JP2008241273A - Laser radar device and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠距離にある計測対象物の空間分解能を高め、或いは近距離であっても特定の対象物の空間分解能を従来以上に高めるレーザレーダ装置とその制御方法に関する。 The present invention relates to a laser radar apparatus that increases the spatial resolution of a measurement object at a long distance or increases the spatial resolution of a specific object even at a short distance, and a control method thereof.
レーザレーダ装置とは、計測対象物にレーザ光を投光して反射光を受光し、投光と受光の時間差から対象物までの距離や対象物の形状等を検出する装置である。
レーザレーダ装置は、一定周期でパルス状のレーザ光を投光し、或いは一定周期で変調したレーザ光を投光するレーザ投光装置と、計測対象物からの反射光を受光し投受光の時間差から距離を算出する演算手段とからなる。レーザ投光装置に微細なMEMSミラーやポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナなどの光学的な1次元または2次元スキャン機構を組み合わせることにより、計測対象物の2次元、3次元の計測が可能である。
A laser radar device is a device that projects a laser beam onto a measurement object, receives reflected light, and detects the distance to the object, the shape of the object, and the like from the time difference between the light projection and the light reception.
The laser radar device projects a pulsed laser beam at a constant cycle or projects a laser beam modulated at a fixed cycle, and receives and reflects the reflected light from the measurement object and transmits and receives the time difference And calculating means for calculating the distance from. By combining an optical one-dimensional or two-dimensional scanning mechanism such as a fine MEMS mirror, a polygon scanner, or a galvano scanner with a laser projector, two-dimensional or three-dimensional measurement of a measurement object is possible.
従来のレーザレーダ装置は、例えば特許文献1〜3に開示されている。
特許文献1は、散乱体による偏光解消度を精密に測定でき、かつ調整や演算が容易であり、誤差が生じにくいレーザレーダ装置を目的とする。
Conventional laser radar devices are disclosed in
この装置は、大気中の微少散乱体の物性を遠隔から計測するレーザレーダ装置50であって、図4に示すように、レーザ光51を散乱体52に放射するレーザ装置54と、散乱体52によるミー散乱光53を検出する検出装置55と、散乱体52の偏光解消度を演算する演算装置56とを備え、検出装置55の光検出器が、レーザ光51の偏光面の直交時と平行時にミー散乱光の強度を測定し、演算装置56が、直交時と平行時の出力比から偏光解消度を演算するものである。
This device is a
特許文献2は、運転状況、環境状況などによって広角レーザレーダ装置の性能を最適化し、安全性の高い広角レーザレーダ装置を目的とする。
この装置は、図5に示すように、送光部61より送出されたパルスレーザ光が反射体にあたってかえってきた反射光を複数の受光素子62より成る受光部63で受光し、パルスレーザ光を送出してから反射光を受光するまでの時間差及び反射光を受光した受光素子の位置から反射体までの距離及び方向を距離・方向検出部64で測定する際に、車両の状態または車外の状態を検知する検知手段65の出力に基づいて、複数の受光素子の組み合わせ方を受光素子組合せ制御手段66、67で制御し、組み合わされた受光素子の出力を加算手段68で加算して、この加算出力により反射体までの距離と方向を測定するものである。
As shown in FIG. 5, this apparatus receives the reflected light, which is obtained by changing the pulsed laser light transmitted from the
特許文献3は、レーザ光を測定対象物に照射し測定対象物からの反射光を受光することにより測定対象物の3次元画像情報を取得する装置であって、従来のシステムとは異なる方法を用いて高速に3次元画像を取得することを目的とする。
この3次元画像取得装置は、図6に示すように、レーザ光の光強度を所定の周波数の変調信号に従って時間変調して測定対象物に照射するレーザ光出射ユニット70と、測定対象物で反射したレーザ光を受光して電気信号に変換する光電変換器71と、マイクロミラーの反射面を所定の向きに制御してON状態にすることにより測定対象物からのレーザ光の反射光を光電変換器72の受光面に導くマイクロミラーアレイ空間変調素子73と、受光されたレーザ光の電気信号における、変調信号に対する位相ずれ情報とON状態のマイクロミラーの位置情報とを用いて測定対象物の3次元位置情報を求めるデータ処理部とを有するものである。
As shown in FIG. 6, the three-dimensional image acquisition apparatus includes a laser
上述した従来のレーザレーダ装置において、水平・垂直方向の空間分解能は、計測対象物までの距離が遠くなるほど粗くなる問題がある。
この問題を解決するために、レーザの投光周期を短くすることにより遠方での空間分解能を細かく設定すると、単位時間あたりの計測点数が増加するために、物体の検知や位置算出といった数値演算装置(例えばCPU)の負荷が増加する。
またスキャナの速度を遅くすることにより、空間分解能を細かく設定すると、計測に要する時間が長くなるという問題がある。
In the above-described conventional laser radar device, there is a problem that the spatial resolution in the horizontal and vertical directions becomes coarser as the distance to the measurement object increases.
In order to solve this problem, if the spatial resolution in the distance is set finely by shortening the laser projection period, the number of measurement points per unit time increases. (For example, CPU) load increases.
Further, if the spatial resolution is set finely by reducing the scanner speed, there is a problem that the time required for measurement becomes long.
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、数値演算の負荷の増加や所要計測時間の増加を最小限に抑えながら、遠距離にある計測対象物の空間分解能を高めることができ、或いは近距離であっても特定の対象物の空間分解能を従来以上に高めることができるレーザレーダ装置とその制御方法を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the object of the present invention is to increase the spatial resolution of a measurement object at a long distance while minimizing an increase in numerical calculation load and an increase in required measurement time, or even at a short distance. It is an object of the present invention to provide a laser radar device and a control method therefor that can increase the spatial resolution of a specific object more than ever.
本発明によれば、レーザ光を所定の周期で発振又は変調するレーザ発振器と、
該レーザ光を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する投光器と、
該計測領域で反射された前記レーザ光を受光する受光器と、
投光し受光したレーザ光の時間差から距離データを算出する距離演算器と、
前記レーザ発振器、投光器、および距離演算器を制御する制御器とを備え、
制御器により、距離演算器で得られた距離データに基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更する、ことを特徴とするレーザレーダ装置が提供される。
According to the present invention, a laser oscillator that oscillates or modulates laser light at a predetermined period;
A projector that projects light while spatially scanning the laser beam toward a predetermined measurement area;
A light receiver for receiving the laser light reflected by the measurement region;
A distance calculator that calculates distance data from the time difference between the emitted and received laser light;
A controller for controlling the laser oscillator, projector, and distance calculator;
There is provided a laser radar device characterized in that the controller changes the scanning pitch of the laser beam scanned toward the measurement region based on the distance data obtained by the distance calculator.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記投光器は、レーザ光を反射して所定の計測領域に向けて1次元的または2次元的にスキャンする光学スキャナ装置である。 According to a preferred embodiment of the present invention, the projector is an optical scanner device that reflects laser light and scans one-dimensionally or two-dimensionally toward a predetermined measurement region.
また本発明によれば、レーザ光を所定の周期で発振又は変調するレーザ発振器と、
該レーザ光を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する投光器と、
該計測領域で反射された前記レーザ光を受光する受光器と、
投光し受光したレーザ光の時間差から距離データを算出する距離演算器とを備えたレーザレーダ装置の制御方法であって、
距離演算器で得られた距離データに基づき、前記計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更する、ことを特徴とするレーザレーダ装置の制御方法が提供される。
According to the present invention, a laser oscillator that oscillates or modulates laser light at a predetermined period;
A projector that projects light while spatially scanning the laser beam toward a predetermined measurement area;
A light receiver for receiving the laser light reflected by the measurement region;
A method for controlling a laser radar apparatus comprising a distance calculator for calculating distance data from a time difference between laser light emitted and received,
There is provided a control method for a laser radar apparatus, characterized in that the scanning pitch of laser light scanned toward the measurement region is changed based on distance data obtained by a distance calculator.
本発明の好ましい実施形態によれば、レーザ光の発振周期の変更、或いは投光器の角度ピッチの変更により、前記走査ピッチを変更する。 According to a preferred embodiment of the present invention, the scanning pitch is changed by changing the oscillation period of the laser beam or changing the angular pitch of the projector.
また、予め設定したパターンに従い、遠方の計測領域では走査ピッチを密にし、近方の計測領域では走査ピッチを粗にし、これにより、計測対象物の位置における水平方向及び/又は垂直方向の空間分解能を均一化する。
あるいは、距離演算器で得られた距離データに基づき、遠方の計測領域では走査ピッチを密にし、近方の計測領域では走査ピッチを粗にし、これにより、計測対象物の位置における水平方向及び/又は垂直方向の空間分解能を均一化する。
In addition, according to a preset pattern, the scanning pitch is made dense in the distant measurement area, and the scanning pitch is made coarse in the near measurement area, so that the spatial resolution in the horizontal direction and / or vertical direction at the position of the measurement object is obtained. Homogenize.
Alternatively, based on the distance data obtained by the distance calculator, the scan pitch is made dense in the distant measurement area, and the scan pitch is made coarse in the near measurement area. Alternatively, the spatial resolution in the vertical direction is made uniform.
また、所定の計測領域に新たな物体の存在を検知した場合に、その物体の存在領域のみ走査ピッチを密にし、検知した物体の周辺のみをより高い空間分解能で計測する。 Further, when the presence of a new object is detected in a predetermined measurement area, the scanning pitch is made dense only in the existence area of the object, and only the periphery of the detected object is measured with higher spatial resolution.
上記本発明の装置及び方法によれば、距離演算器で得られた距離データに基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更するので、所定の計測領域のうち所望範囲に限って走査ピッチを密にして空間分解能を高めることにより、数値演算の負荷増加や計測所要時間の増加を最小限に抑えるとともに、遠方で空間分解能が低下するという問題を解決することができる。 According to the above-described apparatus and method of the present invention, since the scanning pitch of the laser beam scanned toward the measurement region is changed based on the distance data obtained by the distance calculator, it is limited to a desired range in the predetermined measurement region. By increasing the spatial resolution by increasing the scanning pitch, it is possible to minimize the increase in numerical computation load and the increase in measurement time, and to solve the problem that the spatial resolution decreases at a distance.
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明によるレーザレーダ装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明のレーザレーダ装置10は、レーザ発振器12、投光器14、受光器16、距離演算器18及び制御器20を備える。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser radar apparatus according to the present invention. As shown in this figure, the
レーザ発振器12は、レーザ光1を所定の周期で発振又は変調する。レーザ光1はパルスレーザ光であるのが好ましいが、変調された変調レーザ光であってもよい。このレーザ発振器12は、制御器20からの制御信号5aにより、パルスレーザ光の発振タイミングとパルス周期、又は連続レーザ光の変調周期と位相を自由に制御できるようになっている。
The
投光器14は、レーザ発振器12からのレーザ光1を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する。以下、投光されるレーザ光を「投光レーザ光」と呼ぶ。
この例において、投光器14は、レーザ光1を反射して、投光レーザ光2を所定の計測領域に向けて1次元的または2次元的にスキャン可能な光学スキャナ装置である。光学スキャナ装置としては、微細なMEMSミラーやポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナなどを用いることができる。
制御器20からの速度指令6により、光学スキャナ装置のスキャン速度をリアルタイムに変更できるようになっている。また、光学スキャナ装置の角度情報7は、制御器20に通知される。
The
In this example, the
The scanning speed of the optical scanner device can be changed in real time by the
受光器16は、計測領域で反射されたレーザ光(以下、「受光レーザ光」と呼ぶ)を受光する。受光レーザ光3の受光タイミング8は、距離演算器18に通知される。
The
距離演算器18は、制御器20からの制御信号5bと受光タイミング8から、投光し受光したレーザ光(投光レーザ光2と受光レーザ光3)の時間差を求め、これから距離データ9を算出する。算出された距離データ9は、制御器20に通知される。
なお、光学スキャナの動作速度を変更する場合には、パルスレーザによる測距方式だけでなく、変調レーザによる位相差方式による測距も可能である。
The
When the operation speed of the optical scanner is changed, not only a distance measurement method using a pulse laser but also a distance measurement using a phase difference method using a modulation laser is possible.
制御器20は、レーザ発振器12、投光器14、および距離演算器18を制御し、距離演算器18で得られた距離データ9に基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光(投光レーザ光2)の走査ピッチを変更し、制御信号5a、5b及び速度指令6として出力する。
また、制御器20は、光学スキャナのスキャン角度7と、距離演算器18から受信した距離データ9とから、角度距離情報を生成し、計測データ11(二次元データまたは三次元データ)として図示しない出力装置(表示装置、記憶装置、制御装置等)に出力する。
The
Further, the
本発明の制御方法では、上述した距離演算器18で得られた距離データ9に基づき、レーザ光1の発振周期又は変調周期の変更、或いは投光器14の角度ピッチの変更により、投光レーザ光2の走査ピッチを変更する。投光レーザ光2の走査ピッチの変更により、所定の計測領域に向けて空間的に走査される投光レーザ光2の角度ピッチが変更される。
In the control method of the present invention, based on the
図2は、本発明の制御方法の第1実施形態図である。この図において、(A)は従来例、(B)は本発明を示している。この図で10は本発明の装置、10’は従来の装置である。
図2Aに示す従来例では、フェンスや壁面等の監視対象物22(所定の計測領域)が近距離から遠距離までおよぶ場合に、投光レーザ光2の角度ピッチが一定のため、近距離における空間分解能は必要以上に高くなるが、遠距離における空間分解能(両矢印で示す)は低くなりすぎてしまう。
これに対して、図2Bに示すように、本発明の方法では、距離演算器18で得られた距離データ9か、予め設定したパターンのいずれかに基づき、投光レーザ光2の角度ピッチを変更して、遠方の計測領域では走査ピッチを密にし、近方の計測領域では走査ピッチを粗にする。これにより、計測対象物の位置における水平方向及び/又は垂直方向の空間分解能(両矢印で示す)を均一化することができ、数値演算の負荷増加量や計測所要時間の増加を最小限に抑えながら、距離によらず均一な空間分解能を得ることができる。
FIG. 2 is a first embodiment of the control method of the present invention. In this figure, (A) shows a conventional example, and (B) shows the present invention. In this figure, 10 is a device of the present invention, and 10 'is a conventional device.
In the conventional example shown in FIG. 2A, when the monitoring object 22 (predetermined measurement region) such as a fence or a wall extends from a short distance to a long distance, the angular pitch of the
On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the method of the present invention, the angle pitch of the projected
図3は、本発明の制御方法の第2実施形態図である。
この例では、所定の計測領域に新たな物体23の存在を検知した場合に、その物体23の存在領域のみ走査ピッチを密にし、検知した物体の周辺のみをより高い空間分解能で計測する。
この方法により、数値演算の負荷増加量や計測所要時間の増加を最小限に抑えながら、検知した物体23の精密な計測を実現することができる。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the control method of the present invention.
In this example, when the presence of a
By this method, it is possible to realize precise measurement of the detected
上述したように、本発明の装置及び方法によれば、距離演算器18で得られた距離データ9に基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光(投光レーザ光2)の走査ピッチを変更するので、所定の計測領域のうち所望範囲に限って走査ピッチを密にして空間分解能を高めることにより、数値演算の負荷増加や計測所要時間の増加を最小限に抑えるとともに、遠方で空間分解能が低下するという問題を解決することができる。
As described above, according to the apparatus and method of the present invention, based on the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 レーザ光、2 投光レーザ光、3 受光レーザ光、
5a,5b 制御信号、6 速度指令、7 角度情報、
8 受光タイミング、9 距離データ、
10 レーザレーダ装置、11 計測データ、
12 レーザ発振器、14 投光器、16 受光器、
18 距離演算器、20 制御器、
22 監視対象物、23 物体
1 laser beam, 2 projecting laser beam, 3 receiving laser beam,
5a, 5b control signal, 6 speed command, 7 angle information,
8 Light reception timing, 9 Distance data,
10 Laser radar device, 11 Measurement data,
12 laser oscillator, 14 projector, 16 light receiver,
18 distance calculator, 20 controller,
22 monitored objects, 23 objects
Claims (7)
該レーザ光を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する投光器と、
該計測領域で反射された前記レーザ光を受光する受光器と、
投光し受光したレーザ光の時間差から距離データを算出する距離演算器と、
前記レーザ発振器、投光器、および距離演算器を制御する制御器とを備え、
制御器により、距離演算器で得られた距離データに基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更する、ことを特徴とするレーザレーダ装置。 A laser oscillator that oscillates or modulates laser light at a predetermined period;
A projector that projects light while spatially scanning the laser beam toward a predetermined measurement area;
A light receiver for receiving the laser light reflected by the measurement region;
A distance calculator that calculates distance data from the time difference between the emitted and received laser light;
A controller for controlling the laser oscillator, projector, and distance calculator;
A laser radar apparatus, wherein a controller changes a scanning pitch of laser light scanned toward a measurement region based on distance data obtained by a distance calculator.
該レーザ光を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する投光器と、
該計測領域で反射された前記レーザ光を受光する受光器と、
投光し受光したレーザ光の時間差から距離データを算出する距離演算器とを備えたレーザレーダ装置の制御方法であって、
距離演算器で得られた距離データに基づき、前記計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更する、ことを特徴とするレーザレーダ装置の制御方法。 A laser oscillator that oscillates or modulates laser light at a predetermined period;
A projector that projects light while spatially scanning the laser beam toward a predetermined measurement area;
A light receiver for receiving the laser light reflected by the measurement region;
A method for controlling a laser radar apparatus comprising a distance calculator for calculating distance data from a time difference between laser light emitted and received,
A method for controlling a laser radar apparatus, comprising: changing a scanning pitch of laser light scanned toward the measurement region based on distance data obtained by a distance calculator.
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