距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法与流程

本发明涉及距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法。本技术主张2021年1月22日在日本提交的特愿2021-008799号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术：

1、一直以来，存在利用光的速度已知这一情况、基于光的飞行时间来测定到被摄体的距离的飞行时间(time of fright，以下称为“tof”)方式的距离图像摄像装置(例如，参照专利文献1)。

2、tof方式距离图像摄像装置具备照射光的光源部、以及包括对用于测定距离的光进行检测的像素电路以二维矩阵状(阵列状)配置多个而成的像素阵列的摄像部。上述像素电路分别具有产生与光的强度对应的电荷的光电转换元件(例如，光电二极管)来作为构成要素。

3、通过该构成，tof方式距离图像摄像装置在测定空间(三维空间)中能够取得自身与被摄体之间的距离的信息、或者取得(拍摄)被摄体的图像。

4、tof方式距离图像摄像装置根据从放射了放射光的定时到受光了由被摄体反射后的反射光的定时为止的延迟时间来进行距离的计测。

5、但是，光传感器产生的电荷量根据所入射的入射光的强度而变化，因此随着到被摄体的距离增加，反射光的强度会降低(光的强度与距离的平方呈反比例)。

6、tof方式距离图像摄像装置基于电荷蓄积部所蓄积的电荷量来求出上述延迟时间，因此信号与噪声的sn比越大则测定精度越提高。

7、因此，对应于从tof方式距离图像摄像装置(以下，简称为距离图像摄像装置)到被摄体的距离，使将光电转换元件根据入射光的强度而生成的电荷蓄积于电荷蓄积部的时间即曝光时间变化(自动曝光)(例如，参照专利文献2)。

8、由此，越远则使蓄积电荷的曝光时间越增加，而使tof传感器的电荷蓄积部所蓄积的电荷量越增加，由此保持距离的计测精度。

9、现有技术文献

10、专利文献

11、专利文献1：日本特开2004-294420号公报

12、专利文献2：日本特开2012-185171号公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、然而，光的强度与到被摄体的距离呈反比例，因此在预先与远距离的物体相匹配地设定了累计次数(曝光时间)的情况下，被摄体各自的反射率不同，电荷蓄积部由于来自反射率较高的被摄体的反射光所产生的电荷而饱和。

3、另外，在为了提高测定距离的精度而与远距离的被摄体相匹配地设定了累计次数(曝光时间)时，从距离图像摄像装置到被摄体各自的距离不明，因此在被摄体存在于近距离的情况下，来自上述被摄体的反射光的强度变大，电荷蓄积部由于来自近距离的被摄体的反射光所产生的电荷而饱和，无法保持所测定的距离的精度。

4、另外，随着累计次数(曝光时间)变多而放射光被频繁地放射，因此在其他tof方式的距离图像摄像装置在相同环境下动作的情况下，会单方或者相互检测到其他tof方式的距离图像摄像装置的放射光以及反射光，无法准确地检测来自对象物的反射光。

5、本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法，即使测定空间中的被摄体各自的反射率以及与距离图像摄像装置的距离分别不明，也能够不使电荷蓄积部饱和地设定蓄积规定精度下的距离计测所需的电荷量的蓄积次数，能够降低其他距离图像摄像装置所放射的放射光的影响。

6、用于解决课题的手段

7、为了解决上述课题，本发明的距离图像摄像装置的特征在于，具备：受光部，具备多个像素电路以及像素驱动电路，上述像素电路具备：光电转换元件，产生与从测定对象的空间即测定空间入射的光即入射光相应的电荷；n个电荷蓄积部，在帧周期中蓄积上述电荷，其中n≥3；以及传输晶体管，从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部分别传输上述电荷，上述像素驱动电路在与光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行上述传输晶体管各自的导通截止处理而对上述电荷蓄积部分别分配上述电荷并使其蓄积；光源部，向上述测定空间照射上述光脉冲；距离图像处理部，基于上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出从上述受光部到存在于上述测定空间的被摄体的距离，作为测定距离；以及测定控制部，根据上述电荷蓄积部所蓄积的电荷量即蓄积电荷量、上述距离以及上述入射光的光强度，在进行上述电荷的蓄积的累计处理的次数即累计次数中，求出不对各个上述电荷蓄积部进行上述电荷的蓄积的间隔剔除处理的次数即间隔剔除次数，上述测定控制部为，判定上述测定距离属于根据区域阈值设定的计测区域中的哪个，上述区域阈值与离上述受光部的多个距离对应地设定，并且，与判定出的上述计测区域中设定的间隔剔除次数对应地进行对上述电荷蓄积部的上述电荷的蓄积的控制。

8、本发明的距离图像摄像装置的特征在于，上述测定控制部基于在上述像素电路各自所配置的任意区域内被测定为最近距离的上述测定距离，与上述区域阈值分别进行比较，由此进行包含上述测定距离的上述计测区域的判定。

9、本发明的距离图像摄像装置为，具备：受光部，具备多个像素电路以及像素驱动电路，上述像素电路具备：光电转换元件，产生与从测定对象的空间即测定空间入射的光即入射光相应的电荷；n个电荷蓄积部，在帧周期中蓄积上述电荷，其中n≥3；以及传输晶体管，从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部分别传输上述电荷，上述像素驱动电路在与光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行上述传输晶体管各自的导通截止处理而对上述电荷蓄积部分别分配上述电荷并使其蓄积；光源部，向上述测定空间照射上述光脉冲；距离图像处理部，基于上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出从上述受光部到存在于上述测定空间的被摄体的距离，作为测定距离；以及测定控制部，根据上述电荷蓄积部所蓄积的电荷量即蓄积电荷量、上述距离以及上述入射光的光强度，在进行上述电荷的蓄积的累计处理的次数即累计次数中，求出不对各个上述电荷蓄积部进行上述电荷的蓄积的间隔剔除处理的次数即间隔剔除次数，将上述蓄积电荷量除以预先设定的基准的蓄积电荷量即基准电荷量，将除算结果作为电荷量比，判定上述测定距离属于根据区域阈值设定的计测区域中的哪个，上述区域阈值与多个上述电荷量比对应地设定，并且，与判定出的上述计测区域中设定的间隔剔除次数对应地进行对上述电荷蓄积部的上述电荷的蓄积的控制。

10、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述测定控制部基于在上述像素电路各自所配置的任意区域内最高的电荷量比，与上述区域阈值分别进行比较，由此进行包含上述电荷量比的上述计测区域的判定。

11、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述测定控制部从上述电荷蓄积部的构成蓄积期间的单位蓄积期间分别随机地提取作为间隔剔除处理的对象的单位蓄积期间，作为与上述间隔剔除次数对应的个数的单位蓄积期间。

12、本发明的距离图像摄像装置也可以为，求出上述电荷蓄积部所蓄积的由背景光产生的电荷量即背景光电荷量，并与上述背景光电荷量对应地从上述计测区域中的多个间隔剔除次数中选择上述间隔剔除次数。

13、本发明的距离图像摄像装置也可以为，在将由来自规定的距离以及规定的反射率的物体的反射光产生的电荷量作为上述基准电荷量的情况下，以上述基准电荷量不超过上述电荷蓄积部的蓄积电荷电容的方式设定上述光脉冲的宽度即脉冲宽度、上述电荷蓄积部中的蓄积时间以及上述累计次数。

14、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述基准电荷量作为由背景光以及来自规定的距离的规定的反射率的物体的反射光产生的电荷量而被求出，上述测定控制部为，作为在求出上述电荷量比时使用的上述蓄积电荷量，使用在求出上述基准电荷量时使用的上述电荷蓄积部中的蓄积电荷量。

15、本发明的距离图像摄像装置也可以为，在针对规定的距离以及规定的反射率分别设定有上述基准电荷量的情况下，上述电荷量比相对于基于上述距离的衰减率以及基于上述反射率的衰减率分别具有相关性。

16、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述测定控制部为，对于在上述计测区域中选择出的上述累计次数，在一定期间内，或者在与当前的计测区域的距离范围不同的计测区域中的距离范围内检测出上述测定距离之前，持续使用同一上述累计次数。

17、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述测定控制部为，对于在上述计测区域中选择出的上述累计次数，在一定期间内，或者在检测出与当前的计测区域不同的计测区域所包含的上述电荷量比之前，持续使用同一上述累计次数。

18、本发明的距离图像摄像装置也可以为，在上述间隔剔除处理中，在不对上述电荷蓄积部进行上述电荷的蓄积的情况下，不使上述光源部放射上述光脉冲，并且不对上述电荷蓄积部进行上述电荷的分配。

19、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述像素电路具备电荷排出电路，在向上述电荷蓄积部蓄积上述电荷的时间以外，上述电荷排出电路将上述光电转换元件产生的上述电荷排出。

20、本发明的距离图像摄像方法为，对距离图像摄像装置进行控制，该距离图像摄像装置具备由光电转换元件、多个电荷蓄积部以及传输晶体管构成的多个像素电路的各自、光源部、像素驱动电路、距离图像处理部以及测定控制部，该距离图像摄像方法包括：上述光源部向测定对象的空间即测定空间照射光脉冲的步骤；上述像素驱动电路在与光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行上述传输晶体管各自的导通截止处理而将上述光电转换元件根据来自上述测定空间的入射光产生的电荷对n个电荷蓄积部分别进行分配并使其蓄积的步骤，上述传输晶体管用于从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部传输上述电荷，其中n≥3；上述距离图像处理部基于上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出从上述距离图像摄像装置到存在于上述测定空间的被摄体的距离，作为测定距离的步骤；以及上述测定控制部当根据上述电荷蓄积部所蓄积的电荷量即蓄积电荷量、上述距离以及上述入射光的光强度而在进行上述电荷的蓄积的累计处理的次数即累计次数中求出不对各个上述电荷蓄积部进行上述电荷的蓄积的间隔剔除处理的次数即间隔剔除次数时，判定上述测定距离属于根据区域阈值设定的计测区域中的哪个，上述区域阈值与离上述距离图像摄像装置的多个距离对应地设定，并且，与判定出的上述计测区域中设定的间隔剔除次数对应地进行对上述电荷蓄积部的上述电荷的蓄积的控制的步骤。

21、本发明的距离图像摄像方法为，对距离图像摄像装置进行控制，该距离图像摄像装置具备由光电转换元件、多个电荷蓄积部以及传输晶体管构成的多个像素电路的各自、光源部、像素驱动电路、距离图像处理部以及测定控制部，该距离图像摄像方法包括：上述光源部向测定对象的空间即测定空间照射光脉冲的步骤；上述像素驱动电路在与光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行上述传输晶体管各自的导通截止处理而将上述光电转换元件根据来自上述测定空间的入射光产生的电荷对n个电荷蓄积部分别进行分配并使其蓄积的步骤，上述传输晶体管用于从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部传输上述电荷，其中n≥3；上述距离图像处理部基于上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出从上述距离图像摄像装置到存在于上述测定空间的被摄体的距离，作为测定距离的步骤；以及上述测定控制部当根据上述电荷蓄积部所蓄积的电荷量即蓄积电荷量、上述距离以及上述入射光的光强度而在进行上述电荷的蓄积的累计处理的次数即累计次数中求出不对各个上述电荷蓄积部进行上述电荷的蓄积的间隔剔除处理的次数即间隔剔除次数时，将上述蓄积电荷量除以预先设定的基准的蓄积电荷量即基准电荷量，将除算结果作为电荷量比，判定上述测定距离属于根据区域阈值设定的计测区域中的哪个，上述区域阈值与多个上述电荷量比对应地设定，并且，与判定出的上述计测区域中设定的间隔剔除次数对应地进行对上述电荷蓄积部的上述电荷的蓄积的控制的步骤。

22、发明的效果

23、如以上说明的那样，根据本发明，能够提供距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法，即使测定空间中的被摄体各自的反射率以及与距离图像摄像装置的距离分别不明，也能够不使电荷蓄积部饱和地设定蓄积规定精度下的距离计测所需的电荷量的蓄积次数，降低其他距离图像摄像装置所放射的放射光的影响。