(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの隣接するフィールド周期の各光強度が、一方のフィールド周期では徐々に強くなり、他方のフィールド周期では徐々に弱くなるように、被写体に投射する光を光強度変調する光源手段と、
前記光源手段から投射された光を１フィールドごとに所定方向に掃引する掃引手段と、
前記被写体からの反射光から時間的に隣接する第１のフィールドの画像と第２のフィールドの画像と第３のフィールドの画像とを撮像するカメラ信号処理手段と、
前記第１のフィールドの画像の輝度値と第２のフィールドの画像の輝度値との比から算出される前記被写体への入射角に基づく、前記被写体の第１の３次元位置情報と、前記第２のフィールドの画像の輝度値と第３のフィールドの画像の輝度値との比から算出される前記被写体への入射角に基づく、前記被写体の第２の３次元位置情報と、を測定する距離計算手段と、
を具備することを特徴とするレンジファインダ装置。
【請求項２】
前記距離計算手段は、現フィールドがＥｖｅｎフィールドかＯｄｄフィールドかにより、３次元位置情報の測定方法を切り替える切替え手段を具備することを特徴とする請求項１記載のレンジファインダ装置。
【請求項３】
前記距離計算手段は、時間的に隣接する前３次元位置情報、現３次元位置情報、次３次元位置情報を保持するメモリと、前記３つの３次元位置情報をメディアン処理するメディアンフィルタと、を具備し、前３次元位置情報、現３次元位置情報、次３次元位置情報のメディアン値を現３次元位置情報の値として計算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンジファインダ装置。
【請求項４】
前記距離計算手段は、時間的に隣接する前３次元位置情報、現３次元位置情報、次３次元位置情報を保持するメモリと、前記３つの３次元位置情報の時間変化を検出する減算器と、前記時間変化がしきい値以下のときは現３次元位置情報を出力し、前記時間変化がしきい値以上のときは次３次元位置情報を出力する遅延選択回路と、を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンジファインダ装置。
【請求項５】
前記掃引手段は、回転ミラーと、前記回転ミラーの角速度を制御する角速度可変回転制御部とを具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のレンジファインダ装置。
【請求項６】
前記掃引手段は、曲面形状の回転ミラーと、前記回転ミラーを一定角速度で回転させる回転制御部とを具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のレンジファインダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の３次元情報を測定するレンジファインダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレンジファインダ装置は、例えば、図１６に示すようなものがある。
【０００３】
以下に、図１６を参照しながら、従来のレンジファインダ装置の構成を説明する。
【０００４】
図１６において、光源１００１の前面に光学フィルタ１００２が配置され、光学フィルタ１００２の出射側にスリット１００３が配置されている。
【０００５】
スリット１００３にて生成した縦方向のスリット光は回転ミラー１００４を介して被写体ＯＢへ照射される。光源１００１は光源コントローラ１００５から制御され、スリット１００３はスリット制御部１００６から制御される。また、回転ミラー１００４は回転制御部１００７から制御される。
【０００６】
一方、被写体ＯＢからの反射光をレンズ１００８で受光しハーフミラー１００９に入射して分岐する。ハーフミラー１００９の透過側の光軸上に光学フィルタ１０１０、撮像素子１０１１を配置している。また、ハーフミラー１００９の反射側の光軸上に撮像素子１０１２が配置されている。
【０００７】
撮像素子１０１１の映像出力端子に画像処理部１０１３を接続しており、画像処理部１０１３にメモリ１０１４を敷設している。また、距離計算部１０１５、光源コントローラ１００５、スリット制御部１００６，回転制御部１００７を制御部１０１６が制御している。
【０００８】
以上のように構成された従来のレンジファインダ装置の動作について詳細に説明する。
【０００９】
光源１００１から発した光は光学フィルタ１００２を通過し、ある赤外波長特性を持った光となり、スリット１００３によって縦方向のスリット光となる。これを回転ミラー１００４によって横方向に掃引して被写体ＯＢにスリット光を投射する。なお、光源にレーザーを用いる場合、レーザー光の波長はレーザー固有の波長に集中するため、光学フィルタ１００２の無い構成にできる。
【００１０】
回転ミラー１００４によるスリット光の掃引は、１フィールドで横方向に一回行われる。撮像素子による撮像がノンインターレースの場合には１フレームで横方向に一回行われる。このとき、光源コントローラ１００５は、第１回の掃引においては光強度をだんだん強くし、第２回の掃引においては光強度をだんだん弱くするように光源１００１の光強度が制御される。
【００１１】
このようにして作成された光を被写体ＯＢに照射し、その反射光を撮像素子１０１１によってとらえる。この場合、露出はシャッター動作のない状態とし、各フィールド（フレーム）において走査された光の反射光を撮像素子に蓄積して撮像した画像を画像処理部１０１３に転送する。
【００１２】
画像処理部１０１３は、第１のフィールド部分で撮像された画像をメモリ１０１４に蓄積し、これと第２のフィールドの部分で蓄積された画像とを同時化し、各画像の同じ座標での輝度値を参照する。
【００１３】
１回目の掃引による画像の輝度値と２回目の掃引による画像の輝度値の組み合わせによって、特定の角度θが決定される。すなわち、２フィールド（フレーム）で１つの距離画像を得ることができる。
【００１４】
例えば、時刻ｔ１のｘ座標とｔ２での画像のｘ座標が等しいとすると、その輝度（画像信号の大きさ）を測定しＬ１、Ｌ２となった場合、Ｌ１／Ｌ２の値を計算して角度θを特定する。
【００１５】
一方、撮像素子の各画素位置とレンズ１００８の中心とがなす視線と、レンズ１００８の光軸とにより決定される視線角度φは、それぞれの画素位置に一対一に対応した既知の値である。又、レンズ１００８の中心と回転ミラー１００４の回転中心との距離Ｄも既知である。
【００１６】
距離計算部１０１５は、各画素毎に、三角測量の原理により画面全体の距離情報を得、距離画像として出力する。
【００１７】
また、テクスチャ画像は撮像素子１０１２によって撮像され、カラーカメラ信号処理部１０１７によって画像信号となり、テクスチャ画像として出力される。この時、１つの距離画像に対して２つのテクスチャ画像を得ることになる。これは、フレームが２フィールドで構成されているためであって、テクスチャ画像はフレームで構成されているからである。２つのテクスチャ画像は、どちらか一方か、それぞれの画素での平均値を計算して出力される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレンジファインダ装置の構成では、それぞれ以下のような課題があった。
【００１９】
従来の構成では、距離画像はフレーム周期毎にフィールド画像として得られるため、距離画像の画素数はフレーム全体に含まれる画素数の半分しか得られない。いいかえれば、テクスチャ画像のフィールド数（又はフレーム数）の半分の距離画像しか得られないという課題があった。
【００２０】
また、従来の構成では、動く被写体の距離を計測すると、フィールド間（もしくはフレーム間）の被写体の動きにより測定誤差が生じるという課題があった。
【００２１】
また、従来の構成では、光源にレーザーを用いた場合、レーザー光の強度変調時に発振モードが変化し、これにより、発振波長が変化し、その結果、撮像される光強度が不安定になることがあるという課題があった。
【００２２】
また、従来の構成では、光源の強度を変調するため、光源の出力が最大となる状態で計測空間を走査することができず、光の利用効率が低下するという課題があった。
【００２３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、各フィールド周期毎に被写体の３次元位置情報を距離画像として測定できるとともに、フィールド間の被写体の動きに起因する距離測定誤差を低減した距離測定を行えるようにすることを目的とする。
【００２４】
また本発明は、回転ミラーの角速度制御により光強度変調を行い、光源にレーザーを用いた場合に、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けずに距離測定を行えるようにするとともに、光の利用効率を改善した距離測定を行えるようにすることを目的とする。
【００２５】
また本発明は、回転ミラーの形状を曲面とし、回転ミラーを一定角速度で回転させることにより光強度変調と被写体への光掃引を同時に行う。これにより、光源にレーザーを用いた場合に、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けずに距離測定を行えるようにするとともに、光の利用効率を改善した距離測定を行えるようにすることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる装置は、フィールド周期毎に異なる光強度変調をかけた光を被写体に投光する光源手段と、被写体からの反射光から時間的に隣接する２つのフィールドの画像を撮像するカメラ信号処理手段と、フィールド周期毎に被写体の３次元位置情報を測定する距離計算手段と、を具備することにより、フィールド周期毎に３次元位置情報を測定できる。
【００２７】
このため、テクスチャ画像の画素数と同数の画素数を持つ３次元位置情報（距離画像）を作成できる。
【００２８】
また、本発明にかかる装置は、時間的に隣接する３フィールド分の距離画像を保持するフィールドメモリと、各画素について時間方向のメディアン処理を行う時間メディアンフィルタを具備し、現フィールドの各画素における距離画像の値を前フィールド、現フィールド、次フィールドの距離画像のメディアン値として計算することにより、フィールド間の被写体の動きに起因する距離測定誤差を低減することができる。
【００２９】
また、本発明にかかる装置は、時間的に隣接する３フィールド分の距離画像を保持するフィールドメモリと、距離値の時間変化を検出する減算器と、距離値の時間変化がしきい値以上の時は次フィールドの同一座標値における距離値を出力し、逆に距離値の時間変化がしきい値以下の時は現フィールドの距離値を出力する遅延選択回路を具備し、フィールド間の被写体の動きに起因する距離測定誤差を低減することができる。
【００３０】
また、本発明にかかる装置は、回転ミラーの角速度をフィールド期間内で変化させることにより光強度を変調し、光源にレーザーを用いた場合に、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けず、また、高い光利用効率の距離測定を行うことができる。
【００３１】
また本発明にかかる装置は、回転ミラーの形状を曲面とし、回転ミラーの一定角速度の回転により光強度変調と被写体への光掃引を同時に行い、光源にレーザーを用いた場合に、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けずに距離測定を行えるようにするとともに、光の利用効率を改善した距離測定を行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様にかかるレンジファインダ装置は、フィールド周期毎に異なる光強度変調をかけた光を被写体に投光する光源手段と、被写体からの反射光から時間的に隣接する２つのフィールドの画像を撮像するカメラ信号処理手段と、フィールド周期毎に前記被写体の３次元位置情報を測定する距離計算手段と、を具備する。
【００３３】
このように、構成することで、フィールド周期毎に３次元位置情報を測定できる。このため、テクスチャ画像の画素数と同数の画素数を持つ３次元位置情報（距離画像）を作成できる。
【００３４】
本発明の第２の態様は、第１の態様にかかるレンジファインダ装置において、前記距離計算手段は、現フィールドの画像がＥｖｅｎフィールドかｏｄｄフィールドかにより、３次元位置情報の測定方法を切り替える切替え手段を具備する。
【００３５】
このような構成にすることにより、フィールド周期毎に３次元位置情報を測定しても、正確に３次元位置情報を測定できる。
【００３６】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様にかかるレンジファインダ装置において、距離計算手段は、時間的に隣接する３つのフィールド分の３次元位置情報を保持するフィールドメモリと、各画素について時間方向のメディアン処理を行う時間メディアンフィルタと、を具備し、現フィールドの各画素における３次元位置情報の値を前フィールド、現フィールド、次フィールドの３次元位置情報のメディアン値として計算する。
【００３７】
このように、各画素の３次元位置情報について時間方向にメディアン処理をすることにより、被写体の動きに起因する３次元位置情報の測定誤差を低減できる。
【００３８】
本発明の第４の態様は、第１の態様または第２の態様にかかるレンジファインダ装置において、距離計算手段は、時間的に隣接する３つのフィールド分の３次元位置情報を保持するフィールドメモリと、３次元位置情報の時間変化を検出する減算器と、３次元位置情報の時間変化がしきい値以上の時は次フィールドの同一座標値における３次元位置情報を出力し、逆に３次元位置情報の時間変化がしきい値以下の時は現フィールドの３次元位置情報を出力する遅延選択回路と、を具備する。
【００３９】
このように構成することで、フィールド間の被写体の動きに起因する３次元位置情報の測定誤差を低減できる。
【００４０】
本発明の第５の態様は、第１の態様から第４の態様のいずれかにかかるレンジファインダ装置において、被写体に対して光の掃引を行う回転ミラーと、回転ミラーの角速度を制御することにより光強度変調を行う角速度可変回転制御部とを具備する。
【００４１】
このように構成することで、光源にレーザーを用いた場合にも、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けない。また、この構成により、高い光利用効率の距離測定を行うことができる。
【００４２】
本発明の第６の様態は、第１の態様から第４の態様のいずれかにかかるレンジファインダ装置において、被写体に対して光の掃引を行う曲面回転ミラーと、曲面回転ミラーの角速度を一定角速度に制御することにより光強度変調を行う回転制御部とを具備する。
【００４３】
このように構成することで、光源にレーザーを用いた場合にも、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けない。また、この構成により、高い光利用効率の距離測定を行うことができる。
【００４４】
以下に、本発明の一実施の形態にかかるレンジファインダ装置を、図面を用いて詳細に説明する。
【００４５】
図１は、本発明の一実施の形態におけるレンジファインダ装置の構成図である。同図を参照しながら以下に上記実施の形態の構成を述べる。
【００４６】
光源１０１の前面に光学フィルタ１０２が配置され、光学フィルタ１０２の出射側にスリット１０３が配置されている。
【００４７】
スリット１０３にて生成した縦方向のスリット光は回転ミラー１０４を介して被写体ＯＢへ照射される。光源１０１は光源コントローラ１０５から制御され、スリット１０３はスリット制御部１０６から制御される。また、回転ミラー１０４は回転制御部１０７から制御される。
【００４８】
一方、被写体ＯＢからの反射光をレンズ１０８で受光しハーフミラー１０９に入射して分岐する。ハーフミラー１０９の透過側の光軸上に光学フィルタ１１０、撮像素子（以下、ＣＣＤという）１１１を配置している。また、ハーフミラー１０９の反射側の光軸上に撮像素子１１２が配置されている。
【００４９】
ＣＣＤ１１１の映像出力端子に、ＣＣＤ１１１の出力信号に対して通常のビデオ信号処理を行う赤外カメラ信号処理部１１３を接続している。
【００５０】
また、時間的に隣接する２フィールドの赤外画像から１フィールドの距離画像を計算する距離計算部１１４、光源コントローラ１０５、スリット制御部１０６，回転制御部１０７を制御部１１５が制御している。
【００５１】
カラーカメラ信号処理部１１６は、撮像素子１１２によって撮像された画像を画像信号とし、テクスチャ画像として出力する。画像切り出し部１１７は、距離を用いたテクスチャ画像の切り出しを行う。
【００５２】
以上のように構成された本発明の第１の実施の形態におけるレンジファインダ装置の動作について詳細に説明する。
【００５３】
光源１０１から発した光は光学フィルタ１０２を通過し、ある赤外波長特性を持った光となり、スリット１０３によって縦方向のスリット光となる。これを回転ミラー１０４によって横方向に掃引して被写体ＯＢにスリット光を投射する。
【００５４】
回転ミラー１０４によるスリット光の掃引は、図２（ａ）に示すように、１フィールドで横方向に一回行われる。撮像素子による撮像がノンインターレースの場合には１フレームで横方向に一回行われる。
【００５５】
この時、図２（ｂ）に示すように、光源コントローラ１０５によって第１回の掃引においては光強度をだんだん強くし、第２回の掃引においては光強度をだんだん弱くするように光源１０１の光強度が制御される。
【００５６】
このようにして作成された光を被写体ＯＢに照射し、その反射光をＣＣＤ１１１によってとらえる。この場合、露出はシャッター動作のない状態とし、各フィールド（フレーム）において走査された光の反射光を撮像素子に蓄積して撮像した画像を赤外カメラ信号処理部１１３に転送する。
【００５７】
また、テクスチャ画像は撮像素子１１２によって撮像され、カラーカメラ信号処理部１１６によって画像信号となり、テクスチャ画像として出力される。
【００５８】
ここで本実施の形態の特徴である赤外カメラ信号処理部１１３および距離計算部１１４について詳細に説明する。
【００５９】
赤外カメラ信号処理部１１３は、ＣＣＤ１１１の出力信号に対して通常のビデオ信号処理を行う。
【００６０】
距離計算部１１４は、時間的に隣接する２つのフィールドの赤外画像から１フィールドの距離画像を計算する。
【００６１】
図３は、上記実施の形態にかかる距離計算部の構成を示すブロック図である。
【００６２】
３０１はＡ／Ｄ変換器、３０２は前フィールド（現在のフィールド（以下、現フィールドという）の１フィールド前のフィールド）を保持するフィールドメモリ。
【００６３】
３０３は、前フィールドのライン間補間を行うライン間補間器。３０４は、前フィールドと現フィールドのどちらがＥｖｅｎフィールドかにより、輝度比演算への分母、分子への入力をフィールド周期で切り替えるスイッチ。
【００６４】
３０５は輝度比計算回路、３０６は距離変換回路である。３０７は距離画像に対して空間的にメディアン処理を行う空間メディアン処理部である。
【００６５】
３０８は、距離画像に対して時間的にメディアン処理を行う時間メディアン処理部である。
【００６６】
ここで、上記形態にかかる距離計算部の動作について図面を用いて以下に説明する。
【００６７】
Ａ／Ｄ変換器３０１は、赤外画像をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換された画像はフィールドメモリ３０２に保持される。現フィールド処理時に、フィールドメモリ３０２に保持された前フィールドのデータは、ライン間補間器３０３によってライン間補間される。これは、現フィールドと前フィールドの撮像位置の違い（インターレースによる１ライン分の違い）を補正するためのものである。
【００６８】
ＳＷ３０４は、現フィールドと前フィールドのどちらがＥｖｅｎフィールドで、どちらがＯｄｄフィールドかによって、輝度比演算回路３０５への分母、分子への入力をフィールド周期で切り替える。この切り替え動作により、輝度比演算回路３０５は、現フィールドがＥｖｅｎフィールドかＯｄｄフィールドかによらず、光強度比の計算を正しく行える。
【００６９】
また、このようにＳＷ３０４を有することにより、フィールド周期毎に各画素の光強度比の計算を行えるため、フィールド周期毎に特定の角度θ（図２（ｃ）の関数から）が決定される。よって、後述する処理手順で距離画像をフィールド周期毎に作成できる。このように、フィールド周期毎に距離画像が作成できるため、フレーム画素数と同画素数を有する距離画像データが作成できる。
【００７０】
例えば、時刻ｔ１のｘ座標と時刻ｔ１に連続する時刻ｔ２での画像のｘ座標が等しいとすると、その輝度（画像信号の大きさ）を測定しＬ１、Ｌ２となった場合、Ｌ１／Ｌ２の値を計算して図２（ｃ）により、角度θを特定する。
【００７１】
この時、Ｌ１／Ｌ２の比の値は、強度は異なるが同じ光源に対する被写体の反射光を捕らえているので被写体の表面にテクスチャ模様（色分布）が存在していてもこれに依存しない。これによって高精度な角度θの推定が行える。
【００７２】
一方、撮像素子の各画素位置とレンズ１０８の中心とがなす視線と、レンズ１０８の光軸とにより決定される視線角度φ（図１参照）は、それぞれの画素位置に一対一に対応した既知の値である。又、レンズ１０８の中心と回転ミラー１０４の回転中心との距離Ｄ（図１参照）も既知である。
【００７３】
距離変換回路３０６は、各画素毎に、三角測量の原理により、これら投射角度θ、視線角度φ及び距離Ｄを（数１）に代入して、上記画素に対応する被写体ＯＢ上の各点と、基線（レンズ１０８の中心と回転ミラー１０４の回転中心を結ぶ線分）との距離Ｚを算出し、画面全体の距離上を得、距離画像として出力する。
【数１】
0004317300.tif 000002
空間メディアン処理部３０７は、同一距離画像中の各画素における距離値を、近傍画素での距離値のメディアン値に置き換え、距離測定値の精度を改善する。
【００７４】
時間メディアン処理部３０８は、距離画像中の各画素の時間方向の変化に対してメディアン処理を行う。時間メディアン処理により、被写体の動きに起因する距離測定誤差を低減できる。
【００７５】
図４は、被写体の動きにより生じる距離測定誤差を説明するための図である。図４（ａ）は、フィールド間での被写体の動きを説明するための図、図４（ｂ）は、前景（被写体）および背景の反射率の分布を説明するための図、図４（ｃ）は、前景（被写体）および背景の距離の分布を説明するための図である。
【００７６】
上記実施の形態では、２つのフィールドの画像から光強度比を計算し距離変換している。そのため、図４（ａ）に示すように、動いている被写体では撮像位置が異なる。ここでは、簡単のために、一様な距離、一様な反射率の被写体と背景をもちいた形態について説明する。
【００７７】
図４（ｂ）、図４（ｃ）に実線で示すように一様な反射率、一様な距離の背景の前で一様な反射率、一様な距離の被写体が動いている時（簡単の為にＡＢ間での１次元的な分布について示す）、２フィールドの画像から光強度比を計算し距離変換すると、被写体の輪郭部分（ａｂ間、ｃｄ間）では破線で示すような距離が測定され、誤差が生じる。
【００７８】
これは、本来被写体上の同一点についての光強度比から距離変換すべき処理が、被写体の動きによって行われていない為である。
【００７９】
図５（ａ）は上記実施の形態において、被写体の動きが原因で光源からの角度にたいして、光源強度に誤差が生じる様子を説明するための図である。図５（ｂ）は上記実施の形態において、被写体の動きが原因で光源からの角度にたいして、光源強度に誤差が生じる様子を説明するための図である。図５（ｃ）は上記実施の形態において、被写体の動きが原因で光源からの角度にたいして、光強度比に誤差が生じる様子を説明するための図である。
【００８０】
図５（ａ）の現フィールドがＯｄｄフィールドの場合を考えると、図５（ａ）に示すように、被写体の動きによってＥｖｅｎフィールドの光強度（実際には、被写体の反射率が乗ぜられている）が変化する。
【００８１】
この光強度の変化により、図５（ｃ）に示すように、光強度比が変化する。光源からの角度θが、被写体の動きによって減少するか増加するかは、被写体および背景の反射率と、現フィールドがＥｖｅｎフィールドかＯｄｄフィールのいずれかということの双方に依存する。
【００８２】
例えば、被写体の動きにより光強度が増加した場合、現フィールドがＯｄｄフィールドの場合（図５（ａ））、光源からの角度θについての誤差はθが大きくなる方向に生じ、逆に現フィールドがＥｖｅｎフィールドの場合（図５（ｂ））、θの誤差はθが小さくなる方向に生じる。
【００８３】
図４に示す例の場合（現フィールドがＯｄｄフィールドで、前景が背景より明るい場合）には、被写体の左側（図４（ａ）のＡ側）で、実際の距離よりも手前に距離が計測され、被写体の右側（図４（ａ）のＢ側）で、実際の距離よりも奥に距離が計測される。
【００８４】
図６は、被写体の連続的な動きにより生ずる距離計測誤差の説明図である。図６（ａ）は、フィールド間での被写体の動きを説明するための図、図６（ｂ）は、ｔフィールドについての被写体の距離の分布を説明するための図、図６（ｃ）は、ｔ＋１フィールドについての被写体の距離の分布を説明するための図、図６（ｄ）は、ｔ＋２フィールドについての被写体の距離の分布を説明するための図である。
【００８５】
図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）は図６（ａ）に示す動きのある被写体について連続的に計測した様子を示す（簡単のため、図６（ａ）のＡＢ間での１次元的な分布について示す）。
【００８６】
図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）において、実線は計測される距離値、点線は真の距離値である。
【００８７】
図６（ｃ）での計測値に着目すると、前後１フィールドを考慮に入れて時間方向にメディアン処理を行うことにより、図６において被写体のＢ側で生じている測定誤差（位置Ｐで生じている誤差）は抑圧される。位置Ｐでは、前フィールドでは背景距離、現フィールドでは前景距離より手前、次フィールドでは前景距離が計測されているため、時間メディアン処理により前景距離が選択され、計測誤差は抑圧される。逆に被写体のＡ側での測定誤差は、時間メディアン処理では抑圧されない。
【００８８】
図７は、上記形態にかかる時間メディアン処理部の構成を示すブロック図である。
【００８９】
図７において、７０１Ａ、７０１Ｂはフィールド画像を１フィールド分、２フィールド分それぞれ遅延させて保持するフィールドメモリ、７０２Ａ，７０２Ｂはフィールド間での撮像位置の違い（１ライン分の撮像位置のずれ）を補正するためのライン間補間回路、７０３は各画素について時間方向のメディアン処理を行うメディアン回路である。
【００９０】
図１に戻って、画像切り出し部１１７は、距離を用いたテクスチャ画像の切り出しを行う。
【００９１】
図８は、上記実施の形態にかかる画像切り出し部の構成を示すブロック図である。
【００９２】
図８において、８０１はテクスチャ画像をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、８０２は距離画像とカラー画像の同期を調整する同期調整回路、８０３は距離による画像の切り出し部、８０４Ａ、８０４Ｂ、８０４Ｃはテキスチャ画像、切り出し画像、距離画像をそれぞれＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器、８０５Ａ、８０５Ｂ、８０５Ｃは、アナログ出力とデジタル出力を切り替えるスイッチである。
【００９３】
以上説明したように、上記実施の形態により、フィールド周期毎に各画素の光強度比の計算を行えるため、フィールド周期毎に距離情報を測定できるので、距離画像が作成できる。このように、フィールド周期毎に距離画像が作成できるため、フレーム画素数と同画素数を有する距離画像が作成できる。
【００９４】
また、上記実施の形態により、被写体の動きに起因する距離測定誤差に対して、時間方向のメディアン処理を行うことにより、測定誤差を抑圧できる。
【００９５】
さらに、また、上記実施の形態においては、距離画像中の全ての画素について時間メディアン処理を行う形態について述べたが、フィールド間で距離が変化する画素についてのみ、時間メディアン処理を行っても同様の効果を得ることは明らかであり、本発明に含まれる。
【００９６】
以下、上記実施の形態の変形についての説明をする。
【００９７】
この形態は、図６（ｃ）において、測定誤差の生じている領域Ｐ，Ｑの真の距離値が次フィールドにおいて計測されていることに着目し、フィールド間で距離が変化する画素を、該画素における距離値は次フィールドでの同一座標値（フィールド画像として考えた場合の同一座標値）における距離測定値とする形態である。つまり、図３における時間メディアン処理部３０８を、上記処理を行う遅延選択部に置き換えた形態である。
【００９８】
図９は、上記実施の形態の変形にかかる遅延選択部の構成を示すブロック図である。この図を使用して、上記実施の形態の変形について詳細に説明する。
【００９９】
図９において、９０１は上記実施の形態の変形例にかかる選択遅延部、９０２Ａ、９０２Ｂはライン間補間器、９０３Ａ、９０３Ｂはフィールドメモリ、９０４は選択スイッチである。選択スイッチ９０４は、現フィールドの距離値（フィールドメモリ９０３Ａからの読み出し信号）と前フィールドの距離値（ライン間補間器の出力信号）の差が一定のしきい値以下の時、現フィールドの距離値を出力し、しきい値以上の時次フィールドの距離値（フィールドメモリ９０３Ｂからの読み出し信号）を出力することにより、距離画像の各画素について遅延選択を行う。
【０１００】
以上説明したように、この形態によっても、被写体の動きに起因する距離測定誤差を低減できる。この形態も、当然のことながら本発明に含まれる。
【０１０１】
また、上記フィールド間で距離が変化する画素の検出は、フレーム間で光強度が変化する領域として抽出しても同様の効果を得ることができる。この形態も、本発明に含まれる。
【０１０２】
さらに、上記フィールド間で距離が変化する画素の検出は、フィールド間で光強度比が変化する領域として抽出しても、本実施の形態において光強度比は距離と対応するため同様の効果を得ることができるのは明らかであり、本発明に含まれる。
【０１０３】
図１０は、本発明のその他の変形の形態におけるレンジファインダ装置の構成図である。図１０において、本発明の第１の実施の形態と同一の動作をするものについては、図１と同一の符号を付与し説明を省略する。ここでは、実施の形態１と異なる動作をする光源コントローラ１１０１および角速度可変回転制御部１１０２の動作について説明する。なお、図１０において、光源１０１としてレーザー光源を用い、光学フィルタ１０２を用いない構成としてもよい。
【０１０４】
光源コントローラ１１０１は、図１に示す光源コントローラ１０５の動作に加えて、光源１０１が一定の光強度で発光するようにも制御できる。
【０１０５】
角速度可変回転制御部１１０２は、図１に示す回転制御部１０７の動作に加えて、回転ミラー１０４の角速度を制御し、被写体へ投射する光強度を変調できる。図１１（ａ）は、上記その他の変形の形態にかかる回転ミラーによる掃引角度のタイミング図。図１１（ｂ）は、その他の変形の形態にかかる投射光量のタイミング図。図１１（ｃ）は、その他の変形の形態にかかる光強度比と光源からの角度θの関係を示す図をそれぞれ示す。本発明の第１の実施の形態においては、掃引角θを時間について線型になるようにスリット光を掃引し、光源の光強度を変化させることによって光強度の変調を行ったが、ここでは、光源の光強度は一定とし、掃引角θを時間について非線形に掃引して光強度を変調する。
【０１０６】
図１０に示す方向に角度θをとる時、θ方向への光強度Ｌ(θ)は、光源のパワーＰに比例し、また掃引角速度に反比例するので、
【数２】
0004317300.tif 000003
と表せる。したがって、図１１（ａ）に示す掃引により、θ方向への光強度は図１１（ｂ）のようになる。
【０１０７】
また、角度θについてL(θ)が線型に変化するように制御することを考えると、
【数３】
0004317300.tif 000004
（数２）と（数３）から
【数４】
0004317300.tif 000005
となる。定数Ａ，Ｂ，ａ，ｂ，ｃは、掃引角の範囲（すなわちフィールド開始時点と終了時点でのθの値）と光強度変調で用いる光強度の範囲（すなわちフィールド開始時点と終了時点での光強度の値）、および後述する特性の対称性によって決まる。
【０１０８】
なお、掃引角の時間特性および光強度の時間特性はｅｖｅｎフィールドとｏｄｄフィールドにより異なる特性とする。両フィールドについての特性を
【数５】
0004317300.tif 000006
【数６】
0004317300.tif 000007
とすることにより、光強度比（Ｌ1−Ｌ2）／（Ｌ1＋Ｌ2）の分母が一定値となり、図１１（ｃ）に示すように、掃引角θと光強度比（Ｌ1−Ｌ2）／（Ｌ1＋Ｌ2）の関係を線型にできる。計測時には、光強度比から掃引角θを計算するため、両者の関係が線型であれば、θの精度を光強度比の値によらず一定にできる。
【０１０９】
また、本実施の形態においては掃引角θの制御について説明したが、回転ミラーの振れ角ρの範囲は、掃引角の振れ角の範囲の１／２となる。すなわち、
【数７】
0004317300.tif 000008
なる関係がある。
【０１１０】
以上説明したように、上記実施の形態により、光源の光強度は一定とし、回転ミラーの制御（すなわち掃引角の制御）を非線形に行うことで光強度を変調することができる。これにより、レーザーを光源に用いた場合に発振モードが変化することがなく、安定した距離計測が行える。また、光源の光強度を最大値のまま一定にして計測できるため、光の利用効率を改善した距離計測が行える。
【０１１１】
なお、上記実施の形態においては、簡単のために（数３）に示すように光強度Ｌと掃引角θとの関係を線型化する例について述べたが、（数１）で用いているθに関する角度情報ｔａｎθと光強度Ｌとの関係を線型化してもよい。ｔａｎθと光強度Ｌとの関係を線型化することは、Ｚ＝一定の平面に投射される光強度がＸ軸方向に線型に変化することを意味する。その場合、（数８）と（数９）から、
【数８】
0004317300.tif 000009
【数９】
0004317300.tif 000010
θとｔの関係は（数１０）に示すものとなる。
【数１０】
0004317300.tif 000011
以上説明したように、回転制御部１１０２が回転ミラーの角速度をフィールド期間内で変化させることにより光強度を変調することにより、光源にレーザーを用いた場合に、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けず、また、高い光利用効率の距離測定を行うことができる。
【０１１２】
図１２は、本発明のその他の変形の形態におけるレンジファインダ装置の構成図である。図１２において、本発明の第１の実施の形態およびその変形の形態と同一の動作をするものについては、図１もしくは図１０と同一の符号を付与し説明を省略する。ここでは、実施の形態１およびその変形の形態と異なる動作をする曲面回転ミラー１１０３および回転制御部１１０４の動作について説明する。なお、図１２において、光源１０１としてレーザー光源を用い、光学フィルタ１０２を用いない構成としてもよい。
【０１１３】
曲面回転ミラー１１０３は、筒状の曲面ミラーである。また、曲面回転ミラー１１０３は、回転制御部１１０４によって駆動され、フレーム期間に同期して１秒間に３０回転する。光源からの出射光は、スリットを通過してスリット光となる。スリット光は、曲面回転ミラーの側面で反射され、被写体空間に投射される。本実施の形態においては、光源１０１が一定の光強度で発光するように制御する。
【０１１４】
投射光の掃引および投射光の光強度変調は、上記スリット光を反射する曲面回転ミラー１１０３の接面方向がフィールド期間（すなわち、曲面回転ミラーが２分の１回転する期間）内で変化することによって行われる。以下に、そのような曲面回転ミラーの形状の決定方法について説明する。
【０１１５】
図１３は、曲面回転ミラー１１０３によるスリット光の反射の様子を説明する図である。簡単のために、スリット光がＸＹ面に平行である場合を考える。図１３において、φはスリット光の反射位置において曲面回転ミラー１１０３の接面とスリット光のなす角。ｒは曲面回転ミラー１１０３の回転中心とスリット光反射位置との距離。ρ0は、曲面回転ミラー１１０３の回転中心から見たスリット光反射位置の角度。ｄｒは、角度ρ0近傍でのｒの変化量。βは、スリット光の反射位置における、半径ｒの円筒の接面と曲面回転ミラー１１０３の接面のなす角である。図１３中の掃引角θと、φとの関係は、
【数１１】
0004317300.tif 000012
である。また、
【０１１６】
【数１２】
0004317300.tif 000013
スリット光反射位置およびその角度ρ0は、曲面回転ミラー１１０３の回転にともない移動するが、これを微小として無視すると、（数１２）から
【０１１７】
【数１３】
0004317300.tif 000014
として、曲面回転ミラー１１０３の径ｒを接面の角度φで表せる。
【０１１８】
スリット光反射位置での曲面回転ミラー１１０３の接面角度φの時間特性は、（数１１）および、光強度変調を行う条件から（数４）または（数１０）によって決定される。したがって、（数１３）に（数１１）および、（数４）または（数１０）を代入し、曲面回転ミラー１１０３が１フレーム期間で１回転することを考慮することにより、曲面回転ミラー１１０３の断面形状を決定できる。
【０１１９】
図１４は、上記述べた方法により決定した曲面回転ミラー１１０３の断面形状の１例である。図中実線は曲面回転ミラーの断面形状を示し、破線は比較用の円である。図１４において、上下それぞれ半分の部分が１フィールド分の光掃引および光強度変調を行う。
【０１２０】
なお、曲面回転ミラー１１０３の回転にともなうスリット光反射位置の移動を考慮する場合、スリット光がＸＹ面に平行とするとスリット光反射位置Ｐは、曲面回転ミラー１１０３の回転により、Ｚ＝一定のもとで移動する。図１５は、曲面回転ミラー１１０３にスリット光が入射する様子を説明する図である。図１５において、Ｏは曲面回転ミラーの回転中心、Ｐはスリット光反射位置を示す。曲面回転ミラー１１０３の形状をｒ（ρ）として表し、τ回転した時点でスリット光反射位置に達するとすると、スリット光反射位置のＺ値が一定であることから、
【数１４】
0004317300.tif 000015
となる。よって、曲面回転ミラー１１０３の接面の方向φと、曲面回転ミラー１１０３の形状ｒ（ρ）の関係は、
【０１２１】
【数１５】
0004317300.tif 000016
として表される。（数１５）中のφの時間特性は、（数１１）および、光強度変調を行う条件から（数４）または（数１０）によって決定される。したがって、（数１５）に（数１１）および、（数４）または（数１０）を代入し、曲面回転ミラー１１０３が１フレーム期間で１回転することを考慮することにより、曲面回転ミラー１１０３の断面形状を決定できる。ただし、（数１５）に（数１１）および、（数４）または（数１０）を代入した数式は解析的には解けないため、数値的に解く必要がある。
【０１２２】
以上説明したように、本実施の形態のその他の変形によれば、一定の回転速度で回転する曲面回転ミラーにより光強度が時間的に変化しないスリット光を反射することで、被写体空間への投射光の光強度変調と光掃引を同時に行うことができる。また、光源にレーザーを用いた場合に、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けず、高い光利用効率の距離測定を行うことができる。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各フィールド周期毎に被写体の３次元位置情報を距離画像として測定できるとともに、フィールド間の被写体の動きに起因する距離測定誤差を低減した距離測定を行える。また、光源にレーザーを用いた場合にも、レーザー光の強度変調時の発振モード変化の影響を受けずに、距離測定を行える。また、光の利用効率を改善した距離測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施の形態にかかるレンジファインダ装置の構成図
【図２】（ａ）上記実施の形態にかかる回転ミラーによる掃引角度のタイミング図
（ｂ）上記実施の形態にかかる光源光量のタイミング図
（ｃ）上記実施の形態にかかる光強度比と光源からの角度θの関係を示す図
【図３】上記実施の形態にかかる距離計算部の構成をしめすブロック図
【図４】（ａ）  フィールド間での被写体の動きを説明するための図
（ｂ）  前景（被写体）および背景の反射率の分布を説明するための図
（ｃ）  前景（被写体）および背景の距離の分布を説明するための図である。
【図５】（ａ）  上記実施の形態において、被写体の動きが原因で光源からの角度にたいして、光源強度に誤差が生じる様子を説明するための図。
（ｂ）  上記実施の形態において、被写体の動きが原因で光源からの角度にたいして、光源強度に誤差が生じる様子を説明するための図。
（ｃ）  上記実施の形態において、被写体の動きが原因で光源からの角度にたいして、光強度比に誤差が生じる様子を説明するための図。
【図６】（ａ）  上記実施の形態における、フィールド間での被写体の動きを説明するための図
（ｂ）  上記実施の形態における、ｔフィールドについての被写体の距離の分布を説明するための図
（ｃ）  上記実施の形態における、ｔ＋１フィールドについての被写体の距離の分布を説明するための図
（ｄ）  上記実施の形態における、ｔ＋２フィールドについての被写体の距離の分布を説明するための図
【図７】上記形態にかかる時間メディアン処理部の構成を示すブロック図
【図８】上記実施の形態にかかる画像切り出し部の構成を示すブロック図
【図９】上記実施の形態の変形にかかる遅延選択部の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態のその他の変形にかかるレンジファインダ装置の構成図
【図１１】（ａ）  実施の形態のその他の変形にかかる回転ミラーによる掃引角度のタイミング図
（ｂ）  実施の形態のその他の変形にかかる投射光量のタイミング図
（ｃ）  実施の形態のその他の変形にかかる光強度比と光源からの角度θの関係を示す図
【図１２】本発明の実施の形態のその他の変形にかかるレンジファインダ装置の構成図
【図１３】曲面回転ミラーによるスリット光反射の様子を説明する図
【図１４】曲面回転ミラーの断面形状の一例
【図１５】曲面回転ミラーによるスリット光反射の様子を説明する図
【図１６】従来のレンジファインダ装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１１１、１１２  撮像素子（ＣＣＤ）
１１３  赤外カメラ信号処理部
１１４  距離計算部
１１６  カラーカメラ信号処理部
１１７  画像切り出し部
ＯＢ  被写体
３０２、７０１Ａ、７０１Ｂ、９０３Ａ、９０３Ｂ  フィールドメモリ
３０３  ライン間補間器
３０４  ＳＷ（スイッチ）
３０５  輝度比演算回路
３０６  距離変換回路
３０７  空間メディアン処理部
３０８  時間メディアン処理部
７０２Ａ、７０２Ｂ  ライン間補間回路
７０３  メディアン回路
８０２  同期調整回路
８０３  距離による画像切り出し部
９０１  選択遅延部
９０２Ａ，９０２Ｂ  ライン間補間器
９０４  選択ＳＷ（スイッチ）
１１０１  光源コントローラ
１１０２  角速度可変回転制御部
１１０３  曲面回転ミラー
【図１】
0004317300.tif 000017
【図２】
0004317300.tif 000018
【図３】
0004317300.tif 000019
【図４】
0004317300.tif 000020
【図５】
0004317300.tif 000021
【図６】
0004317300.tif 000022
【図７】
0004317300.tif 000023
【図８】
0004317300.tif 000024
【図９】
0004317300.tif 000025
【図１０】
0004317300.tif 000026
【図１１】
0004317300.tif 000027
【図１２】
0004317300.tif 000028
【図１３】
0004317300.tif 000029
【図１４】
0004317300.tif 000030
【図１５】
0004317300.tif 000031
【図１６】
0004317300.tif 000032