CN113167895B - 测距校正装置、测距校正系统、测距校正方法和计算机能读取的存储介质 - Google Patents

测距校正装置、测距校正系统、测距校正方法和计算机能读取的存储介质 Download PDF

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Abstract

测距校正装置(10)校正传感器(1)与物体之间的测距信息(31)。移动计算部(202)根据由传感器(1)本次测定出的测距信息(31)与由传感器(1)上次测定出的测距信息的差分，计算在多个方向的各方向上物体相对于传感器(1)的移动距离作为移动信息(32)。校正方向提取部(203)使用多个方向的各方向上的移动信息(32)计算物体的移动速度作为物体移动速度，根据物体移动速度，从多个方向提取校正测距信息(31)的方向作为校正方向(33)。测距信息校正部(301)计算在校正方向(33)上传感器(1)上次测定的时刻与传感器本次测定的时刻之间的校正时刻的从传感器(1)到物体的距离，作为校正后的测距信息(34)。

Description

测距校正装置、测距校正系统、测距校正方法和计算机能读取 的存储介质
技术领域
本发明涉及测距校正装置、测距校正系统、测距校正方法和计算机能读取的存储介质。
背景技术
在专利文献1中公开有扫描束状的光而在扫描面形成图像的二维光扫描装置。专利文献1的二维光扫描装置具有：偏转器，其在交叉的2轴方向偏转扫描从光源射出的光；以及控制单元，其使交叉的2轴方向的偏转角度以规定的频率和振幅变化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4952298号
发明内容
发明要解决的课题
LiDAR(Laser Imaging Detection and Ranging：激光成像检测和测距)这样的传感器用于测定相对于脉冲状发光的激光照射的散射光，分析到位于远方的物体的距离或该物体的性质。在LiDAR这样的传感器中，当利用现有技术的机构控制振幅和相位来计算各方向上的距离的情况下，在作为被摄体的物体移动时，相邻方向的测距结果有时不是相邻时刻的测距结果。并且，在直接利用这样的测距结果时，物体的大小或形状这样的检测结果变得不正确。
本发明的目的在于，提高使用传感器的测距信息的物体检测精度。
用于解决课题的手段
本发明的测距校正装置校正所述传感器在至少任意一方移动的传感器与物体之间在一个周期内测定出的测距信息，所述测距信息是从所述传感器到所述物体的多个方向的各方向上的距离，所述测距校正装置具有：
移动计算部，其根据由所述传感器本次测定出的测距信息与由所述传感器上次测定出的测距信息的差分，计算在所述多个方向的各方向上所述物体相对于所述传感器的移动距离作为移动信息；
校正方向提取部，其使用所述多个方向的各方向上的移动信息，计算所述物体的移动速度作为物体移动速度，根据所述物体移动速度，从所述多个方向中提取校正所述测距信息的方向作为校正方向；以及
测距信息校正部，其计算在所述校正方向上所述传感器上次测定的时刻与所述传感器本次测定的时刻之间的校正时刻的从所述传感器到所述物体的距离，作为校正后的测距信息。
发明效果
在本发明的测距校正装置中，校正方向提取部提取从传感器到物体的多个方向中的捕捉到物体的方向作为校正方向。测距信息校正部计算在校正方向上传感器上次测定的时刻与传感器本次测定的时刻之间的校正时刻的从传感器到物体的距离，作为校正后的测距信息。因此，根据本发明的测距校正装置，能够提高使用传感器的测距信息的物体检测精度。
附图说明
图1是表示对移动物体进行测距时的检测位置的图。
图2是将1帧的数据作为同一时间的数据表示的图。
图3是实施方式1的测距校正系统的结构图。
图4是表示实施方式1的测距校正系统的动作的流程图。
图5是表示实施方式1的传感器的测距的图。
图6是表示实施方式1的测距信息校正部对测距信息的校正的图。
图7是实施方式2的测距校正系统的结构图。
图8是表示实施方式2的测距校正系统的动作的流程图。
图9是表示实施方式2的传感器移动信息的利用例的图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式。另外，在各图中，对相同或相当的部分标注相同的标号。在实施方式的说明中，对相同或相当的部分适当省略或简化说明。
实施方式1
＊＊＊结构的说明＊＊＊
图1是表示对移动物体进行测距时的检测位置的图。此外，图2是将1帧的数据作为同一时间的数据表示的图。
在图1中，为了由传感器1取得1帧的数据，花费时刻t1～t6的时间对各个方向进行测距。图2是将测距结果作为同一时间的数据表示的图。
如图2所示，与在时刻t1取得的方向的测距结果相邻的数据成为在时刻t6取得的测距结果。并且，在直接利用这些测距结果时，如图2所示，物体的大小或形状变得不正确。这种现象在传感器本身移动的情况下也同样发生。
在本实施方式中，说明如下的方式：利用本次取得的1帧的测距结果和上次取得的前一帧的测距结果提取移动物体的区域，计算同一时刻的全部方向的测距结果，检测物体的形状和大小。
图3是本实施方式的测距校正系统500的结构图。
本实施方式的测距校正系统500具有测距校正装置10和传感器1。具体而言，传感器1是LiDAR这样的激光传感器。
此外，测距校正装置10是计算机。测距校正装置10在本实施方式中是车载计算机。然而，测距校正装置10也可以是云服务器这样的远程设置的服务器计算机。在搭载有测距校正装置10的车辆中搭载有LiDAR这样的传感器1。测距校正装置10以有线或无线的方式与传感器1连接。
测距校正系统500也被称作LiDAR检测结果校正装置。
测距校正装置10具有处理器11，并且具有存储器12和输入输出接口13这样的其它硬件。处理器11经由信号线14而与其它硬件连接，控制这些其它硬件。
测距校正装置10作为功能要素具有提取部200和校正部300。提取部200具有取得部201、移动计算部202和校正方向提取部203。校正部300具有测距信息校正部301和检测部302。提取部200和校正部300的功能通过软件实现。具体而言，提取部200和校正部300的功能通过测距校正程序实现。测距校正程序是使计算机执行由提取部200和校正部300进行的处理作为取得处理、移动计算处理、校正方向提取处理、测距信息校正处理和检测处理的程序。此外，测距校正方法是通过测距校正系统500执行测距校正程序而进行的方法。测距校正程序可以记录于计算机能读取的介质来提供，也可以存储于记录介质或存储介质来提供，还可以作为程序产品来提供。
处理器11是进行运算处理的IC(Integrated Circuit：集成电路)。处理器11的具体例子是CPU、DSP、GPU。处理器11是执行测距校正程序的装置。“CPU”是CentralProcessing Unit(中央处理单元)的缩写。“DSP”是Digital Signal Processor(数字信号处理器)的缩写。“GPU”是Graphics Processing Unit(图形处理单元)的缩写。
存储器12是预先或临时存储测距校正程序的装置。存储器12的具体例子是RAM、闪存或它们的组合。“RAM”是Random Access Memory(随机存取存储器)的缩写。
输入输出接口13具有接收被输入到测距校正程序的数据的接收机和发送从测距校正程序输出的数据的发送机。输入输出接口13是按照来自处理器11的指示从传感器1取得数据的电路。输入输出接口13的具体例子是通信芯片或NIC。“NIC”是Network InterfaceCard(网络接口卡)的缩写。
作为硬件，测距校正装置10可以还具有输入设备和显示器。输入设备是为了向测距校正程序输入数据而由用户操作的设备。输入设备的具体例子是鼠标、键盘、触摸面板或者它们中的一些或全部的组合。显示器是在画面显示从测距校正程序输出的数据的设备。显示器的具体例子是LCD。“LCD”是Liquid Crystal Display(液晶显示器)的缩写。
测距校正程序从存储器12读入到处理器11并由处理器11执行。存储器12不仅存储有测距校正程序，而且存储有OS。“OS”是Operating System(操作系统)的缩写。处理器11在执行OS的同时执行测距校正程序。另外，也可以将测距校正程序的一部分或全部组入OS。
测距校正程序和OS也可以存储于辅助存储装置。辅助存储装置的具体例子是HDD、闪存或它们的组合。“HDD”是Hard Disk Drive(硬盘驱动器)的缩写。在测距校正程序和OS存储于辅助存储装置的情况下，加载到存储器12并由处理器11执行。
测距校正装置10也可以具有代替处理器11的多个处理器。这些多个处理器分担执行测距校正程序。各个处理器的具体例子是CPU。
由测距校正程序利用、处理或输出的数据、信息、信号值和变量值存储于存储器12、辅助存储装置或者处理器11内的寄存器或高速缓冲存储器。特别地，可由输入输出接口13取得的数据、测距校正程序的计算结果、方向时间信息15和物体速度信息16存储于存储器12。方向时间信息15包含有传感器1的测距方向的信息、测距的顺序和各测距的时间信息。物体速度信息16包含与物体3对应的阈值速度161。具体而言，阈值速度161是作为传感器1计测的对象物的物体3能够移动的最大速度。存储于存储器12的数据和信息根据来自处理器11的请求而被输入输出。
＊＊＊动作的说明＊＊＊
使用图4对本实施方式的测距校正系统500的动作进行说明。
本实施方式的测距校正系统500的测距校正处理通过组合测距校正装置10和传感器1的动作来实现。
测距校正装置10校正传感器1在至少任意一方移动的传感器1与物体3之间在一个周期内测定出的测距信息31，该测距信息31是从传感器1到物体3的多个方向的各方向上的距离。
具体而言，传感器1是LiDAR这样的激光传感器。
图5是表示本实施方式的传感器1的测距的图。
传感器1向多个方向照射激光，接收从物体3反射来的光，计算到物体的距离。如图5所示，传感器1计测以传感器1为中心相对于各角度(θ，ω)的到障碍物的距离m。
在步骤S101中，取得部201经由输入输出接口13取得由传感器1取得的从传感器1到物体3的距离信息。距离信息是各方向上的从传感器1到物体3的距离。取得部201取得由传感器1在一个周期内测定出的距离信息作为测距信息31。即，测距信息31是1帧的距离信息。
取得部201取得本次测定出的1帧的测距信息31和上次测定出的前一帧的测距信息。另外，由取得部201取得的测距信息31存储于存储器12。取得部201从存储器12取得上次测定出的前一帧的测距信息。
在步骤S102中，移动计算部202根据由传感器1本次测定出的测距信息31与由传感器1上次测定出的测距信息的差分，计算在多个方向的各方向上物体3相对于传感器1的移动距离作为移动信息32。
具体而言，移动计算部202利用前一帧的数据和最新帧即由传感器1本次取得的帧的数据，求出最新帧的各方向上的距离信息的差分作为移动距离。然后，移动计算部202计算最新帧的各方向上的移动距离作为移动信息32。此外，在最新帧的数据的计测方向与前一帧的数据的计测方向不同的情况下，利用前一帧中的最接近方向的数据，生成与最新帧相同方向的前一帧的数据，计算最新帧的各方向的移动信息32。
在步骤S103中，校正方向提取部203使用多个方向的各方向上的移动信息32，计算物体3的移动速度作为物体移动速度。校正方向提取部203根据物体移动速度，从多个方向中提取校正测距信息31的方向作为校正方向33。在多个方向的各方向上的物体移动速度为基于阈值速度161计算出的阈值以下的情况下，校正方向提取部203提取多个方向的各方向作为校正方向33。提取校正方向33相当于提取校正测距信息31的区域。
具体而言，校正方向提取部203利用各方向的移动信息，求出校正测距信息31的区域。关于静止物，由于1帧内的微小时间引起的测距变动少，因此不进行校正处理。另一方面，在最新帧中对障碍物进行测距但在前一帧中计测其它远方的物体的情况下，距离信息的差分变大。这在最新帧与前帧相反的情况下也是同样的。此时，即使利用最新帧的数据和前一帧的数据生成任意时间的测距信息，也不会成为正确的信息。因此，将根据利用状况而假定的物体的移动速度作为阈值，提取存在变动量且为阈值以下的方向。另外，使用物体速度信息16，利用传感器1的移动速度和在存在传感器1的空间中假定的物体3的阈值速度161即最大速度来计算阈值。物体速度信息16中存储有物体3可取的最大速度即阈值速度161。
图6是表示本实施方式的测距信息校正部301对测距信息的校正的图。
在步骤S104中，测距信息校正部301计算在校正方向33上传感器1上次测定出的时刻ta0与传感器1本次测定出的时刻ta1之间的校正时刻t的从传感器1到物体的距离A。然后，测距信息校正部301将该距离A设为校正后的测距信息34。
具体而言，测距信息校正部301针对多个方向中的校正方向，即针对由提取部200提取出的区域，求出针对作为任意时间的校正时刻t的、来自各方向的传感器1的距离信息。如图6所示，将前一帧和最新帧的同一方向的测距结果设为a0、a1。此外，将各自的测距时间设为ta0、ta1。此时，时刻t的修正后的距离A可以通过以下的式1计算。
(式1)A＝a0+(a1-a0)*(t-ta0)/(ta1-ta0)
在步骤S105中，检测部302使用校正后的测距信息34检测物体3的状态。物体3的状态是指物体的大小和形状这样的信息。具体而言，对于物体的大小，检测部302可以利用作为从传感器取得测距信息的取得信息的角度(θ，ω)，将移动速度在二维排列上展开，将相邻的值类似的区域分组成1个物体。此外，检测部302也可以根据校正后的测距信息和方向在三维空间中绘制，将近距离存在的点群作为1个组来生成物体。然后，检测部302根据分组后的数据求出物体的大小以及平面度或曲率这样的形状信息。
***本实施方式的效果说明***
本实施方式的测距校正装置是处理传感器输出的测距信息的装置。提取部将从传感器到各方向上的障碍物的测距信息与前一帧的测距信息进行比较来计算变化量，提取校正测距信息的区域。校正部在提取出的区域中计算同一时间的各方向的测距信息，求出物体的形状和大小。此外，提取部具有如下的功能：利用作为测距对象的物体的最高速度信息，设定判断为物体正在移动的阈值。
如上所述，在本实施方式的测距校正系统中，利用由传感器取得的最新帧和前一帧的数据，根据各方向的距离信息的变化量提取物体的移动区域。而且，在本实施方式的测距校正系统中，对该移动区域进行测距信息的校正。由此，根据本实施方式的测距校正系统，能够高精度地执行测距信息的校正，能够高精度地检测物体的大小和形状这样的物体状态。
＊＊＊其它结构＊＊＊
<变形例1>
在本实施方式中，提取部200和校正部300的功能通过软件实现。作为变形例，提取部200和校正部300的功能也可以通过硬件实现。具体而言，测距校正装置10代替处理器11而具有电子电路。
电子电路是实现提取部200和校正部300的功能的专用的电子电路。
具体而言，电子电路是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、逻辑IC、GA、ASIC或FPGA。“GA”是Gate Array(门阵列)的缩写。“ASIC”是ApplicationSpecific Integrated Circuit(专用集成电路)的缩写。“FPGA”是Field-ProgrammableGate Array(现场可编程门阵列)的缩写。
提取部200和校正部300的功能可以由1个电子电路实现，也可以分散在多个电子电路中实现。
作为其它变形例，也可以是，提取部200和校正部300的一部分功能通过电子电路实现，剩余的功能通过软件实现。此外，提取部200和校正部300的一部分或全部的功能也可以通过固件实现。
处理器和电子电路分别也被称作处理线路。即，在测距校正装置10中，提取部200和校正部300的功能通过处理线路实现。
实施方式2
在本实施方式中，主要说明与实施方式1的不同点。另外，对与实施方式1相同的结构标注相同的标记，有时省略其说明。
在实施方式1中，在提取校正测距信息的区域时，根据物体速度信息16定义了阈值。在本实施方式中，利用物体速度信息16和传感器1的移动信息定义阈值。
＊＊＊结构的说明＊＊＊
图7是本实施方式的测距校正系统500a的结构图。
本实施方式的测距校正系统500a在实施方式1的测距校正系统500的结构的基础上还具有传感器信息存储装置2。传感器信息存储装置2经由输入输出接口13而与测距校正装置10连接。
传感器信息存储装置2存储包含传感器1的移动速度和传感器1的移动方向的传感器移动信息21。
＊＊＊动作的说明＊＊＊
使用图8对本实施方式的测距校正系统500a的动作进行说明。
步骤S101和步骤S102的处理与实施方式1相同。
在步骤S103a中，校正方向提取部203a根据多个方向的各方向上的物体移动速度以及包含传感器的移动速度和传感器的移动方向的传感器移动信息21，从多个方向中提取校正方向33。此外，传感器移动信息21也可以包含存在传感器1的位置的信息。
图9是表示本实施方式的传感器移动信息21的利用例的图。
校正方向提取部203a根据传感器移动信息21和存在传感器1的位置来调整用于求出校正测距信息31的校正方向的阈值。传感器移动信息21包含传感器1的移动方向和传感器1的移动速度。
具体而言，如图9所示，当传感器1以速度v和角度ρ移动中的情况下，校正方向提取部203a从阈值中减去v*cos(ρ-ω)。
此外，具体而言，存在传感器1的位置的信息是传感器1存在于一般道路或者传感器1存在于高速道路这样的信息。具体而言，在传感器1存在于普通道路的情况下，将物体3的阈值速度161设为80km/h。此外，在传感器存在于高速公路上的情况下，将阈值速度161设为100km/h。这样，存在传感器1的位置的信息被用于切换物体3的阈值速度161即最大速度。
步骤S104和步骤S105的处理与实施方式1相同。
***本实施方式的效果说明***
本实施方式的测距校正装置的提取部具有如下的功能：利用传感器的移动信息和位置信息来提取校正测距信息的区域。校正部在提取出的区域中计算同一时间的各方向的测距信息，求出物体的形状和大小这样的物体状态。由此，根据本实施方式的测距校正装置，能够根据传感器的移动信息或存在传感器的位置，调整用于提取校正测距信息的区域的阈值。因此，根据本实施方式的测距校正装置，能够更高精度地校正测距信息。
在以上的实施方式1、2中，将测距校正装置的各部设为独立的功能块进行了说明。但是，测距校正装置的结构也可以不是上述实施方式的结构。测距校正装置的功能块只要能够实现上述实施方式中说明的功能，则可以是任意结构。此外，测距校正装置也可以不是1个装置，而是由多个装置构成的系统。
此外，也可以组合实施实施方式1、2中的多个部分。或者，也可以实施这些实施方式中的1个部分。此外，也可以将这些实施方式作为整体或部分地任意组合实施。
即，在实施方式1、2中，能够进行各实施方式的自由组合或者各实施方式的任意构成要素的变形，或者在各实施方式中省略任意的构成要素。
另外，上述实施方式是本质上优选的示例，并非意图限制本发明的范围、本发明的适用物范围以及本发明的用途范围。上述实施方式可以根据需要进行各种变更。
标号说明
1：传感器；2：传感器信息存储装置；3：物体；10：测距校正装置；11：处理器；12：存储器；13：输入输出接口；14：信号线；15：方向时间信息；16：物体速度信息；21：传感器移动信息；31：测距信息；32：移动信息；33：校正方向；34：校正后的测距信息；161：阈值速度；200：提取部；201：取得部；202：移动计算部；203、203a：校正方向提取部；300：校正部；301：测距信息校正部；302：检测部；500、500a：测距校正系统。

Claims (8)

1.一种测距校正装置，该测距校正装置校正至少任意一方移动的传感器与物体之间的测距信息，所述测距信息是所述传感器在一个周期内测定出的从所述传感器到所述物体的多个方向的各方向上的距离，所述测距校正装置具有：
移动计算部，其根据由所述传感器本次测定出的测距信息与由所述传感器上次测定出的测距信息的差分，计算在所述多个方向的各方向上所述物体相对于所述传感器的移动距离作为移动信息；
校正方向提取部，其使用所述多个方向的各方向上的移动信息，计算所述物体的移动速度作为物体移动速度，根据所述物体移动速度，从所述多个方向中提取校正所述测距信息的方向作为校正方向；以及
测距信息校正部，其计算在所述校正方向上所述传感器上次测定的时刻与所述传感器本次测定的时刻之间的校正时刻的从所述传感器到所述物体的距离，作为校正后的测距信息。
2.根据权利要求1所述的测距校正装置，其中，
所述测距校正装置具有检测部，该检测部使用所述校正后的测距信息，检测所述物体的状态。
3.根据权利要求1或2所述的测距校正装置，其中，
所述测距校正装置在存储器具有包含与所述物体对应的阈值速度的物体速度信息，
在所述多个方向的各方向上的所述物体移动速度为基于所述阈值速度计算出的阈值以下的情况下，所述校正方向提取部提取所述多个方向的各方向作为所述校正方向。
4.根据权利要求1或2所述的测距校正装置，其中，
所述测距校正装置在存储器具有包含与所述物体对应的阈值速度的物体速度信息，
所述校正方向提取部根据所述多个方向的各方向上的所述物体移动速度以及包含所述传感器的移动速度和所述传感器的移动方向的传感器移动信息，从所述多个方向提取所述校正方向。
5.一种测距校正系统，该测距校正系统具有测距校正装置和传感器，所述测距校正装置校正至少任意一方移动的所述传感器与物体之间的测距信息，所述测距信息是所述传感器在一个周期内测定出的从所述传感器到所述物体的多个方向的各方向上的距离，其中，
所述测距校正装置具有：
移动计算部，其根据由所述传感器本次测定出的测距信息与由所述传感器上次测定出的测距信息的差分，计算在所述多个方向的各方向上所述物体相对于所述传感器的移动距离作为移动信息；
校正方向提取部，其使用所述多个方向的各方向上的移动信息，计算所述物体的移动速度作为物体移动速度，根据所述物体移动速度，从所述多个方向中提取校正所述测距信息的方向作为校正方向；以及
测距信息校正部，其计算在所述校正方向上所述传感器上次测定的时刻与所述传感器本次测定的时刻之间的校正时刻的从所述传感器到所述物体的距离，作为校正后的测距信息。
6.根据权利要求5所述的测距校正系统，其中，
所述测距校正系统具有传感器信息存储装置，该传感器信息存储装置存储包含所述传感器的移动速度和所述传感器的移动方向的传感器移动信息，
所述测距校正装置在存储器具有包含与所述物体对应的阈值速度的物体速度信息，
所述校正方向提取部根据所述多个方向的各方向上的所述物体移动速度和存储于所述传感器信息存储装置的所述传感器移动信息，从所述多个方向中提取所述校正方向。
7.一种测距校正装置的测距校正方法，所述测距校正装置校正至少任意一方移动的传感器与物体之间的测距信息，所述测距信息是所述传感器在一个周期内测定出的从所述传感器到所述物体的多个方向的各方向上的距离，其中，
移动计算部根据由所述传感器本次测定出的测距信息与由所述传感器上次测定出的测距信息的差分，计算在所述多个方向的各方向上所述物体相对于所述传感器的移动距离作为移动信息，
校正方向提取部使用所述多个方向的各方向上的移动信息，计算所述物体的移动速度作为物体移动速度，根据所述物体移动速度，从所述多个方向中提取校正所述测距信息的方向作为校正方向，
测距信息校正部计算在所述校正方向上所述传感器上次测定的时刻与所述传感器本次测定的时刻之间的校正时刻的从所述传感器到所述物体的距离，作为校正后的测距信息。
8.一种存储有测距校正装置的测距校正程序的计算机能读取的存储介质，所述测距校正装置校正至少任意一方移动的传感器与物体之间的测距信息，所述测距信息是所述传感器在一个周期内测定出的从所述传感器到所述物体的多个方向的各方向上的距离，其中，所述测距校正程序使作为计算机的所述测距校正装置执行如下处理：
移动计算处理，根据由所述传感器本次测定出的测距信息与由所述传感器上次测定出的测距信息的差分，计算在所述多个方向的各方向上所述物体相对于所述传感器的移动距离作为移动信息；
校正方向提取处理，使用所述多个方向的各方向上的移动信息，计算所述物体的移动速度作为物体移动速度，根据所述物体移动速度，从所述多个方向中提取校正所述测距信息的方向作为校正方向；以及
测距信息校正处理，计算在所述校正方向上所述传感器上次测定的时刻与所述传感器本次测定的时刻之间的校正时刻的从所述传感器到所述物体的距离，作为校正后的测距信息。
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