(57)【要約】【課題】多くの照合データを必要とせず、計算時間で対象物体までの距離を計測することができる距離計測装置を提供する。【解決手段】形状が既知であり、基準距離だけ離れた対象物体の画像の面積の慣性楕円を算出し、この算出した慣性楕円の楕円率の逆数と慣性楕円の長径のデータ群を多項式によって曲線近似した基準曲線のデータが予め記憶された基準曲線記憶手段と、距離の計測を行うべき対象物体の画像を取得する画像取得手段と、画像取得手段によって取得した画像中の対象物体の像から慣性楕円、該慣性楕円の長径及び楕円率の逆数とを求める画像解析手段と、基準曲線記憶手段に記憶されている基準曲線を参照して、画像解析手段によって求められた楕円率の逆数から基準距離における長径を求め、該基準距離における長径と取得画像から求めた長径との比から対象物体までの距離を求める距離算出手段とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状が既知であり、基準距離だけ離れた対象物体の画像の面積の慣性楕円を算出し、この算出した慣性楕円の楕円率の逆数と該慣性楕円の長径のデータ群を多項式によって曲線近似した基準曲線のデータが予め記憶された基準曲線記憶手段と、
距離の計測を行うべき対象物体の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段によって取得した画像中の前記対象物体の像から慣性楕円、該慣性楕円の長径及び楕円率の逆数とを求める画像解析手段と、
前記基準曲線記憶手段に記憶されている基準曲線を参照して、前記画像解析手段によって求められた楕円率の逆数から前記基準距離における長径を求め、該基準距離における長径と取得画像から求めた前記長径との比から前記対象物体までの距離を求める距離算出手段と
を備えたことを特徴とする距離計測装置。
【請求項２】
形状が既知であり、基準距離だけ離れた対象物体の画像の面積の慣性楕円を算出し、この算出した慣性楕円の楕円率の逆数と該慣性楕円の長径のデータ群を多項式によって曲線近似した基準曲線のデータが予め記憶された基準曲線記憶手段と、距離の計測を行うべき対象物体の画像を取得する画像取得手段とを備えた距離計測装置における距離計測方法であって、
前記画像取得手段によって取得した画像中の前記対象物体の像から慣性楕円、該慣性楕円の長径及び楕円率の逆数とを求める画像解析ステップと、
前記基準曲線記憶手段に記憶されている基準曲線を参照して、前記画像解析ステップによって求められた楕円率の逆数から前記基準距離における長径を求め、該基準距離における長径と取得画像から求めた前記長径との比から前記対象物体までの距離を求める距離算出ステップと
を有することを特徴とする距離計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像した画像を用いて対象物体までの距離を計測する距離計測装置及び距離計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物体がカメラの焦点距離よりも十分遠方に位置する場合、対象物体のカメラに対する姿勢が一定で、かつカメラと対象物体の距離が異なる時、得られる物体画像について以下のような特性がある。
（ａ）物体画像領域の２次元形状は、距離によってほとんど変化しない。
（ｂ）物体画像領域の長さは、距離に反比例して小さくなる。
【０００３】
したがって、対象物体が同一姿勢の場合、基準距離における像の長さが既知であれば、その基準となる像の長さと得られた画像中の像の長さとの比率を求めることで、対象物体までの距離を計測することができる。ただし、対象物体の姿勢によって、物体画像領域の２次元形状は、さまざまに変化するため、従来の方法では距離を求めるためには、得られた画像から姿勢を計測し、求められた姿勢での物体画像領域の長さを計算し、基準距離での対象物体が同一の姿勢をとった場合の像の長さと比較することで、距離を求めるのが一般的である。
【０００４】
なお、先行技術として、距離を推定したい目標を含む画像の情報と距離を推定したい目標に相当する実物の大きさの情報を含む形状モデルを照合し、画像中の目標までの距離をパッシブに推定する距離推定装置知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−０７８４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の画像処理計算には、以下のような問題点がある。すなわち、画像中の物体画像から姿勢を求める計算が複雑であり、計算時間がかかるとともに、姿勢の算出に多くのデータと照合するため、照合データを記憶するための多くの記憶容量を有する記憶装置が必要であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、多くの照合データを必要とせず、短い計算時間で対象物体までの距離を計測することができる距離計測装置及び距離計測方法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】
【０００７】
本発明は、形状が既知であり、基準距離だけ離れた対象物体の画像の面積の慣性楕円を算出し、この算出した慣性楕円の楕円率の逆数と該慣性楕円の長径のデータ群を多項式によって曲線近似した基準曲線のデータが予め記憶された基準曲線記憶手段と、距離の計測を行うべき対象物体の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段によって取得した画像中の前記対象物体の像から慣性楕円、該慣性楕円の長径及び楕円率の逆数とを求める画像解析手段と、前記基準曲線記憶手段に記憶されている基準曲線を参照して、前記画像解析手段によって求められた楕円率の逆数から前記基準距離における長径を求め、該基準距離における長径と取得画像から求めた前記長径との比から前記対象物体までの距離を求める距離算出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、形状が既知であり、基準距離だけ離れた対象物体の画像の面積の慣性楕円を算出し、この算出した慣性楕円の楕円率の逆数と該慣性楕円の長径のデータ群を多項式によって曲線近似した基準曲線のデータが予め記憶された基準曲線記憶手段と、距離の計測を行うべき対象物体の画像を取得する画像取得手段とを備えた距離計測装置における距離計測方法であって、前記画像取得手段によって取得した画像中の前記対象物体の像から慣性楕円、該慣性楕円の長径及び楕円率の逆数とを求める画像解析ステップと、前記基準曲線記憶手段に記憶されている基準曲線を参照して、前記画像解析ステップによって求められた楕円率の逆数から前記基準距離における長径を求め、該基準距離における長径と取得画像から求めた前記長径との比から前記対象物体までの距離を求める距離算出ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来の手法に比べて対象物体画像抽出後の計算処理が簡単であるため短い計算時間で対象物体までの距離を計測することができるという効果が得られる。また、基準曲線を記憶しておくようにして、姿勢を求めるために必要となる多くの照合データを不要としたため、必要なメモリ容量を大幅に低減することができるという効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態による距離計測装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、距離を計測する対象物体であり、例えば、宇宙空間を飛行する人工衛星等である。符号２は、対象物体１までの距離を計測する距離計測装置である。符号２１は、対象物体１の撮像画像を得るための光学系レンズを備えたカメラである。符号２２は、カメラ２１が撮像した画像のデータを読み込み、内部に一時保持する画像取得部である。符号２３は、形状が既知である対象物体の画像の面積の慣性楕円を算出し、この算出した慣性楕円の楕円率（短径／長径）の逆数（長径／短径；以下、楕円率−１と称する）と慣性楕円の長径のデータ群を多項式にて曲線近似した基準曲線のデータが予め記憶された基準曲線記憶部である。符号２４は、得られた画像を解析して、対象物体の像から慣性楕円を求め、この慣性楕円の楕円率−１を求める画像解析部である。符号２５は、画像解析部２４が求めた楕円率−１に対応する慣性楕円の長径を基準曲線記憶部２３に記憶されている基準曲線データを参照して求め、この求めた長径に基づいて、対象物体までの距離を算出する距離算出部である。
【００１１】
ここで、図３を参照して、対象物体像の慣性楕円について説明する。画像解析部２４は、物体画像領域の２次元形状は、距離によってほとんど変化しないという特徴を利用して、対象物体像の面積に基づく慣性楕円を求める。図３は、対象物体までの距離が異なる２つの対象物体像（図３に示す（ａ）、（ｂ））について画像処理によって慣性楕円を求めた例を示している。距離算出部２５は、対象物体までの距離を算出する場合に、対象物体像の縦横比の指標として、像の面積の慣性楕円の楕円率の逆数（長径／短径）と、長さの指標として求めた慣性楕円の長径を用いる。
【００１２】
次に、図１に示す基準曲線記憶部２３に記憶しておく基準曲線データの生成方法について説明する。まず、形状が既知である対象物体を基準距離に設置し、さまざまな姿勢についてカメラ２１によって基準画像を撮像して、画像取得部２２に保持する。これにより、画像取得部２２には、図４に示すような複数の基準画像が保持されたことになる。そして、画像解析部２４が各基準画像群について、対象物体画像の面積の慣性楕円を算出し、楕円率の逆数（楕円率−１）と長径のデータ群を多項式にて曲線近似する。この曲線が図５に示す基準曲線であり、（１）式によって定義される。
【００１３】
Ｒａｓｔｄ＝ａ０γｎ＋ａ１γｎ−１＋ａ２γｎ−２＋・・・・＋ａｎ  ・・・（１）
ここで、ａ０γｎ＋ａ１γｎ−１＋ａ２γｎ−２＋・・・・＋ａｎは基準曲線、γは楕円率−１、Ｒａｓｔｄは、基準距離における慣性楕円の長径である。この（１）式を用いることにより、楕円率−１γが求まれば、基準距離における慣性楕円の長径Ｒａｓｔｄを求めることができる。画像解析部２４が、この基準曲線を基準曲線記憶部２３に書き込むことにより、基準曲線データの生成が行われたことになる。
なお、対象物体の３次元データがある場合には、コンピュータグラフィックスによって基準画像を作成するようにしてもよい。
【００１４】
次に、図２を参照して、図１に示す距離計測装置２が形状が既知の対象物体までの距離を計測する動作を説明する。まず、カメラ２１によって、距離を計測するべき対象物体の画像を撮像する（ステップＳ１）。そして、画像取得部２２は、カメラ２１によって撮像した対象物体の画像データをカメラ２１から読み込み、内部に保持する。これを受けて、画像解析部２４は、画像取得部２２内に保持されている画像データを読み取り、画像解析処理によって対象物体像の面積の慣性楕円を求める。そして、画像解析部２４は、求めた慣性楕円の長径（取得画像中の像の慣性楕円の長径）と楕円率−１を求め、距離算出部２５へ出力する。
【００１５】
次に、距離算出部２５は、基準曲線記憶部２３に記憶されている基準曲線を参照して、画像解析部２４から出力された楕円率−１から基準距離における長径を求める。そして、取得画像の長径と、基準距離における長径との比から、（２）式により対象物体までの距離を求める。
【００１６】
Ｚ＝Ｚｓｔｄ・Ｒａｓｔｄ／Ｒａ  ・・・（２）
ここで、Ｚは、対象物体までの距離、Ｚｓｔｄは、基準位置における対象物体までの距離（基準距離）、Ｒａは、取得画像中の像の慣性楕円の長径、Ｒａｓｔｄは、基準位置おける像の慣性楕円の長径（基準曲線から求めた値）である。
【００１７】
このように、対象物体までの距離が一定の位置で、対象物体にさまざまな姿勢をとらせて取得した画像群について、各画像中の対象物体の像の縦横比に対して像の長さが一意に決められるような場合、取得した画像中の像の縦横比に対応して、基準距離における像の長さを求め、取得した画像中の像の長さと比較することによって、対物距離を求めることができる。また、従来の手法に比べて対象物体画像抽出後の計算処理が簡単であるため短い計算時間で対象物体までの距離を計測することができる。また、基準曲線を記憶しておくようにして、姿勢を求めるために必要となる多くの照合データを不要としたため、必要なメモリ容量を大幅に低減することができる。また、対象物体の軸まわりの回転による姿勢変化に対して対象物体の像領域の形状変化が少ないような直交する２軸を有する３次元形状の物体に対しては、高い精度での距離計測を行うことが可能である。
【００１８】
なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより距離計測処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００１９】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す距離計測装置２の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す基準曲線記憶部２３に記憶される基準曲線を求めるための姿勢データの一例を示す説明図である。
【図４】像面積の慣性楕円を示す説明図である。
【図５】図１に示す基準曲線記憶部２３に記憶される基準曲線の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１・・・対象物体、２・・・距離計測装置、２１・・・カメラ、２２・・・画像取得部、２３・・・基準曲線記憶部、２４・・・画像解析部、２５・・・距離算出部
【図１】
2009063318.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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