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JP2004150890A - Three-dimensional distance picture imaging apparatus - Google Patents

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JP2004150890A
JP2004150890A JP2002314777A JP2002314777A JP2004150890A JP 2004150890 A JP2004150890 A JP 2004150890A JP 2002314777 A JP2002314777 A JP 2002314777A JP 2002314777 A JP2002314777 A JP 2002314777A JP 2004150890 A JP2004150890 A JP 2004150890A
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JP
Japan
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image pickup
pickup device
adjustment mechanism
image sensor
light projecting
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JP2002314777A
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Kazuhiro Hoshino
和弘 星野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a distance from a subject in a relatively long range to an object in a short range and to image a pattern recognition at superior resolution. <P>SOLUTION: A device body 100 is divided into a first casing 100A and a second casing 100B, a light projecting system 110 is provided in the outside end of the first casing 100A and a sensor part 120 is provided in the outside end of the second casing 100B. The first casing 100A and the second casing 100B are slid to adjust a base line. For example, when the base line is doubled, the depth scale is doubled in proportion thereto, so that a distal object can be measured at the same resolution. The device body is provided with a separate casing 100C rotationally via a hinge part, the sensor part 120 is provided therein and the sensor part 120 is inclined inward, so that the effective region of the sensor 120 can be sufficiently utilized relative to a reflected light. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子から物体までの距離を高精度で計測するとともに、高解像の画像を出力する三次元画像計測装置に関し、特に被写体から非常に近い位置から遠くの位置までの高解像度な距離計測を可能とした三次元画像計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光切断法を用いて被写体の距離を測定し、距離情報を取得することで、背景等の加工処理を行えるようにしたカメラシステムが注目されている(例えば、特許文献1、及び特許文献2参照)。
この光切断法による距離計測法は、計測できる距離の解像度度が高く、家庭用のみならず、工業用途にも用いられている。この光切断法においては、レーザ光などをシリンドリカルレンズなど用いて線状化し、スキャニングミラーに反射させることで、所定の面積を走査する投光系を有しており、この投光系によるレーザ光が被写体にあたって反射し、センサに反射光が入射する。そこで、この時の投光系と被写体及び撮像センサの位置関係から距離情報を計算によって取得するものである。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−42931号公報
【特許文献2】
特開平9−229641号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような原理による光切断法においては、レーザ発光点とセンサとの間の距離(以下、ベースラインという)が離れていた方が、当然ながら距離計測解像度は高くなる。
しかしながら、ベースラインが長くなると、システム全体が大型化してしまうことが問題となる。
また、近くのものを計測したい場合には、長いベースラインは必要なく、短いベースラインで十分な計測が可能である。
したがって、遠くの被写体から近くの被写体まで、色々な距離に対応できる計測装置に対する要求があったが、実現できていなかった。
【0005】
そこで本発明の目的は、上述のような実情に鑑み、比較的遠くにある被写体から近距離にある被写体の距離計測やパターン認識を優れた解像度で計測、撮像することができる三次元画像計測装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、画像の撮影と三次元距離計測とを行う撮像素子と、三次元距離計測用の光を出射する投光系と、前記撮像素子と投光系とを所定の距離を隔てて被写体方向に向けて収納配置する装置本体とを有し、前記装置本体は、前記撮像素子と投光系との距離を可変調整するベースライン調整機構を有することを特徴とする。
また本発明は、画像の撮影と三次元距離計測とを行う撮像素子と、三次元距離計測用の光を出射する投光系と、前記撮像素子と投光系とを所定の距離を隔てて被写体方向に向けて収納配置する装置本体とを有し、前記装置本体は、前記撮像素子の角度を可変調整する撮像角度調整機構を有することを特徴とする。
また本発明は、画像の撮影と三次元距離計測とを行う撮像素子と、三次元距離計測用の光を出射する投光系と、前記撮像素子と投光系とを所定の距離を隔てて被写体方向に向けて収納配置する装置本体とを有し、前記装置本体は、前記撮像素子と投光系との距離を可変調整するベースライン調整機構と、撮像素子の角度を可変調整する撮像角度調整機構とを有することを特徴とする。
【0007】
本発明の三次元距離画像撮像装置では、撮像素子と投光系との距離を可変調整するベースライン調整機構を有することにより、被写体の距離に応じて撮像素子と投光系とのベースラインを適宜可変調整することができ、被写体の距離に応じた最適な測定作業により、比較的遠くにある被写体から近距離にある被写体までを適正に測定でき、解像度のよい計測や撮像を行うことが可能となる。
また、本発明の三次元距離画像撮像装置では、撮像素子の角度を可変調整する撮像角度調整機構を有することにより、被写体が近い場合でも最適な撮像を行うことができる。
さらに、このようなベースライン調整機構と撮像角度調整機構の双方を組み合わせることにより、より有効な計測や撮像を行うことが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による三次元距離画像撮像装置の実施の形態例について説明する。
本発明の実施の形態例は、光切断法による三次元距離画像撮像装置にベースライン調整機構と撮像角度調整機構を設けることにより、上述した従来の課題を解決するものである。
すなわち、第1の特徴として、ベースライン調整機構を設けることにより、計測用光源の投光系と撮像素子の距離を調整することにより、被写体が遠くにある場合と近くにある場合の双方で最適な測定を行えるようになる。
また、第2の特徴として、撮像角度調整機構を設けることにより、被写体が極めて近い位置にある場合に、マクロ撮影的に適正な撮影を行うことができる。
なお、このようなベースライン調整機構と撮像角度調整機構は、一方だけでも十分な効果をもつが、双方の組み合わせにより、さらに顕著な効果を得ることができるものである。
【0009】
以下、具体的な実施例の構成及び動作を図面を用いて順次詳細に説明する。
図1は本発明の第1実施例による三次元距離画像撮像装置の構成例を示す説明図であり、ベースライン調整機構を設けた例を示している。
また、図2は本発明の第2実施例による三次元距離画像撮像装置の構成例を示す説明図であり、ベースライン調整機構に加えて撮像角度調整機構を設けた例を示している。
また、図3〜図5は、本発明の各実施例で用いる光切断法による三次元距離測定の原理を説明する説明図である。このうち、図3は基本的な原理を示し、ベースライン調整を行わない場合には従来と同様の動作となる。また、図4は図3の状態からベースライン調整を行った場合の動作を示している。さらに、図5は撮像角度調整を行った場合の動作を示している。
【0010】
まず、図3〜図5に示す構成例を用いて三次元距離測定の原理及び本実施例における調整動作を説明する。
図3において、レーザ光源11から発光されたレーザ光(波長780nm)はシリンドリカルレンズ12により、線状に集光される。そして、この線状のレーザ光は、30Hzの周期で振り角θでスキャンするレーザスキャナミラー13により、被写体14に照射される(矢線α)。
そして、被写体14から反射したレーザ光(矢線β)をレンズ15を介してセンサ(固体撮像素子)16が捕らえ、被写体14のある一点からの反射と、センサ16の単一画素17に入光する位置が一対一対応することにより、三角測量の原理により、距離を計測する。
なお、距離計測誤差は、例えば15Hzでスキャンした場合、レーザスキャナミラー13とセンサ16を18cm離した場合において、センサ16から40cmの距離において、約2mmの精度である。
【0011】
これに対して図4は、ベースラインを40cmに離した場合の位置関係を示している。
例えばベースラインを2倍にすると、それに比例して奥行きスケールも2倍されるので、同一解像度で遠方の被写体を計測できる。
また、図5は、センサ16をスキャナミラー13に対して内側に傾けた場合の位置関係を示している。
マクロ撮影的に近距離の被写体を計測する場合には、センサ16を内側に傾けることにより、反射レーザ光に対してセンサ16の有効領域を十分に活用することが可能となる。すなわち、レーザ光によりスキャンされる被写体の面積が有効画素に対して増大することになるので解像度は向上する。
以上のような原理により、比較的遠くにある被写体から近距離にある被写体の距離計測やパターン認識を優れた解像度で計測、撮像することができる三次元画像計測装置を提供できる。
【0012】
次に、図4に示すベースラインの調整を実現する具体的な第1実施例の構成及び動作を図1に基づいて説明する。
まず、この三次元距離画像撮像装置は、矩形断面を有する筒状の装置本体100に投光系、センサ部(撮像素子)、及びベースライン調整機構を設けたものである。
装置本体100は、長手方向(ベースライン方向)に2分割された第1の筐体100Aと第2の筐体100Bに別れており、第1の筐体100Aの外側端部に投光系110が設けられ、第2の筐体100Bの外側端部にセンサ部120が設けられている。
【0013】
そして、第1の筐体100Aと第2の筐体100Bは、互いにスライド自在に接合されており、第1の筐体100Aと第2の筐体100Bとの位置を矢印aに示すように手動操作でスライド移動させることで、ベースラインを可変調整できるようになっている(すなわち、この部分がベースライン調整機構130となる)。
また、図示しないが、装置本体100の内部には、第1の筐体100Aと第2の筐体100Bの相対位置を検出するベースライン検出手段と、制御回路を搭載した配線基板が設けられており、ベースライン検出手段による検出結果が制御回路に入力され、制御回路では、このベースラインの変化に応じて演算条件を変えて測距演算等の処理を行うようになっている。
【0014】
ベースライン検出手段としては、例えば各筐体100A、100Bの一方に設けた光学的または磁気的な目盛りを、他方に設けた光学的または磁気的なセンサによって読み取り、移動量をカウントするような構成や、あるいは各筐体100A、100Bの一方に設けた線状の抵抗体に対し、他方に設けた接触子を摺動させ、検出用電流を流すことで、電流の変化を読み取り、その値から移動量を算出するような構成を用いることが可能である。
すなわち、このような移動量の検出手段は、各種の自動機器や電子機器等において従来より種々のものが提供されているものであり、製品の仕様や必要な検出精度等に合わせて種々利用できるものである。
【0015】
また、投光系110は、レーザ発光源111と、シリンドリカルレンズ112と、レーザスキャナミラー113と、その走査駆動系(図示せず)等を有している。
レーザ発光源111から発光されたレーザ光は、レンズ112により集光及び線状化されて、スキャナミラー113に照射される。
スキャナミラー113は走査駆動系によって一定の速度で所定の角度内でスキャンし、レーザ光は、このスキャナミラー113により振られて、装置本体100に設けた保護窓101を透過して被写体に照射される。
【0016】
また、センサ部120は、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の固体撮像素子121と、集光レンズ122等を有している。
被写体から反射されたレーザ光は、装置本体100に設けた保護窓兼固定絞り102から入射し、レンズ122を経由して固体撮像素子121に入射する。
このセンサ部120では、上述の図3で説明した方法によって三角測量の原理により、被写体までの距離を測量する。また、このセンサ部120では、距離計測と同時に画像の出力が可能である。
【0017】
以上のような構成の三次元距離画像撮像装置では、上述したベースライン調整機構によって投光系110によるレーザの出射位置とセンサ部120の受光部との距離(ベースライン)を変化させることが可能であるため、遠方の被写体を同一解像度で測定できる効果がある。例えば、上述したようにベースラインを2倍にすると、比例して奥行きスケールも2倍になるので、同一解像度での計測が可能となるものである。
【0018】
次に、図4及び図5に示すベースラインの調整とセンサの角度調整を実現する具体的な第2実施例の構成及び動作を図2に基づいて説明する。なお、図2において、図1と共通の構成要素には同一符号を付して説明する。
この三次元距離画像撮像装置は、図1に示した第2の筐体100Bの外側端部にさらに分離筐体100Cを設け、この分離筐体100Cにセンサ部120を設けらたものである。
分離筐体100Cは、ヒンジ部103を介して第2の筐体100Bに水平方向(すなわち、投光系とセンサ部と被写体の三点で形成される平面の方向)に回動自在に設けられており、手動操作で傾斜角度(矢印b)を調整できるようになっている(すなわち、この部分が撮像角度調整機構140となる)。
【0019】
また、この分離筐体100Cの回動角度は、角度検出手段によって検出され、その検出結果が制御回路に伝えられる。例えば、分離筐体100Cに設けた光学的または磁気的な目盛りを、第2の筐体100Bに設けた光学的または磁気的なセンサによって読み取り、回転量をカウントするような構成を用いることが可能である。
なお、このような回転量の検出手段についても、各種の自動機器や電子機器等において従来より種々のものが提供されているものであり、製品の仕様や必要な検出精度等に合わせて種々利用できるものである。
【0020】
また、センサ部120自体の構成は図1に示す例と共通であるが、本例では分離筐体100Cに保護窓兼固定絞り104が設けられ、センサ部120への光の入射を制御している。
その他は、図1に示す例と同様であるので説明は省略する。
【0021】
このような三次元距離画像撮像装置において、計測したい被写体までの距離が近い場合、画像が蹴られることがある。その場合、本例の撮像角度調整機構により、計測したい被写体が画像の中心付近にくるように、センサ部120を反射レーザ光側に傾けることができる。
また、センサ部120を傾けた場合に、ベースラインも同時に変わることに注意する必要がある。したがって、本例では、ベースライン調整機構によるベースライン検出手段によって各筐体100A、100B間の移動量を検出し、計算によりベースラインを求めることができ、これを反映させた測定を行うことができる。
【0022】
以上、本発明の具体的な実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、光源としてはレーザ光以外の光を用いることが可能であり、また線状光を得るための構成としては、シリンドリカルレンズの他にホログラム素子等を用いることも可能である。
また、ベースライン調整機構としては、節目のないスライド構造によって移動する構成に限らず、所定の単位寸法刻みで段階的に変化させるような構成とすることも可能である。例えば、上述した2つの筐体の接触部分に互いに嵌合する突起と凹部をスライド方向に所定の間隔おきに形成しておき、この突起と凹部が一致する位置で2つの筐体が嵌合保持されるような構成としてもよい。このようにすれば、ベースラインの検出手段も簡易な構成とすることができ、低コストの製品化が可能となる。
また、装置本体の具体的構成については、上述のような筒状の筐体で構成するものに限らず、製品のコンセプトに基づいて種々の形態を採用し得るものである。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の三次元距離画像撮像装置では、撮像素子と投光系との距離を可変調整するベースライン調整機構を有することにより、被写体の距離に応じて撮像素子と投光系とのベースラインを適宜可変調整することができ、被写体の距離に応じた最適な測定作業により、比較的遠くにある被写体から近距離にある被写体までを適正に測定でき、解像度のよい計測や撮像を行うことが可能となる。
また、本発明の三次元距離画像撮像装置では、撮像素子の角度を可変調整する撮像角度調整機構を有することにより、被写体が近い場合でも最適な撮像を行うことができる。
さらに、このようなベースライン調整機構と撮像角度調整機構の双方を組み合わせることにより、より有効な計測や撮像を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による三次元距離画像撮像装置の構成例を示す説明図である。
【図2】本発明の第2実施例による三次元距離画像撮像装置の構成例を示す説明図である。
【図3】本発明の各実施例で用いる光切断法による三次元距離測定の基本的な原理を説明する説明図である。
【図4】図3に示す状態からベースライン調整を行った場合の動作を示す説明図である。
【図5】図4に示す状態から撮像角度調整を行った場合の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
100……装置本体、100A……第1の筐体、100B……第2の筐体、100C……分離筐体、110……投光系、111……レーザ発光源、112……シリンドリカルレンズ、113……レーザスキャナミラー、120……センサ部、121……固体撮像素子、122……集光レンズ、130……ベースライン調整機構、140……撮像角度調整機構。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional image measurement device that measures a distance from an image sensor to an object with high accuracy and outputs a high-resolution image, and particularly to a high-resolution image from a position very close to a position far from a subject. The present invention relates to a three-dimensional image measurement device capable of measuring distance.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a camera system that measures a distance to a subject using a light-section method and obtains distance information to perform processing such as a background has been attracting attention (for example, Patent Document 1 and Patent Document 1). 2).
The distance measurement method using the light section method has a high resolution of a measurable distance, and is used not only for home use but also for industrial use. In this light cutting method, a laser beam or the like is linearized by using a cylindrical lens or the like, and is reflected by a scanning mirror, so that a light projecting system that scans a predetermined area is provided. Is reflected on the subject, and reflected light is incident on the sensor. Therefore, distance information is obtained by calculation from the positional relationship between the light projecting system, the subject, and the image sensor at this time.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-42931 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-229641
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the light cutting method based on the above-described principle, the distance measurement resolution is naturally higher when the distance between the laser emission point and the sensor (hereinafter, referred to as a base line) is larger.
However, when the baseline becomes long, there is a problem that the whole system becomes large.
In addition, when it is desired to measure a nearby object, a long baseline is not necessary, and a short baseline is sufficient for measurement.
Therefore, there has been a demand for a measuring device that can handle various distances from a distant subject to a near subject, but it has not been realized.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a three-dimensional image measurement apparatus capable of measuring and imaging distance measurement and pattern recognition of an object at a short distance from an object at a relatively long distance with excellent resolution in view of the above-described circumstances. Is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an image pickup device that performs image capturing and three-dimensional distance measurement, a light projecting system that emits light for three-dimensional distance measurement, and the image sensor and the light projecting system. And a device main body that is stored and arranged toward the subject at a distance of, and the device main body has a baseline adjustment mechanism that variably adjusts the distance between the image sensor and the light projecting system. .
Further, according to the present invention, there is provided an image pickup device that performs image capturing and three-dimensional distance measurement, a light projecting system that emits light for three-dimensional distance measurement, and a predetermined distance between the image pickup device and the light projecting system. A device main body that is housed and arranged in the direction of the subject, wherein the device main body includes an imaging angle adjustment mechanism that variably adjusts the angle of the imaging element.
Further, according to the present invention, there is provided an image pickup device that performs image capturing and three-dimensional distance measurement, a light projecting system that emits light for three-dimensional distance measurement, and a predetermined distance between the image pickup device and the light projecting system. A device main body that is housed and arranged in the direction of the subject, wherein the device main body includes a baseline adjustment mechanism that variably adjusts a distance between the image sensor and the light projecting system; And an adjusting mechanism.
[0007]
In the three-dimensional range image pickup device of the present invention, by having a baseline adjustment mechanism that variably adjusts the distance between the image pickup device and the light projecting system, the baseline between the image pickup device and the light projecting system can be adjusted according to the distance to the subject. It can be variably adjusted as appropriate, and by the optimal measurement work according to the distance of the subject, it is possible to properly measure from a relatively distant subject to a close subject, and perform measurement and imaging with high resolution It becomes.
In addition, the three-dimensional range image pickup device of the present invention includes the image pickup angle adjustment mechanism that variably adjusts the angle of the image pickup device, so that optimum image pickup can be performed even when the subject is close.
Furthermore, by combining both the baseline adjustment mechanism and the imaging angle adjustment mechanism, more effective measurement and imaging can be performed.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a three-dimensional range image pickup device according to the present invention will be described.
The embodiment of the present invention solves the above-mentioned conventional problems by providing a baseline adjustment mechanism and an imaging angle adjustment mechanism in a three-dimensional range image capturing apparatus using a light section method.
That is, as a first feature, by providing a baseline adjustment mechanism, by adjusting the distance between the light projecting system of the measurement light source and the image pickup element, it is possible to optimize both when the subject is far and near. Measurement can be performed.
Further, as a second feature, by providing an imaging angle adjustment mechanism, it is possible to perform macroscopically appropriate photographing when the subject is located at a very close position.
It should be noted that such a baseline adjustment mechanism and an imaging angle adjustment mechanism alone have a sufficient effect, but a more remarkable effect can be obtained by a combination of both.
[0009]
Hereinafter, the configuration and operation of a specific embodiment will be sequentially described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a three-dimensional range image capturing apparatus according to a first embodiment of the present invention, and illustrates an example in which a baseline adjustment mechanism is provided.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of a three-dimensional range image pickup device according to a second embodiment of the present invention, and shows an example in which an imaging angle adjustment mechanism is provided in addition to a baseline adjustment mechanism.
FIGS. 3 to 5 are explanatory diagrams illustrating the principle of three-dimensional distance measurement by a light section method used in each embodiment of the present invention. FIG. 3 shows the basic principle, and the operation is the same as the conventional operation when the baseline adjustment is not performed. FIG. 4 shows an operation when the baseline adjustment is performed from the state of FIG. FIG. 5 shows an operation when the imaging angle is adjusted.
[0010]
First, the principle of three-dimensional distance measurement and the adjustment operation in the present embodiment will be described with reference to the configuration examples shown in FIGS.
In FIG. 3, laser light (wavelength 780 nm) emitted from a laser light source 11 is condensed linearly by a cylindrical lens 12. Then, the linear laser light is applied to the subject 14 by the laser scanner mirror 13 which scans at a swing angle θ at a cycle of 30 Hz (arrow α).
Then, the laser light (arrow β) reflected from the subject 14 is captured by a sensor (solid-state image sensor) 16 via a lens 15, reflected from one point of the subject 14, and enters a single pixel 17 of the sensor 16. The distance to be measured corresponds to the one-to-one correspondence, and the distance is measured based on the principle of triangulation.
The distance measurement error has an accuracy of about 2 mm at a distance of 40 cm from the sensor 16 when scanning is performed at, for example, 15 Hz and when the laser scanner mirror 13 and the sensor 16 are separated by 18 cm.
[0011]
On the other hand, FIG. 4 shows a positional relationship when the baseline is separated by 40 cm.
For example, when the baseline is doubled, the depth scale is also doubled in proportion to it, so that a distant subject can be measured with the same resolution.
FIG. 5 shows a positional relationship when the sensor 16 is tilted inward with respect to the scanner mirror 13.
When measuring a subject at a short distance in macro photography, the sensor 16 can be tilted inward to make full use of the effective area of the sensor 16 for reflected laser light. That is, since the area of the object scanned by the laser beam is increased with respect to the effective pixels, the resolution is improved.
According to the above principle, it is possible to provide a three-dimensional image measuring apparatus capable of measuring and imaging distances and pattern recognition of a subject at a short distance from a relatively distant subject with excellent resolution.
[0012]
Next, the configuration and operation of the first embodiment for realizing the baseline adjustment shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
First, this three-dimensional range image pickup device is provided with a light projecting system, a sensor unit (image pickup device), and a baseline adjustment mechanism in a cylindrical device main body 100 having a rectangular cross section.
The device main body 100 is divided into a first housing 100A and a second housing 100B that are divided into two in the longitudinal direction (baseline direction), and a light projecting system 110 is provided at an outer end of the first housing 100A. Is provided, and a sensor unit 120 is provided at an outer end of the second housing 100B.
[0013]
The first housing 100A and the second housing 100B are slidably joined to each other, and the positions of the first housing 100A and the second housing 100B are manually set as shown by an arrow a. The base line can be variably adjusted by sliding by operation (that is, this portion becomes the baseline adjustment mechanism 130).
Although not shown, inside the apparatus main body 100, a base line detecting means for detecting a relative position between the first housing 100A and the second housing 100B and a wiring board on which a control circuit is mounted are provided. In addition, the detection result by the baseline detection means is input to the control circuit, and the control circuit changes the calculation conditions according to the change of the baseline and performs processing such as distance measurement calculation.
[0014]
As the baseline detecting means, for example, an optical or magnetic scale provided on one of the housings 100A and 100B is read by an optical or magnetic sensor provided on the other, and a movement amount is counted. Alternatively, the change in the current is read by sliding the contact provided on the other against the linear resistor provided on one of the housings 100A and 100B and causing the detection current to flow, and reading the change in the current. It is possible to use a configuration for calculating the amount of movement.
That is, various types of such moving amount detecting means are conventionally provided in various kinds of automatic devices and electronic devices, and can be variously used in accordance with product specifications, necessary detection accuracy, and the like. Things.
[0015]
Further, the light projecting system 110 includes a laser light emitting source 111, a cylindrical lens 112, a laser scanner mirror 113, a scanning drive system (not shown), and the like.
The laser light emitted from the laser emission source 111 is condensed and linearized by the lens 112 and is irradiated on the scanner mirror 113.
The scanner mirror 113 scans at a constant speed and within a predetermined angle by a scanning drive system, and the laser beam is shaken by the scanner mirror 113, passes through the protection window 101 provided in the apparatus main body 100, and irradiates the subject. You.
[0016]
The sensor unit 120 has a solid-state imaging device 121 such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor, and a condenser lens 122 and the like.
The laser light reflected from the subject enters through a protective window and fixed stop 102 provided in the apparatus main body 100 and enters a solid-state imaging device 121 via a lens 122.
The sensor unit 120 measures the distance to the subject according to the principle of triangulation by the method described above with reference to FIG. The sensor unit 120 can output an image simultaneously with distance measurement.
[0017]
In the three-dimensional range image capturing apparatus having the above-described configuration, the distance (base line) between the laser emission position of the light projecting system 110 and the light receiving unit of the sensor unit 120 can be changed by the above-described baseline adjustment mechanism. Therefore, there is an effect that a distant subject can be measured with the same resolution. For example, as described above, when the baseline is doubled, the depth scale is also doubled in proportion, so that measurement with the same resolution is possible.
[0018]
Next, a specific configuration and operation of the second embodiment for realizing the baseline adjustment and the sensor angle adjustment shown in FIGS. 4 and 5 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, components common to those in FIG.
In this three-dimensional range image pickup device, a separation housing 100C is further provided at the outer end of the second housing 100B shown in FIG. 1, and the sensor unit 120 is provided on the separation housing 100C.
The separation housing 100C is provided on the second housing 100B via the hinge portion 103 so as to be rotatable in the horizontal direction (that is, the direction of a plane formed by the three points of the light projecting system, the sensor unit, and the subject). The tilt angle (arrow b) can be adjusted by a manual operation (that is, this portion becomes the imaging angle adjustment mechanism 140).
[0019]
Further, the rotation angle of the separation housing 100C is detected by an angle detecting means, and the detection result is transmitted to a control circuit. For example, a configuration in which an optical or magnetic scale provided on the separation housing 100C is read by an optical or magnetic sensor provided on the second housing 100B and the rotation amount is counted can be used. It is.
In addition, various types of such rotation amount detecting means have been conventionally provided in various kinds of automatic equipment and electronic equipment, and various means are used in accordance with product specifications and necessary detection accuracy. You can do it.
[0020]
Although the configuration of the sensor unit 120 itself is the same as the example shown in FIG. 1, in this example, a protective window and a fixed stop 104 are provided in the separation housing 100 </ b> C to control the incidence of light on the sensor unit 120. I have.
The rest is the same as the example shown in FIG.
[0021]
In such a three-dimensional range image capturing apparatus, when the distance to the subject to be measured is short, an image may be kicked. In this case, the sensor unit 120 can be tilted toward the reflected laser beam side by the imaging angle adjustment mechanism of the present example so that the subject to be measured is located near the center of the image.
Also, it should be noted that when the sensor unit 120 is tilted, the baseline changes at the same time. Therefore, in this example, the amount of movement between each of the housings 100A and 100B can be detected by the baseline detection means of the baseline adjustment mechanism, and the baseline can be obtained by calculation, and measurement reflecting this can be performed. it can.
[0022]
Although the specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.
For example, light other than laser light can be used as a light source, and as a configuration for obtaining linear light, a hologram element or the like can be used in addition to a cylindrical lens.
Further, the base line adjusting mechanism is not limited to a structure in which the base line is moved by a seamless slide structure, but may be a structure in which the base line adjusting mechanism is changed stepwise at predetermined unit dimensions. For example, protrusions and recesses that fit into the contact portions of the two housings described above are formed at predetermined intervals in the sliding direction, and the two housings are fitted and held at positions where the protrusions and the recesses match. The configuration may be such that In this way, the baseline detecting means can also have a simple configuration, and low-cost commercialization becomes possible.
Further, the specific configuration of the apparatus main body is not limited to the configuration using the cylindrical housing as described above, and various configurations can be adopted based on the concept of the product.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, the three-dimensional range image pickup device of the present invention includes the baseline adjustment mechanism that variably adjusts the distance between the image pickup device and the light projecting system. The baseline can be variably adjusted as needed, and the optimum measurement work according to the distance of the subject enables the appropriate measurement from the relatively distant subject to the close subject, thereby achieving high resolution measurement and imaging Can be performed.
In addition, the three-dimensional range image pickup device of the present invention includes the image pickup angle adjustment mechanism that variably adjusts the angle of the image pickup device, so that optimum image pickup can be performed even when the subject is close.
Furthermore, by combining both the baseline adjustment mechanism and the imaging angle adjustment mechanism, more effective measurement and imaging can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a three-dimensional range image capturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a three-dimensional range image capturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a basic principle of three-dimensional distance measurement by a light section method used in each embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an operation when a baseline adjustment is performed from the state illustrated in FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation when the imaging angle is adjusted from the state shown in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
100 device main body, 100A first housing, 100B second housing, 100C separated housing, 110 light projecting system, 111 laser emission source, 112 cylindrical lens Reference numeral 113, a laser scanner mirror, 120, a sensor unit, 121, a solid-state imaging device, 122, a condenser lens, 130, a baseline adjustment mechanism, 140, an imaging angle adjustment mechanism.

Claims (15)

画像の撮影と三次元距離計測とを行う撮像素子と、
三次元距離計測用の光を出射する投光系と、
前記撮像素子と投光系とを所定の距離を隔てて被写体方向に向けて収納配置する装置本体とを有し、
前記装置本体は、前記撮像素子と投光系との距離を可変調整するベースライン調整機構を有する、
ことを特徴とする三次元距離画像撮像装置。
An image sensor that captures an image and performs three-dimensional distance measurement;
A light emitting system for emitting light for three-dimensional distance measurement,
An apparatus main body that houses and arranges the image sensor and the light projecting system toward the subject at a predetermined distance,
The apparatus body has a baseline adjustment mechanism that variably adjusts the distance between the image sensor and the light projecting system,
A three-dimensional range image pickup device, characterized in that:
前記ベースライン調整機構は、前記装置本体に設けられた伸縮機構を手動操作することにより、撮像素子と投光系との距離を可変調整するものであることを特徴とする請求項1記載の三次元距離画像撮像装置。3. The tertiary system according to claim 1, wherein the baseline adjustment mechanism variably adjusts the distance between the image sensor and the light projecting system by manually operating an expansion / contraction mechanism provided in the apparatus main body. Original range image pickup device. 前記装置本体は、前記撮像素子または投光系の一方が設けられる第1の筐体と、前記第1の筐体にスライド可能に接合され、前記撮像素子または投光系の他方が設けられる第2の筐体とを有し、前記ベースライン調整機構は、第2の筐体を第1の筐体に対してスライドさせることにより、撮像素子と投光系との距離を可変調整するものであることを特徴とする請求項2記載の三次元距離画像撮像装置。A first housing provided with one of the image sensor and the light projecting system, and a slidable joint with the first housing provided with the other of the image sensor and the light projecting system. And a baseline adjustment mechanism that variably adjusts the distance between the image sensor and the light projecting system by sliding the second housing with respect to the first housing. 3. The three-dimensional range image pickup device according to claim 2, wherein: 前記ベースライン調整機構は、撮像素子と投光系との調整された距離を検出するベースライン検出手段を有することを特徴とする請求項1記載の三次元距離画像撮像装置。The three-dimensional range image pickup device according to claim 1, wherein the baseline adjustment mechanism includes a baseline detection unit that detects an adjusted distance between the image sensor and the light projecting system. 画像の撮影と三次元距離計測とを行う撮像素子と、
三次元距離計測用の光を出射する投光系と、
前記撮像素子と投光系とを所定の距離を隔てて被写体方向に向けて収納配置する装置本体とを有し、
前記装置本体は、前記撮像素子の角度を可変調整する撮像角度調整機構を有する、
ことを特徴とする三次元距離画像撮像装置。
An image sensor that captures an image and performs three-dimensional distance measurement;
A light emitting system for emitting light for three-dimensional distance measurement,
An apparatus main body that houses and arranges the image sensor and the light projecting system toward the subject at a predetermined distance,
The apparatus body has an imaging angle adjustment mechanism that variably adjusts the angle of the imaging element.
A three-dimensional range image pickup device, characterized in that:
前記撮像角度調整機構は、前記装置本体に設けられた回動機構を手動操作することにより、撮像素子の角度を可変調整するものであることを特徴とする請求項5記載の三次元距離画像撮像装置。The three-dimensional range image pickup according to claim 5, wherein the imaging angle adjustment mechanism is configured to variably adjust the angle of the imaging element by manually operating a rotation mechanism provided in the apparatus main body. apparatus. 前記装置本体は、前記撮像素子を設けた分離筐体と、前記分離筐体を装置本体に回動可能に接合したヒンジ部とを有し、前記撮像角度調整機構は、前記分離筐体をヒンジ部を介して回動することにより、撮像素子の角度を可変調整するものであることを特徴とする請求項6記載の三次元距離画像撮像装置。The apparatus main body includes a separation housing provided with the imaging element, and a hinge unit rotatably joining the separation housing to the apparatus main body. The imaging angle adjustment mechanism hinges the separation housing. The three-dimensional range image pickup device according to claim 6, wherein the angle of the image pickup device is variably adjusted by rotating through the unit. 前記撮像角度調整機構は、撮像素子の調整された角度を検出する撮像角度検出手段を有することを特徴とする請求項5記載の三次元距離画像撮像装置。The three-dimensional range image pickup device according to claim 5, wherein the image pickup angle adjustment mechanism includes an image pickup angle detection unit that detects an adjusted angle of the image pickup device. 画像の撮影と三次元距離計測とを行う撮像素子と、
三次元距離計測用の光を出射する投光系と、
前記撮像素子と投光系とを所定の距離を隔てて被写体方向に向けて収納配置する装置本体とを有し、
前記装置本体は、前記撮像素子と投光系との距離を可変調整するベースライン調整機構と、撮像素子の角度を可変調整する撮像角度調整機構とを有する、
ことを特徴とする三次元距離画像撮像装置。
An image sensor that captures an image and performs three-dimensional distance measurement;
A light emitting system for emitting light for three-dimensional distance measurement,
An apparatus main body that houses and arranges the image sensor and the light projecting system toward the subject at a predetermined distance,
The apparatus body has a baseline adjustment mechanism for variably adjusting the distance between the image sensor and the light projecting system, and an imaging angle adjustment mechanism for variably adjusting the angle of the image sensor.
A three-dimensional range image pickup device, characterized in that:
前記ベースライン調整機構は、前記装置本体に設けられた伸縮機構を手動操作することにより、撮像素子と投光系との距離を可変調整するものであることを特徴とする請求項9記載の三次元距離画像撮像装置。10. The tertiary tertiary system according to claim 9, wherein the baseline adjustment mechanism variably adjusts a distance between the image sensor and the light projecting system by manually operating a telescopic mechanism provided in the apparatus main body. Original range image pickup device. 前記装置本体は、前記撮像素子または投光系の一方が設けられる第1の筐体と、前記第1の筐体にスライド可能に接合され、前記撮像素子または投光系の他方が設けられる第2の筐体とを有し、前記ベースライン調整機構は、第2の筐体を第1の筐体に対してスライドさせることにより、撮像素子と投光系との距離を可変調整するものであることを特徴とする請求項10記載の三次元距離画像撮像装置。A first housing provided with one of the image sensor or the light projecting system, and a slidably joined to the first housing provided with the other of the image sensor or the light projecting system. And a base line adjusting mechanism that variably adjusts a distance between the image sensor and the light projecting system by sliding the second case with respect to the first case. 11. The three-dimensional range image pickup device according to claim 10, wherein: 前記ベースライン調整機構は、撮像素子と投光系との調整された距離を検出するベースライン検出手段を有することを特徴とする請求項9記載の三次元距離画像撮像装置。The three-dimensional range image pickup device according to claim 9, wherein the baseline adjustment mechanism includes a baseline detection unit that detects an adjusted distance between the image sensor and the light projecting system. 前記撮像角度調整機構は、前記装置本体に設けられた回動機構を手動操作することにより、撮像素子の角度を可変調整するものであることを特徴とする請求項9記載の三次元距離画像撮像装置。10. The three-dimensional distance image pickup according to claim 9, wherein the imaging angle adjustment mechanism variably adjusts the angle of the imaging element by manually operating a rotation mechanism provided in the apparatus main body. apparatus. 前記装置本体は、前記撮像素子を設けた分離筐体と、前記分離筐体を装置本体に回動可能に接合したヒンジ部とを有し、前記撮像角度調整機構は、前記分離筐体をヒンジ部を介して回動することにより、撮像素子の角度を可変調整するものであることを特徴とする請求項13記載の三次元距離画像撮像装置。The apparatus main body includes a separation housing provided with the imaging element, and a hinge unit rotatably joining the separation housing to the apparatus main body. The imaging angle adjustment mechanism hinges the separation housing. 14. The three-dimensional range image pickup device according to claim 13, wherein the angle of the image pickup device is variably adjusted by rotating through the unit. 前記撮像角度調整機構は、撮像素子の調整された角度を検出する撮像角度検出手段を有することを特徴とする請求項9記載の三次元距離画像撮像装置。10. The three-dimensional range image pickup device according to claim 9, wherein the image pickup angle adjustment mechanism includes an image pickup angle detection unit that detects an adjusted angle of the image pickup device.
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