CN102741648A - 物体检测装置以及信息取得装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够使点图案的检测精度提高的信息取得装置以及搭载该信息取得装置的物体检测装置。信息取得装置(1)具备：射出波长830nm程度的激光的激光光源(111)；将激光朝向所述目标区域进行投射的投射光学系统(11)；接收来自所述目标区域的反射光并输出信号的CMOS图像传感器(124)。投射光学系统(11)按照由CMOS图像传感器(124)所接收的激光的基准图案的点至少在激光光源(111)与CMOS图像传感器(124)的排列方向上具有2.5像素以上的间距的方式将激光朝向目标区域进行投射。

Description

物体检测装置以及信息取得装置

技术领域

本发明涉及基于在将光投射到目标区域时的反射光的状态来检测目标区域内的物体的物体检测装置以及适用于该物体检测装置的信息取得装置。

背景技术

以往，采用光的物体检测装置在各种领域被开发。在采用了所谓距离图像传感器的物体检测装置中，不仅能够检测二维平面上的平面的图像，而且能够对检测对象物体的纵深方向的形状或运动进行检测。上述物体检测装置中，预先决定的波段的光从激光光源或LED(Light Emitting Device)被投射到目标区域，其反射光由CMOS图像传感器等的受光元件进行接收。作为距离图像传感器，公知各种类型的传感器。

在将具有预定的点图案的激光照射到目标区域的类型的距离图像传感器中，由图像传感器受光从目标区域反射的点图案，基于图像传感器上的点图案的受光位置，采用三角测量法，检测到检测对象物体的各部分为止的距离(例如非专利文献1)。

在该方式中，例如在反射平面配置在距离激光的照射部预定的距离的位置的状态下，射出具有点图案的激光，此时照射到图像传感器上的激光的点图案作为样板被保持。而且，在实际测量时照射到图像传感器上的激光的点图案和保持到样板的点图案被对照，来检测样板上的点图案的片段(segment)区域移动到了实际测量时的点图案上的哪个位置。基于该移动量来算出到与各片段区域相对应的目标区域的各部分为止的距离。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：第19回日本机器人学会学术演讲会(2001年9月18-20日)预备稿集、P1279-1280

发明内容

发明的概要

发明所要解決的课题

在上述物体检测装置中，在实际测量时，在激光的一个点跨越图像传感器上的多个像素的状态下，能够引起激光的一个点照射到图像传感器。在该情况下，从一个点同时照射的、相邻的多个像素同时输出信号。因此，在根据图像传感器的输出掌握点图案的情况下，能够引起全体在点之间没有边界的状态。因此，不能适当地进行在实际测量时照射到图像传感器上的激光的点图案与在样板中所保持的点图案的对照，产生到检测对象物体的各部分为止的距离的检测精度恶化的问题。

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够使点图案的检测精度提高的信息取得装置以及搭载该信息取得装置的物体检测装置。

用于解决课题的手段

本发明的第1方式涉及采用光取得目标区域的信息的信息取得装置。与该方式相关的信息取得装置，具备：射出预定波段的光的光源；以预定的点图案使从所述光源射出的光朝向所述目标区域进行投射的投射光学系统；和接收从所述目标区域反射的反射光并输出信号的受光元件。在此，所述投射光学系按照通过所述受光元件所接收的所述光的基准图案的点至少在所述光源与所述受光元件的排列方向上具有2.5像素以上的间距的方式将所述光朝向所述目标区域进行投射。

本发明的第2方式涉及物体检测装置。与该方式相关的物体检测装置具有与上述第1方式相关的信息取得装置。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够使点图案的检测精度提高的信息取得装置以及搭载有该信息取得装置的物体检测装置。

本发明的特征能够通过以下所示的实施方式的说明更加明确。其中，以下的实施方式只不过是本发明的一个实施方式，本发明以及各构成要件的用语的意义并不限于以下的实施方式中所记载的内容。

附图说明

图1为表示与实施方式相关的物体检测装置的结构的图。

图2为表示与实施方式相关的信息取得装置和信息处理装置的结构的图。

图3为表示与实施方式相关的激光对目标区域的照射状态和图像传感器上的激光的受光状态的图。

图4为说明与实施方式相关的基准样板的设定方法的图。

图5为说明与实施方式相关的距离检测方法的图。

图6为说明点的间距(pitch)为2像素时的问题的图。

图7为说明点的间距为2像素以下时的问题的图。

图8为表示与实施方式相关的点图案的设定方法的图。

图9为表示与实施方式相关的点图案的其他设定方法的图。

图10为表示与实施方式相关的点图案的再一其他设定方法的图。

图11为表示与实施方式相关的点图案的再一其他设定方法的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式中将本发明适用于将具有预定的点图案的激光照射到目标区域的类型的信息取得装置。

首先，图1中表示与本实施方式相关的物体检测装置的概略结构。如图所示，物体检测装置具备信息取得装置1、信息处理装置2。电视机3通过来自信息处理装置2的信号而被控制。

信息取得装置1将红外光投射到目标区域全体，通过由CMOS图像传感器接受其反射光，从而取得位于目标区域的物体各部分的距离(以下称作“3维距离信息”)。所取得的3维距离信息经由电缆4发送到信息处理装置2。

信息处理装置2是例如电视机控制用的控制器或游戏机、个人计算机等。信息处理装置2基于从信息取得装置1所接收的3维距离信息对目标区域中的物体进行检测，基于检测结果控制电视机3。

例如，信息处理装置2基于所接收的3维距离信息对人进行检测，并且根据3维距离信息的变化对这个人的运动进行检测。例如，在信息处理装置2为电视机控制用的控制器的情况下，信息处理装置2安装：根据所接收的3维距离信息检测这个人的姿势，并且按照姿势对电视机3输出控制信号的应用程序。在这种情况下，用户通过一边观看电视机3一边摆出预定的姿势，从而能够使电视机3执行频道切换、音量的Up/Down等预定的功能。

此外，在例如信息处理装置2为游戏机的情况下，信息处理装置2安装：根据所接收的3维距离信息检测这个人的运动，并且按照所检测的运动使电视机画面上的角色进行动作、使游戏的比赛状况发生变化的应用程序。在这种情况下，用户通过一边观看电视机3一边进行预定的运动，从而能够体验自身作为电视机画面上的角色来进行游戏的比赛的临场之感。

图2为表示信息取得装置1和信息处理装置2的结构的图。

信息取得装置1作为光学系统具备投射光学系统11和受光光学系统12。投射光学系统11和受光光学系统12按照在X轴方向上排列的方式配置到信息取得装置1中。

投射光学系统11具备激光光源111、准直仪透镜112、孔径光阑(aperture)113和衍射光学元件(DOE：Diffractive Optical Element)114。此外，受光光学系统12具备孔径光阑121、摄像透镜122、滤波器123和CMOS图像传感器124。除此之外，信息取得装置1作为电路部的构成具备CPU(Central Processing Unit)21、激光驱动电路22、摄像信号处理电路23、输入输出电路24和存储器25。

激光光源111输出波长830nm程度的狭波段的激光。准直仪透镜112将从激光光源111射出的激光变换为平行光。孔径光阑113将激光的光束断面调整为预定的形状。DOE114在入射面具有衍射图案。通过该衍射图案所产生的衍射作用，从孔径光阑113入射到DOE114的激光被变换为点图案的激光，并被照射到目标区域。

从目标区域被反射的激光经由孔径光阑121入射到摄像透镜122。孔径光阑121按照与摄像透镜122的F值相一致的方式，对来自外部的光实施收束。摄像透镜122将经由孔径光阑121入射的光到聚光到CMOS图像传感器124上。

滤波器123是透射包括激光光源111的出射波长(830nm程度)的波段的光，对可视光的波段进行截断的带通滤波器。CMOS图像传感器124接收被摄像透镜122聚光之后的光，按每个像素将与受光光量相对应的信号(电荷)输出到摄像信号处理电路23。在此，CMOS图像传感器124按照能够从各像素中的接收光中以高响应将该像素的信号(电荷)输出到摄像信号处理电路23中的方式，高速化信号的输出速度。

CPU21按照保存在存储器25中的控制程序控制各部分。通过上述控制程序对CPU21赋予用于控制激光光源111的激光控制部21a和用于生成3维距离信息的三维距离运算部21b的功能。

激光驱动电路22按照来自CPU21的控制信号对激光光源111进行驱动。摄像信号处理电路23对CMOS图像传感器124进行控制，按每行依次获取由CMOS图像传感器124所生成的各像素的信号(电荷)。而且，将所获取的信号依次输出到CPU21。CPU21基于从摄像信号处理电路23所提供的信号(摄像信号)，通过由三维距离运算部21b所进行的处理来算出从信息取得装置1到检测对象物的各部分为止的距离。输入输出电路24对与信息处理装置2的数据通信进行控制。

信息处理装置2具备CPU31、输入输出电路32和存储器33。另外，信息处理装置2中，除了该图所示的结构之外，还配置有用于进行与电视机3的通信的结构、用于对保存在CD-ROM等的外部存储器的信息进行读取并安装在存储器33中的驱动器装置等，但为了方便，图示中省略了这些外围电路的结构。

CPU31按照保存在存储器33中的控制程序(应用程序)控制各部分。通过上述控制程序，对CPU31赋予用于检测图像中的物体的物体检测部31a的功能。上述控制程序，通过例如未图示的驱动器装置从CD-ROM中读取，并被安装在存储器33中。

例如，在控制程序为游戏程序的情况下，物体检测部31a根据从信息取得装置1所提供的3维距离信息检测图像中的人及其运动。而且，按照所检测的运动通过控制程序执行用于使电视机画面上的角色进行动作的处理。

此外，在控制程序为用于控制电视机3的功能的程序的情况下，物体检测部31a根据从信息取得装置1所提供的3维距离信息检测图像中的人及其运动(姿势)。而且，按照所检测的运动(姿势)通过控制程序执行用于控制电视机3的功能(频道切换或音量调整等)的处理。

输入输出电路32对与信息取得装置1的数据通信进行控制。

图3(a)为示意性表示激光相对目标区域的照射状态的图，图3(b)为示意性表示CMOS图像传感器124中的激光的受光状态的图。另外，在该图(b)中，为了方便，表示在目标区域中存在平坦的面(屏幕)时的受光状态。

具有点图案的激光(以下将具有该图案的激光的全体称作“DP光”)从投射光学系统11照射到目标区域。该图(a)通过实线的框来表示DP光的光束区域。在DP光的光束中，通过由DOE114引起的衍射作用而激光的强度增强的点区域(以下简称为“点”)按照基于由DOE114引起的衍射作用所产生的点图案而分散。

另外，在图3(a)中，为了方便，DP光的光束被划分为排列为矩阵状的多个片段区域。各片段区域中，点以固有的图案分散。一个片段区域中的点的分散图案，与其他的所有片段区域中的点的分散图案不同。由此，各片段区域具有点的分散图案并能与其他的所有的片段区域相区别。

如果在目标区域中存在平坦的面(屏幕)，则由此被反射的DP光的各片段区域，如该图(b)所示那样在CMOS图像传感器124上分布为矩阵状。例如，如该图(a)所示的目标区域上的片段区域S0的光，在CMOS图像传感器124上，入射到该图(b)所示的片段区域Sp。另外，在图3(b)中也通过实线的框来表示DP光的光束区域，为了方便，DP光的光束被划分为排列为矩阵状的多个片段区域。

上述三维距离运算部21b中，检测CMOS图像传感器124上的各片段区域的位置，根据所检测的各片段区域的位置基于三角测量法检测到与检测对象物体的各片段区域相对应的位置为止的距离。上述检测方法的详细内容，在例如上述非专利文献1(第19回日本机器人学会学术演讲会(2001年9月18-20日)予稿集、P1279-1280)中示出。

图4为示意地表示用于上述距离检测的基准样板的生成方法的图。

如图4(a)所示，在生成基准样板时，在距投射光学系统11为预定的距离Ls的位置，配置与Z轴方向相垂直的平坦的反射平面RS。激光光源111的温度被维持在预定的温度(基准温度)。在该状态下，DP光从投射光学系统11出射预定时间Te。被出射的DP光通过反射平面RS被反射，并入射到受光光学系统12的CMOS图像传感器124。由此，从CMOS图像传感器124输出每个像素的电信号。所输出的每个像素的电信号的值(像素值)在图2的存储器25上被展开。

基于如上那样在存储器25上被展开的像素值，如图4(b)所示，设定对CMOS图像传感器124上的DP光的照射区域进行规定的基准图案区域。进而，该基准图案区域在纵横方向上被划分，来设定片段区域。如上所述那样，在各片段区域中以固有的图案分散点。因此，片段区域的像素值的图案按每个片段区域而不同。另外，各片段区域的尺寸与其他所有的片段区域相同。

基准样板构成为将如上那样设定于CMOS图像传感器124上的各片段区域与该片段区域中所包括的各像素的像素值建立对应。

具体而言，基准样板包括：与CMOS图像传感器124上的基准图案区域的位置相关的信息、基准图案区域中所包括的所有像素的像素值、和用于将基准图案区域分割为片段区域的信息。基准图案区域中所包括的所有像素的像素值成为与基准图案区域中所包括的DP光的点图案相应的值。此外，通过将基准图案区域中所包括的所有像素的像素值的映射区域划分为片段区域，取得各片段区域中所包括的像素的像素值。另外，基准样板还可以将各片段区域中所包括的像素的像素值按每个片段区域进行保持。

所构成的基准样板，在图2的存储器25中以不能消去的状态被保持。在算出从投射光学系统11到检测对象物体的各部分为止的距离时，参照如上那样保持于存储器25中的基准样板。

例如，如图4(a)所示，在比距离Ls近的位置存在物体的情况下，与基准图案上的预定的片段区域Sn相对应的DP光(DPn)被物体反射，入射到与片段区域Sn不同的区域Sn’。由于投射光学系统11和受光光学系统统12在X轴方向上相邻，因此区域Sn’相对于片段区域Sn的位移方向与X轴相平行。在该图的情况下，由于物体位于比距离Ls更近的位置，因此区域Sn’相对于片段区域Sn在X轴正方向上进行位移。如果物体位于比距离Ls更远的位置，则区域Sn’相对于片段区域Sn在X轴负方向上进行位移。

基于区域Sn’相对于片段区域Sn的位移方向和位移量，采用距离Ls基于三角测量法算出从投射光学系统11到DP光(DPn)照射的物体的部分为止的距离Lr。同样地，针对与其他的片段区域相对应的物体的部分，算出距投射光学系统11的距离。

在上述距离算出中，需要检测基准样板的片段区域Sn在实际测量时位移到了哪个位置。该检测通过将在实际测量时照射到CMOS图像传感器124上的DP光的点图案与片段区域Sn中所包括的点图案进行对照来进行。

图5为说明上述检测的方法的图。该图(a)为表示CMOS图像传感器124上的基准图案区域与片段区域的设定状态的图，该图(b)为表示实际测量时的片段区域的搜索方法的图，该图(c)为表示被实际测量的DP光的点图案与基准样板的片段区域中所包括的点图案的对照方法的图。

例如，在对该图(a)的片段区域S1在实际测量时的位移位置进行搜索的情况下，如该图(b)所示，片段区域S1在范围P1～P2中，在X轴方向上每次移动1像素，在各移动位置求得片段区域S1的点图案与被实际测量的DP光的点图案的匹配程度。在这种情况下，片段区域S1只在通过基准图案区域的最上段的片段区域组的行(line)L1上沿着X轴方向被移动。这是因为如上所述那样，通常各片段区域在实际测量时从通过基准样板所设定的位置只在X轴方向上进行位移的缘故。即因为片段区域S1被认为处于最上段的行L1上的缘故。如上所述，通过只在X轴方向上进行搜索，从而减轻用于搜索的处理负担。

另外，在实际测量时，由于检测对象物体的位置而有可能引起片段区域从基准图案区域的范围在X轴方向上露出。因此，范围P1～P2被设定得比基准图案区域的X轴方向上的宽度还宽。

在上述匹配程度的检测时，在行L1上，设定尺寸与片段区域S1相同的区域(比较区域)，求得该比较区域与片段区域S1之间的类似度。即求得片段区域S1的各像素的像素值与比较区域的对应像素的像素值的差值。而且，取得针对比较区域的所有像素相加所求得的差值之后的值Rsad作为表示类似度的值。

例如，如图5(c)所示那样，在一个片段区域中包括m列×n行的像素的情况下，求得片段区域的i列、j行的像素的像素值T(i，j)与比较区域的i列、j行的像素的像素值I(i，j)的差值。而且，针对片段区域的所有的像素求得差值，根据该差值的总和求得值Rsad。即通过下式算出值Rsad。

[式1]

$\mathrm{Rsad}=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}|I(i,j)-T(i,j)|\·\·\·\left(1\right)$

值Rsad越小，片段区域与比较区域之间的类似度越高。

在搜索时，在行L1上每次隔开1像素依次设定比较区域。而且，针对行L1上的所有的比较区域，求得值Rsad。从所求得的值Rsad中提取比阈值小的值。如果没有比阈值小的值Rsad，则片段区域S1的搜索为错误。而且，判定为在所提取的Rsad中与最小值相对应的比较区域为片段区域S1的移动区域。行L1上的片段区域S1以外的片段区域也进行与上述相同的搜索。此外，在其他行上的片段区域也与上述同样在该行上设定比较区域，进行搜索。

这样，如果根据在实际测量时所取得的DP光的点图案搜索各片段区域的位移位置，则上述所述那样，基于该位移位置通过三角测量法求得到与各片段区域相对应的检测对象物体的部位为止的距离。

然而，在实际测量时所取得的DP光的点图案的各点并不限于按照收敛于CMOS图像传感器124上的各像素的区域的方式被照射到CMOS图像传感器124。各点横跨两个或者四个像素而被照射到CMOS图像传感器124这种情况可能会经常出现。各点根据距检测对象物为止的距离而在左右方向(X轴方向)上进行转移。因此，如图5(c)所示那样，有时各点横跨在左右方向(X轴方向)的两个像素而被照射到CMOS图像传感器124上。另外，各点通常不横跨在上下方向(Y轴方向)上的像素。但是，通过DOE114的特性的变化或基于温度变化的激光光源111的出射波长的变动等而能引起各点在上下方向(Y轴方向)上转移。在这种情况下，能够引起各点横跨上下方向(Y轴方向)上的两个像素。

如果如上述那样点横跨多个像素，则从相邻的多个像素同时输出信号。因此，在输出信号的像素的图案中没有断点，能引起片段区域与比较区域的匹配精度降低的问题。

图6为表示点图案的设定例(比较例)的图。点图案通过对DOE114的衍射图案进行调节而可以变更。

在图6中，一个像素与一个分割相对应。此外，上段的各图中的黑点表示点(光)，由下段的分割的涂满状态表示各像素的输出值(像素值)的强度。在下段的各图中，白的分割表示像素值为零，黑的分割表示一个点只入射到一个像素时的像素值(像素值＝H)。点的尺寸比一个像素的区域小。

在该图的设定例中，X轴方向以及Y轴方向上的各点的间距被设定为2像素。在该图(a)、(b)、(c)中分别表示CMOS图像传感器124上的点与像素的关系，该图(d)、(e)、(f)分别表示在该图(a)、(b)、(c)的状态下照射点时的各像素的信号输出值(像素值)的状态。该图(b)、(e)中表示基准样板生成时的片段区域中的点的照射状态和像素值的状态，该图(a)、(d)以及该图(c)、(f)分别表示在实际测量时该图(b)的点图案被照射到预定的比较区域时的点的照射状态与像素值的状态。

如该图(b)所示那样，在一个点收敛于一个像素的情况下，如该图(e)所示那样，从相对应的像素输出像素值H的信号。

与此相对，在实际测量时，如该图(c)所示，如果点图案相对比较区域而在左(X轴负方向)方向上错开半像素，则如该图(f)所示那样，从上往下从第2、4、6、8行的所有像素输出像素值H/2的信号。在这种情况下，在从上往下第2、4、6、8行中，在输出信号的像素的图案中没有断点(像素值为零的像素)。因此，即使对该图(e)与该同图(f)的像素值图案进行比较也难以在两者之间取得匹配。

此外，在实际测量时，如该图(a)所示，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)和上(Y轴正方向)方向上错开半像素，则如该图(d)所示，从所有的像素输出像素值H/4的信号。这种情况下，在比较区域的所有区域中，在输出信号的像素的图案中没有断点。因此，即使对该图(e)和该图(d)的像素值图案进行比较也难以在两者之间进一步取得匹配。

图7为表示点图案的其他设定例(比较例)的图。该图(a)～(f)分别与图6(a)～(f)相对应。在该设定例中，点的尺寸也比像素的区域小。此外，在该设定例中，X轴方向上的各点的间距被设定为1像素或者2像素，Y轴方向上的各点的间距被设定为2像素。

在实际测量时，如该图(c)所示，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)上错开半像素，则如该图(f)所示，在从上往下第2、4、6、8行中分别只有一个像素的像素值为H，剩余的像素的全部像素值为H/2。在这种情况下，虽然与图6(f)的情况相比，在第2、4、6、8行的像素图案中产生断点，但如果与图7(e)相比，则第2、4、6、8行的像素图案的断点的数比图7(e)的情况少很多。因此，即使对图7(e)和图7(f)的像素值图案进行比较，也难以在两者之间取得匹配。

此外，在实际测量时，如该图(a)所示，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)和上(Y轴正方向)方向上错开半像素，则如该图(d)所示那样，在各行中分别只有一个像素的像素值为H/2，剩余的像素的全部像素值为H/4。在这种情况下，虽然与图6(d)的情况相比，在各行的像素图案中产生断点，但如果与图7(e)相比，第2、4、6、8行的像素图案的断点的数目变得相当少。此外，如果对图7(d)、(e)的从上往下的第1、3、5、7行进行比较，则两者的像素值图案不同。因此，即使对图7(d)和图7(e)的像素值图案进行比较，也难以在两者之间取得匹配。

图8为表示本实施方式中的点图案的设定例的图。在该情况下，点图案也能够通过对DOE114的衍射图案进行调节而如该图那样被设定。

该图(a)～(f)分别与图6(a)～(f)相对应。在该设定例中，点的尺寸比像素的区域小。此外，在该设定例中，X轴方向的各点的间距被设定为2.5像素，Y轴方向上的各点的间距被设定为2像素。

在实际测量时，如该图(c)所示那样，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)方向上错开半像素，则如该图(f)所示那样，在从上往下第2、4、6、8行中，在像素值图案中产生三个断点。与此相对，在该图(e)中的第2、4、6、8行的像素值图案中也存在三个断点，断点的数量在该同图(e)、(f)之间彼此相同。此外，如果对该图(e)、(f)进行比较，则断点的位置互相一致或者只错开1像素程度。因此，该图(f)的像素值图案变得与该图(e)的像素值图案相类似。因此，如果对该图(e)和该图(f)的像素值图案进行比较，则容易在两者之间取得匹配。

此外，在实际测量时，如该图(a)所示那样，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)和上(Y轴正方向)方向上错开半像素，则如该图(d)所示那样，在从上往下第2、4、6、8行中，在像素值图案中产生三个断点。与此相对，在该图(e)中的第2、4、6、8行的像素值图案中也产生三个断点，断点的数目在该图(e)、(d)之间彼此相同。此外，如果对该图(e)、(d)的第2、4、6、8行进行比较，则断点的位置互相一致或者只错开1像素程度。因此，该图(d)的像素值图案与该图(e)的像素值图案相类似。

此外，如果对该图(e)、(d)的第1、3、5、7行进行比较，则两者的不同与图6(e)、(d)的第1、3、5、7行的像素值图案的不同或图7(e)、(d)的第1、3、5、7行的像素值图案的不同相比，不同的程度较低。因此，认为第1、3、5、7行的像素值图案的不同，不会对图8(e)、(d)的像素值图案的匹配判定产生较大的影响。

因此，在该设定例中，在点图案相对比较区域在左(X轴负方向)和上(Y轴正方向)方向上错开半像素的情况下，能够容易在该图(e)和该图(d)的像素值图案之间取得匹配。

图9为表示本实施方式中的点图案的其他设定例的图。该图(a)～(f)分别与图6(a)～(f)相对应。在该设定例中，点的尺寸比像素的区域小。此外，在该设定例中，X轴方向上的各点的间距被设定为2.5像素，Y轴方向上的各点的间距也被设定为2.5像素。

在实际测量时，如该图(c)所示那样，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)上错开半像素，则如该图(f)所示那样，在从上往下第1、2、4、6、7行中，在像素值图案中产生三个断点。与此相对，在该图(e)中的第1、2、4、6、7行的像素值图案中也存在三个断点，断点的数目在该图(e)、(f)之间彼此相同。此外，如果与该图(e)、(f)相比，断点的位置互相一致或者只错开1像素程度。因此，该图(f)的像素值图案变得与该图(e)的像素值图案相类似。因此，如果对该图(e)和该图(f)的像素值图案进行比较，则容易在两者之间取得匹配。

此外，在实际测量时，如该图(a)所示那样，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)和上(Y轴正方向)上错开半像素，则如该图(d)所示那样，在从上往下第1、4、6行中，在像素值图案中产生三个断点。与此相对，在该图(e)中的第1、4、6行的像素值图案中也存在三个断点，断点的数目在该同图(e)、(d)之间彼此相同。此外，如果对该图(e)、(d)的第1、4、6行进行比较，则断点的位置互相一致或者只错开1像素程度。此外，该图(e)、(d)的第5行和第8行的像素值图案相一致。因此，该图(d)的像素值图案与该图(e)的像素值图案类似。

此外，如果对该图(e)、(d)的第2、7行进行比较，则两者的不同与图6(e)、(d)的第1、3、5、7行的像素值图案的不同或图7(e)、(d)的第1、3、5、7行的像素值图案的不同相比较，不同的程度低。因此，认为第2、7行的像素值图案的不同，对图9(e)、(d)的像素值图案的匹配判定不会产生大的影响。

因此，在该设定例中，在点图案相对比较区域在左(X轴负方向)和上(Y轴正方向)方向上错开半像素的情况下，容易在图9(e)和该图(d)的像素值图案之间取得匹配。

另外，在图9的设定例中，参照该图(e)、(d)、(f)可知，所有的像素的像素值为零的行存在三行或者四行，像素值图案通过这些行在Y轴方向上也被分割。在此，Y轴方向的断点的数目在该图(e)、(d)、(f)中相同(三个)。此外，Y轴方向的断点的位置在该图(e)、(f)中相同，在该图(e)、(d)中相同或者只错开1像素。通过如上那样像素值图案在Y轴方向上也被分割，从而能够更加容易取得像素值图案的匹配，能够提高片段区域的搜索精度。

图10为表示本实施方式中的点图案的其他设定例的图。该图(a)～(f)分别与图6(a)～(f)相对应。在该设定例中，点的尺寸比像素的区域小。此外，在该设定例中，X轴方向上的各点的间距被设定为3像素，Y轴方向上的各点的间距被设定为2像素。

在实际测量时，如该图(c)所示那样，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)方向上错开半像素，则如该图(f)所示那样，在从上往下第2、4、6、8行中，在像素值图案中产生三个断点。与此相对，在该图(e)中的第2、4、6、8行的像素值图案中也存在三个断点，断点的数目在该图(e)、(f)之间互相相同。此外，该图(f)的第2、4、6、8行的断点的位置全部包括在该图(e)的第2、4、6、8行的断点的位置中。因此，该图(f)的像素值图案与该图(e)的像素值图案非常类似。因此，如果对该图(e)和该图(f)的像素值图案进行比较，则容易在两者之间取得匹配。

在实际测量时，如该图(a)所示那样，如果点图案相对比较区域在左(X轴负方向)和上(Y轴正方向)上错开半像素，则如该图(d)所示那样，在从上往下第2、4、6、8行中，在像素值图案中产生三个断点。与此相对，在该图(e)中的第2、4、6、8行的像素值图案中也存在三个断点，断点的数目在与该图(e)、(d)之间彼此相同。此外，该图(d)的第2、4、6、8行的断点的位置全部包括在该图(e)的第2、4、6、8行的断点的位置中。因此，该同图(d)的像素值图案与该图(e)的像素值图案非常类似。

此外，如果对该图(e)、(d)的第1、3、5、7行进行比较，则两者的不同与图6(e)、(d)的第1、3、5、7行的像素值图案的不同或者图7(e)、(d)的第1、3、5、7行的像素值图案的不同相比较，不同的程度低。因此，认为第1、3、5、7行的像素值图案的不同对图10(e)、(d)的像素值图案的匹配判定不会带来较大影响。

因此，在该设定例中，在点图案相对比较区域在左(X轴负方向)和上(Y轴正方向)上错开半像素的情况下，也容易在该图(e)和该图(d)的像素值图案之间取得匹配。

另外，在图10(e)、(f)的像素值图案中，像素值互相不一致的像素的数目为第2行为5个、第4行为6个、第6行为4个、第8行为5个的总计20个。与此相对，在图8(e)、(f)的像素值图案中，像素值互相不一致的像素的数目为在第2行为6个、在第4行为6个、在第6行为6个、在第8行为6个的总计24个。如上那样，在图10(e)、(f)的像素值图案中，像素值不一致的像素的数目比图8(e)、(f)的像素值图案少4个。此外，像素值不一致的两个像素的像素值的差均为H/2。因此，可以说图10的点图案与图8的点图案相比匹配的检测精度高。由此可以说点间的间距与2.5像素相比更优选3像素。

图11为表示本实施方式中的点图案的再一其他设定例的图。该图(a)～(f)分别与图6(a)～(f)相对应。在该设定例中点的尺寸比像素的区域小。此外，在该设定例中，X轴方向上的各点的间距被设定为3.5像素，在Y轴方向上的各点的间距被设定为2像素。

如果将图11(e)、(f)的像素值图案的匹配程度与图10(e)、(f)的像素值图案的匹配程度进行比较，则两者的匹配程度大致相同。即在图11(e)、(f)的像素值图案中，像素值互相不一致的像素的数目为在第2行为5个、在第4行为6个、在第6行为4个、在第8行为5个总计20个。与此相对，在图10(e)、(f)的像素值图案中，像素值互相不一致的像素的数目为在第2行为5个、在第4行为6个、在第6行为4个、在第8行为5个总计20个。如上所述那样，在图11(e)、(f)的像素值图案与图10(e)、(f)的像素值图案中，像素值不一致的像素的数目互相相同，此外，像素值不一致的两个像素的像素值的差均为H/2。因此，可以说图11的点图案与图10的点图案的匹配的检测精度大致相同。

据此，认为即使设X轴方向的点间的间距为3.5像素以上，点图案的搜索精度也不会变化较大。如果点间的间距大，则一个片段区域中所包括的点的数目减少，因此表示类似度的值Rsad(参照上述式(1))难以得出差别，点图案的搜索精度降低。因此，期望X轴方向的点间的间距设定为2.5～3.5像素程度，更优选设定为3.0像素程度。为了使一个片段区域中包括尽量多的点，也可将X轴方向的点间的间距设定为2.5像素。

以上，根据本实施方式，能够实现能够提高点图案的检测精度的信息取得装置以及搭载有该信息取得装置的物体检测装置。此外，能够以对点间的间距进行调整之类的非常简单的手法来实现该效果。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不由上述实施方式限制，此外，本发明的实施方式也可进行除了上述内容之外的各种变更。

例如，在上述实施方式中，如图4(b)所示，设定为各片段区域互相不重叠，但各片段区域也可被设定为与该上下的片段区域重叠一部分。此外，各片段区域也可设定为与该左右的片段区域重叠一部分并排列为矩阵状。但是，在这种情况下，各片段区域内的点被调整为间距成为2.5像素以上。

此外，片段区域的形状除了如上述实施方式那样是长方形之外，还可以是正方形等其他形状。

进而，在上述实施方式中，采用CMOS图像传感器124作为受光元件，但也可采用CCD图像传感器来代替CMOS图像传感器124。

本发明的实施方式在专利请求的范围所示出的的技术思想的范围内能够适当地进行各种变更。

符号说明：

1 信息取得装置

11 投射光学系统

111 激光光源(光源)

112 准直仪透镜(投射光学系统)

113 孔径光阑(投射光学系统)

114 DOE(投射光学系统)

124 CMOS图像传感器(受光元件)

Claims (6)

1.一种信息取得装置，利用光来取得目标区域的信息，该信息取得装置的特征在于，具备：

光源，其射出预定波段的光；

投射光学系统，其以预定的点图案使从所述光源射出的光朝向所述目标区域进行投射；和

受光元件，其接收从所述目标区域反射的反射光并输出信号，

所述投射光学系统按照由所述受光元件所接收的所述光的基准图案的点在至少所述光源和所述受光元件的排列方向上具有2.5像素以上的间距的方式，使所述光朝向所述目标区域进行投射。

2.根据权利要求1所述的信息取得装置，其特征在于，

所述投射光学系统，按照由所述受光元件所接收的所述光的基准图案的点在所述光源与所述受光元件的排列方向和与该排列方向相垂直的方向上，具有2.5像素以上的间距的方式，将所述光朝向所述目标区域进行投射。

3.根据权利要求1或2所述的信息取得装置，其特征在于，

所述排列方向上的所述间距被设定为2.5～3.5像素。

4.根据权利要求3所述的信息取得装置，其特征在于，

所述排列方向上的所述间距被设定为2.5像素。

5.根据权利要求3所述的信息取得装置，其特征在于，

所述排列方向上的所述间距被设定为3.0像素。

6.一种物体检测装置，其具有权利要求1～5中任一项所述的信息取得装置。

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