれた位置で検出される。これは、基準面よりも近い位置に存在する検出対象物体（人物）によって、実測画像上のＤＰ光のドットパターンが基準画像上のセグメント領域Ｓｉ０よりもＸ軸正方向に変位したためである。なお、セグメント領域Ｓｉの大きさが大きいほど、セグメント領域Ｓｉに含まれるドットパターンのユニーク性が増し、上記エラーの発生率が減少する。たとえば、セグメント領域Ｓｉの大きさが横１５画素×縦１５画素に設定されると、通常、距離検出がエラーとなることは少なく、適正にマッチングを行うことができる。
【００６９】
こうして、実測時に取得されたＤＰ光のドットパターンから、各セグメント領域の変位位置が探索されると、上記のように、その変位位置に基づいて、三角測量法により、各セグメント領域に対応する検出対象物体の部位までの距離が求められる。
【００７０】
このようにして、セグメント領域Ｓ１〜セグメント領域Ｓｎまで全てのセグメント領域について、上記同様のセグメント領域の探索が行われる。
【００７１】
なお、上記のマッチング度合いの検出方法は一例であり、これに限られるものではない。たとえば、上記では、値Ｒｓａｄの最小値Ｂｔ１とＢｔ２の差分値が最も小さくなる画素位置を、セグメント領域に対応する領域としたが、値Ｒｓａｄの最小値の画素位置を、セグメント領域に対応する領域としても良い。この場合、値Ｒｓａｄの最小値が所定の閾値以上の場合、セグメント領域の探索がエラーとされる。
【００７２】
ここで、図６（ａ）に示すように通常、セグメント領域Ｓｉに対応する実測画像上のドットパターンは、Ｘ軸方向にのみ変位する。しかし、図２に示す安価な撮像レンズ２２０を用いると、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０に照射されるドットパターンにディストーションが発生し得る。この場合、図６（ｂ）に示すように、実測画像上におけるＤＰ光は、樽型に歪曲することとなる。こうなると、セグメント領域Ｓｉに対応する実測画像上のドットパターンは、Ｘ軸方向にのみ移動せず、歪曲に沿って、Ｙ軸方向にも変位し得る。このように、ドットパターンがＹ軸方向に変位すると、図５（ｄ）に示したように、Ｘ軸方向にのみドットパターンを探索しても、適正にマッチングすることができない。特に、樽型のディストーションの場合、中心からＹ軸正負方向に離れるほど、大きくドットパターンが歪曲し、距離検出処理に影響を及ぼし易い。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、あらかじめ、ディストーションによる縦画素ずれを補正するディストーション補正パターンＰａをメモリ２５に保持しておき、距離取得時にディストーション補正パターンによって、セグメント領域のＹ軸方向の探索位置が補正される。
【００７４】
まず、図７（ａ）〜（ｃ）および図８（ａ）、（ｂ）を参照して、ディストーション補正パターンＰａの生成方法について説明する。
【００７５】
なお、図８（ｂ）に示すディストーション補正パターンＰａは、請求項４に記載の「テーブル」の一例である。また、図７（ｂ）に示すチャートパターンは、請求項５に記載の「チャートパターン」の一例であり、このチャートパターンを撮像した撮像画像に基づい
てディストーション補正パターンＰａを生成する手法は、請求項５に記載の特徴に相当する。さらに、図８（ｂ）に記載された画素ずれ量の取得手法は、請求項６に記載のテーブル生成手法の一例である。
【００７６】
図７（ａ）は、投射光学系１００と受光光学系２００をＹ軸方向から見た模式図である。また、図７（ｂ）は、チャートパターンが印刷されたスクリーンを示す図、図７（ｃ）は、ディストーションが発生している場合のチャートパターンを示す図である。なお、チャートパターンは、黒色の背景に白色でラインＬ１〜Ｌｅが示されている。また、複数のラインＬ１〜Ｌｅは等間隔で並んでいる。
【００７７】
ディストーション補正パターンを生成するためには、まず、基準面の位置に、図７（ｂ）に示すようなＸ軸方向に延びる複数のラインＬ１〜Ｌｅを有するチャートパターンが印刷されたスクリーンを設置し、受光光学系２００によって撮像する。これにより、図７（ｃ）に示すようなチャートパターンが撮像される。撮像されたチャートパターンは、作業用の情報処理装置に展開される。なお、ラインＬ１〜Ｌｅの間隔と太さは、あらかじめ、受光光学系２００によって撮像したときに、所定の画素数となるように設定されている。
【００７８】
受光光学系２００の撮像レンズ２２０によってディストーションが発生すると、図７（ｃ）に示すように、チャートパターンが樽型に歪曲し、ラインＬ１〜Ｌｅがチャートパターンの中心から離れる方向に湾曲する。この湾曲したラインＬ１〜Ｌｅが直線となるように、ラインＬ１〜Ｌｅの中心画素からの、ラインＬ１〜Ｌｅの各画素の縦画素ずれ量を演算することにより、実測時に撮像レンズ２２０によって導入されるディストーションを補正するためのディストーション補正パターンＰａを生成する。ディストーション補正パターン生成時には、作業用の情報処理装置が情報取得装置１に接続され、作業用の情報処理装置によって、ディストーション補正パターンＰａが情報取得装置１のメモリ２５にセットされる。
【００７９】
図８（ａ）は、情報取得装置１によって撮像され、デジタル化されたチャートパターンのラインを模式的に示す図である。図８（ｂ）は、チャートパターンから生成されるディストーション補正パターンの例を概念的に示す図である。なお、図８（ａ）では、図７（ｃ）の破線で囲まれたＣａの領域に含まれるラインＬ１〜Ｌ３が示されている。また、図８（ｂ）は、横軸がＸ座標の画素位置、縦軸がＹ座標の画素位置を示す２次元配列であり、各要素には、その座標の画素におけるディストーションによる縦画素ずれ量が格納される。図８（ｂ）では、図８（ａ）の破線で囲まれたＣｂの領域の画素に対応する縦画素ずれ量が例示されている。図８（ｂ）において、ｐ列、ｑ行の位置にある画素が（ｐ、ｑ）により指定される。ここでは、１列目の画素位置からｐ画素だけ右方向（Ｘ軸正方向）にずれた画素がｐ列目の画素とされる。また、１行目の画素位置からｑ画素だけ下方向（Ｙ軸正方向）にずれた画素がｑ列目の画素とされる。ディストーション補正パターンＰａは、実測画像同様、ＶＧＡのサイズ（６４０画素×４８０画素）に対応する画素数分の縦画素ずれ量が格納される。
【００８０】
図８（ａ）に示すようにディストーションにより湾曲されたチャートパターンがデジタル化されて読み込まれると、作業用の情報処理装置は、チャートパターンの画素情報からラインＬ１〜Ｌｅの中心画素ＰｃのＹ座標の画素位置Ｙｃを取得する。ラインＬ１〜Ｌｅの中心画素ＰｃのＹ座標の画素位置Ｙｃは、たとえば、撮像されたチャートパターンの中央位置において、Ｙ軸方向に画素値を探索することにより取得される。上述のように、チャートパターンは、黒色の背景に白色のラインによって構成されているため、ラインＬ１〜Ｌｅを撮像する画素の画素値は、ラインＬ１〜Ｌｅを撮像しない画素の画素値と大きく異なる。したがって、チャートパターンの中央位置において、Ｙ軸方向に画素値が大きくなる画素を探索することにより、ラインＬ１〜Ｌｅの中心画素ＰｃのＹ座標の画素位置Ｙ
ｃを取得することができる。
【００８１】
次に、作業用の情報処理装置は、ラインＬ１〜Ｌｅ上の画素ＰｘのＹ座標の画素位置Ｙｘを取得する。ラインＬ１〜Ｌｅ上の画素ＰｘのＹ座標の画素位置Ｙｘは、たとえば、所定のＸ座標の画素位置において、中心画素ＰｃにおけるＹ座標の画素位置Ｙｃから所定の範囲でＹ軸方向に画素値を探索することにより取得される。これにより、ラインＬ１〜Ｌｅ上の画素Ｐｘについて、Ｙ座標の画素位置Ｙｘを取得することができる。
【００８２】
こうして、取得したラインＬ１〜Ｌｅ上の中心画素ＰｃのＹ座標の画素位置Ｙｃと、各ラインＬ１〜Ｌｅ上の画素ＰｘのＹ座標の画素位置Ｙｘの差を演算し、ラインＬ１〜Ｌｅ上の所定の画素Ｐｘにおける縦画素ずれ量ΔＹを取得する。こうして得られた縦画素ずれ量ΔＹを、ラインＬ１〜Ｌｅの各画素ＰｘのＸ座標とラインＬ１〜Ｌｅの中心画素ＰｃのＹ座標の画素位置Ｙｃに対応付けて、情報取得装置１のメモリ２５に格納する。これにより、図８（ｂ）に示すラインＬ１〜Ｌｅに対応するラインＬｎ１〜Ｌｎｅのディストーション補正パターンＰａが生成される。
【００８３】
たとえば、図８（ａ）のラインＬ１の場合、中心画素ＰｃのＹ座標の画素位置Ｙｃは１であり、Ｘ座標が１である画素Ｐ１のＹ座標の画素位置Ｙｘは５である。したがって、ラインＬ１のＸ座標１における縦画素ずれ量ΔＹは４画素である。この場合、図８（ｂ）のディストーション補正パターンＰａの（１、１）の画素位置には、４が格納される。同様に、ラインＬ２の場合、ディストーション補正パターンＰａの（６、１）の画素位置には、３が、（１１、１）の画素位置には２が格納される。
【００８４】
こうして、ラインＬ１〜Ｌｅにおける縦画素ずれ量が取得されると、作業用の情報処理装置は、ディストーション補正パターンＰａのラインＬｎ１〜Ｌｎｅのそれぞれの間の画素位置について、所定の補間処理により縦画素ずれ量を演算して、情報取得装置メモリ２５に格納する。補間処理は、たとえば、内挿法が用いられる。
【００８５】
内挿法の場合、所定のＸ座標におけるラインＬｎｉ、Ｌｎｉ＋１の縦画素ずれ量と各画素の位置に応じて、ラインＬｎｉ、Ｌｎｉ＋１間の縦画素ずれ量が線形的に変動するように設定される。具体的には、所定のＸ座標における２つのラインＬｎｉ、Ｌｎｉ＋１間の画素位置について、以下の式（１）により、縦画素ずれ量を求めることができる。
【００８６】
【数１】
2013234887.tif 000003
【００８７】
ただし、式（１）において、yは、ラインＬｎｉ、Ｌｎｉ＋１間の所定の画素のＹ座標の画素位置、yiは、ラインＬｎｉ上の画素のＹ座標の画素位置、yi+1は、ラインＬｎｉ＋１上の画素のＹ座標の画素位置である。また、zは、ラインＬｎｉ、Ｌｎｉ＋１間の所定の画素の縦画素ずれ量、ziは、ラインＬｎｉ上の画素の縦画素ずれ量、zi+1は、ラインＬｎｉ＋１上の画素の縦画素ずれ量である。
【００８８】
たとえば、図８（ｂ）の（１、１）と（１、６）間の画素位置の縦画素ずれ量を補間する場合、yiは１、yi+1は６となり、また、ziは４、zi+1は３となる。この場合、（１、２）の画素位置の縦画素ずれ量zは、３．８となる。また、同様にして演算することにより、（１、３）の画素位置の縦画素ずれ量は、３．６、（１、４）の画素位置の縦画素ずれ量は、３．４、（１、５）の画素位置の縦画素ずれ量は、３．２となる。これらの縦画素
ずれ量について、小数点を四捨五入することにより、図８（ｂ）に示すように、（１、１）と（１、６）間の縦画素ずれ量が補間される。同様にして、すべてのラインＬｎ１〜Ｌｎｅ間の縦画素ずれ量が内挿法により補間され、情報取得装置１のメモリ２５にディストーション補正パターンＰａが生成される。
【００８９】
通常、撮像レンズ２２０のディストーションによる歪みは、撮像した画像の中心から離れるに従って、大きくなる。したがって、上記のように、画素位置とライン上の画素の縦画素ずれ量の変位に応じて、内挿法により、ライン間の縦画素ずれ量を補間することにより、ライン間の画素位置においても、適正な縦画素ずれ量が得られるものと想定される。
【００９０】
次に、ディストーション補正パターンＰａを用いて、セグメント領域の探索位置を補正する処理について、図９（ａ）、（ｂ）および図１０を参照して説明する。なお、図９（ａ）、（ｂ）および図１０に記載の補正処理は、請求項２、７に記載の処理の一例である。
【００９１】
図９（ａ）、（ｂ）は、ディストーション補正パターンＰａを用いた距離検出の処理を示すフローチャートである。図９（ａ）、（ｂ）の処理は、図２のＣＰＵ２１の距離取得部２１ｂの機能によって行われる。
【００９２】
図９（ａ）を参照して、まず、ＣＰＵ２１は、図４（ｂ）で示した処理によってメモリ２５に記憶された参照テンプレートより、基準画像の画素情報（参照パターン）と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を読み込む（Ｓ１０１）。次に、ＣＰＵ２１は、変数ｒに１をセットし（Ｓ１０２）、セグメント領域ＳｒのＣＭＯＳイメージセンサ２４０上における位置情報をメモリ２５から読み込み、読み込んだセグメント領域Ｓｒの位置情報とＳ１０１で読み込んだ基準画像の画素情報をもとに、基準画像上のセグメント領域Ｓｒの画素情報を設定する（Ｓ１０３）。なお、セグメント領域Ｓｒの画素情報は、上述したように、２値化されて設定される。そして、読み出したセグメント領域Ｓｒの位置情報をもとに、実測画像上のセグメント領域Ｓｒの位置と同位置の実測画像上の位置を設定する（Ｓ１０４）。
【００９３】
次に、ＣＰＵ２１は、変数ｓに−ｘをセットし（Ｓ１０５）、メモリ２５に記憶されたディストーション補正パターンＰａからセグメント領域Ｓｒの中心画素位置と同位置の縦画素ずれ量ｚ１と、中心画素位置からＸ軸方向にｓ画素ずれた位置の縦画素ずれ量ｚ２を読み込む（Ｓ１０６）。そして、ＣＰＵ２１は、Ｓ１０４で設定された実測画像上の位置からＸ軸方向にｓ画素、Ｙ軸方向にｚ２−ｚ１画素ずれた位置を中心画素位置とする比較領域の画素情報を読み込む（Ｓ１０７）。なお、比較領域の画素情報は、２値化されて設定される。こうして、Ｓ１０７で読み込んだ比較領域の画素情報と、Ｓ１０３で読み込んだセグメント領域Ｓｒの画素情報とを比較し、図５（ｃ）で示した式により値Ｒｓａｄが算出される（Ｓ１０８）。算出された値Ｒｓａｄは、セグメント領域ＳｒのＸ軸方向の画素ずれ量ｓと関連付けられてメモリ２５に記憶される。その後、ＣＰＵ２１は、変数ｓがｘに等しいかを判定する（Ｓ１０９）。変数ｓがｘに等しくない場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、変数ｓに１を加算し（Ｓ１１０）、処理をＳ１０６に戻す。
【００９４】
図１０は、セグメント領域の探索位置を示す模式図である。
【００９５】
図１０を参照して、たとえば、実測画像上における（１１、６）の位置がセグメント領域Ｓｒの中心画素位置の同位置であり、変数ｓが−１０である場合、図９（ａ）のステップＳ１０６において、図８（ｂ）に示すディストーション補正パターンＰａの（１１、６）と（１、６）の位置が参照され、各位置の縦画素ずれ量ｚ１、ｚ２が読み込まれる。この場合、たとえば、縦画素ずれ量ｚ１は２、縦画素ずれ量ｚ２は３である。そして、図９
（ａ）のステップＳ１０７において、実測画像上の（１１、６）の位置からＸ軸方向に−１０画素、且つ、Ｙ軸正方向に１画素ずれた（１、７）の位置を中心画素位置とする比較領域Ｃｒの画素情報が読み込まれる。こうして、図９（ａ）のステップＳ１０８において、ディストーション補正パターンＰａの縦画素ずれ量の変化傾向に応じて、Ｙ軸正方向に１画素ずれた位置の比較領域Ｃｒの画素情報と、セグメント領域Ｓｒの画素情報とが比較され、値Ｒｓａｄが算出される。
【００９６】
その後、Ｓ１１０によって変数ｓが１ずつ増加されながら、Ｓ１０６〜Ｓ１０８の処理が繰り返される。図１０の例では、変数ｓが−９〜−５の場合、すなわち、（２、６）、（３、６）、（４、６）、（５、６）の位置では、ディストーション補正パターンＰａの縦画素ずれ量ｚ２が３である。このため、変数ｓが−９〜−５の場合は、セグメント領域ＳｒがＹ軸正方向に１画素ずらされた状態で、各比較領域の画素情報とセグメント領域Ｓｒの画素情報とが比較され、値Ｒｓａｄが算出される。
【００９７】
また、図１０の例では、変数ｓが−４以上の場合、すなわち、（６、６）〜（２１、６）の位置では、ディストーション補正パターンＰａの縦画素ずれ量ｚ２が、縦画素ずれ量ｚ１と同じく２である。このため、変数ｓが−４以上の場合は、セグメント領域ＳｒがＹ軸正方向にずらされない状態で、各比較領域の画素情報とセグメント領域Ｓｒの画素情報とが比較され、値Ｒｓａｄが算出される。
【００９８】
このようにして、ディストーション補正パターンＰａの縦画素ずれ量の変化傾向に応じて、セグメント領域Ｓｒの探索位置がＹ軸方向にずらされつつ、マッチングが行われる。
【００９９】
図９（ａ）に戻り、変数ｓがｘに等しくなると（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、セグメント領域Ｓｒの探索が完了し、セグメント領域Ｓｒの画素ずれ量に関連付けられた値Ｒｓａｄをもとに、セグメント領域Ｓｒの距離取得処理が行われる（Ｓ１１１）。
【０１００】
図９（ｂ）を参照して、距離取得処理において、ＣＰＵ２１は、まず、セグメント領域Ｓｒについて、Ｘ軸方向の画素ずれ量ｓと関連付けられてメモリ２５に記憶された値Ｒｓａｄから、最小値Ｂｔ１と、２番目に小さい値Ｂｔ２を読み込み、それらの差分値Ｅｓを算出する（Ｓ２０１）。そして、ＣＰＵ２１は、算出した差分値Ｅｓが閾値以上であるかが判定する（Ｓ２０２）。
【０１０１】
差分値Ｅｓが閾値以上である場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、最小値Ｂｔ１の画素ずれ量に対応する比較領域がセグメント領域Ｓｒにマッチングしたとみなし、最小値Ｂｔ１の画素ずれ量に応じた距離を算出する（Ｓ２０３）。セグメント領域Ｓｒに対応する距離は、上述のように、画素ずれ量に基づいて、三角測量法により求められる。
【０１０２】
差分値Ｅｓが閾値未満である場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、セグメント領域Ｓｒのドットパターンにマッチングする領域がなかったとして、エラーの情報を設定する（Ｓ２０４）。ここで、ＣＰＵ２１は、エラーの情報として、所定値を設定する。
【０１０３】
こうして、セグメント領域Ｓｒの比較結果をもとに距離取得処理が終了する。
【０１０４】
図９（ａ）に戻り、セグメント領域Ｓｒについて、距離取得処理が完了すると、ＣＰＵ２１は、変数ｒがｔに等しいか判定する（Ｓ１１２）。変数ｒがｔに等しくない場合（Ｓ１１２：ＮＯ）、変数ｒに１を加算し（Ｓ１１３）、処理をＳ１３に戻す。ｔには、参照パターン領域に設定されたセグメント領域の総数が設定され、参照パターン領域に設定された全てのセグメント領域について、処理Ｓ１０３〜Ｓ１１１の処理が繰り返される。参照パターン領域に設定されたセグメント領域の数は、たとえば、参照パターン設定処理時
にメモリ２５に保持しておき、その値を読み込むことにより設定される。変数ｒがｔに等しい場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、全てのセグメント領域について、距離検出が完了し、処理が終了する。
【０１０５】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、撮像レンズ２２０によりディストーションが生じ、実測時のドットパターンがＹ軸方向にも変化する場合の距離マッチング例を模式的に示す図である。なお、図１１（ａ）、（ｂ）は、ディストーション補正パターンＰａによる探索位置を補正しないで距離マッチングを行う場合の比較例を示す図である。
【０１０６】
図１１（ａ）を参照して、参照テンプレートの所定のセグメント領域Ｓｒに対応する領域Ｃｔ０’に含まれるドットパターンは、撮像レンズ２２０によるディストーションにより、ディストーションが無い場合の位置から、Ｙ軸正方向に１画素ずれている。この状態で、探索領域Ｒｔにおいて、セグメント領域Ｓｒに対応するドットパターンをＸ軸方向のみに探索すると、図１１（ｂ）に示すように、比較領域Ｃｔ０’にセグメント領域Ｓｒが位置づけられても、比較領域Ｃｔ０’のドットとセグメント領域Ｓｒのドットとはマッチングしない。よって、距離マッチングは失敗し、エラーとなる。
【０１０７】
他方、図１１（ｃ）に示すように、本実施の形態の場合では、ディストーション補正パターンＰａの縦画素ずれ量に応じて、探索位置が補正された状態でセグメント領域Ｓｒに対する探索が行われる。図１１（ｃ）の例では、まず、セグメント領域Ｓｒの中心画素位置に対応する位置の縦画素ずれ量ｚ１と各探索位置における縦画素ずれ量ｚ２が読み取られる。そして、ディストーション補正パターンＰａの縦画素ずれ量に応じて、探索位置をＹ軸正方向に１画素ずらしながら、セグメント領域Ｓｒの探索位置をＸ軸方向に１画素ずつずらして、ドットのマッチングが行われる。こうすると、図１０（ｄ）に示すように、比較領域Ｃｔ０のドットとセグメント領域Ｓｒのドットがマッチングする。このように、撮像レンズ２２０によるディストーションによって、ドットパターンがＹ軸方向にずれた場合にも、適正に距離マッチングを行うことができる。
【０１０８】
以上、本実施の形態によれば、ディストーション補正パターンＰａを用いて、セグメント領域の探索位置をずらして、ドットパターンのマッチングが行われるため、安価な撮像レンズ２２０によってディストーションが発生する場合においても、適正に距離情報を取得できる。
【０１０９】
また、本実施の形態によれば、ディストーションが発生し、実測時にドットパターンがＹ軸方向にずれても、適正にドットパターンのマッチングを行うことが出来るため、ディストーションが生じやすい安価な構成の撮像レンズ２２０を用いることができ、撮像レンズ２２０の歩留まりの上昇およびコスト削減を図ることができる。
【０１１０】
また、本実施の形態によれば、実測画像と同じＶＧＡのサイズ分のディストーション補正パターンＰａが生成されるため、すべてのセグメント領域について、適正に距離検出を行うことができる。
【０１１１】
さらに、本実施の形態によれば、ディストーション補正パターンＰａは、チャートパターンを撮像することにより生成されるため、簡易かつ精度良く、ディストーション補正パターンＰａを生成することができる。また、ディストーション補正パターンＰａは、チャートパターンの複数のライン間の縦画素ずれ量を内挿法により補間することにより構成されているため、ラインの間の画素位置についても、適正に探索位置を補正することができる。
【０１１２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限
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。
【０１１３】
たとえば、上記実施の形態では、内挿法により、ライン間の画素位置における縦画素ずれ量が補間されたが、平均法により、ライン間の画素位置における縦画素ずれ量が補間されても良い。この場合は、以下の式（２）に示すように、所定のＸ座標におけるラインＬｎｉ、Ｌｎｉ＋１の縦画素ずれ量の平均値によって、ラインＬｎｉ、Ｌｎｉ＋１間の縦画素ずれ量が補間される。
【０１１４】
【数２】
2013234887.tif 000004
【０１１５】
ただし、式（２）において、zは、ラインＬｎｉ、Ｌｎｉ＋１間の所定の画素の縦画素ずれ量、ziは、ラインＬｎｉにおける画素の縦画素ずれ量、zi+1は、ラインＬｎｉ＋１における画素の縦画素ずれ量である。
【０１１６】
たとえば、図８（ｂ）の（１、１）と（１、６）間の画素位置の縦画素ずれ量を補間する場合、ziは４、zi+1は３となる。この場合、（１、２）〜（１、５）の画素位置の縦画素ずれ量zは、３．５となり、小数点を四捨五入することにより、４となる。
【０１１７】
このようにして、平均法により、ディストーション補正パターンＰａが生成されても良い。通常、ディストーションによるＹ軸方向の画素ずれ量は、さほど大きくないため、平均法であっても、ラインの間の画素位置について、適正に探索位置を補正することができる。この場合、ディストーション補正パターンＰａの生成にかかる演算量を抑えることができ、情報取得装置１のセットアップを円滑に行うことができる。
【０１１８】
また、内挿法、平均法の他、全ての画素について、縦画素ずれ量を検出しても良いし、ディストーション補正パターンを所定の範囲の領域に分割し、領域内に含まれる１つの縦画素ずれ量により、領域内の他の縦画素ずれ量を補間しても良く、また、領域内の全ての画素の縦画素ずれ量の平均値を、当該領域内の各画素の縦画素ずれ量として用いても良い。
【０１１９】
また、上記実施の形態では、ディストーション補正パターンＰａは、チャートパターンを撮像することにより、縦画素ずれ量を取得したが、その他、ランダムドットパターン等、他の手法にて、縦画素ずれ量を取得しても良い。
【０１２０】
また、上記実施の形態では、画素位置毎にＹ軸方向の変位量を保持したディストーション補正パターンＰａが準備されたが、ディストーションによるＹ軸方向の変位の傾向を示す近似式をメモリ２５に保持しておき、この近似式により、各画素位置におけるＹ軸方向の探索位置のずらし量を求めても良い。この場合、近似式は、たとえば、行毎に準備され、メモリ２５に保持される。
【０１２１】
この場合、図１２（ａ）に示すように、メモリ２５には、ディストーション補正パターンＰａに代えて、ディストーション補正関数群Ｆｕが保持される。ディストーション補正関数群Ｆｕは、各行の補正関数ｆｙ（ｘ）の集合からなる。各行の補正関数ｆｙ（ｘ）は、図１２（ｂ）に示すように、対応する行のＸ軸方向の画素位置ＸにおけるＹ軸正方向の画素ずれ量（縦画素ずれ量）を規定する。すなわち、補正関数ｆｙ（ｘ）は、図８（ｂ）に示すディストーション補正パターンＰａの各行の縦画素ずれ量を、図１２（ｂ）のよう
な曲線の近似式で表現したものである。
【０１２２】
この場合、ＣＰＵ２１は、図９（ａ）のＳ１０６において、セグメント領域Ｓｒの中心画素と同位置の縦画素ずれ量ｚ１を、対応する行の補正関数ｆｙ（Ｘ）から求め、さらに、この位置からＸ軸方向にｓ画素ずれた位置の縦画素ずれ量ｚ２を、対応する行の補正関数ｆｙ（Ｘ）から求める。その他の処理は、図９（ａ）の場合と同様に行われる。なお、Ｓ１０７において、ｚ２−ｚ１が整数でない場合、たとえば、小数点以下が四捨五入されることにより、ｚ２−ｚ１が整数化される。 
【０１２３】
この変更例によれば、ディストーション補正関数群Ｆｕに基づく演算処理が必要になるものの、ディストーション補正パターンＰａを保持する必要が無いため、メモリ２５に保持するデータの容量を削減することができる。
【０１２４】
なお、図１２（ａ）、（ｂ）の構成例は、請求項８の構成の一例である。
【０１２５】
また、上記実施の形態では、セグメント領域の探索位置を、ディストーション補正パターンＰａに従って、Ｙ軸方向に変位させたが、実像画像の各画素の画素値を、ディストーション補正パターンＰａに従って、Ｙ軸方向に変位させても良い。
【０１２６】
図１３は、この場合の探索動作を説明する図である。図１３（ａ）、（ｂ）には、比較例として、図１１（ａ）、（ｂ）がそのまま図示されている。なお、図１３（ｃ）、（ｄ）に記載の補正処理は、請求項３に記載の処理の一例である。
【０１２７】
この場合、セグメント領域ＳｒをＸ軸方向に平行な探索領域Ｒｔに沿って移動させても、適正なマッチングが得られない。そこで、実像画像の各画素の画素値のうち、探索領域Ｒｔ近傍の画素値を、ディストーション補正パターンＰａに従って、Ｙ軸方向に変位させる。これにより、図１３（ｃ）に示すように、セグメント領域Ｓｒに対応する領域Ｃｔ０の各画素の画素値が、比較領域Ｃｔ０’内の各画素の位置に移動する。その結果、図１３（ｄ）のように、セグメント領域ＳｒをＸ軸に平行に移動させて探索を行うことで、セグメント領域Ｓｒの各画素と比較領域Ｃｔ０’の各画素とがマッチングするようになる。このように、探索位置を調整する方法に代えて、実像画像の各画素の画素値を、ディストーション補正パターンＰａに従って、Ｙ軸方向に変位させることによっても、上記実施の形態と同様の効果が奏され得る。
【０１２８】
また、上記実施の形態では、隣り合うセグメント領域が互いに重なるように、セグメント領域が設定されたが、左右に隣り合うセグメント領域が、互いに重ならないように、セグメント領域が設定されても良く、また、上下に隣り合うセグメント領域が、互いに重ならないように、セグメント領域が設定されても良い。また、上下左右に隣り合うセグメント領域のずれ量は、１画素に限られるものではなく、ずれ量が他の画素数に設定されても良い。また、上記実施の形態では、セグメント領域の大きさが横１５画素×縦１５画素に設定されたが、検出精度に応じて、任意に設定可能である。さらに、上記実施の形態では、セグメント領域は、正方形状に設定されたが、長方形であっても良い。
【０１２９】
また、上記実施の形態では、セグメント領域と比較領域のマッチング率を算出する前に、セグメント領域と比較領域に含まれる画素の画素値を２値化したが、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０によって得られた画素値をそのまま用いて、マッチングしても良い。また、上記実施の形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０によって得られた画素値をそのまま２値化したが、画素値について、所定の画素の重みづけ処理、および背景光の除去処理、等の補正処理を行った後に、２値化、もしくは多値化しても良い。
【０１３０】
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、メモリ２５に記憶されたが、物体の輪郭抽出を主目的とするような場合は、三角測量法を用いた距離を演算せずに、セグメント領域の変位量（画素ずれ量）が距離情報として取得されても良い。
【０１３１】
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を省略することができる。また、アパーチャ２１０の配置位置は、何れか２つの撮像レンズの間であっても良い。
【０１３２】
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。また、情報取得装置１と情報処理装置２は一体化されても良いし、情報取得装置１と情報処理装置２がテレビやゲーム機、パーソナルコンピュータと一体化されても良い。
【０１３３】
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】
【０１３４】
１  …  情報取得装置
２１  …  ＣＰＵ（距離取得部）
２１ｂ  …  距離取得部
２３  …  撮像信号処理回路（距離取得部）
２５  …  メモリ（記憶部）
１００  …  投射光学系
１１０  …  レーザ光源
２００  …  受光光学系
２２０  …  撮像レンズ
２４０  …  ＣＭＯＳイメージセンサ（イメージセンサ）
Ｓ１〜Ｓｎ  …  セグメント領域（参照領域）
Ｐａ  …  ディストーション補正パターン（テーブル）
【図１】
2013234887.tif 000005
【図２】
2013234887.tif 000006
【図３】
2013234887.tif 000007
【図４】
2013234887.tif 000008
【図５】
2013234887.tif 000009
【図６】
2013234887.tif 000010
【図７】
2013234887.tif 000011
【図８】
2013234887.tif 000012
【図９】
2013234887.tif 000013
【図１０】
2013234887.tif 000014
【図１１】
2013234887.tif 000015
【図１２】
2013234887.tif 000016
【図１３】
2013234887.tif 000017