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公開番号2024070647
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-23
出願番号2022181270
出願日2022-11-11
発明の名称3次元形状計測装置および3次元形状計測方法
出願人株式会社JVCケンウッド
代理人個人,個人
主分類G01B 11/24 20060101AFI20240516BHJP(測定;試験)
要約【課題】イメージセンサ内の複数画素において計測対象物までの測距データを均一な精度で得て3次元形状を計測することが可能な3次元形状計測装置を提供する。
【解決手段】3次元形状計測装置1は発光部12と撮像素子14と出力量検出部152と演算部153と計測部156と形状情報生成部157とを備える。出力量検出部152は、発光部12からの1回の発光に対する画素ごとの露光出力量を検出する。演算部153は、1回の発光に対して計測対象物で反射した反射光をすべて含む露光タイミングで出力された画素ごとの基準露光出力量を取得し、画素ごとの基準露光出力量を所定の目標値に近づけるための積算回数に基づいて、画素ごとの発光および露光回数を取得する。計測部156は、取得した発光および露光回数のもと、計測対象物までの距離を画素ごとに計測する。形状情報生成部157は、計測された情報を用いて計測対象物の3次元形状情報を生成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
計測対象物に向けてレーザ光を発光する発光部と、
複数の画素を有し、前記画素ごとに、前記発光部から発光されたレーザ光が前記計測対象物で反射した反射光を所定の露光条件に基づいて受光し、光電変換して出力信号として出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力された出力信号に基づいて、前記発光部からの１回の発光に対する画素ごとの露光出力量を検出する出力量検出部と、
前記発光部からの１回の発光に対して前記計測対象物で反射した反射光をすべて含む露光タイミングで前記撮像素子が受光して出力した出力信号に基づいて、前記出力量検出部で検出された前記画素ごとの露光出力量を基準露光出力量として取得し、取得した前記画素ごとの基準露光出力量に基づいて前記計測対象物までの距離を計測するための前記画素ごとの計測条件を演算する演算部と、
前記演算部で演算された計測条件のもと、前記発光部からの１回の発光に対して前記計測対象物で反射した反射光が前記撮像素子で受光される受光タイミングが、発光タイミングに対して遅延する程、露光出力量が多くなる露光タイミングで各撮像素子が受光した出力した出力信号に基づいて、前記出力量検出部で検出された前記画素ごとの露光出力量に基づいて、前記計測対象物までの距離を前記画素ごとに計測する計測部と、
前記計測部で計測された前記計測対象物までの前記画素ごとの距離の情報を用いて、前記計測対象物の３次元形状情報を生成する形状情報生成部とを備える、３次元形状計測装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記演算部は、前記計測条件として、前記画素ごとの基準露光出力量を予め設定された露光出力量の目標値に近づけるための積算回数に基づく前記画素ごとの発光および露光回数、または、前記画素ごとの基準露光出力量を前記露光出力量の目標値に近づけるための前記画素ごとの発光強度を算出する、請求項１に記載の３次元形状計測装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記画素ごとの基準露光出力量のうち、所定回数積算すると前記撮像素子の電荷容量を超える基準露光出力量に対応する画素を計測不能な画素と判定し、所定回数積算しても所定値に達しない基準露光出力量に対応する画素を無効画素として判定し、
前記計測部は、前記計測不能な画素と判定された画素および前記無効画素と判定された画素については、計測処理実行しない、請求項１に記載の３次元形状計測装置。
【請求項４】
前記演算部は、算出した計測条件の値が近い画素をまとめた複数の画素グループを生成し、各画素グループに属する画素ごとの計測条件に基づいて前記画素グループごとの計測条件を決定し、
前記計測部は、前記画素グループごとに、該当する画素グループに対して決定した計測条件のもと、検出された前記画素ごとの露光出力量に基づいて、該当する画素グループに属する画素ごとに前記計測対象物までの距離を計測する、請求項１に記載の３次元形状計測装置。
【請求項５】
計測対象物に向けてレーザ光を発光する発光部と、
複数の画素を有し、前記画素ごとに、前記発光部から発光されたレーザ光が前記計測対象物で反射した反射光を所定の露光条件に基づいて受光し、光電変換して出力信号として出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力された出力信号に基づいて、前記発光部からの１回の発光に対する画素ごとの露光出力量を検出する出力量検出部とを備える３次元形状計測装置が、
前記発光部からの１回の発光に対して前記計測対象物で反射した反射光をすべて含む露光タイミングで各前撮像素子が受光して出力した出力信号に基づいて、前記出力量検出部で検出された前記画素ごとの露光出力量を基準露光出力量として取得し、前記画素ごとの基準露光出力量を、予め設定された露光出力量の目標値に近づけるための積算回数を算出し、算出した積算回数に基づいて、前記計測対象物までの距離を計測するための前記画素ごとの計測条件である前記画素ごとの発光および露光回数を算出し、
算出した発光および露光回数のもと、前記発光部からの１回の発光に対して前記計測対象物で反射した反射光が前記撮像素子で受光される受光タイミングが、発光タイミングに対して遅延する程、露光出力量が多くなる露光タイミングで各撮像素子が受光した出力した出力信号に基づいて、前記出力量検出部で検出された前記画素ごとの露光出力量に基づいて、前記計測対象物までの距離を前記画素ごとに計測し、
計測された前記計測対象物までの前記画素ごとの距離の情報を用いて、前記計測対象物の３次元形状情報を生成する、３次元形状計測方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状計測装置および３次元形状計測方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
通常、デジタルカメラ装置で撮影する際の撮像素子への光の露光量は、(i) 光源発光強度、(ii) 被写体反射率、(iii) レンズＴ値、(iv) レンズ絞り値、(v) センサ露光時間、および(vi) 回路による信号増幅量、の６つのパラメータにより決定される。
【０００３】
撮影を行う際には、撮影者は、上述したパラメータ(i)、(ii)、および(iii)に合わせてパラメータ(iv)、(v)、および(vi)を変化させ、場合によってはパラメータ(i)を加減して、適正な撮像条件を設定する。例えば撮影者は、主となる被写体と従となる被写体との信号強度のバランスにより、これらのパラメータを調整して撮影条件を設定する。
【０００４】
一方、ｄＴｏＦ（direct Time of Flight）方式を用いた３次元形状計測装置では、レーザ発光パルスとイメージセンサ（撮像素子）における露光の位相を変化させることで、計測対象物の測距に必要な露光出力量を取得する。その際、レーザ発光時間は非常に短時間であるため、１回の発光および露光では十分な露光出力量を得ることが難しい。そのため、センサ露光時間よりも長い間隔で発光および露光を複数回繰り返すことで、必要な露光出力量を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００１－７４４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ｄＴｏＦ方式を用いた３次元形状計測装置が計測対象物の測距を正確に行うためには、イメージセンサのすべての画素において適切な露光出力量を得ることが求められる。しかし、計測対象物がレーザ光の反射率が低い素材で構成されている場合や、３次元形状計測装置から計測対象物までの距離が長い場合、またはレーザ発光位置の関係で計測対象物からの反射光が得られない箇所がある場合など、計測条件によってはイメージセンサのすべての画素において適切な露光出力量を得ることができない場合があるという問題があった。
【０００７】
また、イメージセンサのアナログ信号増幅制御および露光制御は１画面当たりを１単位として行われており、画素毎に露光出力量を調整することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、イメージセンサ内の複数画素において計測対象物までの測距データを均一な精度で得て、３次元形状を計測することが可能な、３次元形状計測装置および３次元形状計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の３次元形状計測装置は、計測対象物に向けてレーザ光を発光する発光部と、複数の画素を有し、前記画素ごとに、前記発光部から発光されたレーザ光が前記計測対象物で反射した反射光を所定の露光条件に基づいて受光し、光電変換して出力信号として出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力された出力信号に基づいて、前記発光部からの１回の発光に対する画素ごとの露光出力量を検出する出力量検出部と、前記発光部からの１回の発光に対して前記計測対象物で反射した反射光をすべて含む露光タイミングで前記撮像素子が受光して出力した出力信号に基づいて、前記出力量検出部で検出された前記画素ごとの露光出力量を基準露光出力量として取得し、取得した前記画素ごとの基準露光出力量に基づいて前記計測対象物までの距離を計測するための前記画素ごとの計測条件を演算する演算部と、前記演算部で演算された計測条件のもと、前記発光部からの１回の発光に対して前記計測対象物で反射した反射光が前記撮像素子で受光される受光タイミングが、発光タイミングに対して遅延する程、露光出力量が多くなる露光タイミングで各撮像素子が受光した出力した出力信号に基づいて、前記出力量検出部で検出された前記画素ごとの露光出力量に基づいて、前記計測対象物までの距離を前記画素ごとに計測する計測部と、前記計測部で計測された前記計測対象物までの前記画素ごとの距離の情報を用いて、前記計測対象物の３次元形状情報を生成する形状情報生成部とを備え、前記演算部は、前記画素ごとの基準露光出力量を、予め設定された露光出力量の目標値に近づけるための積算回数を算出し、算出した積算回数に基づいて、前記計測条件である前記画素ごとの発光および露光回数を算出する。
【００１０】
また、本発明の３次元形状計測方法は、計測対象物に向けてレーザ光を発光する発光部と、複数の画素を有し、前記画素ごとに、前記発光部から発光されたレーザ光が前記計測対象物で反射した反射光を所定の露光条件に基づいて受光し、光電変換して出力信号として出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力された出力信号に基づいて、前記発光部からの１回の発光に対する画素ごとの露光出力量を検出する出力量検出部とを備える３次元形状計測装置が、前記発光部からの１回の発光に対して前記計測対象物で反射した反射光をすべて含む露光タイミングで各前撮像素子が受光して出力した出力信号に基づいて、前記出力量検出部で検出された前記画素ごとの露光出力量を基準露光出力量として取得し、前記画素ごとの基準露光出力量を、予め設定された露光出力量の目標値に近づけるための積算回数を算出し、算出した積算回数に基づいて、前記計測対象物までの距離を計測するための前記画素ごとの計測条件である前記画素ごとの発光および露光回数を算出し、算出した発光および露光回数のもと、前記発光部からの１回の発光に対して前記計測対象物で反射した反射光が前記撮像素子で受光される受光タイミングが、発光タイミングに対して遅延する程、露光出力量が多くなる露光タイミングで各撮像素子が受光した出力した出力信号に基づいて、前記出力量検出部で検出された前記画素ごとの露光出力量に基づいて、前記計測対象物までの距離を前記画素ごとに計測し、計測された前記計測対象物までの前記画素ごとの距離の情報を用いて、前記計測対象物の３次元形状情報を生成する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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