CN115201841A - 地面状态检测装置以及测距装置、地面状态检测方法、地面状态检测程序 - Google Patents

地面状态检测装置以及测距装置、地面状态检测方法、地面状态检测程序 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种地面状态检测装置以及具有该地面状态检测装置的测距装置、地面状态检测方法、地面状态检测程序，能够准确地检测地面的状态。控制部(10)为对放置对象物(30)的地面(FL)的状态进行检测的装置，具有距离运算部(11)、以及对象物检测部(18)。距离运算部(11)根据从照明装置(21)向对象物(30)照射的光的反射量，计算与对象物(30)的距离信息。对象物检测部(18)基于由距离运算部(11)获取到的距离信息，对放置对象物(30)的地面FL的状态进行检测。

Description

地面状态检测装置以及测距装置、地面状态检测方法、地面状 态检测程序
技术领域
本发明例如涉及对地面的凹凸、障碍物等地面的状态进行检测的地面状态检测装置以及具有该地面状态检测装置的测距装置、地面状态检测方法、地面状态检测程序。
背景技术
近年来，例如已在使用一种测距装置，该测距装置接受作为光源而从LED(LightEmitting Diode：发光二极管)向测量对象物照射的光的反射光，利用对与测量对象物的距离进行测量的TOF(Time-of-Flight：飞行时间)传感器，对各像素生成包含与测量对象物的距离信息的距离图像。
例如，在专利文献1中已经针对人体计量系统的坐标校正方法进行了公开，该坐标校正方法基于在距离图像中包含的室内平面部的数据，将由深度相机获得的距离图像的坐标系构成为实验室坐标系。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2017-122690号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在上述现有的人体计量系统中，具有如下所示的问题点。
即，在上述公报中，尽管针对通过将由深度相机获得的距离图像的坐标系校正为实验室坐标系、精度良好地解析人体的动作、姿势的方法进行了公开，但未考虑人体所处地面的状态。
例如，在深度相机在地面上移动、并且对人体进行检测的情况下，识别行驶的地面的状态是非常重要的。
本发明的问题在于提供一种能够准确地检测地面状态的地面状态检测装置以及具有该地面状态检测装置的测距装置、地面状态检测方法、地面状态检测程序。
用于解决技术问题的技术方案
第一发明的地面状态检测装置为对放置对象物的地面的状态进行检测的地面状态检测装置，具有距离信息获取部、以及状态检测部。距离信息获取部根据从照明装置向对象物照射的电磁波的反射量，获取与对象物的距离信息。状态检测部基于由距离信息获取部获取到的距离信息，对放置对象物的地面的状态进行检测。
在此，例如接受作为光源而从LED(Light emitting diode)向对象物照射的光的反射光，利用从测量与测量对象物的距离的TOF(Time-of-Flight：飞行时间)传感器获取到的、与对象物的距离信息，对地面的状态进行检测。
在此，被检测的地面的状态例如包括在地面形成的孔洞等凹部、在地面放置的障碍物等凸部等。
本地面状态检测装置例如可以设置在TOF传感器等测距装置内，也可以设置在测距装置的外部。
从照明装置照射的电磁波例如包括广义上的光(紫外光/可视光/红外光)、波长比光短的γ(伽马)射线、X射线、波长比光长的微波、广播用电波(短波、中波、长波)、超声波、弹性波、量子波等。
需要说明的是，距离信息获取部也可以为对电磁波的反射进行检测来计算距离信息的结构，例如也可以为从作为外部装置而设置的距离传感器获取距离信息的结构。
由此，例如即使在测距装置搭载于可在地面上行驶的输送装置等的情况下，也能够对行驶的地面的状态进行检测，所以能够避开孔洞、障碍物等凹凸，并且实施输送等作业。
其结果是，能够准确地检测地面的状态，有效地实施输送等作业。
第二发明的地面状态检测装置基于第一发明的地面状态检测装置，状态检测部利用距离信息，对地面具有的凹凸进行检测。
由此，因为能够精度良好地对在地面形成的孔洞、障碍物等凹凸进行检测，所以能够有效地实施输送等作业。
第三发明的地面状态检测装置基于第一或第二发明的地面状态检测装置，还具有角度信息获取部，该角度信息获取部获取与在距离图像中包括的各像素对应的角度信息。
由此，例如在测距装置作为受光部而包括受光透镜、以及对经由受光透镜而接受的电磁波的量进行检测的拍摄元件的结构中，对于拍摄元件的各像素，由受光透镜确定与被摄体的角度，所以能够获取与各像素对应的角度信息。
第四发明的地面状态检测装置基于第三发明的地面状态检测装置，还具有三维坐标转换部，该三维坐标转换部基于由角度信息获取部获取到的角度信息，将由距离信息获取部获取到的距离信息向三维坐标进行转换。
由此，利用与各像素对应的角度信息，能够将距离信息向三维坐标(X，Y，Z)转换。
第五发明的地面状态检测装置基于第四发明的地面状态检测装置，还具有对放置对象物的地面进行检测的平面检测部。
由此，作为实际进行在地面形成的凹凸的检测的前阶段，通过对地面进行检测，能够在检测有无对象物时利用测距装置与地面的距离(高度)作为基准值。
第六发明的地面状态检测装置基于第五发明的地面状态检测装置，还具有高度计算部，该高度计算部基于在三维坐标转换部将由平面检测部检测出的地面的距离信息转换后的三维坐标，计算测距装置的设置高度。
由此，能够计算测距装置与地面的位置的设置高度，在对地面的凹凸进行检测时，利用测距装置与地面的距离(高度)作为基准值。
第七发明的地面状态检测装置基于第六发明的地面状态检测装置，高度计算部计算使测距装置的正交坐标系围绕轴旋转由平面检测部检测出的地面的垂线与测距装置的光轴形成的角度而再次获取到的坐标值的光轴方向的坐标值，作为设置高度。
由此，针对由测距装置测量出的与地面的距离，使测距装置的正交坐标系围绕轴旋转地面的垂线与测距装置的光轴形成的角度，由此，能够计算再次获取到的坐标值的光轴方向的坐标值作为测距装置的设置高度。
即，例如通过使相当于测距装置的光轴的Z轴面向铅垂方向地围绕轴旋转地面的垂线与测距装置的光轴形成的角度，能够计算设置高度，以获取与测距装置向正下方照射光并接受到该反射光的情况相同的距离信息。
第八发明的地面状态检测装置基于第七发明的地面状态检测装置，高度计算部计算使测距装置的正交坐标系围绕轴旋转而再次获取到的多个坐标值的光轴方向的坐标值的平均值，作为设置高度。
由此，针对与识别为地面的平面的坐标值(距离)求出平均值，计算该平均值作为设置高度，由此，例如即使在地面具有微小凹凸等的情况下，也能够准确地计算测距装置与地面的设置高度。
第九发明的地面状态检测装置基于第八发明的地面状态检测装置，还具有坐标旋转运算部，该坐标旋转运算部对使在三维坐标转换部根据距离信息及角度信息转换后的三维坐标围绕轴旋转后的旋转坐标进行运算。
由此，在实际检测地面的状态时，通过对使在三维坐标转换部中由距离信息及角度信息进行转换后的三维坐标围绕轴旋转后的旋转坐标进行运算，能够对地面有无凹凸进行检测。
即，通过利用进行了运算的旋转坐标，能够实际上对在凹凸的正上方观察的状态下测量到的高度方向的距离(孔洞的深度、障碍物的高度等)进行测量。
第十发明的地面状态检测装置基于第九发明的地面状态检测装置，还具有凹凸检测部，该凹凸检测部将由坐标旋转运算部运算出的旋转坐标的高度方向的坐标与由高度计算部计算的设置高度进行比较，当检测到高度方向上具有正或负的尺寸的物体时，将物体检测为地面上的凹凸。
由此，将与地面的设置高度和对象物的高度(高度方向的坐标)进行比较，根据相对于地面的表面是否存在高度方向的尺寸的变化，能够容易地检测地面是否具有凹凸。
第十一发明的地面状态检测装置基于第十发明的地面状态检测装置，还具有阈值设定部，该阈值设定部设定在凹凸检测部进行凹凸的检测时所利用的规定的阈值。
由此，在地面状态(凹凸等)的检测时，将与地面的设置高度和凹凸的高度(高度方向的坐标)进行比较时，在该高度之差比规定的阈值大或小的情况下，将该物体检测为地面的凹凸，由此而能够抑制凹凸的误检测。
第十二发明的地面状态检测装置基于第十或第十一发明的地面状态检测装置，还具有输出信息选择部，该输出信息选择部选择包括由状态检测部检测出的凹凸在内的各像素的距离信息进行输出。
由此，通过在拍摄元件的所有像素中选择性地输出只与包括地面的凹凸在内的像素对应的距离信息，能够大幅减少输出的数据量，降低输出负载。
第十三发明的测距装置具有：第一至第十二发明中的任一地面状态检测装置、向对象物照射电磁波的照射装置、以及对从照明装置照射的电磁波的反射量进行检测的受光部。
由此，通过将上述地面状态检测装置设置在具有照明装置与受光部的测距装置的内部，能够得到可准确检测地面的状态的测距装置。
第十四发明的测距装置基于第十三发明的测距装置，还具有存储部，该存储部保存距离信息、与距离图像中包括的各像素对应的角度信息、测距装置的正交坐标系、设置高度、使由距离信息及角度信息转换后的三维坐标围绕轴旋转的旋转坐标、对象物检测时所利用的阈值、以及作为输出对象的像素的坐标值中的至少一种。
由此，通过将距离信息、角度信息、正交坐标系、设置高度、旋转坐标、阈值、以及作为输出对象的像素的坐标值等保存在测距装置内，能够利用保存的各种数据，实施用于检测地面的状态的处理。
第十五发明的测距装置基于第十三或第十四发明的测距装置，还具有将与像素对应的距离信息向外部设备输出的输出部。
由此，例如通过只将与判定为包括对象物且被选择的像素对应的距离信息从输出部向外部设备输出，能够大幅减少包含从测距装置输出的距离信息的信息的数据量。
第十六发明的地面状态检测方法为对放置对象物的地面的状态进行检测的地面状态检测方法，具有距离信息获取步骤、以及状态检测步骤。距离信息获取步骤根据从照明装置向对象物照射的电磁波的反射量，获取与对象物的距离信息。状态检测步骤基于由距离信息获取步骤获取到的距离信息，对放置对象物的地面的状态进行检测。
在此，例如接受作为光源而从LED(Light Emitting Diode)向对象物照射的光的反射光，利用从测量与测量对象物的距离的TOF(Time-of-Flight)传感器获取到的、与对象物的距离信息，对地面的状态进行检测。
在此，被检测的地面的状态例如包括在地面形成的孔洞等凹部、在地面放置的障碍物等凸部等。
本地面状态检测方法例如可以在TOF传感器等的测距装置内实施，也可以在测距装置的外部实施。
从照明装置照射的电磁波例如包括广义上的光(紫外光/可视光/红外光)、波长比光短的γ(伽马)射线、X射线、波长比光长的微波、广播用电波(短波、中波、长波)、超声波、弹性波、量子波等。
需要说明的是，在距离信息获取步骤中，可以对电磁波的反射进行检测，来计算距离信息，例如也可以从作为外部装置而设置的距离传感器等获取距离信息。
由此，例如即使在测距装置搭载于可在地面上行驶的输送装置等的情况下，也能够对行驶的地面的状态进行检测，所以能够避开孔洞、障碍物等凹凸，并且实施输送等作业。
其结果是，能够准确地检测地面的状态，有效地实施输送等作业。
第十七发明的地面状态检测程序为对放置对象物的地面的状态进行检测的地面状态检测程序，使具有距离信息获取步骤、以及状态检测步骤的地面状态检测方法在计算机执行。距离信息获取步骤根据从照明装置向对象物照射的电磁波的反射量，获取与对象物的距离信息。状态检测步骤基于由距离信息获取步骤获取到的距离信息，对放置对象物的地面的状态进行检测。
在此，例如接受作为光源而从LED(Light emitting diode)向对象物照射的光的反射光，利用从测量与测量对象物的距离的TOF(Time-of-Flight)传感器获取到的、与对象物的距离信息，对地面的状态进行检测。
在此，被检测的地面的状态例如包括在地面形成的孔洞等凹部、在地面放置的障碍物等凸部等。
本地面状态检测方法例如可以在TOF传感器等测距装置内实施，也可以在测距装置的外部实施。
从照明装置照射的电磁波例如包括广义上的光(紫外光/可视光/红外光)、波长比光短的γ(伽马)射线、X射线、波长比光长的微波、广播用电波(短波、中波、长波)、超声波、弹性波、量子波等。
需要说明的是，在距离信息获取步骤中，可以对电磁波的反射进行检测，来计算距离信息，例如也可以从作为外部装置而设置的距离传感器等获取距离信息。
由此，例如即使在测距装置搭载于可在地面上行驶的输送装置等的情况下，也能够对行驶的地面的状态进行检测，所以能够避开孔洞、障碍物等凹凸，并且实施输送等作业。
其结果是，能够准确地检测地面的状态，有效地实施输送等作业。
发明的效果
根据本发明的地面状态检测装置，能够准确地检测地面的状态。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的测距装置的外观结构的立体图。
图2是图1的测距装置的控制块图。
图3是在图2的测距装置的控制部内形成的控制块图。
图4是对计算以图2的测距装置中具有的TOF方式计算的、与对象物的距离的原理进行说明的图。
图5是表示图1的测距装置与在地面上放置的对象物的位置关系的图。
图6是表示使图5的测距装置的正交坐标形式(三维坐标)围绕X轴旋转角度θ后的正交坐标旋转形式的图。
图7是针对向图6的正交坐标形式的转换进行说明的图。
图8是针对向图6的正交坐标旋转形式的转换进行说明的图。
图9是由正交坐标旋转形式表示图1的测距装置与在地面上放置的对象物的位置关系的图。
图10是由正交坐标旋转形式表示图1的测距装置与在地面开设的孔洞的位置关系的图。
图11是由正交坐标旋转形式表示图1的测距装置与地面上的斜坡的位置关系的图。
图12是表示由图1的测距装置实施的地面状态检测方法的处理之中、在实际的测量前实施的校准处理的流程的流程图。
图13是表示由图1的测距装置实施的地面状态检测方法的处理之中、实际的距离测量时的处理流程的流程图。
图14是对在图13的步骤S25的处理中、检测在地面上放置的对象物(物体)的流程详细地进行说明的流程图。
图15是在图13的步骤S25的处理中、对图10的地面的孔洞进行检测时的流程图。
图16是在图13的步骤S25的处理中、对图11的斜坡进行检测时的流程图。
具体实施方式
(第一实施方式)
针对具有本发明的一个实施方式的控制部(地面检测装置)10的测距装置20，利用图1～图16说明如下。
(1)测距装置20的结构
如图1所示，本实施方式的测距装置20经由受光透镜22，由拍摄元件23接受从在主体部20a的表面设置的照明装置21向对象物30照射的光L1(电磁波的一个例子)的反射光，获取根据光L1从照射至接受的光的飞行时间(Time of Flight)而计算的距离信息。
而且，如图2所示，测距装置20具有：照明装置21、受光透镜22、拍摄元件23、控制部(地面检测装置)10、存储部25、以及输出部26。
照明装置21例如具有LED，向对象物30照射具有期望波长的光。需要说明的是，在照明装置21设有将从LED照射的光聚集并向对象物30的方向引导的投光透镜(未图示)。
受光透镜22为了从照明装置21向对象物30照射、接受由对象物30反射的反射光、并向拍摄元件23引导而设置。
拍摄元件23具有多个像素，由多个像素的各像素接受由受光透镜22接受的反射光，并将进行了光电转换的电信号向控制部10发送。另外，与由拍摄元件23检测的反射光的受光量对应的电信号用于由控制部10计算各像素的距离信息。
如图2所示，控制部10与照明装置21、拍摄元件23及存储部25连接。而且，控制部10读取在存储部25中保存的照明控制程序，对向对象物30照射光的照明装置21进行控制。更详细地说，控制部10控制照明装置21，以根据与照射光的对象物30的距离、形状、颜色等对象物的性质等照射最佳的光。另外，控制部10基于从拍摄元件23接收到的与各像素对应的电信号，针对各像素计算与对象物30的距离信息。
需要说明的是，针对由测距装置20进行的与对象物30的距离测量原理，将在后面详细地说明。
如图2所示，存储部25与控制部10连接，保存用于控制照明装置21及拍摄元件23的控制程序、以及基于由拍摄元件23检测出的反射光的光量、受光时刻以及反射光的光量而计算的距离信息等数据。此外，存储部25保存后面叙述的距离信息、角度信息、正交坐标系、设置高度、旋转坐标、阈值、以及作为输出对象的像素的坐标值等信息。
输出部26将由后面叙述的输出信息选择部19(参照图3)选择出的与像素对应的距离信息向外部设备输出。
从输出部26输出的与各像素对应的距离信息并非所有像素的信息，而是限定为被选择的与一部分像素对应的信息。因此，能够降低输出负载，并且也能够降低输出目的地即外部设备的后处理的负载。
(2)控制部10的结构
如图3所示，控制部10具有：距离运算部(距离信息获取部)11、角度信息获取部12、三维坐标转换部13、平面检测部14、高度计算部15、坐标旋转运算部16、阈值设定部17、对象物检测部(状态检测部)18、以及输出信息选择部19。
距离运算部11基于后面叙述的TOF(Time of Flight)方式的距离测量原理，对与由拍摄元件23拍摄到的灰度图像的各像素对应的、与对象物30的距离信息进行运算。
因为对于构成在经由受光透镜22而接受反射光的拍摄元件23中生成的距离图像的多个像素，反射光与被摄体的入射角度确定，所以，角度信息获取部12获取与各像素分别对应的角度信息。
三维坐标转换部13基于由角度信息获取部12获取到的角度信息，将由距离运算部11获取到的距离信息转换为正交坐标形式的三维坐标(X，Y，Z)(参照图7)。
平面检测部14指定检测对象物30所放置的地面FL的像素的范围来检测地面FL(校准处理)，作为测量与对象物30的距离时的基准，。
高度计算部15基于将由平面检测部14检测出的地面FL的距离信息(高度)在三维坐标转换部13转换后的三维坐标(X，Y，Z)，计算测距装置20与地面FL的设置高度h。更详细地说，高度计算部15计算使测距装置20的正交坐标系(X，Y，Z)围绕轴旋转地面FL的垂线与测距装置20的光轴形成的角度θ而再次获取到的坐标值(X，Yr，Zr)之中、光轴方向的坐标值Zr，作为设置高度h(参照图6)。
在本实施方式中，高度计算部15计算使测距装置20的正交坐标系(X，Y，Z)围绕轴旋转而再次获取到的多个坐标值(Xr，Yr，Zr)的Z方向的坐标值的平均值，作为设置高度h。
坐标旋转运算部16对使在三维坐标转换部13中由距离信息及角度信息转换后的三维坐标(正交坐标形式)围绕轴旋转后的旋转坐标(正交坐标旋转形式)进行运算(参照图6)。
阈值设定部17设定在由对象物检测部18检测对象物30时所利用的规定的阈值。需要说明的是，由阈值设定部17设定的阈值可以根据被检测的对象物30的形态、形状、大小等，适当设定不同的值。
对象物检测部18将由坐标旋转运算部16进行运算后的旋转坐标的高度方向的坐标z与由高度计算部15计算的设置高度h进行比较，当检测在高度方向具有尺寸的物体时，将该物体检测为在地面FL上放置的对象物30。
输出信息选择部19在构成包括基于由距离运算部11进行运算后的距离信息而被检测的对象物30在内的距离图像的多个像素之中，只选择与包括对象物30在内的像素对应的距离信息作为输出对象并进行输出。
＜基于测距装置20的距离测量原理＞
针对由本实施方式的测距装置20进行的与对象物的距离测量的原理，利用图4说明如下。
即，在本实施方式中，测距装置20的控制部10(距离运算部11)基于从照明装置21照射的光的投光波与由拍摄元件23接受的光的受光波的相位差Φ(参照图4)，计算与对象物30的距离。
在此，相位差Φ由如下的关系式(1)表示。
Φ＝atan(y/x)…(1)
(x＝a2－a0、y＝a3－a1，a0～a3为以90度间隔对受光波进行了四次采样的点的振幅)
而且，从相位差Φ向距离D的转换式由如下的关系式(2)表示。
D＝(c/(2×fLED))×(Φ/2π)+DOFFSET…(2)
(c为光速(≒3×108m/s)，fLED为LED的投光波的频率，DOFFSET为偏离距离)
由此，接受从照明装置21照射的光的反射光，比较其相位差，由此，距离运算部11利用光速c，能够容易地计算与对象物30的距离。
＜选择输出对象的处理＞
针对由本实施方式的测距装置20的控制部10选择输出对象的方法，利用附图说明如下。
即，如图5所示，在本实施方式中，测距装置20在地面FL设置的高度h的支柱P1的上端、以向斜下方的安装角度进行安装，假设放置在地面FL上的对象物30存在。
在该情况下，在测距装置20中，对与映射为拍摄元件23的所有像素的物体(对象物30、地面FL等)的距离进行运算，作为与各像素对应的距离信息，保存有以测距装置20为原点的三维坐标(X，Y，Z)。
本实施方式的测距装置20为了从上述与各像素对应的距离信息之中、只选择性地输出与具有对象物30的位置对应的像素的距离信息，实施如下的输出控制处理。
首先，作为事前准备，测距装置20实施计算与地面FL的设置高度h的校准。
具体而言，如图5所示，测距装置20在地面FL上以正交坐标系(X，Y，Z)进行距离的测量，获取各像素的测量结果(X，Y，Z)坐标值。
接着，测距装置20对获取到的结果，在指定的像素范围内进行平面检测，求出平面α的式aX+bY+cZ+d＝0的系数a、b、c、d。
需要说明的是，平面检测及a、b、c、d的导出可以灵活运用现有的技术。例如，可以利用Point Cloud Library(点云库)提供的平面检测(Plane model segmentation：平面模型的点云分割)的示例代码来求出(参照http://pointclouds.org/documentation/tutorials/planar_segmentation.html等)。
接着，测距装置20求出地面FL的垂线与测距装置20的正交坐标系的Z轴形成的角度θ。
在此，图6所示的平面α与测距装置20的正交坐标系的Z轴(z+t＝0)形成的角度θ由如下的关系式(1)求出。
θ＝cos－1(|a×0+b×0+c×1|÷((a2+b2+c2)1/2×(02+02+12)))…(1)
通过利用使正交坐标系围绕X轴旋转θ度后的正交坐标旋转系再次测量距离，能够得到各像素的正交坐标旋转系的测量结果(Xr，Yr，Zr)的坐标值。
接着，测距装置20计算对平面α进行了检测的平面范围内的Zr的平均值，计算该平均值作为与地面FL的高度h。
需要说明的是，针对基于角度信息将拍摄元件23的各像素的距离的测量值转换为三维坐标的处理，利用图7说明如下。
即，如图7所示，测距装置20利用角度θ、φ，将与各像素对应的距离的测量值r向三维坐标X、Y、Z转换。
需要说明的是，图7所示的r、θ、φ及X、Y、Z定义如下。
X＝r×sinθcosφ
Y＝r×sinθsinφ
Z＝r×cosθ
(测量值r为距离矢量r的大小，角度θ为距离矢量r的方向与Z轴形成的角度，角度信息φ为距离矢量r向X-Y平面的投影矢量与X轴形成的角度。)
接着，针对使对与各像素对应的距离的测量值进行了转换后的三维坐标(X，Y，Z)分别围绕X轴、Y轴、Z轴旋转、并向正交坐标旋转系转换的处理，利用图8进行说明。
在此，测距装置20指定围绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角度，利用如下的关系式(2)，针对所有像素的X、Y、Z坐标，计算旋转后的坐标值Xr、Yr、Zr。
[算式1]
Figure BDA0003578461650000121
例如，如图8所示，在某像素的三维坐标值为(X，Y，Z)＝(0，1，0)的情况下，在围绕X轴旋转90度、围绕Y轴、Z轴无旋转的情况下，旋转后的坐标为(Xr，Yr，Zr)＝(0，0，1)。
然后，利用如上所述的校准处理，在求出测距装置20的设置高度h后，如图9所示，实际进行与对象物30的距离的测量。
即，以围绕X轴旋转θ度后的正交坐标旋转形式进行距离的测量，获取拍摄元件23的各像素的距离的测量结果(Xr，Yr，Zr)。
此时，在测距装置20中，由阈值设定部17设定用于检测对象物30的规定的阈值S1。
然后，测距装置20将作为测量结果而获取到的坐标(Xr，Yr，Zr)之中的Zr的值与在校准处理中计算的设置高度h的值进行比较，在其差的大小超过规定的阈值S1的情况下，判断该像素中包括对象物30，选择与该像素对应的测量结果的坐标(Xr，Yr，Zr)作为输出对象。
如图9所示，在本实施方式的测距装置20中，例如对在地面FL上放置的对象物30进行检测，选择与该对象物30的距离信息进行输出。
此时，作为用于对在地面FL上放置的对象物30进行检测的阈值，设定阈值S1。
然后，着眼于由正交坐标旋转形式得到的测距结果(Xr，Yr，Zr)的Zr，针对拍摄元件23的各像素的每个像素，进行其差(h－Zr)的运算。
在此，当差(h－Zr)＞S1时，判定在该像素位置具有对象物30，选择与该像素对应的距离信息并进行输出。
在本实施方式的测距装置20中，如上所述，利用由TOF方式获取的、与对象物30的距离信息及角度信息，将测量出的距离信息转换为正交坐标旋转形式。然后，测距装置20将设置高度h与Zr值进行比较，由此，将与地面FL的高度差为规定的阈值S1以上的物体所处的位置与只是没有物体的地面的位置进行区分，能够将物体所处的位置检测为对象物30存在的像素。
由此，通过只选择与检测出对象物30的像素对应的距离信息进行输出，避免输出与没有对象物30的地面位置的距离信息等不需要的信息，能够大幅减少输出的数据量。
接着，针对如上所述利用距离信息而被检测的对象物是在地面FL形成的孔洞130a的情况下的处理，利用图10进行说明。
在此，如图10所示，对在地面FL形成的孔洞130a进行检测，只选择其测距结果进行输出。
具体而言，如图10所示，在通过上述的校准处理求出测距装置20的设置高度h后，实际进行与对象物(孔洞130a)的距离的测量。
即，以围绕X轴旋转θ度后的正交坐标旋转形式进行距离的测量，获取拍摄元件23的各像素的距离的测量结果(Xr，Yr，Zr)。
此时，在测距装置20中，由阈值设定部17设定用于检测孔洞130a的规定的阈值S2。
然后，测距装置20将作为测量结果而获取到的所有像素的坐标(Xr，Yr，Zr)之中的Zr的值与在校准处理中计算的设置高度h的值进行比较，在其差(h－Zr)不足规定的阈值S2的情况下，判断在该像素中包括孔洞130a，选择与该像素对应的测量结果的坐标(Xr，Yr，Zr)作为输出对象。
由此，作为地面FL的状态，能够容易地检测在何处具有孔洞130a，并且只选择与检测出孔洞130a的像素对应的距离信息进行输出，由此，避免输出与没有孔洞130a的地面FL位置的距离信息等不需要的信息，能够大幅减少输出的数据量。
接着，针对如上所述利用距离信息而被检测的对象物是在地面FL形成的高度发生变化的斜坡130b的情况下的处理，利用图11进行说明。
在此，如图11所示，对在地面FL高度发生变化的斜坡130b进行检测，只选择该测距结果进行输出。
具体而言，如图11所示，在通过上述的校准处理求出测距装置20的设置高度h后，实际进行与对象物(斜坡130b)的距离的测量。
即，以围绕X轴旋转θ度后的正交坐标旋转形式进行距离的测量，获取拍摄元件23的各像素的距离的测量结果(Xr，Yr，Zr)。
此时，在测距装置20中，由阈值设定部17设定用于检测斜坡130b的规定的阈值S3。
然后，测距装置20着眼于作为测量结果而获取到的所有像素的坐标(Xr，Yr，Zr)之中的Zr的值，求出邻接的上、下、左、右的像素间的变化量(ΔZr/ΔXr)+(ΔZr/ΔYr)。
并且，在(ΔZr/ΔXr)+(ΔZr/ΔYr)比规定的阈值S3大的情况下，作为与检测出斜坡130b的该像素对应的测距结果，选择并输出。
由此，作为地面FL的状态，只选择与检测出斜坡130b的像素对应的距离信息并进行输出，由此，避免输出与没有斜坡130b的地面FL位置的距离信息等不需要的信息，能够大幅减少输出的数据量。
＜地面状态检测方法的处理流程＞
本实施方式的测距装置20利用如上的结构，依照图12至图16所示的流程图，实施地面状态检测方法。
即，在图12中，如上所述，作为实施与实际的对象物30的距离的测量之前的阶段，实施校准处理。
在步骤S11中，测距装置20的距离运算部11根据拍摄元件23的所有像素的相位差信息，计算距离信息。
接着，在步骤S12中，基于在步骤S11中计算的各像素的距离信息、以及由角度信息获取部12获取到的与各像素对应的角度信息，三维坐标转换部13将距离信息转换为正交坐标形式的三维坐标(X，Y，Z)。
接着，在步骤S13中，平面检测部14对设置有测距装置20的地面FL上的规定的平面范围，实施平面检测处理。
接着，在步骤S14中，高度计算部15计算测距装置20的三维坐标的Z轴与地面FL的垂线形成的角度θ(参照图6)。
接着，在步骤S15中，坐标旋转运算部16对在所有的像素中使三维坐标围绕三个轴旋转指定的角度θ的正交坐标旋转形式的坐标(Xr，Yr，Zr)进行运算。
接着，在步骤S16中，高度计算部15在地面FL的规定的平面范围内求出Zr的平均值，将该值设定为设置高度h。
在本实施方式的测距装置20中，作为通过如上的处理来测量与实际的对象物30的距离的前阶段，实施校准处理，设定为了检测对象物30的位置而使用的作为基准的测距装置20的设置高度h。
然后，在图13中，在实施了图12所示的校准处理后，实施进行与实际的对象物30的距离测量的工序。
即，在步骤S21中，距离运算部11利用在拍摄元件23的所有像素中获取到的相位差信息，计算与对应于多个像素的各像素的对象物的距离信息。
接着，在步骤S22中，三维坐标转换部13基于由角度信息获取部12获取到的每个像素的角度信息，将在拍摄元件23的所有像素中计算的距离信息转换为正交坐标形式的三维坐标(X，Y，Z)。
接着，在步骤S23中，坐标旋转运算部16使与所有的像素对应的三维坐标围绕X/Y/Z三个轴旋转规定的角度θ，对旋转坐标(Xr，Yr，Zr)进行运算。
接着，在步骤S24中，为了针对拍摄元件23的所有像素逐一确认是否为具有作为输出对象的距离信息的像素，例如为了从拍摄元件23的所有像素之中左下端开始确认，设定i＝0、j＝0。
接着，在步骤S25中，将像素(i，j)旋转后的Z轴坐标值Zr与设置高度h进行比较，将判定为具有根据作为检测对象的对象物30而设定的规定的阈值S1、S2、S3以上的差的像素作为选择对象，保存坐标(Xr，Yr，Zr)。
需要说明的是，针对步骤S25的处理内容，根据对象物30的种类而不同，所以针对处理的详细情况将在后面进行详细的叙述。
接着，在步骤S26中，作为i＝i+1，针对邻接的像素确认是否为具有作为输出对象的距离信息的像素。
接着，在步骤S27中，判定是否满足i＜Max＿i的条件。即，在步骤S27中，确认拍摄元件23的像素在横向上是否从端至端进行了验证。
在此，当判定尚未验证至横向的端(MAX)时，返回步骤S25，进行是否是具有作为输出对象的距离信息的像素的验证。另一方面，当判定已验证至横向的端(MAX)时，移动向步骤S28。
接着，在步骤S28中，因为已经在步骤S27中判定已验证至横向最大的位置(端)的像素，所以，为了移动到下一列的像素，则为i＝0、j＝j+1。
接着，在步骤S29中，判定是否满足j＜Max＿j的条件。即，在步骤S29中，确认拍摄元件23的像素是否在纵向上从端至端进行了验证。
在此，在判定尚未验证至纵向的端(MAX)时，返回步骤S25，进行是否是具有作为输出对象的距离信息的像素的验证。另一方面，当判定已验证至纵向的端(MAX)时，移动向步骤S30。
接着，在步骤S30中，因为针对拍摄元件23的所有像素已完成验证，所以，依据步骤S25中的验证结果，输出与被选择的像素对应的坐标(Xr，Yr，Zr)。
由此，通过只选择与检测出对象物30的像素对应的距离信息并进行输出，避免输出与没有对象物30的地面FL位置对应的所有的像素的距离信息，能够大幅减少输出的数据量。
＜检测对象为对象物30的情况＞
在此，针对上述的图13的步骤S25中验证拍摄元件23的各像素是否具有作为输出对象的距离信息的处理、特别是对象物30为在地面FL放置的物体的情况下的处理，利用图14进行详细的说明。
即，在步骤S31中，从通过图12所示的校准处理而求出的与地面FL的高度h减去与对象像素(i，j)的正交坐标旋转系的铅垂方向对应的坐标Zr值，计算(h－Zr)。
接着，在步骤S32中，为了判定有无在地面FL放置的对象物30，判定步骤S31中减法处理的结果(h－Zr)是否比由阈值设定部17设定的规定的阈值S1大。
在此，当判定减法处理的结果(h－Zr)比阈值S1大时，可识别为，对象像素中包括的对象物30是与地面FL的高度尺寸为阈值以上的物体，进入步骤S33。
另一方面，当判定减法处理的结果(h－Zr)比阈值S1小时，可识别为，对象像素中包括的对象物30是几乎与地面FL没有高度尺寸的物体或是地面FL，进入步骤S35。
接着，在步骤S33中，因为在步骤S32中已经识别出在对象像素中包括的对象物30是与地面FL的高度尺寸为阈值以上的物体，所以对象物检测部18判定在地面FL上具有对象物30。
接着，在步骤S34中，输出信息选择部19选择判定具有对象物30的对象像素(i，j)的坐标(Xr，Yr，Zr)及其对象物ID(01)作为输出对象。
接着，在步骤S35中，因为在步骤S32中已经识别出在对象像素中包括的对象物30是与地面FL几乎没有高度尺寸的物体或者是地面FL，所以，判定在与该像素对应的地面FL上的位置没有对象物，进入步骤S26。
由此，利用为了判定有无在地面FL放置的物体(对象物30)而设定的阈值S1，能够容易地判定对象像素是否包括有在地面FL上放置的对象物30。
＜检测对象为孔洞130a的情况＞
在此，针对上述的图13的步骤S25中验证拍摄元件23的各像素是否具有作为输出对象的距离信息的处理、特别是对象物30为在地面FL形成的孔洞130a(参照图10)的情况下的处理，利用图15进行详细的说明。
即，在步骤S41中，从通过图12所示的校准处理而求出的与地面FL的高度h减去与对象像素(i，j)的正交坐标旋转系的铅垂方向对应的坐标Zr值，计算(h－Zr)。
接着，在步骤S42中，为了判定有无在地面FL形成的孔洞130a，判定步骤S41的减法处理的结果(h－Zr)是否比由阈值设定部17设定的规定的阈值S2小。
即，在对象物为孔洞130a的情况下，由测距装置20获取的对应像素的距离信息比与地面FL的设置高度h大。因此，在此，依据(h－Zr)的值在与孔洞130a对应的像素中为负值，判定其是否比为了判定而设定的阈值S2小。
在此，当判定减法处理的结果(h－Zr)比阈值S2小时，可识别为，对象像素中包括的对象物30是处于地面FL下的孔洞130a，进入步骤S43。
另一方面，当判定减法处理的结果(h－Zr)比阈值S2大时，可识别为，对象像素中包括的对象物30是与地面FL几乎没有深度尺寸的物体或者是地面FL，进入步骤S45。
接着，在步骤S43中，因为在步骤S42中已经判定对象像素中包括的对象物30与地面FL的高度尺寸比阈值S2小，所以对象物检测部18判定在地面FL具有孔洞130a。
接着，在步骤S44中，输出信息选择部19选择已判定具有孔洞130a的对象像素(i，j)的坐标(Xr，Yr，Zr)及其对象物ID(02)作为输出对象。
接着，在步骤S45中，因为在步骤S42已经识别出对象像素中包括的对象物是与地面FL几乎没有深度尺寸的物体或者是地面FL，所以判定在与该像素对应的地面FL上的位置没有孔洞130a，进入步骤S26。
由此，利用为了判定有无在地面FL形成的孔洞130a而设定的阈值S2，能够容易地判定对象像素是否包括在地面FL形成的孔洞130a。
＜检测对象为斜坡130b的情况＞
在此，针对上述的图13的步骤S25中验证拍摄元件23的各像素是否具有作为输出对象的距离信息的处理、特别是对象物30为地面FL上的斜坡130b(参照图11)的情况下的处理，利用图16，详细地进行说明。
即，在步骤S51中，为了判定有无高度方向上的尺寸发生变化的斜坡130b，计算某像素位置(i，j)和与之在横向负值侧邻接的像素位置(i-1，j)的Zr的变化量ΔZr/ΔXr。此外，计算某像素位置(i，j)和与之在纵向负值侧邻接的像素位置(i，j-1)的Zr的变化量ΔZr/ΔYr。
接着，在步骤S52中，为了判定地面FL上有无斜坡130b，判定在步骤S51中计算的ΔZr/ΔXr与ΔZr/ΔYr之和是否比由阈值设定部17设定的规定的阈值S3大，即，是否满足{(ΔZr/ΔXr)+(ΔZr/ΔYr)}＞阈值S3这样的条件式。
即，在对象物为斜坡130b的情况下，依据与在横向及纵向上邻接的像素的高度方向的变化量为规定值以上，判定该变化量的纵、横之和是否比为了判定而设定的阈值S3大。
在此，当判定结果判定为比阈值S3大时，可以识别为，存在对象像素中包括的对象物30为斜坡130b的可能性，进入步骤S53。
另一方面，当判定结果判定为比阈值S3小时，可以识别为，对象像素中不包括斜坡130b，进入步骤S57。
接着，在步骤S53中，计算某像素位置(i，j)和与之在横向正值侧邻接的像素位置(i+1，j)的Zr的变化量ΔZr/ΔX。此外，计算某像素位置(i，j)和与之在纵向正值侧邻接的像素位置(i，j+1)的Zr的变化量ΔZr/ΔYr。
接着，在步骤S54中，判定在步骤S53中计算的ΔZr/ΔXr与ΔZr/ΔYr之和是否比阈值S3大，即，是否满足{(ΔZr/ΔXr)+(ΔZr/ΔYr)}＞S3这样的条件式。
在此，当判定结果判定为比阈值S3大时，可以识别为，对象像素中包括的对象物30为斜坡130b，进入步骤S55。
另一方面，当判定结果判定为比阈值S3小时，可以识别为，对象像素不包括斜坡130b，进入步骤S57。
接着，在步骤S55中，因为在步骤S54中已判定ΔZr/ΔXr与ΔZr/ΔYr之和比阈值S3大，所以对象物检测部18判定在地面FL具有斜坡130b。
接着，在步骤S56中，输出信息选择部19选择已判定为具有斜坡130b的对象像素(i，j)的坐标(Xr，Yr，Zr)及其对象物ID(03)作为输出对象。
接着，在步骤S57中，因为在步骤S54已判定ΔZr/ΔXr与ΔZr/ΔYr之和比阈值S3小，所以可以识别为，对象物的高度方向上的尺寸在邻接的像素间几乎没有变化，因而判定在地面上没有斜坡，进入步骤S26。
由此，利用为了判定地面FL上有无斜坡130b而设定的阈值S3，能够容易地判定在对象像素中是否包括在地面FL上设置的斜坡130b。
＜地面FL的状态的检测处理＞
本实施方式的测距装置20如上所述，通过针对拍摄元件23所包括的所有像素，利用距离信息判定是否包括对象物(物体、孔洞、斜坡等)，能够只选择包括对象物的对象像素所具有的距离信息进行输出。
另外，本实施方式的测距装置20此外通过连续实施图14至图16的流程图，也能够检测地面FL的状态。
具体而言，针对图13的步骤S25的处理，连续实施图14至图16所示的流程图，由此，利用三个阈值S1、S2、S3，作为地面FL的状态，可以检测有无物体、有无孔洞、有无斜坡等。
因此，首先，依照图14所示的流程图，利用阈值S1实施判定处理，只要检测出在地面FL上具有高度尺寸的物体，就可判定具有在地面FL上放置的对象物30，在未检测出物体的情况下，依照图15所示的流程图，进行判定处理。
然后，依照图15所示的流程图，利用阈值S2实施判定处理，只要检测出在地面FL具有深度尺寸的孔洞130a，就可判定具有在地面FL形成的孔洞130a，在未检测出孔洞130a的情况下，依照图16所示的流程图，进行判定处理。
最后，依照图16所示的流程图，利用阈值S3实施判定处理，只要在地面FL上检测出斜坡130b，则可判定在地面FL上具有斜坡130b，在未检测出斜坡130b的情况下，结束地面FL的状态检测处理，进入步骤S26。
由此，通过利用不同的阈值S1、S2、S3来实施判定处理，例如在将测距装置20搭载在可在地面FL上行驶的输送装置的情况下，也能够准确地判定地面FL有无孔洞130a等凹凸、有无障碍物等，顺利地实施输送作业。
[其它实施方式]
上面，针对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离发明主旨的范围内可以进行各种变更。
(A)
在上述实施方式中，作为地面状态检测装置及地面状态检测方法，例举实现了本发明的例子进行了说明。但是，本发明不限于此。
例如，也可以将上述地面状态检测装置的地面状态检测方法作为在计算机执行的地面状态检测程序来实现本发明。
该地面状态检测程序在地面状态检测装置上搭载的存储器(存储部)中进行保存，CPU读取在存储器中保存的地面状态检测程序，在硬件中执行各步骤。更具体而言，CPU读取程序，执行上述的距离信息获取步骤、以及状态检测步骤，由此，能够得到与上述相同的效果。
另外，本发明也可以作为保存地面状态检测装置的地面状态检测程序的存储介质来实现。
(B)
在上述实施方式中，作为距离信息获取部，将以TOF方式对与距离图像的各像素对应的距离信息进行运算的距离运算部11作为例子例举并进行了说明。但是，本发明不限于此。
例如，也可以为从外部的测距装置获取以TOF方式求出的与距离图像的各像素对应的距离信息的结构。
即，也可以为本发明的地面状态检测装置与测距装置分开设置，从测距装置获取距离信息，选择与作为输出对象的像素对应的距离信息进行输出的结构。
(C)
在上述实施方式中，例举通过运算计算测距装置20的安装角度θ的例子进行了说明。但是，本发明不限于此。
例如，在预先知道测距装置的安装角度的情况下，也可以为利用该安装角度θ求出设置高度等的结构。
(D)
在上述实施方式中，例举对从照明装置21向对象物照射的光的反射光进行检测、对与对象物的距离进行测量的例子进行了说明。但是，本发明不限于此。
例如，也可以为如下的结构，即，从照明装置向对象物除了照射广义上的光(紫外光/可视光/红外光)以外，还照射波长比光短的γ(伽马)射线、X射线、波长比光长的微波、广播用电波(短波、中波、长波)等电磁波，检测其反射，由此来测量与对象物的距离。
即，向对象物照射的光也可以为具有该反射量与距离的平方成反比例进行衰减的性质的其它电磁波。
(E)
在上述实施方式中，作为利用距离信息进行检测的对象物，以在地面FL上放置的物体、孔洞130a、斜坡130b为例进行了说明。但是，本发明不限于此。
例如，作为可检测的对象物，也可以为上述以外的物体。
在该情况下，通过利用根据各物体的形态、大小、形状等而设定的阈值，能够检测有无各物体。
工业实用性
本发明的测距装置具有能够减少包含输出的距离信息的信息的数据量这样的效果，所以，例如可以广泛应用在TOF传感器等测距装置中。
附图标记说明
10控制部(地面检测装置)；11距离运算部(距离信息获取部)；12角度信息获取部；13三维坐标转换部；14平面检测部；15高度计算部；16坐标旋转运算部；17阈值设定部；18对象物检测部(状态检测部)；19输出信息选择部；20测距装置；20a主体部；21照明装置；22受光透镜；23拍摄元件；25存储部；26输出部；30对象物；130a孔洞；130b斜坡；D距离；FL地面；L1光；P1支柱。

Claims (17)

1.一种地面状态检测装置，对放置对象物的地面的状态进行检测，该地面状态检测装置的特征在于，具有：
距离信息获取部，其根据从照明装置向所述对象物照射的电磁波的反射量，获取与所述对象物的距离信息；
状态检测部，其基于由所述距离信息获取部获取到的所述距离信息，对放置所述对象物的所述地面的状态进行检测。
2.如权利要求1所述的地面状态检测装置，其特征在于，
所述状态检测部利用所述距离信息，检测在所述地面具有的凹凸。
3.如权利要求1或2所述的地面状态检测装置，其特征在于，
还具有角度信息获取部，所述角度信息获取部获取与在距离图像中包括的各像素对应的角度信息。
4.如权利要求3所述的地面状态检测装置，其特征在于，
还具有三维坐标转换部，所述三维坐标转换部基于由所述角度信息获取部获取到的所述角度信息，将由所述距离信息获取部获取到的所述距离信息向三维坐标进行转换。
5.如权利要求4所述的地面状态检测装置，其特征在于，
还具有对放置所述对象物的地面进行检测的平面检测部。
6.如权利要求5所述的地面状态检测装置，其特征在于，
还具有高度计算部，所述高度计算部基于在所述三维坐标转换部将由所述平面检测部检测出的所述地面的所述距离信息转换后的三维坐标，计算测距装置的设置高度。
7.如权利要求6所述的地面状态检测装置，其特征在于，
所述高度计算部计算使所述测距装置的正交坐标系围绕轴旋转由所述平面检测部检测出的所述地面的垂线与所述测距装置的光轴形成的角度而再次获取到的坐标值的所述光轴方向的坐标值，作为所述设置高度。
8.如权利要求7所述的地面状态检测装置，其特征在于，
所述高度计算部计算使所述测距装置的正交坐标系围绕轴旋转而再次获取到的多个坐标值的所述光轴方向的坐标值的平均值，作为所述设置高度。
9.如权利要求8所述的地面状态检测装置，其特征在于，
还具有坐标旋转运算部，所述坐标旋转运算部对使在所述三维坐标转换部根据所述距离信息及所述角度信息转换后的三维坐标围绕轴旋转后的旋转坐标进行运算。
10.如权利要求9所述的地面状态检测装置，其特征在于，
还具有凹凸检测部，所述凹凸检测部将由所述坐标旋转运算部运算的所述旋转坐标的高度方向的坐标与由所述高度计算部计算的所述设置高度进行比较，当检测到高度方向上具有正或负的尺寸的物体时，将所述物体检测为所述地面上的凹凸。
11.如权利要求10所述的地面状态检测装置，其特征在于，
还具有阈值设定部，所述阈值设定部设定在所述凹凸检测部进行所述凹凸的检测时所利用的规定的阈值。
12.如权利要求10或11所述的地面状态检测装置，其特征在于，
还具有输出信息选择部，所述输出信息选择部选择包括由所述状态检测部检测出的所述凹凸在内的各像素的距离信息进行输出。
13.一种测距装置，其特征在于，具有：
权利要求1至12中任一项所述的地面状态检测装置；
照射装置，其向所述对象物照射电磁波；
受光部，其对从所述照明装置照射的所述电磁波的反射量进行检测。
14.如权利要求13所述的测距装置，其特征在于，
还具有存储部，所述存储部保存所述距离信息、与所述距离图像中包括的各像素对应的角度信息、所述测距装置的正交坐标系、设置高度、使根据所述距离信息及所述角度信息转换后的三维坐标围绕轴旋转后的旋转坐标、所述对象物的检测时利用的阈值、以及作为所述输出对象的像素的坐标值中的至少一种。
15.如权利要求13或14所述的测距装置，其特征在于，
还具有将与所述像素对应的所述距离信息向外部设备输出的输出部。
16.一种地面状态检测方法，对放置对象物的地面的状态进行检测，该地面状态检测方法的特征在于，具有：
距离信息获取步骤，其根据从照明装置向所述对象物照射的电磁波的反射量，获取与所述对象物的距离信息；
状态检测步骤，其基于在所述距离信息获取步骤中获取到的所述距离信息，对放置所述对象物的所述地面的状态进行检测。
17.一种地面状态检测程序，对放置对象物的地面的状态进行检测，该地面状态检测程序的特征在于，
使具有如下步骤的地面状态检测方法在计算机中执行，即，
距离信息获取步骤，其根据从照明装置向所述对象物照射的电磁波的反射量，获取与所述对象物的距离信息；
状态检测步骤，其基于在所述距离信息获取步骤中获取到的所述距离信息，对放置所述对象物的所述地面的状态进行检测。
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