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公開番号2025117801
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2024012718
出願日2024-01-31
発明の名称距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法
出願人TOPPANホールディングス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01S 7/4861 20200101AFI20250805BHJP(測定;試験)
要約【課題】フレアの影響を抑制し、距離測定の精度を向上させる。
【解決手段】距離画像撮像装置は、光源部と、光電変換素子、及び3個以上の電荷蓄積部を有する画素と、前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、照射タイミングと蓄積タイミングとを制御し、蓄積された電荷量に基づいて、被写体までの距離を計測して、距離画像を生成する距離画像処理部とを備え、前記距離画像処理部は、所定の測定条件で、前記光源部及び前記画素駆動回路を制御して生成した第1距離画像と、蓄積される電荷量が低減されるように、前記所定の測定条件を変更して生成した第2距離画像と、前記所定の測定条件で、フレアによる電荷が前記電荷蓄積部に蓄積されないように、前記蓄積タイミングを遅延させて生成した第3距離画像とを合成して前記距離画像を生成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する光源部と、
入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び電荷を蓄積する３個以上の電荷蓄積部を有する画素と、フレーム周期により前記光パルスの照射に同期させたタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、
前記光パルスを照射する照射タイミングと前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる蓄積タイミングとを制御し、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を計測して、距離画像を生成する距離画像処理部と
を備え、
前記距離画像処理部は、
前記光パルスの照射出力及び前記電荷蓄積部への電荷蓄積回数である所定の測定条件で、前記光源部及び前記画素駆動回路を制御して生成した第１距離画像と、
蓄積される電荷量が低減されるように、前記所定の測定条件を変更して生成した第２距離画像と、
前記所定の測定条件で、フレアによる電荷が前記電荷蓄積部に蓄積されないように、前記蓄積タイミングを遅延させて生成した第３距離画像と
を合成して前記距離画像を生成する
距離画像撮像装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記距離画像処理部は、
前記第１距離画像と前記第２距離画像とをＨＤＲ（High Dynamic Range）により合成してＨＤＲ距離画像を生成し、
各画素が閾値距離以下の近距離画素であるか否かを判定し、
各画素に対して、前記近距離画素である場合に、前記ＨＤＲ距離画像の画素値を選択し、前記近距離画素でない遠距離画素である場合に、前記第３距離画像の画素値を選択して合成して、前記距離画像を生成する
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項３】
前記距離画像処理部は、
前記第３距離画像の各画素に対して、距離算出エラーが発生した場合に、前記近距離画素であると判定し、当該画素に、前記ＨＤＲ距離画像の画素値を選択する
請求項２に記載の距離画像撮像装置。
【請求項４】
前記距離画像処理部は、
前記第１距離画像の各画素に対して、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記電荷量に基づいて、近距離低反射率の物体であるか否かを判定し、
さらに、前記第１距離画像において、前記近距離低反射率の物体に対応する画素に、前記ＨＤＲ距離画像の画素値を選択する
請求項３に記載の距離画像撮像装置。
【請求項５】
前記距離画像処理部は、
前記所定の測定条件から、前記光パルスの照射強度又は前記電荷蓄積回数を低減して、前記第２距離画像を生成する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項６】
前記フレーム周期は、蓄積期間、及び前記蓄積期間に前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量を読み出すための読み出し期間により構成される複数のサブフレーム期間を含み、
前記複数のサブフレーム期間には、前記第１距離画像を生成するための第１サブフレーム期間と、前記第２距離画像を生成するための第２サブフレーム期間と、前記第３距離画像を生成するための第３サブフレーム期間とが含まれる
請求項５に記載の距離画像撮像装置。
【請求項７】
測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び電荷を蓄積する３個以上の電荷蓄積部を有する画素と、フレーム周期により前記光パルスの照射に同期させたタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記光パルスを照射する照射タイミングと前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる蓄積タイミングとを制御し、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を計測して、距離画像を生成する距離画像処理部と、を備える距離画像撮像装置の距離画像撮方法であって、
前記距離画像処理部が、前記光パルスの照射出力及び前記電荷蓄積部への電荷蓄積回数である所定の測定条件で、前記光源部及び前記画素駆動回路を制御して第１距離画像を生成する第１生成ステップと、
前記距離画像処理部が、蓄積される電荷量が低減されるように、前記所定の測定条件を変更して第２距離画像を生成する第２生成ステップと、
前記距離画像処理部が、前記所定の測定条件で、フレアによる電荷が前記電荷蓄積部に蓄積されないように、前記蓄積タイミングを遅延させて第３距離画像を生成する第３生成ステップと、
前記距離画像処理部が、前記第１距離画像と、前記第２距離画像と、前記第３距離画像とを合成して前記距離画像を生成する合成ステップと
を含む距離画像撮像方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
光の速度が既知であることを利用し、空間（測定空間）における光の飛行時間に基づいて測定器と対象物との距離を測定する、タイム・オブ・フライト（Time of Flight、以下「ＴＯＦ」という）方式の距離画像撮像装置が実現されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第４２３５７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したような従来の距離画像撮像装置では、近距離の被写体を高パワーで撮像した際にフレアが発生する場合があり、このフレアにより距離測定の精度が低下する場合があった。ここで、フレアとは、近距離物体からの反射光が、センサ表面で再反射し、レンズ－センサ間に乱反射が発生し、特に遠距離物体の距離測定の精度を低下させるノイズが出現する現象である。
【０００５】
また、従来の距離画像撮像装置では、同じような距離に反射率が高い被写体と低い被写体とが存在する状況下で、両者の距離を精度よく測定するために、ＨＤＲ（High Dynamic Range）による距離画像の生成が行われている。ここで、ＨＤＲとは、光源のパワーが高い、又は、電荷蓄積回数が多い駆動で撮像した距離画像と、逆に光源のパワーが低い、又は電荷蓄積回数が少ない駆動で撮像した距離画像とを合成する手法である。
しかしながら、従来の距離画像撮像装置では、例えば、同じような距離に反射率が高い被写体と低い被写体とが存在する状況下で、ＨＤＲによる距離画像を生成しても、高光源パワーまたは高電荷蓄積回数で測定した距離画像に発生するフレアの影響を抑制することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、同じような距離に反射率が高い被写体と低い被写体とが存在する状況下で、フレアの影響を抑制し、距離測定の精度を向上させることができる距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び電荷を蓄積する３個以上の電荷蓄積部を有する画素と、フレーム周期により前記光パルスの照射に同期させたタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記光パルスを照射する照射タイミングと前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる蓄積タイミングとを制御し、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を計測して、距離画像を生成する距離画像処理部とを備え、前記距離画像処理部は、前記光パルスの照射出力及び前記電荷蓄積部への電荷蓄積回数である所定の測定条件で、前記光源部及び前記画素駆動回路を制御して生成した第１距離画像と、蓄積される電荷量が低減されるように、前記所定の測定条件を変更して生成した第２距離画像と、前記所定の測定条件で、フレアによる電荷が前記電荷蓄積部に蓄積されないように、前記蓄積タイミングを遅延させて生成した第３距離画像とを合成して前記距離画像を生成する距離画像撮像装置である。
【０００８】
また、本発明の一態様は、上記の距離画像撮像装置において、前記距離画像処理部は、前記第１距離画像と前記第２距離画像とをＨＤＲ（High Dynamic Range）により合成してＨＤＲ距離画像を生成し、各画素が閾値距離以下の近距離画素であるか否かを判定し、
各画素に対して、前記近距離画素である場合に、前記ＨＤＲ距離画像の画素値を選択し、前記近距離画素でない遠距離画素である場合に、前記第３距離画像の画素値を選択して合成して、前記距離画像を生成してもよい。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上記の距離画像撮像装置において、前記距離画像処理部は、前記第３距離画像の各画素に対して、距離算出エラーが発生した場合に、前記近距離画素であると判定し、当該画素に、前記ＨＤＲ距離画像の画素値を選択してもよい。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記の距離画像撮像装置において、前記距離画像処理部は、前記第１距離画像の各画素に対して、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記電荷量に基づいて、近距離低反射率の物体であるか否かを判定し、さらに、前記第１距離画像において、前記近距離低反射率の物体に対応する画素に、前記ＨＤＲ距離画像の画素値を選択してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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