| 【発明の名称】 |
ステレオカメラ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小嶋 仁
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| 【要約】 |
【課題】基線長の割に高距離分解能を発揮させることのできるステレオカメラ装置を提供する。
【解決手段】光学系２１，２２の結像範囲Ｓ１，Ｓ２は、共に撮像素子４１，４２による撮像範囲Ｗよりも広くなっている。そして、撮像素子４１，４２をそれぞれ搭載した撮像素子ベース３１，３２は基線方向に平行移動することができるようになっている。また、撮像素子ベース３１，３２の移動量を等しくするための機構も備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１の光学系及び該第１の光学系による結像画像を取得するための第１の撮像素子を備えた第１の撮像手段と、該第１の撮像手段と離間配置され、第２の光学系及び該第２の光学系による結像画像を取得するための第２の撮像素子を備えた第２の撮像手段と、を含むステレオカメラ装置であって、前記第１の光学系は、前記第１の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、前記第２の光学系は、前記第２の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、前記第１の撮像素子は基線方向に移動可能に設けられ、前記第２の撮像素子は基線方向に移動可能に設けられ、所定撮像領域が前記第１及び第２の撮像素子に結像するようにしたことを特徴とするステレオカメラ装置。
【請求項２】 請求項１に記載のステレオカメラ装置において、前記第１及び第２の撮像素子の移動量が等しくなるよう前記第１及び前記第２の撮像素子を連動させる連動機構をさらに含むことを特徴とするステレオカメラ装置。
【請求項３】 第１の光学系及び該第１の光学系による結像画像を取得するための第１の撮像素子を備えた第１の撮像手段と、該第１の撮像手段と離間配置され、第２の光学系及び該第２の光学系による結像画像を取得するための第２の撮像素子を備えた第２の撮像手段と、を含むステレオカメラ装置であって、前記第１の光学系は、前記第１の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、前記第２の光学系は、前記第２の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、前記第１の撮像素子は、その撮像領域が前記第１の光学系による結像領域に対して基線方向にずれて配置され、前記第２の撮像素子は、その撮像領域が前記第２の光学系による結像領域に対して基線方向にずれて配置され、所定撮像領域が前記第１及び第２の撮像素子に結像するようにしたことを特徴とするステレオカメラ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はステレオカメラ装置に関し、特にステレオカメラ装置の距離分解能を向上させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ステレオ視により、物体の有無を検知したり、あるいは物体までの距離を計測できるステレオカメラ装置が知られている。かかるステレオカメラ装置は離間配置された左右２つのカメラを備えており、これらカメラにより撮像された画像における対象物体の位置を比較し、その差、すなわち視差に基づき、物体の有無を検知したり、あるいは物体までの距離を算出している。
【０００３】かかるステレオカメラ装置の距離分解能を高めるには、視差が大きくなるようにすればよく、そのためには左右のカメラの光軸間隔、すなわち基線長を長くすればよい。しかし、基線長をあまり長くすると対象物体が両カメラで撮像される画像に収まらなくなるため、この方法には限界がある。
【０００４】この点、特公平５−２７０４１号公報に開示されたステレオカメラ装置では、左右の２つのカメラで撮像される画像の共通範囲の中央部に対象物体が位置するよう、両カメラを位置決め制御している。この技術によれば、基線長をできるだけ長くとることができ、高い距離分解能を得ることができるようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来のステレオカメラ装置で高い距離分解能を得ようとすれば、結局はカメラ間隔を離して基線長を長くとる必要があるが、レンズと撮像素子を一体的に動かすため、基線長を長くするのにも限界があった。
【０００６】本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、基線長を長くとっても高い距離分解能を発揮させるようにしても所定撮像領域の画像を取得することのできるステレオカメラ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明は、第１の光学系及び該第１の光学系による結像画像を取得するための第１の撮像素子を備えた第１の撮像手段と、該第１の撮像手段と離間配置され、第２の光学系及び該第２の光学系による結像画像を取得するための第２の撮像素子を備えた第２の撮像手段と、を含むステレオカメラ装置であって、前記第１の光学系は、前記第１の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、前記第２の光学系は、前記第２の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、前記第１の撮像素子は基線方向に移動可能に設けられ、前記第２の撮像素子は基線方向に移動可能に設けられ、所定撮像領域が前記第１及び第２の撮像素子に結像するようにしたことを特徴とする。
【０００８】本発明では、第１及び第２の光学系は、それぞれ第１及び第２の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有している。そして、第１及び第２の撮像素子は、ともに基線方向、すなわち第１及び第２の光学系が近づく方向に移動可能に設けられており、結像範囲の中心から撮像範囲がずれるように第１及び第２の撮像素子の取付位置を調整することができるようになっている。このため、基線長の割に第１及び第２の撮像素子により撮影される画像の重なりを広くとることができるようになり、出来るだけ基線長を長くとって高距離分解能を得るようにできる。
【０００９】また、本発明の一態様では、前記第１及び第２の撮像素子の移動量が等しくなるよう前記第１及び前記第２の撮像素子を連動させる連動機構をさらに含むことを特徴とする。この態様では、第１の撮像素子を基線方向に移動させると、同じ距離だけ第２の撮像素子も移動する。こうすれば、効率的に第１及び第２の撮像素子の取付位置を設定できるようになる。
【００１０】また、本発明は、第１の光学系及び該第１の光学系による結像画像を取得するための第１の撮像素子を備えた第１の撮像手段と、該第１の撮像手段と離間配置され、第２の光学系及び該第２の光学系による結像画像を取得するための第２の撮像素子を備えた第２の撮像手段と、を含むステレオカメラ装置であって、前記第１の光学系は、前記第１の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、前記第２の光学系は、前記第２の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、前記第１の撮像素子は、その撮像領域が前記第１の光学系による結像領域に対して基線方向にずれて配置され、前記第２の撮像素子は、その撮像領域が前記第２の光学系による結像領域に対して基線方向にずれて配置され、所定撮像領域が前記第１及び第２の撮像素子に結像するようにしたことを特徴とする。
【００１１】本発明では、第１及び第２の光学系は、それぞれ第１及び第２の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有している。そして、第１及び第２の撮像素子による撮像領域は、第１及び第２の光学系による結像領域から、ともに基線方向、すなわち第１及び第２の光学系が近づく方向にずれることになる。このため、基線長の割に第１及び第２の撮像素子により撮影される画像の重なりを広くとることができるようになり、出来るだけ基線長を長くとって高距離分解能を得るようにできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】図１は、本発明の一実施の形態に係るステレオカメラ装置の全体構成を示す正面図である。同図に示されるように、このステレオカメラ装置は、撮像素子ベース３１，３２と、撮像素子（ＣＣＤ）４１，４２と、光学系（レンズ）２１，２２と、を含んで構成されている。撮像素子ベース３１と撮像素子４１と光学系２１は第１のカメラ（撮像手段）を構成し、撮像素子ベース３２と撮像素子４２と光学系２２は第２のカメラを構成する。ここでは図示しないが、撮像素子４１，４２には画像処理装置が電気的に接続されている。また、撮像素子ベース３１，３２には、撮像素子４１，４２の撮像面と光学系２１，２２による結像面との平行を維持しつつ、これら撮像素子ベース３１，３２を基線方向に移動させるための機構が取り付けられている。
【００１４】同図に示すように、基準面Ｒの上方には同じ高さで光学系２１，２２が離間して配置されており、それらの結像面に撮像素子４１，４２が配置されている。撮像素子４１，４２は、それぞれ撮像素子ベース３１，３２に取り付けられており、この撮像素子ベース３１，３２を基線方向に移動させることにより、撮像素子４１，４２による撮像領域が光学系２１，２２による結像領域からずれるようになっている。すなわち、光学系２１，２２は同図の破線に示されるように比較的広い結像範囲Ｓ１，Ｓ２をそれぞれを有しており、撮像素子４１，４２はその一部を撮像するようになっている。つまり、光学系２１，２２は、その結像面積が撮像素子４１，４２による撮像面積よりも広くなるよう、そのスペックが選択されている。ここで、結像面積は、光学系２１，２２の包括角度、すなわち鮮明に結像できる角度範囲により支配される。結像面は、結像面が円形の場合、イメージサークルと呼ばれる。
【００１５】撮像素子ベース３１，３２が初期位置、つまり光学系２１，２２の光軸１１，１２と撮像素子ベース３１，３２の中心が一致する位置に位置決めされると、撮像素子４１，４２により撮像領域Ｗ’の画像がそれぞれ取得される。この撮像領域Ｗ’は光学系２１，２２の結像領域の中心位置に設定され、光学系２１，２２の光軸１１，１２は結像領域Ｗ’の中心を貫くとともに、撮像領域の中心も貫くことになる。同図に示される状態では、光学系２１，２２の間隔が広く、基線長Ｘが長すぎるため、撮像素子４１，４２の撮像領域Ｗ’には重なりが存在しない。そこで、このステレオカメラ装置では撮像素子ベース３１，３２を基線方向に移動させることにより、撮像素子４１，４２の撮像領域を、内側方向、すなわち両撮像領域が近づく向きに移動させている。移動後の撮像素子４１，４２は撮像領域Ｗの画像を取得する。こうすれば、両画像に対象物体Ｍの全体が含まれるようになる。ここでは、撮像素子４１，４２の移動量を等しくして、さらに撮像素子４１，４２による撮像領域Ｗを等しくしているが、対象物体Ｍの全体像が含まれるようにすれば、両者にずれがあっても構わない。この場合、画像処理の段階で両画像のうち重なり部分を抽出し、それを画像処理の対象画像とすればよい。
【００１６】かかるステレオカメラ装置には、上述のように撮像素子ベース３１，３２を基線方向に移動させる機構が備えられている。図２は、この撮像素子ベース３１，３２を基線方向に移動させるための機構例を示す平面図である。これらの機構において撮像素子ベース３１，３２は手作業により移動させてもよいし、モータ等の動力により駆動させてもよい。最も単純な構成としては、同図（ａ）に示されるように、撮像素子４１，４２がそれぞれ取り付られた撮像素子ベース３１，３２を、それぞれ独立に移動させるようにすればよい。また、目視による調整の便を図り、同図（ｂ）に示されるように表面に目盛を表したレール２０に、撮像素子ベース３１，３２を該レール２０に沿って移動可能なよう取り付けてもよい。
【００１７】また、同図（ｃ）に示されるように、ラック１４，１６及びピニオン１８により（共に歯は図示せず）、撮像素子ベース３１，３２の移動量を等しくするようにしてもよい。この態様では、撮像素子ベース３１にはラック１４の端部が固定的に取り付けられ、撮像素子ベース３２にはラック１６の端部が固定的に取り付けられる。ラック１４，１６は互いに歯面が向き合うよう平行して、図示しない装置本体にスライド可能に取り付けられている。また、ラック１４，１６の間には、それらに刻設された歯と噛み合うピニオン１８が回動自在に取り付けられている。このピニオン１８も装置本体に取り付けられる。さらに、ラック１４の先端部は、それぞれ撮像素子ベース３２の裏面に設けられた被ガイド部（図示せず）にスライド可能に取り付けられ、ラック１６の先端部は撮像素子ベース３１の裏面に設けられた被ガイド部（図示せず）にスライド可能に取り付けられている。こうして、撮像素子ベース３１，３２は、基線方向の移動がラック１４，１６により案内されるとともに、その移動量が等しくなるようにされている。
【００１８】さらに、同図（ｄ）に示されるように、アーム２８，３０及びガイド部材２６により、撮像素子ベース３１，３２の移動量を等しくするようにしてもよい。この態様では、撮像素子ベース３１，３２の裏面に設けられた被ガイド部（図示せず）にレール２４が挿通されており、撮像素子ベース３１，３２が基線方向に平行移動するようになっている。レール２４は図示しない装置本体に固定されている。また、レール２４の中央部には内部にレール枠が形成されたガイド部材２６が取り付けられており、そのガイド部２６に形成されたガイド枠はレール２４の案内方向と直交するようになっている。さらに、撮像素子ベース３１，３２の互いに対応する位置には、同じ長さのアーム２８，３０の一端が、ピン３４，３６によりそれぞれ回動自在に取り付けられており、それらの他端はピン３８により留められている。このピン３８はガイド部材２６に形成されたガイド枠に係合しており、これにより撮像素子ベース３１，３２の移動量が等しくなるようにされている。
【００１９】なお、これらの撮像素子ベース３１，３２の水平移動機構は、例えばステレオカメラ装置の設置時に利用すればよい。すなわち、図１に示されるように、光学系２１，２２の包括角度が一定である場合、光学系２１，２２と基準面Ｒとの距離が縮まると撮像素子４１，４２で撮影される画像のうち重なり範囲が狭くなってしまう。このため、ステレオカメラ装置の設置時には、光学系２１，２２と基準面Ｒとの距離に応じて撮像素子ベース３１，３２を基線方向に移動させ、両画像の重なり範囲を必要なだけ確保する。そして、運用開始後は、撮像素子４１，４２に接続されている画像処理装置により、撮影された画像のうち実際にステレオ画像処理の対象となる領域を切り出すようにする。
【００２０】なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではない。例えば、以上の説明では光学系２１，２２の光軸１１，１２が互いに平行である場合について説明したが、光軸１１，１２が非平行の場合であっても、撮像素子４１，４２を結像面にて移動させるようにしてよい。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、第１及び第２の光学系が、それぞれ第１及び第２の撮像素子による撮像面積よりも広い結像面積を有し、第１及び第２の撮像素子による撮像領域が、それぞれ第１及び第２の光学系による結像領域から基線方向にずれるようにしたので、基線長の割に第１及び第２の撮像素子により撮影される画像の重なりを広くとることができるようになり、出来るだけ基線長を長くとって高距離分解能を得るようにできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４６５１
【氏名又は名称】日本信号株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年４月１９日（２０００．４．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３０５６８１（Ｐ２００１−３０５６８１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１１７９７１（Ｐ２０００−１１７９７１） |
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