距离计测装置及距离计测方法制造方法及图纸

一种距离计测装置（10），其具有：拍摄图像的摄像元件（20）；使被摄体像衍射的衍射光学元件（24）；使通过衍射光学元件（24）而衍射的被摄体像成像于摄像元件的光学系统（22）；以及计测从由摄像元件（20）拍摄的图像到被摄体的距离的距离计测部（16），距离计测部（16）根据在由摄像元件（20）拍摄的图像上的通过衍射光学元件（24）而产生的被摄体像的衍射像的间隔，计测距被摄体的距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及距离计测装置，根据从一个视点拍摄到的多张图像来计测场景的进深。
技术介绍
曾经提出了以非接触方式计测某个三维场景的进深即距各个被摄体的距离的各种方法。将这些方法大致划分为主动方法和被动方法。主动方法是向被摄体照射红外线、超声波或者激光光束等，根据截止到反射波返回来的时间或者反射波的角度等计算距离的方法。被动方法是根据被摄体的像计算距离的方法。尤其是在使用照相机计算距离的情况下，广泛采用不需要用于照射红外线等的装置的被动方法。关于被动方法也提出了许多方法，其中之一是根据由于聚焦的变化而产生的模糊 (d )来计测距离的被称为Depth from Defocus (散焦测深,下面表述为DFD)的方法。DFD具有不需要多个照相机即可计测距离、能够根据较少数量的图像计测距离等特征。下面，对DFD的原理进行简单说明。在设摄影图像为I (x，y)、设表示没有透镜产生的模糊的状态的原图像为S (x,y)时，两者之间存在诸如式I所示的关系。[数式I]I (x, y) = S (x, y) *h (x, y, d (x, y)) (式 I)其中，h表示用于表示光学系统的模糊状态的点扩展函数(Point SpreadFunction,下面表述为PSF), d表示在摄影图像上或者原图像上的位置(x, y)的被摄体距离。h表示依据于上述位置(x，y)和被摄体距离d的函数。另外，式中的*表示卷积运算。式I包括作为未知数的S和d。在此拍摄改变了聚焦位置的同一场景的图像12。改变聚焦位置相当于PSF相对于同一被摄体距离而变化。即式2成立。I2(x, y) = S(x, y)*h' x, y, d x, y)) (式 2)其中，h’表示不同于h的聚焦位置的PSF。通过求解这些数式，能够求出场景的原图像S和被摄体距离d。提出了以专利文献I为代表的原图像S和被摄体距离d的各种解法。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利第2963990号公报专利文献I :日本特开昭62 - 222117号公报专利文献I :日本特开2006 - 329897号公报专利技术概要专利技术要解决的问题根据式I和式2可知，不同聚焦位置的PSF的变化越小，摄影图像I与I2之差异越小，因而很难求出被摄体距离d。即，景深越深，基于DFD的距离计测越困难。尤其是在透镜的焦距较短的情况下，即使最大限度地开放光圈，景深也不能足够的浅，可以说DFD的应用在本质上比较困难。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种，即使是在焦距较短等景深较深的条件下，也具有较高的距离计测精度。 用于解决问题的手段根据本专利技术的某个方面的距离计测装置具有拍摄图像的摄像元件；使被摄体像衍射的衍射光学元件；光学系统，使通过所述衍射光学元件而衍射的所述被摄体像成像于所述摄像元件；以及距离计测部，计测从由所述摄像元件拍摄的 图像到被摄体的距离，所述距离计测部根据在由所述摄像元件拍摄的图像上的通过所述衍射光学元件而产生的所述被摄体像的衍射像的间隔，计测距所述被摄体的距离。根据这种结构，不是根据模糊的大小，而是根据通过衍射而产生的衍射像的间隔来求出被摄体距离。衍射像的间隔不受景深影响，具有被摄体距离越短则间隔越小、被摄体距离越长则间隔越大的性质。因此，即使是在景深比较深而不产生模糊的条件下，也能够根据在一个视点拍摄的图像高精度地求出被摄体距离。并且，也可以是，上述的距离计测装置还具有使特定的波长频带的光线分别透射的光学滤波器。衍射的影响因波长而异，因而在不使用光学滤波器的情况下，来自一点的光受到各种衍射的影响，在图像上不能汇集为一点，而成为模糊的图像。因此，需要用于去除模糊的处理。根据这种结构，通过只利用特定的波长，能够得到没有模糊的图像，因而不需要去除模糊的处理，能够简化被摄体距离的计算处理。并且，也可以是，所述衍射光学元件具有曲面形状。优选的是，所述曲面是球面，所述曲面的曲率半径与所述光学系统的光圈和所述衍射光学元件之间在所述光轴上的距离大致相等。根据这种结构，即使是视场角变化时，也不会产生根据衍射的级数的正负而形成的衍射像的位置的偏倚，因而在计算被摄体距离时不需要考虑视场角，能够简化处理。并且，也可以是，所述曲面是非球面。根据这种结构，即使是视场角变化时，也不会产生根据衍射的级数的正负而形成的衍射像的位置的偏倚，而且能够使衍射像的间隔相对于视场角而固定，因而能够简化被摄体距离的计算处理。并且，也可以是，所述距离计测装置还具有向所述被摄体投射特定的波长频带的光的照明装置。通过向被摄体投射特定的波长频带的光，能够与使用光学滤波器时相同地拍摄特定的波长频带的图像。因此，能够得到没有模糊的图像，能够简化被摄体距离的计算处理。另外，本专利技术不仅能够实现为具有这种特征性的处理部的距离计测装置，而且也能够实现为将距离计测装置所包含的特征性的处理部执行的处理作为步骤的距离计测方法。并且，也能够实现为使计算机作为距离计测装置所包含的特征性的处理部而发挥作用的程序、或者使计算机执行距离计测方法所包含的特征性步骤的程序。并且，这种程序当然能够通过⑶一 ROM (Compact 一 Disc 一 Read Only Memory)等计算机能够读取的非临时性记录介质或因特网等通信网络进行流通。专利技术效果根据本专利技术的，不是根据模糊的大小，而是根据通过衍射而产生的衍射像的间隔来求出被摄体距离，因而即使是在景深比较深不产生模糊的条件下，也能够根据在一个视点拍摄的图像高精度地求出被摄体距离。附图说明图I是表示本专利技术的实施方式I的距离计测装置的功能性结构的框图。图2是示意地表示光线通过衍射光学元件而入射的状态的图。 图3是表示光线通过衍射光学元件而入射时的几何学关系的图。图4是表示计算被摄体距离的处理的流程的流程图。图5是说明用于拍摄衍射图像的、基于致动器的衍射光学元件的移动的图。图6是说明用于拍摄参照图像的、基于致动器的衍射光学元件的移动的图。 图7A是示意地表示较短被摄体距离的PSF形状(核形状)的图。图7B是示意地表示较长被摄体距离的PSF形状(核形状)的图。图8是示意地表示光线从光轴外的点通过衍射光学元件而入射的状态的图。图9A是示意地表示光轴上的PSF形状(核形状)的图。图9B是示意地表示光轴外的PSF形状(核形状)的图。图10是示意地表示光线从光轴外的点通过由球面构成的衍射光学元件而入射的状态的图。图11是表示不使用光学滤波器，通过拍摄白色的点光源而得到的衍射图像的一例的图。图12A是表示使用蓝色波长频带的光学滤波器，通过拍摄白色的点光源而得到的衍射图像的一例的图。图12B是表示使用绿色波长频带的光学滤波器，通过拍摄白色的点光源而得到的衍射图像的一例的图。图12C是表示使用红色波长频带的光学滤波器，通过拍摄白色的点光源而得到的衍射图像的一例的图。图13是表示包括本专利技术所必须的构成要素的距离计测装置的功能性结构的框图。具体实施例方式下面，使用附图详细说明本专利技术的实施方式。另外，下面说明的实施方式均用于示出本专利技术的优选的一个具体示例。在下面的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式、步骤、步骤的顺序等仅是一例，其主旨不是限定本专利技术。本专利技术仅利用权利要求书进行限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.09 JP 2010-2504361.ー种距离计测装置，该距离计测装置具有 拍摄图像的摄像元件； 使被摄体像衍射的衍射光学元件； 光学系统，使通过所述衍射光学元件而衍射的所述被摄体像成像于所述摄像元件；以及 距离计测部，计测从由所述摄像元件拍摄的图像到被摄体的距离， 所述距离计测部根据在由所述摄像元件拍摄的图像上的通过所述衍射光学元件而产生的所述被摄体像的衍射像的间隔，计测距所述被摄体的距离。2.根据权利要求I所述的距离计测装置， 所述衍射光学元件配置在所述光学系统的光轴上，而且是在比所述光学系统的光圈更靠近被摄体的位置。3.根据权利要求I或2所述的距离计测装置， 所述衍射光学元件具有相对于所述光学系统中的光路能够进退的构造， 所述距离计测部使用在所述衍射光学元件不在所述光路上的状态下由所述摄像元件拍摄到的參照图像、和所述衍射光学元件在所述光路上的状态下由所述摄像元件拍摄到的衍射图像，计测距所述被摄体的距离。4.根据权利要求3所述的距离计测装置， 所述距离计测部将如下候选确定为距所述被摄体的距离，该候选是将对距所述被摄体的距离的各个候选预先设定的核与所述參照图像进行卷积而得到的结果的图像、与所述衍射图像之间的差为最小时的候选。5.根据权利要求I 4中任意ー项所述的距离计测装置， 所述距离计测装置还具有使特定的波长频带的光线分别透射的光学滤波器。6.根据权利要求5所述的距离计测装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村雅之，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：