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JP3415070B2 - Range finder device - Google Patents

Range finder device

Info

Publication number
JP3415070B2
JP3415070B2 JP14409799A JP14409799A JP3415070B2 JP 3415070 B2 JP3415070 B2 JP 3415070B2 JP 14409799 A JP14409799 A JP 14409799A JP 14409799 A JP14409799 A JP 14409799A JP 3415070 B2 JP3415070 B2 JP 3415070B2
Authority
JP
Japan
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light
light source
camera
image
distance
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP14409799A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001012909A (en
Inventor
謙也 魚森
健夫 吾妻
森村  淳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
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Publication of JP2001012909A publication Critical patent/JP2001012909A/en
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/50Depth or shape recovery
    • G06T7/521Depth or shape recovery from laser ranging, e.g. using interferometry; from the projection of structured light

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Viewfinders (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の3次元形状
の計測を行うレンジファインダ装置及びカメラに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a range finder device and a camera for measuring a three-dimensional shape of an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】投影光と観察画像の三角測量に基づいて
3次元形状計測を行うレンジファインダ装置としては、
例えば、図40に示すような実時間動作可能なものが提
案されている。
2. Description of the Related Art A range finder apparatus for measuring a three-dimensional shape based on projection light and triangulation of an observed image is
For example, a device capable of operating in real time as shown in FIG. 40 has been proposed.

【0003】図40において、101A、101Bは波
長のわずかに異なるレーザ光源、102は前記波長の異
なるレーザ光源からのレーザ光を合成するハーフミラ
ー、103は前記レーザ光源の光強度を制御する光源制
御部、104はレーザ光を走査する回転ミラー、105
は回転ミラーを制御する回転制御部、106は被写体、
107はCCD上に像を結ぶためのレンズ、108A、
108Bはレーザ光源の波長の光を分離する光波長分離
フィルタ、109A、109Bはモノクロ画像を撮像す
るCCD、109Cはカラー画像を撮像するCCD、1
10A、110Bはモノクロカメラの信号処理部、11
1はカラーカメラの信号処理部、112はCCD109
A、109Bによって撮影したレーザ光の強度から被写
体の距離もしくは形状を計算する距離計算部、113は
装置全体の同期を調整する制御部である。以下、このよ
うに構成されたレンジファインダ装置の動作について説
明する。
In FIG. 40, 101A and 101B are laser light sources having slightly different wavelengths, 102 is a half mirror for combining laser light from the laser light sources having different wavelengths, and 103 is light source control for controlling the light intensity of the laser light sources. And 104, a rotating mirror for scanning laser light, 105
Is a rotation control unit for controlling the rotating mirror, 106 is a subject,
Reference numeral 107 denotes a lens for forming an image on the CCD, 108A,
Reference numeral 108B is an optical wavelength separation filter that separates light of the wavelength of the laser light source, 109A and 109B are CCDs that capture a monochrome image, 109C is a CCD that captures a color image, 1
10A and 110B are signal processing units of a monochrome camera, 11
1 is a signal processing unit of a color camera, 112 is a CCD 109
Reference numerals A and 109B denote a distance calculation unit that calculates the distance or shape of the object from the intensity of the laser light captured, and 113 is a control unit that adjusts the synchronization of the entire apparatus. Hereinafter, the operation of the range finder device thus configured will be described.

【0004】レーザ光源101A、101Bは、波長の
わずかに異なるレーザ光を発する。このレーザ光は、後
述の回転ミラーの走査方向と垂直な光断面を有するライ
ン光であり、回転ミラーが水平方向に走査する場合は垂
直方向のライン光となる。
The laser light sources 101A and 101B emit laser beams having slightly different wavelengths. This laser light is line light having a light cross section that is perpendicular to the scanning direction of the rotating mirror, which will be described later, and becomes vertical line light when the rotating mirror scans in the horizontal direction.

【0005】これら2つの光源の波長特性を図41に示
す。波長の近い2つの光源を用いるのは、被写体の反射
率の波長依存性の影響を受けにくくするためである。レ
ーザ光源101A、101Bから発せられたレーザ光は
ハーフミラー102によって合成され、回転ミラー10
4によって被写体6に走査される。
FIG. 41 shows the wavelength characteristics of these two light sources. The reason why two light sources having similar wavelengths are used is to reduce the influence of the wavelength dependency of the reflectance of the subject. The laser light emitted from the laser light sources 101A and 101B is combined by the half mirror 102, and the rotating mirror 10
The subject 6 is scanned by 4.

【0006】このレーザ光の走査は、回転制御部105
がフィールド周期で回転ミラー104を駆動することに
より行われる。その際に、双方の光源の光強度を1フィ
ールド周期内で、図42(a)に示すように変化させ
る。レーザ光強度の変化とミラー角の駆動とを同期させ
ることにより、2つのレーザ光強度をCCD109A、
109Bによりモニタしてその光強度比を算出すること
により、一走査周期における時刻を測定することができ
る。例えば、図42(b)に示すように、光強度がIa
/Ibの場合には、走査時刻はt0と測定され、その測
定値から回転ミラー104の回転角(φ)が判明する。
The rotation control unit 105 scans the laser light.
Is performed by driving the rotating mirror 104 in the field cycle. At this time, the light intensities of both light sources are changed within one field cycle as shown in FIG. By synchronizing the change of the laser light intensity and the driving of the mirror angle, the two laser light intensities are changed to the CCD 109A,
The time in one scanning cycle can be measured by monitoring with 109B and calculating the light intensity ratio. For example, as shown in FIG. 42 (b), the light intensity is Ia
In the case of / Ib, the scanning time is measured as t0, and the rotation angle (φ) of the rotating mirror 104 is found from the measured value.

【0007】このように、2つのレーザ光強度の比とミ
ラー角(すなわち、光源側から見た被写体の角度)とを
1対1に対応させることにより、後述する距離計算部に
おいて、双方の光源の光を撮影した信号レベルの比か
ら、三角測量の原理により被写体の距離もしくは形状が
計算される。
In this way, by making the ratio of the two laser light intensities and the mirror angle (that is, the angle of the subject viewed from the light source side) correspond to each other in a one-to-one manner, the distance calculation section described later can use both light sources. The distance or shape of the object is calculated from the ratio of the signal levels of the captured light according to the principle of triangulation.

【0008】レンズ107はCCD109A、109
B、109C上に被写体の像を結ぶ。光波長分離フィル
タ108Aは、光源101Aの波長の光を透過し、他の
波長の光を反射する。光波長分離フィルタ108Bは、
光源101Bの波長の光を透過し、他の波長の光を反射
する。その結果、光源101A、101Bの光の被写体
からの反射光はCCD109A、109Bにより撮影さ
れ、他の波長の光はカラー画像としてCCD109Cに
より撮影される。
The lens 107 is a CCD 109A, 109
An image of the subject is formed on B and 109C. The light wavelength separation filter 108A transmits light of the wavelength of the light source 101A and reflects light of other wavelengths. The optical wavelength separation filter 108B is
It transmits the light of the wavelength of the light source 101B and reflects the light of other wavelengths. As a result, the reflected light from the subject of the light from the light sources 101A and 101B is captured by the CCDs 109A and 109B, and the light of other wavelengths is captured by the CCD 109C as a color image.

【0009】光源A信号処理部110Aと光源B信号処
理部110Bは、CCD109A、109Bの出力につ
いて通常のモノクロカメラと同様の信号処理を行う。カ
ラーカメラ信号処理部111は、CCD109Cの出力
について通常のカラーカメラの信号処理を行う。
The light source A signal processing unit 110A and the light source B signal processing unit 110B perform signal processing similar to that of a normal monochrome camera on the outputs of the CCDs 109A and 109B. The color camera signal processing unit 111 performs normal color camera signal processing on the output of the CCD 109C.

【0010】距離計算部112は、各光源の波長につい
てCCD109A、109Bにより撮影された信号レベ
ルの比、基線長、画素の座標値から、各画素について距
離計算を行う。
The distance calculator 112 calculates the distance for each pixel from the ratio of the signal levels photographed by the CCDs 109A and 109B for each wavelength of each light source, the baseline length, and the coordinate value of the pixel.

【0011】図43(a),(b)は、その距離計算を図形
的に説明する図である。同図において、Oはレンズ10
7の中心、Pは被写体上の点、Qは回転ミラーの回転軸
の位置である。また、説明を簡単にするため、CCD1
09の位置を被写体側に折り返して示している。また、
OQの長さ(基線長)をL、XZ平面内でQから見たP
の角度をφ、OからみたPの角度をθ、YZ平面内でO
からみたPの角度をωとすると、図計的な関係より、P
の3次元座標は以下の式(1)で計算される。
43 (a) and 43 (b) are diagrams for graphically explaining the distance calculation. In the figure, O is the lens 10
7 is the center, P is a point on the subject, and Q is the position of the rotation axis of the rotating mirror. Further, in order to simplify the explanation, the CCD 1
The position of 09 is shown folded back to the subject side. Also,
The length of OQ (baseline length) is L, and P viewed from Q in the XZ plane
Is φ, the angle of P viewed from O is θ, and O in the YZ plane
Letting ω be the angle of P viewed from the viewpoint of P
The three-dimensional coordinate of is calculated by the following equation (1).

【0012】 Z=Dtanθtanφ/(tanθ+tanφ) X=Z/tanθ Y=Z/tanω ・・・・・ (1) 式(1)のφについては、前述のとおり、CCD109
A、109Bによりモニタしたレーザ光源101A、1
01Bの光強度比によって計算し、θ、ωについては画
素の座標値から計算する。式(1)に示した値のうち、
すべてを計算すると形状を求めることになり、Zのみで
あれば距離画像を求めることになる。
Z = D tan θ tan φ / (tan θ + tan φ) X = Z / tan θ Y = Z / tan ω (1) As for φ in the formula (1), as described above, the CCD 109
Laser light sources 101A, 1 monitored by A, 109B
The light intensity ratio of 01B is used for calculation, and θ and ω are calculated from the coordinate values of pixels. Of the values shown in equation (1),
When all are calculated, the shape is obtained, and if only Z is obtained, the distance image is obtained.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の構成では、変調可能な光源と光源掃引手段
が必須であり、機械的な動作を含むため装置の信頼性が
低く、装置のコストが高いという問題があった。
However, in the conventional structure as described above, a light source that can be modulated and a light source sweeping means are indispensable, and since the mechanical operation is included, the reliability of the device is low and the cost of the device is low. There was a problem that was high.

【0016】また、実質上レーザ素子を変調して用いる
のが通常であるが、レーザー素子は温度によって出力や
波長が変化するため、安定した測定を実現しにくいとい
う問題があった。
[0016] Further, it is usual that the laser element is substantially used for modulation, but there is a problem that it is difficult to realize stable measurement because the output and the wavelength of the laser element change depending on the temperature.

【0018】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、機械的な動作のない、安定したレンジファイ
ンダ装置を低コストで提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a stable range finder device without mechanical operation at low cost.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は、光強度が3次
元空間的に異なる輻射パターンを持つ投射光を複数個、
光源から時分割にて被写体に照射し、前記複数投射光の
被写体からの反射光をそれぞれカメラで撮像し、撮像し
た画像の光強度を用いて距離計測を行うレンジファイン
ダ装置であって、予め、光源中心とレンズ中心とを含む
複数個の面のそれぞれに対して、各面内における、前記
光源からの各投射光の角度と光強度比との関係を得てお
き、実際の距離測定時には、前記複数投射光の照射によ
って前記カメラの撮像データから得られた各画素の光強
度比と、前記画素の座標位置に対応する所定の面におけ
る、前記角度と光強度比の関係とに基づいて所定の画素
の光強度比に対応する前記角度を得、前記得られた角度
と前記所定の画素の画像上の2次元座標位置情報とに基
づいて、前記被写体までの距離を算出することを特徴と
するレンジファインダ装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a plurality of projection lights having a radiation pattern in which light intensities are three-dimensionally spatially different,
A range finder device that irradiates a subject from a light source in a time division manner, images reflected light from the subject of the plurality of projection lights with a camera, and performs distance measurement using the light intensity of the captured image in advance, For each of the plurality of surfaces including the center of the light source and the center of the lens, the relationship between the angle of each projection light from the light source and the light intensity ratio in each surface is obtained, and when measuring the actual distance, By irradiating the multiple projection lights
Therefore, the light intensity of each pixel obtained from the imaging data of the camera
And degree ratio, in a predetermined surface corresponding to the coordinate position before outs element, obtain the angle corresponding to the light intensity ratio of the angle and Jo Tokoro pixel based on the relationship and the light intensity ratio, the obtained Angle
Based on the previous SL and the two-dimensional coordinate position information on the image of the predetermined pixel when a rangefinder and calculates a distance to the object.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
るレンジファインダ装置について、図面を用いて説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A range finder device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】(第1の実施の形態) 図1は、本発明の第1の実施の形態におけるレンジファ
インダの構成図である。図1において、1カメラ、2
a,2bは光源、5は光源制御部、6は距離計算部であ
る。以下に上記構成の動作について説明する。
(First Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram of a range finder according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 camera, 2
Reference numerals a and 2b are light sources, 5 is a light source control unit, and 6 is a distance calculation unit. The operation of the above configuration will be described below.

【0026】光源制御部5は、カメラ1の垂直同期信号
に同期して、フィールド周期毎に光源2a,2bを交互
に発光させる。光源2a,2bとしては、例えば図2
(a)に示すように、キセノンフラッシュランプ等の閃
光光源7、8を縦に配置し、後方の反射板の方向を左右
にずらしたものを用いることができる。図2(b)は、
図2(a)の平面図である。光源2a、2bはそれぞれ
A、Bの範囲に光を輻射する。このキセノンランプは発
光部分が小型のもので、上から見て点光源と見なせるも
のが望ましい。さらには、光源2a、2bは縦方向に配
置されているがその距離は1cm程度であり、ほとんど一
点から光が発光されているとみなせる。
The light source control section 5 causes the light sources 2a and 2b to alternately emit light in each field cycle in synchronization with the vertical synchronizing signal of the camera 1. As the light sources 2a and 2b, for example, FIG.
As shown in (a), it is possible to use a flash light source 7, 8 such as a xenon flash lamp, which is arranged vertically and in which the direction of the rear reflector is shifted to the left and right. 2 (b) is
FIG. 3 is a plan view of FIG. The light sources 2a and 2b radiate light in the ranges A and B, respectively. It is desirable that the xenon lamp has a small light emitting portion and can be regarded as a point light source when viewed from above. Further, the light sources 2a and 2b are arranged in the vertical direction, but the distance is about 1 cm, and it can be considered that light is emitted from almost one point.

【0027】このような光源から輻射される光パタンは
図3のようになる。これは仮のスクリーンに光を投射し
た場合、そのスクリーン面の明るさの大きさを図中の→
方向で示したものである。即ち、各々の光源は中心軸上
が最も明るく、周辺になるほど暗くなる特性を持つ。こ
のような中央が明るく周辺が暗いのは半円筒状の反射板
9,10が閃光光源7,8の背後に配置されているから
である。また、その半円筒状の反射板9,10の向きが
ずれており、それぞれの投射光は一部が重なるように発
光されている。
The light pattern radiated from such a light source is as shown in FIG. This means that when light is projected on a temporary screen, the brightness of the screen surface is
It is shown in the direction. That is, each light source has the characteristic that it is brightest on the central axis and darkens toward the periphery. The reason that the center is bright and the periphery is dark is that the semi-cylindrical reflectors 9 and 10 are arranged behind the flash light sources 7 and 8. Further, the semi-cylindrical reflectors 9 and 10 are out of alignment, and the respective projection lights are emitted so as to partially overlap each other.

【0028】図4は、図3のH方向の面における、光源
からの投射光の角度と光強度の関係を示したものであ
る。このH方向とは、光源中心とレンズ中心とを含む複
数個の面のうち、任意の面Sと前記仮のスクリーンとの
交叉線の方向である。この光パタンのうちα部分におい
ては、2つの光源から被写体空間に照射される光は、各
光源から見て一方は右側が明るく、他方は左側が明るい
光となる。但し、このパタンは高さ方向(Y方向)に対
しても異なっている。
FIG. 4 shows the relationship between the angle of the projection light from the light source and the light intensity on the surface in the H direction of FIG. The H direction is the direction of the line of intersection between the arbitrary screen S and the temporary screen among the plurality of surfaces including the center of the light source and the center of the lens. In the α portion of this light pattern, the light emitted from the two light sources to the subject space is bright on the right side of one of the light sources and bright on the left side of the other. However, this pattern also differs in the height direction (Y direction).

【0029】図5は、図4のα部分における、上記2つ
の投射光での被写体照明での光強度比と、投射光をXZ
平面に投影したものがX軸に対してなす角度φとの関係
を示したものである。α部分においては、光強度比と角
度φの関係は1対1対応である。距離の測定のために
は、事前に2種類の光パタンを、光源から所定距離離
れ、垂直に立てられた平面に交互に投射し、この反射光
をカメラ1で撮像した結果から、各Y座標(CCD上の
Y座標に対応する)毎に図5のような光強度比と投射光
の角度との関係のデータを得ておく。Y座標毎とは、光
源中心とレンズ中心とを含む複数個の面毎にということ
である。
FIG. 5 shows the light intensity ratio of the above-mentioned two projection lights in the object illumination in the part α in FIG.
The relationship between the projection on a plane and the angle φ with respect to the X axis is shown. In the α portion, the light intensity ratio and the angle φ have a one-to-one correspondence. In order to measure the distance, two types of light patterns are projected in advance from a light source at a predetermined distance and are alternately projected onto a vertically standing plane, and the reflected light is imaged by the camera 1. Data on the relationship between the light intensity ratio and the angle of the projected light as shown in FIG. 5 is obtained for each (corresponding to the Y coordinate on the CCD). Each Y coordinate means each of a plurality of surfaces including the center of the light source and the center of the lens.

【0030】また、カメラ1のレンズ中心と光源を結ぶ
線分が、CCD撮像面のX軸と平行になるように光源を
配置すれば、各Y座標毎に決定された光強度比と投射光
の角度の関係のデータを用いることにより正確に距離計
算を行うことができる。以下に、光強度比を用いた距離
計算の方法について説明する。
If the light source is arranged so that the line segment connecting the lens center of the camera 1 and the light source is parallel to the X axis of the CCD image pickup surface, the light intensity ratio and the projected light determined for each Y coordinate can be obtained. It is possible to accurately calculate the distance by using the data of the angle relationship. The method of calculating the distance using the light intensity ratio will be described below.

【0031】図1の点Pを着目点とする時、カメラ1に
よって撮像した映像の点Pについての2種類の光パタン
照射時の撮像データから得られた輝度比と、点PのY座
標値に対応した図5の関係を用いることにより、光源か
ら見た点Pの角度φを計測する。なお、図5の関係は前
述のように、Y座標値によって異なる特性を持ち、各Y
座標毎に光強度比と、光源からの水平方向の角度φの関
係が事前の測定によって用意されているものとする。ま
た、カメラから見た点Pに対する角度θは、画像中での
位置(すなわち点Pの画素座標値)とカメラパラメータ
(焦点距離、レンズ系の光学中心位置)から決定する。
そして、上記2つの角度と、光源位置とカメラの光学中
心位置間の距離(基線長)とから、三角測量の原理によ
り距離を計算する。
When the point P in FIG. 1 is taken as a point of interest, the luminance ratio obtained from the image pickup data at the time of irradiating two kinds of optical patterns with respect to the point P of the image picked up by the camera 1 and the Y coordinate value of the point P 5 is used to measure the angle φ of the point P viewed from the light source. The relationship shown in FIG. 5 has different characteristics depending on the Y coordinate value as described above.
It is assumed that the relationship between the light intensity ratio and the angle φ in the horizontal direction from the light source is prepared for each coordinate by measuring in advance. Further, the angle θ with respect to the point P viewed from the camera is determined from the position in the image (that is, the pixel coordinate value of the point P) and the camera parameters (focal length, optical center position of the lens system).
Then, from the above two angles and the distance (baseline length) between the light source position and the optical center position of the camera, the distance is calculated by the principle of triangulation.

【0032】カメラの光学中心を原点とし、カメラの光
軸方向をZ軸、水平方向にX軸、垂直方向にY軸を設定
し、光源からみた着目点の方向がX軸となす角をφ、カ
メラから見た着目点の方向とX軸がなす角をθ、光源位
置を(0,−D)すなわち基線長をDとすると、着目点
Pの奥行き値Zは前述の式(1) Z=Dtanθtanφ/(tanθ−tanφ) として計算できる。
With the optical center of the camera as the origin, the optical axis of the camera is set as the Z axis, the horizontal direction is set as the X axis, and the vertical direction is set as the Y axis, and the angle of the point of interest viewed from the light source with the X axis is φ. , The angle between the direction of the point of interest viewed from the camera and the X axis is θ, and the light source position is (0, −D), that is, the base line length is D, the depth value Z of the point of interest P is expressed by the above-mentioned equation (1) Z = D tan θ tanφ / (tan θ−tan φ)

【0033】以上のように本実施の形態によれば、光強
度を用いたレンジファインダによる距離測定時に、光源
や光学系により生じる光強度の変化を補正して距離計測
を行うことにより、全て電子的な動作で実現できる、安
定した精度のよいレンジファインダ装置を実現すること
ができる。
As described above, according to the present embodiment, when the distance is measured by the range finder using the light intensity, the change in the light intensity caused by the light source or the optical system is corrected and the distance is measured. It is possible to realize a stable and accurate range finder device that can be realized by a dynamic operation.

【0034】なお、本実施の形態によるレンジファイン
ダの赤外カメラの前面にハーフミラーもしくはダイクロ
イックミラーとカラーカメラを配置することにより、距
離画像と同時に同一視点のカラー画像も得ることがで
き、本発明に含まれる。
By disposing a half mirror or dichroic mirror and a color camera in front of the infrared camera of the range finder according to this embodiment, a color image of the same viewpoint can be obtained at the same time as the distance image. include.

【0035】なお、本実施の形態における距離計算部で
は、距離Zのみを計算し計算結果を距離画像として出力
するものとしたが、図6に示す角度ωを用いて式
(1),式(2)より三次元座標値X,Y,Zを全て計
算し三次元座標データを出力してもよく、本発明に含ま
れる。
The distance calculation unit in the present embodiment calculates only the distance Z and outputs the calculation result as a distance image. However, using the angle ω shown in FIG. It is also possible to calculate all the three-dimensional coordinate values X, Y, Z from 2) and output the three-dimensional coordinate data, which is included in the present invention.

【0036】 X=Z/tanθ Y=Z/tanω ・・・・・ (2) なお、本実施の形態において、光源2a、2bを同時に
発光させ、図4の点線のように1つの中心の明るさが大
きく、周辺が暗くなる通常のフラッシュランプとして使
用すれば、通常の2次元画像を撮像することができる。
X = Z / tan θ Y = Z / tan ω (2) In the present embodiment, the light sources 2a and 2b are made to emit light at the same time, and the brightness of one center is indicated by the dotted line in FIG. If it is used as a normal flash lamp with large size and dark surroundings, it is possible to capture a normal two-dimensional image.

【0037】また、本実施の形態において、光源2の前
面に赤外通過型フィルタを挿入し、カメラ1に赤外波長
領域に感度のあるものを用いればフラッシュ光の点灯が
使用者や他のカメラ撮影画像に妨害を与えないようにす
ることができる。また、ハーフミラーやダイクロイック
ミラー等で赤外カメラと同軸で同時に通常のカラーカメ
ラで画像を撮像すれば、奥行き画像とそれに対応したテ
クスチャ画像を同時に撮像することもできる。
Further, in the present embodiment, if an infrared pass filter is inserted in front of the light source 2 and the camera 1 is sensitive to the infrared wavelength region, the flash light can be turned on by the user or another person. The image taken by the camera can be prevented from being disturbed. Further, if an image is picked up by a normal color camera at the same time as an infrared camera coaxially with a half mirror or a dichroic mirror, a depth image and a texture image corresponding thereto can be picked up at the same time.

【0038】また、本実施の形態において、フラッシュ
光は数百マイクロ秒の時間閃光するので、その期間のみ
カメラ1はシャッタ動作によって露出を行うように設定
すれば、背景光が距離測定に影響を及ぼすことを抑圧す
ることが出来、ある程度明るい場所でも距離画像を撮像
することができる。
Further, in the present embodiment, since the flash light flashes for several hundred microseconds, if the camera 1 is set to perform exposure by the shutter operation only during that period, the background light influences the distance measurement. It is possible to suppress the influence, and it is possible to capture a range image even in a somewhat bright place.

【0039】また、本実施の形態においては、2種類の
光パタンを被写体に照射し、それぞれの場合の撮像画像
を用いて各画素での光強度比を計算したが、光パタンを
照射しない場合の画像も撮像して合計3種類(光パタン
2種類、光パタン無し1種類)の画像を得て計算しても
良い。この場合、各画素の光強度比を計算する際に、各
々の光パタン照射時の光強度の値から光パタン無しの場
合の光強度を差し引いた差分値を計算する。そしてこれ
らの差分値の比を計算して光強度比とする。このように
すれば明るい場所での撮像の場合、背景光による距離計
算誤差を抑圧することが出来る。
Further, in the present embodiment, the light intensity ratio at each pixel is calculated by irradiating the subject with two types of light patterns and using the picked-up images in each case, but when the light pattern is not radiated It is also possible to take the image of (3) and obtain a total of three types of images (two types of optical patterns, one type without optical patterns) for calculation. In this case, when calculating the light intensity ratio of each pixel, the difference value is calculated by subtracting the light intensity in the case of no light pattern from the light intensity value at the time of each light pattern irradiation. Then, the ratio of these difference values is calculated as the light intensity ratio. This makes it possible to suppress the distance calculation error due to the background light when capturing an image in a bright place.

【0040】(第2の実施の形態) 図7は、本発明の第2の実施の形態におけるレンジファ
インダの構成図である。図7において、1aは赤外光に
感度を有するカメラ、2a,2bは光源、3a,3bは
赤外透過フィルタ、4a,4bは水平方向に透過率が変
化するNDフィルタ、5は光源制御部、6は距離計算部
である。以下に上記構成の動作について説明する。
(Second Embodiment) FIG. 7 is a block diagram of a range finder according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 7, 1a is a camera having sensitivity to infrared light, 2a and 2b are light sources, 3a and 3b are infrared transmission filters, 4a and 4b are ND filters whose transmittance changes in the horizontal direction, and 5 is a light source control unit. , 6 are distance calculation units. The operation of the above configuration will be described below.

【0041】光源制御部5は、赤外カメラ1aの垂直同
期信号に同期して、フィールド周期毎に光源2a,2b
を発光させる。光源2a,2bとしては、キセノンラン
プ等の閃光を発するもので、発光部分が小型のもの(点
光源と見なせるもの)が望ましい。また、光源2a,2
bは垂直方向に配置する。
The light source control section 5 synchronizes with the vertical synchronizing signal of the infrared camera 1a, and the light sources 2a and 2b for each field cycle.
Light up. As the light sources 2a and 2b, it is preferable to use a xenon lamp or the like that emits flash light and has a small light emitting portion (that can be regarded as a point light source). In addition, the light sources 2a, 2
b is arranged vertically.

【0042】各光源の前面には、赤外透過フィルタ3
a,3bとNDフィルタ4a,4bとを配置する。ND
フィルタ4a,4bは水平方向に透過率が変化する。図
2は水平方向の光源からの角度と、NDフィルタ4a,
4bの透過率の関係を示す。
An infrared transmission filter 3 is provided on the front surface of each light source.
a, 3b and ND filters 4a, 4b are arranged. ND
The transmittances of the filters 4a and 4b change in the horizontal direction. FIG. 2 shows the angle from the light source in the horizontal direction, the ND filter 4a,
4b shows the relationship of transmittance of 4b.

【0043】これらのNDフィルタにより、2つの光源
から被写体空間に照射される光は、光源から見て一方は
右側が明るく、他方は左側が明るい光となる。その結
果、被写体にはフィールド周期毎に、上記右側もしくは
左側が明るい光が交互に投射される。
With these ND filters, the light emitted from the two light sources to the object space is such that one side is bright on the right side and the other side is on the left side when viewed from the light sources. As a result, the right or left bright light is alternately projected onto the subject every field period.

【0044】図5は、上記2つの投射光の光強度比と、
光源からの水平方向の角度との関係を示す。以下に、光
強度比を用いた距離計算の方法について説明する。
FIG. 5 shows the light intensity ratio of the above two projected lights,
The relationship with the horizontal angle from the light source is shown. The method of calculating the distance using the light intensity ratio will be described below.

【0045】図7の点Pを着目点とする時、図5の関係
を用いることにより、カメラ1aによって撮像した映像
の点Pについてのフィールド間での輝度比から、光源か
ら見た点Pの角度を計測する。また、カメラから見た点
Pに対する角度は、画像中での位置(すなわち点Pの画
素座標値)とカメラパラメータ(焦点距離、レンズ系の
光学中心位置)から決定する。そして、上記2つの角度
と、光源位置とカメラの光学中心位置間の距離(基線
長)とから、三角測量の原理により距離を計算する。
When the point P in FIG. 7 is taken as the point of interest, the relationship of FIG. 5 is used to determine the point P of the image picked up by the camera 1a from the luminance ratio between the fields of the point P of the image viewed from the light source. Measure the angle. The angle with respect to the point P viewed from the camera is determined from the position in the image (that is, the pixel coordinate value of the point P) and the camera parameters (focal length, optical center position of the lens system). Then, from the above two angles and the distance (baseline length) between the light source position and the optical center position of the camera, the distance is calculated by the principle of triangulation.

【0046】カメラの光学中心を原点とし、カメラの光
軸方向をZ軸、水平方向にX軸、垂直方向にY軸を設定
し、光源からみた着目点の方向がX軸となす角をφ、カ
メラから見た着目点の方向とX軸がなす角をθ、光源位
置を(0,−D)すなわち基線長をDとすると、着目点
Pの奥行き値ZはZ=Dtanθtanφ/(tanθ−tanφ)と
して計算できる。
With the optical center of the camera as the origin, the optical axis direction of the camera is set to the Z axis, the horizontal direction is set to the X axis, and the vertical direction is set to the Y axis, and the angle between the point of interest as seen from the light source and the X axis is φ. , Θ is the angle between the direction of the point of interest as seen from the camera and the X axis, and the light source position is (0, −D), that is, the base line length is D, the depth value Z of the point of interest P is Z = D tan θ tan φ / (tan θ− It can be calculated as tan φ).

【0047】距離計算部6はカメラ1aの映像信号から
距離画像を計算する。そのやり方は実施の形態1と同じ
でよいが、次に示すような別のより正確な測定が可能な
方法がある。図8は、距離計算部6の構成図である。図
8において、11a,11bはフィールドメモリ、12
a,12bは光強度補正手段、13は光強度比計算手
段、14は距離変換手段である。以下に各構成要素の動
作について説明する。
The distance calculator 6 calculates a distance image from the video signal of the camera 1a. The method may be the same as that of the first embodiment, but there is another method capable of more accurate measurement as follows. FIG. 8 is a configuration diagram of the distance calculation unit 6. In FIG. 8, 11a and 11b are field memories and 12
Reference numerals a and 12b are light intensity correction means, 13 is a light intensity ratio calculation means, and 14 is a distance conversion means. The operation of each component will be described below.

【0048】カメラ1aにより撮像された画像はフィー
ルド毎にフィールドメモリ11a、11bに書き込まれ
る。
The image picked up by the camera 1a is written in the field memories 11a and 11b for each field.

【0049】光強度補正手段12a,12bはフィール
ドメモリに書き込まれた光強度を補正する手段である。
その補正の理由を次に説明する。図9は、距離Zが一定
のスクリーンに点光源から光を(NDフィルタが無い状
態で)照射し、面からの反射光を撮像した場合に、撮像
される光強度と画素座標値の関係を示す。図9では簡単
のために横方向についてのみ1次元的に示しているが、
垂直方向についても同様に光強度は曲線的な分布を示
す。
The light intensity correction means 12a and 12b are means for correcting the light intensity written in the field memory.
The reason for the correction will be described below. FIG. 9 shows the relationship between the imaged light intensity and the pixel coordinate value when a point light source irradiates a screen with a constant distance Z with light (without an ND filter) and the reflected light from the surface is imaged. Show. In FIG. 9, for simplification, only the lateral direction is shown one-dimensionally,
Similarly in the vertical direction, the light intensity shows a curvilinear distribution.

【0050】この分布の要因としては、カメラのレンズ
系による周辺減光、被写体面に対する光線の入射角の変
化による反射光強度の変化、光源からの角度による光強
度の変化等が考えられる。これらの要因により生じる光
強度の変化は、光強度比観測時の誤差すなわち距離計測
時の誤差となるため、距離計測精度を改善するためには
光強度の変換が必要となる。この誤差があると、場合に
よっては図5の特性曲線中に単調増加曲線でない部分が
生じる。そのような部分では、光強度と、上記角度とが
一対一対応しなくなる。その結果、測定結果が狂ってし
まうことになる。また、この誤差がなければ光強度
(比)はY軸方向で一定となり、図5の変換テーブルが
1つですむという利点がある(実施の形態1ではY座標
値の個数分変換テーブルが必要となる)。
As factors of this distribution, peripheral dimming by the lens system of the camera, changes in reflected light intensity due to changes in the incident angle of the light rays on the object surface, changes in light intensity depending on the angle from the light source, and the like can be considered. The change in the light intensity caused by these factors causes an error in observing the light intensity ratio, that is, an error in measuring the distance. Therefore, it is necessary to convert the light intensity to improve the distance measurement accuracy. If this error is present, a portion that is not a monotonically increasing curve may occur in the characteristic curve of FIG. 5 in some cases. In such a portion, the light intensity and the above angle do not have a one-to-one correspondence. As a result, the measurement result will be incorrect. Further, if there is no error, the light intensity (ratio) is constant in the Y-axis direction, and there is an advantage that only one conversion table in FIG. 5 is required (the first embodiment requires conversion tables for the number of Y coordinate values). Will be).

【0051】そこで、光強度変換手段12a,12b
は、上記計測誤差を低減させるために、NDフィルタが
無い場合の、基準となる距離だけ離れたスクリーン上の
画像での2次元的な光強度の曲線分布を予め測定してお
き、上記光強度と投射光の角度との関係(図5対応)を
得る際、また、実際の被写体の距離を測定する際に、そ
の予め測定した光強度の曲線分布に従って、フィールド
メモリの光強度を補正変換する。補正変換は、上記光強
度の曲線分布を一定値に補正する係数(すなわち、ピー
ク値又はある任意の値に対する各画素において撮像され
た光強度の比)を2次元LUT(ルックアップテーブ
ル)として保持し、フィールドメモリのデータに画素毎
に補正計数を乗じて行う。
Therefore, the light intensity converting means 12a, 12b.
In order to reduce the measurement error, the two-dimensional curve distribution of the light intensity in the image on the screen separated by the reference distance without the ND filter is measured in advance, and the light intensity is And the angle of the projected light (corresponding to FIG. 5) and when measuring the actual distance of the object, the light intensity of the field memory is corrected and converted according to the curve distribution of the light intensity measured in advance. . The correction conversion holds a coefficient (that is, a ratio of the light intensity imaged in each pixel to a peak value or a certain arbitrary value) for correcting the above-mentioned curve distribution of the light intensity to a constant value as a two-dimensional LUT (lookup table). Then, the data in the field memory is multiplied by the correction count for each pixel.

【0052】上記基準距離は、被写体を配置する距離が
予めわかる場合は、その距離の付近にすることで、距離
計測時の精度を改善できる。
When the distance for arranging the subject is known in advance, the reference distance can be set near the distance to improve the accuracy in distance measurement.

【0053】以上のように本実施の形態によれば、光強
度を用いたレンジファインダによる距離測定時に、光源
や光学系により生じる光強度の誤差を補正して距離計測
を行うことにより、全て電子的な動作で実現できる、安
定した精度のよいレンジファインダ装置実現することが
できる。
As described above, according to the present embodiment, when the distance is measured by the range finder using the light intensity, the distance measurement is performed by correcting the error of the light intensity caused by the light source or the optical system. It is possible to realize a stable and accurate range finder device that can be realized by a dynamic operation.

【0054】なお、本実施の形態によるレンジファイン
ダの赤外カメラの前面にハーフミラーもしくはダイクロ
イックミラーとカラーカメラを配置することにより、距
離画像と同時に同一視点のカラー画像も得ることができ
る。
By disposing a half mirror or dichroic mirror and a color camera in front of the infrared camera of the range finder according to this embodiment, a color image of the same viewpoint can be obtained at the same time as the distance image.

【0055】なお、本実施の形態における距離計算部の
説明では、距離Zのみを計算し計算結果を距離画像とし
て出力するものとしたが、図6に示す角度ωを用いて、
下記の式 Z=Dtanθtanφ/(tanθ−tanφ) X=Z/tanθ Y=Z/tanω より三次元座標値X,Y,Zを全て計算し三次元座標デ
ータを出力することができる。
In the description of the distance calculator in this embodiment, only the distance Z is calculated and the calculation result is output as a distance image. However, using the angle ω shown in FIG.
All three-dimensional coordinate values X, Y, and Z can be calculated from the following formula Z = D tan θ tanφ / (tan θ−tan φ) X = Z / tan θ Y = Z / tan ω, and three-dimensional coordinate data can be output.

【0056】尚、本実施の形態の距離計算部における光
強度補正では、被写体が上述した基準距離から離れた場
合、撮像される画素の位置がずれる(すなわち視差が生
じる)ため、距離計測精度が低下する。そのような場
合、予め複数の基準距離についての光強度補正量を用意
しておき、最初、ある1つの基準距離での補正を行って
距離を計算し、次にそれに近い基準距離での補正量を用
いて再度距離を計算することによって計測精度を改善で
きる。
In the light intensity correction in the distance calculation unit of the present embodiment, when the object is far from the above-mentioned reference distance, the position of the imaged pixel shifts (that is, parallax occurs), so that the distance measurement accuracy is improved. descend. In such a case, the light intensity correction amounts for a plurality of reference distances are prepared in advance, the correction is first performed at one reference distance, the distance is calculated, and then the correction amount at the reference distance close to it is calculated. The measurement accuracy can be improved by calculating the distance again using.

【0057】なお、本実施の形態において、光源2a、
2bを同時に発光させ、図4の点線のように1つの中心
の明るさが大きく、周辺が暗くなる通常のフラッシュラ
ンプとして使用すれば、通常の2次元画像を撮像するこ
とができる。
In the present embodiment, the light source 2a,
If two b are simultaneously emitted and used as a normal flash lamp in which one center has a high brightness and the periphery is dark as shown by the dotted line in FIG. 4, a normal two-dimensional image can be captured.

【0058】また、本実施の形態において、ハーフミラ
ーやダイクロイックミラー等で赤外カメラと同軸で同時
に通常のカラーカメラで画像を撮像すれば、奥行き画像
とそれに対応したテクスチャ画像を同時に撮像すること
もできる。
In the present embodiment, if an image is picked up by a normal color camera at the same time as an infrared camera coaxially with a half mirror, a dichroic mirror, etc., a depth image and a texture image corresponding thereto can be picked up at the same time. it can.

【0059】また、本実施の形態において、フラッシュ
光は数百マイクロ秒の時間閃光するので、その期間のみ
カメラ1はシャッタ動作によって露出を行うように設定
すれば、背景光が距離測定に影響を及ぼすことを抑圧す
ることが出来、ある程度明るい場所でも距離画像を撮像
することができる。
Further, in the present embodiment, since the flash light flashes for several hundred microseconds, if the camera 1 is set to perform exposure by the shutter operation only during that period, the background light influences the distance measurement. It is possible to suppress the influence, and it is possible to capture a range image even in a somewhat bright place.

【0060】また、本実施の形態においては、2種類の
光パタンを被写体に照射し、それぞれの場合の撮像画像
を用いて各画素での光強度比を計算したが、光パタンを
照射しない場合の画像も撮像して、合計3種類(光パタ
ン2種類、光パタン無し1種類)の画像を得て計算して
も良い。
Further, in the present embodiment, the light intensity ratio at each pixel is calculated by irradiating the subject with two types of light patterns and using the picked-up images in each case, but when the light pattern is not radiated It is also possible to pick up the image of 3 and obtain a total of 3 types of images (2 types of optical patterns, 1 type without optical patterns) for calculation.

【0061】この場合、各画素の光強度比を計算する際
に、各々の光パタン照射時の光強度の値から光パタン無
しの場合の光強度を差し引いた差分値を計算する。そし
てこれらの差分値の比を計算して光強度比とする。この
ようにすれば明るい場所での撮像の場合、背景光による
距離計算誤差を抑圧することが出来る。
In this case, when calculating the light intensity ratio of each pixel, the difference value is calculated by subtracting the light intensity in the case of no light pattern from the value of the light intensity in each light pattern irradiation. Then, the ratio of these difference values is calculated as the light intensity ratio. This makes it possible to suppress the distance calculation error due to the background light when capturing an image in a bright place.

【0062】また、本実施の形態において被写体に投光
する光パターンを、横方向に透過率が変化するNDフィ
ルタ4a,4bと光源2a,2bの代わりに、光透過型
液晶表示素子(通常の液晶映像プロジェクタに使われる
ようなもの)と光源1つを用いてもよい。光透過型液晶
表示素子の光透過パターンを切り替えて光源を2回発光
させることによって、あるいは、光源を点灯しておいて
光透過型液晶表示素子の2種類の光パターンを切り替え
ることによって、本実施の形態と同様に2種類の光パタ
ーンを被写体に時分割にて照射することができる。
Further, in the present embodiment, the light pattern projected onto the subject is replaced by a light-transmissive liquid crystal display element (normal type) instead of the ND filters 4a and 4b and the light sources 2a and 2b whose transmissivity changes in the lateral direction. (As used in a liquid crystal image projector) and one light source. The present embodiment is performed by switching the light transmission pattern of the light transmission type liquid crystal display element and causing the light source to emit light twice, or by switching on the light source and switching the two types of light patterns of the light transmission type liquid crystal display element. In the same manner as the above form, two types of light patterns can be radiated to the subject in a time division manner.

【0063】(第1の参考例) 図10(a)は、本発明のレンジファインダに関連する
第1の参考例の構成を示す概略斜視図である。同図を参
照しながら、以下に本例の構成を説明する。
(First Reference Example) FIG. 10A relates to the range finder of the present invention.
It is a schematic perspective view which shows the structure of a 1st reference example . The configuration of this example will be described below with reference to FIG.

【0064】図10(a)に示す様に、半導体レーザ2
01は、波長λの光を出射する光源手段である。第1光
ファイバ202は、半導体レーザ201から出射される
光を光分配器203に導く手段である。又、第1光ファ
イバ202と半導体レーザ201の間には、コリメータ
レンズ204が配置されている。光分配器203は、第
1光ファイバ202から導かれた光を2つの経路に分岐
する光分配手段である。又、光分配器203は、シャッ
ター機構を備えており、分岐した光を時分割で第2光フ
ァイバa,bに送り出す手段である。第2光ファイバa
(205a)及び第2光ファイバb(205b)は、そ
れぞれ光分配器203に一端が接続され、且つ他端の開
口部から分岐された光を被写体(例えば、胃の内壁な
ど)に照射するための光ファイバである。カメラ部20
6は、受光用光ファイバ束207により受光された、被
写体からの反射光により、被写体の画像データを取得す
る撮像手段である。尚、受光用光ファイバ束207の先
端には、レンズ210が近接配置されている。CCD2
09は、受光用光ファイバ束207からの光を受光出来
るように、カメラ部206に取り付けられた撮像素子で
ある。又、第2光ファイバa(205a)の開口部20
8aから照射される光は、上記実施の形態で説明した図
4に示す様な光強度分布を示す。第2光ファイバb(2
05b)の開口部208bから照射される光も同様であ
る。これらの光が、この様に水平方向の位置によって、
光強度の分布が異なるのは、光ファイバの開口部から出
る光が、開口角に基づいて拡散するからである。従っ
て、開口角を調整することにより、光強度の分布の形状
を変えることが出来る。尚、この開口角は、光ファイバ
の直径方向の屈折率を所定の値に設定することによりあ
る程度の調整が可能である。
As shown in FIG. 10A, the semiconductor laser 2
Reference numeral 01 is a light source means for emitting light of wavelength λ. The first optical fiber 202 is means for guiding the light emitted from the semiconductor laser 201 to the light distributor 203. Further, a collimator lens 204 is arranged between the first optical fiber 202 and the semiconductor laser 201. The light distributor 203 is a light distributor that splits the light guided from the first optical fiber 202 into two paths. The light distributor 203 is provided with a shutter mechanism, and is a means for sending the branched light to the second optical fibers a and b in a time division manner. Second optical fiber a
(205a) and the second optical fiber b (205b) each have one end connected to the light distributor 203 and irradiate the subject (for example, the inner wall of the stomach) with the light branched from the opening at the other end. Optical fiber. Camera unit 20
Reference numeral 6 denotes an image pickup unit that acquires image data of the subject by the reflected light from the subject received by the light-receiving optical fiber bundle 207. A lens 210 is arranged close to the tip of the light-receiving optical fiber bundle 207. CCD2
An image sensor 09 is attached to the camera unit 206 so that the light from the light-receiving optical fiber bundle 207 can be received. In addition, the opening 20 of the second optical fiber a (205a)
The light emitted from 8a exhibits the light intensity distribution as shown in FIG. 4 described in the above embodiment. Second optical fiber b (2
The same applies to the light emitted from the opening 208b of (05b). These lights, thus, depending on the horizontal position,
The light intensity distribution is different because the light emitted from the opening of the optical fiber diffuses based on the opening angle. Therefore, the shape of the light intensity distribution can be changed by adjusting the opening angle. The opening angle can be adjusted to some extent by setting the refractive index in the diameter direction of the optical fiber to a predetermined value.

【0065】尚、本例のレンジファインダは、上記実施
の形態で述べた距離計算部6と同様の機能を備えた、カ
メラ部206からの画像データに基づいて被写体までの
距離を計算する距離計算手段(図示省略)を備えてい
る。又、上記第1光ファイバ202、及び第2光ファイ
バa,b(205a,205b)の双方又は一方に、光
ファイバ束を用いても勿論良い。
The range finder of this example has a function similar to that of the distance calculating section 6 described in the above embodiment, and calculates the distance to the object based on the image data from the camera section 206. Means (not shown) are provided. Further, it is of course possible to use an optical fiber bundle for both or one of the first optical fiber 202 and the second optical fibers a, b (205a, 205b).

【0066】以上の構成により、次に本例の動作を図1
0(a)を用いて説明する。
With the above configuration, the operation of this example will be described below with reference to FIG.
This will be described using 0 (a).

【0067】本例のレンジファインダは、胃カメラなど
の内視鏡として利用することが出来るものである。
The range finder of this example can be used as an endoscope such as a gastric camera.

【0068】即ち、第2光ファイバa、b(205a、
205b)の先端と、受光用光ファイバ207の先端と
を、患者の胃の中に挿入する。
That is, the second optical fibers a and b (205a,
The tip of 205b) and the tip of the light-receiving optical fiber 207 are inserted into the patient's stomach.

【0069】第2光ファイバa,bの開口部からは、図
4に示す様な光強度の分布特性を有する光が、上記実施
の形態1と同様、時分割で照射される。受光用光ファイ
バ207が、これらの光の反射光を受光する。更に、カ
メラ部206が、これら反射光から得た胃の内壁の画像
データを距離計算部に送る。距離計算部は、上記実施の
形態1と同様にして、胃の内壁の3次元距離データを計
算して出力する。出力された距離データは、モニター
(図示省略)に送られて3次元表示される。医師は、そ
のモニターを見ながら、第2光ファイバの先端を移動さ
せ、3次元的に映し出された患部の画像を見ることが出
来る。これにより、従来に比べてより一層正確な診察が
出来る。
From the openings of the second optical fibers a and b, light having a light intensity distribution characteristic as shown in FIG. 4 is radiated in a time division manner as in the first embodiment. The light receiving optical fiber 207 receives the reflected light of these lights. Further, the camera unit 206 sends the image data of the inner wall of the stomach obtained from these reflected lights to the distance calculation unit. The distance calculation unit calculates and outputs the three-dimensional distance data of the inner wall of the stomach in the same manner as in the first embodiment. The output distance data is sent to a monitor (not shown) and displayed three-dimensionally. While looking at the monitor, the doctor can move the tip of the second optical fiber and see the image of the affected area that is three-dimensionally projected. As a result, a more accurate medical examination can be performed as compared with the conventional case.

【0070】尚、上記では、光源部としての半導体レ
ーザを一つ備えた構成のレンジファインダーについて説
明したが、これに限らず例えば、図10(b)に示す様
に、光源部を2つ備えた構成であっても良い。即ち、こ
の場合、光源部としての半導体レーザ201a,201
bには、それらの出射光を個別に被写体側に導き、被写
体に照射するための光ファイバ205a、205bが設
けられている。又、これら各光ファイバ205a,20
5bと半導体レーザ201a,201bの間には、コリ
メータレンズ204a,204bが配置されている。こ
の様な構成により、上記と同様の効果を発揮する。
In the above example , the range finder having one semiconductor laser as the light source section has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 10B, two light source sections are provided. The configuration may be provided. That is, in this case, the semiconductor lasers 201a, 201a serving as the light source unit
In b, optical fibers 205a and 205b for individually guiding the emitted light to the subject side and irradiating the subject are provided. Also, each of these optical fibers 205a, 20
Collimator lenses 204a and 204b are arranged between 5b and the semiconductor lasers 201a and 201b. With such a configuration, the same effect as described above is exhibited.

【0071】又、上記では、第1光ファイバ202
と、2つの第2ファイバ205a,205bの間に、光
分配器203を備えた構成について説明したが、これに
限らず例えば、光分配器203及び第2光ファイバ20
5a,205bに代えて、第1光ファイバから導かれた
光をファイバの先端部で2つの経路に分岐し、被写体に
照射するための光分岐手段(図示省略)を備えた構成で
も良い。この場合、第2の光ファイバを省略出来、しか
も上記と同様の効果を発揮する。
In the above example , the first optical fiber 202
Although the configuration including the optical distributor 203 between the two second fibers 205a and 205b has been described, the present invention is not limited to this, and for example, the optical distributor 203 and the second optical fiber 20.
Instead of 5a and 205b, a configuration may be provided in which the light guided from the first optical fiber is provided with a light branching unit (not shown) for branching the light into two paths at the tip of the fiber and irradiating the subject. In this case, the second optical fiber can be omitted and the same effect as described above can be obtained.

【0072】又、上記では、図11(a)に示す様
に、光ファイバ205a,205bの前には、何も配置
していない構成について説明したが、これに限らず例え
ば、各光ファイバ205a,205bの開口部208
a,208bの前面にコリメートレンズ301(図11
(b)参照)や、シリンドリカルレンズ(又は、ロッド
レンズ)302(図11(c)参照)を、各開口部20
8a,208bの前面に配置する構成でも良い。これに
より、開口部から照射される光の強度を、より一層効率
よく位置的に一様に変化させることが可能となる。な
お、各開口部208a,208bの前面からは場所的に
光強度の異なること無い光を出力させ、そのかわり、光
透過率が位置的に異なる透過率変化フィルタ1(303
a)と、透過率変化フィルタ2(303b)とを各開口
部208a,208bの前面に配置することも可能であ
る。
Further, in the above example , as shown in FIG. 11A, the configuration in which nothing is arranged in front of the optical fibers 205a and 205b has been described, but the present invention is not limited to this, for example, each optical fiber. Openings 208 of 205a and 205b
The collimating lens 301 (see FIG.
(See (b)), the cylindrical lens (or rod lens) 302 (see FIG. 11C), and the opening 20.
It may be arranged on the front surfaces of 8a and 208b. As a result, the intensity of the light emitted from the opening can be changed more efficiently and positionally. It should be noted that the front surface of each of the openings 208a and 208b outputs light whose light intensity does not differ locally, and instead, the light transmittance changing filter 1 (303) whose light transmittance is positionally different.
It is also possible to dispose a) and the transmittance change filter 2 (303b) in front of the openings 208a and 208b.

【0073】ここで、図11(d)に示したフィルタの
特性を、図12(a)、(b)を参照しながら、更に説
明する。
Here, the characteristics of the filter shown in FIG. 11D will be further described with reference to FIGS. 12A and 12B.

【0074】例えば、図12(a)に示した透過率変化
フィルタ1(303a)を透過した光の強度分布は、図
12(b)中の符号401aを付したものとなる様に設
定されている。これに対して、透過率変化フィルタ2
(303b)を透過した光の強度分布は、同図中の符号
401bを付したものとなる様に設定されている。図1
2(b)は、図4に示したαの範囲についての光強度分
布を表した図である。このような透過率変化フィルタを
用いても本発明を実現できる。
For example, the intensity distribution of the light transmitted through the transmittance changing filter 1 (303a) shown in FIG. 12 (a) is set so as to be the one indicated by reference numeral 401a in FIG. 12 (b). There is. On the other hand, the transmittance change filter 2
The intensity distribution of light transmitted through (303b) is set so as to be denoted by reference numeral 401b in the figure. Figure 1
FIG. 2B is a diagram showing the light intensity distribution in the range of α shown in FIG. The present invention can be realized by using such a transmittance changing filter.

【0075】又、上記例では、光分配器にシャッター機
構が設けられており、時分割で光が被写体に照射される
構成の場合について述べたが、これに限らず例えば、光
源からの光に複数の周波数の光が含まれており、光分配
器にフィルタを設けることにより、異なる波長の光が開
口部から照射される。そして、カメラ部にこれらの2種
類の波長を区別して受光出来るフィルタと受光素子とを
備える構成とすることにより、被写体の対して、2種類
の波長の各光を同時に照射することが可能となる。これ
により測定時間の短縮が可能となる。図10(b)に示
した構成についても、半導体レーザ201a,201b
の波長を異ならせて、カメラ部206を、2種類の波長
を区別して受光出来るフィルタと受光素子とを備える構
成とすれば、上記と同様に、測定時間の短縮が可能とな
る。
Further, in the above-mentioned example, the case where the light distributor is provided with the shutter mechanism and the light is radiated to the subject in a time-division manner has been described, but not limited to this, for example, the light from the light source is used. Light of a plurality of frequencies is included, and by providing a filter in the light distributor, light of different wavelengths is emitted from the opening. Further, by providing the camera unit with the filter and the light receiving element capable of separately receiving these two types of wavelengths, it becomes possible to simultaneously irradiate the subject with each of the two types of wavelengths of light. . This makes it possible to reduce the measurement time. Also in the configuration shown in FIG. 10B, the semiconductor lasers 201a and 201b
If the camera section 206 is provided with a filter and a light receiving element that can receive light by distinguishing between two types of wavelengths, the measurement time can be shortened as described above.

【0076】又、上記では光源として半導体レーザを
用いたが、これに限らず例えば、LEDやランプなどを
用いても良い。
Further, although the semiconductor laser is used as the light source in the above example , the present invention is not limited to this, and for example, an LED or a lamp may be used.

【0077】次に、上述した本発明にかかるレンジファ
インダ装置をよりコンパクトに、またシンプルな構造と
する工夫を実現した本発明に関連するカメラの例を説明
する。
Next, an example of a camera related to the present invention will be described in which the above-described range finder device according to the present invention is realized in a more compact and simple structure.

【0078】つまり、上述したレンジファインダ装置に
おいては、光源2a,2bを図2に示すように光反射板
をずらしておいたり、発光管の前に水平場所によって光
透過率の異なった光フィルタを装着する必要があり、構
造が複雑であるといえる。
That is, in the range finder device described above, the light reflectors of the light sources 2a and 2b are displaced as shown in FIG. 2, or an optical filter having a different light transmittance depending on the horizontal position is provided in front of the arc tube. It has to be installed, and the structure is complicated.

【0079】また、カメラのレンズと光源の距離を数十
センチ以上離さないと三角測量を用いるため測定精度が
出ないと面もあり、これをカメラの筐体に収めようとし
てもカメラがかなり大きくなる。
In addition, the accuracy of measurement cannot be obtained because triangulation is used unless the distance between the camera lens and the light source is more than several tens of centimeters. Become.

【0080】また、従来公知のカメラで撮像した物体の
大きさや寸法を測定することは被写体までの距離が分か
らないと簡単には計算できないという欠点があった。ま
た、一旦撮影されたカラー画像から被写体の大きさを知
ることは不可能であった。
Further, there is a drawback that the size and size of an object imaged by a conventionally known camera cannot be easily calculated unless the distance to the subject is known. In addition, it is impossible to know the size of the subject from the color image once taken.

【0081】また、従来公知のカメラで撮像された画像
から被写体を抽出しようとすると、背景が単一色の環境
を予め用意しなくてはならず、大がかりな準備が必要で
あった。
Further, in order to extract a subject from an image captured by a conventionally known camera, it is necessary to prepare an environment in which the background has a single color in advance, which requires extensive preparation.

【0082】以下にそれらの不都合などを解決できる本
例に係る形状計測用のカメラ及び被写体抽出用のカメラ
について、図面を用いて説明する。 (第2の参考例図13(a),(b) は、本発明の第2の参考例におけ
る形状計測カメラ及び被写体抽出カメラの構成図であ
る。また、図20はこのカメラのブロック図である。
A shape measuring camera and a subject extracting camera according to this embodiment, which can solve these disadvantages, will be described below with reference to the drawings. ( Second Reference Example ) FIGS. 13A and 13B are configuration diagrams of a shape measurement camera and a subject extraction camera according to a second reference example of the present invention. FIG. 20 is a block diagram of this camera.

【0083】図13において、501,502はカメラ
筐体、503は撮影レンズ、504は記録メディア、5
05,506はそれぞれ光源部を形成する第1,第2ス
トロボ、507はファインダである。図20において、
532は表示部、533は撮像部、534は光源制御
部、535は距離計算部、536はカラー画像計算部、
538はメディア記録・再生部、550は画像メモリで
ある。
In FIG. 13, 501 and 502 are camera housings, 503 is a taking lens, 504 is a recording medium, and 5 is a recording medium.
Reference numerals 05 and 506 are first and second strobes forming a light source unit, respectively, and 507 is a finder. In FIG. 20,
532 is a display unit, 533 is an imaging unit, 534 is a light source control unit, 535 is a distance calculation unit, 536 is a color image calculation unit,
Reference numeral 538 is a media recording / playback unit, and 550 is an image memory.

【0084】この形状計測カメラの構造は、図13
(a)に示すようにカメラ部の入っている筐体501と
発光部の入っている筐体502が、互いに厚みが異なっ
て互いに重なってはめ込むことが出来る構造になってお
り、更に図13(a)の状態と(b)の状態を、使用者
が筐体501、502をスライドさせることによって選
ぶことが出来る。携帯時には(a)の状態で小型の状態
にしておき、撮影時には(b)のような状態に筐体を延
ばして使用する。これにより、使用時にレンズ503の
中心と光源部のストロボ505、506との間隔Dを大
きく設定することが出来る。図20(a)は、画像メモ
リ550を用いない簡易方式、(b)は画像メモリを持
ち高速に撮像・表示することのできるタイプである。
The structure of this shape measuring camera is shown in FIG.
As shown in FIG. 13A, a housing 501 containing a camera unit and a housing 502 containing a light emitting unit are different in thickness from each other and have a structure in which they can be fitted to each other and overlap each other. The state of (a) and the state of (b) can be selected by the user by sliding the housings 501 and 502. When carrying, it is kept in a small state in the state of (a), and when shooting, the case is extended to the state as in (b) for use. Thereby, the distance D between the center of the lens 503 and the strobes 505 and 506 of the light source unit can be set to be large at the time of use. 20A is a simple method that does not use the image memory 550, and FIG. 20B is a type that has an image memory and is capable of high-speed imaging / display.

【0085】光源部のストロボ505、506は、例え
ば図2のように構成されており、ストロボ発光管530
と中心位置をずらした孔を有する遮光板528により構
成されている。この時、図15の平面図に示すように発
光管530の線分から出た光は、遮光板528により、
その場所によって光の遮られ方が変化しながら出射され
る。この時、遮光板528の孔の位置がストロボ発光管
530とずれており、直線l上での点AからBの間に光
がだんだん強くなるような光が生成される。これによっ
て、図16のように、2つのストロボ発光管から互いに
反対方向に光強度が変化するような光パタンが生成され
る。次に、このような光を用いて奥行き距離を計算する
方法を説明する。なお、その内容は、既に述べた奥行き
距離の計算方法とおおむね同様である。
The strobes 505 and 506 of the light source section are constructed, for example, as shown in FIG.
And a light shielding plate 528 having a hole whose center position is shifted. At this time, as shown in the plan view of FIG. 15, the light emitted from the line segment of the arc tube 530 is caused by the light shielding plate 528.
Light is emitted while changing the way light is blocked depending on the location. At this time, the position of the hole of the light shielding plate 528 is displaced from the strobe light emitting tube 530, and light such that the light gradually becomes stronger between points A and B on the straight line l is generated. As a result, as shown in FIG. 16, two strobe arc tubes generate light patterns in which the light intensity changes in opposite directions. Next, a method of calculating the depth distance using such light will be described. The contents are almost the same as the depth distance calculation method described above.

【0086】このようにして得られる光パタンは、図1
7のように、光強度が変化するパタンになっている。こ
の光強度の変化を横X方向に一次元的に示したのが図1
8である。この光パタンのうちα部分においては、2つ
の光源から被写体空間に照射される光は、光源から見て
一方は右側が明るく、他方は左側が明るい光となる。但
し、このパタンは高さ方向(Y方向)に対しても変化す
る。
The optical pattern thus obtained is shown in FIG.
7, the pattern is such that the light intensity changes. FIG. 1 shows this change in light intensity one-dimensionally in the lateral X direction.
8 In the α portion of this light pattern, the light emitted from the two light sources to the subject space is bright on the right side on one side and bright on the left side on the other side when viewed from the light sources. However, this pattern also changes in the height direction (Y direction).

【0087】図19は、図18のα部分における、上記
2つの投射光での被写体照明での光強度比と、光源から
の水平方向の角度φとの関係を示したものである。α部
分においては、光強度比と光源からの水平方向の角度φ
の関係は1対1対応である。距離の測定のためには、事
前に2種類の光パタンを垂直に立てられた平面に交互に
投射し、この反射光をカメラ501で撮像した結果か
ら、各Y座標毎に図17のような光強度比と水平方向の
光源からの位置の関係のデータを得ておく必要がある。
FIG. 19 shows the relationship between the light intensity ratio of the above-mentioned two projection lights in subject illumination and the angle φ in the horizontal direction from the light source in the α portion of FIG. In the α part, the light intensity ratio and the horizontal angle φ from the light source
The relationship is one-to-one. In order to measure the distance, two types of light patterns are alternately projected in advance on a vertically standing plane, and the reflected light is imaged by the camera 501. As a result, as shown in FIG. It is necessary to obtain data on the relationship between the light intensity ratio and the position from the light source in the horizontal direction.

【0088】また、カメラ501のレンズ中心と光源を
結ぶ線分が、撮像面のX軸と水平になるように光源を配
置すれば、各Y座標毎に決定された光強度比と水平方向
の光源からの位置の関係のデータを用いることにより正
確に距離計算を行うことができる。これは、図20
(a)の距離計算部によって算出される。以下に、光強
度比を用いた距離計算の方法について説明する。
Further, if the light source is arranged so that the line segment connecting the lens center of the camera 501 and the light source is horizontal with the X axis of the image pickup surface, the light intensity ratio determined for each Y coordinate and the horizontal direction are determined. The distance can be accurately calculated by using the data of the positional relationship from the light source. This is shown in FIG.
It is calculated by the distance calculator of (a). The method of calculating the distance using the light intensity ratio will be described below.

【0089】図20(a)の点Pを着目点とする時、使
用者の撮像意図に基づいて撮像部533によって撮像し
た映像の点Pについての光源のストロボ505、506
それぞれからの2種類の光パタンが時分割で光源制御部
534によって投射された時の、撮像部533の出力で
ある撮像データから得られた輝度比と、点PのY座標値
に対応した図19の関係を用いることにより、光源から
見た点Pの角度φを計測する。
When the point P in FIG. 20A is the point of interest, the light source strobes 505 and 506 for the point P of the image picked up by the image pickup section 533 based on the user's image pickup intention.
A diagram corresponding to the Y-coordinate value of the point P and the luminance ratio obtained from the imaging data output from the imaging unit 533 when two types of light patterns from each are projected by the light source control unit 534 in a time division manner. By using the relationship of 19, the angle φ of the point P viewed from the light source is measured.

【0090】なお、図19の関係は前述のように、Y座
標値によって異なる特性を持ち、各Y座標毎に光強度比
と、光源からの水平方向の角度φの関係が事前の測定に
よって用意されているものとする。また、カメラから見
た点Pに対する角度θは、画像中での位置(すなわち点
Pの画素座標値)とカメラパラメータ(焦点距離、レン
ズ系の光学中心位置)から決定する。そして、上記2つ
の角度と、光源位置とカメラの光学中心位置間の距離
(基線長D)とから、三角測量の原理により距離を計算
する。
As described above, the relationship of FIG. 19 has different characteristics depending on the Y coordinate value, and the relationship between the light intensity ratio and the angle φ in the horizontal direction from the light source is prepared for each Y coordinate by measuring in advance. It has been done. Further, the angle θ with respect to the point P viewed from the camera is determined from the position in the image (that is, the pixel coordinate value of the point P) and the camera parameters (focal length, optical center position of the lens system). Then, the distance is calculated by the principle of triangulation from the above two angles and the distance (base line length D) between the light source position and the optical center position of the camera.

【0091】カメラの光学中心を原点とし、カメラの光
軸方向をZ軸、水平方向にX軸、垂直方向にY軸を設定
し、光源からみた着目点の方向がX軸となす角をφ、カ
メラから見た着目点の方向とX軸がなす角をθ、光源位
置を(0,−D)すなわち基線長をDとすると、着目点
Pの奥行き値Zは式 Z=Dtanθtanφ/(tanθ−tanφ) として計算できる。この時、Dの値(レンズと光源部の
距離)が小さいと、計測された奥行き値Zの値の精度が
悪くなる。例えば、3m程度の距離までの被写体であれ
ば、Dの値を20〜30cmにすれば、計測距離の約1
%の誤差で奥行きが計測できる。これより小さなDの値
になるに従って、計測誤差はこれよりも大きくなってい
く。また、着目点PのX、Y座標は以下の式によって与
えられる。
With the optical center of the camera as the origin, the optical axis direction of the camera is set to the Z axis, the horizontal direction is set to the X axis, and the vertical direction is set to the Y axis, and the angle of the point of interest viewed from the light source and the X axis is φ. , The angle between the direction of the point of interest viewed from the camera and the X axis is θ, and the light source position is (0, −D), that is, the base line length is D, the depth value Z of the point of interest P is given by the formula Z = Dtanθtanφ / (tanθ It can be calculated as −tan φ). At this time, if the value of D (the distance between the lens and the light source unit) is small, the accuracy of the measured depth value Z becomes poor. For example, for a subject up to a distance of about 3 m, if the value of D is set to 20 to 30 cm, the measured distance is about 1
Depth can be measured with an error of%. As the value of D becomes smaller than this, the measurement error becomes larger than this. The X and Y coordinates of the point of interest P are given by the following formula.

【0092】 X=Z/tanθ Y=Z/tanω また、カラー画像計算部536は、前述の2種類の光パ
タン照射時の撮像データを加算平均した画像を計算し、
これをカラー画像とする。2種類の光パタンは、図18
のように、お互いに相補的に明るさが変化する特性を持
っており、これらを加算平均することによって一様な明
るさのストロボで撮像したのと同等なカラー画像を得る
ことが出来る。
X = Z / tan θ Y = Z / tan ω Further, the color image calculation unit 536 calculates an image obtained by averaging the image pickup data at the time of the above-mentioned two types of light pattern irradiation,
This is a color image. The two types of optical patterns are shown in FIG.
As described above, the brightness changes complementarily to each other, and by adding and averaging these, it is possible to obtain a color image equivalent to that captured by a strobe with uniform brightness.

【0093】以上のようにして得られたカラー画像と奥
行き画像は、表示部532に表示されるとともに、メデ
ィア記録・再生部538を通して記録メディア504に
記録される。もちろん、一旦記録されたカラー画像及び
奥行き画像をメディア記録・再生部538により読み出
して表示部532に表示することも出来る。
The color image and the depth image obtained as described above are displayed on the display unit 532 and recorded on the recording medium 504 through the medium recording / reproducing unit 538. Of course, the color image and the depth image once recorded can be read by the media recording / reproducing unit 538 and displayed on the display unit 532.

【0094】また、図20(b)のように、撮像部53
3からの画像データを一旦画像メモリ550に蓄積する
ようにすれば、連続して画像を入力することもできる。
また、一旦記録メディア504に記録した画像を画像メ
モリ550に複数読み出して、高速に再生表示すること
もできる。
Further, as shown in FIG. 20B, the image pickup section 53
If the image data from 3 is once stored in the image memory 550, images can be continuously input.
Further, a plurality of images once recorded on the recording medium 504 can be read out to the image memory 550 and reproduced and displayed at high speed.

【0095】以上のように本例によれば、光強度の変化
パターンを直線状のストロボ発光管と孔の空いた遮光板
を用いるだけで、簡単な構造で複数の光パターンを生成
でき、構造の安定した形状計測カメラを実現することが
できる。
As described above, according to this example , a plurality of light patterns can be generated with a simple structure by using a linear stroboscopic arc tube and a light-shielding plate with holes for the light intensity change pattern. It is possible to realize a stable shape measurement camera.

【0096】また、携帯時には小型で、撮影時には本体
を引き延ばしてレンズ503と光源部のストロボ50
5,506の間隔Dを大きく取ることが出来、精度の高
い奥行き画像を計測できる形状計測カメラを実現するこ
とが出来る。
Further, it is small when carried, and the main body is extended during photography to extend the lens 503 and the strobe 50 of the light source unit.
It is possible to realize a shape measuring camera capable of taking a large distance D of 5,506 and measuring highly accurate depth images.

【0097】(第3の参考例) 図28は、本発明の第3の参考例における形状計測カメ
ラ及び被写体抽出カメラの構成図である。図28におい
て、501,502はカメラの筐体、505,506は
それぞれ光源部を形成する第1、第2ストロボ、518
は表示パネル、519はタッチパネル、532は表示
部、533は撮像部、535は距離計算部、536はカ
ラー画像計算部、538はメディア記録・再生部、53
7は制御部である。以下に上記構成の形状計測カメラ及
び被写体抽出カメラの動作について説明する。
(Third Reference Example) FIG. 28 is a configuration diagram of a shape measurement camera and a subject extraction camera according to a third reference example of the present invention. In FIG. 28, 501 and 502 are camera housings, and 505 and 506 are first and second strobes 518 forming a light source unit, respectively.
Is a display panel, 519 is a touch panel, 532 is a display unit, 533 is an imaging unit, 535 is a distance calculation unit, 536 is a color image calculation unit, 538 is a media recording / playback unit, and 53.
Reference numeral 7 is a control unit. The operations of the shape measuring camera and the subject extracting camera having the above configurations will be described below.

【0098】図27は、形状測定カメラの裏面を示した
ものである。裏面には、表示パネル518と、タッチパ
ネル519が重ねて配置してあり、撮像されたカラー画
像や奥行き画像を表示し、使用者が指や棒状のもので、
その画像中の注目位置(座標)を指定できるようになっ
ている。
FIG. 27 shows the back surface of the shape measuring camera. On the back side, a display panel 518 and a touch panel 519 are arranged so as to overlap with each other, and a captured color image or depth image is displayed.
The attention position (coordinates) in the image can be specified.

【0099】図28は、表示・距離計測のブロック図を
示したものであり、撮像された距離画像とカラー画像は
制御部537に入力され、使用者の注目位置指定座標も
制御部537に入力される。制御部537は、撮影され
たカラー画像を表示パネル518に表示し、タッチパネ
ル519によって入力された複数の注目指定座標と、奥
行き画像から、実際の距離などを計算して表示パネル5
18に表示する。
FIG. 28 is a block diagram of display / distance measurement. The captured distance image and color image are input to the control unit 537, and the user's attention position designation coordinates are also input to the control unit 537. To be done. The control unit 537 displays the captured color image on the display panel 518, calculates the actual distance and the like from the plurality of designated designated coordinates input by the touch panel 519 and the depth image, and then displays the display panel 5
18 is displayed.

【0100】図25は、注目位置指定の様子を示したも
のである。まず、表示部518に、使用者が撮影した机
のカラー画像が表示されているとする。使用者は、指定
点A523、B524を指または棒状のもので指定す
る。
FIG. 25 shows how the attention position is designated. First, it is assumed that the display unit 518 displays a color image of a desk photographed by the user. The user designates the designated points A523 and B524 with a finger or a stick.

【0101】指定すると、形状計測カメラは、得られて
いる奥行き画像のそれぞれの座標位置の実際の座標A
(Xa,Ya,Za)とB(Xb,Yb,Zb)の値を
用いて、点A、Bを結ぶ線分ABの距離Lab即ち
If specified, the shape measuring camera determines the actual coordinates A of the respective coordinate positions of the obtained depth image.
Using the values of (Xa, Ya, Za) and B (Xb, Yb, Zb), the distance Lab of the line segment AB connecting the points A and B, that is,

【0102】[0102]

【数1】 [Equation 1]

【0103】を計算し、表示パネル518の別の部分に
表示する。この例では、ABの長さが25cmであると
表示されている。このようにして、使用者は、撮影され
た被写体の測りたい点間の距離を、被写体に触れること
なく、これが奥行き方向の長さであっても測定すること
が出来る。
Is calculated and displayed on another part of the display panel 518. In this example, it is displayed that the length of AB is 25 cm. In this way, the user can measure the distance between the points to be measured of the photographed subject without touching the subject even if this is the length in the depth direction.

【0104】また、同様にして直線ではなく、円状の被
写体の大きさを測定することができる。図26は、円形
のテーブルを撮像した場合の例である。例えば、使用者
は撮像され表示パネル518に表示されたカラー画像を
見ながら、測りたい円形の円周の部分の適当な位置3点
A523、B524、C526をタッチパネルに指また
は棒状のものを触れることによって指定する。
Similarly, it is possible to measure the size of a circular subject instead of a straight line. FIG. 26 is an example when a circular table is imaged. For example, the user touches a touch panel with a finger or a rod-shaped object at three appropriate positions A523, B524, and C526 on the circular circumference to be measured while looking at the color image captured and displayed on the display panel 518. Specify by.

【0105】その後、形状計測カメラは、これらの3点
の空間座標値A(Xa,Ya,Za),B(Xb,Y
b,Zb),C(Xc,Yc,Zc)から、これらを通
る円の方程式を求める。求める方法は色々あるが、例え
ば、線分ABとBCの垂直二等分線を求め、それの交点
が円の中心G(Xg,Yg,Zg)であるする。次に、
線分GA、GB、GCの長さの平均値を円の半径とすれ
ばよい。
Thereafter, the shape measuring camera uses the spatial coordinate values A (Xa, Ya, Za) and B (Xb, Y) of these three points.
From b, Zb) and C (Xc, Yc, Zc), the equation of the circle passing through these is obtained. There are various methods for obtaining, but for example, a perpendicular bisector of line segments AB and BC is obtained, and the intersection point thereof is the center G (Xg, Yg, Zg) of the circle. next,
The average value of the lengths of the line segments GA, GB, and GC may be the radius of the circle.

【0106】このようにして得られた半径を図26では
50cmとして表示して使用者に知らせている。このよ
うにすることによって、円形のような複雑な形の大きさ
も、被写体に触れることなく測定することが出来る。他
にも、正三角形や楕円など、形状を規定する数式が存在
する形であれば、複数の点を使用者が指定することによ
って奥行き画像から、その大きさを被写体に触れること
なく測定することができる。また、この場合は、タッチ
パネルを用いて使用者が注目点の座標を入力したが、上
下左右に動くカーソル(十字事模様など)を表示パネル
518に表示し、押しボタンによってその位置を動かし
て指定して注目点の座標を入力してもよい。
The radius thus obtained is displayed as 50 cm in FIG. 26 to inform the user. By doing so, the size of a complicated shape such as a circle can be measured without touching the subject. In addition, if there is a mathematical formula that defines the shape such as an equilateral triangle or an ellipse, the user can specify multiple points to measure the size from the depth image without touching the subject. You can Further, in this case, although the user inputs the coordinates of the point of interest using the touch panel, a cursor (a cross pattern etc.) that moves vertically and horizontally is displayed on the display panel 518, and the position is moved by the push button to specify. Then, the coordinates of the point of interest may be input.

【0107】また、被写体の大きさ計算結果を、メディ
ア記録・再生部538を通して記録メディア504に記
録すれば、使用者が測定結果を覚えておく必要はなく、
記録メディア504を取り出して、これを読み書きでき
るメディア記録・再生部538と同等の機能を有する機
器(パーソナルコンピュータなど)で使用することも出
来、便利である。もちろん、測定結果を撮影されたカラ
ー画像中にスーパーインポーズし、画像として保存して
も良い。
If the object size calculation result is recorded on the recording medium 504 through the medium recording / reproducing unit 538, the user need not remember the measurement result.
It is convenient because the recording medium 504 can be taken out and used in a device (personal computer or the like) having the same function as the medium recording / reproducing unit 538 capable of reading and writing. Of course, the measurement result may be superimposed on the photographed color image and stored as an image.

【0108】また、以上の例では被写体の長さを測定し
たが、長さを複数測定し、それを元にして面積や体積を
求めることもできる。
In the above example, the length of the subject is measured, but it is also possible to measure the lengths and obtain the area and volume based on the measured lengths.

【0109】更に、撮影データの他の表示・利用例を述
べる。
Further, another display / use example of the photographing data will be described.

【0110】図27に示したように、カメラ裏面には、
表示部518と、タッチパネル519が重ねて配置して
あり、撮像されたカラー画像や奥行き画像を表示し、使
用者が指や棒状のもので、その画像中の注目位置(座
標)を指定できるようになっている。これを利用して、
使用者が注目した被写体のみを切り出した画像を得るこ
とのできる被写体抽出カメラを実現することが出来る。
As shown in FIG. 27, on the back surface of the camera,
The display unit 518 and the touch panel 519 are arranged so as to overlap each other, and the captured color image or depth image is displayed so that the user can specify the attention position (coordinates) in the image with a finger or a stick. It has become. Utilizing this,
It is possible to realize a subject extraction camera capable of obtaining an image in which only the subject focused on by the user is cut out.

【0111】図28は、表示・切り出し動作のブロック
図を示したものであり、基本的には前述の形状測定カメ
ラと同じ構造である。撮像された距離画像とカラー画像
は制御部537に入力され、使用者の注目位置指定座標
も制御部537に入力される。
FIG. 28 is a block diagram of the display / cutout operation, which basically has the same structure as the shape measuring camera described above. The captured distance image and color image are input to the control unit 537, and the user's attention position designation coordinates are also input to the control unit 537.

【0112】制御部537は、撮影されたカラー画像を
表示パネル518に表示し、タッチパネル519によっ
て入力された複数の注目指定座標と、奥行き画像から、
使用者が意図する被写体のみを切り出して表示部518
に表示し、記録メディア504に記録することが出来
る。この動作を図29を用いて説明する。
The control section 537 displays the photographed color image on the display panel 518, and from the plurality of designated designated coordinates input by the touch panel 519 and the depth image,
Only the subject intended by the user is cut out and displayed on the display unit 518.
, And can be recorded in the recording medium 504. This operation will be described with reference to FIG.

【0113】まず、使用者は被写体520を切り出した
いとする。使用者は被写体520の一部をタッチパネル
519にて指定する。制御部537は、この座標の含ま
れる部分の奥行き値を奥行き画像から得て、それと連続
的に連結された奥行きを有する部分を使用者の注目する
被写体と判断し、その部分のみを表示して、それ以外の
部分をある特定の色に塗りつぶして、表示パネル518
に表示する。
First, the user wants to cut out the subject 520. The user designates a part of the subject 520 on the touch panel 519. The control unit 537 obtains the depth value of the portion including the coordinates from the depth image, determines that the portion having the depth continuously connected thereto is the subject of interest to the user, and displays only that portion. , The other part is filled with a specific color, and the display panel 518
To display.

【0114】連結部分の判断は、指定された座標を始点
として、奥行き値が連続的に変化する限りその領域を上
下左右に広げていき、奥行き不連続部分があればそこで
停止するような、いわゆる画像処理を行えばよい。
The determination of the connected portion is based on the designated coordinates as a starting point, and extends the area vertically and horizontally as long as the depth value continuously changes, and if there is a depth discontinuous portion, stops there. Image processing may be performed.

【0115】また、使用者が切り出したいと思う被写体
のカメラからの距離よりも少し遠い距離、または切り出
したいと思う距離の範囲をタッチパネルまたは押しボタ
ンによって指定し、制御部537はその値によって指定
された距離よりも近い値を持つカラー画像の部分、また
は指定された距離の範囲の部分のみに含まれるカラー画
像を表示し、その他の部分はある特定の色に塗りつぶ
し、表示パネル518に表示し、記録メディア504に
記録する。
Further, the user specifies a distance a little longer than the distance of the subject to be cut out from the camera or a range of distance to be cut out by the touch panel or the push button, and the control unit 537 is specified by the value. The color image having a value closer to the specified distance, or the color image included only in the specified distance range is displayed, and the other part is filled with a specific color and displayed on the display panel 518. The data is recorded on the recording medium 504.

【0116】このようにすることによって、使用者が注
目する被写体のみをカメラが判断して切りだし、これを
表示・記録することが出来る。また、この場合、画像処
理によっては、図30に示したように、背景部分である
にもかかわらず、誤動作によって前景と判断されてしま
う部分が発生する可能性がある。
By doing so, the camera can judge and cut out only the subject of interest to the user, and display / record this. Further, in this case, depending on the image processing, as shown in FIG. 30, there is a possibility that a portion, which is a background portion, may be determined to be the foreground due to a malfunction.

【0117】この場合は、使用者がタッチパネル519
によって誤動作したと思われる部分(図29)を指定し
て、これは背景であるように、表示結果を修正するよう
にすれば、品質の高い被写体の切り出しカラー画像を得
ることが出来る。もちろんこの場合、誤動作によって背
景と判断された部分を使用者が指定して、この部分が前
景になるように修正動作を行っても良い。
In this case, the user touches the touch panel 519.
By designating a portion (FIG. 29) that seems to have malfunctioned due to the above and correcting the display result so that this is the background, a high-quality clipped color image of the subject can be obtained. Of course, in this case, the user may specify the portion determined to be the background due to the malfunction and perform the correcting operation so that this portion becomes the foreground.

【0118】以上のようにすれば、奥行き画像の情報を
用いて、距離によってカラー画像を切り出すことによっ
て、使用者が注目する被写体のみを切り出した画像を簡
単に得て、保存することが出来る。
As described above, by using the information of the depth image to cut out the color image according to the distance, it is possible to easily obtain and save the image in which only the subject of interest to the user is cut out.

【0119】また、図28において、制御部537内に
画像メモリを配置し、再生・操作する画像を一旦画像メ
モリ上に置くことによって、画像のアクセス速度を速く
したり、複数の画像を高速に切り替えて表示・操作する
こともできる。
Further, in FIG. 28, by arranging an image memory in the control unit 537 and temporarily placing an image to be reproduced / operated in the image memory, the access speed of the image is increased or a plurality of images are increased in speed. You can also switch and display / operate.

【0120】以上のように本例によれば、被写体に触れ
ることなく、それの実際の大きさを測定することも出来
る。また、使用者が注目している被写体のみを、その奥
行き情報を元に簡単に切り出して保存することも出来る
形状計測カメラ及び被写体抽出カメラを実現することが
出来る。
As described above, according to this example , the actual size of the subject can be measured without touching the subject. Further, it is possible to realize a shape measurement camera and a subject extraction camera that can easily cut out and save only the subject of interest to the user based on the depth information.

【0121】また、第2の例において、形状計測カメラ
の筐体が、図21のように構成されていても、同様の効
果が得られる。即ち、撮像部533が配置されるカメラ
509と、光源を形成する第1,第2ストロボ50
5,506が配置されるストロボ部508が、蝶番のよ
うな構造を有する接続部510によって接続され、使用
者が自由に図21(a)のように折り畳んだり、(b)
のように延ばしたりできる構造である。携帯時には、
(a)のようにすれば小型であり、撮影時には(b)の
ように広げて使えば、レンズ503と光源の第1,第2
ストロボ505,506の間隔Dを大きくすることが出
来る。
[0121] Further, Oite the second example, the housing of the shape measuring camera, be configured as shown in FIG. 21, the same effect can be obtained. That is, the camera unit 509 in which the imaging unit 533 is arranged and the first and second strobes 50 forming the light source.
The strobe part 508 on which 5, 506 are arranged is connected by a connecting part 510 having a hinge-like structure, and the user can freely fold it as shown in FIG. 21 (a) or (b).
It is a structure that can be extended like. When carrying
If it is as shown in (a), it is small, and if it is expanded and used as shown in (b) at the time of shooting, the lens 503 and the first and second light sources are used.
The distance D between the strobes 505 and 506 can be increased.

【0122】また、図21(c)のように、レンズと第
1、第2ストロボ505,506が垂直に配置されるよ
うな構造にすることもできる。この場合、奥行き画像計
算は前述では角度φ、θが水平方向の変化であったのに
対して、垂直方向に変化になるだけで、あとは同様の計
算で奥行き画像を算出できる。縦方向の光強度の変化を
生成するために、光源は図21(d)に示したように縦
置きの発光管の構成となる。
Further, as shown in FIG. 21C, the lens and the first and second strobes 505 and 506 may be arranged vertically. In this case, in the depth image calculation, the angles φ and θ change in the horizontal direction in the above description, but only in the vertical direction, the depth image can be calculated by the same calculation after that. In order to generate a change in the light intensity in the vertical direction, the light source has a vertically arranged arc tube configuration as shown in FIG.

【0123】この場合、図23に示したように、図21
のようなカメラ部の入っている筐体501と発光部の入
っている筐体502が、互いに厚みが異なって互いに垂
直方向に重なってはめ込むことが出来る構造としても、
同様な効果が得られる。この時の光源部の構成は図23
(c)のようになる。
In this case, as shown in FIG.
A case 501 having a camera part and a case 502 having a light emitting part, which are different in thickness from each other and can be fitted to each other in the vertical direction, are fitted.
Similar effects are obtained. The structure of the light source unit at this time is shown in FIG.
It becomes like (c) .

【0124】また、第2の例において、形状計測用カメ
ラの筐体が、図22のように構成されていても、同様の
効果が得られる。即ち、光源部の第1、第2ストロボ5
05、506を含む部分の筐体517を小型とし、カメ
ラ筐体501に蝶番構造で接続される。使用時には筐体
517を使用者が回して光源部の第1、第2ストロボ5
05,506を露出させることによって、通常は光源部
の第1、第2ストロボ505,506が露出せず不用意
な接触によって破損することを防ぎつつ筐体を小さくで
き、同時に撮影時にはこれらとレンズの間隔Dを大きく
取ることが出来る。
[0124] Further, Oite the second example, the housing of the shape measuring camera, be configured as shown in FIG. 22, the same effect can be obtained. That is, the first and second strobes 5 of the light source unit
The housing 517 of the portion including 05 and 506 is made small, and is connected to the camera housing 501 by a hinge structure. At the time of use, the user rotates the housing 517 to turn the first and second strobes 5 of the light source unit.
By exposing 05 and 506, the housing can be made small while preventing the first and second strobes 505 and 506 of the light source unit from being normally exposed and being damaged by careless contact. It is possible to set a large distance D.

【0125】また、第2の例において、光源は図2のよ
うに構成されるとしたが、図24(a)のように、発光
管529が一つであり、その前に液晶バリア531を置
いた構造にしても同様の光パタン生成機能を有すること
が出来る。
Further, in the second example, the light source is configured as shown in FIG. 2, but as shown in FIG. Even if the structure is placed, the same optical pattern generation function can be provided.

【0126】この場合、図24(b)のように発光管5
29に対して左側、(c)のように右側に光透過部が順
次設定されるようにし、それぞれの状態において一回づ
つ順番に発光管529が発光するようにして、図2のよ
うに2つの発光管を用いることなく、一つの発光管を2
回順次発光させることで、図18と同様な光パターンを
生成することができる。
In this case, the arc tube 5 as shown in FIG.
2, the light transmitting portions are sequentially set on the left side and the right side as shown in (c), and the arc tube 529 emits light one by one in each state, as shown in FIG. 2 arc tubes without using one arc tube
A light pattern similar to that in FIG. 18 can be generated by sequentially emitting light.

【0127】これによって、発光管の本数が少なく、発
光パタンの出射位置が図2のように上下に少しずれた位
置から出るのではなく、あたかも同じ位置から光が出射
されたようにすることが出来、奥行き計測誤差を小さく
することが出来る。
As a result, the number of arc tubes is small, and the emission position of the light emission pattern does not come out from the position slightly shifted up and down as shown in FIG. 2, but it is as if light was emitted from the same position. It is possible to reduce the depth measurement error.

【0128】これは図20において、光パタンの出射点
Qの位置が本例では垂直方向にずれていたのに対し、こ
の場合は同じ位置になるので、直線PQが1本の線とな
り、垂直位置の異なった直線を用いて奥行き計算するよ
りも誤差が発生しないからである。
In FIG. 20, the position of the emission point Q of the optical pattern is shifted in the vertical direction in this example, but in this case it is at the same position, so the straight line PQ becomes one line, This is because an error does not occur as compared with depth calculation using straight lines having different vertical positions.

【0129】また、この場合、図24(d)のように液
晶バリア531の全面を光透過状態にすることによっ
て、通常の2次元画像を撮像するカメラのストロボとし
ても利用することができる。
Further, in this case, as shown in FIG. 24D , the entire surface of the liquid crystal barrier 531 can be used as a light-transmitting state so that it can be used also as a strobe for a camera for picking up a normal two-dimensional image.

【0130】また、第2の例では、形状計測カメラ及び
被写体抽出カメラ本体において、奥行き画像とカラー画
像を計算し、これを記録メディアにて記録したが、図3
1に示すように、カメラ本体では、光源の第1、第2ス
トロボ505・506に同期して撮像された画像データ
をメディア記録・再生部538を通して記録メディア5
04に記録し、これをパーソナルコンピュータなどで構
成された解析装置39により画像データを読み出して、
距離計算部535・カラー画像計算部536により所望
の解析結果を出し、これを表示部532を用いて被写体
を切り出したり、形状を測定しても良い。
Further, in the second example , the depth image and the color image are calculated in the shape measuring camera and the subject extracting camera body, and these are recorded in the recording medium.
As shown in FIG. 1, in the camera body, the image data captured in synchronization with the first and second strobes 505 and 506 of the light source is recorded on the recording medium 5 through the medium recording / reproducing unit 538.
04, and the image data is read out by the analysis device 39 composed of a personal computer or the like,
A desired analysis result may be output by the distance calculation unit 535 / color image calculation unit 536, and the display unit 532 may be used to cut out a subject or measure the shape.

【0131】また、記録メディア504を介さずに画像
データを解析装置539に転送することもできる。例え
ば、カメラ本体と解析装置539をデータ現行の通信手
段を用いて接続する。例えば有線通信ではパラレルデー
タインタフェース、シリアルデータインタフェース、電
話回線を用いることが出きる。無線通信では、光通信・
赤外線通信・携帯電話網通信・電波通信を用いることが
出来る。さらに、解析結果を記録媒体に記録することも
できる。
Further, the image data can be transferred to the analysis device 539 without going through the recording medium 504. For example, the camera body and the analysis device 539 are connected using the current data communication means. For example, in wired communication, a parallel data interface, a serial data interface, or a telephone line can be used. In wireless communication, optical communication
Infrared communication, mobile phone network communication, and radio wave communication can be used. Further, the analysis result can be recorded in a recording medium.

【0132】また、この場合、撮像部533は動画撮影
用ビデオカメラであり、記録メディア504がテープな
どの記録媒体の場合、通常はカラー動画像を撮影するカ
メラとして利用し、使用者が必要なときだけ押しボタン
などを押すことによって、フラッシュを点灯させ、その
部分の映像(フレーム、フィールドなど)のみ識別でき
るようなインデックス信号を記録媒体に記憶しておけ
ば、解析装置539において、インデックス信号を有す
る部分の映像のみを抽出し、その部分のみカラー画像・
奥行き画像を計算して出力することができる。
Further, in this case, the image pickup section 533 is a video camera for shooting a moving image, and when the recording medium 504 is a recording medium such as a tape, it is usually used as a camera for shooting a color moving image and is required by the user. If the push button or the like is pressed only when the flash is turned on, and the index signal for identifying only the image (frame, field, etc.) of that portion is stored in the recording medium, the analyzing device 539 can output the index signal. Extract only the video of the part you have, and color image only that part.
Depth images can be calculated and output.

【0133】また、第2の例では、カメラ筐体501に
最初から光源部が付属していたが、光源部のみを取り外
し可能にすることによって、通常のカラー画像撮像時に
は小型で携帯しやすい形状であり、奥行き画像撮像時の
みに光源部を取り付けて使用する方法も考えられる。
Further, in the second example , the light source unit was attached to the camera housing 501 from the beginning, but by making only the light source unit removable, it is small and easy to carry during normal color image pickup. Therefore, a method in which the light source unit is attached and used only when capturing a depth image is also conceivable.

【0134】図37(a)は、写真用の外部ストロボ装
置のような構造であり、図2、図24のような光源を搭
載した外部光源である。カメラとの接続部549を介し
て、図37(b)のようにカメラ筐体501と接続して
使用する。図38は、図35、図36に示したような被
写体の影をなくすための光源の例である。
FIG. 37 (a) shows an external light source having a structure like that of an external strobe device for photography and having the light source as shown in FIGS. It is used by being connected to the camera housing 501 via the camera connection section 549 as shown in FIG. 37 (b). FIG. 38 shows an example of a light source for eliminating the shadow of the subject as shown in FIGS. 35 and 36.

【0135】図38(a)では、接続部549の両側に
対称に光源が配置されている。カメラに接続した様子を
図38(b)に示す。また、図37、図38では、フイ
ルムカメラのストロボシューのような構造でカメラ本体
と光源を接続したが、図39(a)のように、カメラの
三脚取り付けネジを利用して取り付ける方法も考えられ
る。
In FIG. 38A, the light sources are symmetrically arranged on both sides of the connecting portion 549. FIG. 38 (b) shows how the camera is connected. Further, in FIG. 37 and FIG. 38, the camera body and the light source are connected by a structure like a strobe shoe of a film camera, but as shown in FIG. 39 (a), a method of mounting using a tripod mounting screw of the camera is also considered. To be

【0136】この場合、図39(b)のように、カメラ
筐体501の底部のネジを用いて取り付ける構造とな
る。このような、取り外し可能な外部光源装置として光
源を分離すれば、奥行き画像撮像時のみ、カメラが大き
くなり、通常のカメラとして使用する場合には小型軽量
という利便性を出すことが出来る。
In this case, as shown in FIG. 39 (b), the structure is such that the camera housing 501 is attached using the screws at the bottom. If the light source is separated as such a removable external light source device, the camera becomes large only when a depth image is captured, and when used as a normal camera, the convenience of small size and light weight can be obtained.

【0137】また、第3の例において、図31の構成で
はタッチパネルを用いた構成で使用者の座標指定を行う
ことが出来るが、他の手段で使用者が指定を行っても良
い。例えば、パーソナルコンピュータで実現する場合は
マウスやキーボードの入力装置を用いることができる。
他にもトラックボール、スイッチ、ボリュームなどを応
用することも出来る。
Further, in the third example , in the configuration of FIG. 31, the user can specify the coordinates by the configuration using the touch panel, but the user may specify the coordinates by other means. For example, when it is realized by a personal computer, an input device such as a mouse or a keyboard can be used.
Besides, you can also apply trackball, switch, volume, etc.

【0138】また、第2、第3の例においては、図1
3、図21、図22、図23に示したように、撮像部5
33に対して2つの光源部の第1、第2ストロボ505
・506を片方に配置したが、この場合、図32に示し
たような配置で被写体540、背景541を撮像する
と、得られる画像は図33に示したように光源からの光
が被写体540によって遮られ、影542が発生する。
[0138] The second, Oite the third example, FIG. 1
As shown in FIG. 3, FIG. 21, FIG. 22, and FIG.
33, the first and second strobes 505 of the two light source units
Although 506 is arranged on one side, in this case, when the subject 540 and the background 541 are imaged in the arrangement as shown in FIG. 32, the obtained image is such that the light from the light source is blocked by the subject 540 as shown in FIG. As a result, a shadow 542 is generated.

【0139】この部分は光源からの光が届かない領域で
あり、距離画像としての情報を得ることが出来ない領域
である。この場合は、図34に示すように光源の第1、
第2ストロボ505・506と同じ構成の光源543・
544をレンズを中心として光源の第1、第2ストロボ
505・506の反対側に設置することにより、この影
の領域をなくすことが出来る。その方法を以下に示す。
This part is a region where the light from the light source does not reach, and is a region where information as a range image cannot be obtained. In this case, as shown in FIG.
A light source 543 having the same configuration as the second strobes 505 and 506.
This shadow area can be eliminated by disposing 544 on the opposite side of the first and second strobes 505 and 506 of the light source with the lens as the center. The method is shown below.

【0140】光源の第1、第2ストロボ505・506
を用いた場合は領域β、光源543・544を用いたと
きは領域αの部分が距離画像としての情報を得られない
部分である。前述の計算と同様にして、光源の第1、第
2ストロボ505・506を用いたときの距離画像A及
びカラー画像A、光源543・544を用いた時の距離
画像B及びカラー画像Bをそれぞれ独立に計算してお
く。この時、それぞれの画像において、領域β、αの部
分を得られた画像データから、輝度の小さい部分として
判断しておく。
First and second strobes 505 and 506 of the light source
Is a region β, and when the light sources 543 and 544 are used, a region α is a portion where information as a distance image cannot be obtained. Similar to the above calculation, the distance image A and the color image A when the first and second strobes 505 and 506 of the light source are used, and the distance image B and the color image B when the light sources 543 and 544 are used, respectively. Calculate independently. At this time, in each of the images, the areas β and α are determined as the areas of low brightness from the obtained image data.

【0141】次に、距離画像A、Bを合成して影領域の
ない距離画像を新たに生成する。これは、距離画像A、
Bでどちらか一方において前述の輝度の小さい部分とし
て判断されていない領域が存在した場合は、その値を採
用し、どちらも影領域でない場合は、両方の画像データ
の平均値を用いることによって実現できる。
Next, the distance images A and B are combined to newly generate a distance image having no shadow area. This is the range image A,
If there is an area that has not been determined as a portion with low brightness in either one of B, the value is adopted, and if neither is a shadow area, it is realized by using the average value of both image data. it can.

【0142】カラー画像についても同様であり、少なく
ともカラー画像A・Bどちらか一方が影部分でないデー
タを有していれば、影領域の無い新しいカラー画像を合
成することができる。
The same applies to the color image. If at least one of the color images A and B has data that is not a shadow portion, a new color image having no shadow area can be combined.

【0143】以上の構成の場合、光源がレンズの左右ま
たは上下に配置されている必要がある。その場合、図3
5に示したように、カメラ本体511の左右に、光源部
を有した筐体512・513を反対方向にスライドして
延ばすような筐体の構成にすれば、使用者が携帯時には
小さくして図35(a)の状態にして持ち運び、使用す
る場合は図35(b)のように延ばして基線長Dを大き
く取り、奥行き画像計測精度が低下するのを防ぐことが
出来る。
In the case of the above configuration, the light source needs to be arranged on the left and right sides or the upper and lower sides of the lens. In that case,
As shown in FIG. 5, if the housings 512 and 513 having the light source parts are slid to the left and right of the camera body 511 and extended in the opposite direction, the size can be reduced when the user carries it. When carrying and using in the state of FIG. 35 (a), it can be extended as shown in FIG. 35 (b) to have a large base line length D, and it is possible to prevent the depth image measurement accuracy from deteriorating.

【0144】また、図36に示すように、3段に折り畳
めるような構造にしても同様の効果を得ることが出来
る。図36(a)のように携帯時には折り畳んで小さく
して持ち運び、使用時には図36(b)のように広げれ
ばレンズと光源の間隔である基線長Dを大きく取ること
が出来る。
Further, as shown in FIG. 36, the same effect can be obtained even if the structure is such that it can be folded in three stages. As shown in FIG. 36 (a), when being carried, it can be folded and made small and carried, and when used, it can be widened as shown in FIG. 36 (b) to increase the baseline length D, which is the distance between the lens and the light source.

【0145】また、図21(c)のように、レンズと光
源の配置を垂直にするために、図35の筐体512・5
13を筐体511の上下に配置したり、図36において
筐体512、513を筐体511の上下に配置しても
い。
Further, as shown in FIG. 21C, in order to make the arrangement of the lens and the light source vertical, the casings 512 and 5 shown in FIG.
13 may be arranged above and below the housing 511 , or the housings 512 and 513 may be arranged above and below the housing 511 in FIG .
Yes.

【0146】[0146]

【発明の効果】以上述べたところから明らかな様に本発
明のレンジファインダ装置によれば、機械的な動作を含
まず、全て電子的な動作で実現出来る、低コストで、信
頼性の高い装置を提供することが出来る。
As is apparent from the above description, according to the range finder apparatus of the present invention, a low cost and highly reliable apparatus that can be realized by all electronic operations without including mechanical operations. Can be provided.

【0147】又、本発明のレンジファインダ装置によれ
ば、光源からの光が2次元的なパターンを有する場合に
おいても、精度良く距離測定を行うことが出来る。
Further, according to the range finder apparatus of the present invention, even when the light from the light source has a two-dimensional pattern, the distance can be measured with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1におけるレンジファイン
ダ装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a range finder device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a):実施の形態1におけるレンジファイン
ダ装置の光源の構成を示す斜視図、(b):実施の形態
1におけるレンジファインダ装置の光源の構成を示す平
面図である。
2A is a perspective view showing a configuration of a light source of the range finder apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2B is a plan view showing a configuration of a light source of the range finder apparatus according to the first embodiment.

【図3】実施の形態1における光源の光パタンを示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an optical pattern of a light source according to the first embodiment.

【図4】実施の形態1における光源の光パタン及び複数
発光の場合の光パタンを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an optical pattern of a light source and an optical pattern in the case of a plurality of light emission in the first embodiment.

【図5】実施の形態1における光強度比と、光源からの
角度φの関係図である。
FIG. 5 is a relationship diagram between a light intensity ratio and an angle φ from a light source in the first embodiment.

【図6】実施の形態1における3次元位置X、Y、Zの
計算概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram of calculation of three-dimensional positions X, Y, Z in the first embodiment.

【図7】本発明の実施の形態2におけるレンジファイン
ダ装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a range finder device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】実施の形態2における距離計算および光強度変
換ブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of distance calculation and light intensity conversion according to the second embodiment.

【図9】実施の形態2における光強度のX座標に対する
変化を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing changes in light intensity with respect to the X coordinate in the second embodiment.

【図10】(a):本発明に関連する第1の参考例にお
けるレンジファインダ装置の構成を示すブロック図、 (b):本発明に関連する第1の参考例におけるレンジ
ファインダ装置の変形例の構成を示すブロック図であ
る。
[10] (a): a block diagram illustrating the configuration of your <br/> Keru rangefinder to the first reference example relating to the present invention, (b): in the first reference example relating to the present invention It is a block diagram which shows the structure of the modification of a range finder apparatus.

【図11】(a)〜(c):例1におけるレンズ系の配
置説明図、 (d):同例1における透過率変化フィルタの配置説明
図である。
11A to 11C are layout explanatory diagrams of the lens system in Example 1, and FIG. 11D is a layout explanatory diagram of the transmittance changing filter in Example 1 .

【図12】(a):例1における透過率変化フィルタの
説明図、 (b):同例1における透過率変化フィルタによる光強
度の分布説明図である。
[12] (a): Example illustration of the transmittance change filter in 1, (b): is a distribution diagram of the light intensity by transmittance change filter in the Example 1.

【図13】(a),(b)本発明に関連する第2の参考
の形状計測用、被写体抽出用のカメラの図である。
FIG. 13 (a), (b) a second reference relating to the present invention.
It is a figure of the camera for shape measurement of an example , and a subject extraction.

【図14】上記第2の参考例のカメラの光源部の構成図
である。
FIG. 14 is a configuration diagram of a light source unit of the camera of the second reference example .

【図15】上記第2の参考例のカメラの光源部の原理図
である。
FIG. 15 is a principle diagram of a light source unit of the camera of the second reference example .

【図16】第2の参考例のカメラの光源部の光強度図で
ある。
FIG. 16 is a light intensity diagram of a light source unit of a camera of a second reference example .

【図17】第2の参考例のカメラの光源部の光強度パタ
ンを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a light intensity pattern of a light source unit of a camera of a second reference example .

【図18】第2の参考例のカメラの光源部の光強度パタ
ンを示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a light intensity pattern of a light source unit of a camera of a second reference example .

【図19】第2の参考例のカメラの光源部の光強度比を
示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a light intensity ratio of a light source unit of a camera of a second reference example .

【図20】(a),(b)第2の参考例のカメラのブロ
ック図である。
20A and 20B are block diagrams of a camera according to a second reference example .

【図21】(a)〜(d)第2の参考例におけるカメラ
(2)の構成図である。
21A to 21D are configuration diagrams of a camera (2) in a second reference example .

【図22】(a),(b)第2の参考例におけるカメラ
(3)の外観図である。
22A and 22B are external views of a camera (3) in a second reference example .

【図23】(a)〜(c)第2の参考例におけるカメラ
(4)の構成図である。
23A to 23C are configuration diagrams of a camera (4) in a second reference example.

【図24】(a)〜(d)第2の参考例におけるカメラ
(2)の光源部の構成図である。
24A to 24D are configuration diagrams of a light source unit of a camera (2) according to a second reference example .

【図25】本発明の関連する第3の参考例におけるカメ
ラの表示方法(1)を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a camera display method (1) in a third reference example related to the present invention.

【図26】第3の参考例におけるカメラの表示方法
(2)を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a camera display method (2) in the third reference example .

【図27】第3の参考例におけるカメラの背面外観図で
ある。
FIG. 27 is a rear external view of the camera of the third reference example .

【図28】第3の参考例におけるカメラのブロック図で
ある。
FIG. 28 is a block diagram of a camera according to a third reference example .

【図29】第3の参考例におけるカメラの画像修正動作
(1)を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing an image correction operation (1) of the camera of the third reference example .

【図30】第3の参考例におけるカメラの画像修正動作
(2)を示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing an image correction operation (2) of the camera of the third reference example .

【図31】第2の参考例におけるカメラの他の構成図で
ある。
FIG. 31 is another configuration diagram of the camera of the second reference example .

【図32】本発明に関連する第2、第3の参考例におけ
るカメラのオクルージョン発生を示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing occlusion occurrence of a camera according to second and third reference examples related to the present invention.

【図33】第2、第3の参考例におけるカメラのオクル
ージョンを示す図である。
FIG. 33 is a diagram showing occlusion of a camera in second and third reference examples .

【図34】第2、第3の参考例におけるカメラのオクル
ージョン回避方法を示す図である。
FIG. 34 is a diagram showing a method for avoiding occlusion of a camera in second and third reference examples .

【図35】(a),(b)第2、第3の参考例における
カメラ(1)のオクルージョン回避のための外観図であ
る。
35 (a) and (b) are external views for avoiding occlusion of the camera (1) in the second and third reference examples .

【図36】(a),(b)第2、第3の参考例における
カメラ(2)のオクルージョン回避のための外観図であ
る。
36A and 36B are external views for avoiding occlusion of the camera (2) in the second and third reference examples .

【図37】(a),(b)第2、第3の参考例における
カメラの外部光源部(1)の外観図である。
37 (a) and (b) are external views of the external light source unit (1) of the camera in the second and third reference examples .

【図38】(a),(b)第2、第3の参考例における
カメラの外部光源部(2)の外観図である。
38A and 38B are external views of the external light source unit (2) of the camera in the second and third reference examples .

【図39】(a),(b)第2、第3の参考例における
カメラの外部光源部(3)の外観図である。
39 (a) and (b) are external views of the external light source section (3) of the camera in the second and third reference examples .

【図40】従来のレンジファインダ装置の構成図であ
る。
FIG. 40 is a configuration diagram of a conventional range finder device.

【図41】従来のレンジファインダ装置の光源の波長特
性を示す特性図である。
FIG. 41 is a characteristic diagram showing wavelength characteristics of a light source of a conventional range finder device.

【図42】(a),(b) 従来のレンジファインダ装置の光
源の強度変調の特性図である。
42A and 42B are characteristic diagrams of intensity modulation of a light source of a conventional range finder device.

【図43】(a),(b) :レンジファインダにおける計測
原理図である。
43 (a) and (b) are diagrams of measurement principles in the range finder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カメラ 1a 赤外カメラ 2a 光源 2b 光源 3a 赤外透過フィルタ 3b 赤外透過フィルタ 4a 水平方向に透過率が変化するNDフィルタ 4b 水平方向に透過率が変化するNDフィルタ 5 光源制御部 6 距離計算部 7 閃光光源 8 閃光光源 9 反射板 10 反射板 11a フィールドメモリa 11b フィールドメモリb 12a 光強度変換部a 12b 光強度変換部b 13 光強度比計算部 14 距離変換部 101A レーザ光源 101B レーザ光源 102 ハーフミラー 103 光源制御部 104 回転ミラー 105 回転制御部 106 被写体 107 レンズ 108A 光波長分離フィルタ 108B 光波長分離フィルタ 109A 撮像素子 109B 撮像素子 109C カラー画像撮像素子 110A カメラの信号処理部 110B カメラの信号処理部 111 カラーカメラの信号処理部 112 距離計算部 113 制御部 201 半導体レーザ 202 第1光ファイバ 203 光分配器 204 コリメータレンズ 206 カメラ部 207 第2光ファイバ 501 筐体 502 筐体 503 レンズ 504 記録メディア 505 第1ストロボ 506 第2ストロボ 507 ファインダ 508 ストロボ部 509 カメラ本体筐体 510 接続部 511 カメラ本体 512 光源部筐体 513 光源部筐体 514 第3ストロボ 515 第4ストロボ 516 接続部 517 光源部 518 表示パネル 519 タッチパネル 520 被写体(前景) 521 被写体(背景) 527 誤動作により前景と判断された部分 528 遮光板 529 ストロボ発光管A 530 ストロボ発光管B 531 液晶バリア 532 表示部 533 撮像部 534 光制御部 535 距離計算部 536 カラー画像計算部 537 制御部 538 メディア記録・再生部 539 解析部 540 被写体(前景) 541 被写体(背景) 542 光源部からの光が遮られた部分 543 光源部3 544 光源部4 545 カメラ取り付けネジ 546 光源部筐体(1) 547 光源部筐体(2) 548 光源部固定台 549 光源部固定具(ストロボシュー金具) 550 画像メモリ 551 反射板(1) 552 反射板(2) 100 背景と判断された部分 1 camera 1a infrared camera 2a light source 2b light source 3a Infrared transmission filter 3b infrared transmission filter 4a ND filter whose transmittance changes in the horizontal direction 4b ND filter whose transmittance changes in the horizontal direction 5 Light source control unit 6 Distance calculator 7 Flash light source 8 Flash light source 9 Reflector 10 Reflector 11a Field memory a 11b Field memory b 12a Light intensity converter a 12b Light intensity converter b 13 Light intensity ratio calculator 14 Distance converter 101A laser light source 101B laser light source 102 half mirror 103 light source controller 104 rotating mirror 105 Rotation control unit 106 subject 107 lens 108A Optical wavelength separation filter 108B Optical wavelength separation filter 109A image sensor 109B image sensor 109C color image sensor 110A camera signal processor 110B camera signal processor 111 Color camera signal processor 112 Distance calculator 113 control unit 201 semiconductor laser 202 First optical fiber 203 Optical distributor 204 collimator lens 206 camera section 207 Second optical fiber 501 housing 502 housing 503 lens 504 recording media 505 First Strobe 506 Second Strobe 507 Finder 508 Strobe part 509 camera body housing 510 connection 511 camera body 512 light source unit housing 513 light source unit housing 514 Third Strobe 515 4th Strobe 516 connection 517 light source 518 display panel 519 touch panel 520 subject (foreground) 521 Subject (background) 527 Portion determined to be foreground due to malfunction 528 light shield 529 Strobe arc tube A 530 Strobe arc tube B 531 LCD barrier 532 display 533 Imaging unit 534 Light control unit 535 Distance calculator 536 color image calculator 537 Control unit 538 Media recording / playback unit 539 Analysis Department 540 subject (foreground) 541 Subject (background) 542 Portion where light from the light source is blocked 543 light source unit 3 544 Light source unit 4 545 camera mounting screw 546 Light source unit housing (1) 547 Light source unit housing (2) 548 Light source fixed base 549 Light source fixture (strobe shoe fitting) 550 image memory 551 Reflector (1) 552 Reflector (2) 100 part determined to be background

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特表 平5−502720(JP,A) BRIAN CARRIHILL,R OBERT HUMMEL,「Expe riments with the I ntensity Ratio Dep th Sensor」,COMPUTE R VISION,GRAPHICS, AND IMAGE PROCESSI NG,Academic Press, Inc,No.32,337−358頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References Tokuhyo 5-502720 (JP, A) BRIAN CARRIHILL, R OBERT HUMMEL, "Experiences with the lntensity Ratio Depth Sensor", COMPUTER AND VISUAL GIR IMAGE PROCESSI NG, Academic Press, Inc, No. 32, pp. 337-358 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01C 3/06

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光強度が3次元空間的に異なる輻射パター
ンを持つ投射光を複数個、光源から時分割にて被写体に
照射し、前記複数投射光の被写体からの反射光をそれぞ
れカメラで撮像し、撮像した画像の光強度を用いて距離
計測を行うレンジファインダ装置であって、 予め、光源中心とレンズ中心とを含む複数個の面のそれ
ぞれに対して、各面内における、前記光源からの各投射
光の角度と光強度比との関係を得ておき、 実際の距離測定時には、前記複数投射光の照射によって
前記カメラの撮像データから得られた各画素の光強度比
、前記画素の座標位置に対応する所定の面における、
前記角度と光強度比の関係とに基づいて所定の画素の光
強度比に対応する前記角度を得、前記 得られた角度と前記所定の画素の画像上の2次元座
標位置情報とに基づいて、前記被写体までの距離を算出
することを特徴とするレンジファインダ装置。
1. A plurality of projection lights having radiation patterns having three-dimensionally spatially different light intensities are irradiated from a light source onto a subject in a time division manner, and reflected lights from the subject of the plurality of projection lights are respectively imaged by a camera. Then, a range finder device for performing distance measurement using the light intensity of the imaged image, wherein, in advance, for each of a plurality of surfaces including a light source center and a lens center, from the light source in each surface The relationship between the angle of each projected light and the light intensity ratio is obtained in advance.
Light intensity ratio of each pixel obtained from the imaged data of the camera
If, in a given surface corresponding to the coordinate position before outs element,
Obtain the angle corresponding to the light intensity ratio of the pixels of the constant Tokoro based on the relationship between the angle and the light intensity ratio, into a 2-dimensional coordinate position information on the image of the obtained angle before Symbol predetermined pixel A range finder device characterized in that the distance to the subject is calculated based on the distance.
【請求項2】前記複数個の投射光は2個であり、それら
の投射方向は互いに位置的に一部重なった状態で異なる
方向に投射され、 前記光源からの各投射光の角度と光強度の関係とは、 前記光源からの各投射光の角度と、その角度における前
記2つの投射光の各光強度の比との関係であることを
特徴とする請求項1記載のレンジファインダ装置。
2. The plurality of projection lights are two, and their projection directions are projected in different directions while partially overlapping each other, and the angles and the light intensities of the respective projection lights from the light source. and relationships rangefinder according to claim 1, wherein the the angle of each projected light from said light source, and the ratio of the light intensity of the two projected light at that angle, which is the relationship.
【請求項3】前記投射光は、反射板を背後に備えた光源
を2つ配置することにより生成されることを特徴とする
請求項2記載のレンジファインダ装置。
3. The range finder apparatus according to claim 2, wherein the projection light is generated by arranging two light sources having a reflecting plate behind them.
【請求項4】前記撮像した画像の光強度は、前記投射光
が存在する場合と存在しない場合の画像光強度の差分値
であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレンジ
ファインダ装置。
4. The range finder device according to claim 1, wherein the light intensity of the captured image is a difference value of the image light intensity when the projection light is present and when the projection light is not present. .
【請求項5】前記複数個の投射光を同時に前記被写体に
照射し、前記投射光の被写体からの反射光を前記カメラ
で撮像し、その撮像した画像を通常の画像とすることを
特徴とする請求項1又は2記載のレンジファインダ装
置。
5. The subject is irradiated with the plurality of projection lights at the same time, the reflected light from the subject of the projection lights is captured by the camera, and the captured image is used as a normal image. The range finder device according to claim 1 or 2.
【請求項6】前記カメラは、前記投射光の発光期間以下
の露出時間に設定されることにより、背景光の影響を抑
圧することを特徴とする請求項1又は2記載のレンジフ
ァインダ装置。
6. The range finder apparatus according to claim 1, wherein the camera suppresses the influence of background light by setting the exposure time to be equal to or shorter than the light emission period of the projection light.
【請求項7】前記レンズと前記光源を、それらレンズと
光源を結ぶ直線が撮像素子面の水平軸に対して平行にな
るように、配置することを特徴とする請求項1又は2記
載のレンジファインダ装置。
7. The range according to claim 1 or 2, wherein the lens and the light source are arranged such that a straight line connecting the lens and the light source is parallel to a horizontal axis of an image pickup element surface. Finder device.
【請求項8】前記複数個の投射光は、透過率が2次元的
に異なる光透過板を前方に備えた光源により生成される
ことを特徴とする請求項2記載のレンジファインダ装
置。
8. The range finder device according to claim 2, wherein the plurality of projection lights are generated by a light source having a light transmission plate having two-dimensionally different transmittances in front thereof.
【請求項9】前記複数個の投射光は、光透過率パターン
を切り替え可能な光学素子と光源を用いて実現されるこ
とを特徴とする請求項2記載のレンジファインダ装置。
9. The range finder device according to claim 2, wherein the plurality of projection lights are realized by using an optical element and a light source capable of switching a light transmittance pattern.
【請求項10】前記反射板あるいは光透過版が無い状態
で、前記光源からの投射光の光強度を測定して補正量を
得ておき、前記光源からの各投射光の角度と光強度との
関係を得る際に、その補正量によって光強度を修正し、
また、実際の距離測定時にも、測定した光強度を前記補
正量によって修正することを特徴とする請求項3〜9の
いずれかに記載のレンジファインダ装置。
10. The correction amount is obtained by measuring the light intensity of the projected light from the light source without the reflector or the light transmission plate, and the angle and the light intensity of each projected light from the light source are calculated. When obtaining the relationship of, the light intensity is corrected by the correction amount,
10. The range finder device according to claim 3, wherein the measured light intensity is corrected by the correction amount even when the actual distance is measured.
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