CN104160243A - 距离测量装置和距离测量方法 - Google Patents

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Abstract

距离测量装置(100)具有：光投射部(11)，其搭载于移动体，在水平方向上具有照射区域，照射出进行强度调制后的照射光；摄像部(12)，其搭载于移动体，对照射光所照射的对象物(P)进行拍摄；光投射控制部(13)，其与摄像部的摄像定时相应地对照射光的强度进行控制；同步检波部(14、15、18)，其从摄像部所拍摄到的图像中提取亮度与照射光的强度调制同步地变动的同步检波区域；边缘检测部，其检测同步检波区域的边缘；以及距离计算部，其根据同步检波区域的边缘，计算到对象物的距离。同步检波部(18)在图像的亮度变动为摄像部的非线性区域的亮度输出值的情况下，计算使图像的亮度变动移动到摄像部的线性区域所需的照射光的振幅和直流成分。光投射控制部根据计算出的照射光的振幅和直流成分来控制照射光的强度。

Description

距离测量装置和距离测量方法
技术领域
本发明涉及一种向对象物照射强度调制后的照射光来测量到对象物的距离的距离测量装置和距离测量方法。
背景技术
已知有如下一种光学式的距离测量装置：朝向对象物照射照射光，使由对象物反射的反射光在CCD等摄像元件中成像，根据获取到的摄像数据来测量到对象物的距离或对象物的形状。在这样的距离测量装置中，存在如下情况：当照射光被对象物反射的反射光比背景光弱时，导致反射光被埋没于背景光(噪声)中，从而无法正确地识别对象物。
因此，以往提出了如下一种距离测量装置(例如，参照专利文献1)：通过反射光变弱的远距离用的光发送和接收部以及反射光非常强的近距离用的光发送和接收部利用波长、闪烁周期不同的照射光，由此能够独立地对远距离和近距离进行测量。
专利文献1：日本特开2010-107448号公报
发明内容
考虑为了提高针对噪声的稳健性而利用以正弦波等进行强度调制后的发送信号来测量距离的情况。在背景光的光量位于摄像元件的亮度灵敏度特性中的线性观测区域的上端部或下端部附近的情况下，当相对于背景光来观测叠加有发送信号的反射光时，有时该反射光进入到了摄像元件的非线性区域。
在这种情况下，导致从摄像部所拍摄到的图像中获取的强度调制后的信号的上端部(正弦波的上部峰区域)或下端部(正弦波的下部峰区域)饱和，从而针对发送信号执行同步检波处理时的同步检波判断产生错误。因此，存在如下问题：尽管有足够的反射信息，也会导致检测不出强度调制信号，从而到对象物的距离测量、形状测量的精度下降。
本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种即使在摄像部的亮度灵敏度特性中的非线性区域检测出从所拍摄到的图像获取的强度调制信号的情况下也能够高精度地测量到对象物的距离或形状的距离测量装置和距离测量方法。
为了达到上述目的，本发明的第一方式所涉及的距离测量装置具有：光投射部，其搭载于移动体，在水平方向上具有照射区域，照射出进行强度调制后的照射光；摄像部，其搭载于移动体，对照射光所照射的对象物进行拍摄；光投射控制部，其与摄像部的摄像定时相应地对照射光的强度进行控制；同步检波部，其从摄像部所拍摄到的图像中提取亮度与照射光的强度调制同步地变动的区域来作为同步检波区域；边缘检测部，其检测同步检波区域的边缘；以及距离计算部，其根据由边缘检测部检测出的同步检波区域的边缘，计算到对象物的距离。同步检波部在由摄像部拍摄到的图像的亮度变动为摄像部的非线性区域的亮度输出值的情况下，计算使图像的亮度变动移动到摄像部的线性区域所需的照射光的振幅和直流成分。光投射控制部根据由照射强度校正运算部计算出的照射光的振幅和直流成分来控制照射光的强度。
本发明的第二方式所涉及的距离测量装置具有：光投射部，其搭载于移动体，在水平方向上具有照射区域，照射出进行强度调制后的照射光；摄像部，其搭载于移动体，对照射光所照射的对象物进行拍摄；光投射控制部，其与摄像部的摄像定时相应地对照射光的强度进行控制；同步检波部，其从摄像部所拍摄到的图像中提取亮度与照射光的强度调制同步地变动的区域来作为同步检波区域；以及距离计算部，其根据同步检波区域，计算到对象物的距离。光投射控制部在入射到摄像部的光的强度变化超过规定范围的情况下，使照射光的振幅减小。
本发明的第三方式所涉及的距离测量方法利用搭载于移动体的光投射部向对象物照射进行强度调制后的照射光，利用搭载于移动体的摄像部对照射光所照射的对象物进行拍摄，与摄像的定时相应地控制照射光的强度，从拍摄到的图像中提取亮度与照射光的强度调制同步地变动的区域来作为同步检波区域，检测同步检波区域的边缘，根据检测出的边缘计算到对象物的距离，在拍摄到的图像的亮度变动为摄像部的非线性区域的亮度输出值的情况下，计算使图像的亮度变动移动到摄像部的线性区域所需的照射光的振幅和直流成分，根据计算出的照射光的振幅和直流成分来控制照射光的强度。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的距离测量装置100的结构的框图。
图2是表示图1的同步检波处理部15的详细结构的框图。
图3是表示图1的同步检波处理部15的处理动作的过程的框图。
图4是表示图3中的各信号的变化的时序图，图4的(a)表示发送信号S(t)，图4的(b)表示BPSK发送信号，图4的(c)表示载波乘法后的信号，图4的(d)表示解码信号an。
图5是表示搭载于车辆Q的图1的距离测量装置对到观测对象物P的距离进行测量的情形的说明图。
图6是表示由图1的照相机12拍摄到的图像的一例的立体图。
图7是表示对到观测对象物P的距离进行测量的原理的说明图。
图8是表示图1的照相机12所具备的摄像元件所具有的、输入光强度与亮度输出值的关系(亮度灵敏度特性)的一例的曲线图。
图9是相对于强度调制后的信号示出摄像元件的亮度输出信号的上端部产生失真的情形的曲线图。
图10是相对于强度调制后的信号示出摄像元件的亮度输出信号的下端部产生失真的状态的曲线图。
图11是表示对摄像元件的明部中的非线性区域处的调制光的振幅进行校正的处理的说明图。
图12是表示摄像元件的暗部中的非线性区域处的调制光的振幅校正以及将直流成分叠加的处理的说明图。
图13是表示利用图1的距离测量装置的距离测量方法的过程的一例的流程图。
图14是表示图13所示的同步检波处理的详细处理过程的流程图。
图15是表示图1的照相机12的视轴没有俯角的情况下的距离分辨率的说明图。
图16是表示图1的照相机12的视轴有俯角的情况下的距离分辨率的说明图。
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的实施方式。参照图1说明本发明的一个实施方式所涉及的距离测量装置100的结构。该距离测量装置100搭载在车辆(移动体的一例)上，具备朝向车辆周围的作为距离测量对象的观测对象物P(对象物)照射照射光的光投射部11、拍摄被照射光照射的观测对象物P的影像的照相机(摄像部的一例)12以及能够保存由照相机12输出的规定张数的图像的图像存储器14。
距离测量装置100还具备：光投射控制部13，其对光投射部11进行的照射光的照射进行控制；照射强度校正运算部18，其对从光投射部11照射的照射光的振幅和直流成分进行校正；同步检波处理部15，其针对由照相机12拍摄得到的图像信号进行同步检波处理；上端边缘检测部16，其从进行同步检波得到的图像中检测观测对象物P的上端边缘(边缘的一例)；以及距离计算部17，其根据由上端边缘检测部16检测出的上端边缘，计算车辆到观测对象物P的距离。
此外，在本实施方式中，由图像存储器14、同步检波处理部15以及照射强度校正运算部18构成了“同步检波部”。另外，列举移动体为车辆的情况为例进行说明，但是本发明不限定于此，也能够应用于铁道车辆、船舶等其它移动体。另外，本实施方式所涉及的距离测量装置100例如能够使用由中央运算单元(CPU)、RAM、ROM、硬盘等存储部构成的一体型的计算机来构成。
光投射部11例如是投影式前照灯、具备反射器的前照灯，朝向观测对象物P照射具有在水平方向上形成照射区域的配光特性的照射光。而且，通过向观测对象物P照射强度调制后的照射光，能够在观测对象物P上鲜明地映照出照射区域与非照射区域的亮度边界、即上端边缘。另外，作为光投射部11的发光源，能够使用可见光、红外光或紫外光的发光源。
照相机12具备CCD、CMOS等摄像元件，拍摄车辆周围的图像。具体地说，针对照相机12所具备的摄像元件入射背景光和由光投射部11照射出的照射光被观测对象物P反射的反射光。照相机12所具备的摄像元件依照后述的亮度灵敏度特性，输出与入射光的强度相应的亮度。另外，在光投射部11使用可见光、红外光、紫外光等的情况下，照相机12所具备的摄像元件设为使用了能够观测可见光、红外光、紫外光的波长的元件。
图像存储器14具备保存由照相机12输出的规定张数的图像的功能。在图像存储器14中保存由照相机12按时间序列拍摄到的多个图像。
同步检波处理部15通过对从光投射控制部13输出的照射光中包含的调制信号进行同步检波，来输出照射光提取图像，该照射光提取图像是只提取亮度与照射光的强度调制同步地变动的像素(同步检波区域)所形成的。针对存储在图像存储器14中的多个图像中的所有像素(或者，在图像中限制了处理区域的情况下，是图像处理区域中的所有像素)实施了同步检波处理。然后，将该照射光提取图像输出到上端边缘检测部16。此外，参照图2所示的框图，稍后记述同步检波处理部15的详细结构。
光投射控制部13输出表示通过PWM控制对从光投射部11射出的照射光进行调制时的脉冲点亮和熄灭的定时的触发信号，并且输出了照相机12进行拍摄的定时的触发信号和快门时间(曝光时间)的控制信号。另外，将在PWM控制中使用的载波(载波频率)信号输出到了同步检波处理部15。另外，在由照射强度校正运算部18提供了强度调制后的照射光的振幅和直流偏移量(直流成分)的数据的情况下，根据这些数据来校正进行PWM控制时的脉冲点亮、熄灭的定时。
上端边缘检测部16从由同步检波处理部15提取的照射光提取图像中检测照射光的上端边缘的位置，并输出该图像内的纵向位置信息(图6所示的照射光的上端边缘r1的上下方向的位置信息)。
距离计算部17使用由上端边缘检测部16输出的上端边缘的纵向位置信息，根据上端边缘的照射方向与照相机12的视轴所形成的角度和分布，基于三角测量的原理计算到被照射光照射的观测对象物P的距离。参照图7，稍后记述该计算的过程。
照射强度校正运算部18与存储在图像存储器14中的图像中的摄像元件的非线性区域的亮度输出值的存在状况相应地，计算使非线性区域的亮度输出值成为线性区域的亮度输出值所需要的照射光的振幅和直流偏移量，将该计算结果输出到光投射控制部13。
参照图2说明同步检波处理部15的详细结构。同步检波处理部15具备直流成分去除处理部21、波形乘法部22以及同步检波判断部23。
直流成分去除处理部21从存储在图像存储器14中的图像中读取与光投射控制的调制周期相当的张数的图像。然后，针对读取出的图像中的每个像素，按时间序列进行亮度值的平均处理，从像素的亮度输出值中去除平均值。
波形乘法部22将从光投射控制13发送的调制信号(载波信号)与由直流成分去除处理部21去除直流成分后的图像的每个像素相乘。
同步检波判断部23通过由波形乘法部22乘以调制信号得到的信号的正负判断，来进行与在光投射控制中使用的调制信号的同步判断。
接着，参照图3所示的示意图和图4所示的时序图来说明同步检波处理部15中的一般的同步检波的基本原理。在本实施方式所涉及的距离测量装置100中，在检测从光投射部11向观测对象物P照射照射光并由观测对象物P反射的反射光时，将所照射的照射光区别于其它的光(背景光)进行检测。此时，作为只稳健地检测所照射的照射光的处理，利用了同步检波处理。
在本实施方式中，针对由照相机12拍摄到的图像的所有像素或者被设定为处理区域的图像区域中的所有像素实施该同步检波处理，针对各像素进行照射光的提取。下面，参照图3、图4进行详细说明。
如图4的(a)所示，图3所示的发送信号S(t)(t为时间)设为以固定的时间间隔变为“1”或“0”的二进制信号。在将发送信号S(t)发送时，以发送信号S(t)对相对于发送信号S(t)而具有非常高的频率ω的载波sin(ωt)进行相位调制，生成BPSK(Binary Phase Shift Keying：二进制相移调制)发送信号。具体地说，在S(t)＝1的情况下，将切换部31切换至上侧来将载波sin(ωt)原样输出，在S(t)＝0的情况下，将切换部31切换至下侧来输出将载波sin(ωt)的相位偏移π(180度)得到的波形。
其结果，生成如图4的(b)所示那样的相位调制后的波形(在S(t)＝0的情况下相位偏移了180度)的信号(BPSK发送信号)，从光投射部11向周围物体、即观测对象物P照射BPSK发送信号(参照图3的附图标记q1)。即，从光投射部11发送的调制信号用“2×(S(t)-0.5)×sin(ωt)”表示。
另一方面，照射至观测对象物P的照射光被观测对象物P反射(参照图3的附图标记q2)，并由照相机12检测到。然后，从图像中所包含的调制信号中去除DC成分(直流成分)，再在乘法部中乘以载波sin(ωt)。当针对调制信号乘以载波sin(ωt)时，成为下述(1)式。
A×(S(t)-0.5)×sin(ωt)×sin(ωt)
＝A×(S(t)-0.5)×(1-cos(2ωt))/2  ...(1)
此外，A为包含反射的影响的常数。
根据(1)式，乘法部的输出信号成为混杂有频率之和(DC成分)与差(两倍的高频成分)的信号成分的信号。即，如图4的(c)所示，在频率为两倍且S(t)＝1时，得到在正侧进行振荡的波形，在频率为两倍且S(t)＝0时，得到在负侧进行振荡的波形。
之后，通过使用LPF(低通滤波器)去除高频成分来进行平滑化，再通过正负判断，能够如图4的(d)所示那样取出所发送的二进制信号S(t)作为解码信号an。此外，在上述内容中，关于使用BPSK发送信号作为检波信号的例子进行了说明，但是也能够使用除此以外的振幅调制、相位调制、频率调制或它们的组合。
而且，图1所示的同步检波处理部15基于参照图3、图4说明的原理，根据存储在图像存储器14中的图像进行同步检波处理，获取照射光提取图像。并且，图1所示的照射强度校正运算部18在由照相机12拍摄并存储在图像存储器14中的图像的亮度变动为搭载于照相机12中的摄像元件的非线性区域的亮度输出值的情况下，计算使该非线性区域的亮度输出值移动到线性区域所需要的照射光的振幅和直流成分。然后，光投射控制部13根据计算出的照射光的振幅和直流成分，来控制发出照射光时的振幅和直流成分。
接着，说明从光投射部11投射出的照射光的光投射图案。如上所述，搭载于车辆的光投射部11照射出在照射区域的上端部具有明暗鲜明的水平图案的照射光。下面，参照图5、图6说明该配光图案。图5表示从搭载于车辆Q的光投射部11向观测对象物P照射区域光(照射光)的情形，图6表示在向观测对象物P照射了区域光(照射光)时照相机12所拍摄到的图像的一例。
根据车辆Q的姿势的变化、观测对象物P的移动，有时车辆Q与观测对象物P之间的相对的位置关系产生变化。即使在这种情况下，为了稳定地提取照射光，也需要在进行检波所需要的按时间序列的图像帧中在观测对象物P上的同一位置连续地观测照射光。
实际上，无法针对车辆Q和观测对象物P的运动设置限制。因此，在车辆Q和观测对象物P任意运动了的情况下，也需要设定非常宽广的照射光的区域以稳定地提取照射光。因此，在本实施方式中，如图6所示那样利用了在水平方向上扩展(水平方向较长)的照射区域的照射光。
接着，参照图7所示的示意图说明利用照射光的上端边缘来测量到观测对象物P的距离的原理。如图7所示，在与从光投射部11照射的照射光的扩展方向(横向)垂直的方向(纵向)上相偏移的位置处配置照相机12。从光投射部11投射的照射光被照射向观测对象物P，在照相机12中使由观测对象物P的表面反射的照射光成像。在此，在预先设定了光投射部11的向上端边缘照射的照射角度(在图7的例子中为0度)、光投射部11与照相机12的距离(高低差)Dy、照相机12的视轴所形成的俯角α的情况下，观测到照射光的上端边缘的上下方位β与到观测对象物P的距离Z相应地变化。因而，能够使用由照相机12观测到的上端边缘的上下位置y来基于三角测量的原理计算到观测对象物P的距离Z。
接着，参照图8～图10说明在使用强度调制后的照射光的距离测量中产生非检测误差的理由。
图8是表示摄像元件的亮度灵敏度特性的曲线图，示出了向照相机12的摄像元件入射的光的强度与亮度输出值的关系。除了向观测对象物P照射从光投射部11照射的照射光以外，还照射了太阳光等背景光，由照相机12拍摄的图像的入射光强度与该背景光的直流成分的强度相应地变化。
而且，在该背景光的直流成分大的情况下(背景光N1的情况)，当针对该背景光叠加强度调制后的照射光的反射光(A1)时，入射光强度(由照相机12拍摄的图像的亮度)变大。因此，搭载于照相机12的摄像元件在非线性区域P1检测到入射光，由照相机12检测出的亮度输出值形成如波形(B1)那样的在上端部产生失真的信号波形。
另一方面，在背景光的直流成分小的情况下(背景光N2的情况)，当针对该背景光叠加强度调制后的照射光的反射光(A2)时，入射光强度变小。因此，搭载于照相机12的摄像元件在非线性区域P2检测到入射光，由照相机12检测出的亮度输出值形成如波形(B2)那样的在下端部产生失真的信号波形。
图9是表示观测到上端部失真的信号波形的像素的按时间序列的亮度变化的曲线图。图9所示的区域C表示根据照相机12的非线性特性而被检测出饱和的采样点群。在该接收波形失真的状态下无法正确地获得直流偏移成分(＝A/2；参照(1)式)。因此，当实施同步检波处理时，导致在上述(1)式运算之后通过正负判断对二进制信号S(t)进行复原时产生误差。即，由于存在图8所示的非线性区域P1、P2，因而相对于由照相机12拍摄的入射光的强度而亮度输出值产生失真(存在图9的区域C)，因此无法进行正确的同步检波处理。
另外，图10是表示观测到下端部失真的信号的像素的按时间序列的亮度变化的曲线图。图10所示的区域C表示根据照相机12的非线性特性而被检测出饱和的采样点群。而且，与上述图9同样地，由于该区域C而无法进行正确的同步检波处理。
在本实施方式中，通过下面所示的方法来避免照相机12所具备的摄像元件的非线性区域P1、P2中的信号失真，从而执行高精度的同步检波处理来提高距离测量的精度。
下面，说明避免非线性区域中的信号失真的方法。在本实施方式中，在由照相机12检测出的强度调制信号中包含的采样点群中观测到非线性区域的输出值的情况下，对从光投射部11输出的照射光的振幅和直流成分进行控制。由此，使非线性区域的亮度输出值移动到线性区域。在使用强度调制后的照射光进行同步检波时，不会检测不出，从而能够正确地进行同步判断。下面具体进行说明。
在观测到如图9的区域C所示那样的照相机12的明部(入射光强度高的区域)中的非线性区域的亮度输出值的情况下，使从光投射部11输出的照射光的振幅缩小。由此，避免在非线性区域观测到亮度输出值。具体地说，如图11所示，针对校正前的照射光的振幅A1，变更为使振幅缩小得到的波形a1。即，将叠加于背景光N1中的照射光的波形变更为能够在摄像元件的线性区域中检测的波形a1。由此，避免非线性区域中的检测，因此照相机12的摄像元件的亮度输出值形成为如图11的波形b1所示那样相对于输入光强度没有失真的波形。因此，能够避免图9的区域C所示的失真区域的产生，从而能够进行高精度的同步检波处理。
另一方面，在观测到如图10的区域C所示那样的照相机12的暗部(入射光强度低的区域)中的非线性区域的亮度输出值的情况下，使从光投射部11输出的照射光的振幅缩小，并且叠加直流成分。由此，避免在非线性区域中观测到亮度输出值。具体地说，如图12所示，针对校正前的照射光的振幅A2，变更为使振幅缩小且叠加直流成分L1得到的波形a2。即，将叠加于背景光N2中的照射光的波形变更为能够在摄像元件的线性区域中检测的波形a2。由此，避免非线性区域中的检测，因此照相机12的摄像元件的亮度输出值形成为如图12的波形b2所示那样相对于输入光强度没有失真的波形。因此，能够避免图10的区域C所示的失真区域的产生，从而能够进行高精度的同步检波处理。
也就是说，在由照相机12拍摄到的图像的亮度输出为照相机12的摄像元件的非线性区域的亮度输出的情况下，照射强度校正运算部18计算使该非线性区域的亮度输出移动到线性区域所需要的照射光的振幅和直流成分。然后，光投射控制部13控制照射光的输出以形成所计算出的该振幅和直流成分。因而，能够得到相对于输入光强度没有失真的亮度输出，进而能够提高同步检波的精度。
接着，参照图13、图14所示的流程图说明本实施方式所涉及的距离测量装置100的处理动作的过程。
首先，在步骤S1中，将由照相机12拍摄到的图像保存到图像存储器14(参照图1)中。在步骤S2中，判断在图像存储器14中是否保存了进行同步检波所需要的帧数的图像。如果未保存进行同步检波所需要的图像数，则使处理返回步骤S1，如果保存了进行同步检波所需要的图像数，则转移到步骤S3。
在步骤S3中，执行后述的同步检波处理。之后，转移到步骤S4。在步骤S4中，提取同步检波区域的上端边缘，并转移到步骤S5。
在步骤S5中，根据通过步骤S4的处理检测出的上端边缘的数据，进行基于三角测量的距离测量处理。即，根据参照图7所说明的方法，来测量到观测对象物P的距离Z。之后，转移到步骤S6。
在步骤S6中，将在步骤S5中求出的距离Z输出到下一级的系统。之后，结束本处理。通过这样能够测量从照相机12的安装位置到观测对象物P的距离Z。
接着，参照图14所示的流程图说明步骤S3所示的同步检波处理的过程。
首先，在步骤S11中开始同步检波处理，在步骤S12中从图像存储器14所存储的图像中获取进行同步检波所需要的张数的时间序列图像数据。之后，转移到步骤S13。
在步骤S13中，以像素为单位判断在时间序列数据中是否存在相当于摄像元件的非线性区域的亮度输出值。在判断为存在的情况下，转移到步骤S14，在判断为不存在的情况下，转移到步骤S18。
在步骤S14中，根据亮度值的饱和量来计算振幅的校正量。在该处理中，根据相当于非线性区域的亮度输出相对于调制周期的比例来计算调制信号的振幅校正值。具体地说，根据图8所示的输入波形A1(或A2)与输出波形B1(或B2)的对比求出饱和量，根据该饱和量求出图11所示的输入波形a1(或图12所示的输入波形a2)。之后，转移到步骤S15。
在步骤S15中，判断非线性区域是否为明部的非线性区域的亮度输出。即，判断是图8所示的非线性区域P1、还是P2。然后，在是暗部的情况下(步骤S15：“否”)，在步骤S16中计算直流成分。即，计算图12所示的直流成分L1。之后，转移到步骤S17。
在步骤S17中，存储振幅校正值和直流成分(强度调制指令值)。然后，在步骤S23中，判断为该输出信号为不可判断，从而附加表示不可判断的颜色(例如灰色；在8bit色调的情况下为127)。即，在图8所示的非线性区域P1、P2中检测出的亮度输出值由于可靠性低，因此显示为表示不可判断的颜色(灰色)。另外，在步骤S17中保存强度调制指令值，根据该强度调制指令值，调整下一次从光投射部11照射的照射光的强度。即，由于照射光的强度被控制为图11所示的波形a1、或图12所示的波形a2，因此不会从非线性区域获得亮度输出值(即，步骤S13的处理：“否”)，从而能够进行高精度的同步检波处理。之后，转移到步骤S24。
在步骤S18中，以像素为单位进行平均处理，通过将各时间序列数据除以各像素的平均值来去除DC偏移成分。之后，转移到步骤S19。在步骤S19中，将偏移调整后的时间序列数据与载波相乘。之后，转移到步骤S20。
在步骤S20中，判断作为乘法后的结果的正负判断结果与发送信号S(t)是否同步。如果同步则转移到步骤S21，用同步的颜色(例如白色；在8bit色调的情况下为“255”)覆盖像素。另一方面，如果不同步则转移到步骤S22，用非同步的颜色(例如黑色；在8bit色调的情况下为“0”)覆盖像素。之后，转移到步骤S24。
在步骤S24中，判断针对所有像素的判断是否已结束，如果没有结束则使处理返回步骤S12，针对未结束的像素执行同步检波判断。另一方面，如果所有像素的判断已结束，则转移到步骤S25，输出强度调制指令值。即，向光投射控制部13输出下次测量时的强度调制指令值(表示振幅和直流成分的指令值)。接着，在步骤S26中，输出同步检波图像。通过以上结束本处理。
这样，在本实施方式所涉及的距离测量装置100中，在摄像元件的非线性区域中检测出亮度输出值的情况下，调整照射光的振幅和直流成分以使得在摄像元件的线性区域中检测亮度输出值，从而能够可靠地进行正负判断处理。
接着，关于以下内容进行说明：通过设定照相机12的朝向以使得照相机12的视轴相对于上端边缘被照射的方向具有规定的俯角，由此提高分辨率。
为了由一个照相机12观测较广的区域，通常使用广角镜头。一般的广角镜头采用了作为投影方式的等距离投影镜头(所谓的fθ镜头)，周边视场的分辨率相比中心视场较差。在与这样的广角镜头的组合中，期望使照相机视轴具有俯角(或仰角)并将分辨率高的区域适当地朝向想要监视的区域设定。
下面，在与fθ镜头的组合中，为了简单而假设照射光的上端边缘相对于路面呈水平的情况。然后，参照图14、图15说明通过照相机12的视轴具有俯角而到观测对象物的距离测量值的分辨率提高的情形。图15表示照相机12的视轴没有俯角的情况，图16表示有俯角的情况。
在图15和图16中，将照相机视轴的像素位置设为y(j)，将在y(j)之下相邻接的像素位置设为y(j+1)。此时，如图15所示，在没有俯角(仰角)的情况(＝0°的情况)下，由像素位置y(j)和y(j+1)确定的一个像素的角度分辨率dθ相当于依照实际空间距离的距离分辨率dD(0)。另一方面，如图16所示，在有俯角(仰角)的情况(＝α°的情况)下，由像素位置y(j)和y(j+1)确定的一个像素的角度分辨率dθ相当于依照实际空间距离的距离分辨率dD(α)。由于距离分辨率dD(α)小于距离分辨率dD(0)，因此在照相机视轴有俯角(仰角)的情况下，针对一个像素的角度分辨率的实际空间分辨率变高。即，通过设置俯角α，能够提高提取上端边缘时的实际空间分辨率。
这样，由光投射部11投射出的照射光的上端边缘形成于相对于照相机12横向扩展的区域。照相机12在与上端边缘的照射方向垂直的方向上偏移地配置。另外，照相机12的视轴相对于上端边缘的照射方向形成规定的俯角或仰角。由此，在使用一般的广角镜头(鱼眼镜头)时，也将提高基于三角测量的原理进行距离测量时的测量精度。
这样，在本实施方式所涉及的距离测量装置100中，光投射部11朝向照射区域照射以规定的调制频率进行强度调制后的照射光，将由照相机12拍摄到的按时间序列的图像存储到图像存储器14。然后，同步检波处理部15针对按时间序列获取到的图像进行同步检波处理，提取与照射光的强度调制同步的像素的亮度信息。在照射光的调制周期内，在摄像信号的上端部或下端部为照相机12的摄像元件的亮度灵敏度特性的线性区域的上端部以上或下端部以下的情况下，对从光投射部11照射出的照射光的振幅和直流成分进行控制。而且，调整亮度以使得亮度输出值收敛于摄像元件的线性区域。因而，能够高精度地进行同步检波处理，并能够进行稳定的距离测量和形状测量。
另外，在由照相机12拍摄的图像的亮度变化为摄像元件的明部中的非线性区域的亮度输出值的情况下，使从光投射部11照射出的照射光的强度振幅缩小。由此，能够进行控制以使图像的亮度变化成为线性区域的输出。在图像的亮度变化为摄像元件的暗部中的非线性区域的亮度输出值的情况下，对从光投射部11照射出的照射光的直流偏移进行控制，并且使振幅缩小对偏移进行控制的量。由此，能够进行控制以使图像的亮度变化成为线性区域的输出。由此，能够不超出光投射部11的发光元件的输出性能地在同步判断中抑制错误判断，从而能够实施稳定的照射光提取处理。
并且，由光投射部11投射出的照射光的上端边缘相对于照相机12形成为横向扩展的区域。照相机12在与上端边缘的照射方向垂直的方向上相偏移地配置。另外，照相机12的视轴相对于上端边缘的照射方向形成规定的俯角和仰角。因此，在使用一般的广角镜头(鱼眼镜头)时，也将提高基于三角测量的原理进行距离测量时的测量精度。
另外，搭载于光投射部11中的发光源如果是发出红外光或紫外光的光源，则通过在照相机12中设置使特定光谱的光高效地透过的过滤器，能够更稳健地检测照射光。
并且，作为在光投射部11和同步检波处理部15中使用的同步信号，也能够使用振幅调制、相位调制、频率调制。并且，通过使用作为振幅调制和相位调制的组合的BPSK发送信号，能够提高稳健性。
接着，对本实施方式的变形例进行说明。考虑如图9所示那样观测到摄像元件的明部中的非线性区域的亮度输出值的情况。在这种情况下，使用线性区域的亮度输出值在从光投射部11照射出的照射光的调制周期中所占的比例N[％]，来进行使照射光强度的振幅缩小为N[％]的控制。由此，能够获得与上述实施方式相同的效果。例如在线性区域的比例N为60％的情况下，通过将照射光强度的振幅设为60[％]，能够避免非线性区域的亮度输出信号。
另一方面，在如图10所示那样观测到摄像元件的暗部中的非线性区域的亮度输出值的情况下，将从光投射部11照射出的照射光强度的振幅控制为N[％]，并且进行将直流成分叠加前一次的亮度振幅值的100-N[％]的控制。由此，能够避免非线性区域的亮度输出信号。
这样，根据输出线性区域的亮度值的时间相对于整个调制周期的比例，来使从光投射部11照射出的照射光的振幅缩小，并将直流成分叠加。由此，能够通过非常简单的方法来避免非线性区域中的亮度输出信号。
以上按照实施方式说明了本发明的内容，但是本发明不限定于这些记载，能够进行各种变形和改进，这对于本领域技术人员来说是不言而喻的。
在此引用了日本特愿2012-045238号(申请日：2012年3月1日)的全部内容。
产业上的可利用性
根据实施方式所涉及的距离测量装置和距离测量方法，对照射光的强度进行控制以使图像的亮度变动移动到摄像部的线性区域。由此，在观测到一部分摄像部的非线性区域的亮度输出值的情况下，也能够不使照射光的同步检波测量产生错误地实施稳定的距离测量或形状测量。因此，本发明具有产业上的可利用性。
附图标记说明
11：光投射部；12：照相机(摄像部)；13：光投射控制部；14：图像存储器；15：同步检波处理部；16：上端边缘检测部；17：距离计算部；18：照射强度校正运算部；100：距离测量装置；P：观测对象物(对象物)。

Claims (9)

1.一种距离测量装置，其特征在于，具有：
光投射部，其搭载于移动体，在水平方向上具有照射区域，照射出进行强度调制后的照射光；
摄像部，其搭载于上述移动体，对上述照射光所照射的对象物进行拍摄；
光投射控制部，其与上述摄像部的摄像定时相应地对上述照射光的强度进行控制；
同步检波部，其从上述摄像部所拍摄到的图像中提取亮度与上述照射光的强度调制同步地变动的区域来作为同步检波区域；
边缘检测部，其检测上述同步检波区域的边缘；以及
距离计算部，其根据由上述边缘检测部检测出的上述同步检波区域的边缘，计算到上述对象物的距离，
其中，上述同步检波部在由上述摄像部拍摄到的图像的亮度变动产生上述摄像部的非线性区域的亮度输出值的情况下，计算使上述图像的亮度变动移动到上述摄像部的线性区域所需的上述照射光的振幅和直流成分，
上述光投射控制部根据计算出的上述照射光的振幅和直流成分来控制上述照射光的强度。
2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于，
在上述图像的亮度变动产生上述摄像部的明部中的非线性区域的亮度输出值的情况下，上述光投射控制部进行仅使上述照射光的振幅缩小的控制，
在上述图像的亮度变动产生上述摄像部的暗部中的非线性区域的亮度输出值的情况下，上述光投射控制部进行使上述照射光的振幅缩小并且将缩小的量作为直流成分进行叠加的控制。
3.根据权利要求1或2所述的距离测量装置，其特征在于，
上述光投射控制部根据输出上述线性区域的亮度的时间相对于上述照射光的调制周期整体的比例，来使上述照射光的振幅缩小。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的距离测量装置，其特征在于，
上述光投射部和上述摄像部利用振幅调制、相位调制、频率调制中的一个或它们的组合来作为上述照射光的强度调制。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的距离测量装置，其特征在于，
上述光投射部具备照射出可见光、红外光、紫外光中的至少一个的光源，上述摄像部根据上述光投射部所具备的光源而对可见光区域、红外光区域、紫外光区域具有灵敏度。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的距离测量装置，其特征在于，
上述摄像部相对于上述光投射部照射上端边缘的方向而设置在铅直方向上，并且具有规定的俯角。
7.一种距离测量装置，其特征在于，具有：
光投射部，其搭载于移动体，在水平方向上具有照射区域，照射出进行强度调制后的照射光；
摄像部，其搭载于上述移动体，对上述照射光所照射的对象物进行拍摄；
光投射控制部，其与上述摄像部的摄像定时相应地对上述照射光的强度进行控制；
同步检波部，其从上述摄像部所拍摄到的图像中提取亮度与上述照射光的强度调制同步地变动的区域来作为同步检波区域；以及
距离计算部，其根据上述同步检波区域，计算到上述对象物的距离，
其中，上述光投射控制部在入射到上述摄像部的光的强度超出规定范围而变化的情况下，使上述照射光的振幅减小。
8.根据权利要求7所述的距离测量装置，其特征在于，
入射到上述摄像部的光的强度超出规定范围而变化的情况是指由上述摄像部拍摄到的图像的亮度为上述摄像部的非线性区域的亮度输出值的情况。
9.一种距离测量方法，其特征在于，包括：
利用搭载于移动体的光投射部向对象物照射进行强度调制后的照射光，
利用搭载于上述移动体的摄像部对上述照射光所照射的对象物进行拍摄，
与上述摄像的定时相应地控制上述照射光的强度，
从进行上述拍摄得到的图像中提取亮度与上述照射光的强度调制同步地变动的区域来作为同步检波区域，
检测上述同步检波区域的边缘，
根据检测出的上述边缘计算到上述对象物的距离，
在拍摄到的上述图像的亮度变动产生上述摄像部的非线性区域的亮度输出值的情况下，计算使上述图像的亮度变动移动到上述摄像部的线性区域所需的上述照射光的振幅和直流成分，
根据计算出的上述照射光的振幅和直流成分来控制上述照射光的强度。
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