CN111766594A - 距离测量装置、距离测量方法以及信号处理方法 - Google Patents

距离测量装置、距离测量方法以及信号处理方法 Download PDF

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Abstract

本实施方式涉及距离测量装置、距离测量方法以及信号处理方法。根据本实施方式，距离测量装置是对基于针对每个帧向多个规定方向依次照射的激光的反射光的各时间序列亮度信号进行处理的信号处理装置，具备存储电路和选择电路，其中，各时间序列亮度信号是按照时间序列所取得的每个帧的时间序列亮度信号。存储电路存储根据第1帧的时间序列亮度信号得到的距离值的信息。选择电路从第1帧之后的第2帧中的时间序列亮度信号中的波峰中，选择基于距离值的波峰作为距离值的候选。

Description

距离测量装置、距离测量方法以及信号处理方法
本申请享有以日本专利申请2019-47373号(申请日：2019年3月14日)为基础申请的优先权。本申请通过参考该基础申请而包括基础申请的全部内容。
技术领域
本实施方式涉及距离测量装置、距离测量方法以及信号处理方法。
背景技术
已知称为LIDAR(Light Detection and Ranging Laser Imaging Detection andRanging，光检测和测距激光成像检测和测距)的距离测量装置。在该距离测量装置中，对测量对象物照射激光，根据传感器输出将由测量对象物反射的反射光的强度变换为时间序列亮度信号。由此，根据激光的发光的时间点与和亮度信号值的波峰对应的时间点的时间差，测量直至测量对象物为止的距离。被物体散射的太阳光等环境光也入射到传感器，成为随机地产生的噪声。
在以往的距离测量装置中，从时间序列亮度信号中的波峰中按照值从大到小的顺序选择规定数量的波峰，将针对可靠度(reliability degree)最大的波峰的距离值设为直至测量对象物为止的距离。但是，在噪声的波峰为支配性、且在规定数量的波峰内未包含基于来自测量对象物的反射光的波峰的情况下，有可能无法得到直至测量对象物为止的距离值。
发明内容
本发明的实施方式提供一种即使在噪声的波峰为支配性的情况下也能够生成直至测量对象物为止的距离值的距离测量装置、距离测量方法以及信号处理方法。
根据本实施方式，距离测量装置是对基于针对每个帧向多个规定方向依次照射的激光的反射光的各时间序列亮度信号进行处理的信号处理装置，具备存储电路和选择电路，其中，各时间序列亮度信号是按照时间序列所取得的每个帧的时间序列亮度信号。存储电路存储根据第1帧的时间序列亮度信号得到的距离值的信息。选择电路从第1帧之后的第2帧中的时间序列亮度信号中的波峰中，选择基于距离值的波峰作为距离值的候选。
附图说明
图1是示出本实施方式所涉及的驾驶支援系统的概略的整体结构的图。
图2是示出第1实施方式所涉及的距离测量装置的结构例的图。
图3是示意性地示出1帧中的光源的射出模式的图。
图4A是将1帧中的激光在测量对象物上的照射位置进行放大而示出的示意图。
图4B是将照射顺序与图4A不同的测量对象物上的照射位置进行放大而示出的示意图。
图4C是示出使用一维状的激光光源对纵向一列同时进行了照射的例子的图。
图4D是示出使用一维状的激光光源按各水平行对纵向一列同时进行了照射的例子的图。
图5是示出在照射范围的部分区域中存在测量对象物的例子的图。
图6是示出当前帧的时间序列亮度信号的一例的图。
图7是示出信号处理电路的结构的框图。
图8是示意性地示出相邻区域以及时间序列亮度信号的图。
图9是示出基于时间序列亮度信号在相邻区域内得到的相邻距离的图。
图10是示出选择电路的选择处理的一例的图。
图11是对距离测量系统的处理动作进行说明的流程图。
图12是示出用于仿真的亮度信号与环境光的关系的图。
图13是示出距离测量装置的仿真结果例的图。
具体实施方式
以下，参考附图，详细地说明本发明的实施方式所涉及的距离测量装置、距离测量方法以及信号处理方法。此外，以下所示的实施方式是本发明的实施方式的一例，本发明不被这些实施方式限定地解释。另外，在本实施方式中参考的附图中，有时对相同部分或者具有同样的功能的部分附加相同的符号或者类似的符号，省略其重复的说明。另外，存在附图的尺寸比例由于说明的关系而与实际的比例不同的情况、从附图省略结构的一部分的情况。
(一个实施方式)
图1是示出本实施方式所涉及的驾驶支援系统1的概略的整体结构的图。如该图1所示，驾驶支援系统1进行基于距离图像的驾驶支援。驾驶支援系统1构成为具备距离测量系统2、驾驶支援装置500、声音装置502、制动装置504以及显示装置506。距离测量系统2生成测量对象物10的距离图像，距离测量系统2具备距离测量装置5和测量信息处理装置400。
距离测量装置5使用扫描方式以及TOF(Time Of Flight，飞行时间)方式，测量直至测量对象物10为止的距离。更具体而言，该距离测量装置5构成为具备射出部100、光学机构系统200以及测量电路(有时也称为测量部)300。
射出部100间歇性地射出激光L1。光学机构系统200将射出部100射出的激光L1照射到测量对象物10，并且使在测量对象物10上反射的激光L1的反射光L2入射到测量电路300。此处，激光是指相位以及频率一致的光。另外，反射光L2是指基于激光L1的散射光中的规定方向的光。
测量电路300根据经由光学机构系统200接收到的反射光L2，测量直至测量对象物10为止的距离。即，该测量电路300根据射出部100向测量对象物10照射激光L1的时间点与测量出反射光L2的时间点的时间差，测量直至测量对象物10为止的距离。
测量信息处理装置400进行噪声的降低处理，根据直至测量对象物10上的多个测定点为止的距离，输出距离图像数据。测量信息处理装置400的一部分或者全部也可以装入到距离测量装置5的框体内。
驾驶支援装置500根据测量信息处理装置400的输出信号，对车辆的驾驶进行支援。对驾驶支援装置500连接有声音装置502、制动装置504、显示装置506等。
声音装置502例如是扬声器，配置于从车辆内的驾驶座能够听讲的位置。驾驶支援装置500根据测量信息处理装置400的输出信号，例如使声音装置502发出“直至对象物为止是5米”等的声音。由此，例如在驾驶员的注意力下降的情况下，也能够通过对于声音进行听讲，唤起驾驶员的注意。
制动装置504例如是辅助制动器。驾驶支援装置500根据测量信息处理装置400的输出信号，例如在对象物接近至规定的距离、例如3米的情况下，使制动装置504对车辆进行制动。
显示装置506例如是液晶监视器。驾驶支援装置500根据测量信息处理装置400的输出信号，在显示装置506中显示图像。由此，例如在逆光时等，通过参考显示于显示装置506的图像，也能够更准确地掌握外部信息。
接下来，根据图2，说明本实施方式所涉及的距离测量装置5的射出部100、光学机构系统200以及测量电路300的更详细的结构例。图2是示出第1实施方式所涉及的距离测量装置5的结构例的图。如图2所示，距离测量装置5构成为具备射出部100、光学机构系统200、测量电路300以及测量信息处理装置400。此处，将散射光L3之中的规定的方向的散射光称为反射光L2。
射出部100具有光源11、振荡器11a、第1驱动电路11b、控制电路(有时也称为控制部)16以及第2驱动电路16a。
光学机构系统200具有照射光学系统202和受光光学系统204。照射光学系统202具有透镜12、第1光学元件13、透镜13a以及反射镜(反射器件)15。
受光光学系统204具有第2光学元件14和反射镜15。即，这些照射光学系统202以及受光光学系统204共用反射镜15。
测量电路300具有光检测器17、传感器18、透镜18a、第1放大器19、信号生成电路(有时也称为信号生成部)20、存储电路(有时也称为存储部)21以及信号处理电路(有时也称为信号处理部)22。此外，作为扫描光的现有方法，有使距离测量装置5旋转的方法(以下，称为旋转方法)。另外，作为其它的进行扫描的现有方法，有OPA方法(Optical Phasedarray，光学相控阵)。本实施方式不依赖于扫描光的方法，因此可以利用旋转方法或OPA方法来扫描光。另外，本实施方式所涉及的信号处理电路22对应于信号处理装置。
射出部100的振荡器11a根据控制电路16的控制，生成脉冲信号。第1驱动电路11b根据振荡器11a所生成的脉冲信号，对光源11进行驱动。光源11是例如激光二极管等激光光源，根据由第1驱动电路11b进行的驱动，间歇性地发出激光L1。
图3是示意性地示出1帧中的光源11的射出模式的图。在图3中，横轴表示时刻，竖线表示光源11的射出定时。上侧的图是下侧的图中的部分放大图。如该图3所示，光源11例如以T＝几微秒～几十微秒的间隔，间歇性地重复发出激光L1(n)(0≤n<N)。此处，将第n个发出的激光L1记载为L1(n)。N表示1帧中的为了测定测量对象物10而照射的激光L1(n)的照射次数。在1帧量的照射结束时，从L1(0)开始下一帧量的照射。
如图2所示，在照射光学系统202的光轴O1上，依次配置有光源11、透镜12、第1光学元件13、第2光学元件14以及反射镜15。由此，透镜12对间歇性地射出的激光L1进行准直，向第1光学元件13进行导光。
第1光学元件13使激光L1透射，并且使激光L1的一部分沿着光轴O3入射到光检测器17。第1光学元件13例如是分束器。
第2光学元件14使透射了第1光学元件13的激光L1进一步透射，使激光L1入射到反射镜15。第2光学元件14例如是半透射半反射镜。
反射镜15具有对从光源11间歇性地射出的激光L1进行反射的反射面15a。反射面15a例如能够以相互交叉的两个转动轴线RA1、RA2为中心进行转动。由此，反射镜15周期性地变更激光L1的照射方向。
控制电路16例如具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)，对第2驱动电路16a进行使反射面15a的倾斜角度连续地变更的控制。第2驱动电路16a按照从控制电路16供给的驱动信号，对反射镜15进行驱动。即，控制电路16控制第2驱动电路16a，变更激光L1的照射方向。
图4A是将1帧中的激光L1在测量对象物10上的照射位置进行放大而示出的示意图。如该图4所示，反射面15a针对每个激光L1变更照射方向，沿着测量对象物10上的大致平行的多个直线路径P1～Pm(m为2以上的自然数)而离散地进行照射。这样，本实施方式所涉及的距离测量装置5针对各帧f(m)(0≤m<M)的每一帧变更激光L1(n)(0≤n<N)的照射方向O(n)(0≤n<N)，并且朝向测量对象物10逐次地进行照射。此处，用O(n)来表示激光L1(n)的照射方向。即，在本实施方式所涉及的距离测量装置5中，向照射方向O(n)照射一次激光L1(n)。
图4B是将照射顺序与图4A不同的测量对象物10上的照射位置进行放大而示出的示意图。图4C是示出使用一维状的激光光源对纵向一列同时进行了照射的例子的图。
图4D是示出使用一维状的激光光源，按各水平行对纵向一列同时进行了照射的例子的图。
这样，本实施方式所涉及的激光L1(n)如图4A、图4B所示逐点地依次进行照射，但不限于此，也可以对多个点同时进行照射。例如，也可以如图4C或者图4D那样，使用一维状的激光光源，对纵向一列同时进行照射。此处，为了易于说明，将测量对象物10设为平板状而在图5中示意性地进行图示，但在实际的测量中，测量对象物10例如是汽车等。
图5是示出在照射范围的部分区域中存在测量对象物10的例子的图。如图5所示，测量对象物10存在于激光L1的照射范围的部分区域。在测量对象物10的范围外，例如存在建筑物10a、其它汽车10b、人、道路、天空等。因此，针对激光L1(n)(0≤n<N)的每个照射方向O(n)(0≤n<N)，包含测量对象物10的反射对象物存在的位置不同。因此，针对每个帧f(m)(0≤m<M)，测量距离不同。
激光L1(n)与L1(n+1)在测量对象物10上的照射位置的间隔对应于激光L1间的照射间隔T＝几微秒～几十微秒(图3)。这样，照射方向不同的激光L1离散地照射到各直线路径P1～Pm上。此外，并未特别限定直线路径的数量、扫描方向。
如图2所示，在受光光学系统204的光轴O2上，按照反射光L2入射的顺序，配置有反射镜15的反射面15a、第2光学元件14、透镜18a、传感器18。此处，光轴O1是经过透镜12的中心位置的透镜12的焦点轴。光轴O2是经过透镜18a的中心位置的透镜18a的焦点轴。
反射面15a使在测量对象物10上散射的散射光L3之中的沿着光轴O2前进的反射光L2入射到第2光学元件14。第2光学元件14改变由反射面15a反射的反射光L2的前进方向，使其沿着光轴O2入射到测量电路300的透镜18a。透镜18a使沿着光轴O2入射的反射光L2聚光到传感器18。
另一方面，散射光L3之中的向与激光L1不同的方向反射的光的前进方向从受光光学系统204的光轴O2偏离。因此，散射光L3之中的向与光轴O2不同的方向反射的光即使入射到受光光学系统204内，也被配置有受光光学系统204的框体内的黑体等所吸收、或者入射到从传感器18的入射面偏离的位置。相对于此，在由某些物体散射的太阳光等环境光中，存在沿着光轴O2前进的光，这些光随机地入射到传感器18的入射面而成为随机的噪声。
此外，在图2中，为了明确化而将激光L1和反射光L2的光路进行区分来图示，但实际上它们是重叠的。另外，将激光L1的光束的中心的光路图示为光轴O1。同样地，将反射光L2的光束的中心的光路图示为光轴O2。
传感器18对从透镜18a入射的反射光L2进行检测。该传感器18将经由受光光学系统204接受的反射光L2变换为电信号。
信号生成电路20将传感器18输出的电信号按照规定的采样间隔变换为时间序列亮度信号。信号生成电路20例如包括将基于反射光L2的电信号进行放大的放大器和AD变换器(ADC：Analog to Digital Convertor，模数变换器)，放大器将传感器18的电信号进行放大，AD变换器在多个采样定时对放大的电信号进行采样，变换为与激光L1的照射方向对应的时间序列亮度信号。
图6是示出当前帧f(m)的时间序列亮度信号B(m，x，y)的一例的图。即，是示出信号生成电路20的电信号的采样值的一例的图。图5的横轴表示采样定时，纵轴表示时间序列亮度信号B(m，x，y)的采样值、即亮度值。
例如，对采样定时t0～t32相加消隐时间而得到的时间相当于从照射激光L1(n)起至照射下一激光L1(n+1)的经过时间T(图3)。图中的波峰是基于反射光L2的采样值，表示该波峰的采样定时TL2对应于直至测量对象物10为止的距离的2倍。
更具体而言，利用成为距离＝光速×(采样定时TL2-光检测器17检测到激光L1的定时)/2的式子来求出距离。此处，采样定时是从激光L1的发光开始时刻起的经过时间。
此处，时间序列亮度信号B(m，x，y)的m(0≤m<M)表示帧f的编号，坐标(x，y)表示根据激光L1(n)(0≤n<N)的照射方向来决定的坐标。即，坐标(x，y)对应于生成当前帧f(m)的距离图像时的坐标。更具体而言，如图5所示，将与L1(0)对应的坐标(0，0)设为原点，将朝向水平方向的L1(n)(0≤n<N)的照射数量设为HN。另外，将函数[a]设为表示a以下的最大的整数的函数。在该情况下，x＝n-[n÷HN]×HN，y＝[n÷HN]。此外，图示的采样定时的数量、进行采样的时间范围是一例，也可以变更采样定时的数量、进行采样的时间范围。另外，关于亮度信号B(m，x，y)，也可以对靠近的坐标的亮度信号进行积分来使用。例如，也可以对2×2、3×3、5×5的坐标范围的亮度信号进行积分。
如图2所示，存储电路21例如通过RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、闪存等半导体存储器元件、硬盘、光盘等来实现。
图7是示出信号处理电路22的结构的框图。如图7所示，信号处理电路22例如由包括MPU(Micro Processing Unit，微处理单元)的逻辑电路构成，根据光检测器17对激光L1进行检测的定时与传感器18对反射光L2进行检测的定时的时间差，测量距离。即，该信号处理电路22是针对每个时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)生成对应的距离值的处理部，具有选择电路(有时也称为选择部)220、可靠度生成电路(有时也称为可靠度生成部)222以及测量处理电路(有时也称为测量处理部)224。
选择电路220使用基于前帧f(m-1)的时间序列亮度信号B(m-1，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)得到的距离值Dis(m-1，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)的信息，将当前帧f(m)中的各时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)的波峰p，选择1个或者多个。距离值Dis(m-1，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)被存储于存储电路21，通过选择电路220而从存储电路21取得。此外，后述选择电路220的详情。
可靠度生成电路222生成与针对每个时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)选择的各波峰值对应的可靠度。可靠度生成电路222的详情也后述。
测量处理电路224根据与针对每个时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)选择的各波峰值对应的可靠度，针对当前帧f(m)中的每个时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)，生成对应的距离值Dis(m，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)。该距离值Dis(m，x，y)(0≤x<HN，0≤y<VN)被存储于存储电路21。
此处，根据图8至10，对选择电路220的详细的处理例进行说明。
图8是示意性地示出前帧f(m-1)中的坐标(x，y)的相邻区域Ad及时间序列亮度信号B(m-1，x，y)、和当前帧f(m)中的坐标(x，y)的相邻区域Ad及时间序列亮度信号B(m，x，y)的例子的图。左上图表示前帧f(m-1)中的坐标(x，y)的相邻区域Ad，左下图表示坐标(x，y)的时间序列亮度信号B(m-1，x，y)，右上图表示当前帧f(m)中的坐标(x，y)的相邻区域Ad，右下图表示当前帧f(m)中的坐标(x，y)的时间序列亮度信号B(m，x，y)。此处，用粗线表示相邻区域Ad的中心坐标(x，y)。测量对象物10例如是汽车，在距离测量装置5(图2)中的照射光学系统202的光轴O1上的80米前方，沿着x轴从左向右移动。相邻区域Ad表示与向从对应于时间序列亮度信号B(m，x，y)的激光L1(n)(n＝HN×(y-1)+x)的照射方向起的规定的范围内的方向照射的激光L1(n)(n＝HN×(Y-1)+X，x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd)对应的范围。此处，nd＝2。即，相邻区域Ad是以坐标(x，y)为中心的(2*nd+1)×(2*nd+1)的坐标范围。
如图8所示，在前帧f(m-1)的时间序列亮度信号B(m-1，x，y)中，出现与测量对象物10的位置80米对应的波峰。另一方面，在当前帧f(m)的时间序列亮度信号B(m，x，y)的例子中，噪声光作为第1～第3波峰而支配性地呈现，与测量对象物10的位置80米对应的波峰作为第4波峰而呈现。在这样的情况下，在将第1波峰设为距离值的一般的测量方法中，无法得到测量对象物10的位置80米。
图9是与图8的左上图对应的图，是示出在前帧f(m-1)中根据时间序列亮度信号B(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd)而在相邻区域Ad内得到的相邻距离NDis(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd)的图。此处，用粗线表示相邻区域Ad的中心坐标(x，y)。例如，相邻距离值NDis(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd)表示5米、80米和空值(NULL)。5米表示直至测量对象物10以外的物体为止的距离，80米表示直至测量对象物10为止的距离，空值是例如背景的空间区域、道路等，表示可靠度低而放弃了测定值。
图10是示出选择电路220的选择处理的一例的图。如图10所示，例如5米、80米表示在坐标(x，y)的相邻区域Ad(图9)内得到的相邻距离NDis(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd)。
选择电路220将当前帧f(m)中的时间序列亮度信号B(m，x，y)的第1选择波峰，从大的波峰起选择规定数量(第1～第3波峰)，使用前帧f(m-1)中的相邻距离值(5米、80米)的信息，进一步选择当前帧f(m)帧中的时间序列亮度信号B(m，x，y)的规定的第2选择波峰(第4波峰)。此处，第1选择波峰的规定数量例如是3。
更具体而言，选择电路220对时间序列亮度信号B(m，x，y)乘以积分滤波器(窗口)，该积分滤波器具有将与在坐标(x，y)的相邻区域Ad(图9)内得到的相邻距离NDis(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd)对应的时间位置的值设为系数K、并将其它范围例如设为0的时间序列的值。K例如是1。选择电路220将通过该积分滤波器的处理而得到的波峰选择为第2选择波峰。然后，选择电路220进行作为规定的选择波峰而对第1选择波峰相加第2选择波峰的处理。例如，在相邻区域Ad(图9)内得到的相邻距离有5种的情况下，在积分滤波器(窗口)中K成为1的范围是5处。K成为1的范围是针对与相邻距离对应的时间位置而具有时间上的余量的范围。另外，选择电路220根据测量对象物10在帧间移动的范围来设定相邻区域Ad(图9)的范围。由此，即使测量对象物10在设想的速度内移动，也能够使与测量对象物10对应的波峰包含于第2选择波峰。此外，在本实施方式所涉及的积分滤波器(窗口)中，将K成为1的范围外的值设为0，但不限于此，例如也可以给予0.1等数值。
这样，在选择电路220中，作为当前帧f(m)中的每个时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)的第1选择波峰，从波峰值大的波峰起选择规定数量，使用前帧f(m-1)中的相邻距离值NDist(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd，0≤x<HN，0≤x<YN)的信息，进一步选择当前帧f(m)中的每个时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)的第2选择波峰值。即，选择电路220针对当前帧f(m)中的每个时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)取得基于向从对应的激光L1(n)(n＝HN×(y-1)+x)的照射方向起的规定的范围内的方向照射的前帧f(m-1)的激光L1(n)(n＝HN×(Y-1)+X，x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd)的相邻距离值NDist(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd，0≤x<HN，0≤x<YN)，针对每个时间序列亮度信号B(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)选择与相邻距离值NDist(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd，0≤x<HN，0≤x<YN)对应的范围的第2波峰值。
另外，选择电路220构成为在亮度信号B(m，x，y)的S/N比(信噪比)超过规定值的情况下不选择第2选择波峰。在S/N比良好的情况下，基于帧间积分的效果变小。因此，在S/N比良好的情况下，不选择第2选择波峰，由此能够抑制基于帧间积分的波峰的选择精度降低。
这样，作为规定的选择波峰能够对第1选择波峰相加第2选择波峰。例如，在混合存在噪声等时，在仅选择了第1选择波峰的情况下，有时未选择与测量对象物10对应的第4波峰等。相对于此，通过选择与相邻距离值NDis(m-1，X，Y)(x-nd≤X≤x+nd，y-nd≤Y≤y+nd)对应的第2选择波峰，即使在第4波峰等未包含于第1选择波峰的情况下，也能够使基于来自测量对象物10的反射光的波峰包含于第2选择波峰。
在本实施方式中，不保持前帧的时间序列的亮度信号(ADC结果或者其积分结果)，并非对其结果直接进行积分。并且，仅将其检测结果保持到存储电路21。因此，能够减小由前帧的旧结果引起的错误测距、测距误差增大的可能性。例如，与不存在当前帧的波峰的图10的5m对应的积分滤波器(窗口)不影响测距结果，不会成为错误测距的原因。另外，无需保持前帧的时间序列的亮度信号，因此相比于将前帧的时间序列的亮度信号进行了保持的情况，能够将存储电路21的存储容量抑制为小于2％。例如，针对水平450像素和垂直192像素的帧，相对以往的积分方法SAT，能够以1.73MB以下的追加来安装。与前帧的ADC结果的数据量95MB相比收敛于1.8％。
此处，对可靠度生成电路222的详细的处理例进行说明。可靠度生成电路222根据使用的信息来变更可靠度的运算方法。
(1)式
Figure BDA0002354385400000131
在(1)式所示的第1个可靠度R1(p，m，x，y)(0≤p<PN，0≤x<HN，0≤x<YN)中，向存储电路21存储了当前帧f(m)的波峰a的距离值D(a，m，x，y)(1≤a≤PN，0≤x<HN，0≤x<YN)及对应的亮度值Lumi(a，m，x，y)(1≤a≤PN，0≤x<HN，0≤x<YN)、前帧f(m-1)的波峰a的距离值D(a，m-1，x，y)(a＝1，0≤x<HN，0≤x<YN)及对应的亮度值Lumi(a，m-1，x，y)(a＝1，0≤x<HN，0≤x<YN)、和当前帧f(m)的环境光的信息E(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)及前帧f(m-1)的环境光的信息E(m-1，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)。
此处，p是由选择电路220选择的波峰的编号，对应于波峰的大小的顺序。例如p＝1表示第1波峰，p＝2表示第2波峰。PN是由选择电路220选择的波峰的数量，以根据在相邻区域Ad(图9)内得到的相邻距离而选择的数量为基础。a是1。即，波峰a的距离值D(a，m-1，x，y)是与距离值Dis(m-1，x，y)相同的值。此外，本实施方式所涉及的前帧f(m-1)的距离值D(a，m-1，x，y)使用距离值Dis(m-1，x，y)，但不限于此，也可以考虑亮度值B(m-1，x，y)中的波峰的连结数、亮度值来选择距离值D(a，m-1，x，y)。
由(1)式示出的第1个可靠度R1(p，m，x，y)例如是由(2)式示出的第1可靠度R11(p，m，x，y)的平方与由(3)式示出的第2可靠度R12(p，m，x，y)的平方的相加值的平方根。
第1可靠度R11(p，m，x，y)(0≤p<PN，0≤x<HN，0≤x<YN)是使用了当前帧f(m)的波峰a的距离值D(a，m，x，y)(1≤a≤PN，0≤x<HN，0≤x<YN)的可靠度。此处，nd1和nd2是表示坐标(x，y)的相邻区域的范围的常数。例如是nd1＝3、nd2＝3。
(2)式
Figure BDA0002354385400000141
关于由(4-1)式示出的函数Q11(D1-D2)，如果距离值D1与距离值D2的距离为K以内则表示1，如果大于K则表示0。例如K是2米。在另一例子中，也可以为K＝max(const1×sqrt(D1)，const2)。由此，由(2)式示出的第1可靠度R11(p，m，x，y)表示与波峰P的距离值D(p，m，x，y)具有距离K内的距离值的相邻区域内的波峰a的亮度值的平方和。
在由(2)式示出的函数Q21(L)中，如果L是基于环境光的信息的阈值TH以下则输出0，如果大于TH则输出L。通过函数Q21(L)，能够除去S/N比大于规定值的波峰。
环境光E(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)的信息也可以针对当前帧f(m)以及前帧f(m-1)的每个坐标(x，y)而存储于存储电路21。在该情况下，在(2)式中，针对每个坐标(x，y)使用基于环境光E(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)的阈值TH(m，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)。同样地，在(3)式中使用基于环境光E(m-1，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)的阈值TH(m-1，x，y)(0≤x<HN，0≤x<YN)。
由此可知，针对波峰p，在相邻区域内存在更多的具有相等的距离值的波峰a，随着该波峰的亮度值变大，第1可靠度R11进一步变大。关于与测量对象物10对应的波峰p，在相邻区域内产生具有相等的距离值的波峰a，因此第1可靠度R11(p，m，x，y)进一步变大。相对于此，与噪声对应的波峰p随机地产生，因此与噪声对应的波峰p的第1可靠度R11变得小于与测量对象物10对应的波峰p的第1可靠度R11。
第2可靠度R12(p，m，x，y)(1≤p≤PN，0≤x<HN，0≤x<YN)是使用当前帧f(m)中的波峰P的前帧f(m-1)的波峰a的距离值D(a，m-1，x，y)(a＝1，0≤x<HN，0≤x<YN)的可靠度。如(3)式所示，示出与波峰P的距离值D(p，m，x，y)具有距离K内的距离值的相邻区域内的波峰a的亮度值的平方和。另外，通过设为a＝1，能够抑制存储电路21的存储量。
Q’11是对积分滤波器(窗口)进行规定的判别函数，该窗口是根据前帧的距离D2和其变化ΔD2来决定的。此处，ΔD2是前帧与前前帧的距离差，意味着对象的移动。如果速度小，则该窗口相应地变窄，环境光噪声的影响被降低。
(3)式
Figure BDA0002354385400000151
(4-1)式
Q11(D1-D2):|D1-D2|≤K
(4-2)式
Q′11(D1，D2，ΔD2)；|D1-D2-ΔD2|≤kp(D1，ΔD2)，
kp(D1，ΔD2)＝ks(D1)+const×ΔD 2
在(2)、(3)、(6)、(7)、(9)、(10)式中，也可以代替由(4-1)式示出的Q11而使用由(4-2)式示出的Q’11。此处，Q’11是对搜索窗口进行规定的判别函数，搜索窗口是根据前帧的距离D2和其变化ΔD2来决定的。此处，ΔD2是前帧与前前帧的距离差，意味着对象的移动。另外，kp(D1)是例如D1的单调增加函数。如果速度小，则该搜索窗口相应地变窄，环境光噪声的影响被降低。
由此可知，在前帧f(m-1)的相邻区域内存在许多具有相等的距离值的波峰a，随着该波峰a的亮度值变大，第2可靠度R12(p，m，x，y)变大。与测量对象物10对应的波峰p在前帧f(m-1)中也具有相等的距离，因此在相邻区域内产生更多的具有相等的距离值的波峰a。因此，与测量对象物10对应的波峰p的第2可靠度R12进一步变大。相对于此，与噪声对应的波峰p随机地产生，因此在相邻区域内具有相等的距离值的波峰a按照噪声的产生概率而变少。因此，与噪声对应的波峰p的第2可靠度R12一般小于与测量对象物10对应的波峰p的第2可靠度R12。
这样，关于与测量对象物10对应的波峰p的可靠度R1(p，m，x，y)，在前帧f(m-1)以及当前帧f(m)中的相邻区域内存在更多的具有相等的距离值的波峰a，随着该波峰a的亮度值变大，可靠度R1(p，m，x，y)进一步变大。相对于此，与噪声对应的波峰p随机地产生，因此在相邻区域内具有相等的距离值的波峰a变少。因此，与噪声对应的波峰p的可靠度R1(p，m，x，y)一般小于与测量对象物10对应的波峰p的可靠度R1(p，m，x，y)。
由(5)式示出的第2个可靠度R2(p，m，x，y)(0≤p<PN，0≤x<HN，0≤x<YN)不使用环境光的信息，从而与第1个可靠度R1(p，m，x，y)不同。即，未将环境光设为阈值，使用从亮度去除环境光部分而得到的值，由此可靠度R2(p，m，x，y)无需一面考虑环境光一面保持环境光信息。以下说明与(1)式不同的点。第2个可靠度R2(p，m，x，y)是例如由(6)式示出的第1可靠度R21(p，m，x，y)的平方与由(7)式示出的第2可靠度R22(p，m，x，y)的平方的相加值的平方根。在(6)式中不使用函数Q2的这点与(2)式不同，在(7)式中不使用函数Q2的这点与(3)式不同。即，在第2个可靠度R2(p，m，x，y)中，不使用环境光的信息而运算可靠度R2(p，m，x，y)。因此，无需将环境光的信息存储到存储电路21，能够降低存储容量。
(5)式
Figure BDA0002354385400000171
(6)式
Figure BDA0002354385400000172
(7)式
Figure BDA0002354385400000173
由(8)式示出的第3个可靠度R3(p，m，x，y)(0≤p<PN，0≤x<HN，0≤x<YN)不使用前帧f(m-1)的波峰a的亮度值Lumi(a，m-1，x，y)(a＝1，0≤x<HN，0≤x<YN)，从而与第2个可靠度R2(p，m，x，y)不同。以下说明与(5)式不同的点。例如通过由(6)式示出的第1可靠度R21(p，m，x，y)的平方根和基于由(9)式以及(10)式示出的连结数N1、N2的数值的平方根的相乘，运算第3个可靠度R3(p，m，x，y)。
(8式)
Figure BDA0002354385400000174
(9式)
Figure BDA0002354385400000175
(10式)
Figure BDA0002354385400000181
由(9)式示出的N1表示与波峰P的距离值D(p，m，x，y)具有距离K内的距离值D(a，m-1，x，y)的相邻范围内的前帧f
(m-1)中的波峰的数量。由(10)式示出的N2表示与波峰P的距离值D(p，m，x，y)具有距离K内的距离值D(a，m，x，y)的相邻范围内的当前帧f(m)中的波峰的数量。由此可知，针对波峰p，在相邻范围内存在许多具有相等的距离值的波峰，随着该波峰的亮度值变大，第2可靠度R21(p，m，x，y)变大。此时，随着N1的数变大，可靠度R3(p，m，x，y)进一步变大。
以上是本实施方式所涉及的结构的说明，以下详细地说明本实施方式所涉及的距离测量系统2的动作例。
图11是对本实施方式的距离测量系统2的处理动作进行说明的流程图，基于图11，说明距离测量系统2的距离测量装置5中的整体的处理动作。此处，说明前帧f(m-1)的波峰a的距离值D(a，m-1，x，y)(a＝1，0≤x<HN，0≤x<YN)及对应的亮度值Lumi(a，m-1，x，y)(a＝1，0≤x<HN，0≤x<YN)和环境光的信息已经被存储到存储电路21并进行当前帧f(m)的测量的情况。
首先，射出部100内的控制电路16对n设定0，控制第2驱动电路16a，朝向照射方向O(n)变更反射镜15的位置(步骤S100、S102)。
接下来，控制电路16控制振荡器11a以及第1驱动电路11b而发出激光L1(n)(步骤S104)。
接下来，沿着受光光学系统的光轴O2前进的反射光L2(n)经由反射镜15、第2光学元件14以及透镜18a而被传感器18接收，并变换为电信号(步骤S106)。
接下来，信号生成电路20进行与反射光L2(n)对应的电信号的采样，控制电路16将使照射方向O(n)与坐标(x，y)对应的时间序列亮度信号B(m，x，y)存储到存储电路21(步骤S108)。
接下来，选择电路22从存储电路21取得在坐标(x，y)的相邻区域Ad(图9)内得到的前帧f(m-1)的相邻距离，生成基于相邻距离的积分滤波器(窗口)(步骤S110)。接下来，在选择电路22中，作为时间序列亮度信号B(m，x，y)的第1选择波峰，按照波峰值从大到小的顺序选择规定数量，使用基于相邻距离的积分滤波器(窗口)，进一步选择时间序列亮度信号B(m，x，y)的规定的第2选择波峰(步骤S112)。选择电路22将波峰a的距离值D(a，m，x，y)(1≤a≤PN，0≤x<HN，0≤x<YN)、对应的亮度值Lumi(a，m，x，y)(1≤a≤PN，0≤x<HN，0≤x<YN)、以及环境光的信息E(m，x，y)存储到存储电路21。
接下来，控制电路16判定n是否为N以下(步骤S114)，在n为N以下的情况下(步骤S114的“是”)，对n追加1(步骤S116)，重复从步骤S102起的处理。
另一方面，在n大于N的情况下(步骤S114的“否”)，信号处理电路22对n设定0，取得存储于存储电路21的与n对应的坐标(x，y)的相邻区域的范围中的距离值D(a，m，X，Y)(1≤a≤PN，x-nd1≤X<x+nd1，y+nd2≤Y<y+nd2)、亮度值Lumi(a，m，X，Y)(1≤a≤PN，x-nd1≤X<x+nd1，y+nd2≤Y<y+nd2)及环境信息E(m，X，Y)(x-nd1≤X<x+nd1，y+nd2≤Y<y+nd2)、和距离值D(a，m-1，X，Y)(a＝1，x-nd1≤X<x+nd1，y+nd2≤Y<y+nd2)、亮度值Lumi(a，m-1，X，Y)(a＝1，x-nd1≤X<x+nd1，y+nd2≤Y<y+nd2)及环境信息E(m-1，X，Y)(x-nd1≤X<x+nd1，y+nd2≤Y<y+nd2)，运算由(1)式示出的可靠度R1(p，m，x，y)(0≤p<PN)(步骤S120)。
接下来，测量处理电路224生成与在对应于坐标(x，y)的可靠度R1(p，m，x，y)(0≤p<PN)内表示最大值的波峰pmax对应的距离值Dis(m，x，y)以及对应的亮度值Lumi(m，x，y)(步骤S122)。
接下来，信号处理电路22判定n是否为N以下(步骤S124)，在n为N以下的情况下(步骤S124的“是”)，对n追加1(步骤S126)，重复从步骤S120起的处理。
另一方面，在n大于N的情况下(步骤S124的“否”)，结束整个处理。
图12是示出在图13的仿真中使用的亮度信号B(m，x，y)和环境光E(m，x，y)的关系的图。在该仿真中，将亮度信号B(m，x，y)和环境光E(m，x，y)设为一定值。另一方面，随着测定距离增加而使亮度信号B(m，x，y)的信号值降低。
图13是示出本实施方式所涉及的距离测量装置5的仿真结果例的图。横轴表示用于测定的波峰数，纵轴表示测定距离。各曲线表示相对于准确率的测定距离。如图13所示，随着第1选择波峰的数量从1增加至5，在维持准确率的状态下测定距离进一步变大。另外，从波峰6起对第1选择波峰的数量5追加了第2选择波峰。由此可知，在追加第2选择波峰的情况下，在维持准确率的状态下测定距离进一步变大。这样，通过追加第2选择波峰，相对于测定距离的准确率进一步增加。即，如果不使用前帧的数据，则即使增加候选数也不会改善结果，反而呈现稍微恶化的倾向。这是因为，例如为了实现99％的去噪声，必须使可靠度的阈值更严格。另一方面，如上述那样，如果使用前帧的数据，则相对于测定距离的准确率进一步增加。
如以上那样，根据本实施方式所涉及的距离测量装置5，在选择电路220中，作为当前帧f(m)中的时间序列亮度信号B(m，x，y)的第1选择波峰，从波峰值大的波峰起选择规定数量，使用前帧f(m-1)中的距离值的信息，进一步选择亮度信号B(m，x，y)的第2选择波峰。由此，即使在由来自测量对象物10的反射光引起的波峰未包含于第1选择波峰的情况下，也能够使由来自测量对象物10的反射光引起的波峰包含于第2选择波峰。因此，即使在噪声为支配性的情况下，通过运算针对第1选择波峰和第2选择波峰的可靠度，能够选择由来自测量对象物10的反射光引起的波峰，能够进行直至测量对象物10为止的距离测定。
以上说明了本发明的若干个实施方式，但这些实施方式只是作为例子来提示的，并非企图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式来实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围中进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形例包含于发明的范围和宗旨中，并且包含于权利要求书记载的发明及其均等的范围中。

Claims (19)

1.一种距离测量装置，对基于针对每个帧照射多次的激光的反射光的各时间序列亮度信号进行处理，各所述时间序列亮度信号是按照时间序列所取得的每个所述帧的时间序列亮度信号，所述距离测量装置具备：
存储电路，存储根据第1帧的所述时间序列亮度信号得到的距离值的信息；以及
选择电路，从所述第1帧之后的第2帧中的所述时间序列亮度信号中的波峰中，选择基于所述距离值的信息的波峰作为距离值的候选。
2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，
所述选择电路使用根据第1帧的所述时间序列亮度信号得到的距离值的信息，选择所述第2帧中的每个所述时间序列亮度信号的规定的波峰作为所述距离值的候选，
所述距离测量装置还具备：
可靠度生成电路，生成与针对每个所述时间序列亮度信号选择的所述规定的波峰对应的可靠度；以及
测量处理电路，根据与所述规定的波峰对应的可靠度，针对所述第2帧中的每个所述时间序列亮度信号，生成对应的距离值。
3.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，
所述选择电路针对所述第2帧的每个所述时间序列亮度信号，按照波峰值从大到小的顺序选择规定数量的波峰作为第1选择波峰，进而选择基于所述距离值的波峰作为第2选择波峰。
4.根据权利要求3所述的距离测量装置，其中，
所述选择电路针对每个所述时间序列亮度信号，取得基于向从对应的所述激光的照射方向起的规定的范围内的方向照射的所述第1帧的所述激光的相邻距离值，针对每个所述时间序列亮度信号选择与所述相邻距离值对应的范围的所述第2选择波峰。
5.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，
针对每个所述时间序列亮度信号，取得基于向从对应的所述激光的照射方向起的规定的范围内的方向照射的所述第1帧的所述激光的相邻距离值，针对每个所述时间序列亮度信号，根据与所述规定的波峰对应的距离范围中包含的所述相邻距离值，生成所述可靠度。
6.根据权利要求5所述的距离测量装置，其中，
根据与所述距离范围中包含的所述相邻距离值对应的波峰的所述时间序列亮度信号的值，生成所述可靠度。
7.根据权利要求6所述的距离测量装置，其中，
针对每个所述时间序列亮度信号，取得基于向从对应的所述激光的照射方向起的规定的范围内的方向照射的所述第2帧的所述激光的、与每个时间序列亮度信号的所述规定的波峰对应的第2距离值，针对每个所述时间序列亮度信号，根据与所述规定的波峰对应的距离范围中包含的所述第2距离值，生成所述可靠度。
8.根据权利要求7所述的距离测量装置，其中，
根据与所述距离范围中包含的所述第2距离值对应的波峰的所述时间序列亮度信号的值，生成所述可靠度。
9.根据权利要求8所述的距离测量装置，其中，
在与所述第2距离值对应的所述时间序列亮度信号的值为基于环境光的阈值以内的情况下，将与所述第2距离值对应的所述时间序列亮度信号用于所述可靠度的生成。
10.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，
所述测量处理电路针对每个所述时间序列亮度信号，生成与所述时间序列亮度信号的波峰之中的所述可靠度的值最高的波峰对应的距离值。
11.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，
所述选择电路在所述第2帧的所述时间序列亮度信号的S/N比为规定值以上的情况下，对于所述第1帧的所述时间序列亮度信号，不使用根据所述第1帧的距离值的信息得到的距离值的信息而选择波峰。
12.根据权利要求1所述的距离测量装置，还具备：
射出部，经由光学系统，针对每个帧向多个规定方向依次照射激光；以及
信号生成部，生成基于针对每个所述帧照射多次的激光的反射光的、每个所述帧的各时间序列亮度信号。
13.一种距离测量方法，是对基于针对每个帧向多个规定方向依次照射的激光的反射光的各时间序列亮度信号进行处理的信号处理方法，各所述时间序列亮度信号是按照时间序列所取得的每个所述帧的时间序列亮度信号，所述距离测量方法具备：
存储步骤，存储根据第1帧的所述时间序列亮度信号得到的距离值的信息；以及
选择步骤，从所述第1帧之后的第2帧中的所述时间序列亮度信号中的波峰中，选择基于所述距离值的信息的波峰作为距离值的候选。
14.根据权利要求13所述的距离测量方法，还具备：
可靠度生成步骤，生成与针对每个所述时间序列亮度信号选择的所述规定的波峰对应的可靠度；以及
测量处理步骤，根据与所述规定的波峰对应的可靠度，针对所述第2帧中的每个所述时间序列亮度信号，生成对应的距离值。
15.根据权利要求13所述的距离测量方法，其中，
在所述选择步骤中，针对所述第2帧的每个所述时间序列亮度信号，按照波峰值从大到小的顺序选择规定数量的波峰作为第1选择波峰，进而选择基于所述距离值的波峰作为第2选择波峰。
16.根据权利要求13所述的距离测量方法，其中，
在所述选择步骤中，针对每个所述时间序列亮度信号，取得基于向从对应的所述激光的照射方向起的规定的范围内的方向照射的所述第1帧的所述激光的相邻距离值，针对每个所述时间序列亮度信号选择与所述相邻距离值对应的范围的所述第2选择波峰。
17.根据权利要求14所述的距离测量方法，其中，
针对每个所述时间序列亮度信号，取得基于向从对应的所述激光的照射方向起的规定的范围内的方向照射的所述第1帧的所述激光的相邻距离值，针对每个所述时间序列亮度信号，根据与所述规定的波峰对应的距离范围中包含的所述相邻距离值，生成所述可靠度。
18.根据权利要求17所述的距离测量方法，其中，
根据与所述距离范围中包含的所述相邻距离值对应的波峰的所述时间序列亮度信号的值，生成所述可靠度。
19.一种信号处理方法，对基于针对每个帧向多个规定方向依次照射的激光的反射光的各时间序列亮度信号进行处理，各所述时间序列亮度信号是按照时间序列所取得的每个所述帧的时间序列亮度信号，所述信号处理方法具备：
选择步骤，使用根据第1帧的每个所述时间序列亮度信号得到的距离值的信息，选择所述第1帧之后的第2帧中的每个所述时间序列亮度信号的规定的波峰；
可靠度生成步骤，生成与针对每个所述时间序列亮度信号选择的所述规定的波峰对应的可靠度；以及
测量处理步骤，根据与所述规定的波峰对应的可靠度，针对所述第2帧中的每个所述时间序列亮度信号，生成对应的距离值。
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