JP3291996B2 - Distance measuring device - Google Patents
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車追突防止装
置等に採用可能の外光三角方式の測距装置に関し、特
に、多点（多方位）測距において一対の光電変換センサ
アレイ上の結像間の相対的な位置関係を検出する技術に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an external light triangulation type distance measuring apparatus which can be employed in an automobile rear-end collision prevention apparatus and the like. The present invention relates to a technique for detecting a relative positional relationship between images.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、自動焦点カメラ等に搭載される外
光三角方式（ステレオ方式）の測距装置は、図４に示す
ように、被写体（被測定物体）に臨んで両眼視差を作る
左右一対の結像レンズ（正のレンズ）１R ，１L を含む
複眼結像光学系と、距離測定半導体集積回路（オートフ
ォーカス用ＩＣ）５とから成る。このＩＣ５は、結像レ
ンズ１R ，１L の略焦平面上に配置されてその結像（照
度分布）を電気信号列に変換する光電変換素子としての
ラインセンサ（例えばフォトセンサアレイ）２R，２L
と、ラインセンサ２R ，２L のセル（セグメント）毎の
出力信号を順次量子化する量子化回路３R ，３L と、収
集されたディジタル値の左右一対の結像データ列を基に
所要の論理演算処理を行い距離信号を算出する論理部４
とを有している。2. Description of the Related Art Conventionally, an external light triangulation type (stereo type) distance measuring device mounted on an autofocus camera or the like, as shown in FIG. It comprises a compound-eye imaging optical system including a pair of left and right imaging lenses (positive lenses) 1 R and 1 L , and a distance measuring semiconductor integrated circuit (IC for autofocus) 5. This IC 5 is a line sensor (for example, a photo sensor array) 2 R as a photoelectric conversion element which is arranged on a substantially focal plane of the imaging lenses 1 R and 1 L and converts the image (illuminance distribution) into an electric signal sequence. , 2 L
And quantization circuits 3 R and 3 L for sequentially quantizing the output signals of the cells (segments) of the line sensors 2 R and 2 L , and a pair of left and right imaging data strings of the collected digital values. Logic unit 4 that calculates the distance signal by performing the logical operation processing of
And
【０００３】図５（ａ）に示すように、左右一対の結像
レンズ１R ，１L は光軸ＳR ，ＳLが平行で焦点距離ｆ
e が同一であり、同一面上に配置されて両眼結像光学系
を構成しており、被写体Ｔは基準長（光軸間隔又は眼
幅）Ｂだけ隔てた左右一対の結像レンズ１R ，１L によ
り結像され、焦平面に相当するラインセンサ２R ，２L
上にはそれぞれ倒立実像の被写体像（照度分布）ＴR ，
ＴL が結ばれる。被写体Ｔが前方無限遠に存在する場
合、結像点は光軸ＳR ，ＳL 上の焦点ＯR ，ＯL に合致
する。被写体Ｔまでの距離が有限長ｄの場合は三角測量
の原理（三角形の相似）に基づいて次式で与えられる。 ｄ＝Ｂｆe ／（ＸR ＋ＸL ）＝Ｂｆe ／Ｘ …（１） 但し、ＸR ，ＸL は被写体Ｔ中の代表物点Ｐの像点
ＰR ，ＰL と結像レンズ１R，１L の光軸ＳR ，ＳL と
の距離（偏位）、ＸはＸR とＸL の和で、被写体像の相
対的な総偏移量（位相差）である。従って、この空間的
な位相差Ｘを求めることにより距離ｄを求めることがで
きる訳である。[0003] As shown in FIG. 5 (a), a pair of left and right imaging lenses 1 R, 1 L is the optical axis S R, S L are parallel focal length f
e are the same, and are arranged on the same plane to form a binocular imaging optical system. The subject T has a pair of left and right imaging lenses 1 R separated by a reference length (optical axis interval or eye width) B. , 1 L formed by the line sensors 2 R , 2 L corresponding to the focal plane
The object image (illuminance distribution) T R of the inverted real image is shown above,
T L is tied. If the subject T is present at the far front infinity, the imaging point is consistent optical axis S R, the focal point O R on S L, the O L. When the distance to the subject T is finite length d, the distance is given by the following equation based on the principle of triangulation (similarity of a triangle). d = Bf e / (X R + X L) = Bf e / X ... (1) where, X R, X L is the image point P R of the representative object point P in the object T, P L and an imaging lens 1 R , 1 L of the optical axis S R, the distance between S L (excursion), X is the sum of X R and X L, is the relative total shift amount of the object image (phase difference). Therefore, the distance d can be obtained by obtaining the spatial phase difference X.
【０００４】ところが、被写体（被測定物体）Ｔは代表
物点Ｐとして存在するのではなく空間的広がりを持って
いるため、図５（ａ）に示すように、ラインセンサ
２R ，２L 上では多数のセンサ範囲に跨がる被写体像面
（照度分布）ＴR ，ＴL が結像されることになり、同一
被写体上の同一物点の像点をにわかに特定することはで
きない。そのため、ＩＣ５の論理部４では、一方のライ
ンセンサ２R による結像データ列と他方のラインセンサ
２L による結像データ列との相関性を調べて同じ被写体
像の照度パターンになるゾーン（ウインドウ位置）を見
つけ出すことにより、位相差Ｘをラインセンサのセグメ
ント数の形で求めるようにしている。[0004] However, the subject for (object to be measured) T has a spatial extent rather than existing as representatives point P, as shown in FIG. 5 (a), the line sensor 2 R, on 2 L in it allows many sensor range astride the object image plane (illuminance distribution) T R, T L is imaged, suddenly is not possible to identify the image points of the same object point on the same subject. Therefore, the logic unit 4 of the IC 5, one of the line sensors 2 R image data string and the other line sensor 2 L becomes illumination pattern of the same subject image by examining the correlation between image data sequence by zone by (Window By finding the position), the phase difference X is obtained in the form of the number of segments of the line sensor.
【０００５】図５（ｂ）は左右結像の相関性を調べる結
像位置検出方法を示す説明図である。右側結像データ列
ＤR は右側のラインセンサ２R から得られる空間１次元
照度分布に応じたディジタル値列を示し、Ｒ0 〜Ｒn で
示されたｎ＋１個のデータからなる。また、左側結像デ
ータ列ＤL は左側のラインセンサ２L から得られる空間
１次元照度分布に応じたディジタル値列を示し、Ｌ0 〜
Ｌn で示されたｎ＋１個のデータからなる。今、ライン
センサ２R ，２L 上には被写体像ＴR ，ＴL が結像され
ているため、これら相対的な位置関係を検出するには、
図５（ａ）にハッチングを付して示したようなウインド
ウ（窓）ＷR ，ＷL を想定し、これらウインドウ位置を
互いにずらしながら、図５（ｂ）の結像データ列ＤR ，
ＤL からそれぞれウインドウＷR ，ＷL 内に含まれる部
分データ列の組み合わせにおいて互いに一致するか否か
を相関検定する。ウインドウＷR ，ＷL の幅に対応する
部分データ列のデータ数はｍ＋１個（ｎ＞ｍ）である。
ウインドウＷR ，ＷL のシフト方法は、左右一対の結像
系は平等であるため、両側（左右）交互シフト方法であ
る。即ち、最初の組合せＣ0 では、右側の結像データ列
ＤR の最も左側から抽出されたＲn 〜Ｒn-m の部分デー
タ列ＤR0と、左側の結像データ列ＤL の最も右側から抽
出されたＬ0 〜Ｌm の部分データ列ＤLOとの相関が検定
される。その相関検定法は、例えば、右側の部分データ
列Ｒn-m 〜Ｒn と左側の部分データ列Ｌ0 〜Ｌm との対
応するデータ同士の差の絶対値の総和を求める。その総
和が小さければ小さい程、部分データ列の相関性は強
い。FIG. 5B is an explanatory diagram showing an imaging position detecting method for checking the correlation between left and right imaging. Right imaging data sequence D R represents a digital value string corresponding to the space one-dimensional illumination intensity distribution obtained from the right side of the line sensor 2 R, consists of n + 1 pieces of data indicated by R 0 to R n. Also, the left image data sequence D L represents the digital value string corresponding to the space one-dimensional illumination intensity distribution obtained from the left side of the line sensor 2 L, L 0 ~
Consisting of n + 1 data indicated by L n. Now, since the subject images T R and T L are formed on the line sensors 2 R and 2 L , to detect these relative positional relationships,
Assuming windows (windows) W R and W L shown by hatching in FIG. 5A, the image data strings DR and D R in FIG.
From D L , a correlation test is performed to determine whether or not the combinations of the partial data strings included in the windows W R and W L match each other. Window W R, the number of data of the partial data string corresponding to the width of W L is the m + 1 (n> m).
Method of shifting the window W R, W L, since the pair of left and right imaging system are equal, a bilateral (left and right) alternating shift method. That is, the extraction in the first combination C 0, and R n to R nm substrings D R0 extracted from the leftmost of the right imaging data sequence D R, the rightmost in the left image data sequence D L The correlation with the obtained partial data sequence D LO of L 0 to L m is tested. In the correlation test method, for example, the sum of absolute values of differences between corresponding data between the right partial data strings R nm to R n and the left partial data strings L 0 to L m is obtained. The smaller the sum is, the stronger the correlation between the partial data strings is.
【０００６】被写体Ｔが前方無限遠にある場合、最初の
組合せＣ0 が最高の相関、即ち、データ同士の差の絶対
値の総和が最小値になるはずである。これに続く組合せ
Ｃ1以降は、ウインドウＷR ，ＷL を交互に１セグメン
トずつ外側へ逐次シフトさせて抽出された左右の部分デ
ータ列が組み合わされる。ｉ（ｉ＝０〜２ｎ−２ｍ）を
組合せ変数とし、すべての組み合わせＣi に対して一対
の部分データ列間の相関検定を行い相関関数（評価関
数）を求めた結果、ｉ番目の組合せＣi が最高相関を示
したとすると、組合せ変数ｉは左右のＷR ，ＷL のシフ
ト量の和に比例しているため、位相差Ｘの指標となる。
変数ｉにセンサピッチｐを乗じて位相差Ｘを出してから
距離ｄを算出することなく、一般に指標ｉがそのまま利
用される。When the subject T is located at infinity in front, the first combination C 0 should have the highest correlation, that is, the sum of the absolute values of the differences between the data should be the minimum value. Combination C 1 after following this, the window W R, the partial data row of the left and right that are extracted alternately by sequentially shifted outwards one by one segment W L are combined. Assuming that i (i = 0 to 2n-2m) is a combination variable and all combinations C i are subjected to a correlation test between a pair of partial data strings to obtain a correlation function (evaluation function), the i-th combination C When i has the highest correlation, since the combined variable i is proportional to the sum of the shift amounts of the left and right W R, W L, is indicative of the phase difference X.
The index i is generally used without calculating the distance d after multiplying the variable i by the sensor pitch p to obtain the phase difference X.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、測距装置を
写真カメラに搭載した場合は、被写体Ｔに対して写真カ
メラ即ち測距装置の結像レンズ１R ，１L を向き合わせ
るアングル操作が自ずと伴っているため、図６（ａ）に
示す如く、ほとんど前方（中心線Ｌ方向）にある被写体
Ｔの距離を測定することが多いが（方位０°上の測
距）、測距装置を自動車追突防止装置に採用した場合、
前方視野の物体までの距離を測定するに留まらず、多点
（多方位）測距法と呼ばれるように、図６（ｂ）に示す
如く、斜向視野の物体の距離を方位角θを変えて詳らか
に測定し、走行環境における障害物体までの距離分布を
全体的に把握する必要がある。When the distance measuring device is mounted on a photographic camera, an angle operation for pointing the photographic camera, that is, the imaging lenses 1 R and 1 L of the distance measuring device, to the subject T is naturally performed. As shown in FIG. 6A, the distance of the subject T almost in front (in the direction of the center line L) is often measured (ranging at an azimuth of 0 °) as shown in FIG. When adopted for a rear-end collision prevention device,
In addition to measuring the distance to the object in the front view, the distance of the object in the oblique view is changed by changing the azimuth angle θ as shown in FIG. It is necessary to make detailed measurements to understand the overall distance distribution to the obstacle in the driving environment.
【０００８】今、方位０°上の物体Ｔの距離を測定する
場合は、距離が近づくにつれて物体像ＴR ，ＴL の結像
位置が焦点ＯR ，ＯL から外側に略平等に移り変わるた
め、偏位ＸR とＸL は相等しく、最短測定距離をｄmin
とすると、 ＸR ＝ＸL ＝Ｂｆe ／２ｄmin …（２） であり、ラインセンサ２R ，２L の総セグメント数（総
センサ数）ｎは、センサピッチをｐとすると、 ｎ＝ｍ＋ＸR ／ｐ＝ｍ＋Ｂｆe ／２ｐｄmin …（３） であれば、被写体像はウインドウをずらして充分捕捉す
ることができる。Now, when measuring the distance of the object T on the azimuth 0 °, the imaging positions of the object images T R and TL change from the focal points O R and OL to the outside almost equally as the distance approaches. , offset X R and X L is equal to one another, the minimum measurement distance d min
When, X R = X L = Bf e / 2d min a ... (2), the line sensor 2 R, 2 L total segments (total number of sensors) n, when the sensor pitch is p, n = m + X if R / p = m + Bf e / 2pd min ... (3), the object image can be sufficiently captured by shifting the window.
【０００９】しかしながら、図６（ｂ）に示す如く、右
側方位θ上の物体Ｔの距離を測定する場合は、無限遠に
存在する物体の結像がラインセンサ２R ，２L 上で焦点
ＯR，ＯL ではなく、そこからｆe tan θだけ左側の点
ＯR ′，ＯL ′に結ぶため、最短測定距離ｄmin に存在
する物体Ｔの結像は、右側ラインセンサ２R では点
ＯR ′の右側で焦点ＯR に接近した点ＰR に結ぶもの
の、左ラインセンサ２L では点ＯL ′より更に左側の点
ＰL に結ぶ。このため、点ＰL の左側部分の結像データ
はウインドウＷL 内に取り込まれず、結像位置の相関検
出が不可能となる。However, as shown in FIG. 6B, when measuring the distance of the object T on the right azimuth θ, the image of the object at infinity is focused on the line sensors 2 R and 2 L by the focus O. R, O in L rather, from which f e tan theta just left point O R ', O L' for connecting to, the imaging of the object T present in the shortest measurement distance d min, the right line sensor 2 R at point 'although connecting to the P R points close to the focal point O R in the right, the point O L in the left line sensor 2 L' O R further connecting the point P L to the left of. For this reason, the imaging data on the left side of the point P L is not taken into the window W L , making it impossible to detect the correlation of the imaging position.
【００１０】これを回避するためには、ラインセンサ２
R ，２L の総セグメント数を増やす必要がある。その総
セグメント数ｎ′は、（３）式に追加項ｆe tan θ／ｐ
を加えたものになる。即ち ｎ′＝ｍ＋Ｂｆe ／２ｐｄmin ＋ｆe tan θ／ｐ …（４） ここで、測距精度は基準長Ｂ，焦点距離ｆe が共に長い
方が高精度になる。衝突防止に適した測距分解能を得る
には、装置の小型化を考慮すると、例えば基準長Ｂは１
０cm前後、焦点距離ｆe は５cm前後がそれぞれ適当であ
る。ラインセンサ２R ，２L がＣＣＤの場合、センサピ
ッチｐは１０μｍ程度であり、最短測定距離ｄmin を例
えば５ｍ、最大方位角θを４５°とすれば、（４）式の
第３項はその第２項に比し２桁程度大きく、支配的な値
となり、約５×１０3 である。このため、多方位測定の
場合、最大方位角を大きくしようとすれば、ラインセン
サ２R ，２L の総セグメント数ｎ′が膨大化してしま
い、通常のラインセンサよりも１桁大きいものを必要と
する。そのため、最大方位角θは１０°未満が限界であ
る。特に、（４）式の第３項ではtan θが含まれている
ため、最大方位角θが４５°以上になると、僅かに拡大
するだけでも総セグメント数の激増を招く。膨大な総セ
グメント数のラインセンサ２R ，２L を用いることは、
測距装置自体の高コスト化に直結する。In order to avoid this, the line sensor 2
R, 2 is required to increase the total number of segments of the L. Its total number of segments n 'is added to (3) section f e tan θ / p
Will be added. That n '= m + Bf e / 2pd min + f e tan θ / p ... (4) Here, the distance measurement precision reference length B, and it is both long focal length f e becomes high accuracy. In order to obtain a ranging resolution suitable for collision prevention, considering the miniaturization of the device, for example, the reference length B is 1
It is appropriate that the focal length f e is around 5 cm, respectively. When the line sensors 2 R and 2 L are CCDs, the sensor pitch p is about 10 μm, the shortest measurement distance d min is, for example, 5 m, and the maximum azimuth angle θ is 45 °. It is about two orders of magnitude larger than the second term and is a dominant value, about 5 × 10 3 . For this reason, in the case of multi-directional measurement, if the maximum azimuth angle is to be increased, the total number of segments n 'of the line sensors 2 R and 2 L becomes enormous, and a line sensor one digit larger than a normal line sensor is required. And Therefore, the maximum azimuth angle θ is limited to less than 10 °. In particular, since tan θ is included in the third term of equation (4), if the maximum azimuth angle θ is 45 ° or more, even a slight enlargement causes a drastic increase in the total number of segments. Using the line sensors 2 R and 2 L having a huge total number of segments
This directly leads to higher cost of the distance measuring device itself.
【００１１】そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題
は、光電変換センサアレイのセグメント数の抑制しつ
つ、多方位測距の最大方位角を拡大できる測距装置を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a distance measuring device capable of expanding the maximum azimuth angle in multidirectional distance measurement while suppressing the number of segments of the photoelectric conversion sensor array.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の講じた手段は、一側ウインドウと他側ウイ
ンドウのシフト動作モードを自動的に切り換えるように
したところにある。即ち、本発明は、測距対象に臨んで
結像間に視差を作る一対の結像光学系と、一側の結像光
学系による結像の空間１次元照度分布を電気信号列に変
換する一側の光電変換センサアレイと、他側の結像光学
系による結像の空間１次元照度分布を電気信号列に変換
する他側の光電変換センサアレイと、一側の光電変換セ
ンサアレイの電気信号列から得られる結像データ列のう
ち一側ウインドウ内に含まれる一側部分データ列を抽出
する一側部分データ抽出手段と、他側の光電変換センサ
アレイの電気信号列から得られる結像データ列のうち他
側ウインドウ内に含まれる他側部分データ列を抽出する
他側部分データ抽出手段と、上記一側ウインドウ及び上
記他側ウインドウを移動制御するウインドウ移動制御手
段と、上記一側部分データ列と上記他側部分データ列の
組合せに対し相関検定を行う相関検定手段と、上記相関
検定手段から得られる相関関数を基に最大相関の部分デ
ータ列の組合せを検出する最大相関検出手段とを有する
測距装置において、測距方位が一側切り換え方位角を超
えるか否かを判定する一側方位判定手段と、上記測距方
位が他側切り換え方位角を超えるか否かを判定する他側
方位判定手段とを備えており、上記ウインドウ移動制御
手段は、上記測距方位が上記一側切り換え方位角と上記
他側切り換え方位角との間にあるとき、上記一側ウイン
ドウと上記他側ウインドウを（好ましくは内側センサの
データから外側センサのデータへ）交互にシフト動作す
るよう制御する両側交互シフト制御手段と、上記測距方
位が上記一側切り換え方位角を超えるとき、上記他側ウ
インドウを（好ましくは最他端に）固定しつつ上記一側
ウインドウを（好ましくは内側センサのデータから外側
センサのデータへ）シフト動作するよう制御する一側シ
フト制御手段と、上記測距方位が他側切り換え方位角を
超えるとき、上記一側ウインドウを（好ましくは最一端
に）固定しつつ上記他側ウインドウを（好ましくは内側
センサのデータから外側センサのデータへ）シフト動作
するよう制御する他側シフト制御手段とを有して成るこ
とを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the means adopted in the present invention is to automatically switch the shift operation mode between the one window and the other window. That is, the present invention converts a spatial one-dimensional illuminance distribution of an image formed by a pair of image forming optical systems that form a parallax between images facing a distance measurement target and an image forming optical system on one side into an electric signal sequence. A photoelectric conversion sensor array on one side, a photoelectric conversion sensor array on the other side for converting a spatial one-dimensional illuminance distribution of an image formed by the imaging optical system on the other side into an electric signal sequence, and an electric signal from the photoelectric conversion sensor array on the one side. One-side partial data extracting means for extracting one-side partial data sequence included in one-side window from the image data sequence obtained from the signal sequence, and an image obtained from the electric signal sequence of the photoelectric conversion sensor array on the other side Another-side partial data extraction means for extracting the other-side partial data string included in the other-side window from the data string; window movement control means for controlling movement of the one-side window and the other-side window; Data columns and others A distance measuring apparatus comprising: a correlation test means for performing a correlation test on a combination of partial data strings; and a maximum correlation detection means for detecting a combination of partial data strings having a maximum correlation based on a correlation function obtained from the correlation test means. One-side azimuth determining means for determining whether the ranging azimuth exceeds the one-side switching azimuth, and other-side azimuth determining means for determining whether the ranging azimuth exceeds the other-side switching azimuth. When the ranging azimuth is between the one-side switching azimuth and the other-side switching azimuth, the window movement control means switches the one-side window and the other-side window (preferably to the inner side). A double-sided alternate shift control means for controlling the shift operation from the sensor data to the outer sensor data alternately; and the other side c when the ranging azimuth exceeds the one-side switching azimuth. One-side shift control means for controlling the one-side window to shift (preferably from the data of the inner sensor to the data of the outer sensor) while fixing the window (preferably at the other end); When the other side switching azimuth is exceeded, the other side window is controlled to perform a shift operation (preferably from the data of the inner sensor to the data of the outer sensor) while fixing the one side window (preferably at the most end). And a side shift control means.
【００１３】〔作用〕外部から又は内部で測距方位が与
えられると、一側方位判定手段によりその測距方位が一
側切り換え方位角を超えるか否かが判定されると共に、
他側方位判定手段によりその測距方位が他側切り換え方
位角を超えるか否かが判定される。与えられた測距方位
が一側切り換え方位角と他側切り換え方位角との間にあ
る場合には、両側交互シフト制御手段が作動し、一側ウ
インドウと他側ウインドウを（内側センサのデータから
外側センサのデータへ）交互にシフト動作させる。これ
により、ウインドウの両側交互シフトによる相関関数が
得られる。与えられた測距方位が一側切り換え方位角を
超えるとき、一側シフト制御手段が作動し、他側ウイン
ドウを（最他端に）固定しつつ一側ウインドウを（内側
センサのデータから外側センサのデータへ）シフト動作
させる。これにより一側ウインドウのみの片側シフトに
よる相関関数が得られる。また、与えられた測距方位が
他側切り換え方位角を超えるとき、他側シフト制御手段
が作動し、一側ウインドウを（最一端に）固定しつつ他
側ウインドウを（内側センサのデータから外側センサの
データへ）シフト動作させる。これにより他側のみの片
側シフトによる相関関数が得られる。一側切り換え方位
角としては、最短距離での他側結像データ列の他側ウイ
ンドウが既に他端であるときの方位角に設定すると、一
側切り換え方位角を超える場合は、一側ウインドウのみ
の片側シフトであるため、他側部分データ列の一部は欠
落せず、支障なく一対の部分データ列間の相関検定が行
えるので、一側切り換え方位角を超える方位角でも相関
関数を得ることができ、測距可能となる。他側切り換え
方位角としては、最短距離での一側結像データ列の一側
ウインドウが既に一端であるときの方位角に設定する
と、他側切り換え方位角を超える場合は、他側ウインド
ウのみの片側シフトであるため、一側部分データ列の一
部は欠落せず、支障なく一対の部分データ列間の相関検
定が行えるので、他側切り換え方位角を超える方位角で
も相関関数を得ることができ、測距可能となる。この結
果、光電変換センサアレイの総セグメント数を増やさな
くても、両側シフトから片側シフトに切り換えることに
より切り換え方位角以上の広角での測距が可能となる。[Operation] When a ranging azimuth is given from outside or inside, one-side azimuth determining means determines whether or not the ranging azimuth exceeds the one-side switching azimuth.
The other-side azimuth determining means determines whether the ranging azimuth exceeds the other-side switching azimuth. If the given ranging azimuth is between the one-side switching azimuth and the other-side switching azimuth, the double-sided alternate shift control means is operated to switch the one-side window and the other-side window (from the data of the inner sensor). The shift operation is performed alternately to the data of the outer sensor. As a result, a correlation function is obtained by alternately shifting both sides of the window. When the given ranging azimuth exceeds the one-side switching azimuth, the one-side shift control means operates to fix the one-side window (from the data of the inner sensor to the outer sensor) while fixing the other-side window (at the other end). Shift operation). As a result, a correlation function by one-side shift of only one side window is obtained. Also, when the given ranging azimuth exceeds the other-side switching azimuth, the other-side shift control means operates to fix the one-side window (at the most end) while changing the other-side window (from the inner sensor data to the outer side). Shift operation to sensor data). Thereby, a correlation function by one-side shift of only the other side is obtained. If the one-side switching azimuth is set to the azimuth when the other window of the other-side imaging data sequence at the shortest distance is already at the other end, if the one-side switching azimuth is exceeded, only the one-side window is used. Because of the one-sided shift, part of the other partial data string is not lost, and the correlation test between a pair of partial data strings can be performed without any trouble. And distance measurement becomes possible. If the other-side switching azimuth is set to the azimuth when the one-side window of the one-side imaging data string at the shortest distance is already at one end, if the other-side switching azimuth is exceeded, only the other-side window is used. Since the shift is one-sided, a part of the one-side partial data string is not lost, and the correlation test between the pair of partial data strings can be performed without any trouble. Can be measured. As a result, it is possible to perform ranging at a wider angle than the switching azimuth by switching from double-sided shift to single-sided shift without increasing the total number of segments of the photoelectric conversion sensor array.
【００１４】[0014]
【００１５】[0015]
【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【００１６】図１は本発明の実施例に係る多方位測距装
置の概略構成を示すブロック図である。本例は、被測定
物体Ｔに臨んで両眼視差を作る左右一対の結像レンズ
（正のレンズ）１R ，１L を含む複眼結像光学系と、距
離測定半導体集積回路１５とから成る。この集積回路１
５は、結像レンズ１R ，１L の略焦平面上に配置されて
その結像（照度分布）を電気信号列に変換する光電変換
素子としてのラインセンサ（例えばＣＣＤなどのフォト
センサアレイ）２R ，２L と、ラインセンサ２R，２L
のセル（セグメント）毎の出力信号を順次量子化する量
子化回路３R ，３L と、収集されたディジタル値の左右
一対の結像データ列ＤR ，ＤL を基に所要の論理演算処
理を行い距離信号を算出する論理部１４とを有してい
る。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a multidirectional distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This example includes a compound-eye imaging optical system including a pair of left and right imaging lenses (positive lenses) 1 R and 1 L facing the object to be measured T and generating binocular parallax, and a distance measurement semiconductor integrated circuit 15. . This integrated circuit 1
Reference numeral 5 denotes a line sensor (for example, a photo sensor array such as a CCD) as a photoelectric conversion element which is arranged on a substantially focal plane of the imaging lenses 1 R and 1 L and converts the image (illuminance distribution) into an electric signal sequence. 2 R , 2 L and line sensors 2 R , 2 L
Quantization circuits 3 R and 3 L for sequentially quantizing the output signals of each cell (segment), and required logical operation processing based on a pair of left and right imaging data strings D R and D L of the collected digital values. And a logic unit 14 for calculating a distance signal.
【００１７】論理部１４は、右側結像データ列ＤR を記
憶する右側結像データ記憶部１６Rと、左側結像データ
列ＤL を記憶する左側結像データ記憶部１６L と、右側
結像データ列ＤR のうち右側ウインドウＷR 内に含まれ
る右側部分データ列ＤRiを抽出する右側部分データ抽出
部１７R と、左側結像データ列ＤL のうち左側ウインド
ウＷL 内に含まれる左側部分データ列ＤLiを抽出する左
側部分データ抽出部１７L と、右側部分データ列ＤRiと
左側部分データ列ＤLiの組合せに対し相関検定を行う相
関検定部１８と、その相関検定部１８から得られる相関
関数（評価関数）を基に最大相関の部分データ列の組合
せを検出する最大相関検出部１９と、外部又は内部で与
えられる測距方位θが右側切り換え方位角θR を超える
か否かを判定する右側方位判定部２０R と、測距方位θ
が左側切り換え方位角θL を超えるか否かを判定する左
側方位判定部２０L と、測距方位θが右側切り換え方位
角θR と左側切り換え方位角θL との間にあるとき、右
側ウインドウＷR と左側ウインドウＷL を内側センサの
データから外側センサのデータへ交互にシフト動作する
よう制御する両側交互シフト制御部２１RLと、測距方位
θが右側切り換え方位角θR を超えるとき、左側ウイン
ドウＷL を最左端に固定して右側ウインドうＷR を内側
センサのデータから外側センサのデータへシフト動作す
るよう制御する右側シフト制御部２１L と、測距方位θ
が左側切り換え方位角θL を超えるとき、右側ウインド
ウＷR を最右端に固定して左側ウインドウＷL を内側セ
ンサのデータから外側センサのデータへシフト動作する
よう制御する左側シフト制御部２１L とを有して成る。
ここで、両側交互シフト制御部２１RL，右側シフト制御
部２１L 及び左側シフト制御部２１L は、右側ウインド
ウＷR 及び左側ウインドウＷL を移動制御するウィンド
移動制御部を構成している。The logic unit 14, and the right image data storage unit 16 R for storing right imaging data sequence D R, and the left image data storage unit 16 L for storing the left image data string D L, the right imaging included in the left window W L of the right window W and the right portion data extraction section 17 R for extracting right partial data string D Ri contained in R, the left image data string D L of the image data string D R a left portion data extraction section 17 L of extracting left partial data string D Li, a correlation test unit 18 for performing a correlation test to the combination of the right-hand partial data string D Ri and the left partial data string D Li, the correlation test unit 18 A maximum correlation detection unit 19 for detecting a combination of partial data strings having the maximum correlation based on a correlation function (evaluation function) obtained from the above, and whether a ranging azimuth θ given externally or internally exceeds a right switching azimuth θ R. Right direction to judge whether or not A tough 20 R, ranging azimuth θ
There a left direction determining unit 20 L determines whether more than left switched azimuth theta L, when the distance measurement orientation theta is between the right switching azimuth theta R and the left switching azimuth theta L, the right window both sides alternately shift control unit 21 RL for controlling so that the W R and the left window W L from the data of the inner sensor shifts operate alternately to data outside the sensor, when the distance measurement orientation theta is more than right switching azimuth theta R, a right-shift control unit 21 L for controlling so as to shift operations to the right window cormorants W R from the data inside the sensor to the data of the outer sensor left window W L is fixed to the leftmost, ranging azimuth θ
When but more than the left side switching azimuth theta L, a left-shift control unit 21 L for controlling so as to shift operations to the left window W L and the right window W R is fixed to the rightmost from the data of the inner sensor to data outside the sensor Having.
Here, both sides alternately shift control unit 21 RL, right-shift control unit 21 L and the left-shift control unit 21 L constitute a window movement control unit for controlling the movement right window W R and the left window W L.
【００１８】図２は本例の動作を説明するためのフロー
チャートである。まず、ステップａにおいて、外部から
又は内部で測定方向（測距方位）θの信号（方位信号）
が与えられると、ステップｂにおいて右側方位判定部２
０R により方位θが右側切り換え方位角θR を超えるか
否かが判定される。即ち、左側ウインドウＷL が左端側
へシフト可能か否かが判定される。この右側切り換え方
位角θR は、図３（ｂ）に示す如く、最短距離ｄmin で
の左側ウインドウＷL が既に左端であるときの方位角に
設定されている。方位角θが右側切り換え方位角θR を
超えない場合は、ステップｃに移行し、左側方位判定部
２０L により方位θが左側切り換え方位角θL を超える
か否かが判定される。即ち、右側ウインドウＷR が右端
側へシフト可能か否かが判定される。この左側切り換え
方位角θL は、図３（ｂ）の状態とは左右反対の状態で
あり、最短距離ｄmin での右側ウインドウＷR が既に右
端であるときの方位角に設定されている。そして、方位
角θが左側切り換え方位角θL を超えない場合は、ステ
ップｄにおいて両側交互シフト制御部２１RLが作動し、
右側ウインドウＷR と左側ウインドウＷL を内側センサ
のデータから外側センサのデータへ交互にシフト動作さ
せるため、相関検出部１８では右側部分データ列ＤRiと
左側部分データ列ＤLiとの組合せの相関検定を行い、ウ
インドうの両側交互シフトによる相関関数（評価関数）
が得られる。そして、ステップｅでは最大相関検出部１
９が相関関数を基に最大相関を示す部分データ列ＤRi，
ＤLiの組合せ変数ｉを距離信号の指標とする。その後、
必要に応じてステップｆにおいて選択された組合せ変数
ｉにセンサピッチｐを乗じてずれ量（位相差）Ｘを算出
し、ステップｇにおいて式（１）から方位θ上の距離ｄ
を演算する。FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the present embodiment. First, in step a, a signal (azimuth signal) of the measuring direction (ranging direction) θ from outside or inside
Is given in step b, the right azimuth determination unit 2
From 0 R, it is determined whether or not the azimuth θ exceeds the right switching azimuth θ R. That is, the left window W L is whether it is possible to shift to the left side is determined. The right switching azimuth angle theta R, as shown in FIG. 3 (b), is set in an azimuth angle when the left window W L of the shortest distance d min is already the leftmost. If the azimuth angle theta does not exceed the right switching azimuth angle theta R, the process proceeds to step c, the orientation theta is the left direction determining unit 20 L whether more than left switched azimuth angle theta L is determined. That is, the right window W R is whether it is possible to shift to the right side is determined. The left switched azimuth theta L is the state shown in FIG. 3 (b) is a left and right opposite state, is set in an azimuth angle when the right window W R of the shortest distance d min is already at the right end. If the azimuth angle θ does not exceed the left switching azimuth angle θ L , the double-sided alternating shift control unit 21 RL operates in step d,
To shift alternately operating the right window W R and the left window W L from the data of the inner sensor to data outside the sensor, the correlation of the combination of the right substrings in the correlation detector 18 D Ri and the left partial data string D Li Performs a test and calculates the correlation function (evaluation function) using the two-sided alternating shift of the window.
Is obtained. Then, in step e, the maximum correlation detection unit 1
9 is a partial data sequence D Ri , indicating the maximum correlation based on the correlation function.
The combination variable i of D Li is used as an index of the distance signal. afterwards,
If necessary, the displacement variable (phase difference) X is calculated by multiplying the combination variable i selected in step f by the sensor pitch p, and in step g, the distance d in the azimuth θ is calculated from the equation (1).
Is calculated.
【００１９】ステップｂにおいて方位角θが右側切り換
え方位角θR を超えた場合、ステップｈにおいて図３
（ｂ）に示す如く左側ウインドウＷL が左端で固定さ
れ、右側シフト制御部２１R がステップｉにおいて右側
ウインドウＷR を内側センサのデータから外側センサの
データへシフト動作させる。これにより相関検出部１８
では基準となる右側部分データ列ＤRiと可変の左側部分
データ列ＤLiとの組合せの相関検定を行い、ウインドウ
の片側シフトによる相関関数（評価関数）が得られる。
この後はステップｅ〜ｇと移行し、右側切り換え方位角
θR を超える方位θ上での距離が得られる。If the azimuth angle θ exceeds the right-side switching azimuth angle θ R in step b, the process proceeds to step h in FIG.
Left window as shown in (b) W L is fixed at the left end, the right-shift control unit 21 R shifting operation to the right window W R from the data inside the sensor in step i to the data of the outer sensor. Thereby, the correlation detecting unit 18
Performs a correlation test on the combination of the reference right partial data string D Ri and the variable left partial data string D Li to obtain a correlation function (evaluation function) by one-side shift of the window.
Thereafter, the process proceeds to steps e to g, and a distance on the azimuth θ exceeding the right switching azimuth θ R is obtained.
【００２０】ステップｃにおいて方位角θが左側切り換
え方位角θL を超えた場合、ステップｊにおいて右側ウ
インドウＷR が右端で固定され、左側シフト制御部２１
L がステップｋにおいて左側ウインドウＷL を内側セン
サのデータから外側センサのデータへシフト動作させ
る。これにより相関検出部１８では基準となる左側部分
データ列ＤLiと可変の右側部分データ列ＤRiとの組合せ
の相関検定を行い、ウインドウの片側シフトによる相関
関数（評価関数）が得られる。この後はステップｅ〜ｇ
と移行し、左側切り換え方位角θL を超える方位θ上で
の距離が得られる。If the azimuth θ exceeds the left switching azimuth θ L in step c, the right window W R is fixed at the right end in step j, and the left shift control unit 21
L is a left side window W L from the data inside the sensor shifting operation to the data of the outer sensor in step k. As a result, the correlation detection unit 18 performs a correlation test on the combination of the reference left partial data string D Li and the variable right partial data string D Ri, and obtains a correlation function (evaluation function) by one-side shift of the window. After this, steps e to g
And a distance on the azimuth θ exceeding the left switching azimuth θ L is obtained.
【００２１】このように本例では、方位角が小さい場合
は、被測定物体の像の広がりを考慮して左右のウインド
ウＷR ，ＷL を交互シフトさせて相関組合せを作ると共
に、方位角が大きい場合は、一方のウインドウを固定し
て他方のウインドウのみをシフトさせて相関組合せを作
るようにしている。片側ウインドウを固定しも物体像の
一部を用いて結像位置の相関検定が可能であるので、総
セグメント数を増やさずに、方位角を拡大することがで
きる。As described above, in this embodiment, when the azimuth is small, the right and left windows W R and W L are alternately shifted in consideration of the spread of the image of the object to be measured, and a correlation combination is formed. If it is large, one window is fixed and only the other window is shifted to create a correlation combination. Since the correlation test of the imaging position can be performed using a part of the object image even when the one-side window is fixed, the azimuth can be enlarged without increasing the total number of segments.
【００２２】なお、一対の結像レンズ１R ，１L 及びラ
インセンサ２R ，２L の取付方向は左右方向に限定され
るものではなく、上下或いは斜め方向とすることができ
る。The mounting directions of the pair of imaging lenses 1 R and 1 L and the line sensors 2 R and 2 L are not limited to the left and right directions but may be up and down or oblique directions.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、測距方
位が一側切り換え方位角を超えるか否かを判定する一側
方位判定手段と、測距方位が他側切り換え方位角を超え
るか否かを判定する他側方位判定手段とを備え、方位角
が小さい場合は、被測定物体の像の広がりを考慮して一
対のウインドウを交互シフト動作させると共に、方位角
が大きい場合は、一方のウインドウを固定して他方のウ
インドウのみをシフトさせるシフトモードの切り換えに
特徴を有している。このため、光電変換センサアレイの
総セグメント数を増やさなくても、両側シフトから片側
シフトに切り換えることにより切り換え方位角以上の広
角での測距が可能となり、しかも装置の低コスト化を図
ることができる。As described above, according to the present invention, one-side azimuth determining means for determining whether the ranging azimuth exceeds the one-side switching azimuth, and the ranging azimuth exceeding the other-side switching azimuth. When the azimuth angle is small, a pair of windows are alternately shifted in consideration of the spread of the image of the measured object, and when the azimuth angle is large, It is characterized by switching of a shift mode in which one window is fixed and only the other window is shifted. For this reason, without increasing the total number of segments of the photoelectric conversion sensor array, it is possible to perform ranging at a wider angle than the switching azimuth angle by switching from both-side shift to one-side shift, and to reduce the cost of the apparatus. it can.
【図１】本発明の実施例に係る多方位測距装置の概略構
成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a multidirectional ranging device according to an embodiment of the present invention.
【図２】同多方位測距装置の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the multidirectional ranging device.
【図３】（ａ）は同多方位測距装置において方位０°上
の測距法を示す説明図、（ｂ）は同多方位測距装置にお
いて方位θR 上の測距法を示す説明図である。3 (a) is an explanatory view showing a distance measuring method on azimuth 0 ° in the multi-azimuth distance measuring device, (b) is described showing a distance measuring method on orientation theta R in the multi-azimuth distance measuring device FIG.
【図４】外光三角方式の測距装置の概略構成を示すブロ
ック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of an external light triangulation type distance measuring apparatus.
【図５】（ａ）は外光三角方式の測距装置の測定原理を
示す説明図、（ｂ）はその測距装置の結像位置検出方法
を示す説明図である。FIG. 5A is an explanatory diagram showing a measurement principle of the external light triangular distance measuring device, and FIG. 5B is an explanatory diagram showing an imaging position detecting method of the distance measuring device.
【図６】（ａ）は従来の測距装置において方位０°上の
測距法を示す説明図、（ｂ）は従来の測距装置において
方位θ上の測距法を示す説明図である。6A is an explanatory diagram showing a distance measuring method in an azimuth 0 ° in a conventional distance measuring device, and FIG. 6B is an explanatory diagram showing a distance measuring method in an azimuth θ in the conventional distance measuring device. .
１R ，１L …結像レンズ ２R ，２L …ラインセンサ ３R ，３L …量子化回路 １４…論理部 １５…距離測定半導体集積回路 ＤR …右側結像データ列 ＤL …左側結像データ列 ＤRi…右側部分結像データ列 ＤLi…左側部分結像データ列 １６R …右側結像データ記憶部 １６L …左側結像データ記憶部 １７R …右側部分データ抽出部 １７L …左側部分データ抽出部 １８…相関検定部 １９…最大相関検出部 θ…測距方位 θR …右側切り換え方位角 θL …左側切り換え方位角 ２０R …右側方位判定部 ２０L …左側方位判定部 ＷR …右側ウインドウ ＷL …左側ウインドウ ２１RL…両側交互シフト制御部 ２１L …右側シフト制御部 ２１L …左側シフト制御部。1 R, 1 L ... imaging lens 2 R, 2 L ... line sensor 3 R, 3 L ... quantization circuit 14 ... logic 15 ... distance measuring semiconductor integrated circuit D R ... right image data sequence D L ... left imaging Image data sequence D Ri ... right partial imaging data sequence D Li ... left partial imaging data sequence 16 R ... right imaging data storage unit 16 L ... left imaging data storage unit 17 R ... right partial data extraction unit 17 L ... Left partial data extraction unit 18 Correlation test unit 19 Maximum correlation detection unit θ Distance measurement azimuth θ R Right switching azimuth θ L Left switching azimuth 20 R Right azimuth determination unit 20 L Left azimuth determination unit W R : Right window W L : Left window 21 RL : Both side alternate shift control unit 21 L : Right shift control unit 21 L : Left shift control unit
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−334326（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−214148（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−167649（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−336514（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−157558（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231822（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−243491（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 3/06 G01B 11/00 Continuation of the front page (56) References JP-A-8-334326 (JP, A) JP-A-6-214148 (JP, A) JP-A-7-167649 (JP, A) JP-A-4-336514 (JP) JP-A-5-157558 (JP, A) JP-A-5-231822 (JP, A) JP-A-4-2433491 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB G01C 3/06 G01B 11/00
Claims (1)
対の結像光学系と、一側の結像光学系による結像の空間
１次元照度分布を電気信号列に変換する一側の光電変換
センサアレイと、他側の結像光学系による結像の空間１
次元照度分布を電気信号列に変換する他側の光電変換セ
ンサアレイと、一側の光電変換センサアレイの電気信号
列から得られる結像データ列のうち一側ウインドウ内に
含まれる一側部分データ列を抽出する一側部分データ抽
出手段と、他側の光電変換センサアレイの電気信号列か
ら得られる結像データ列のうち他側ウインドウ内に含ま
れる他側部分データ列を抽出する他側部分データ抽出手
段と、前記一側ウインドウ及び前記他側ウインドウを移
動制御するウインドウ移動制御手段と、前記一側部分デ
ータ列と前記他側部分データ列の組合せに対し相関検定
を行う相関検定手段と、前記相関検定手段から得られる
相関関数を基に最大相関の部分データ列の組合せを検出
する最大相関検出手段とを有する測距装置において、 測距方位が一側切り換え方位角を超えるか否かを判定す
る一側方位判定手段と、前記測距方位が他側切り換え方
位角を超えるか否かを判定する他側方位判定手段とを備
えており、前記ウインドウ移動制御手段は、前記測距方
位が前記一側切り換え方位角と前記他側切り換え方位角
との間にあるとき、前記一側ウインドウと前記他側ウイ
ンドウを交互にシフト動作するよう制御する両側交互シ
フト制御手段と、前記測距方位が前記一側切り換え方位
角を超えるとき、前記他側ウインドウを固定しつつ前記
一側ウインドウをシフト動作するよう制御する一側シフ
ト制御手段と、前記測距方位が他側切り換え方位角を超
えるとき、前記一側ウインドウを固定しつつ前記他側ウ
インドウをシフト動作するよう制御する他側シフト制御
手段とを有して成ることを特徴とする測距装置。1. A method for converting a spatial one-dimensional illuminance distribution of an image formed by a pair of image forming optical systems which form a parallax between images facing a distance measurement target into an electric signal sequence. Space 1 for imaging by the photoelectric conversion sensor array on the side and the imaging optical system on the other side
A photoelectric conversion sensor array on the other side that converts a two-dimensional illuminance distribution into an electric signal sequence, and one-side partial data included in one window of an imaging data sequence obtained from the electric signal sequence of the one-side photoelectric conversion sensor array One-side partial data extracting means for extracting a column, and another-side portion for extracting the other-side partial data sequence included in the other-side window from the imaging data sequence obtained from the electric signal sequence of the other-side photoelectric conversion sensor array Data extraction means, window movement control means for controlling movement of the one-side window and the other-side window, correlation test means for performing a correlation test on a combination of the one-side partial data sequence and the other-side partial data sequence, A maximum correlation detecting means for detecting a combination of partial data strings having a maximum correlation based on a correlation function obtained from the correlation testing means; The one-side azimuth determining means for determining whether or not the switching azimuth is exceeded, and the other-side azimuth determining means for determining whether the ranging azimuth exceeds the other-side switching azimuth. The control means includes a double-sided alternate shift for controlling the one-side window and the other-side window to perform a shift operation alternately when the ranging azimuth is between the one-side switching azimuth and the other-side switching azimuth. Control means, one-side shift control means for controlling the one-side window to shift while fixing the other-side window when the ranging azimuth exceeds the one-side switching azimuth; and And a second-side shift control means for controlling the one-side window to be shifted while the other-side window is shifted when the other-side switching azimuth is exceeded. Distance unit.
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