デジカメ / デジタルビデオカメラ / スマホ用の撮像素子(イメージセンサ/imager/CMOSセンサ)について、マニアな情報や私見を徒然なるままに述べるBlogです(^^;)
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[11回]
ToFの利点は、物体の表面が少しでも光を反射すれば、表面の形状・模様にかかわらず絶対距離を測定できることでしょうか。視差法では、細かい網目模様への距離が測れません。
ご紹介いただいたサイトでは光の波の位相ズレを検出しているように説明されていますが、実際には照射光強度を変調させ、その変調の位相ズレから対象までの距離を測定していると思います。
http://www.optex.co.jp/tech/sensor/3d.html
＞hi-lowさん
視差法では網目模様も判別できませんか。確かにそうですね。
他方ToF法も、反射してきても鏡面などは上手く測定出来ないという話もあるようです。
やはり、物事完璧な方法というのはなかなか無いということでしょうか。
>ご紹介いただいたサイトでは光の波の位相ズレを検出しているように説明されていますが、実際には照射光強度を変調させ、その変調の位相ズレから対象までの距離を測定していると思います。
↑本文中の川人研の論文の研究センサは、hi-lowさんおっしゃられる通りの方法の様です。
一方、光の位相ズレを検出する方式のものも存在するようで、
http://www.ieice-hbkb.org/files/08/08gun_04hen_01-04.pdf
↑詳細は書かれていませんが、例えばこちらの資料のp.123の下半分あたりにサラッと書かれています。
現状どちらが優勢な方式なのか、私は調査できていませんが・・・
ToFに興味を持ったので少し調べてみました。
ToFは比較的安価で測距精度が良いと言うところが売りで、Kinect2がその代表例ですが、BMWのジェスチャーコントロールも同様の応用例ですね。欠点は解像度が低い事と、屋外で使えない事。
上記は位相差計測型ですが、同じToFでも時間差計測型は特徴が違うようです。Google Carで有名になったVelodyneのセンサー<http://velodynelidar.com/docs/papers/HDL%20white%20paper_OCT2007_web.pdf>が代表例でしょう。Laser pulseをスキャンして、その反射をAPDで受けてダイレクトに時間を測定するタイプ。屋外で使うために反射光をアバランシェで増倍して、120m先まで測れるようです。時間差計測型は精度を出そうとするとコストが高くなり、このシステムは75Kドルだそうです。自動車より高い。
位相差計測型と時間差計測型はセンサー構造が全く違うようですが、ToFの資料は英語ばかりで、なかなか調べるのが大変ですね。
> imagerマニア さん
光の位相を直接検出しても波長以内の距離変化しか分かりませんので、その場合でも、測定距離に合わせた光強度の変化は必要ですね。
＞hi-lowさん
>光の位相を直接検出しても波長以内の距離変化しか分かりませんので、その場合でも、測定距離に合わせた光強度の変化は必要ですね。
hi-lowさんのおっしゃっていることが理解できた気がします。
”どういう方式にしろ、サイン波状であれ、矩形波であれ、実際には照射光側が変化していなければ一定照射光ではToFは機能しないよ”
乱暴に言うと、そういうことでしょうか？
上記理解でよければ、私もその通りだと思います。
東芝がとても単純で有効な測距法を発表しましたね。
http://www.toshiba.co.jp/rdc/detail/1606_01.htm
撮影画像の広範囲でデジタルカメラの撮像面位相差検出と同程度の測距性能を期待できますので、ToFカメラの多くが代替されてしまうかもしれません。
>hi-lowさん
>東芝がとても単純で有効な測距法を発表しましたね。
情報ありがとうございます。私もどこかのweb記事に目が止まったのであらましだけはチェックしてました。
>撮影画像の広範囲でデジタルカメラの撮像面位相差検出と同程度の測距性能を期待できますので、ToFカメラの多くが代替されてしまうかもしれません。
東芝の発表からすると、そんな雰囲気を感じますね。
純粋ハードウェア大好き派(？)としては、画像処理で片づけるという思想(？)が本能的に好きになれませんが(^^;)、
”純粋ハードウェアによりも画像処理(コンピュータ処理)で済むものはそちらに任せた方が、トータルコストやハードウェアのサイズが小さくなって合理的だ”との考え方には事実として同意せざるを得ません(^^;)
しかし、水色&黄色のフィルタを装着してしまって、ちゃんとしたカラー画像が撮像できるというのが、なんか直観的にしっくりこないのですが・・・？
まさか、メカ的にフィルタをカシャカシャ出し入れする・・・なんてことが(カラー撮像と距離測距の間で切り替え)必要ということは無いよね・・・？とf(^^;)
原理的には光の波の位相ズレで距離を測定できますが、波長500 nmの可視光で測定すると、対象が前後方向に500 nm動いただけで位相が元に戻ってしまいます。500 nm以内なら高精度に測定できますが、用途は限られますね。
imager マニアさんはご理解のことと思いますが、ToFは電波レーダーで折り返し時間を測定するための周波数変調を照射光の輝度変調としたレーダーの一種だと思います。
>hi-lowさん
一般的には光の波の位相ズレを直接測定しているわけではなく、光の強度を変調して、その位相のズレを測定します。位相が一周期ずれると距離が分からなくなるのはご指摘通りで、変調周波数を複数にするなどの工夫をして使っているようです。
＞hmbさん
imagerマニアです。
以前、googleカー搭載のToFカメラの(お値段も含めた)大変有益な情報をコメントくださったことは認識しております。
せっかく情報頂いたのにお返事出来ておらず申訳無い気持ちでいっぱいです。
”ちょっとこれは半端なコメントは出来ないな”と思い、そして”ちょっとあの英語の資料読んでからにしよう”と思い、今日までコメント出来ずにいました・・・そして未だ読めていません(--;)
先月末”人と車のテクノロジー展”というのに赴きまして、そこで色々聞いている内に、やはり(？)代表格として「googleカーに載っているのは性能は高いがお値段も高いくてとても搭載出来ない」というコメントをあるブースの展示員の方がおっしゃっているのを耳にしました・・・が、そこまで高いとは想像していませんでしたf(^^;)
また、hmbさんの書き込みを見て調べて、ToFには
間接ToFと直接ToFという概念(種類)があることも気づけました。
ありがとうございました。今後ともよろしくお願いします。
> hmb さん
照射光と反射光の光波の位相ズレを利用して測距しているような解説が紹介されていましたので、さすがにそれは一般的ではないと思い、書き込みました。
ご紹介いただいたように、輝度を複数周波数で変調でさせているようですね。
> imager マニア さん
> しかし、水色&黄色のフィルタを装着してしまって、ちゃんとしたカラー画像が撮像できるというのが、なんか直観的にしっくりこないのですが・・・？
新規の補色フィルターと考えれば良いと思います。
> しかし、水色&黄色のフィルタを装着してしまって、ちゃんとしたカラー画像が撮像できるというのが、なんか直観的にしっくりこないのですが・・・？
>
>新規の補色フィルターと考えれば良いと思います。
なるほど。各補色フィルタの後に更にRGBのフィルタが入るので、感度が下がったり、処理が複雑になりそうですが、頭の良い人が処理を考えれば可能な気がしてきました(^^)
しかし、”写真”とかのレベルで画像を見た場合、フィルタの境目のところの中央部分だけはどうしても色の段差の様なものか、もしくは画処理で意図的に滲ませた様な、何か不自然なことになるような気がします。
う～ん、これもレンズのF値が固定なら、もしくは画処理で対処可能なものなのか・・・？
ま、「用途は写真を想定していない」と言われればそれまでですが(^^;)
> しかし、”写真”とかのレベルで画像を見た場合、フィルタの境目のところの中央部分だけはどうしても色の段差の様なものか、もしくは画処理で意図的に滲ませた様な、何か不自然なことになるような気がします。
逆に、中央部分の像はレンズ全面を均等に使うので問題が起こらず、周辺領域の像では偏った使い方になるので色が変化してしまう可能性が大きいですね。
>う～ん、これもレンズのF値が固定なら、もしくは画処理で対処可能なものなのか・・・？
実用時には、キャリブレーションされた幾つかのフォーカス位置があり、その位置からのズレを測定することになると思います。ご指摘の通り、記録にはなりますが、”写真”の撮影には使えないでしょうね。それでも、ドライブレコーダー用途には充分かもしれません。
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