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专利名称：距离测量方法和距离测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过利用两个成像构件拍摄被摄体而获得具有视差的成对图像和基于所述图像测量图像中各点距离的方法。本发明还涉及用于实施上述距离测量方法的装置。
背景技术：
具有已知的方法，其中，通过其间设置有预定的基线长度的两个成像构件来拍摄被摄体从而得到具有视差的两个图像，并且基于所述图像来测量图像中各点的距离，如例如在日本未审专利公布No. 2000-283753所公开。利用这类距离测量方法产生立体图像，和得到作为测量目标的物体的三维位置数据。但是，也有这样的情况，其中在如上所述采用两个成像构件的传统距离测量方法中，在拍摄的被摄体中特定的视差量范围之内，基于视差量计算的距离数据中产生了大的误差。日本未审查专利公布No. 8(1996)-075456公开了一项发明，其中将一对成像构件稍微移动，以基于特征点的偏移(以亚像素单位计的移动量)校正距离数据，以便改进测量的距离数据的准确性。但是，这种校正是麻烦的，并且校正过程是耗时的。本发明鉴于前述情况而产生。本发明的目的是提供一种使用两个成像构件的距离测量方法，它能够以简单方式防止产生大的误差。本发明的另一个目的是提供能够实施所述距离测量方法的距离测量设备。

发明内容
本发明的距离测量方法是基于被摄体的图像对中对应点之间的视差量，获得关于所述对应点的距离数据的距离测量方法，所述图像对通过用在其间设置了预定基线长度的两个成像构件拍摄被摄体而获得，所述方法的特征在于以处于期望值的基线长度进行第一次摄影操作；在第一次摄影操作之后进行η次摄影操作，同时在每次摄影操作时将基线长度改变L (m+1/n)、L (m+2/n) · · · L (m+ (n-1) /n)，其中L是成像构件的像素间距，m是任意自然数， η是大于或等于2的整数；从利用η次摄影操作获得的视差量中，提取每次摄影操作共同的预定范围内的视
差量；和基于提取的视差量获得距离数据。注意，拍摄三个以上具有视差的图像并基于这些图像中的对应点获得距离数据的技术，是已知的。同样在这种情况下，如果相对于三个以上图像之间的图像对实施上面描述的每个处理，这样的方法包括在本发明的范围内。在本发明的距离测量方法中，希望当改变基线长度时，一个成像构件是固定的。改变基线长度可以是减少或增加基线长度。
在本发明的距离测量方法中，还希望提取的视差量要经历校正处理，以补偿由基线长度的差异导致的改变；并希望基于处理后的视差量获得距离数据。在本发明的距离测量方法中，还希望根据所期望的距离输出准确度和所期望的距离输出速度之一来改变η的值。同时，本发明的距离测量设备包含两个成像构件，在其间设置了预定的基线长度；和计算构件，其基于被摄体的图像对中对应点之间的视差量，获得关于所述对应点的距离数据，所述图像对已经通过用所述两个成像构件拍摄被摄体而获得；其特征在于还包含移动构件，用于在期间将基线长度设置在期望值的第一次摄影操作执行之后，相对地移动所述两个成像构件，以便执行η次摄影操作，同时在每次摄影操作时将基线长度改变L (m+l/n)、L (m+2/n) ...L(m+ (n-1) /n)，其中L是所述成像构件的像素间距，m是任意自然数，以及η是大于或等于2的整数；和计算构件，其被配置用于从利用η次摄影操作获得的视差量中提取每次摄影操作共同的预定范围内的视差量，并基于提取的视差量得到距离数据。这里也同样，改变基线长度可以是减少或增加基线长度。注意，在本发明的距离测量设备中，希望移动构件移动一个成像构件，同时保持另一个成像构件在固定状态。可以将本发明的距离测量设备描述为还包含校正构件，用于执行校正处理以补偿所提取的视差量由于基线长度的差异而产生的改变。存在这样的情况，其中在采用两个成像构件的距离测量方法中，在拍摄的被摄体中特定的视差量范围内，基于视差量计算的距离数据产生了大误差。产生这些大误差的视差量范围以对应于成像构件的像素间距的周期周期性地出现。本发明的距离测量方法鉴于前述事实而产生。也就是说，第一次摄影操作用设置成任意值的基线长度进行。然后，进行η次摄影操作，同时在每次摄影操作时将基线长度改变L (m+1/n)、L (m+2/n) · · · L (m+ (n-1) /n)，其中L是成像构件的像素间距，m是任意自然数， 以及η是大于或等于2的整数。然后，从利用η次摄影操作获得的视差量之间，提取每次摄影操作共同的预定范围内的视差量。最后，基于提取的视差量获得距离数据。因此，通过适当地设置预定范围，可以利用不导致产生距离数据中的大误差的视差量，来得到距离数据。注意，在本发明的距离测量方法中，可以采用在改变基线长度的同时固定一个成像构件的构造。这种情况下，三维空间的原点可以与固定的成像构件相关连。因此，能够便于后面描述的视差量的组合和距离数据的组合。另外，在本发明的距离测量方法中，可采用下面的构造其中将提取的视差量经历校正处理以补偿由于基线长度的差异而产生的改变；并基于处理过的视差量获得距离数据。这种情况下，可以防止由于基线长度的改变而产生的误差，并且变得有可能得到准确的距离数据。在本发明的距离测量方法中，可以采用这样的构造，其中η的值根据期望的距离输出准确度和期望的距离输出速度之一而改变。这种情况下，可以促进实现期望的距离输出准确度或期望的距离输出速度。也就是说，如果η的值增加，摄影操作的次数也增加。直到测量距离最终输出所需要的时间量变长，以及距离输出速度降低。但是，η值越大，可以提取和利用到误差量越小的视差量，并因此提高距离输出准确度。与以上相反，如果η值降低，距离输出速度提高，而距离输出准确度变差。因为这些倾向，可以通过在期望的距离输出准确度高的情况下将η值设置得大、和通过在期望的距离输出速度高的情况下将η值设置得�。�来促进实现期望的距离输出准确度或期望的距离输出速度。如上所述，本发明的距离测量设备包括两个成像构件，其间设置预定的基线长度；和计算构件，其基于被摄体的图像对中对应点之间的视差量，获得关于所述对应点的距离数据，所述图像对已经通过用所述两个成像构件拍摄被摄体而获得；其特征在于还包含移动构件，用于在期间将基线长度设置在期望值的第一次摄影操作进行之后，相对地移动所述两个成像构件，以便执行η次摄影操作，同时在每次摄影操作时将基线长度改变L (m+1/n)，L (m+2/n) ...L(m+ (n-1) /n)，其中L是所述成像构件的像素间距，m是任意自然数，以及η是大于或等于2的整数；和计算构件，其被配置用于从利用η次摄影操作获得的视差量中提取每次摄影操作共同的预定范围内的视差量，并基于提取的视差量得到距离数据。因此，本发明的距离测量设备能够执行本发明的距离测量方法。可以采用下述构造，其中本发明的距离测量设备还包括校正构件，用于执行校正处理，以补偿提取的视差量由于基线长度差异而产生的变化。这种情况下，可以防止由于基线长度改变而产生的误差，并且变得有可能得到准确的距离数据。附图简述图1是侧视图，示出了根据本发明第一个实施方案的距离测量设备的整个结构。图2是方框图，说明了图1的装置的主要部件。图3是流程图，说明了由图1的装置执行的处理的步骤。图4是图集，示出了视差量和误差之间的关系，并用于说明要提取的视差量。图5是图集，示出了视差性质的例子，并用于说明要提取的视差量。图6是图集，示出了视差量根据基线长度的变化。图7是图集，说明了用于校正图6中示出的变化的处理。图8是方框图，示出了根据本发明第二个实施方案的距离测量设备的主要部件。图9是流程图，说明了由图8的装置执行的处理的步骤。图10是方框图，示出了根据本发明第三个实施方案的距离测量设备的主要部件。图11是流程图，说明了由图10的装置执行的处理的步骤。具体实施例说明以下，将参考


本发明的实施方案。图1是侧视图，示出了根据本发明第一个实施方案的距离测量设备的整个结构。图2是方框图，示出了图1所绘的控制装置20与立体照相机10和立体照相机驱动部21在一起的构造。第一个实施方案的距离测量设备被应用于例如三维测量设备。如图1绘出的，所述距离测量设备配备有立体照相机10，其具有两个数字照相机IlA和IlB ；底座12 ；支架13，其设置成从底座12直立延伸；轨道15，其保持数字照相机IlA和11B，使得它们能够在图1的水平方向上活动，从而拍摄测量对象14 ；立体照相机驱动部21，用于沿着轨道15移动数字照相机IlA ；和控制装置20，用于控制立体照相机10和立体照相机驱动部21。如图2所示，控制装置20配备有控制部22，用于控制立体照相机10和立体照相机驱动部21的操作；视差计算部23，用于接收从数字照相机IlA和IlB输出的数字图象数据；与视差计算部23连接的记录判定部M ；与记录判定部M连接的距离计算部25 ；和与距离计算部25连接的记录部26。控制装置20由已知的计算机系统(未显示)构成，该计算机系统包含计算部、存储部、接口、显示构件等等。接下来，将参考图3描述由控制装置20执行的距离测量处理的流程。首先，所述处理在步骤STl启动，控制装置20获得由数字照相机IlA和IlB在步骤ST2处拍摄测量对象 14时，从它们输出的图像数据所形成的多对的图像数据集。控制装置20基于图像获取期间通过接口(未显示)输入的命令控制立体照相机驱动部21的操作，使得数字照相机IlA和 IlB之间在第一次摄影操作期间具有预定的基线。然后，数字照相机IlA移动预定距离，并执行第二次摄影操作。每次摄影操作获得从数字照相机IlA和IlB各自输出的图像数据， 因此，在本例中，得到两对的图像数据集。在步骤ST3，控制装置20利用图2的视差计算部23，基于每对中表示图像的图像数据，计算每对图像中对应点的视差量。注意，搜索对应点和计算视差量可以通过已知的方法、例如在日本未审专利公布No. 10(1998)-320561和2008-190868中描述的方法执行。接下来，控制装置20利用图2的记录判定部对，执行步骤ST4至ST7的处理。在步骤ST4时，记录判定部M判断每对图像中的每对对应点(对应像素)的视差量是否在两个预定阈值之间，也就是说，在后面要描述的预定范围内。在一对对应点的视差量在预定范围之内的情况下，所述视差量在步骤ST5被判定为用于记录的对象。在一对对应点的视差量落在预定范围之外的情况下，所述视差量在步骤ST6被判定为用于删去的对象。将判定结果与表示视差量的数据相关联，并发送到以下处理。接着，在步骤ST7处控制装置20判断图像对中的所有对应像素对是否都已经完成了以上判定处理。在没有完成判定处理的情况下，所述处理返回到步骤ST4，而在判定处理已经完成的情况下，所述处理继续前进到步骤 ST8。接下来，控制装置20利用图2的距离计算部25，执行步骤ST8至STlO的处理。在步骤ST8，距离计算部25基于每对图像中对应点的视差量，计算各个对应点的距离，也就是从数字照相机IlA和IlB到拍摄的测量对象14的表面上各点的距离。然后，在步骤ST9， 控制装置20在图2的记录部沈中，记录表示根据在步骤ST5被判定为用于记录的对象的视差量而得到的距离的数据。接着，在步骤ST10，控制装置20判断是否所有图像对(在本例中为两对)都已经完成了距离计算处理。在没有完成所有图像对的距离计算处理的情况下，处理返回到步骤ST3，而在已经完成所有图像对的距离计算处理的情况下，处理继续前进到步骤STll并结束。注意，当获得关于测量对象14的表面上各点的三维位置数据时，利用记录部沈中记录并表示距离的数据，产生表示距立体照相机10的距离的数据，也就是深度数据。图4是图集，用于说明从表示如上所述得到的视差量的数据中提取要提取的视差量的处理。图4中数字1指示的图形是示出计算的视差量和误差之间关系的图。注意，在本文中，视差量表示为相对于数字照相机IlA和IlB的成像表面上距离的距离。更具体地说，视差量表示为相对于成像元素的像素间距的距离。N至N+1以及N+1至N+2对应于单个像素间距。如本文所说明，误差基本上对应于视差量周期性改变，变化的周期是单个像素间距。在下文中，像素间距称为“L”。为了采用误差量小的视差量来计算距离，首先，N被指定为是与利用第一次摄影操作得到的图像对相关的视差量中的正整数(参看图4中用数字2指示的图)，并提取从 N-0. 25L至N+0. 25L的范围内的视差量，同时删去其余视差量，也就是图4中用数字2指示的图中阴影线部分指示的视差量。这是在图3的步骤ST5和ST6中执行的处理。用这样的方式提取的视差量是具有以仏贴1、贴2...的值为中心的士 0.25L范围内的视差量，N、N+1、 N+2...的值是误差量最小的值。图4中数字3指示的图示出了利用第二次摄影操作得到的一对图像的视差量。虽然图4中未显示，但这些视差量的误差性质与图4中用数字1指示的图形中示出的误差性质相同。也就是说，视差量中的误差在Ν、Ν+1、Ν+2处变得最�。�并以等于像素间距的周期出现周期性波动。同样地，相对于图4中用数字3指示的图中示出的视差量来执行图3的步骤 ST5和ST6的处理。也就是说，N被指定为正整数，提取从N-0. 25L至N+0. 25L的范围内的视差量，同时删去其余视差量，即阴影线部分指示的视差量。注意，这种情况下，值N-0. 25L 和N+0. 25L是前述的阈值。本文中，第一次摄影操作和第二次摄影操作之间，基线长度被改变L/2。因此，从图 4中用数字3指示的图中提取的视差量的范围(白色长方形)所指示的距离，与图4中它们直接上方的用数字2指示的图的阴影线部分表示的视差量范围所指示的距离相同。反之， 从图4中用数字2指示的图中提取的视差量的范围(白色长方形)所指示的距离，与图4 中它们直接下方的用数字3指示的图的阴影线部分表示的视差量范围所指示的距离相同。将从图4中用数字2指示的图中提取的视差量与从图4中用数字3指示的图中提取的视差量合成，使得相互补间，并据此计算距离数据，可以得到其中没有间隙的距离数据。或者，可以根据从图4中用数字2指示的图中提取的视差量得到距离数据，可以根据从图4中用数字3指示的图中提取的视差量得到距离数据，以及得到的距离数据可以被合成以相互补间。接下来，将参考图4中用数字4至7指示的图来描述本发明的替代实施方案。在上面描述的实施方案中，m的值设为0，η的值设为2，致使第一次摄影操作之后基线长度减少L/2，总共执行两次摄影操作(从两个位置摄影)。相反，在替代实施方案中，m的值设为 0，n的值设为4。在以任意设置的基线长度执行第一次摄影操作之后，基线长度被减少L/4、 2L/4和3L/4，以总共执行四次摄影操作(从四个位置摄影)。这种情况下，从利用第一次、第二次、第三次和第四次摄影操作得到的视差量中提取和删去的视差量，分别是图4中用数字4至7指示的图中表示的白色长方形和阴影线部分。这种情况下，提取在N-0. 125L至N+0. 125L的范围内的视差量。下面，将更详细描述在所述替代实施方案中提取和删去的视差量。将考虑，例如， 在图5的左上侧图形中示出的视差性质G。如果在不改变摄影位置的总共四次摄影操作中得到这样的视差性质、并如上所述提取和删去视差量的话，从利用第一次、第二次、第三次和第四次摄影操作期间得到的视差量中删去和提取的视差量，将分别是图5中用数字1至 4指示的图中示出的阴影线部分和所述阴影线部分之间的部分所指示的视差量。但是，在本实施方案中，四次摄影操作是从不同的位置执行的。因此，删去和提取的视差量分别是由图6中用数字1至4指示的图中示出的阴影线部分和所述阴影线部分之间的部分指示的视差量。这种情况下，如果合成阴影线部分之间的范围并根据合成的视差量得到距离数据的话，则将在距离数据中产生误差。为了防止产生这样的误差，可以对图6 中数字用2至4指示的图的阴影线部分之间的视差量针对由于摄影位置与第一次摄影操作的位置不同导致发生的差异执行补偿处理。然后，可以合成图7中用数字2至4指示的图中示出的处理过的视差量。接下来，将参考图8描述根据本发明的第二个实施方案的距离测量设备。注意，与参考图2描述的元件相同的元件将用相同的参照数字表示，对其的多余描述只要没有特别的需要，将被省略(这同样适用于后来的实施方案)。第二个实施方案的设备能够选择双位置摄影、四位置摄影等等。控制装置120装备有移动量设定部30。第二个实施方案的设备与图2示出的设备基本只在这一点上不同。接着，将参考图9描述第二个实施方案的设备执行的处理。首先，所述处理在步骤 STl启动。控制装置120在步骤ST20判定数字照相机IlA的单个移动操作的移动量，所述移动量通过接口(未显示)在移动量设定部中指定。在判定结果是1/2像素的情况下，也就是在η值是2的情况下，所述处理继续前进到步骤ST21。在步骤ST21，执行第一次摄影操作和第二次摄影操作，在第二次摄影操作中，移动数字照相机IlA以将基线长度缩短对应于1/2像素的距离即L/2。另一方面，在步骤ST20处判定结果是1/4像素的情况下，也就是说在η值是4的情况下，所述处理继续前进到步骤ST22。在步骤ST22处，执行第一次摄影操作，其中数字照相机1IA设置在起始位置；第二次摄影操作，其中数字照相机1IA从起始位置移动以将基线长度缩短对应于1/4像素的距离即L/4 ；第三次摄影操作，其中数字照相机IlA从原始位置移动以将基线长度缩短2L/4的距离；和第四次摄影操作，其中数字照相机IlA从原始位置移动以将基线长度缩短3L/4的距离。在完成从两个位置或从四个位置的摄影操作之后，控制装置120在步骤ST23处获得由数字照相机IlA和IlB输出的图像数据形成的多对图像数据组。然后，对应于数字照相机IlA的移动量，设定用于提取视差量的阈值。阈值可以是例如以前对从两个位置摄影和从四个位置摄影所描述的阈值。所述处理然后继续前进到步骤ST3，其与图3的步骤ST3 相同。之后的处理流程与参考图3所描述的相同。接下来，将参考图10描述根据本发明的第三个实施方案的距离测量设备。第三个实施方案的设备能够执行校正处理，以补偿由于基线长度差异所致的视差量波动，这种处理在前面参考图7描述过。控制设备220装备有执行校正处理的视差校正部40。另外，第三个实施方案的设备执行处理，以合成根据校正后的视差量计算的距离数据。控制设备220 装备有执行合成处理的合成部41。第三个实施方案的设备基本只在这些点上与图2示出的实施方案不同。接着，将参考图11描述第三个实施方案的设备执行的处理。步骤STl至ST8的处理与参考图3所描述的相同。当完成步骤ST8的处理时，控制设备220在步骤ST30只将作为用于记录的对象的视差量记录在存储器(未显示)内。接着，在步骤STlO，控制装置220判定是否对所有图像对都已经完成了从步骤STl 至ST30的处理。在没有对所有图像对完成处理的情况下，处理返回到步骤ST3，而在已经对所有图像对完成处理的情况下，处理继续前进到步骤ST32。在步骤ST32，控制装置220针对第二次和后面的摄影操作，获得表示数字照相机 IlA从基准位置(第一次摄影操作期间的位置)的移动量的数据。在移动量由操作者通过接口等指定的情况下，从储存了所述数据的存储器等获得所述移动量数据。接着，在步骤 ST33处，控制装置220根据获得的移动量数据校正视差量，所述视差量在各次摄影操作期间获得、被指定为用于记录的对象、并储存在存储器中。校正处理与前面参考图6和图7描述的相同。之后，在步骤ST8，控制装置220利用图10的距离计算部25，根据校正后的视差量计算各对应点的距离。接着，控制装置220在步骤ST35合成表示距离的数据。执行合成处理，而不是前面描述的用于合成图4中用数字2指示的图中的提取视差量和图4中用数字3 指示的图中的提取视差量的处理。也就是说，根据从图4中用数字2指示的图中提取的视差量得到距离数据，根据从图4中用数字3指示的图中提取的视差量得到距离数据，并将得到的距离数据合成以相互补间。接下来，在步骤ST36，控制装置220在图10的记录部沈中记录合成的距离数据。 所述处理在步骤STll结束。前面描述了 η值设定为2和4的实施方案。但是，η值不局限于这些值，可以应用具有3以上值的其它正整数。另外，在上面描述的实施方案中，m的值设为0。但是，m的值可以是具有1以上值的任何整数。
权利要求
1.一种距离测量方法，用于根据被摄体的图像对中对应点之间的视差量，获得关于所述对应点的距离数据，所述图像对用两个在其间设置有预定基线长度的成像构件拍摄被摄体而获得，所述方法的特征在于以设定为任意值的基线长度进行第一次摄影操作；在第一次摄影操作之后进行η次摄影操作，同时在每次摄影操作时将基线长度改变 L (m+1/n)、L (m+2/n) · · · L (m+ (n-1) /n)，其中L是成像构件的像素间距，m是任意自然数，以及η是大于或等于2的整数；从利用η次摄影操作获得的视差量中提取每次摄影操作共同的预定范围内的视差量；和基于提取的视差量获得距离数据。
2.权利要求1限定的距离测量方法，其特征在于 改变基线长度时，固定一个成像构件。
3.权利要求1和权利要求2的任一项限定的距离测量方法，其特征在于 提取的视差量经历校正处理，以补偿由于基线长度的差异引起的变化；和基于处理过的视差量获得距离数据。
4.权利要求1至3的任一项限定的距离测量方法，其特征在于根据期望的距离输出准确度和期望的距离输出速度中的一种改变η的值。
5.一种距离测量设备，其包括两个成像构件，在其间设置预定的基线长度；和计算构件，其基于被摄体的图像对中对应点之间的视差量，获得关于所述对应点的距离数据，所述图像对用所述两个成像构件拍摄被摄体而获得；其特征在于还包括移动构件，用于在进行期间将基线长度设置在任意值的第一次摄影操作之后，相对地移动所述两个成像构件，以便执行η次摄影操作，同时在每次摄影操作时将基线长度改变 L(m+l/n)、L(m+2/n) · · . L(m+(n-1)/n)，其中L是所述成像构件的像素间距，m是任意自然数，以及η是大于或等于2的整数；和计算构件，其被配置用于从利用η次摄影操作获得的视差量中提取每次摄影操作共同的预定范围内的视差量，以及基于提取的视差量得到距离数据。
6.权利要求5限定的距离测量设备，其特征在于所述移动构件移动一个成像构件，同时将另一个成像构件保持在固定的状态。
7.权利要求5和权利要求6的任一项限定的距离测量设备，其特征在于还包括校正构件，用于执行校正处理以补偿所提取的视差量由于基线长度的差异而产生的变化。
全文摘要
本发明提供了一种距离测量方法，其包括以下步骤利用两个成像构件拍摄被摄体，两个成像构件之间设置了预定的基线长度；和获得关于拍摄的图像对中对应点的距离数据。利用期望值的基线长度执行第一次摄影操作。然后，执行n次摄影操作，同时在每次摄影操作时将基线长度改变L(m+1/n)、L(m+2/n)...L(m+(n-1)/n)，其中L是成像构件的像素间距，m是任意自然数，以及n是大于或等于2的整数。从利用视差计算部(23)为n次摄影操作获得的视差量中，通过记录判定部(24)提取每次摄影操作共同的预定范围内的视差量。根据提取的视差量获得距离数据。
文档编号G01C3/06GK102362147SQ20108001369
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月19日 优先权日2009年3月25日
发明者增田智纪 申请人:富士胶片株式会社