JP2000275011A - Measuring apparatus and measurement method for mobile body - Google Patents

Measuring apparatus and measurement method for mobile body

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JP2000275011A
JP2000275011A JP11084721A JP8472199A JP2000275011A JP 2000275011 A JP2000275011 A JP 2000275011A JP 11084721 A JP11084721 A JP 11084721A JP 8472199 A JP8472199 A JP 8472199A JP 2000275011 A JP2000275011 A JP 2000275011A
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JP
Japan
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moving
linear image
laser
moving object
image sensor
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JP11084721A
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Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Yamaguchi
口 一 郎 山
Junichi Kato
藤 純 一 加
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Publication date
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and accurately obtain a movement amount or a velocity of a mobile body. SOLUTION: A laser light is irradiated to a road face 20 from a laser light source 11, and a pattern of laser speckles reflecting from the road face 20 is detected by a linear image sensor 12. The pattern of laser speckles is sent to an operation device 13. The device 13 calculates a mutual correlation function of patterns of the laser speckles at different time points, whereby a movement amount or velocity of a mobile body is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は移動体に搭載され、
移動体の移動量または速度を測定する移動体の測定装置
および測定方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention is mounted on a mobile object,
The present invention relates to a moving object measuring device and a measuring method for measuring a moving amount or a speed of a moving object.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より移動体の移動量または速度を測
定する測定装置として、移動体が内蔵する回転体の回転
数を検出するものが知られている。しかし回転数を移動
量や位置に換算する際に床面との摩擦による誤差を生
じ、また構造が煩雑となっている。さらに床面などにス
ケールや電線を埋め込みガイドとする方法もあるが、そ
の場合には走行環境の整備が必要となり、走行場所も限
られてしまう。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a measuring device for measuring a moving amount or a speed of a moving body, there is known a measuring apparatus for detecting a rotation speed of a rotating body built in the moving body. However, when the number of rotations is converted into the movement amount or the position, an error due to friction with the floor surface occurs, and the structure is complicated. There is also a method of embedding a scale or an electric wire in a floor or the like as an embedded guide, but in that case, maintenance of a traveling environment is required, and a traveling place is limited.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
移動体の測定装置は機械的部材の回転数を検出するもの
であり、構造が煩雑で接触状態による誤差も生ずる。
As described above, the conventional moving object measuring apparatus detects the number of rotations of a mechanical member, and has a complicated structure and an error due to a contact state.

【0004】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、直接的に、非接触で容易かつ精度良く移動
体の移動量または位置を検出することができる移動体の
測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and a moving object measuring apparatus and a moving object measuring device capable of directly and easily detecting the moving amount or position of the moving object without contact. It is intended to provide a measuring method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、移動体に搭載
された路面または床面にレーザ光源と、路面から反射す
るレーザスペックルパターンを検出するリニアイメージ
センサと、リニアイメージセンサに接続され、異なる時
刻におけるレーザスペックルパターンに基づいて移動体
の移動量または位置を求める演算装置と、を備えたこと
を特徴とする移動体の測定装置、および移動体に搭載さ
れたレーザ光源から路面にレーザ光を照射する工程と、
路面から反射するレーザスペックルパターンをリニアイ
メージセンサで検出する工程と、異なる時刻におけるレ
ーザスペックルパターンに基いて移動体の移動量または
位置を演算装置で求める工程と、を備えたことを特徴と
する移動体の測定方法である。
According to the present invention, there is provided a laser light source on a road or floor mounted on a moving body, a linear image sensor for detecting a laser speckle pattern reflected from the road, and a linear image sensor. A calculating device for calculating the moving amount or the position of the moving object based on the laser speckle pattern at different times, and a measuring device for the moving object, and a laser light source mounted on the moving object, on a road surface. Irradiating a laser beam;
A step of detecting a laser speckle pattern reflected from a road surface with a linear image sensor, and a step of calculating an amount of movement or a position of the moving object with an arithmetic device based on the laser speckle pattern at different times, This is a method for measuring a moving object that moves.

【0006】本発明によれば、移動体に固定されたレー
ザ光源から路面または床面に対してレーザ光を照射し、
路面から反射するレーザスペックルパターンを同じく移
動体に固定されたリニアイメージセンサにより検出す
る。演算部において、リニアイメージセンサからの出力
の相互相関ピーク位置として演算される移動体の移動量
または速度を求める。
According to the present invention, a road surface or a floor is irradiated with laser light from a laser light source fixed to a moving body,
The laser speckle pattern reflected from the road surface is detected by a linear image sensor similarly fixed to the moving body. The calculating unit obtains the moving amount or the speed of the moving object calculated as the cross-correlation peak position of the output from the linear image sensor.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1は、本発明による移動
体の測定装置および測定方法の一実施の形態を示す図で
ある。図1に示すように、移動体の測定装置は路面20
にレーザ光を照射するレーザ光源11と、路面20から反
射する反射光に含まれるレーザスペックルパターンを検
出するリニアイメージセンサ12とを備えている。この
うちレーザ光源11と、リニアイメージセンサ1は、車
両またはロボット等の移動体10に搭載されている。ま
たリニアイメージセンサ12にはリニアイメージセンサ
12からのレーザスペックルパターンに基づいて、移動
体10の移動量および速度を求める演算装置13が接続
されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a moving object measuring apparatus and a measuring method according to the present invention. As shown in FIG.
And a linear image sensor 12 for detecting a laser speckle pattern included in the reflected light reflected from the road surface 20. Among them, the laser light source 11 and the linear image sensor 1 are mounted on a moving body 10 such as a vehicle or a robot. Further, the linear image sensor 12 is connected to an arithmetic unit 13 for calculating the moving amount and speed of the moving body 10 based on the laser speckle pattern from the linear image sensor 12.

【0008】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について説明する。まずレーザ光源11から路面
20に対してレーザ光が照射される。路面または床面の
各点から反射される光が干渉し合うことにより反射光に
は斑点模様状のレーザスペックルが現れる。次にこの路
面20から反射するレーザスペックルのパターンがリニ
アイメージセンサ12により検出される。
Next, the operation of the present embodiment having the above configuration will be described. First, the road surface 20 is irradiated with laser light from the laser light source 11. The speckled laser speckles appear in the reflected light due to the interference of the light reflected from each point on the road or floor. Next, the pattern of the laser speckle reflected from the road surface 20 is detected by the linear image sensor 12.

【0009】リニアイメージセンサ12からのレーザス
ペックルパターンは、次に演算部13へ送られ、この演
算部13において以下のようにして移動体10の移動量
および速度が求められる。
[0009] The laser speckle pattern from the linear image sensor 12 is then sent to an arithmetic unit 13, which calculates the moving amount and speed of the moving body 10 as follows.

【0010】イメージセンサーの出力信号は演算部13
に導かれる。まずある時刻における出力信号がメモリー
に蓄えられ、参照信号として繰り返し読みだされる。こ
れと現在の信号との相互相関が計算されて、そのピーク
位置としてイメージセンサーの軸方向のスペックル移動
量が検出される。ただしレーザー・ビームで照射されて
スペックルを形成する路面または床面の場所が入れ替わ
っていくので相関ピークの高さは移動とともに減少して
いき、ピーク位置の検出はできなくなる。これを防ぐた
めにピークが予め決めたあるしきい値より低くなったな
ら参照信号のメモリーの内容を現在の出力信号で更新
し、以後のピーク位置を更新前までのスペックル移動量
に加算していく。この手続きを繰り返すことにより、い
くら大きな移動量でも求めることができる。こうして検
出されるスペックルAxと移動体の変位量axの間には次の
ような関係がある。
The output signal of the image sensor is calculated by the arithmetic unit 13
It is led to. First, an output signal at a certain time is stored in a memory and repeatedly read as a reference signal. The cross-correlation between this and the current signal is calculated, and the amount of speckle movement in the axial direction of the image sensor is detected as the peak position. However, since the location of the road surface or floor where the speckles are formed by irradiation with the laser beam is switched, the height of the correlation peak decreases with movement, and the peak position cannot be detected. To prevent this, if the peak falls below a predetermined threshold, the contents of the reference signal memory are updated with the current output signal, and the subsequent peak positions are added to the speckle movement amount before the update. Go. By repeating this procedure, it is possible to obtain any amount of movement. The following relationship exists between the thus detected speckle Ax and the displacement ax of the moving body.

【0011】[0011]

【数1】 ただしLは路面からセンサーまでの距離、LS はレーザー
ビーム波面の曲率半径、θSは入射角である。平行ビー
ムの場合にはそれぞれの括弧内の第1項は0となり、ス
ペックル移動と変位量は等しくなる。
(Equation 1) Where L is the distance from the road surface to the sensor, LS is the radius of curvature of the laser beam wavefront, and θS is the angle of incidence. In the case of a parallel beam, the first term in each parenthesis is 0, and the speckle movement and displacement amount are equal.

【0012】以上のように本実施の形態によれば、容易
かつ簡単に移動体10の移動量および速度を求めること
ができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to easily and easily determine the moving amount and speed of the moving body 10.

【0013】次に図2により他の実施の形態について説
明する。図2は移動体の2次元移動と位置の測定の実施
形態を示す平面図である。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of two-dimensional movement and position measurement of a moving object.

【0014】図2に示すように、移動体10に一対のリ
ニアイメージセンサ12、12を設けるとともに、各リ
ニアイメージセンサ12、12には、演算装置13、1
3が接続されている。
As shown in FIG. 2, a pair of linear image sensors 12, 12 are provided on a moving body 10, and each of the linear image sensors 12, 12 has an arithmetic unit 13, 1,
3 are connected.

【0015】図2において、一対のリニアイメージセン
サ12、12が互いに直交しているため、平面上の2方
向の移動体10の移動量および速度を求めることができ
る。
In FIG. 2, since the pair of linear image sensors 12, 12 are orthogonal to each other, the amount of movement and the speed of the moving body 10 in two directions on a plane can be obtained.

【0016】[0016]

【実施例】図3に示すボールねじ(図示せず)で駆動さ
れた移動台21を鉄板上23で送り速度5mm/s で500
mm移動させたときの変位センサーの出力を図4に示す。
移動誤差は約2mmである。エンコーダ付モータ24はコ
ントローラ25で制御され、このコントローラ25と演
算装置13はコンピュータ26で制御される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A moving table 21 driven by a ball screw (not shown) shown in FIG.
FIG. 4 shows the output of the displacement sensor when it is moved by mm.
The movement error is about 2mm. The motor with encoder 24 is controlled by a controller 25, and the controller 25 and the arithmetic unit 13 are controlled by a computer 26.

【0017】2次元移動を測定するための予備実験の配
置を図5(a) に示す。リニアイメージセンサ12と移動
方向の間に角度Φを与えた。リニアイメージセンサー1
2の方向に200mmの移動を与えたときに、検出された
移動量を図5(b) に示す。予想されるように検出される
移動量はリニアイメージセンサ方向の移動成分であるco
sΦに比例している。これで図2の配置で2次元移動量
が求められることが証明された。
FIG. 5A shows an arrangement of a preliminary experiment for measuring two-dimensional movement. An angle Φ was given between the linear image sensor 12 and the moving direction. Linear image sensor 1
FIG. 5B shows the amount of movement detected when a movement of 200 mm was given in the direction of 2. The movement amount detected as expected is a movement component co in the direction of the linear image sensor.
It is proportional to sΦ. This proves that the two-dimensional movement amount can be obtained with the arrangement shown in FIG.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザ光
が路面または床面で反射して生じるレーザスペックルパ
ターンを用いて、非接触で容易かつ精度良く移動体の移
動量または位置を求めることができる。
As described above, according to the present invention, the moving amount or the position of the moving object can be easily and accurately measured in a non-contact manner by using the laser speckle pattern generated by the reflection of the laser light on the road surface or the floor surface. You can ask.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による移動体の測定装置およびその測定
方法の一実施の形態を示す概略図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a moving object measuring apparatus and a measuring method thereof according to the present invention.

【図2】本発明による移動体の測定装置およびその測定
方法の他の実施の形態を示す平面図。
FIG. 2 is a plan view showing another embodiment of the moving object measuring apparatus and the measuring method according to the present invention.

【図3】本発明の実施形態の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention.

【図4】リニアイメージセンサ方向への移動量の測定結
果を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a measurement result of a movement amount in a direction of a linear image sensor.

【図5】リニアイメージセンサに対して傾いた移動量の
測定結果を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of a moving amount inclined with respect to the linear image sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 移動体 11 レーザ光源 12 リニアイメージセンサ 13 演算装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Moving body 11 Laser light source 12 Linear image sensor 13 Arithmetic unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA07 AA09 BB15 CC11 FF32 FF56 GG04 JJ02 JJ05 JJ07 JJ25 MM07 PP02 PP22 PP25 QQ23 QQ29 QQ41 UU02 UU05 5H301 AA02 AA09 BB05 CC03 GG01 GG09 GG11 GG14 GG23 GG25 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA07 AA09 BB15 CC11 FF32 FF56 GG04 JJ02 JJ05 JJ07 JJ25 MM07 PP02 PP22 PP25 QQ23 QQ29 QQ41 UU02 UU05 5H301 AA02 AA09 BB05 CC03 GG01 GG11 GG11 GG11 GG11 GG11 GG11 GG11 GG11

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】移動体に搭載され路面にレーザ光を照射す
るレーザ光源と、路面から反射するレーザスペックルパ
ターンを検出するリニアイメージセンサと、床面リニア
イメージセンサに接続され、異なる時刻におけるレーザ
スペックルパターンに基づいて移動体の移動量または位
置を求める演算装置と、を備えたことを特徴とする移動
体およびその測定方法測定装置。
1. A laser light source mounted on a moving body and irradiating a laser beam to a road surface, a linear image sensor for detecting a laser speckle pattern reflected from the road surface, and a floor linear image sensor and connected at different times. A moving device and a measuring method for measuring the moving device, comprising: a calculation device for calculating a moving amount or a position of the moving object based on a speckle pattern.
【請求項2】演算装置は異なる時刻におけるレーザスペ
ックルパターンの相互相関関数を算出して移動体の移動
量または位置を求めることを特徴とする請求項1記載の
移動体の測定装置。
2. The moving object measuring apparatus according to claim 1, wherein the calculating device calculates a cross-correlation function of the laser speckle pattern at different times to obtain a moving amount or a position of the moving object.
【請求項3】リニアイメージセンサは移動体に一対設け
られ、各リニアイメージセンサは互いに直交して配置さ
れていることを特徴とする請求項1記載の移動体の測定
装置。
3. The moving object measuring apparatus according to claim 1, wherein a pair of linear image sensors is provided on the moving object, and the respective linear image sensors are arranged orthogonal to each other.
【請求項4】移動体に搭載されたレーザ光源から路面に
レーザ光を照射する工程と、 路面から反射するレーザスペックルパターンをリニアイ
メージセンサで検出する工程と、 異なる時刻におけるレーザスペックルパターンに基いて
移動体の移動量または位置を演算装置で求める工程と、 を備えたことを特徴とする移動体の測定方法。
4. A step of irradiating a laser beam from a laser light source mounted on a moving body to a road surface, a step of detecting a laser speckle pattern reflected from the road surface by a linear image sensor, Obtaining a moving amount or a position of the moving object based on the calculation device based on the calculation method.
【請求項5】演算装置において移動体の移動量または位
置を求める際、異なる時刻におけるレーザスペックルパ
ターンの相互相関関数を算出して移動体の移動量または
位置を求めることを特徴とする請求項4記載の移動体の
測定方法。
5. The moving amount or position of the moving body is calculated by calculating a cross-correlation function of a laser speckle pattern at different times when calculating the moving amount or position of the moving body in the arithmetic unit. 4. The method for measuring a moving object according to 4.
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