(57)【要約】      （修正有）【課題】光飛行時間測距法を用いる場合における距離の検出精度を向上させた距離計測装置を提供する。【解決手段】距離計測装置１は、対象体へ変調光を照射する光源１０と、変調光による対象体（人間）２からの反射光を検出するセンサと、変調光とセンサによって検出される反射光との位相差に基づいて対象体と所定位置との間の距離を検出する距離検出部１５と、センサによって検出される反射光に基づいて対象体の相対的な大きさを検出する対象体検出部１６と、対象体の相対的な大きさが所定の基準値よりも小さいときに、距離検出部によって検出された距離を補正する距離補正部１７を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象体へ変調光を照射する光源と、
前記変調光による前記対象体からの反射光を検出するセンサと、
前記変調光と前記センサによって検出される前記反射光との位相差に基づいて前記対象体と所定位置との間の距離を検出する距離検出部と、
前記センサによって検出される前記反射光に基づいて前記対象体の相対的な大きさを検出する対象体検出部と、
前記対象体の相対的な大きさが所定の基準値よりも小さいときに、前記距離検出部によって検出された前記距離を補正する距離補正部と、
を含む、距離計測装置。
【請求項２】
前記距離補正部は、前記反射光の光強度が所定の閾値より小さく、かつ前記対象体の相対的な大きさが所定の基準値よりも小さいときに、前記距離を補正する、
請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項３】
前記距離補正部は、光速の値と前記変調光の変調周波数に基づいて得られる補正値を前記距離に加えることによって前記距離を補正する、
請求項１又は２に記載の距離計測装置。
【請求項４】
前記センサは、複数の画素を含んだ画像として前記反射光を検出しており、
前記対象体検出部は、前記画像における前記対象体に相当する領域の画素数に基づいて当該対象体の相対的な大きさを検出する、
請求項１〜３の何れか１項に記載の距離計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の距離計測装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光飛行時間測距法を用いた距離計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定位置における対象体との距離を測定する技術の１つとして光飛行時間測距法が知られている（例えば、特開２０１１−１２２９１３号公報参照）。この光飛行時間測距法では、所定位置から変調光を対象体に照射してその反射光を検出し、変調光と反射光の位相差を求めることによって対象体との相対的な距離が計測される。
【０００３】
ところで、光飛行時間測距法を用いた距離計測においては、対象体との距離が比較的遠いときに距離の誤検出を生じる場合がある。このような誤検出は、対象体との距離が遠いことにより反射光の遅延が大きくなり、変調光と反射光の位相差が変調光の１周期を超えた場合に生じ得る。例えば、変調光と反射光の位相差が１．２周期であったとしても、検出側では位相差が０．２周期の場合と１．２周期の場合を判別することが困難であり、両者を同じ位相差であると判定してしまうからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２２９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、光飛行時間測距法を用いる場合における距離の検出精度を向上させる技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一態様の距離計測装置は、（ａ）対象体へ変調光を照射する光源と、（ｂ）前記変調光による前記対象体からの反射光を検出するセンサと、（ｃ）前記変調光と前記センサによって検出される前記反射光との位相差に基づいて前記対象体と所定位置との間の距離を検出する距離検出部と、（ｄ）前記センサによって検出される前記反射光に基づいて前記対象体の相対的な大きさを検出する対象体検出部と、（ｅ）前記対象体の相対的な大きさが所定の基準値よりも小さいときに、前記距離検出部によって検出された前記距離を補正する距離補正部とを含む、距離計測装置である。
【０００７】
上記構成によれば、光飛行時間測距法を用いる場合における位相差の繰り返し問題を解消して、対象体との相対的な距離の検出精度を向上させることが可能となる。
【０００８】
上記の距離計測装置において、前記距離補正部は、前記反射光の光強度が所定の閾値より小さく、かつ前記対象体の相対的な大きさが所定の基準値よりも小さいときに、前記距離を補正する、ことも好ましい。
【０００９】
上記の距離計測装置において、前記距離補正部は、光速の値と前記変調光の変調周波数に基づいて得られる補正値を前記距離に加えることによって前記距離を補正する、ことも好ましい。
【００１０】
上記の距離計測装置において、前記センサは、複数の画素を含んだ画像として前記反射光を検出しており、前記対象体検出部は、前記画像における前記対象体に相当する領域の画素数に基づいて当該対象体の相対的な大きさを検出する、ことも好ましい。
【００１１】
本発明に係る一態様の電子機器は、上記した距離計測装置を備える電子機器である。ここでいう「電子機器」とは、対象体の相対的な距離の検出結果に基づいて何らかの制御が実行されるものであり、例えば、ある場所を通過する対象体（人間等）の数を計測する人流カウンタや、ある場所への対象体（人間等）の進入や接近などを検知するセキュリティシステムなどが挙げられる。
【００１２】
上記構成によれば、対象体との相対的な距離を用いて制御を行う電子機器における距離の検出精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、一実施形態の距離計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、距離計測の原理について説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）は、相対的に遠い位置にいる人間の検出結果を概念的に示した図であり、図３（Ｂ）は、相対的に近い位置にいる人間の検出結果を概念的に示した図である。
【図４】図４は、距離計測装置の動作について示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、一実施形態の距離計測装置の構成を示すブロック図である。図示の距離計測装置１は、例えば種々の電子機器（例えば、人流カウンタ、セキュリティシステム等）に組み込まれて、対象体としての人間２を検出してその相対的な距離（位置）を検出するために用いられるものであり、光源１０、受光部（センサ）１１および制御部１４を含んで構成されている。
【００１６】
光源１０は、対象体としての人間２に対して変調光を照射する。この光源１０から放出される変調光は、例えば正弦波や矩形波等で高速に変調された光（赤外光、可視光等）である。光源１０としては、例えばＬＥＤ等の高速変調が可能な発光素子を用いることができる。
【００１７】
受光部１１は、光源１０によって人間２に照射された変調光による反射光を検出するものであり、光電変換部１２と、電荷蓄積部１３を有する。光電変換部１２は、複数の光電変換素子を有しており、各光電変換素子に入射する光の光量を電荷量に変換する。各光電変換素子は、例えば、二方向に沿ったマトリクス状に配列されている。電荷蓄積部１３は、光電変換部１２の各光電変換素子により得られた電荷を蓄積する。
【００１８】
制御部１４は、光源１０と受光部１１の動作を制御するとともに、所定位置（例えば、距離計測装置１の設置位置）と人間２との間の相対的な距離を計測するための情報処理を行うものであり、機能ブロックとしての距離検出部１５、対象体検出部１６、距離補正部１７、距離画像生成部１８を有する。この制御部１４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムにおいて所定の動作プログラムを実行することによって実現される。
【００１９】
距離検出部１５は、光源１０から放出される変調光と、受光部１１によって検出される反射光との位相差に基づいて、人間２と所定位置（例えば、距離計測装置１の設置位置）との間の距離を検出する。位相差に基づく距離の算出には光飛行時間測距法が用いられる。
【００２０】
対象体検出部１６は、受光部１１によって得られる複数の光電変換素子のそれぞれにおける反射光強度の配列、すなわち画像に基づいて所定の画像処理（パターンマッチング処理）を行うことによって、対象体である人間２の相対的な大きさを検出する。本実施形態では、人間２の相対的な大きさは、画像内における人間２に相当する領域の画素数に基づいて検出される。
【００２１】
距離補正部１７は、対象体検出部１６によって検出される人間２の相対的な大きさが所定の基準値よりも小さいときに、距離検出部１５によって検出された距離を補正する。本実施形態では、距離補正部１７は、受光部１１によって検出される反射光の光強度が所定の閾値より小さいか否をさらに判定しており、反射光の光強度が閾値より小さく、かつ人間２の相対的な大きさが所定の基準値よりも小さいときに距離の補正を行う。
【００２２】
距離画像生成部１８は、受光部１１の各電荷蓄積部１３に蓄積される電荷の量に所定の演算を施すことによって各画素ごとの距離値を算出して、それらの距離値を表す画像である距離画像を生成する。ここでいう距離画像とは、例えば、各距離値の大小に応じて異なる色が割り当てられた画像である。この距離画像が図示しない表示装置に出力されることにより、ユーザが視覚的に認識できる距離画像の表示が行われる。なお、距離値の算出方法については、例えば上記した特開２０１１−１２２９１３号公報に開示される方法を用いることができ、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２３】
図２は、距離計測の原理について説明するための図である。図２では、受光部１１と対象体Ｐの位置関係が平面図で示されている。光源１０からの照射光による対象体Ｐからの反射光の光強度は、対象体Ｐとの間の距離に応じて変化するものであり、具体的には、距離が２倍になると反射光の光強度は１／４（１／２２）になる。図示のように、対象体Ｐが受光部１１に対して相対的に近い位置にある場合の距離をＬ１、遠い位置にある場合の距離をＬ２とする。この場合、例えばＬ１＝１メートルのときの反射光の光強度に比べ、Ｌ２＝１６メートルの時の反射光の光強度は１／６５５３６倍と非常に小さくなる。ここで、反射光の光強度については、例えば、変調光の１周期を４等分した各期間に蓄積される電荷量をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とすれば以下の式で求めることができる。
【数１】
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【００２４】
したがって、受光部１１によって検出される反射光の光強度を予め設定した閾値と比較することで、対象体Ｐの遠近を判定することができる。ただし、対象体Ｐの光反射率が著しく低い場合には、対象体Ｐの距離が比較的小さい場合であっても反射光の光強度が低下するため、対象体Ｐが遠方にいると誤判定する可能性がある。
【００２５】
また、例えば変調周波数が１５ＭＨｚであるとすると、１０メートル毎に位相差が見かけ上同じになる問題（繰り返し問題）が発生する。例えば、図２においてＬ１＝１メートル、Ｌ２＝１１メートルのときには、変調光と反射光の位相差として検出される値が等しくなり、両者を識別することが困難となる。このため、本実施形態では、次に説明するように、対象体Ｐの相対的な大きさを画像処理によって検出してその結果を用いる。
【００２６】
図２において、受光部１１の画角θ（例えば９０°）の範囲に含まれる水平方向の画素数が例えば２００画素であるとする。また、対象体Ｐとして人間を検出するものとする。図３（Ａ）は、相対的に遠い位置にいる人間の検出結果を概念的に示した図であり、図３（Ｂ）は、相対的に近い位置にいる人間の検出結果を概念的に示した図である。例えば、Ｌ２＝１１メートルの位置に存在する対象体Ｐの幅Ｘ１が５画素分であったとすると、Ｌ１＝１メートルの位置に存在する対象体Ｐの幅Ｘ２は５５画素分となる。あるいは、仮にＬ２＝１１メートルの位置に存在する対象体Ｐの幅Ｘ１が１０画素分であったとすると、Ｌ１＝１メートルの位置に存在する対象体Ｐの幅Ｘ２は１１０画素分となる。対象体Ｐの垂直方向の高さＹ１、Ｙ２についても同様である。なお、現在の画像処理技術を考慮すると、パターンマッチング処理によって対象体Ｐとしての人間を検出するには、少なくとも幅方向で５画素、高さ方向で１０画素が必要と考えられる。
【００２７】
上記のように対象体Ｐとしての人間が検出される場合に、その相対的な大きさは、対象体Ｐに相当する領域の画素数に基づいて検出することができる。具体的には、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示した幅Ｘ１、Ｘ２や高さＹ１、Ｙ２のいずれか一方の画素数で対象体Ｐの相対的大きさを検出してもよいし、これらの幅、高さによって画定される領域内に含まれる画素数をもとにして対象体Ｐの相対的大きさを検出してもよい。
【００２８】
次に、距離計測装置１の動作について詳細に説明する。図４は、距離計測装置１の動作について示すフローチャートである。
【００２９】
距離検出部１５は、光源１０からの変調光とそれによる反射光とに基づいて人間２の相対的距離を検出する（ステップＳ１１）。
【００３０】
また、距離補正部１７は、受光部１１によって検出された反射光の光強度を取得し（ステップＳ１２）、この光強度が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００３１】
光強度が閾値を超えている場合には（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、距離補正部１７による距離の補正は行われず、距離検出部１５において検出された距離が外部装置等へ出力される（ステップＳ１４）。これは、人間２の位置が比較的近距離であり、かつ衣服の反射率も高いため、位相差の繰り返し問題が発生することなく、必要十分な精度で距離を検出できるためである。
【００３２】
他方、光強度が閾値以下である場合には（ステップＳ１３；ＮＯ）、距離補正部１７は、対象体検出部１６によって検出された人間２の画像サイズ（画素数）が所定の規定値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【００３３】
ここで、規定値については、位相差の繰り返し問題が生じる距離に対応する画素サイズに基づいて設定すればよい。上記した例の変調周波数が１５ＭＨｚの場合であれば、距離Ｌ１と距離Ｌ２の差が１０［ｍ］のときに位相差が等しくなるので、例えば、Ｌ２＝１１［ｍ］のときの人間２の画素サイズ（例えば幅５画素分）を超えているときは、位相差の繰り返し問題が発生しない程度の近距離に人間２がいると考えられ、距離の補正は必要ないと判断できる。他方で、上記した画素サイズ以下の場合には、位相差が等しくなる条件であると考えられるので、距離の補正が必要と判断できる。なお、距離Ｌ１と距離Ｌ２の差が２０［ｍ］、３０［ｍ］・・・の場合には、もはやパターンマッチング処理によっては人間２を検出困難であるので、本実施形態ではそのような状況は考慮していない。
【００３４】
人間２の画素サイズが規定値を超えている場合には（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、距離補正部１７による距離の補正は行われず、距離検出部１５において検出された距離が外部装置等へ出力される（ステップＳ１４）。これは、画素サイズが比較的大きいことから人間２の位置が近距離であり、反射光の光強度が低いのは単に衣服の反射率が低いことによると考えられ、位相差の繰り返し問題が発生する状況ではないと判断できるからである。
【００３５】
人間２の画素サイズが規定値以下の場合には（ステップＳ１５；ＮＯ）、距離補正部１７は、距離検出部１５において検出された距離を補正して外部装置等へ出力する（ステップＳ１６）。例えば、距離検出部１５において検出された距離に対して、光速／（変調周波数×２）の値を加えることにより距離の補正が行われる。ここでいう「光速」とは真空中における光の速度であり、具体的には２９９７９２４５８[ｍ／ｓ]である。変調周波数が１５ＭＨｚであれば、距離検出部１５において検出された距離に対して、補正値として約９．９９［ｍ］が加算される。
【００３６】
以上のような実施形態によれば、光飛行時間測距法を用いる場合における位相差の繰り返し問題を解消して、対象体との相対的な距離の検出精度を向上させることが可能となる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態において示した数値条件等は一例であり、それらに限定されるものではない。また、距離の検出対象となる対象体は人間にのみ限定されない。
【符号の説明】
【００３８】
１：距離計測装置
１０：光源
１１：受光部（センサ）
１２：光電変換部
１３：電荷蓄積部
１４：制御部
１５：距離検出部
１６：対象体検出部
１７：距離補正部
１８：距離画像生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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