JP2012255777A - 物体までの距離を測定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つまたは複数の物体の画像から得ることができる、距離測定の予測精度を反映している信号を提供する。
【解決手段】物体１４までの距離１２を測定するためのシステム１０が、ある位置に配置されたカメラ１６と、カメラ１６の設定を反映した信号３０，３２，３４とを備える。カメラ１６に作動可能に接続された制御装置１８が、信号を受信し、信号に基づいて精度信号３６を生成する。精度信号３６は、距離測定の予測精度を反映している。制御装置１８に作動可能に接続された表示器３８，４２が、精度信号３６を反映している表示を提供する。距離測定の方法は、カメラを配置するステップ、距離測定の予測精度を反映している信号を生成するステップ、信号を反映している表示を提供するステップ、その位置で物体の１つまたは複数の画像を撮影するステップと、その１つまたは複数の画像に基づいて、物体までの距離を計算するステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、物体までの距離を測定するためのシステムおよび方法を含む。具体的には、本発明の様々な実施形態が、１つまたは複数の物体の画像から得ることができる、距離測定の予測精度を反映している信号を提供する。

物体までの距離を測定する分野で、様々なシステムおよび方法が知られている。例えば、物体の表面から反射されるレーザ、音声または他のエネルギーパルスを使用して、距離を計測することができる。しかし、これらのシステムは法外に高価であり、および／または制限された空間に嵌め込むには大きすぎることがある。その結果、三角測量法、立体的測定法、および／または３次元写真撮影法と一般に称される様々な技術が、変化する光状況下で撮影された物体の複数の画像に基づいて、物体までの１つまたは複数の距離を計算するために開発されてきた。例えば、画像の様々な影の長さ、角度および／または幅の分析を物体までの距離を計算するために使用することがある。その場合、物体までの計算された距離を収集して、物体の形状、幾何学的形状または輪郭を決定するために使用することがある。

既存の測定技術により、しばしば、様々な距離の精度が決定され、計算されることが可能になる。しかし、様々な計算された距離の精度は、一般に、撮影された画像、および／または撮影された画像に基づく計算に基づいている。その結果、様々な計算された距離の精度は、一般に、物体の画像撮影に付随する時間および費用を既に負担した後に初めて入手可能である。様々な距離の精度が要求に満たない場合には、物体の画像撮影に付随する時間および費用が繰り返されなければならない。したがって、その後の距離計算の精度の表示を提供する、物体までの距離を測定するためのシステムおよび方法が有益であろう。

本発明の態様および利点が以下の説明の中で下記に述べられ、または説明から明らかになり、または本発明の実施により習得されることが可能である。

本発明の一実施形態は、物体までの距離を計測するためのシステムである。システムが、ある位置に配置されたカメラと、その位置でカメラによって生成される少なくとも１つの信号であって、カメラの設定を反映している少なくとも１つの信号とを含む。制御装置が、カメラに作動可能に接続され、少なくとも１つの信号を受信し、少なくとも１つの信号に基づいて精度信号を生成する。精度信号は、その位置で前記カメラによって撮影された物体の１つまたは複数の画像から得ることができる距離測定の予測精度を反映している。制御装置に作動可能に接続された表示器が精度信号を反映している表示を提供する。

本発明の別の実施形態は、物体までの距離を測定するための方法である。その方法は、物体に対してある位置にカメラを配置するステップと、その位置でカメラによって撮影された物体の１つまたは複数の画像から得ることができる距離測定の予測精度を反映している信号を生成するステップとを含む。その方法はさらに、信号を反映している表示を提供するステップと、その位置で物体の１つまたは複数の画像を撮影するステップと、その位置で撮影された物体の１つまたは複数の画像に基づいて、物体までの距離を計算するステップとを含む。

本発明のさらに別の実施形態は、物体までの距離を測定するための方法であって、物体に対してある位置にカメラを配置するステップと、その位置でカメラのための露出設定または利得設定の少なくとも１つを決定するステップとを含む方法である。その方法はさらに、その位置でカメラのための露出設定または利得設定の少なくとも１つに基づいて信号を生成するステップを含み、その信号は、その位置でカメラによって撮影された物体の１つまたは複数の画像から得ることができる距離測定の予測精度を反映している。加えて、その方法は、信号を反映している表示を提供するステップと、その位置で物体の１つまたは複数の画像を撮影するステップと、その位置で撮影された物体の１つまたは複数の画像に基づいて、物体までの距離を計算するステップとを含む。

当業者は、本明細書を検討すれば、そのような実施形態および他の実施形態の特徴および態様をよりよく理解するであろう。

本発明の完全で実施可能な開示は、当業者にとって最良の方法を含めて、添付の図面を参照することを含めて、本明細書の残りの部分により具体的に述べられる。

本発明の一実施形態による物体までの距離を測定するためのシステムの機能構成図である。 本発明の一実施形態による物体までの距離を測定するための方法のアルゴリズムである。 ファインダ内の例示的視覚表示の図である。 図３に示す状態に基づいて、システムによって生成された物体の例示的３次元画像の図である。 ファインダ内の例示的視覚表示の図である。 図５に示す状態に基づいて、システムによって生成された物体の例示的３次元画像の図である。

ここで本発明の本実施形態に詳細に言及するが、本発明の１つまたは複数の実施例が添付の図面に図示されている。詳細な説明では、図面の中で特徴に言及するために数字および文字記号を使用する。図面および説明の中で同じ、または類似の記号は、本発明の同じまたは類似の部品を言及するために使用されている。

各実施例は本発明の説明として提供され、本発明を制限するものではない。実際に、修正形態および変形形態が、本発明の範囲および精神から離れることなく、本発明の中で実施され得ることは当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の部分として図示され、説明された特徴は、さらに追加の実施形態をもたらす別の実施形態に使用することができる。したがって、本発明が、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に生じるような修正形態および変形形態に及ぶと意図するものである。

本発明の様々な実施形態が物体までの距離を測定するためのシステムおよび方法を提供し、次いで、物体までの距離が物体の形状、幾何学的形状または輪郭を決定するために使用される。そのシステムおよび方法は、特定の位置でカメラによって撮影された物体の１つまたは複数の画像から得ることができる距離測定の精度を反映している表示を提供する。その表示に基づいて、所望であれば、距離測定の所望の精度を達成するために、１つまたは複数の画像を撮影する前に、カメラを再配置することができる。

図１は、本発明の一実施形態による、物体１４までの距離１２を測定するためのシステム１０の機能構成図である。システム１０は一般に、制御装置１８に作動可能に接続されたカメラ１６を含む。本明細書で使用される場合、「カメラ」という用語は、当技術分野で知られたデジタルまたはアナログカメラなど、物体の１つまたは複数の画像を撮影することができる任意の装置を含む。図１に示すように、例えば、カメラ１６は、開口部２０、開口部２０を交互に覆いまたは露出する格納式シャッタ２２、光を集めるレンズ２４および物体１４を照明するための光源２６を備えることができる。画像を撮影するためにシャッタ２２は開口部２０を露出し、レンズ２４は開口部２０を通る光を記録媒体２８に集める。

カメラ１６は、物体１４に対してある位置にカメラ１６を配置するための当技術分野で既知のボアスコープまたは他の装置（図示せず）の中に合体されてもよい。その位置に一旦配置されると、カメラ１６は、カメラ１６内の様々な設定を通信し、反映する、制御装置１８に対する複数の信号を生成し、１つまたは複数の信号の組合せが物体までの相対的な距離を決定するために使用されることがある。例えば、カメラ１６は、光設定（例えば、スイッチ入れ、スイッチ切りまたは輝度）を反映している光信号３０、露出設定（例えば、開口部２０の幅、シャッタ２２の速度）を反映している露出信号３２、および／またはカメラ１６に付随する利得設定を反映している利得信号３４を生成することができる。各設定は操作者が手動で設定することができ、またはカメラ１６に含まれる従来の操作プロトコルまたはプログラミングによって自動的に設定可能である。例えば、光源２６によって生成される照明が視準されないとすれば、照明の反映強度は物体までの距離の２乗に比例して低下する。その結果、所与の光強度に対して、露出設定および／または利得設定が、物体までの距離が増加するにつれて、所与の画像輝度水準を維持するために増加されなければならない。したがって、所与の光信号３０に対して、露出信号３２および利得信号３４を物体までの相対的な距離を予測通りに表示するために使用することができる。当業者なら、カメラ１６の特定の実施形態が追加の設定を有し、追加の信号を生成することができ、前述の実施例が、カメラ１６および／またはカメラ１６によって生成される信号に付随するすべての設定の網羅的リストであると意図するものではないことを理解すべきである。

本明細書に記載するように、制御装置１８の技術的効果は、カメラ１６によって生成される１つまたは複数の信号３０、３２および３４に基づいて精度信号３６を生成することである。制御装置１８は、ラップトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ、小型コンピュータまたはメインフレームコンピュータなどの当技術分野で既知の任意のコンピュータシステムに含まれる独立型構成要素または従属構成要素を含むことができる。本明細書で考察される様々な制御装置１８およびコンピュータシステムは、任意の特定のハードウェアアーキテクチャまたは構成に限定されない。本明細書で述べるシステムおよび方法の実施形態は、１つまたは複数の一般的目的によって、または所望の機能を提供する任意の適切な方法で適合された専用の制御装置によって実施することができる。例えば、制御装置１８は、本主題事項を捕捉し、または本主題事項には関連しない追加の機能を提供するように適合されてもよい。ソフトウェアが使用される場合は、任意の適切なプログラミング、スクリプトの使用、あるいは他の型の言語または言語の組合せが、本明細書に含まれる教示を実施するために使用されてもよい。しかし、本明細書で述べ、開示するいくつかのシステムおよび方法は、制限しないが、アプリケーションに特化した回路を含むハードワイヤード論理、または他の回路によって実施されてもよい。もちろん、コンピュータで実行されるソフトウェアおよびハードワイヤード論理または他の回路の様々な組合せもまた適切であることもある。

制御装置１８は、１つまたは複数の信号３０、３２および３４を受信し、それらの信号を個別にまたは集合的に１つまたは複数の所定の限界値と比較する。例えば、ほとんどの三角測量に基づく測定システムの精度は、物体までの距離が増加するにつれて、非線形的に低下し、所定の限界値は、距離測定の予測精度に対応付けられた光信号３０、露出信号３２および／または利得信号３４の様々な組合せを含み得る。したがって、制御装置１８は、１つまたは複数の信号３０、３２および３４を個別にまたは集合的に１つまたは複数の所定の限界値とこうして比較することに基づいて、その場所でカメラ１６によって撮影された物体１４の１つまたは複数の画像から得ることができる距離測定の予測精度を決定することができる。例えば、高い光信号３０、低い露出信号３２および低い利得信号３４は個別に、またはある集合的組合せで、物体１４の画像を撮影するための非常に良好な状態を示すことがあり、高い予測精度をもたらすことになる。反対に、低い光信号３０、高い露出信号３２および高い利得信号３４は個別に、またはある集合的組合せで、物体１４の画像を撮影するためのあまり好ましくない状態を示すことがあり、低い予測精度をもたらすことになる。当業者の一人なら、比較された実際の信号および各信号に加えられる相対的な重みが、特定のカメラ１６、物体１４の表面特性、予測距離および所定の限界値などの様々なアプリケーションに特化したパラメータに基づいて、必要以上の実験または調査をせずに決定することが可能であるとすぐに理解することができる。

図１に示すように、制御装置１８は、１つまたは複数の信号３０、３２および３４に基づいて精度信号３６を生成し、精度信号３６は、その位置でカメラ１６によって撮影された物体１４の１つまたは複数の画像から得ることができる距離測定の予測精度を反映している。制御装置１８に作動可能に接続された表示器は、精度信号３６を受信し、精度信号３６を反映している表示を提供する。表示は、例えば、精度信号３６を操作者に伝達する、ファインダ４０内に含まれる、デジタルまたはアナログアイコンなどの視覚表示３８を備えることができる。別法として、または加えて、表示は、同様に精度信号３６を操作者に伝達する音声表示または音声４２を生成するスピーカを備えることができる。

図２は、本発明の一実施形態による、物体１４までの距離を測定する方法の流れ図またはアルゴリズムを提供し、図３〜６は、様々な視覚表示３８および物体１４の３次元画像を提供して、その方法を図示する。ブロック５０で、操作者は物体１４に対してある位置にカメラ１６を配置する。ブロック５２で、様々な設定が、その位置で物体１４のビデオキャプチャを高めるためにカメラ１６内に自動または手動で設定される。例えば、カメラ１６内に含まれる従来の操作プロトコルまたはプログラミングは、光源２６の輝度、シャッタ２２の速度、焦点、利得、およびカメラ１６内で利用できる無数の他の光学設定など、様々な設定を自動的に設定するために使用することができる。別法として、または加えて、所望であれば、操作者は任意の設定を手動で設定し、または無効にすることができる。ブロック５４で、カメラ１６は設定を決定し、制御装置１８の設定を反映している１つまたは複数の信号を生成する。例えば、カメラ１６は、上述のように、制御装置１８への光信号３０、露出信号３２および／または利得信号３４を生成することができる。

ひし形５６で、制御装置１８は、１つまたは複数の信号３０、３２および３４を１つまたは複数の所定の限界値と比較し、その位置で前記カメラ１６によって撮影された物体１４の１つまたは複数の画像から得ることができる距離測定の予測精度を反映している信号３６を生成する。ブロック５８で、信号３６は信号３６を反映している表示（例えば、視覚または聴覚）、したがって予測精度を生成する。例えば、図３に示すように、ファインダ４０内の視覚表示３８は、その位置で前記カメラ１６によって撮影された物体１４の１つまたは複数の画像から得られる任意の距離測定に対して、相対的に低い予測精度を反映している。その結果、操作者は、図２の線６０によって示すように、カメラ１６を新しい位置に再配置することによってもう一度ブロック５０でその方法を開始することができる。対照的に、図５に示すファインダ４０内の視覚表示３８は、その位置で前記カメラ１６によって撮影された物体１４の１つまたは複数の画像から得られる任意の距離測定に対して、相対的に高い予測精度を反映している。その結果、操作者は、追加の画像撮影および物体１４までの距離の計算に進むことができる。

ブロック６２では、システム１０が物体１４の１つまたは複数の画像を撮影し、ブロック６４では、システム１０は撮影した画像を使用して、物体１４までの１つまたは複数の距離を決定し、計算する。例えば、システム１０は三角測量法、立体的測定法、および／または３次元写真撮影法と称される様々な１つまたは複数の技術を使用することができるが、しかし、特定の測定技術は、特許請求の範囲に具体的に記載されない限り、本発明を制限するものではない。図４は、図３に示す状態に基づいて、システム１０によって生成された、物体１４の例示的３次元画像６６を提供する。図４に示すように、物体１４までの計算された距離は相対的に正確ではなく、対応して不正確な３次元画像６６を生成し、画像６６には、実質的な量のノイズおよび不正確な測定または物体１４の表面の不正確な輪郭の他の証拠が含まれる。対照的に、図６は、図５に示す状態に基づいて、システム１０によって生成された物体１４の例示的な３次元画像６６を提供する。図６に示すように、物体１４までの計算された距離は相対的に正確であり、物体１４の輪郭により厳密に近似する、対応して正確な３次元画像６６を生成する。その結果、本発明の様々なシステムおよび方法が操作者に、画像撮影および距離計算という時間がかかり、潜在的に費用のかかる工程に進む前に、距離測定の予測精度の表示を提供し、したがって、操作者が、所望の精度を達成するためにカメラ１６を再配置し、または調整することができるようになる。

ここに記載する説明は、最良の型を含む、本発明を開示するため、かつ当業者が本発明を実施することができる例を使用しており、任意の装置またはシステムを作成および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実施することを含む。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に生じる他の実施例を含むことも可能である。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を含む場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言とは実質的に異ならない均等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあると意図するものである。

１０ システム
１２ 距離
１４ 物体
１６ カメラ
１８ 制御装置
２０ 開口部
２２ シャッタ
２４ レンズ
２６ 光源
２８ 記録媒体
３０ 光信号
３２ 露出信号
３４ 利得信号
３６ 精度信号
３８ 視覚表示（表示器）
４０ ファインダ
４２ 音声（表示器）
５０ カメラを配置する
５２ カメラ設定を設定する
５４ カメラ設定を決定し、カメラ信号を生成する
５６ カメラ信号を所定の限界値と比較する
５８ 表示を生成する
６０ カメラを再配置する
６２ 画像を撮影する
６４ 距離を計算する
６６ ３次元画像

Claims (14)

1. 物体（１４）までの距離（１２）を測定するためのシステム（１０）であって、
   ａ．ある位置に配置されたカメラ（１６）と、
   ｂ．前記位置で前記カメラ（１６）によって生成される少なくとも１つの信号（３０，３２，３４）であって、前記カメラ（１６）の設定を反映している少なくとも１つの信号（３０，３２，３４）と、
   ｃ．前記カメラ（１６）に作動可能に接続された制御装置（１８）であって、前記少なくとも１つの信号（３０，３２，３４）を受信し、前記少なくとも１つの信号（３０，３２，３４）に基づいて精度信号（３６）を生成し、前記精度信号（３６）が、前記位置で前記カメラ（１６）によって撮影された前記物体（１４）の１つまたは複数の画像から得ることができる距離（１２）測定の予測精度を反映している、制御装置（１８）と、
   ｄ．前記制御装置（１８）に作動可能に接続された表示器（３８，４２）であって、前記精度信号（３６）を反映している表示を提供する、表示器（３８，４２）と
   を備える、システム（１０）。
2. 所定の限界値をさらに備え、前記制御装置（１８）が前記少なくとも１つの信号（３０，３２，３４）を前記所定の限界値と比較する、請求項１記載のシステム（１０）。
3. 前記表示が視覚表示（３８）を備える、請求項１乃至２のいずれか１項記載のシステム（１０）。
4. 前記表示が音声（４２）を備える、請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム（１０）。
5. 前記少なくとも１つの信号（３２，３４）が、前記位置で前記カメラ（１６）の露出設定または利得設定の少なくとも１つを反映している、請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム（１０）。
6. 前記カメラ（１６）に作動可能に接続された光源（２６）をさらに備える、請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム（１０）。
7. 物体（１４）までの距離（１２）を測定するための方法であって、
   ａ．前記物体（１４）に対してある位置にカメラ（１６）を配置するステップと、
   ｂ．前記位置で前記カメラ（１６）によって撮影された前記物体（１４）の１つまたは複数の画像から得ることができる距離（１２）測定の予測精度を反映している信号（３６）を生成するステップと、
   ｃ．前記信号（３６）を反映している表示（３８，４２）を提供するステップと、
   ｄ．前記位置で前記物体（１４）の１つまたは複数の画像を撮影するステップと、
   ｅ．前記位置で撮影された前記物体（１４）の前記１つまたは複数の画像に基づいて、前記物体（１４）までの距離（１２）を計算するステップと
   を含む方法。
8. 前記信号（３６）を反映している視覚表示（３８）を表示するステップをさらに含む、請求項７記載の方法。
9. 前記信号（３６）を反映している音声表示（４２）を生成するステップをさらに含む、請求項７乃至８のいずれか１項記載の方法。
10. 前記位置で前記カメラ（１６）のための露出設定または利得設定の少なくとも１つを決定するステップをさらに含む、請求項７乃至９のいずれか１項記載の方法。
11. 前記位置で前記カメラ（１６）のための露出設定または利得設定の少なくとも１つを所定の限界値と比較するステップをさらに含む、請求項７乃至１０のいずれか１項記載の方法。
12. 前記位置で前記カメラ（１６）のための露出設定または利得設定の少なくとも１つに基づいて、前記信号（３６）を生成するステップをさらに含む、請求項７乃至１１のいずれか１項記載の方法。
13. 前記物体（１４）の３次元画像（６６）を生成するステップをさらに含む、請求項７乃至１２のいずれか１項記載の方法。
14. 前記物体（１４）を照明するステップをさらに含む、請求項７乃至１３のいずれか１項記載の方法。