距离测量装置及距离测量系统的制作方法-j9九游会真人

1.本公开涉及一种距离测量装置，其根据多个区间图像生成距离图像，多个区间图像是按距离将所拍摄的对象空间进行分割而得到的。


背景技术：

2.以往，已知有tof(time of flight：飞行时间)方式等的主动型的距离测量装置。在该距离测量装置中，通过照射以规定的脉冲宽度反复发光的激光，并接受所照射的激光碰到对象物后反射回来的反射光，由此根据激光的往返时间(往返所涉及的激光的相位差)进行测距。
3.但是，在这种方式的距离测量装置中，由于有可能受到从其他距离测量装置照射的激光的反射光的干扰，因此，例如在利用多个距离测量装置的情况下，有可能无法实现适当的测距。
4.为了解决该问题，在专利文献1中，设置发光期间和非发光期间，通过从发光期间中的像素信号减去非发光期间中的像素信号来进行测距运算。另外，通过调制发光期间和非发光期间的长度，抑制来自其他距离测量装置的干扰光的影响。
5.专利文献1：日本公开专利公报特开2020-153799号公报


技术实现要素：

[0006]-发明要解决的技术问题-[0007]
但是，在专利文献1的结构中，由于发光间隔变长，因此存在帧率(frame rate)降低的问题。
[0008]
本公开正是为解决上述技术问题而完成的，其目的在于：在距离测量装置中，在不导致帧率的降低的情况下，降低干扰光的影响。
[0009]-用以解决技术问题的技术方案-[0010]
本公开的一方式所涉及的距离测量装置构成为：包括：光源，所述光源朝向对象空间投射脉冲光；受光部，所述受光部接受由所述对象空间内的物体反射的反射光；测距控制部，所述测距控制部从按距离对所述对象空间设定的多个测距区间中，选择进行测距的测距区间，并根据所选择的所述测距区间，控制所述光源的投射时刻及所述受光部的受光时刻；以及距离图像生成部，所述距离图像生成部根据所述受光部的输出信号，生成与所述测距控制部所选择的所述测距区间对应的区间图像，并将与所述多个测距区间分别对应的多个区间图像合成，生成距离图像，所述测距控制部具有随机数产生部，所述随机数产生部生成随机数数据，该随机数数据用于从所述多个测距区间中随机地选择测距区间。
[0011]-发明的效果-[0012]
根据本公开，在距离测量装置中，能够在不导致帧率的降低的情况下，降低干扰光的影响。
附图说明
[0013]
图1示出第一实施方式所涉及的距离测量装置的结构；
[0014]
图2是拍摄场景的例子；
[0015]
图3是典型的tof相机的动作例；
[0016]
图4是实施方式中的tof相机的动作例；
[0017]
图5是距离图像的例子，图5的(a)是典型的动作的情况，图5的(b)是实施方式的情况；
[0018]
图6是发光脉冲及曝光脉冲的设定例，图6的(a)是典型的工作例，图6的(b)是实施方式；
[0019]
图7是发光脉冲及曝光脉冲的设定例，图7的(a)是典型的工作例，图7的(b)是变形例；
[0020]
图8是第二实施方式所涉及的距离测量装置的结构；
[0021]
图9是有无干扰光的影响的判断处理的例子；
[0022]
图10是有干扰光的影响的情况下的校正的例子；
[0023]
图11是随机选择测距区间的情况下的干扰光的影响例；
[0024]
图12是实施方式所涉及的距离测量系统的结构例。
具体实施方式
[0025]
(概要)
[0026]
本公开的一方式所涉及的距离测量装置包括：光源，所述光源朝向对象空间投射脉冲光；受光部，所述受光部接受由所述对象空间内的物体反射的反射光；测距控制部，所述测距控制部从按距离对所述对象空间设定的多个测距区间中，选择进行测距的测距区间，并根据所选择的所述测距区间，控制所述光源的投射时刻及所述受光部的受光时刻；以及距离图像生成部，所述距离图像生成部根据所述受光部的输出信号，生成与所述测距控制部所选择的所述测距区间对应的区间图像，并将与所述多个测距区间分别对应的多个区间图像合成，生成距离图像，所述测距控制部具有随机数生成部，所述随机数生成部生成随机数数据，该随机数数据用于从所述多个测距区间中随机地选择测距区间。
[0027]
由此，测距控制部能够从按距离对对象空间设定的多个测距区间中随机地选择进行测距的测距区间。因此，例如即使存在从其他距离测量装置照射的激光，也能够使其反射光的影响分散到多个测距区间，从而能够大幅降低反射光混入特定的测距区间的区间图像的概率。而且，由于仅随机地选择进行测距的测距区间，因此发光间隔不会变长，帧期间也不会变长。因此，能够在不降低帧率的情况下，降低干扰光的影响。
[0028]
另外，也可以是，所述随机数生成部以在各帧中、所述多个测距区间分别被选择一次的方式生成随机数数据。
[0029]
由此，能够在一个帧期间中，可靠地获取多个测距区间的所有区间图像。
[0030]
另外，也可以是，所述测距控制部构成为：能够使用所述随机数产生部生成的随机数数据，对所述测距区间中的所述光源的投射时刻及所述受光部的受光时刻赋予随机的延迟。
[0031]
由此，能够进一步降低干扰光的影响。
[0032]
进而，也可以是，所述随机的延迟是在不延长用于生成所述区间图像的期间的范围内设定的。
[0033]
由此，能够在不降低帧率的情况下，进一步降低干扰光的影响。
[0034]
另外，也可以是，所述距离图像生成部包括干扰判断部，所述干扰判断部判断有无从所述光源投射的脉冲光以外的干扰光的影响，所述随机数产生部在由所述干扰判断部判断为有干扰光的影响时，生成随机数数据。
[0035]
由此，能够在有干扰光的影响时，通过随机地选择进行测距的测距区间，来降低干扰光的影响。
[0036]
进而，也可以是，所述干扰判断部在区间图像中检测出规定阈值以上的信号时，判断为有干扰光的影响，所述区间图像为在所述光源不投射脉冲光的非发光状态下所述受光部进行了受光时的区间图像。
[0037]
由此，能够可靠地检测有干扰光的影响的情况。
[0038]
进而，也可以是，所述距离图像生成部包括存储部，所述存储部保存多个帧的、与所述多个测距区间分别对应的多个区间图像，所述距离测量装置使用保存在所述存储部中的前后帧中的该测距区间的区间图像，对有干扰光的影响的区间图像进行校正。
[0039]
由此，能够对有干扰光的影响的区间图像进行校正。
[0040]
另外，本公开的一方式所涉及的距离测量系统包括两台以上的上述方式所涉及的距离测量装置，所述距离测量系统包括随机数赋予控制部，所述随机数赋予控制部分别控制所述距离测量装置的所述测距控制部所具有的随机数产生部的动作。
[0041]
由此，能够避免多个距离测量装置所进行的测距区间的随机选择会陷入同一模式、干扰光的影响变大的问题。
[0042]
另外，也可以是，所述随机数赋予控制部向所述随机数产生部赋予伪随机数的种子，并且使所述种子按时间序列发生变化。
[0043]
下面，参照附图对实施方式进行详细的说明。然而，有时会省略不必要的过度详细的说明。例如，有时省略对已公知的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得过于冗长，以方便本领域的技术人员理解。
[0044]
需要说明的是，附图及以下的说明是为了使本领域的技术人员能够充分地理解本公开而提供的，没有意图限制权利要求的范围所要求保护的主题。
[0045]
(第一实施方式)
[0046]
图1是示出第一实施方式所涉及的距离测量装置的结构的框图。图1所示的距离测量装置1包括光源11、受光部12、测距控制部20以及距离图像生成部30。距离测量装置1是利用tof法(time of flight：飞行时间)获取到物体为止的距离的信息、并输出距离图像的装置。
[0047]
光源11构成为朝向对象空间投射脉冲光。受光部12构成为接受由对象空间内的物体反射的反射光。测距控制部20构成为对光源11的脉冲光投射动作进行控制、以及对受光部12的受光动作进行控制。测距控制部20按距离对对象空间设定多个测距区间(子范围，也简称为区间)。然后，从多个测距区间中选择进行测距的测距区间，根据所选择的测距区间，控制光源11投射脉冲光的时刻、以及受光部12进行受光(曝光)的时刻。距离图像生成部30根据受光部12的输出信号，生成与测距控制部20所选择的测距区间对应的区间图像。然后，
将与多个测距区间分别对应的多个区间图像合成，生成表示距离值的距离图像。
[0048]
光源11例如由激光二极管构成，光源11输出脉冲激光。光源11除了激光二极管以外，例如也可以是发光二极管(led：light emitting diode)、垂直腔表面发射激光器(vcsel：vertical cavity surface emitting laser)、卤素灯等。光源11所投射的脉冲光优选为单一波长、脉冲宽度较短、峰值强度较高。另外，脉冲光的波长优选为人类的视见度低、不易受到外部干扰光的影响的近红外波段的波长区域。光源11也可以包括透镜等将脉冲光投射到对象空间的投光光学系统。
[0049]
受光部12包括：包含多个像素的摄像器件13、和像素信号输出部14。在摄像器件13的各像素中，例如布置有雪崩光电二极管。也可以在各像素中布置其他的光检测元件。各像素构成为能够在接受反射光的曝光状态与不接受反射光的非曝光状态之间进行切换。在曝光状态下，受光部12输出基于由各像素接受到的反射光的像素信号。受光部12也可以包括透镜等受光光学系统，该受光光学系统使反射光聚光于摄像器件13的受光面。
[0050]
测距控制部20在对光源11的发光控制中，控制从光源11输出光的时刻、从光源11输出的光的脉冲宽度等。另外，测距控制部20在对受光部12的受光控制中，针对摄像器件13的各像素，通过对像素内的晶体管的动作时刻等的控制，来控制曝光时刻、曝光时间等。曝光时刻和曝光时间可以在所有的像素中相等，也可以按每个像素而不同。
[0051]
测距控制部20包括测距区间决定部21、时刻生成部22以及随机数产生部23。测距区间决定部21从按距离对对象空间设定的多个测距区间中选择进行测距的测距区间。时刻生成部22根据所选择的测距区间，控制光源11投射脉冲光的时刻、以及受光部12进行(曝光)的时刻。随机数产生部23生成随机数数据，使得测距区间决定部21能够随机地选择测距区间。
[0052]
距离图像生成部30包括区间图像存储部31和距离图像输出部32。区间图像存储部31根据从受光部12输出的像素信号，获取测距区间中的表示反射光的区间图像。所获取的区间图像，例如多个帧的区间图像被存储在区间图像存储部31中。帧是对给对象空间设定的多个测距区间全部进行测距的期间，一帧对应于一张距离图像。距离图像输出部32将在一帧中获取到的多个区间图像合成，生成距离图像并输出。
[0053]
图2是拍摄场景的例子。在图2的例子中，在两台tof相机(距离测量装置)a、b中，从近到远依次设定测距区间1～5。在测距区间1～5中，作为物体，分别存在锥ob1、锥ob2、足球ob3、锥ob4、人ob5。
[0054]
图3示出典型的tof相机的动作例，图4示出本实施方式中的tof相机的动作例。在图3及图4中，发光脉冲是用于使光源11发光的脉冲，反射脉冲是使受光部12曝光的脉冲。需要说明的是，发光脉冲与反射脉冲的时间差根据测距区间而不同，但在图3及图4中简化图示。另外，假设tof相机a、b异步地工作。
[0055]
如图3所示，在典型的工作模式中，tof相机a、b从测距区间1～5中依次反复选择进行测距的测距区间。在图3中，tof相机a对测距区间1进行测距的期间、与tof相机b对测距区间3进行测距的期间重叠。因此，在tof相机a对测距区间1进行测距时，受光部12可能拾取由tof相机b进行测距的测距区间3中的反射光。即，在图2的拍摄场景例中，存在于测距区间3中的足球ob3的反射光可能会混入到tof相机a的测距区间1的曝光信号中。即，tof相机a会受到来自tof相机b的干扰光的影响。
[0056]
另一方面，如图4所示，在本实施方式中，tof相机a、b从测距区间1～5中随机地选择进行测距的测距区间。因此，tof相机a对测距区间1进行测距的期间、与tof相机b对测距区间3进行的测距的期间重叠的频度显著减少，在tof相机a对测距区间1进行测距时，受光部12拾取由tof相机b进行测距的测距区间3中的反射光的概率大幅降低。tof相机a几乎不受来自tof相机b的干扰光的影响。
[0057]
图5是从tof相机a输出的距离图像的图像例，图5的(a)是典型的工作(图3)的情况，图5的(b)是本实施方式(图4)的情况。如图5的(a)所示，在典型的工作模式中，对于存在于测距区间3中的足球ob3而言，由于在对测距区间1进行测距的过程中有来自tof相机b的光的反射光混入，因此表示测距区间1的信号会混杂。另一方面，如图5的(b)所示，在本实施方式中，通过随机地选择进行测距的测距区间，由此，来自tof相机b的光的反射光混入的概率就会大幅降低，因此信号不会混杂。
[0058]
图6示出发光脉冲及曝光脉冲的设定例。在图6中，将距离0～z(m)的测量范围分为n(n为2以上的整数)个测距区间1～n。即，区间n的测距范围为(n-1)/n
×
z(m)～z(m)。根据每个测距区间1～n的距离，对每个测距区间1～n设定发光脉冲与曝光脉冲的时间差。即，在最近的测距区间1中，发光脉冲与曝光脉冲的时间差最短，随着测距区间所在的位置变远，发光脉冲与曝光脉冲的时间差逐渐变长。如果将该各测距区间n中的时间差设为tdn，则如下所述。
[0059]
[式1]
[0060]
t
dn
＝(n-1)/n
×
2z/c
[0061]
需要说明的是，c是光速。
[0062]
另外，在图6中，在一个测量期间中，使发光脉冲和曝光脉冲各产生一次，但也可以使发光脉冲和曝光脉冲产生多次。
[0063]
图6的(a)是典型的工作例，从近到远依次重复测距区间。例如，在帧f1中，首先测量测距区间1(ts1)，然后测量测距区间2(ts2)、测距区间3(ts3)、
……
，最后测量测距区间n(tsn)。因此，发光脉冲与曝光脉冲的时间差tdn逐渐变长。
[0064]
图6的(b)是本实施方式，随机地选择测距区间。例如，在帧f1中，首先测量测距区间3(ts3)，然后测量测距区间n(tsn)、测距区间1(ts1)、
……
，最后测量测距区间2(ts2)。因此，发光脉冲与曝光脉冲的时间差随机地发生变化。另外，在帧f1中，以测距区间1～n分别被选择一次的方式进行随机选择。
[0065]
从图6可知，在本实施方式中，帧期间不会比以往长，帧率不会降低。
[0066]
如上所述，根据本实施方式，测距控制部20能够从按距离对对象空间设定的多个测距区间中随机地选择进行测距的测距区间。因此，例如即使存在从其他距离测量装置照射的激光，也能够使其反射光的影响分散到多个测距区间，从而能够大幅降低反射光混入特定的测距区间的区间图像的概率。而且，由于仅随机地选择进行测距的测距区间，因此发光间隔不会变长，帧期间也不会变长。因此，能够在不降低帧率的情况下，降低干扰光的影响。
[0067]
(变形例)
[0068]
为了降低干扰光的影响，也可以对发光脉冲开始时间随机地附加延迟。为此，只要利用由随机数产生部23生成的随机数数据即可。
[0069]
图7示出多个发光脉冲及曝光脉冲的设定例。图7的(a)是典型的工作例，未对发光脉冲开始时间附加延迟。图7的(b)是本变形例，对发光脉冲开始时间随机地附加延迟。此处，如果将发光随机开始时间的延迟模式数设为nld-ran，则干扰光的影响的降低效果与1/nld-ran成比例。k、l、m是0或发光随机开始时间的延迟模式数nld-ran以下的任意的正整数。
[0070]
另外，子范围期间tsn如下。
[0071]
[式2]
[0072]
t
sn
＝t
p
×np
[0073]
tp是平均脉冲周期，np是脉冲数。
[0074]
此处，在一个测距区间内能够允许的发光最大延迟量tld-ran如下。
[0075]
[式3]
[0076][0077]
tes是曝光期间的长度，tcn是计数期间的长度。为了维持帧率，该发光最大延迟量tld-ran需要为正。需要说明的是，曝光期间的长度tes也可以如下表示。
[0078]
[式4]
[0079]
t
es
＝1/n
×
2z/c
[0080]
如果将δtld-del设为发光开始时间随机的延迟步长，则能够允许的发光随机延迟模式数nld-ran如下式所示。
[0081]
[式5]
[0082][0083]
上式中的1是指没有延迟的情况也作为模式包含在内。
[0084]
而且，上式能够使用式1～式4进行如下变形。
[0085]
[式6]
[0086]nld-ran
＝1 t
ld-ran
/δt
ld-del
[0087]
＝1 {t
p-(t
dn
t
es
t
cn
)}/δt
ld-del
[0088]
＝1 (t
sn
/n
p-2z/c-t
cn
)/δt
ld-del
[0089]
即，在本变形例中，测距控制部20构成为能够使用由随机数产生部23生成的随机数数据，对测距区间中的光源11的投射时刻及受光部12的受光时刻赋予随机的延迟。由此，能够进一步降低干扰光的影响。另外，优选随机的延迟是在不延长用于生成区间图像的期间的范围内设定的。由此，能够在不降低帧率的情况下，进一步降低干扰光的影响。
[0090]
(第二实施方式)
[0091]
图8是示出第二实施方式所涉及的距离测量装置的结构的框图。图8所示的距离测量装置2具有与图1的距离测量装置1大致相同的结构。但是，距离图像生成部30a包括干扰判断部41。干扰判断部41判断有无从光源11投射的脉冲光以外的干扰光的影响。测距控制
部20在由干扰判断部41判断为有干扰光的影响时，进行测距区间的随机选择。
[0092]
图9是判断有无干扰光的影响的处理的一例。首先，测距控制部20在不使光源11发光的非发光状态下，使受光部12进行受光(s11)。干扰判断部41从受光部12的输出中获取区间图像，在该区间图像中检测有无规定阈值以上的信号(s12)。该规定阈值根据背景图像的信号值设定即可。在非发光状态的区间图像中没有规定阈值以上的信号时，干扰判断部41判断为无干扰(s13)。另一方面，在非发光状态的区间图像中有规定阈值以上的信号时，干扰判断部41判断在过去的帧中是否检测到同样的信号(s14)。如果没有，则判断为无干扰。
[0093]
在过去的帧中检测到同样的信号时，干扰判断部41判断为有干扰光的影响。然后，判断是否已经如第一实施方式所示那样随机选择了测距区间(s15)。如果不是随机的，则改变成随机选择测距区间(s16)，并返回s11。另一方面，在已经随机选择了测距区间时，从区间图像中确定有干扰可能性的像素(s17)。
[0094]
然后，测距控制部20在使光源11发光的发光状态下，使受光部12进行受光(s18)。由此，能够获取各测距区间的区间图像。在确定有干扰可能性的像素的情况下，干扰判断部41对区间图像中的该像素进行校正(s19)。
[0095]
图10示出有干扰光的影响的情况下的校正的例子。现在，假设；在非发光状态下进行拍摄的结果，在测距区间s1的暗图像(在非发光状态下拍摄到的图像)中检测出超过阈值的信号s1(i、x、y)。在此，i是像素的亮度值，x、y是像素的坐标值。假设：在测距区间s2～s5的暗图像中，未检测出超过阈值的信号。
[0096]
然后，假设在发光状态下进行拍摄，得到各测距区间s1～s5的区间图像。此时，在测距区间s1的区间图像中，将信号s1(i、x、y)校正为信号s1(i’、x、y)。在此，将亮度值i’设为前后帧的非干扰状态下的亮度值、或背景图像的亮度值即可。
[0097]
图11示出随机选择测距区间的情况下的干扰光的影响例。如图11所示，在随机选择测距区间的情况下，区间图像因干扰光而变得异常的概率低，在大部分情况下，能够得到正常的区间图像。因此，对于由干扰光引起的异常的区间图像，能够使用其前后帧的该测距区间的区间图像进行校正。
[0098]
如上所述，根据本实施方式，距离图像生成部30a包括干扰判断部41，该干扰判断部41判断有无从光源11投射的脉冲光以外的干扰光的影响，在由干扰判断部41判断出有干扰光的影响时，测距控制部20进行测距区间的随机选择。由此，能够在有干扰光的影响时，通过随机地选择进行测距的测距区间，来降低干扰光的影响。
[0099]
需要说明的是，在本例中示出了子范围是随机的情况，但也可以增加第一实施方式的变形例即发光开始时间的随机化。
[0100]
(测距系统的结构例)
[0101]
也可以使用两台以上的上述实施方式所涉及的距离测量装置来构成距离测量系统。图12是实施方式所涉及的距离测量系统的结构例。图12的距离测量系统包括两台距离测量装置51、52。距离测量装置51、52具有与图8相同的结构。另外，图12的距离测量系统包括随机数赋予控制部53，该随机数赋予控制部53分别控制距离测量装置51、52分别包括的随机数产生部23的动作。由此，能够避免例如距离测量装置51、52所进行的测距区间的随机选择陷入同一模式、干扰光的影响变大的问题。
[0102]
例如，随机数产生部23具有线性反馈移位寄存器，生成伪随机数数据。在该情况
下，随机数赋予控制部53对随机数产生部23赋予伪随机数的种子。而且，随机数赋予控制部53也可以使伪随机数的种子按时间序列发生变化。
[0103]-产业实用性-[0104]
在本发明所涉及的距离测量装置中，由于能够在不降低帧率的情况下，降低干扰光的影响，因此对于tof相机的性能及动作速度的提高是有用的，例如，能够利用于对物体(人)进行检测、追踪的监视摄像头系统、检测安装在汽车上的障碍物的系统等。
[0105]-符号说明-[0106]
1、2距离测量装置
[0107]
11光源
[0108]
12受光部
[0109]
20测距控制部
[0110]
23随机数产生部
[0111]
30、30a距离图像生成部
[0112]
31区间图像存储部
[0113]
41干扰判断部
[0114]
51、52距离测量装置
[0115]
53随机数赋予控制部。