技術情報

3次元距離画像技術

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太陽光や照明環境に左右されない、世界最先端の3次元距離画像技術。

立体的に、リアルタイムに、最速50FPSで3次元距離情報を取得する新技術。対象物までの奥行きや高さ、形状、位置関係といった撮像空間内の諸情報を、太陽光や照明環境、設置条件に左右されずに取得することができます。


3次元距離画像技術の原理

3次元距離画像技術の原理

近赤外線LEDの高速光源と、距離画像データを取得するために特別に設計されたCMOSイメージセンサを用い、投光した光がターゲットに当たって戻る時間を約2万点の各画素ごとにリアルタイムで測定することにより、距離画像イメージを取得します(TOF方式:Time Of Flight 光の飛行時間)。これにより、対象物体を立体面で計測すると同時に情報を出力することを可能にしています。

距離画像カメラでは、TOF方式の中でも位相差法を用い、投光パルスを高速で点滅させ、反射光の位相遅れの程度を計測することで、距離計測を行います。

これは距離0mで、位相差0°であり、位相差が大きくなると距離が遠くなります。 位相差を計測する手法は、投光パルスと位相をずらして受光を行い、それぞれの位相の電荷を蓄積・平均化し、その変化を比較します。

例えば、0°(Detector A)と180°(Detector B)の位相差出力を比較すると、距離0mではDetector Aの出力に、100%の電圧が発生し、Detector Bには、電圧は発生しません。
この出力は、距離が遠ざかるに従って変化し、位相差φでは以下のような斜線の部分を積分した電圧が出力され、この出力差により位相差を推測し距離算出を行います。

実際には、2つの位相だけでは、360°全ての位相差に対応できないため、各フレームで、0°、90°、180°、270°の位相差の出力を比較し距離精度を維持します。

3次元距離画像技術

画像を取得する既存技術との比較

  3次元距離画像 ステレオビジョン 2次元画像処理
方式 光が対象物に当たって返ってくるまでの時間を測定する 2台以上のカメラで2次元画像を取得し、視差を測定する カメラから2次元画像を取得し
画像処理を行なう
演算負荷
(少ない)
×
(多い)
(処理内容による)
大きさ(形状)
(小型化が可能)

(ある程度の大きさが必要)

(小型化が可能)
距離分解能
(遠くは分解能が下がる)
×
(距離は測定できない)
屋外での使用
(太陽光や影などの影響を受けやすい)

(太陽光や影などの影響を受けやすい)
暗闇下での使用
(可能)
×
(一定の明るさが必要)
×
(一定の明るさが必要)
測定に
必要な条件
特になし 背景と測定対象にコントラストが必要 背景と測定対象にコントラストが必要
精密な位置決めが必要
距離画像

撮像空間から複数の情報をリアルタイムで計測

  • 対象物までの奥行きや高さ、幅、形状
  • 遠近の位置関係から、移動方向や相対スピードが推定可能

距離情報を加工することにより

  • 背景と対象物が同系色、或いはコントラストが無くても、容易にターゲットを分離、抽出することが可能
  • 複雑な背景の中にある対象物の特定形状やジェスチャーといった認識が可能
  • 特定の検出領域を、空間上に3次元的なバーチャルエリアを設定することが可能

撮像した情報には、XYZの距離情報と自発光によって得られた輝度情報が含まれ、リアルタイムに同時に出力します。

環境条件の影響を受けない新技術。

2次元画像処理や、複数のカメラで距離を測るステレオビジョンと異なり太陽光や影の影響を受けない為、昼夜、屋内外を問わず、お使いいただけます。また、距離情報を処理することで、撮像背景の色やコントラストに関係なく対象物を分離、抽出できます。


距離を取得する既存技術との比較

  3次元距離画像 レーザースキャン
方式 光が対象物に当たって返ってくるまでの時間を測定する レーザーをポリゴンミラーで回転、平面をスキャンし距離を測定する
距離分解能 ◎(距離精度に優れる)
屋外での使用
暗闇下での使用 ○(可能) ○(可能)
スキャンレート ○(1画面で最大50FPS) ○(1平面で20~60FPS)
検出範囲 立体、約2万点の画素を同時に計測する 平面のみ、一つの光軸をスキャンする

技術説明の図

立体空間で検出。格段に広がる領域。

一般的な距離測定では、1点のポイントを測る、またはポイントを水平にスキャンして平面データを取得しますが、当社の技術では撮像空間内にバーチャルな立体エリアを構成します。これにより、検出できる領域が格段に広がりました。

3次元距離画像技術

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