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距離計測装置及び方法並びに画像復元装置及び方法 コモンズ

国内特許コード P010000634
整理番号 U1997P076
掲載日 2002年9月30日
出願番号 特願平10-158663
公開番号 特開平11-337313
登録番号 特許第2963990号
出願日 平成10年5月25日(1998.5.25)
公開日 平成11年12月10日(1999.12.10)
登録日 平成11年8月13日(1999.8.13)
発明者
  • 日浦 慎作
  • 松山 隆司
出願人
  • 学校法人京都大学
発明の名称 距離計測装置及び方法並びに画像復元装置及び方法 コモンズ
発明の概要 距離計測を行う距離計測装置及び方法に関する発明である。また、距離計測に基づいて合焦画像を復元する画像復元装置及び方法に関するものである。第1の目的は、安定かつ高精度に対象の距離計測を行うことができる距離計測装置及び方法を提供することである。第2の目的は、完全な合焦画像を復元する画像復元装置及び方法を提供することである。距離計測装置は、ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる瞳形状を有する光通過手段と、この光通過手段を通過した光を収束するレンズ系と、このレンズ系によって収束された光を二つ以上の光に分離し、これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込む画像取込み手段と、これら画像を用いて対象の距離を演算する距離演算手段とを具え、光通過手段及びレンズ系によってテレセントリック光学系を構成したことを特徴とする。これにより、ぼけによる情報損失を最小限に抑制し、高精度な距離計測が可能になる。また、遠距離物体の計測も容易となる。瞳分割のために専用の光学系を用いる必要がないので、表面テレテクスチャの種類に依存しない解析が可能になり、かつ、逐次的なレンズ駆動を必要とせず、動物体の計測やリアルタイム計測を容易に行うことができる。さらに、光通過手段及びレンズ系によってテレセントリック光学系を構成しているので、画像取出し手段によって取り出される複数の画像間の像倍率が等しくなる。遠距離物体の計測や奥行き精度の確保が容易となる。安定かつ高精度に対象の距離計測を行うことができる。
従来技術、競合技術の概要 従来、レンズと像面の位置関係によって生じるぼけと被写体までの距離の関係を用いて距離を計測する方法は多数あり、代表的なものとしては、レンズ焦点法、合焦位置を直接求める代わりに距離に対する画像のぼけ量の関係を用いた方法、可視光を用いて3次元形状を計測する方法等がある。レンズ焦点法では、レンズのフォーカス位置を駆動しながら得た画像から最もよく合焦しているときの画像を求め、そのときのフォーカス位置から距離を求める。合焦位置を直接求める代わりに距離に対する画像のぼけ量の関係を用いた方法のうち、コロンビア大学のネイヤーによって提案されたものでは、テレセントリック光学系と二重フォーカスカメラを用いている。この方法では、レンズ収差のモデリング、CCDの精密な位置合わせ、得られた画像からのノイズ除去が必要となる。また、ぼけの大きさも比較的小さいものに制限されるので、遠距離物体の計測や奥行き精度の確保が困難である。可視光を用いて3次元形状を計測する方法は、大阪市立大学の山田等によって提案され、符号化開口法を拡張したものである。しかし、オートフォーカスカメラ等で用いられている方法では、画面中の1点又は数点に対する距離しか求めることができない。レンズ焦点法では、逐次的なレンズ駆動が必要となり、これを用いて動物体の計測やリアルタイム計測を行うことは困難である。又、光学的には従来の符号化開口法を何ら拡張しておらず、十分な性能を得ることが困難である。特に、遠距離物体の計測は非常に困難であり、ミリメートルオーダの微小な物体しか計測することができない。
産業上の利用分野 高精度に対象の距離計測を行うことができる距離計測装置及び方法、また、距離計測に基づいて合焦画像を復元する画像復元装置及び方法
特許請求の範囲 【請求項1】 ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる瞳形状を有する光通過手段と、
この光通過手段を通過した光を収束するレンズ系と、
このレンズ系によって収束された光を二つ以上の光に分離し、これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込む画像取込み手段と、
これら画像を用いて対象の距離を演算する距離演算手段とを具え、
前記光通過手段及びレンズ系によってテレセントリック光学系を構成したことを特徴とする距離計測装置。

【請求項2】 前記光通過手段は二つのピンホールを有することを特徴とする請求項1又は2記載の距離計測装置。

【請求項3】 前記画像取込み手段は、
分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとともに前記収束された光が第1の面に入射される第1のプリズムと、
分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとともに前記第1のプリズムの第2の面に第1の面を接合した第2のプリズムと、
分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとともに前記第2のプリズムの第2の面に第1の面を接合した第3のプリズムと、
前記第1のプリズムの第2の面及び第1の面によって反射された光が入射される第1の固体撮像素子と、
前記第2のプリズムの第2の面及び第1の面によって反射された光が入射される第2の固体撮像素子と、
前記第1、第2及び第3のプリズムを通過する光が入射される第3の固体撮像素子とを具え、
これら第1、第2及び第3の固体撮像素子の光学的配置が互いに相違するようにしたことを特徴とする請求項1又は2記載の距離計測装置。

【請求項4】 前記距離演算手段は、生成に基づく解析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離を演算するようにしたことを特徴とする請求項1から3のうちのいずれかに記載の距離計測装置。

【請求項5】 ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる瞳形状を有する光通過手段及びこの光通過手段を通過した光を収束するレンズ系によって構成されたテレセントリック光学系を通過した光を、二つ以上の光に分離し、
これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込み、
これら画像を用いて対象の距離を演算することを特徴とする距離計測方法。

【請求項6】 前記光通過手段は二つのピンホールを有することを特徴とする請求項5記載の距離計測方法。

【請求項7】 前記テレセントリック光学系を通過した光を三つの光に分離し、
これら分離した光を、光学的配置が互いに相違する第1、第2及び第3の固体撮像素子にそれぞれ入射させることを特徴とする請求項5又は6記載の距離計測方法。

【請求項8】 前記対象の距離を演算するに際し、生成に基づく解析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離を演算することを特徴とする請求項5から7のうちのいずれかに記載の距離計測方法。

【請求項9】 ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる瞳形状を有する光通過手段と、
この光通過手段を通過した光を収束するレンズ系と、
このレンズ系によって収束された光を二つ以上の光に分離し、これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込む画像取込み手段と、
これら画像を用いて対象の距離を演算する距離演算手段と、
合焦画像を復元する合焦画像復元手段とを具え、
前記光通過手段及びレンズ系によってテレセントリック光学系を構成したことを特徴とする画像復元装置。

【請求項10】 前記光通過手段は二つのピンホールを有することを特徴とする請求項9記載の画像復元装置。

【請求項11】 前記画像取込み手段は、
分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとともに前記収束された光が第1の面に入射される第1のプリズムと、
分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとともに前記第1のプリズムの第2の面に第1の面を接合した第2のプリズムと、
分光特性を除去するために全ての面が再蒸着されるとともに前記第2のプリズムの第2の面に第1の面を接合した第3のプリズムと、
前記第1のプリズムの第2の面及び第1の面によって反射された光が入射される第1の固体撮像素子と、
前記第2のプリズムの第2の面及び第1の面によって反射された光が入射される第2の固体撮像素子と、
前記第1、第2及び第3のプリズムを通過する光が入射される第3の固体撮像素子とを具え、
これら第1、第2及び第3の固体撮像素子の光学的配置が互いに相違するようにしたことを特徴とする請求項9又は10記載の画像復元装置。

【請求項12】 前記距離演算手段は、生成に基づく解析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離を演算するようにしたことを特徴とする請求項9から11のうちのいずれかに記載の画像復元装置。

【請求項13】 前記合焦画像復元手段は、前記合焦位置からぼけを含まない原画像の空間周波数スペクトルを求め、これをフーリエ逆変換することによって合焦画像を復元するようにしたことを特徴とする請求項12記載の画像復元装置。

【請求項14】 ぼけ量の解析が容易となるように光を通過させる瞳形状を有する光通過手段及びこの光通過手段を通過した光を収束するレンズ系によって構成されたテレセントリック光学系を通過した光を、二つ以上の光に分離し、
これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込み、
これら画像を用いて対象の距離を演算するとともに合焦画像を復元することを特徴とする画像復元方法。

【請求項15】 前記光通過手段は二つのピンホールを有することを特徴とする請求項14記載の画像復元方法。

【請求項16】 前記テレセントリック光学系を通過した光を三つの光に分離し、
これら分離した光を、光学的配置が互いに相違する第1、第2及び第3の固体撮像素子にそれぞれ入射させることを特徴とする請求項14又は15記載の画像復元方法。

【請求項17】 前記対象の距離を演算するに際し、生成に基づく解析法を用いて合焦位置を求め、この合焦位置及び前記レンズ系の焦点距離に基づいて前記対象の距離を演算することを特徴とする請求項14から16のうちのいずれかに記載の画像復元方法。

【請求項18】 前記原画像を復元するに際し、前記合焦位置からぼけを含まない合焦画像の空間周波数スペクトルを求め、これをフーリエ逆変換して前記合焦画像を復元することを特徴とする請求項17記載の画像復元方法。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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