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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-30
(45)【発行日】2023-11-08
(54)【発明の名称】距離測定装置、距離測定方法、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G01C 3/06 20060101AFI20231031BHJP
G01S 17/89 20200101ALI20231031BHJP
G06T 5/00 20060101ALI20231031BHJP
【ＦＩ】
G01C3/06 120Q
G01S17/89
G06T5/00 705
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020191168
(22)【出願日】2020-11-17
(65)【公開番号】P2022080155
(43)【公開日】2022-05-27
【審査請求日】2022-12-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000153443
【氏名又は名称】株式会社 日立産業制御ソリューションズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】小迫 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】西澤 明仁
【審査官】眞岩 久恵
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１７５７５１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｃ ３／０６
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
Ｇ０１Ｓ １７／８９
Ｇ０６Ｔ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物に光を照射する発光部と、前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第１受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第２受光量を蓄積し、
前記制御部は、前記第１受光量に基づく第１撮像信号と、前記第２受光量に基づく第２撮像信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、
前記雑音低減制御信号は、前記合成信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であること
を特徴とする距離測定装置。
【請求項2】
対象物に光を照射する発光部と、前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第１受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第２受光量を蓄積し、
前記制御部は、
前記第１受光量に基づく第１撮像信号を用いて、所定の第１制御信号を生成するとともに、前記第２受光量に基づく第２撮像信号を用いて、所定の第２制御信号を生成し、
前記第１制御信号は、前記第１撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第２制御信号は、前記第２撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第１制御信号と、前記第２制御信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号に基づいて、前記雑音低減制御信号を生成すること
を特徴とする距離測定装置。
【請求項3】
前記制御部が行う前記雑音低減処理は、前記第１撮像信号及び前記第２撮像信号のそれぞれにおいて、前記雑音低減制御信号で位置が示される画素の画素値の和を当該画素の個数で除算してなる平均値を、新たな画素値として置き換える処理である、
又は、
前記第１撮像信号及び前記第２撮像信号のそれぞれにおいて、前記雑音低減制御信号で位置が示される画素の画素値に基づき、前記対象となる画素の位置を基準として算出した加重平均を、新たな画素値として置き換える処理であること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項4】
対象物に光を照射する発光部と、前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第１受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第２受光量を蓄積し、さらに、前記第２受光量の受光の終了時から受光して、第３受光量を蓄積し、
前記制御部は、前記第１受光量に基づく第１撮像信号と、前記第２受光量に基づく第２撮像信号と、前記第３受光量に基づく第３撮像信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、
前記雑音低減制御信号は、前記合成信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であること
を特徴とする距離測定装置。
【請求項5】
対象物に光を照射する発光部と、前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第１受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第２受光量を蓄積し、さらに、前記第２受光量の受光の終了時から受光して、第３受光量を蓄積し、
前記制御部は、
前記第１受光量に基づく第１撮像信号を用いて、所定の第１制御信号を生成するとともに、前記第２受光量に基づく第２撮像信号を用いて、所定の第２制御信号を生成し、さらに、前記第３受光量に基づく第３撮像信号を用いて、所定の第３制御信号を生成し、
前記第１制御信号は、前記第１撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第２制御信号は、前記第２撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第３制御信号は、前記第３撮像信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であり、
前記第１制御信号と、前記第２制御信号と、前記第３制御信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号に基づいて、前記雑音低減制御信号を生成すること
を特徴とする距離測定装置。
【請求項6】
前記制御部が行う前記雑音低減処理は、前記第１撮像信号、前記第２撮像信号、及び前記第３撮像信号のそれぞれにおいて、前記雑音低減制御信号で位置が示される画素の画素値の和を当該画素の個数で除算してなる平均値を、新たな画素値として置き換える処理である、
又は、
前記第１撮像信号、前記第２撮像信号、及び前記第３撮像信号のそれぞれにおいて、前記雑音低減制御信号で位置が示される画素の画素値に基づき、前記対象となる画素の位置を基準として算出した加重平均を、新たな画素値として置き換える処理であること
を特徴とする請求項４又は請求項５に記載の距離測定装置。
【請求項7】
前記制御部は、所定のフィルタを用いて前記合成信号を平滑化し、平滑化後の前記合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、前記フィルタは、平均フィルタ、ガウシアンフィルタ、又はメディアンフィルタであること
を特徴とする請求項１又は請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項8】
対象物に光を照射する発光処理と、前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光処理と、
前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する演算処理と、を順次に行い、
前記演算処理には、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理が含まれ、
前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、
前記受光処理では、前記発光処理による光の照射に同期して受光し、第１受光量を蓄積した後、前記発光処理による光の照射の終了時から受光して、第２受光量を蓄積し、
前記演算処理では、前記第１受光量に基づく第１撮像信号と、前記第２受光量に基づく第２撮像信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、
前記雑音低減制御信号は、前記合成信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であること
を特徴とする距離測定方法。
【請求項9】
請求項８に記載の距離測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、距離測定装置等に関する。
【背景技術】
【0002】
画像のノイズを低減する技術として、例えば、特許文献１には、「画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、画像パッチ毎に、異なるパラメータによるノイズ低減処理を行うことにより、デノイズされた画像パッチを生成する」ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－２６６６９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、対象物に光を照射し、その反射光を含む光の露光を複数回行って、対象物までの距離を算出するＴｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式（ＴＯＦ方式ともいう）の技術が知られている。このようなＴｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式を用いた場合、複数回の露光に伴って、複数の撮像信号が得られる。これら複数の撮像信号のノイズを低減するために、特許文献１に記載の技術を用いた場合、同一の画素（距離の測定位置）であっても、露光の各タイミングでノイズ低減処理の特性（パラメータ等）が異なるものになる。その結果、対象物までの距離の測定値の誤差が大きくなる可能性がある。
【0005】
そこで、本発明は、対象物までの距離を適切に測定する距離測定装置等を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記した課題を解決するために、本発明は、対象物に光を照射する発光部と、前記対象物からの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、前記複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する受光部と、前記複数回行った受光に対応する複数の撮像信号を用いて、Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式に基づき、前記対象物までの距離を画素ごとに算出する制御部と、を備え、前記制御部は、複数の前記撮像信号のそれぞれのノイズを低減させる雑音低減処理を行い、前記雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号が、複数の前記撮像信号において、画素ごとに共通しており、前記受光部は、前記発光部による光の照射に同期して受光し、第１受光量を蓄積した後、前記発光部による光の照射の終了時から受光して、第２受光量を蓄積し、前記制御部は、前記第１受光量に基づく第１撮像信号と、前記第２受光量に基づく第２撮像信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、前記雑音低減制御信号を生成し、前記雑音低減制御信号は、前記合成信号に含まれる各画素のうち、前記雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、前記対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号であることを特徴とする。なお、その他については実施形態の中で説明する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、対象物までの距離を適切に測定する距離測定装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る距離測定装置を含む構成図である。
【図2】第１実施形態に係る距離測定装置の制御部を含む機能ブロック図である。
【図3】第１実施形態に係る距離測定装置の発光タイミング制御信号や露光タイミング制御信号等に関するタイムチャートである。
【図4】第１実施形態に係る距離測定装置が実行する一連の処理のタイムチャートである。
【図5】第１実施形態に係る距離測定装置において、第１撮像信号と第２撮像信号とに基づいて、合成信号が生成される例を示す説明図である。
【図6】第１実施形態に係る距離測定装置における雑音低減制御信号の生成に関する説明図である。
【図7】第１実施形態に係る距離測定装置において、入力画像の縁部の画素に対する雑音低減制御信号の生成に関する説明図である。
【図8】第１実施形態に係る距離測定装置の雑音低減制御部が実行する雑音低減処理の説明図である。
【図9】第１実施形態に係る距離測定装置において、縁部の画素に対して雑音低減制御部が実行する処理の説明図である。
【図10】第２実施形態に係る距離測定装置の制御部を含む機能ブロック図である。
【図11】第２実施形態に係る距離測定装置の発光タイミング制御信号や露光タイミング制御信号等に関するタイムチャートである。
【図12】第２実施形態に係る距離測定装置で実行される一連の処理のタイムチャートである。
【図13】第２実施形態に係る距離測定装置における第１撮像信号、第２撮像信号、第３撮像信号に基づいて、合成信号が生成される例を示す説明図である。
【図14】第３実施形態に係る距離測定装置の制御部を含む機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
≪第１実施形態≫
＜距離測定装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る距離測定装置１００を含む構成図である。
図１に示す距離測定装置１００は、対象物Ｊ（被写体）までの距離を測定する装置である。図１に示すように、距離測定装置１００は、発光部１と、受光部２と、基準クロック生成部３と、記憶部４と、制御部５と、距離画像出力部６と、を備えている。
＜距離測定装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る距離測定装置１００を含む構成図である。
図１に示す距離測定装置１００は、対象物Ｊ（被写体）までの距離を測定する装置である。図１に示すように、距離測定装置１００は、発光部１と、受光部２と、基準クロック生成部３と、記憶部４と、制御部５と、距離画像出力部６と、を備えている。
【0010】
発光部１は、対象物Ｊに光を照射する機能を有している。すなわち、発光部１は、撮像制御部５１から入力される発光タイミング制御信号Ｓ０に基づいて、所定にパルス変調した光を対象物Ｊに照射する。このような発光部１として、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザダイオードが用いられる。
【0011】
受光部２は、対象物Ｊからの反射光を含む光の受光を、タイミングを所定にずらして複数回行い、複数回行った受光の受光量をそれぞれ蓄積する。すなわち、受光部２は、撮像制御部５１から入力される露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、対象物Ｊからの反射光を含む光の露光を行う。
【0012】
受光部２は、複数の画素がマトリクス状に配置されてなる画素回路２１を備えている。このような画素回路２１として、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ回路やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ回路が用いられる。具体的には、受光部２は、各画素に一対一で対応付けられるフォトダイオード（図示せず）と、このフォトダイオードに接続される複数のコンデンサと、フォトダイオードで光電変換された電荷を複数のコンデンサに所定に振り分けるＭＯＳトランジスタ（図示せず）と、を備えている。その他、受光部２は、撮像制御部５１からの露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２に基づいてＭＯＳトランジスタを駆動させる駆動回路の他、各コンデンサの電荷量（つまり、受光量）のアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器等（図示せず）を備えている。
【0013】
基準クロック生成部３は、例えば、水晶発振器であり、所定のクロック周波数で基準クロック信号を生成する。基準クロック生成部３で生成された基準クロック信号は、撮像制御部５１に出力される。
記憶部４には、各種のプログラムやパラメータの他、制御部５の演算結果等が適宜に格納される。このような記憶部４として、例えば、フラッシュメモリが用いられるが、これに限定されるものではない。
記憶部４には、各種のプログラムやパラメータの他、制御部５の演算結果等が適宜に格納される。このような記憶部４として、例えば、フラッシュメモリが用いられるが、これに限定されるものではない。
【0014】
制御部５は、複数回行った受光に対応する複数の撮像信号（第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２）を用いて、Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式に基づき、対象物Ｊまでの距離を画素ごとに算出する処理（演算処理）を行う。このような制御部５は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。
【0015】
図１に示すように、制御部５は、撮像制御部５１を備えている。撮像制御部５１は、前記した基準クロック信号に基づいて、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。なお、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２に基づく処理については、後記する。
距離画像出力部６は、所定のインタフェース回路であり、制御部５で算出された画素ごとの距離を示すデータを所定の距離画像として表示装置２００に出力する。
距離画像出力部６は、所定のインタフェース回路であり、制御部５で算出された画素ごとの距離を示すデータを所定の距離画像として表示装置２００に出力する。
【0016】
図２は、距離測定装置１００の制御部５を含む機能ブロック図である。
図２に示すように、制御部５は、前記した撮像制御部５１（図１も参照）の他、合成部５２と、平滑化部５３と、雑音低減制御信号生成部５４と、第１雑音低減部５５と、第２雑音低減部５６と、距離演算部５７と、を備えている。
撮像制御部５１は、発光制御部５１ａと、露光制御部５１ｂと、を備えている。発光制御部５１ａは、発光部１から光を照射するタイミングを指定する発光タイミング制御信号Ｓ０を所定周期で生成する。露光制御部５１ｂは、受光部２が光を露光するタイミングを指定する露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２を所定周期で生成する。
図２に示すように、制御部５は、前記した撮像制御部５１（図１も参照）の他、合成部５２と、平滑化部５３と、雑音低減制御信号生成部５４と、第１雑音低減部５５と、第２雑音低減部５６と、距離演算部５７と、を備えている。
撮像制御部５１は、発光制御部５１ａと、露光制御部５１ｂと、を備えている。発光制御部５１ａは、発光部１から光を照射するタイミングを指定する発光タイミング制御信号Ｓ０を所定周期で生成する。露光制御部５１ｂは、受光部２が光を露光するタイミングを指定する露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２を所定周期で生成する。
【0017】
図３は、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２等に関するタイムチャートである（適宜、図１、図２を参照）。
なお、図３に示す発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２については、前記したとおりである。図３に示す「対象物からの反射光」とは、発光部１から照射された光が対象物Ｊで反射し、その反射光を含む光が受光部２に到達するタイミングを示している。
なお、図３に示す発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２については、前記したとおりである。図３に示す「対象物からの反射光」とは、発光部１から照射された光が対象物Ｊで反射し、その反射光を含む光が受光部２に到達するタイミングを示している。
【0018】
図３に示す「電荷量Ｑ１」とは、受光部２が、露光タイミング制御信号Ｓ１によって受光した光を光電変換することで、コンデンサ（図示せず）に蓄えられる電荷量（つまり、受光量）である。図３に示す「電荷量Ｑ２」とは、受光部２が、露光タイミング制御信号Ｓ２によって受光した光を光電変換することで、別のコンデンサ（図示せず）に蓄えられる電荷量（つまり、受光量）である。
【0019】
図３の例では、時刻ｔ１～ｔ３の期間において、発光制御部５１ａ（図２参照）から発光部１（図２参照）にパルス状の発光タイミング制御信号Ｓ０が出力される。これによって、図示はしないが、時刻ｔ１～ｔ３の期間において、所定時間Ｔ０をパルス幅とするパルス状の光が、発光部１から対象物Ｊ（図１参照）に向けて照射される。そして、発光部１から光が照射されてから所定の遅延時間Ｔｄだけ遅れて、対象物Ｊからの反射光が受光部２に到達する。この遅延時間Ｔｄは、対象物Ｊから受光部２までの距離に比例している。なお、遅延時間Ｔｄは、所定時間Ｔ０未満であることが予め想定されている。
【0020】
露光タイミング制御信号Ｓ１は、発光タイミング制御信号Ｓ０に同期して、時刻ｔ１～ｔ３の期間に、露光制御部５１ｂ（図２参照）から受光部２（図２参照）に出力される。露光タイミング制御信号Ｓ１がＯＮ状態になっている時刻ｔ１～ｔ３において、受光部２は、自身が受光した光をフォトダイオード(図示せず）で光電変換し、この光電変換によって生じた電荷をコンデンサ（図示せず）に蓄える。このような処理が、受光部２の各画素において行われる。
【0021】
他方の露光タイミング制御信号Ｓ２は、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１がＯＮからＯＦＦに切り替わった時刻ｔ３から所定時間Ｔ０の間、露光制御部５１ｂ（図２参照）から受光部２（図２参照）に出力される。なお、露光タイミング制御信号Ｓ２がＯＮ状態になっている所定時間Ｔ０は、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１がＯＮ状態になっている所定時間Ｔ０に等しいものとする。
【0022】
露光タイミング制御信号Ｓ２がＯＮ状態になっている時刻ｔ３～ｔ５において、受光部２は、自身が受光した光をフォトダイオード(図示せず）で光電変換し、この光電変換によって生じた電荷を別のコンデンサ（図示せず）に蓄える。このような処理が、受光部２の各画素において行われる。
【0023】
すなわち、受光部２は、発光部１による光の照射に同期して受光し、電荷量Ｑ１（第１受光量）を蓄積した後、発光部１による光の照射の終了時から受光して、電荷量Ｑ２（第２受光量）を蓄積する。図３の例では、受光部２における受光量の全体が時刻ｔ３を境に分割され、反射光成分を含む電荷量Ｑ１，Ｑ２として振り分けられる。そして、電荷量Ｑ１，Ｑ２をＡ／Ｄ変換したデジタル値に基づいて、制御部５が、対象物Ｊまでの距離を画素ごとに算出するようになっている。このような距離演算の方式を、Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ方式という。図３に示すように、電荷量Ｑ１，Ｑ２には、対象物Ｊからの反射光に由来する反射光成分の他、背景光等に由来する外光成分も含まれている。
【0024】
図４は、距離測定装置が実行する一連の処理のタイムチャートである（適宜、図２、図３を参照）。
なお、図４では便宜上、各処理の間の遅延時間の図示を省略している。前記したように、制御部５（図２参照）は、発光タイミング制御信号Ｓ０をＯＮにして発光部１を発光させるとともに（発光処理）、この発光タイミング制御信号Ｓ０に同期させて、露光タイミング制御信号Ｓ１をＯＮにする。そして、制御部５は、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１をＯＦＦに切り替えた時点から露光タイミング制御信号Ｓ２をＯＮにする。これによって、対象物Ｊからの反射光を含む光が、受光部２によって受光される（受光処理）。なお、露光タイミング制御信号Ｓ２がＯＦＦに切り替えられた後の各処理については、後記する。
なお、図４では便宜上、各処理の間の遅延時間の図示を省略している。前記したように、制御部５（図２参照）は、発光タイミング制御信号Ｓ０をＯＮにして発光部１を発光させるとともに（発光処理）、この発光タイミング制御信号Ｓ０に同期させて、露光タイミング制御信号Ｓ１をＯＮにする。そして、制御部５は、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１をＯＦＦに切り替えた時点から露光タイミング制御信号Ｓ２をＯＮにする。これによって、対象物Ｊからの反射光を含む光が、受光部２によって受光される（受光処理）。なお、露光タイミング制御信号Ｓ２がＯＦＦに切り替えられた後の各処理については、後記する。
【0025】
再び、図２に戻って説明を続ける。
制御部５は、露光タイミング制御信号Ｓ１に基づく電荷量Ｑ１に対して、所定のＡ／Ｄ変換を行い、第１撮像信号Ｍ１を生成する（図４も参照）。この第１撮像信号Ｍ１は、マトリクス状に配置された各画素の画素値（電荷量Ｑ１のデジタル値）を示すデータであり、各画素の位置と、その画素値と、を含んでいる。図２に示すように、第１撮像信号Ｍ１は、受光部２から合成部５２に出力されるとともに、第１雑音低減部５５に出力される。
制御部５は、露光タイミング制御信号Ｓ１に基づく電荷量Ｑ１に対して、所定のＡ／Ｄ変換を行い、第１撮像信号Ｍ１を生成する（図４も参照）。この第１撮像信号Ｍ１は、マトリクス状に配置された各画素の画素値（電荷量Ｑ１のデジタル値）を示すデータであり、各画素の位置と、その画素値と、を含んでいる。図２に示すように、第１撮像信号Ｍ１は、受光部２から合成部５２に出力されるとともに、第１雑音低減部５５に出力される。
【0026】
同様に、制御部５は、露光タイミング制御信号Ｓ２に基づく電荷量Ｑ２に対して、所定のＡ／Ｄ変換を行い、第２撮像信号Ｍ２を生成する（図４も参照）。この第２撮像信号Ｍ２は、マトリクス状に配置された各画素の画素値（電荷量Ｑ２のデジタル値）を示すデータであり、各画素の位置と、その画素値と、を含んでいる。図２に示すように、第２撮像信号Ｍ２は、受光部２から合成部５２に出力されるとともに、第２雑音低減部５６に出力される。
【0027】
なお、第１撮像信号Ｍ１や第２撮像信号Ｍ２には、受光部２に入射する光の光子数の揺らぎに起因するショットノイズ等、さまざまなノイズが存在している。そこで、第１実施形態では、制御部５が、複数の撮像信号（第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２）のそれぞれのノイズを低減させる所定の雑音低減処理を行うようにしている。
【0028】
図２に示す合成部５２は、第１撮像信号Ｍ１と、第２撮像信号Ｍ２と、を画素ごとに合成する。すなわち、合成部５２は、以下の（式１）の演算を画素ごとに行い、その演算結果を画素ごとの画素値とする所定の合成信号を生成する（図４の「合成処理」）。なお、（式１）の値αは、０よりも大きく、かつ、１よりも小さい所定の値であり、予め設定されている。
【0029】
（合成信号）＝（第１撮像信号）×α＋（第２撮像信号）×(１－α) ・・・（式１）
【0030】
図５は、第１撮像信号Ｍ１と第２撮像信号Ｍ２とに基づいて、合成信号が生成される例を示す説明図である。
図５では、受光部２の画素が５×５のマトリクス状に配置された例を示している。また、図５では、前記した（式１）の値αが０．５である場合を示している。例えば、第１撮像信号Ｍ１における中央の画素の画素値は、１３５になっている。一方、第２撮像信号Ｍ２における中央の画素の画素値は、１５３になっている。合成部５２は、前記した（式１）に基づいて、１３５×０．５＋１５３×（１－０．５）＝１４４という演算を行い、合成後の中央の画素の画素値とする。他の画素についても同様にして、合成部５２は、合成後の画素値を算出する。
図５では、受光部２の画素が５×５のマトリクス状に配置された例を示している。また、図５では、前記した（式１）の値αが０．５である場合を示している。例えば、第１撮像信号Ｍ１における中央の画素の画素値は、１３５になっている。一方、第２撮像信号Ｍ２における中央の画素の画素値は、１５３になっている。合成部５２は、前記した（式１）に基づいて、１３５×０．５＋１５３×（１－０．５）＝１４４という演算を行い、合成後の中央の画素の画素値とする。他の画素についても同様にして、合成部５２は、合成後の画素値を算出する。
【0031】
このようにして生成された合成信号（合成後の画素の位置及び画素値を示す画像データ）は、受光した光の輝度分布を示すデータとして、合成部５２から平滑化部５３（図２参照）に出力される。
【0032】
平滑化部５３は、所定のフィルタを用いて合成信号を平滑化し（図４の「平滑化処理」）、平滑化後の合成信号を雑音低減制御信号生成部５４に出力する。なお、平滑化処理のフィルタとして、平均フィルタの他、ガウシアンフィルタやメディアンフィルタを用いることができる。また、平滑化処理のフィルタは、３×３のサイズでもよいし、５×５や７×７といったサイズでもあってよい。
【0033】
このように平滑化部５３が所定のフィルタ処理を行うことで、合成信号のＳ／Ｎ比が比較的小さい（例えば、Ｓ／Ｎ比が１よりも小さい）場合でも、各画素の画素値の本来の分布が概ね明らかになる。したがって、後記する雑音低減制御信号を制御部５が適切に生成できる。
【0034】
雑音低減制御信号生成部５４は、平滑化部５３から入力される平滑化後の合成信号（画像データ）に基づいて、所定の雑音低減制御信号を生成する（図４の「雑音低減制御信号生成処理」）。ここで、雑音低減制御信号とは、それぞれの画素のノイズを低減するために、対象とする画素との相関性が高い（つまり、画素値の差が比較的小さい）、近傍の画素を特定する信号である。
【0035】
図６は、雑音低減制御信号の生成に関する説明図である（適宜、図２も参照）。
図６の紙面左側に示す「入力画像」とは、平滑化部５３から雑音低減制御信号生成部５４に入力される画像データ（平滑化後の合成信号）である。また、ｆ（ｉ，ｊ）とは、その位置が（ｉ，ｊ）で示される画素の画素値である。
図６の紙面左側に示す「入力画像」とは、平滑化部５３から雑音低減制御信号生成部５４に入力される画像データ（平滑化後の合成信号）である。また、ｆ（ｉ，ｊ）とは、その位置が（ｉ，ｊ）で示される画素の画素値である。
【0036】
雑音低減制御信号生成部５４は、まず、図６の紙面左側に示すように、画素（ｉ，ｊ）を中心とする３×３の領域から、画素値ｆ（ｉ，ｊ）と、その近傍の画素値ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）を取得する。ここで、値ｍ，ｎは、－１以上であり、かつ、１以下の整数である。なお、本実施形態では、領域のサイズを３×３としているが、５×５や７×７といったサイズであってもよい。例えば、領域のサイズが５×５である場合は、値ｍ，ｎは、－２以上であり、かつ、２以下の整数である。
次に、雑音低減制御信号生成部５４は、図６に示すように、画素値ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）から画素値ｆ（ｉ，ｊ）を減算し、減算した値の絶対値｜ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）－ｆ（ｉ，ｊ）｜を算出する。
次に、雑音低減制御信号生成部５４は、図６に示すように、画素値ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）から画素値ｆ（ｉ，ｊ）を減算し、減算した値の絶対値｜ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）－ｆ（ｉ，ｊ）｜を算出する。
【0037】
そして、雑音低減制御信号生成部５４は、以下の（式２）の演算を行う。なお、（式２）に含まれる画素（ｉ，ｊ）は、第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２の撮影点（測定位置）に対応している。また、所定値ｋは、２値化処理後の画素値を“１”にするか“０”にするかの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。図６の例では、所定値ｋ＝４０としている。また、（式２）に含まれるｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）は、雑音低減制御信号生成部５４によって生成される雑音低減制御信号である。
【0038】
｜ｆ(ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ)－ｆ(ｉ，ｊ)｜≦ｋ であるとき、ｂｉ，ｊ(ｍ，ｎ)＝１
｜ｆ(ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ)－ｆ(ｉ，ｊ)｜＞ｋ であるとき、ｂｉ，ｊ(ｍ，ｎ)＝０
・・・（式２）
｜ｆ(ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ)－ｆ(ｉ，ｊ)｜＞ｋ であるとき、ｂｉ，ｊ(ｍ，ｎ)＝０
・・・（式２）
【0039】
すなわち、絶対値｜ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）－ｆ（ｉ，ｊ）｜が所定値ｋ以下である場合、雑音低減制御信号生成部５４は、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の値として“１”を割り当てる。一方、絶対値｜ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）－ｆ（ｉ，ｊ）｜が所定値ｋよりも大きい場合、雑音低減制御信号生成部５４は、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の値として“０”を割り当てる。このような２値化処理によって、対象とする画素（ｉ，ｊ）を含む３×３の画素のうち、画素値ｆ（ｉ，ｊ）との間の差分が比較的小さい画素が抽出される。そして、雑音低減制御信号生成部５４は、ひとつひとつの画素（ｉ，ｊ）について、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を第１雑音低減部５５に出力するとともに、第２雑音低減部５６に出力する。
【0040】
このように、制御部５は、電荷量Ｑ１（第１受光量）に基づく第１撮像信号Ｍ１と、電荷量Ｑ２（第２受光量）に基づく第２撮像信号Ｍ２と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。この雑音低減制御信号は、合成信号に含まれる各画素のうち、雑音低減処理の対象となる画素（ｉ，ｊ）の位置を示すとともに、対象となる画素（ｉ，ｊ）の近傍の画素（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）のうち、その画素値ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）と、対象となる画素の画素値ｆ（ｉ，ｊ）との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号である。
【0041】
図７は、入力画像の縁部の画素に対する雑音低減制御信号の生成に関する説明図である。
入力画像の縁部に存在する画素（例えば、図７に示す画素（０，０））については、３×３の近傍領域の一部に画素が存在しないことになる。このような場合、雑音低減制御信号生成部５４は、縁部の画素に隣接する仮想的な画素の画素値として、縁部の画素の画素値をコピーして補った上で、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。これによって、入力画像の縁部の画素についても、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を適切に生成できる。
入力画像の縁部に存在する画素（例えば、図７に示す画素（０，０））については、３×３の近傍領域の一部に画素が存在しないことになる。このような場合、雑音低減制御信号生成部５４は、縁部の画素に隣接する仮想的な画素の画素値として、縁部の画素の画素値をコピーして補った上で、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。これによって、入力画像の縁部の画素についても、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を適切に生成できる。
【0042】
図２に示す第１雑音低減部５５は、受光部２から入力される第１撮像信号Ｍ１の画素（ｉ，ｊ）に対して、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を用いて、所定の雑音低減処理を行う。図２に示すように、第１雑音低減部５５は、雑音低減制御部５５ａを備えている。
他方の第２雑音低減部５６は、受光部２から入力される第２撮像信号Ｍ２の画素（ｉ，ｊ）に対して、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を用いて、所定の雑音低減処理を行う。図２に示すように、第２雑音低減部５６は、雑音低減制御部５６ａを備えている。
次に、第１雑音低減部５５の雑音低減制御部５５ａが実行する処理について、図８を用いて説明するが、第２雑音低減部５６についても同様である。
他方の第２雑音低減部５６は、受光部２から入力される第２撮像信号Ｍ２の画素（ｉ，ｊ）に対して、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を用いて、所定の雑音低減処理を行う。図２に示すように、第２雑音低減部５６は、雑音低減制御部５６ａを備えている。
次に、第１雑音低減部５５の雑音低減制御部５５ａが実行する処理について、図８を用いて説明するが、第２雑音低減部５６についても同様である。
【0043】
図８は、雑音低減制御部が実行する雑音低減処理の説明図である（適宜、図２も参照）。
なお、図８の紙面左上には、雑音低減制御信号生成部５４（図２参照）から雑音低減制御部５５ａ，５６ａ（図２参照）に入力される雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を示している（図６も参照）。例えば、雑音低減制御部５５ａは、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の３×３領域の中心（０，０）を、第１撮像信号Ｍ１の画素（ｉ，ｊ）の位置に合わせる。そして、雑音低減制御部５５ａは、以下の（式３）に基づき、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）と、第１撮像信号Ｍ１の画素値ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）と、において値ｍ，ｎが共通する位置の画素値をそれぞれ乗算し、その和Ｐ１（ｉ，ｊ）を算出する。
なお、図８の紙面左上には、雑音低減制御信号生成部５４（図２参照）から雑音低減制御部５５ａ，５６ａ（図２参照）に入力される雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を示している（図６も参照）。例えば、雑音低減制御部５５ａは、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の３×３領域の中心（０，０）を、第１撮像信号Ｍ１の画素（ｉ，ｊ）の位置に合わせる。そして、雑音低減制御部５５ａは、以下の（式３）に基づき、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）と、第１撮像信号Ｍ１の画素値ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）と、において値ｍ，ｎが共通する位置の画素値をそれぞれ乗算し、その和Ｐ１（ｉ，ｊ）を算出する。
【0044】
【数1】
【0045】
図８の例では、和Ｐ１（ｉ，ｊ）＝５９０となる。この和Ｐ１（ｉ，ｊ）は、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）で位置が示される（つまり、ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の値が“１”である）画素の画素値ｆ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）の和である。また、雑音低減制御部５５ａは、和Ｐ１（ｉ，ｊ）とは別に、以下の（式４）に基づいて、３×３領域における雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の各要素の和Ｑ１（ｉ，ｊ）を算出する。
【0046】
【数2】
【0047】
図８の例では、和Ｑ１（ｉ，ｊ）＝５となる。この和Ｑ１（ｉ，ｊ）は、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）で位置が示される（つまり、ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の値が“１”である）画素の個数に等しい。そして、雑音低減制御部５５ａは、以下の（式５）に基づいて、前記した和Ｐ（ｉ，ｊ）を和Ｑ（ｉ，ｊ）で除算し、３×３領域内における平均値を、出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）として算出する。
なお、本実施形態で説明している雑音低減処理は、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）のサイズが３×３である場合であるが、５×５や７×７といったサイズであってもよい。例えば、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）のサイズが５×５である場合は、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の５×５領域の中心（０，０）を、第１撮像信号Ｍ１の画素（ｉ，ｊ）の位置に合わせた上で、前記した計算を実施する。ここで、値ｍ，ｎは、－２以上であり、かつ、２以下の整数である。
なお、本実施形態で説明している雑音低減処理は、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）のサイズが３×３である場合であるが、５×５や７×７といったサイズであってもよい。例えば、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）のサイズが５×５である場合は、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の５×５領域の中心（０，０）を、第１撮像信号Ｍ１の画素（ｉ，ｊ）の位置に合わせた上で、前記した計算を実施する。ここで、値ｍ，ｎは、－２以上であり、かつ、２以下の整数である。
【0048】
【数3】
【0049】
図８の例では、出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）＝５９０／５＝１１８となっている。そして、第１雑音低減部５５は、第１撮像信号Ｍ１の画素（ｉ，ｊ）の画素値を、（式５）に基づく出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）に置き換える。このような処理を雑音低減処理という。さらに、第１雑音低減部５５は、画素（ｉ，ｊ）の位置を順にずらしながら、第１撮像信号Ｍ１に含まれるひとつひとつの画素について、前記した雑音低減処理を行う（図４の「第１撮像信号雑音低減処理」）。第１撮像信号Ｍ１に対応する画像信号Ｏ１は、第１雑音低減部５５（図２参照）から距離演算部５７（図２参照）に出力される。
【0050】
他方の第２雑音低減部５６も同様にして、受光部２から入力される第２撮像信号Ｍ２に雑音低減処理を施し、第２撮像信号Ｍ２の画素（ｉ，ｊ）の画素値を所定の出力画素値Ｏ２（ｉ，ｊ）に置き換える（図４の「第２撮像信号雑音低減処理」）。この出力画素値Ｏ２（ｉ，ｊ）は、前記した（式５）と同様にして算出される。第２撮像信号Ｍ２に対応する画像信号Ｏ２は、第２雑音低減部５６（図２参照）から距離演算部５７（図２参照）に出力される。なお、図４に示すように、第１撮像信号雑音低減処理と、第２撮像信号雑音低減処理と、が並行して実行されるようにしてもよい。
【0051】
このように、制御部５（第１雑音低減部５５、第２雑音低減部５６）が行う雑音低減処理は、第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２のそれぞれにおいて、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）で位置が示される画素の画素値の和Ｐ１（ｉ，ｊ）を当該画素の個数（和Ｑ１（ｉ，ｊ））で除算してなる平均値（Ｐ１（ｉ，ｊ）／Ｑ１（ｉ，ｊ））を、新たな画素値として置き換える処理である。
【0052】
わかりやすくいうと、第１雑音低減部５５は、第１撮像信号Ｍ１に含まれる画素を対象として、画素値の差が比較的小さい近傍の画素を特定する雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）に基づき、画素値の平均を算出し、その算出結果を第１撮像信号Ｍ１の新たな画素値として置き換える。なお、第２雑音低減部５６についても同様である。これによって、第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２のそれぞれについて、近傍の画素との間の相関性に基づいて、各信号のノイズを画素ごとに低減できる。その結果、後記する距離画像のノイズも低減され、また、距離画像のエッジも残りやすくなる。
【0053】
また、雑音低減処理に用いられる所定の雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）が、複数の撮像信号（第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２）において、画素ごとに共通している。このように、撮像のタイミングが異なっている第１撮像信号Ｍ１と第２撮像信号Ｍ２とで、雑音低減処理の特性を共通にすることで、距離の測定精度を高めることができる。
【0054】
図９は、縁部の画素に対して雑音低減制御部が実行する処理の説明図である。
例えば、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の中心を入力画像（図９では、第１撮像信号Ｍ１の画像）の縁部の画素に合わせた場合、そのままでは、入力画像において雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）に対応しない画素が存在することになる。このような場合、第１雑音低減部５５は、図９に示すように、縁部の画素に隣接する仮想的な画素の画素値として、入力画像の縁部の画素の画素値をコピーして補った上で、出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）を算出する。これによって、入力画像の縁部の画素についても、出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）を適切に算出できる。
例えば、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の中心を入力画像（図９では、第１撮像信号Ｍ１の画像）の縁部の画素に合わせた場合、そのままでは、入力画像において雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）に対応しない画素が存在することになる。このような場合、第１雑音低減部５５は、図９に示すように、縁部の画素に隣接する仮想的な画素の画素値として、入力画像の縁部の画素の画素値をコピーして補った上で、出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）を算出する。これによって、入力画像の縁部の画素についても、出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）を適切に算出できる。
【0055】
図２に示す距離演算部５７は、第１雑音低減部５５から入力される画像信号Ｏ１と、第２雑音低減部５６から入力される画像信号Ｏ２と、に基づいて、各画素（つまり、対象物Ｊの各測定位置）における距離を算出し、距離画像を生成する。具体的には、距離演算部５７は、画像信号Ｏ１の出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）と、画像信号Ｏ２の出力画素値Ｏ２（ｉ，ｊ）と、を用いて、以下の（式６）に基づき、距離データＤ（ｉ，ｊ）を生成する。
【0056】
【数4】
【0057】
なお、（式６）における距離データＤ（ｉ，ｊ）は、画素（ｉ，ｊ）における対象物Ｊまでの距離を示すデータである。また、（式６）におけるＴ０は、対象物Ｊに照射される光のパルス幅であり（図３参照）、ｃは光速（３×１０８[ｍ／ｓ]）である。また、Ｏ１（ｉ，ｊ）は第１撮像信号Ｍ１に対応する出力画素値であり、Ｏ２（ｉ，ｊ）は第２撮像信号Ｍ２に対応する出力画素値である。（式６）の演算によって、対象物Ｊまでの距離が画素ごとに算出される。このようにして生成された距離データＤ（ｉ，ｊ）は、距離画像として、距離演算部５７から表示装置２００（図１参照）に出力される。これによって、ユーザは、距離測定装置１００の受光部２の各画素から対象物Ｊまでの距離を、所定の距離画像として把握できる。
【0058】
＜効果＞
第１実施形態によれば、異なるタイミングで取得される第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２のそれぞれに対して、位置が同一である画素については、制御部５が共通の雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を用いるようにしている。これによって、第１撮像信号Ｍ１と第２撮像信号Ｍ２との間の特性差（画素値の分布の違い）に起因する誤差を画素ごとに低減できる。したがって、受光部２の各画素から対象物Ｊまでの距離を高精度に測定できる。
第１実施形態によれば、異なるタイミングで取得される第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２のそれぞれに対して、位置が同一である画素については、制御部５が共通の雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を用いるようにしている。これによって、第１撮像信号Ｍ１と第２撮像信号Ｍ２との間の特性差（画素値の分布の違い）に起因する誤差を画素ごとに低減できる。したがって、受光部２の各画素から対象物Ｊまでの距離を高精度に測定できる。
【0059】
また、第１実施形態によれば、第１撮像信号Ｍ１と第２撮像信号Ｍ２との合成信号において、画素値の相関性（周囲の画素との間で画素値の差分）に基づく雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を、制御部５が画素ごとに生成するようにしている。そして、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）で位置が指定される近傍の画素を含めて、制御部５は、画素値の平均を算出し、第１撮像信号Ｍ１や第２撮像信号Ｍ２の画素値を置き換える。これによって、近傍の画素との間の相関性に基づいて、各信号のノイズが画素ごとに低減されるため、対象物Ｊまでの距離を高精度に測定できる。
【0060】
なお、画像のノイズを低減するには、ローパスフィルタ等の画像処理を行うことも可能であるが、自然画像（ノイズ低減前の画像）にはさまざまなテクスチャやエッジの信号成分が含まれている。仮に、画像全体に対して同一の特性のノイズ低減処理を行った場合、信号雑音比の大きいテクスチャやエッジの部分は、その信号成分が十分に保持されたままノイズが低減される一方、信号雑音比の小さいテクスチャやエッジの情報が失われてしまう。また、仮に、信号雑音比の小さいテクスチャやエッジの情報を残そうとすると、ノイズ低減の効果が弱くなる可能性がある。
【0061】
これに対して、第１実施形態では、前記したように、第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２に対して、制御部５が、画素ごとに共通の雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を用いるようにしている。これによって、対象物Ｊまでの距離を高精度に測定することができ、ひいては、産業の発達を促進する上で社会貢献に寄与できる。
【0062】
≪第２実施形態≫
第２実施形態は、対象物までの距離を測定する際、制御部５Ａ（図１０参照）が、３つの露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を受光部２（図１０参照）に順次に出力する点が、第１実施形態とは異なっている。また、第２実施形態では、制御部５Ａが、受光量から外光成分を除去した上で、対象物までの距離を算出する点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他の点については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
第２実施形態は、対象物までの距離を測定する際、制御部５Ａ（図１０参照）が、３つの露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を受光部２（図１０参照）に順次に出力する点が、第１実施形態とは異なっている。また、第２実施形態では、制御部５Ａが、受光量から外光成分を除去した上で、対象物までの距離を算出する点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他の点については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【0063】
図１０は、第２実施形態に係る距離測定装置１００Ａの制御部５Ａを含む機能ブロック図である。
図１０に示すように、距離測定装置１００Ａの制御部５Ａは、撮像制御部５１と、合成部５２と、平滑化部５３と、雑音低減制御信号生成部５４と、第１雑音低減部５５と、第２雑音低減部５６と、第３雑音低減部５８と、距離演算部５７と、を備えている。これらの各構成が実行する処理について、図１１等を用いて説明する。
図１０に示すように、距離測定装置１００Ａの制御部５Ａは、撮像制御部５１と、合成部５２と、平滑化部５３と、雑音低減制御信号生成部５４と、第１雑音低減部５５と、第２雑音低減部５６と、第３雑音低減部５８と、距離演算部５７と、を備えている。これらの各構成が実行する処理について、図１１等を用いて説明する。
【0064】
図１１は、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３等に関するタイムチャートである（適宜、図１０も参照）。
図１１に示すように、制御部５Ａは、発光タイミング制御信号Ｓ０を所定時間Ｔ０だけＯＮ状態にするとともに、この発光タイミング制御信号Ｓ０に同期させて、露光タイミング制御信号Ｓ１をＯＮ状態にする。これによって、フォトダイオード（図示せず）に接続されたコンデンサ（図示せず）に電荷量Ｑ１が蓄積される。
図１１に示すように、制御部５Ａは、発光タイミング制御信号Ｓ０を所定時間Ｔ０だけＯＮ状態にするとともに、この発光タイミング制御信号Ｓ０に同期させて、露光タイミング制御信号Ｓ１をＯＮ状態にする。これによって、フォトダイオード（図示せず）に接続されたコンデンサ（図示せず）に電荷量Ｑ１が蓄積される。
【0065】
次に、制御部５Ａは、発光タイミング制御信号Ｓ０や露光タイミング制御信号Ｓ１をＯＮからＯＦＦに切り替えた時点から所定時間Ｔ０だけ、露光タイミング制御信号Ｓ２をＯＮ状態にする。これによって、別のコンデンサ(図示せず)に電荷量Ｑ２が蓄積される。さらに、制御部５Ａは、露光タイミング制御信号Ｓ２をＯＮからＯＦＦに切り替えた時点から所定時間Ｔ０だけ、露光タイミング制御信号Ｓ３をＯＮ状態にする。これによって、さらに別のコンデンサ（図示せず）に電荷量Ｑ３が蓄積される。
【0066】
つまり、受光部２は、発光部１による光の照射に同期して受光し、電荷量Ｑ１（第１受光量）を蓄積した後、発光部１による光の照射の終了時から受光して、電荷量Ｑ２（第２受光量）を蓄積し、さらに、電荷量Ｑ２の受光の終了時から受光して、電荷量Ｑ３（第３受光量）を蓄積する。
【0067】
図１１の例では、電荷量Ｑ１，Ｑ２には、対象物からの反射光が光電変換された反射光成分の他に、外光成分も含まれている。一方、電荷量Ｑ３には、反射光成分が含まれておらず、外光成分のみが含まれている。なお、対象物までの距離の長さによっては、遅延時間Ｔｄが比較的長くなることで、電荷量Ｑ２，Ｑ３に反射光成分が含まれる一方、電荷量Ｑ１には反射光成分が含まれないこともある。
【0068】
図１２は、距離測定装置で実行される一連の処理のタイムチャートである。
なお、図１２では便宜上、各処理の間の遅延時間の図示を省略している。前記したように、制御部５Ａ（図１０参照）は、発光タイミング制御信号Ｓ０をＯＮにして発光部１を発光させるとともに（発光処理）、露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を順次にＯＮにする（受光処理）。
なお、図１２では便宜上、各処理の間の遅延時間の図示を省略している。前記したように、制御部５Ａ（図１０参照）は、発光タイミング制御信号Ｓ０をＯＮにして発光部１を発光させるとともに（発光処理）、露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を順次にＯＮにする（受光処理）。
【0069】
そして、制御部５Ａは、露光タイミング制御信号Ｓ１に基づく電荷量Ｑ１に対して、所定のＡ／Ｄ変換を行い、第１撮像信号Ｍ１を生成する。同様に、制御部５Ａは、露光タイミング制御信号Ｓ２に基づく電荷量Ｑ２に対して、所定のＡ／Ｄ変換を行い、第２撮像信号Ｍ２を生成する。また、制御部５Ａは、露光タイミング制御信号Ｓ３に基づく電荷量Ｑ３に対して、所定のＡ／Ｄ変換を行い、第３撮像信号Ｍ３を生成する。なお、図１２の合成処理から後の各処理については、後記する。
【0070】
図１０に示す合成部５２は、以下の（式７）に基づいて、合成信号を生成する。なお、（式７）に含まれる値α，βは、０よりも大きく、かつ、１よりも小さい所定の値として予め設定されている。また、（α＋β）＜１とする。
【0071】
(合成信号）＝(第１撮像信号)×α＋(第２撮像信号)×β＋(第３撮像信号)×(１－α－β)・・・（式７)
【0072】
図１３は、第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２、及び第３撮像信号Ｍ３に基づいて、合成信号が生成される例を示す説明図である。
なお、図１３の例では、前記した（式７）において、α＝１／３、β＝１／３としている。このようにして生成された合成信号は、受光した光の輝度分布を示すデータとして、合成部５２（図１０参照）から平滑化部５３（図１０参照）に出力される。
なお、図１３の例では、前記した（式７）において、α＝１／３、β＝１／３としている。このようにして生成された合成信号は、受光した光の輝度分布を示すデータとして、合成部５２（図１０参照）から平滑化部５３（図１０参照）に出力される。
【0073】
なお、平滑化部５３（図１０参照）や雑音低減制御信号生成部５４（図１０参照）が実行する処理については、第１実施形態と同様である。すなわち、制御部５Ａは、電荷量Ｑ１（第１受光量）に基づく第１撮像信号Ｍ１と、電荷量Ｑ２（第２受光量）に基づく第２撮像信号Ｍ２と、電荷量Ｑ３（第３受光量）に基づく第３撮像信号Ｍ３と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号を用いて、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。雑音低減制御信号生成部５４によって生成された雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）は、第１雑音低減部５５、第２雑音低減部５６、及び第３雑音低減部５８にそれぞれ出力される。
【0074】
また、第１雑音低減部５５、第２雑音低減部５６、及び第３雑音低減部５８の各処理も、第１実施形態で説明した第１雑音低減部５５等（図２参照）の処理と同様である。すなわち、制御部５Ａは、第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２、及び第３撮像信号Ｍ３のそれぞれにおいて、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）で位置が示される画素の画素値の和を当該画素の個数で除算してなる平均値を、新たな画素値として置き換える雑音低減処理を行う。
【0075】
図１０に示す距離演算部５７は、第１雑音低減部５５の出力画素値Ｏ１（ｉ，ｊ）と、第２雑音低減部５６の出力画素値Ｏ２（ｉ，ｊ）と、第３雑音低減部５８の出力画素値Ｏ３（ｉ，ｊ）と、に基づいて、受光部２から対象物までの距離データＤ（ｉ，ｊ）を画素ごとに算出する。なお、遅延時間Ｔｄ（図１１参照）と、露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がＯＮ状態で維持される所定時間Ｔ０との大小関係によって、距離の計算方法が異なる。
【0076】
例えば、遅延時間Ｔｄが所定時間Ｔ０未満である場合、露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２が順次に出力される期間（図１１の時刻ｔ１～ｔ５）に、対象物からの反射光の全てが露光される。このとき、露光タイミング制御信号Ｓ３に基づく電荷量Ｑ３は、露光タイミング制御信号Ｓ１に基づく電荷量Ｑ１よりも小さくなる。
【0077】
一方、遅延時間Ｔｄが所定時間Ｔ０以上である場合、露光タイミング制御信号Ｓ２，Ｓ３が出力される期間に、対象物からの反射光の全てが露光される。このとき、露光タイミング制御信号Ｓ１に基づく電荷量Ｑ１は、露光タイミング制御信号Ｓ３に基づく電荷量Ｑ３以上になる。そこで、距離演算部５７は、以下の（式８）の判定処理を行う。
【0078】
Ｑ１＞Ｑ３ であるとき、(判定結果)=０
Ｑ１≦Ｑ３ であるとき、(判定結果)=１ ・・・（式８）
Ｑ１≦Ｑ３ であるとき、(判定結果)=１ ・・・（式８）
【0079】
例えば、（式８）の判定結果が“０”である場合、距離演算部５７は、以下の（式９）に基づいて、距離データＤ（ｉ，ｊ）を算出する。
【0080】
【数5】
【0081】
なお、（式９）における距離データＤ（ｉ，ｊ）は、画素（ｉ，ｊ）における対象物までの距離を示すデータである。また、（式９）におけるＴ０は、対象物に照射される光のパルス幅であり（図１１参照）、ｃは光速（３×１０８[ｍ／ｓ]）である。また、Ｏ１（ｉ，ｊ）は第１撮像信号Ｍ１に対応する出力画素値であり、Ｏ２（ｉ，ｊ）は第２撮像信号Ｍ２に対応する出力画素値であり、Ｏ３は第３撮像信号Ｍ３に対応する出力画素値である。このような（式９）に基づく演算によって、対象物までの距離が、画素ごと（測定位置ごと）に算出される。
【0082】
一方、前記した（式８）の判定結果が“１”である場合、距離演算部５７は、以下の（式１０）に基づいて、距離データＤ（ｉ，ｊ）を算出する。
【0083】
【数6】
【0084】
そして、制御部５は、画素位置（ｉ，ｊ）を順にずらしながら、全ての画素について、距離の演算を行う。その結果、対象物までの距離を画素ごとに示す距離画像が生成される。
【0085】
＜効果＞
第２実施形態によれば、対象物までの距離の長さによって、電荷量Ｑ１，Ｑ３のうちいずれか一方が外光成分のみになる。したがって、電荷量Ｑ１又は電荷量Ｑ３のデジタル値に基づいて、外光成分を所定に減算することで、反射光成分を抽出できる。したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態よりもさらに高精度で距離を測定できる。また、１回の発光に対して、タイミングをずらして３回の露光を順次に行うことで、測定可能な距離の上限を第１実施形態の場合の２倍にすることができる。
第２実施形態によれば、対象物までの距離の長さによって、電荷量Ｑ１，Ｑ３のうちいずれか一方が外光成分のみになる。したがって、電荷量Ｑ１又は電荷量Ｑ３のデジタル値に基づいて、外光成分を所定に減算することで、反射光成分を抽出できる。したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態よりもさらに高精度で距離を測定できる。また、１回の発光に対して、タイミングをずらして３回の露光を順次に行うことで、測定可能な距離の上限を第１実施形態の場合の２倍にすることができる。
【0086】
≪第３実施形態≫
第３実施形態は、制御部５Ｂ（図１４参照）が、第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２のそれぞれについて平滑化処理や雑音低減制御信号生成処理を個別で行った後、合成処理を行う点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
第３実施形態は、制御部５Ｂ（図１４参照）が、第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２のそれぞれについて平滑化処理や雑音低減制御信号生成処理を個別で行った後、合成処理を行う点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【0087】
図１４は、第３実施形態に係る距離測定装置１００Ｂの制御部５Ｂを含む機能ブロック図である。
図１４に示すように、距離測定装置１００Ｂの制御部５Ｂは、撮像制御部５１と、第１平滑化部５３ａと、第２平滑化部５３ｂと、第１雑音低減制御信号生成部５４ａと、第２雑音低減制御信号生成部５４ｂと、合成部５２Ｂと、を備えている。また、制御部５Ｂは、前記した構成の他に、第１雑音低減部５５と、第２雑音低減部５６と、距離演算部５７と、を備えている。
図１４に示すように、距離測定装置１００Ｂの制御部５Ｂは、撮像制御部５１と、第１平滑化部５３ａと、第２平滑化部５３ｂと、第１雑音低減制御信号生成部５４ａと、第２雑音低減制御信号生成部５４ｂと、合成部５２Ｂと、を備えている。また、制御部５Ｂは、前記した構成の他に、第１雑音低減部５５と、第２雑音低減部５６と、距離演算部５７と、を備えている。
【0088】
図１４に示すように、受光部２で生成された第１撮像信号Ｍ１は、第１平滑化部５３ａ及び第１雑音低減部５５のそれぞれに出力される。また、受光部２で生成された第２撮像信号Ｍ２は、第２平滑化部５３ｂ及び第２雑音低減部５６のそれぞれに出力される。
【0089】
第１平滑化部５３ａは、第１撮像信号Ｍ１に所定のフィルタ処理を施して平滑化する。なお、第１平滑化部５３ａで用いられるフィルタは、例えば、平均フィルタであってもよいし、ガウシアンフィルタやメディアンフィルタであってもよい。同様に、第２平滑化部５３ｂは、第２撮像信号Ｍ２に所定のフィルタ処理を施して平滑化する。
【0090】
第１雑音低減制御信号生成部５４ａは、第１平滑化部５３ａから入力される画像データに基づいて、第１雑音低減制御信号ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。一方、第２雑音低減制御信号生成部５４ｂは、第２平滑化部５３ｂから入力される画像データに基づいて、第２雑音低減制御信号ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。
【0091】
なお、第１雑音低減制御信号生成部５４ａや第２雑音低減制御信号生成部５４ｂの処理については、第１実施形態で説明した雑音低減制御信号生成部５４（図２参照）の処理と同様である。すなわち、制御部５Ｂは、電荷量Ｑ１（第１受光量）に基づく第１撮像信号Ｍ１を用いて、所定の第１雑音低減制御信号（第１制御信号）ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成するとともに、電荷量Ｑ２（第２受光量）に基づく第２撮像信号Ｍ２を用いて、所定の第２雑音低減制御信号（第２制御信号）ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。
【0092】
なお、前記した第１雑音低減制御信号（第１制御信号）ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）とは、第１撮像信号Ｍ１に含まれる各画素のうち、雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号である。
【0093】
また、前記した第２雑音低減制御信号（第２制御信号）ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）とは、第２撮像信号Ｍ２に含まれる各画素のうち、雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と前記対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号である。
【0094】
第１雑音低減制御信号生成部５４ａで生成された第１雑音低減制御信号ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）と、第２雑音低減制御信号生成部５４ｂで生成された第２雑音低減制御信号ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）とは、それぞれ、合成部５２に出力される。
【0095】
合成部５２は、例えば、第１雑音低減制御信号ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）と、第２雑音低減制御信号ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）と、の積演算を各要素（ｍ，ｎ）について行うことで、合成信号を生成する。具体的に説明すると、合成部５２は、各要素（ｍ，ｎ）について、第１雑音低減制御信号ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の値が“１”であり、かつ、第２雑音低減制御信号ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の値が“１”であるものについては、合成後の雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の値を“１”とする。また、合成部５２は、第１雑音低減制御信号ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）、及び、第２雑音低減制御信号ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）のうち少なくとも一方の値が“０”であるものについては、合成後の雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）の値を“０”とする。
【0096】
このように、制御部５Ｂは、第１雑音低減制御信号（第１制御信号）ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）と、第２雑音低減制御信号（第２制御信号）ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号に基づいて、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。合成後の雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）は、合成部５２から第１雑音低減部５５に出力されるとともに、第２雑音低減部５６に出力される。なお、図１４に示す第１雑音低減部５５、第２雑音低減部５６、及び距離演算部５７の各処理については、第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。
【0097】
＜効果＞
第３実施形態によれば、制御部５Ｂが、第１撮像信号Ｍ１を平滑化した信号に基づいて、第１雑音低減制御信号ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成し、また、第２撮像信号Ｍ２を平滑化した信号に基づいて、第２雑音低減制御信号ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。ここで、第１撮像信号Ｍ１の各画素値は電荷量Ｑ１に由来し、また、第２撮像信号Ｍ２の各画素値は電荷量Ｑ２に由来しており、対象物までの距離の長さがそのまま反映されている。このような第１撮像信号Ｍ１と第２撮像信号Ｍ２とを合成する（つまり、各要素の積演算を行う）ことで、雑音低減処理の対象とする画素を適切に抽出し、ひいては、対象物までの距離を第１実施形態よりもさらに高精度に算出できる。
第３実施形態によれば、制御部５Ｂが、第１撮像信号Ｍ１を平滑化した信号に基づいて、第１雑音低減制御信号ｂ１ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成し、また、第２撮像信号Ｍ２を平滑化した信号に基づいて、第２雑音低減制御信号ｂ２ｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。ここで、第１撮像信号Ｍ１の各画素値は電荷量Ｑ１に由来し、また、第２撮像信号Ｍ２の各画素値は電荷量Ｑ２に由来しており、対象物までの距離の長さがそのまま反映されている。このような第１撮像信号Ｍ１と第２撮像信号Ｍ２とを合成する（つまり、各要素の積演算を行う）ことで、雑音低減処理の対象とする画素を適切に抽出し、ひいては、対象物までの距離を第１実施形態よりもさらに高精度に算出できる。
【0098】
≪変形例≫
以上、距離測定装置１００等について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第１実施形態では、第１撮像信号Ｍ１や第２撮像信号Ｍ２において、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）で指定された位置の画素値の平均を算出し、その算出結果を出力信号値とする処理について説明したが、これに限らない。すなわち、制御部５が行う雑音低減処理は、第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２のそれぞれにおいて、雑音低減制御信号で位置ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）が示される画素の画素値に基づき、対象となる画素の位置を基準として算出した加重平均を、新たな画素値として置き換える処理であってもよい。具体的には、対象となる画素の近傍の画素において、対象となる画素までの距離が短いほど、加重平均を行う際の重み付けを大きくするようにしてもよい。その他にも、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）に基づいて、複数の画素の画素値を抽出し、これらの画素値のの中央値（メディアン）を、出力信号値としてもよい。なお、第２実施形態（第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２、及び第３撮像信号Ｍ３を用いる場合）の他、第３実施形態についても同様のことがいえる。
以上、距離測定装置１００等について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第１実施形態では、第１撮像信号Ｍ１や第２撮像信号Ｍ２において、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）で指定された位置の画素値の平均を算出し、その算出結果を出力信号値とする処理について説明したが、これに限らない。すなわち、制御部５が行う雑音低減処理は、第１撮像信号Ｍ１及び第２撮像信号Ｍ２のそれぞれにおいて、雑音低減制御信号で位置ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）が示される画素の画素値に基づき、対象となる画素の位置を基準として算出した加重平均を、新たな画素値として置き換える処理であってもよい。具体的には、対象となる画素の近傍の画素において、対象となる画素までの距離が短いほど、加重平均を行う際の重み付けを大きくするようにしてもよい。その他にも、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）に基づいて、複数の画素の画素値を抽出し、これらの画素値のの中央値（メディアン）を、出力信号値としてもよい。なお、第２実施形態（第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２、及び第３撮像信号Ｍ３を用いる場合）の他、第３実施形態についても同様のことがいえる。
【0099】
また、第２実施形態では、距離演算部５７（図１０参照）が対象物までの距離を算出する段階で、外光成分を除去し、反射光成分を抽出する処理について説明したが、これに限らない。すなわち、制御部５Ａ（図１０参照）が、第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２、及び第３撮像信号Ｍ３に基づいて、反射光成分が抽出された２つの信号を生成し、これらの２つの信号に基づいて、対象物までの距離を算出するようにしてもよい。
【0100】
また、第１実施形態では、制御部５（図２参照）が平滑化部５３を備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、平滑化部５３を省略し、合成部５２から雑音低減制御信号生成部５４に合成信号が出力されるようにしてもよい。なお、第２実施形態や第３実施形態についても同様のことがいえる。
【0101】
また、各実施形態では、距離測定装置１００（図１参照）と表示装置２００（図１参照）とが別体である構成について説明したが、これに限らない。すなわち、距離測定装置１００が、距離画像を所定に表示する表示部（図示せず）を備えるようにしてもよい。
また、第１実施形態では、対象物までの距離を測定する際、発光タイミング制御信号Ｓ０（図３参照）や露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２（図３参照）が１回ずつ生成される場合について説明したが、制御部５が各信号を所定周期で複数回生成し、電荷量Ｑ１，Ｑ２を蓄積するようにしてもよい。なお、第２実施形態や第３実施形態についても同様である。
また、第１実施形態では、対象物までの距離を測定する際、発光タイミング制御信号Ｓ０（図３参照）や露光タイミング制御信号Ｓ１，Ｓ２（図３参照）が１回ずつ生成される場合について説明したが、制御部５が各信号を所定周期で複数回生成し、電荷量Ｑ１，Ｑ２を蓄積するようにしてもよい。なお、第２実施形態や第３実施形態についても同様である。
【0102】
また、各実施形態は、適宜に組み合わせることが可能である。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせて、次の処理を行うようにしてもよい。すなわち、制御部５は、まず、電荷量Ｑ１（第１受光量）に基づく第１撮像信号Ｍ１を用いて、所定の第１制御信号を生成するとともに、電荷量Ｑ２（第２受光量）に基づく第２撮像信号Ｍ２を用いて、所定の第２制御信号を生成し、さらに、電荷量Ｑ３（第３受光量）に基づく第３撮像信号Ｍ３を用いて、所定の第３制御信号を生成する。前記した第１制御信号とは、第１撮像信号Ｍ１に含まれる各画素のうち、雑音低減処理の対象となる画素の位置を示すとともに、対象となる画素の近傍の画素のうち、その画素値と対象となる画素の画素値との差の絶対値が所定値以下であるものの位置を示す信号である。なお、第２制御信号や第３制御信号についても同様である。そして、制御部５は、第１制御信号と、第２制御信号と、第３制御信号と、を画素ごとに所定に合成してなる合成信号に基づいて、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を生成する。これによって、対象物までの距離の長さが画素値として反映された第１撮像信号Ｍ１、第２撮像信号Ｍ２、及び第３撮像信号Ｍ３の合成信号に基づいて、雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を適切に算出できる。さらに、対象物までの距離を算出する際、外光成分が除去されるため、対象物までの距離を高精度に算出できる。
【0103】
また、各実施形態で説明した雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）は一例であり、他の所定の方法で生成した雑音低減制御信号ｂｉ，ｊ（ｍ，ｎ）を、第１撮像信号Ｍ１や第２撮像信号Ｍ２の画素ごとに共通して用いるようにしてもよい。
【0104】
また、各実施形態で説明した距離測定装置１００の機能を実現するプログラムの全部又は一部を、サーバ（図示せず）等の一つ又は複数のコンピュータが実行するようにしてもよい。前記したプログラムは、通信回線を介して提供することもできるし、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【0105】
また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、前記した各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
【符号の説明】
【0106】
１ 発光部
２ 受光部
３ 基準クロック生成部
４ 記憶部
５，５Ａ，５Ｂ 制御部
６ 距離画像出力部
５１ 撮像制御部
２００ 表示装置
５２，５２Ｂ 合成部
５３ 平滑化部
５３ａ 第１平滑化部
５３ｂ 第２平滑化部
５４ 雑音低減制御信号生成部
５４ａ 第１雑音低減制御信号生成部
５４ｂ 第２雑音低減制御信号生成部
５５ 第１雑音低減部
５６ 第２雑音低減部
５７ 距離演算部
５８ 第３雑音低減部
１００，１００Ａ，１００Ｂ 距離測定装置
Ｊ 対象物
Ｍ１ 第１撮像信号
Ｍ２ 第２撮像信号
Ｍ３ 第３撮像信号
Ｑ１ 電荷量（第１受光量）
Ｑ２ 電荷量（第２受光量）
Ｑ３ 電荷量（第３受光量）
２ 受光部
３ 基準クロック生成部
４ 記憶部
５，５Ａ，５Ｂ 制御部
６ 距離画像出力部
５１ 撮像制御部
２００ 表示装置
５２，５２Ｂ 合成部
５３ 平滑化部
５３ａ 第１平滑化部
５３ｂ 第２平滑化部
５４ 雑音低減制御信号生成部
５４ａ 第１雑音低減制御信号生成部
５４ｂ 第２雑音低減制御信号生成部
５５ 第１雑音低減部
５６ 第２雑音低減部
５７ 距離演算部
５８ 第３雑音低減部
１００，１００Ａ，１００Ｂ 距離測定装置
Ｊ 対象物
Ｍ１ 第１撮像信号
Ｍ２ 第２撮像信号
Ｍ３ 第３撮像信号
Ｑ１ 電荷量（第１受光量）
Ｑ２ 電荷量（第２受光量）
Ｑ３ 電荷量（第３受光量）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】