JP2009041928A - 距離計測方法および装置、ならびに距離計測装置を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象空間内の被検物の距離情報、例えばその被検物が計測装置からある特定の距離だけ離れているかどうかを高速に計測する。
【解決手段】投光器１Ｌ，１Ｒは、計測対象空間内に照射光Ｌ１１〜Ｌ１３およびＬ２１〜Ｌ２３を交差するように、かつそれらの交点からの反射光のパルス間隔が交点までの距離に対応する時間間隔となるようにパルス光を投光する。撮像素子２は、計測対象空間内の被検物からの反射光を検出してその被検物の像を複数回撮像する。同期検波部３３Ａは、複数枚の画像における各画素から出力される時系列画素信号の中から、計測対象である交点までの距離に対応するパルス間隔を持つ時系列画素信号を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、計測用の光を被検物に照射して被検物の距離情報を計測する距離計測技術、およびこの距離計測技術を用いる乗用車等の車両に関するものである。

光を計測対象空間に向けて照射し、被検物からの反射光をＣＣＤなどの撮像装置で撮像し、その撮像情報を処理して、被検物までの距離や被検物の形状などを計測する距離（形状）計測装置が知られている。このような計測装置として、カメラの１フレームの露光時間中に、照射方向毎に照射光量が異なるよう計測対象空間に向けてスリット光を照射し、カメラで撮像して得た画像において、スリット光の照射による露光量の違いから、各画素毎にスリット光の照射方向を算出するようにした計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この計測装置においては、各画素毎に算出されたスリット光の照射方向、各画素の撮像方向、およびスリット光の光源の位置とカメラとの位置関係に基づいて、三角測量の原理でスリット光が照射された物体の点や面までの距離を算出している。そして、このようにして算出されたカメラの全画素の距離情報より、計測対象空間内の物体の三次元形状を計測している。
特開２００２−１３１０３１号公報

しかしながら、この従来の計測装置にあっては、同一物体の像であっても、その像内の各部の露光量が距離に応じて異なるため、その物体の形状を計測するためには、カメラの全画素の像毎に距離算出処理を行い、算出された距離が同じ画素の像を同一物体の画像として抽出した後、三次元形状を計測するという構成になっていた。そのため、例えば画面上で小さく撮像される物体の三次元形状の計測を行う場合でも、背景領域等を含む全画素の距離算出処理を行う必要があり、処理時間が長くなるという問題があった。

本発明では、２つの光を特定の距離に設定した交点で交差するように照射し、２つの光の交点から反射する反射光中に、交点までの距離を表す情報が含まれるようにした。そして、交点からの反射光を光電変換した計測信号の中から、上記距離を表す情報を含む計測信号を抽出し、注目する交点に存在する被検物を検出するようにした。

本発明によれば、従来技術で必要であった三角測量等の原理による距離情報等の中間情報の算出演算処理を行うことなく、光の交点付近の被検物の検出を行うことができ、被検物を高速に計測できる。

［第１の実施形態］
図１〜図６を参照して本発明による距離計測装置の実施形態の一例について説明する。本実施形態は、乗用車等の車両に備えられた距離計測装置に本発明を適用したものである。図１は、本実施形態の距離計測装置を搭載した車両ＭＢを示す。距離計測装置は、第１および第２の投光器１Ｌ，１Ｒと、撮像装置２と、図３のコントロールユニットＣＵとを備えている。第１および第２の投光器１Ｌ，１Ｒは、車両ＭＢのフロントバンパー３の左端部および右端部の近傍に設置され、計測対象空間に向けて、路面に垂直な方向に細長いスリット状の第１および第２の照射光を投光する。
なお、投光器１Ｌ，１Ｒは車幅方向にある程度以上の間隔で、かつ車両前方に光を照射できるように設置されていればよく、その設置位置は任意である。

撮像装置２は、フロントガラスの上部中央付近、すなわちルーフ４の前端部中央裏側のルームミラー（不図示）の近傍に取り付けられたカメラを含む。カメラは後述するように撮像素子を有し、上記第１および第２の照射光を計測空間に照射したときに被検物から反射する反射光（鏡面反射光および散乱光等を含む）を撮像する。コントロールユニットＣＵは、撮像装置２の検出情報を用いて被検物の距離情報（形状の情報を含む）を計測する。

図２は、図１の投光器１Ｌ，１Ｒおよび撮像装置２の構成を示す。左側の第１の投光器１Ｌは、光源５Ａ〜５Ｃと、ミラー６Ａ〜６Ｃと、駆動部４Ｌとを備えている。光源５Ａ〜５Ｃは、それぞれ路面に垂直な方向に細長いスリット状の照射光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３を出力する発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレンズを含む。ミラー６Ａ〜６Ｃは、照射光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３の投光角度α１１，α１２，α１３（α１１＜α１２＜α１３）を設定する。ここで、投光角度は反時計周りの角度である。駆動部４Ｌは、図３のコントロールユニットＣＵからの投光制御信号ＴＭＬによって、光源５Ａ〜５Ｃを所定の周期Ｔａ（図４（Ｂ）参照）で順次パルス発光させる。

右側の第２の投光器１Ｒは、光源７Ａ〜７Ｃと、ミラー８Ａ〜８Ｃと、駆動部４Ｒとを備えている。光源７Ａ〜７Ｃは、第１投光器１Ｌとほぼ対称に、スリット状の照射光Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３を出力する。ミラー８Ａ〜８Ｃは、照射光Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の投光角度α２１，α２２，α２３（α２１＞α２２＞α２３）を設定する。ここで、投光角度は時計周りの角度である。駆動部４Ｒは、光源７Ａ〜７Ｃを、図３のコントロールユニットＣＵからの投光制御信号ＴＭＲによって、光源５Ａ〜５Ｃと同じ周期Ｔａ（図４（Ｅ）参照）で順次パルス発光させる。なお、図４（Ｃ）に示すように、照射光Ｌ１３の発光タイミング信号である投光制御信号ＴＭＲから所定時間Ｔｂ経過後に、照射光Ｌ２１の発光タイミング信号である投光制御信号ＴＭＬが出力される。

図２において、投光器１Ｌから投光される照射光Ｌ１３，Ｌ１２と投光器１Ｒから投光される照射光Ｌ２２，Ｌ２１との交点Ｐ１，Ｐ２、および照射光Ｌ１３，Ｌ１２，Ｌ１１と照射光Ｌ２３，Ｌ２２，Ｌ２１との交点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が、本実施形態において被検物を計測する位置である。以下では交点Ｐ１〜Ｐ５を観測点Ｐ１〜Ｐ５と呼ぶ。

照射光Ｌ１１〜Ｌ１３と照射光Ｌ２１〜Ｌ２３とは、順次、パルス点灯されるため、観測点Ｐ１〜Ｐ５は、実際に２つの照射光が交差する点ではなく、２つの照射光が順次通過する点である。また、照射光Ｌ１１〜Ｌ１３と照射光Ｌ２１〜Ｌ２３とは他の交点でも交差しており、これらの全ての交点を観測点とすることが可能である。さらに、本実施形態では、照射光Ｌ１１〜Ｌ１３および照射光Ｌ２１〜Ｌ２３はスリット光であるため、それらの交点（観測点Ｐ１〜Ｐ５を含む）は、実際には路面にほぼ垂直な方向に伸びた交線（線分）であり、その仮想的な交線の少なくとも一部に被検物が接することによって、その被検物を計測できる。

図２では、説明を簡略化するために、投光器１Ｌ，１Ｒから投光される照射光Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３はそれぞれ３本であるが、実際には投光器１Ｌ，１Ｒからはより多くの照射光が照射される。この場合、光源５Ａ〜５Ｃ，７Ａ〜７Ｃについては、同一基板上に形成された多数のＬＥＤ素子と、共通のレンズ系とを用いることによって、照射光の数が増加しても容易に小型化することができる。

図２において、撮像装置２は、対物レンズ１１と、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの多数の画素を２次元的に配列した撮像素子１２とを有し、投光器１Ｌ，１Ｒから投光された照射光による被検物からの反射光の像を撮像する。撮像装置２はまた、撮像素子１２から出力される撮像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１３と、Ａ／Ｄ変換された撮像信号を記憶する画像メモリ１４を含んで構成される。

撮像素子１２の多数の画素は二次元的に配列されているが、図２においては、水平方向に配列された一列のＪ個（Ｊは２以上の整数）の画素ＰＸｊ（ｊ＝１〜Ｊ）のみを示している。以下の説明では、一列の画素ＰＸｊの撮像信号ｓｊ（ｔ）を処理するものとして説明するが、他の列の画素の撮像信号も同様に処理される。照射光Ｌ１１〜Ｌ１３およびＬ２１〜Ｌ２３の交点である観測点Ｐ１〜Ｐ５に被検物が存在する場合、観測点Ｐ１〜Ｐ５からの反射光は、対物レンズ１１を介して撮像素子１２中のいずれかの画素に入射して受光される。すなわち観測点Ｐ１〜Ｐ５の像はいずれかの画素上に形成される。

図２では、被検物（不図示）上の観測点Ｐ５からの反射光ＤＬ（照射光Ｌ１１およびＬ２１の反射光）が画素ＰＸｊに入射している。同様に、被検物（不図示）上の観測点Ｐ１からの反射光（照射光Ｌ１３およびＬ２２の反射光）が画素ＰＸｋに入射している。このように、反射光を受光する画素ＰＸｊ（ｊ＝１〜Ｊ）または他の列の画素の位置によって、その反射光が観測点Ｐ１〜Ｐ５のうちのどの観測点から来たものであるのかを識別することができる。

図３は、図２の投光器１Ｌ，１Ｒおよび撮像装置２の動作を制御し、撮像装置２の撮像信号を処理して車両前方の被検物体を検出して警報するコントロールユニットＣＵを示す。コントロールユニットＣＵは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ、および周辺回路などを備えた制御回路であり、コンピュータのソフトウェアによって後述する各種処理を実行する。ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウエア構成の論理回路を組合せて実現することも可能である。

コントロールユニットＣＵは、装置全体の動作を統括的に制御する駆動制御部３１と、照射タイミング制御部３２とを備えている。駆動制御部３１は、カメラ制御信号ＴＭに基づいて、投光器１Ｌ，１Ｒと撮像装置２を駆動制御する。図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、照射タイミング制御部３２は、カメラ制御信号ＴＭに同期して、投光制御信号ＴＭＬ，ＴＭＲを生成し、図２の投光器１Ｌ，１Ｒをオンオフ制御して順次にパルス発光させる。照射タイミング制御部３２は、投光制御信号ＴＭＬ，ＴＭＲに基づいて、図４（Ｄ）に示す照射タイミング信号ＳＰを生成して後述する同期検波部３３Ａ〜３３Ｃに供給する。なお、本実施の形態では、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示す６つの投光制御信号ＴＭＬ，ＴＭＲが出力される１つの周期を１計測周期と呼ぶ。

撮像装置２は、駆動制御部３１からカメラ制御信号ＴＭが供給されると撮像を開始し、１計測周期中に所定のフレーム周期で連続して撮像を行い、複数枚の画像を画像メモリ１４に記憶する。

たとえば、駆動制御部３１は、１計測周期中に撮像素子１２の電荷蓄積、電荷吐出しを繰り返し行う。すなわち、駆動制御部３１は、所定のタイミングで、撮像素子１２の各画素ＰＸｊから撮像信号ｓｊ（ｔ）を読み出し、Ａ／Ｄ変換器１３を介して画像メモリ１４に１枚の画像として記憶する。このようにして画像メモリ１４に記憶された複数枚の画像に基づいて、駆動制御部３１は画像メモリ１４をアクセスし、複数枚の画像を構成する複数の画像信号から、各画素ＰＸｊ毎の時系列の計測信号Ｋｓｊ（ｔ）（撮像情報）を読み出す。

コントロールユニットＣＵは、画像メモリ１４から読み出した計測信号Ｋｓｊ（ｔ）が並列に供給される同期検波部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと、同期検波部３３Ａ〜３３Ｃからの検波信号がそれぞれ供給される特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃも備えている。同期検波部３３Ａ〜３３Ｃには、図４（Ｅ）に示すような、画像メモリ１４に記憶した複数枚の画像信号から時系列に出力される各画素毎の計測信号Ｋｓｊ（ｔ）と、図４（Ｄ）の照射タイミング信号ＳＰが供給される。同期検波部３３Ａ〜３３Ｃは、照射タイミング信号ＳＰを用いて計測信号Ｋｓｊ（ｔ）を検波し、図４（Ｆ）に示すように２つのパルス信号からなる検波信号を抽出し、パルス信号の周期を計測する。図４（Ｆ）に示されている検波信号の周期はＴ１である。

同期検波部３３Ａは、計測した検波信号の周期が、距離３０ｍに対応する基準値Ｔ１であれば、対象とした画素信号中に距離３０ｍに被検物が存在することを表す計測信号を特定距離物体抽出部３４Ａに供給する。同期検波部３３Ｂは、計測した検波信号の周期が、距離２５ｍに対応する基準値Ｔ２であれば、対象とした画素信号中に距離２５ｍに被検物が存在することを表す計測信号を特定距離物体抽出部３４Ｂに供給する。同期検波部３３Ｃは、計測した検波信号の周期が、距離２０ｍに対応する基準値Ｔ３であれば、対象とした画素信号中に距離２０ｍに被検物が存在することを表す計測信号を特定距離物体抽出部３４Ｃに供給する。以上のような信号処理を撮像素子１２の全画素に対して行い、特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃは、図２の撮像装置２から車両前方への距離がｄ１，ｄ２，ｄ３の位置にある物体の形状を抽出する。

コントロールユニットＣＵは、さらに、近接物検出部３５と、ブザー３７と、距離情報合成部３６と、表示器３８とを備えている。近接物検出部３５は、特定距離物体抽出部３４Ａ，３４Ｂから供給される距離ｄ１，ｄ２（＜ｄ１）にある物体の形状（抽出情報）から、自車両に近接しつつある別の車両等を検出する。ブザー３７は、近接物を検出した場合に乗員に警告を発する。距離情報合成部３６は、特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃの抽出情報から、図２の撮像装置２の視野内の像の各部の距離の分布を求めると、その距離の分布情報を表示器３８に色分けなどによって表示する。

なお、駆動制御部３１は、後述のように、特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃ、近接物検出部３５、および距離情報合成部３６の動作も制御する。

次に、図２の投光器１Ｌ，１Ｒおよび撮像装置２を用いて、所定の距離に存在する被検物を計測して警報する動作を説明する。
図２に示すように、本実施形態では、投光器１Ｌからの照射光Ｌ１３，Ｌ１２と、投光器１Ｒからの照射光Ｌ２２，Ｌ２１とが、所定時間間隔をおいて観測点Ｐ１，Ｐ２で交差し、照射光Ｌ１３〜Ｌ１１と照射光Ｌ２３〜Ｌ２１とが、所定時間間隔をおいて観測点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５で交差している。観測点Ｐ１，Ｐ２は、撮像装置２からの距離がｄ１であって、撮像装置２の光軸ＡＸに垂直で、路面に平行な方向に伸びた直線上に配置されている。観測点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５は、撮像装置２からの距離がｄ２であって、撮像装置２の光軸ＡＸに垂直で、路面に平行な方向に伸びた直線上に配置されている。このような配置は、投光角度α１１〜α１３およびα２１〜α２３の設定によって実現できる。距離ｄ２は距離ｄ１より小さく設定されている。本実施形態では、一例として距離ｄ２は２５ｍ、距離ｄ１は３０ｍである。

観測点Ｐ１〜Ｐ５にある被検物を検出する際には、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、投光器１Ｌからの照射光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３を周期Ｔａで順次パルス発光させる。その後、周期Ｔａと同程度の時間Ｔｂをあけた後、図５（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）に示すように、投光器１Ｒからの照射光Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３を周期Ｔａで順次パルス発光させる。照射光Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３のパルス発光全期間は、撮像装置２のフレーム周期よりも長いとともに、周期Ｔａはパルス発光期間の２倍以上の長さである。この照射光Ｌ１１〜Ｌ１３およびＬ２１〜Ｌ２３が１回ずつ順次全部パルス発光する期間が上述した１計測周期である。

図２の観測点Ｐ１〜Ｐ５にそれぞれ被検物がある場合、撮像装置２は、観測点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれからの反射光を撮像する。各反射光は、照射光Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３が各観測点Ｐ１〜Ｐ５で所定時間差をもって反射する反射光である。このとき撮像装置２の計測信号Ｋｓｊ（ｔ）を、図５（Ｇ）の計測信号Ｋｓ１（ｔ）、図５（Ｈ）の計測信号Ｋｓ２（ｔ）、図５（Ｉ）の計測信号Ｋｓ３（ｔ）、図５（Ｊ）の計測信号Ｋｓ４（ｔ）、図５（Ｋ）の計測信号Ｋｓ５（ｔ）と表して以下の説明を行う。上述したとおり、計測信号Ｋｓ１（ｔ）〜ｓ５（ｔ）は、観測点Ｐ１〜Ｐ５に対応する位置の画素から読み出される複数フレームの撮像信号を時系列的に並べたものである。なお、例えば図５（Ｇ）の計測信号Ｋｓ１（ｔ）は、フレーム周期でサンプリングされた複数枚の画像データ中の特定画素（図２のたとえば画素ＰＸｋ）の時系列デジタルデータＤＤより構成されている。

図２の観測点Ｐ１には、照射光Ｌ１３（図５（Ｃ））およびＬ２２（図５（Ｅ））が、順次、照射される。したがって、１計測周期において観測点Ｐ１からの反射光が入射する画素から出力される計測信号Ｋｓ１（ｔ）は、図５（Ｇ）に示すように、パルス間隔Ｔ１（＝Ｔａ＋Ｔｂ）の２つのパルス信号となる。同様に、観測点Ｐ２には、照射光Ｌ１２（図５（Ｂ））およびＬ２１（図５（Ｄ））が、順次、照射されるため、観測点Ｐ２からの反射光が入射する画素から出力される計測信号Ｋｓ２（ｔ）は、図５（Ｈ）に示すように、パルス間隔Ｔ１（＝Ｔａ＋Ｔｂ）の２つのパルス信号となる。

観測点Ｐ３（またはＰ４，Ｐ５）には照射光Ｌ１３（またはＬ１２，Ｌ１１）およびＬ２３（またはＬ２２，Ｌ２１）が、順次、照射されるため、観測点Ｐ３（またはＰ４，Ｐ５）からの反射光を受光する画素から出力される計測信号Ｋｓ３（ｔ）（またはｓ４（ｔ），ｓ５（ｔ））は、図５（Ｉ）に示すように、それぞれパルス間隔Ｔ２（＝２・Ｔａ＋Ｔｂ）の２つのパルス信号となる。この結果、２つの観測点Ｐ１，Ｐ２からの反射光による計測信号Ｋｓｊ（ｔ）は、ともにパルス間隔Ｔ１の２つのパルス信号となり、３つの観測点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５からの反射光による計測信号Ｋｓｊ（ｔ）は、全てパルス間隔Ｔ２の２つのパルス信号となる。同様に、図２において、照射光Ｌ１１とＬ２３との交点に被検物がある場合、その被検物からの反射光による計測信号Ｋｓｊ（ｔ）は、パルス間隔Ｔ３が（４・Ｔａ＋Ｔｂ）の２つのパルス信号となり、交点までの距離（たとえば、距離ｄ３＝２０ｍ）に応じて得られる撮像信号の２つのパルス信号のパルス間隔が一義的に決定される。

そこで、本実施形態では、撮像素子１２の各画素の１計測周期内の時系列の計測信号Ｋｓｊ（ｔ）がパルス間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の２つのパルス信号を含む場合には、その計測信号Ｋｓｊ（ｔ）に対応する被検物は、それぞれ撮像装置２から距離ｄ１、ｄ２、または他の距離ｄ３にあるものと判定する。なお、図２の照射光Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３には異なる距離の４組の交点があるため、４つの距離にある被検物の検出を行うことができる。さらに、同一の距離にある２つの物体の水平方向、垂直方向の位置は、撮像素子１２の対応する画素の位置から識別できる。

距離情報合成部３６では、今回の１計測周期で撮像装置２により得られた複数枚の画像の中で距離が同一の被検物を、例えば色分けして表示器３８に表示するとともに、各色に対応する距離の情報も表示する。これによって、車両内の運転席の乗員には、撮像装置２で撮像する車両前方の各被検物までの距離を知ることができる。また、被検物の三次元形状等も計測することができる。

次に、本実施形態の距離計測装置を用いて、自車両に距離ｄ１から距離ｄ２まで接近する物体を検出する動作の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。この動作は図３の駆動制御部３１によって制御される。以下では、距離ｄ１を３０ｍ、距離ｄ２を２５ｍとして説明する。

先ず、図６のステップＳ１００において、図３の駆動制御部３１は、図２の投光器１Ｌ，１Ｒから図５（Ａ）〜（Ｆ）のタイミングで照射光Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３をパルス発光させるための時系列の照射タイミングを規定する制御情報を生成する。ステップＳ１０１において、図３の照射タイミング制御部３２は、その照射タイミングに従って投光器１Ｌ，１Ｒの照射のオン／オフを制御する。また、投光器１Ｌ，１Ｒの照射オン／オフ制御に同期して、ステップＳ１０２において、１計測周期内の観測点Ｐ１〜Ｐ５を含む領域を撮像装置２が連続的に複数回撮像するように、撮像装置２を制御する。また、撮像装置２からの撮像信号をＡ／Ｄ変換器１３でＡ／Ｄ変換し、画像メモリ１４に記憶する。撮像装置２は、１計測周期毎に複数枚の画像を取得するので、画像メモリ１４には複数枚の画像が記憶される。

次に、図２の画像メモリ１４から、各画素ごとに上述した時系列の計測信号Ｋｓｊ（ｔ）を読み出し、並列に図３の同期検波部３３Ａ〜３３Ｃに供給する。これに応じて、ステップＳ１０３において、同期検波部３３Ａは、撮像信号中からパルス間隔Ｔ１の信号を検出する。パルス間隔Ｔ１の時系列の計測信号Ｋｓ１（ｔ）および計測信号Ｋｓ２（ｔ）は、図２の距離ｄ１（３０ｍ）の観測点Ｐ１，Ｐ２からの反射光によって得られる信号である。ステップＳ１０５において、同期検波部３３Ａで検出された信号に基づいて特定距離物体抽出部３４Ａは、距離ｄ１にある物体の像のパターン（形状）を抽出し、所定記憶領域に記憶する。

ステップＳ１０３およびＳ１０５の動作と並行して、ステップＳ１０４において、同期検波部３３Ｂは、計測信号Ｋｓｉ（ｔ）からパルス間隔Ｔ２の信号を検出する。パルス間隔Ｔ２の時系列計測信号Ｋｓ３（ｔ）〜計測信号Ｋｓ５（ｔ）は、図２の距離ｄ２（２５ｍ）の観測点Ｐ３〜Ｐ５からの反射光によって得られる信号である。ステップＳ１０６において、同期検波部３３Ｂで検出された信号に基づいて特定距離物体抽出部３４Ｂは、距離ｄ２にある物体の像のパターン（形状）を抽出する。またステップＳ１０６において、距離ｄ２にある物体の像のパターンを、距離の比の値（ｄ２／ｄ１）で縮小し、所定記憶領域に記憶する。

具体的に、図７に示すように、距離ｄ１の観測点Ｐ１，Ｐ２に先行車両ＭＢ１がある場合には、図３の特定距離物体抽出部３４Ａにおいて、距離ｄ１にある被検物としての車両ＭＢ１のパターンが記憶される。所定時間経過後、車両ＭＢ１が距離ｄ２の観測点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５まで接近すると、図３の特定距離物体抽出部３４Ｂにおいて、距離ｄ２にある被検物としての車両ＭＢ１のパターンが縮小して記憶される。すなわち、図７に示すように、同じ車両ＭＢ１であっても、距離ｄ１にあるときの視野角θ１よりも距離ｄ２にあるときの視野角θ２の方が大きくなって、そのままでは同じ物体とは認識されない。そこで、近似的に、特定距離物体抽出部３４Ｂで抽出した距離ｄ２にある物体の像のパターンの大きさをｄ２／ｄ１を乗じて縮小し、距離ｄ１における大きさに換算する。すなわち、物体の像のパターンを正規化してパターンマッチングする。

次のステップＳ１０７において、近接物検出部３５では、ステップＳ１０５で記憶して順次蓄積されたパターンとステップＳ１０６で縮小したパターンとを比較して、ほぼ合致するパターンがあるかどうかを判定する。そして、ほぼ合致しているパターンがあった場合には、距離ｄ１（３０ｍ）から距離ｄ２（２５ｍ）に接近している車両があると判定して、ステップＳ１０８において、警告のアラームをブザー３７から発する。これによって、乗員は、例えば夜間等であっても、接近している別の車両を容易に認識することができ、車間距離を適正化する操作等を行うことができる。

本実施形態の距離計測装置および車両によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）本実施形態の距離計測装置によれば、図２に示すように、計測対象空間内に照射光Ｌ１１〜Ｌ１３と照射光Ｌ２１〜Ｌ２３とを観測点Ｐ１〜Ｐ５で交差するように、２つの投光器１Ｌ，１Ｒからパルス光を投光する。撮像装置２は、計測対象空間内の被検物からの反射光を撮像する。このとき、観測点Ｐ１〜Ｐ５からの反射光は特定画素に入射する。投光器１Ｌ，１Ｒからのパルス光の発光間隔は、特定画素から出力される時系列パルス信号（計測信号Ｋｓｉ（ｔ））のパルス間隔が、観測点までの距離に応じた値となるように設定する。同期検波部３３Ａ〜３３Ｃは、撮像信号から得られた各画素の時系列パルス信号のうち、被検物までの距離に応じて決定される所定のパルス間隔を有する時系列パルス信号を抽出する。同期検波部３３Ａ〜３３Ｃで抽出された信号に基づいて、特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃはそれぞれ、所定距離に存在する被検物の形状を抽出して記憶する。

このようにして、被検物からの反射光のパルス間隔の情報を用いることにより、所定距離に存在する被検物（形状の情報を含む）を計測できる。従って、三角測量等の原理による距離情報等の中間情報の算出演算処理を行うことなく、被検物を高速に計測できる。

（２）撮像装置２からの距離ｄ１が等しい２つの観測点Ｐ１，Ｐ２を設定し、それらの観測点Ｐ１，Ｐ２からの反射光のパルス間隔が等しくなるように、照射光Ｌ１１〜Ｌ１３および照射光Ｌ２１〜Ｌ２３の発光タイミングを制御する。これにより、同期検波部３３Ａ〜３３Ｃは、観測点Ｐ１，Ｐ２に固有の周期Ｔ１の信号パターンを有する時系列計測信号を出力する画素を特定する。特定距離物体抽出部３４Ａは、撮像装置２からの距離が等しくｄ１となる被検物の像のパターン（形状）を算出することができる。従って、被検物が複数箇所で同一の距離にあるか、または複数の被検物が同一の距離にあるかどうかを高速に、かつ容易に判定できる。

（３）また、本実施形態において、照射光Ｌ１１〜Ｌ１３および照射光Ｌ２１〜Ｌ２３の照射パターンは、それらの交点の位置（距離）に応じて、その交点からの反射光のパルス間隔が異なるように定められている。従って、反射光のパルス間隔を用いて被検物を抽出するだけで、特定の距離に被検物が存在するか、あるいは、特定の距離に存在する被検物の形状を計測できる。

（４）投光器１Ｌ，１Ｒは、照射光Ｌ１１〜Ｌ１３およびＬ２１〜Ｌ２３を複数の異なる投光角度α１１〜α１３およびα２１〜α２３で、かつ投光角度毎に異なるタイミングで投光している。従って、複数の投光角度の照射光が交差する領域において、交点までの距離に応じたパルス間隔でパルス光が照射されるため、撮像素子１２の全画素において距離情報等の中間情報の算出演算処理を行うことなく、特定の時間間隔の反射光が検出された領域を抽出することで物体の抽出が行えるので、高速に処理を行うことができる。

（５）照射光Ｌ１１〜Ｌ１３およびＬ２１〜Ｌ２３は、車両前方の計測対象空間における２次元計測領域の縦方向に延在するスリット光である。そのため、照射光の１回の投光によって、スリット光の長手方向に延在する被検物を計測することができる。
（６）同期検波部３３Ａ〜３３Ｃおよび特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃは、異なる計測対象距離に応じて複数個備えられているため、並列処理によって、異なる距離の物体を短時間に検出できる。

（７）撮像装置２から距離ｄ１およびｄ２にある被検物の複数のパターンを正規化してパターンマッチングするようにしたので、同一物体が接近しているか否かを正確に判定することができる。とくに実施の形態では、距離の比に応じた倍率比でパターンを縮小して正規化するようにしたので、物体が距離ｄ１から距離ｄ２に近接したかどうかを容易に検出できる。

（８）また、本実施形態の車両は、本実施形態の距離計測装置を備えており、かつ投光器１Ｌ，１Ｒが車両前方の両端部近傍に設けられているため、車両前方の被検物までの距離を高速に計測できる。

以上説明した第１の実施の形態を次のように変形することができる。
（１）１計測周期中に撮像装置２は、所定のフレーム周期で連続して観測点Ｐ１〜Ｐ５を含む空間の像を撮像し、各画素毎の計測信号Ｋｓｊ（ｔ）を、順次、画像メモリ１４に格納してもよい。この場合、画像メモリ１４には、フレーム毎の１枚ずつの画像を記憶する必要がない。

（２）同期検波部３３Ａ〜３３Ｃを次のように変形することもできる。
例えば図５（Ｇ）、（Ｈ）の距離ｄ１に対応するパルス間隔Ｔ１の計測信号Ｋｓ１（ｔ）、Ｋｓ２（ｔ）は、点線で示すように周期Ｔ１の正弦波信号１５Ａとみなすことができる。同様に、図５（Ｉ）〜（Ｋ）の距離ｄ２に対応するパルス間隔Ｔ２の計測信号Ｋｓ３（ｔ）〜Ｋｓ５（ｔ）は、点線で示す周期Ｔ２の正弦波信号１５Ｂとみなすことができる。このとき、パルス間隔（周期）Ｔ１およびＴ２に対応する周波数をｆ１（＝１／Ｔ１）およびｆ２（＝１／Ｔ２）とし、別のパルス間隔（周期）Ｔ３に対応する周波数をｆ３（＝１／Ｔ３）とすると、上記のようにパルス間隔Ｔ１〜Ｔ３の２つのパルス信号（周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の信号）を抽出する動作は、周波数ｆ１〜ｆ３の正弦波信号を参照信号とする同期検波によって実行することができる。

したがって、図３のコントロールユニットＣＵ内の同期検波部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃにおいて、それぞれ画像メモリ１４から読み出される計測信号Ｋｓｊ（ｔ）に対して、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の正弦波信号を参照信号として並列に同期検波を行うことにより、同期検波部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃのそれぞれが、１計測期間中にパルス間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の２つのパルス信号をそれぞれ検波するようにしてもよい。

すなわち上記変形例による信号処理は次のように行われる。
同期検波部３３Ａには、画像メモリ１４からは、複数フレームの画像信号に基づく全画素ごとの時系列計測信号が供給される。同期検波部３３Ａは、周波数ｆ１の参照信号により時系列計測信号を検波して後段の特定距離物体抽出部３４Ａに出力する。したがって、特定距離物体抽出部３４Ａは、同期検波部３３Ａから出力される検波信号に基づいて、周波数ｆ１で検波された画素信号による領域を抽出する。同期検波部３３Ａの周波数ｆ１は予め設定した被検物体までの距離ｄ１に対応付けられているから、特定距離物体抽出部３４Ａで抽出された領域は、距離ｄ１に存在する被検物体の形状を表す。

同期検波部３３Ｂ，３３Ｃも同期検波部３３Ａと同様に、画像メモリ１４から入力する各画素毎の時系列計測信号を周波数ｆ２、ｆ３の参照信号で検波し、後段の特定距離物体抽出部３４Ｂ，３４Ｃにそれぞれ出力する。したがって、特定距離物体抽出部３４Ｂ，３４Ｃは、それぞれの同期検波部３３Ｂ、３３Ｃから出力される検波信号に基づいて、周波数ｆ２、ｆ３で検波された画素信号による領域を抽出する。同期検波部３３Ｂの周波数ｆ２は予め設定した被検物体までの距離ｄ２に対応付けられているから、特定距離物体抽出部３４Ｂで抽出された領域は、距離ｄ２に存在する被検物体の形状を表す。同期検波部３３Ｃの周波数ｆ３は予め設定した被検物体までの距離ｄ３に対応付けられているから、特定距離物体抽出部３４Ｃで抽出された領域は、距離ｄ３に存在する被検物体の形状を表す。

（３）第１実施形態の場合には、複数の光源５Ａ〜５Ｃ，７Ａ〜７Ｃを用いる代わりに、それぞれ１つの光源からの照射光をガルバノミラー等で車両前方の左右方向に走査し、かつその光源を所定の投光角度（α１１〜α１３，α２１〜α２３等）で順次パルス点灯してもよい。

［第２の実施形態］
次に、図８〜図１１を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。上記の第１の実施形態では、投光器からの照射光の照射パターンが、２つの照射光のパルス間隔が交点（距離）に応じて異なるように定められている例を示した。この第２の実施形態では、交点で交差する２つの照射光の色成分の比が交点（距離）に応じて異なるように定められている。以下、図８、図１０、図１１において、図２、図３、図６に対応する部分には同一または類似の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図８は、本実施形態の距離計測装置の投光器１ＬＣ，１ＲＣおよびカラー撮像装置２Ｃの構成を示し、第１の左側の投光器１ＬＣは、光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと、ミラー６Ａ〜６Ｃと、駆動部４Ｌとを備えている。光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂのそれぞれは、路面に垂直な方向に細長いスリット状の光を投光する。光源５Ｒは赤色（波長６８０ｎｍ）の照射光Ｌ１Ｒを、光源５Ｇは緑色（波長５３０ｎｍ）の照射光Ｌ１Ｇを、光源５Ｂは青色（波長４７０ｎｍ）の照射光Ｌ１Ｂを出力する発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレンズを含む。ミラー６Ａ〜６Ｃは、照射光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂの投光角度を所定の角度β１１，β１２，β１３に設定する。駆動部４Ｌは、図１０のコントロールユニットＣＵＡからの投光制御信号ＴＭＬによって、光源５Ｒ〜５Ｂを同時にパルス発光させる。

第２の右側の投光器１ＲＣは、第１の投光器１ＬＣとほぼ対称に、スリット状の青色の照射光Ｌ２Ｂ、緑色の照射光Ｌ２Ｇ、および赤色の照射光Ｌ２Ｒを出力する光源７Ｂ，７Ｇ，７Ｒと、照射光Ｌ２Ｂ，Ｌ２Ｇ，Ｌ２Ｒの投光角度を所定の角度β２３，β２２，β２１に設定するためのミラー８Ａ〜８Ｃと、光源７Ｒ〜７Ｂを、図１０のコントロールユニットＣＵＡからの投光制御信号ＴＭＲによって、光源５Ｒ〜５Ｂと同じタイミングで投光させる駆動部４Ｒとを備えている。

本実施形態の照射光Ｌ１Ｒ〜Ｌ１Ｂ，Ｌ２Ｒ〜Ｌ２Ｂの色成分をまとめると図９（Ａ）のようになる。

図８においては、９つの観測点Ｑ１〜Ｑ９が示されている。観測点Ｑ１は、照射光Ｌ１Ｂと照射光Ｌ２Ｂとの交点に設定される。観測点Ｑ２，Ｑ３は、照射光Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｇと照射光Ｌ２Ｇ，Ｌ２Ｂとの交点に設定される。観測点Ｑ４は、照射光Ｌ１Ｇと照射光Ｌ２Ｇとの交点に、観測点Ｑ５，Ｑ６は、照射光Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒと照射光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂとの交点に、観測点Ｑ７，Ｑ８は、照射光Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｒと照射光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｇとの交点に、および観測点Ｑ９は、照射光Ｌ１Ｒと照射光Ｌ２Ｒとの交点にそれぞれ設定される。

図８に示すように、本実施形態では、撮像装置２Ｃから観測点Ｑ１、観測点Ｑ４、および観測点Ｑ９までの距離は、それぞれｅ１，ｅ３，およびｅ６である。撮像装置２Ｃから観測点Ｑ２，Ｑ３までは同じ距離ｅ２であり、撮像装置２Ｃから観測点Ｑ５，Ｑ６までは同じ距離ｅ４であり、撮像装置２Ｃから観測点Ｑ７，Ｑ８までは同じ距離ｅ５である。これらの距離ｅ１〜ｅ６は既知である。本実施形態では、ｅ１＞ｅ２＞ｅ３＞ｅ４＞ｅ５＞ｅ６が成立しており、一例として距離ｅ４は３０ｍ、距離ｅ２は２５ｍである。

なお、図８では、説明を簡略化するために、投光器１ＬＣ，１ＲＣから投光される照射光はそれぞれ３本であるが、実際には投光器１ＬＣ，１ＲＣからはより多くの複数の色成分の比が異なる照射光が投光される。

図８において、カラー撮像装置２Ｃは、光軸ＡＸを持つ対物レンズ１１と、カラー撮像素子１２Ｃと、Ａ／Ｄ変換器１３と、画像メモリ１４とを備える。図８では、カラー撮像素子１２Ｃの二次元的に配列された画素のうちで、水平方向に配列された一列のＪ組（Ｊは２以上の整数）の画素ＰＸｊ（ｊ＝１〜Ｊ）の撮像信号ｓｊ（ｔ）を示す。以下では、撮像信号ｓｊ（ｔ）についてその処理を説明するが、他の列の画素の撮像信号も同様に処理される。各画素ＰＸｊは、赤色光の輝度を検出する赤色画素ＰＸＲｊ、緑色光の輝度を検出する緑色画素ＰＸＧｊ、および青色光の輝度を検出する青色画素ＰＸＢｊを含んで構成されている。したがって、撮像信号ｓｊ（ｔ）も、赤色、緑色、および青色の光に対応する撮像信号ｓＲｊ（ｔ），ｓＧｊ（ｔ）、およびｓＢｊ（ｔ）を含んで構成されている。

本例においても、照射光Ｌ１Ｒ〜Ｌ１ＢおよびＬ２Ｒ〜Ｌ２Ｂの交点である観測点Ｑ１〜Ｑ９に被検物が存在する場合、観測点Ｑ１〜Ｑ９からの反射光は対物レンズ１１を介してカラー撮像素子１２Ｃ中のいずれかの画素に受光される。図８の状態で、観測点Ｑ６が被検物（不図示）上にある場合、観測点Ｑ６からの反射光ＤＬ（照射光Ｌ１ＲおよびＬ２Ｂの合成光の反射光）が画素ＰＸｊに入射している。反射光を受光する画素の位置によって、その反射光が観測点Ｑ１〜Ｑ９のうちのどの観測点から来たものであるのかを識別することができる。

図１０のコントロールユニットＣＵＡから供給されるカメラ制御信号ＴＭは、投光器１ＬＣ，１ＲＣを駆動するための投光制御信号ＴＭＬ，ＴＭＲと同期している。撮像素子１２Ｃは、カメラ制御信号ＴＭに基づいて、電荷蓄積と電荷読み出しを繰り返し行う。すなわち、所定のタイミングで、撮像素子１２Ｃの各画素ＰＸｊ（ＰＸＲｊ，ＰＸＧｊ，ＰＸＢｊ）から撮像信号ｓｊ（ｔ）（ｓＲｊ（ｔ），ｓＧｊ（ｔ），ｓＢｊ（ｔ））を取り出し、Ａ／Ｄ変換器１３を介して画像メモリ１４に記憶する。また、カメラ制御信号ＴＭに基づいて、画像メモリ１４から各画素ＰＸｊ毎の撮像信号ｓｊ（ｔ）（撮像情報）が読み出され、図１０のコントロールユニットＣＵＡに供給される。

図１０は、図８の投光器１ＬＣ，１ＲＣおよびカラー撮像装置２Ｃの動作を制御し、カラー撮像装置２Ｃの撮像信号を処理して車両前方の被検物までの距離を求めるためのコントロールユニットＣＵＡを示す。
コントロールユニットＣＵＡは、装置全体の動作を統括的に制御する駆動制御部３１と、図８の投光器１ＬＣ，１ＲＣに投光制御信号ＴＭＬ，ＴＭＲを供給する照射タイミング制御部３２と、差分処理部４９と、波長比算出比較部４３Ａ〜４３Ｃと、特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃとを有する。本例の照射タイミング制御部３２は、図８の投光器１ＬＣ，１ＲＣからの照射光の投光がない状態で、まずカラー撮像装置２Ｃに１回の撮像を行わせる。次に、投光器１ＬＣ，１ＲＣから照射光Ｌ１Ｒ〜Ｌ１ＢおよびＬ２Ｒ〜Ｌ２Ｂを同時に投光させた状態で、カラー撮像装置２Ｃに２回目の撮像を行わせる。これは図８の観測点Ｑ１〜Ｑ９からの反射光を検出する際に、背景光の影響を除去するためである。これら２回のカラー撮像画像は画像メモリ１４に記憶される。第２の実施形態では、画像１枚ごとに各画素ごとの撮像信号ｓｊ（ｔ）を読み出して差分処理部４９に供給する。差分処理部４９では、各画素毎の２つの撮像信号ｓｊ（ｔ）の差分を算出して差分計測信号ｕｊ（ｔ）（赤色、緑色、青色の３成分がある）を求め、波長比算出比較部４３Ａ〜４３Ｃに供給する。

後述のように、波長比算出比較部４３Ａ〜４３Ｃは、各画素毎の差分演算後の差分計測信号ｕｊ（ｔ）から３つの色成分毎の信号の比（波長比）を求める。波長比算出比較部４３Ａ〜４３Ｃはさらに、算出した波長比が特定の値（比較部４３Ａ〜４３Ｃごとに異なる比が設定されている）になる場合は、特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃに被検物検出信号を供給する。特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃは、被検物検出信号を入力した場合、注目画素については、車両の前方への距離がｅ２，ｅ４，ｅ１の位置に物体があると認識する。撮像素子１２Ｃの全画素について上述した信号処理を行うと、特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃは距離ｅ２，ｅ４，ｅ１の位置に存在する被検物の形状を抽出することができる。
なお、より多くの距離の物体の像を抽出するように、波長比算出比較部４３Ａ〜４３Ｃおよび特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃを４つ以上設けてもよい。これ以外の構成は、図３のコントロールユニットＣＵと同様である。

次に、図８の投光器１ＬＣ，１ＲＣおよびカラー撮像装置２Ｃを用いて被検物を計測する動作を説明する。
図８において、本実施形態では、観測点Ｑ１〜Ｑ９にある被検物を検出する際には、投光器１ＬＣからの照射光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂと、投光器１ＲＣからの照射光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｇ，Ｌ２Ｂとを同時にパルス発光させる。この発光時間は、カラー撮像装置２Ｃのフレーム周期よりも長い時間であり、その発光中にカラー撮像装置２Ｃの撮像が行われる。なお、この際に得られる撮像信号は、背景光の影響を除去するために、投光器１ＬＣ，１ＲＣからの照射がない状態の撮像信号との差分である。

撮像装置２Ｃは、図８の観測点Ｑ１〜Ｑ９からの照射光Ｌ１Ｒ〜Ｌ１Ｂ，Ｌ２Ｒ〜Ｌ２Ｂの合成光による反射光を撮像して画像メモリ１４に記憶する。撮像信号を赤色成分、緑色成分、青色成分に分けると、その比（波長比）は図９（Ｂ）に示すように、観測点Ｑ１〜Ｑ９毎に、さらに本実施形態では、観測点Ｑ１〜Ｑ９の距離ｅ１〜ｅ６毎に異なった値になる。

図８に示すように、観測点Ｑ１には照射光Ｌ１Ｂ（青色）およびＬ２Ｂ（青色）が同時に照射されるため、観測点Ｐ１からの反射光の波長比は、図９（Ｂ）のように０：０：２（青色）となる。同様に、観測点Ｑ４およびＱ９には、それぞれ緑色光および赤色光のみが照射されるため、その反射光の波長比は、０：２：０および２：０：０となる。

観測点Ｑ２には照射光Ｌ１Ｂ（青色）およびＬ２Ｇ（緑色））が同時に照射されるため、観測点Ｑ２からの反射光の波長比は、図９（Ｂ）のように０：１：１（シアン）となる。同様に、同じ距離にある観測点Ｑ３の反射光の波長比も０：１：１（シアン）となる。

観測点Ｑ５およびＱ６には、照射光Ｌ１Ｂ（またはＬ１Ｒ）と照射光Ｌ２Ｒ（またはＬ２Ｂ）とが照射されるため、観測点Ｑ５，Ｑ６からの反射光の波長比は、図９（Ｂ）のように１：０：１（マゼンタ）となる。

さらに、観測点Ｑ７およびＱ８には、照射光Ｌ１Ｇ（またはＬ１Ｒ）と照射光Ｌ２Ｒ（またはＬ２Ｇ）とが照射されるため、観測点Ｑ７，Ｑ８からの反射光の波長比は、図９（Ｂ）のように１：１：０（黄色）となる。

図９（Ｂ）において、観測点Ｑ１〜Ｑ９からの反射光の波長比はそれぞれ特定の値であり、かつ観測点Ｑ１〜Ｑ９までの図８のカラー撮像装置２Ｃからの距離ｅ１〜ｅ６は既知である。しかも、本実施形態では、同じ距離にある観測点Ｑ１〜Ｑ９（例えば距離ｅ２の観測点Ｑ２，Ｑ３）では、波長比が同じであり、かつ距離ｅ１〜ｅ６が異なる観測点Ｑ１〜Ｑ９からの反射光の波長比は互いに異なっている。従って、反射光の波長比を検出することによって、対応する物体までの距離ｅ１〜ｅ６を求めることができる。そこで、本実施形態では、カラー撮像装置２Ｃの各画素からの差分演算後の差分計測信号ｕｊ（ｔ）の波長比を求め、この波長比から対応する物体の距離を求めている。

具体的に、図１０の波長比算出比較部４３Ａでは、差分計測信号ｕｊ（ｔ）の波長比が所定の許容範囲で０：１：１に合致するかどうか、すなわち対応する物体までの距離がｅ２（図９（Ｂ）参照）であるかどうかを検出する。また、波長比算出比較部４３Ｂおよび４３Ｃでは、差分計測信号ｕｊ（ｔ）の波長比が所定の許容範囲でそれぞれ１：０：１および０：０：２に合致するかどうか、すなわち対応する物体までの距離がｅ４およびｅ１（図９（Ｂ）参照）であるかどうかを検出する。同様にして、他の波長比が異なる観測点までの距離も求めることができる。

この結果、図１０において、波長比算出比較部４３Ａ〜４３Ｃから特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃに対して、カラー撮像装置２Ｃの１つの視野の画像中で、距離がｅ２，ｅ４，ｅ１にある物体に対応する画素の位置でハイレベルとなるような信号が供給される。特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃでは、供給された各画素毎の信号に基づいて、距離ｅ２，ｅ４，ｅ１の存在する被検物の形状を抽出する。その後の処理は第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態の距離計測装置を用いて、自車両に距離ｅ２から距離ｅ４まで接近する物体を検出する動作の一例につき図１１のフローチャートを参照して説明する。この動作は図１０の駆動制御部３１によって制御される。以下では、距離ｅ２を３０ｍ、距離ｅ４を２５ｍ、距離ｅ１を２０ｍとして説明する。

先ず、図１１のステップＳ２００において、図１０の駆動制御部３１は、図８の投光器１ＬＣ，１ＲＣから同時に照射光Ｌ１Ｒ〜Ｌ１Ｂ，Ｌ２Ｒ〜Ｌ２Ｂを投光するための照射タイミングを規定する制御情報を生成する。ステップＳ２０１において、図１０の照射タイミング制御部３２は、その照射タイミングに従って投光器１ＬＣ，１ＲＣの照射のオン／オフを制御し、これと実質的に並行してステップＳ２０２において、撮像装置２が照射中の観測点Ｑ１〜Ｑ９を含む領域の画像と、投光器１ＬＣ，１ＲＣからの照射がない状態の画像とを撮像する。

次のステップ２０３において、図１０の差分処理部４９において、２つの画像の差分処理を行った後、処理後の各画素の差分計測信号が並列に図１０の波長比算出比較部４３Ａ〜４３Ｃに供給される。これに応じて、ステップＳ２０４において、波長比算出比較部４３Ａが差分計測信号中から図９（Ｂ）の距離ｅ２の波長比の信号を検出し、その信号に基づいて特定距離物体抽出部３４Ａが距離ｅ２にある物体の像のパターンを検出する。この動作と並行して、ステップＳ２０５において、波長比算出比較部４３Ｂが差分計測信号中から図９（Ｂ）の距離ｅ４の波長比の信号を検出し、この信号に基づいて特定距離物体抽出部３４Ｂが距離ｅ４にある物体の像のパターンを検出する。距離ｅ４，ｅ２の物体の像のパターンの情報は近接物検出部３５に供給される。

近接物検出部３５は、ステップＳ２０６において、距離ｅ２の物体の像のパターンをメモリに格納し、ステップＳ２０７において、距離ｅ４の物体の像のパターンをメモリに格納し、格納したパターンに対して距離の比の値（ｅ２／ｅ１）を乗じて縮小する。次のステップＳ２０８において、近接物検出部３５では、ステップＳ２０６で記憶したパターンとステップＳ２０７で記憶した縮小パターンとを比較して、ほぼ合致するパターンがあるかどうかを判定する。そして、ほぼ合致しているパターンがあった場合には、距離ｅ２（３０ｍ）からｅ４（２５ｍ）に接近している車両等があると判定して、ステップＳ２０９において、警告のアラームをブザー３７から発する。

本実施形態の距離計測装置によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態の投光器１ＬＣ，１ＲＣから照射される各光は、照射光Ｌ１Ｒ〜Ｌ１ＢおよびＬ２Ｒ〜Ｌ２Ｂの交点の位置に応じて、その交点における合成光の複数の色成分の比が異なるように定められている。従って、反射光の色成分の比を求めるのみで、高速に被検物までの距離を計測できる。

なお、上記の第１の実施形態では、例えば図３では、複数組の同期検波部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃおよび特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｂを備えているが、同期検波部３３Ａおよび特定距離物体抽出部３４Ａを１組備えるのみでもよい。これは図１０の実施形態でも同様である。

上記の第１および第２の実施形態では、本発明を車両に搭載した距離計測装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば鉄道や船舶などの他の乗り物や、産業ロボット・警備ロボット・介護ロボットなどのロボット、あるいは産業機器などの移動する装置に搭載される計測装置に適用できる他、固定して使用される測定機器等（形状測定装置等を含む）にも適用することができる。

さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されない。また、上述した実施形態および変形例は組み合わせてもよい。

なお、特許請求の範囲の構成要素と上述の実施形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、投光手段は、第１、第２の投光器である投光器１Ｌ，１Ｒまたは投光器１ＬＣ，１ＲＣおよびコントロールユニットＣＵ，ＣＵＡに対応し、光電変換手段は、撮像素子１２またはカラー撮像素子１２Ｃに対応し、抽出手段は、同期検波部３３Ａ〜３３Ｃまたは、波長比算出比較部４３Ａ〜４３Ｃに対応し、画素特定手段および形状算出手段は、特定距離物体抽出部３４Ａ〜３４Ｃに対応し、判定手段は近接物検出部３５にそれぞれ対応する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項との対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明の第１の実施形態の距離計測装置が搭載された車両を示す斜視図である。 その距離計測装置の光学系等の構成を示す図である。 その距離計測装置のコントロールユニットＣＵの構成を示すブロック図である。 カメラ制御信号、投光制御信号、照射タイミング信号、画素信号を示す図である。 第１の実施形態の照射光の発光タイミングと反射光の撮像信号のパルス間隔との関係を示す図である。 第１の実施形態において、接近する物体を検出するための動作の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態において、撮像装置２に次第に接近する物体を示す図である。 第２の実施形態の距離計測装置の光学系等の構成を示す図である。 （Ａ）は第２の実施形態の照射光の色成分を示す図、（Ｂ）は第２の実施形態の反射光の波長比を示す図である。 第２の実施形態の距離計測装置のコントロールユニットＣＵＡの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態において、接近する物体を検出するための動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

ＣＵ，ＣＵＡ：コントロールユニット ＰＸｊ：画素
１Ｌ，１Ｒ：投光器 ２：撮像装置
１２：撮像素子 ３１：駆動制御部
３３Ａ〜３３Ｃ：同期検波部 ３４Ａ〜３４Ｃ：特定距離物体抽出部
３５：近接物検出部 ４３Ａ〜４３Ｃ：波長比算出比較部

Claims (16)

1. 計測対象空間内の所定距離に設定した交点で交差する光であって、前記交点に存在する被検物から反射する前記光の反射光中に前記交点までの距離情報が生成されるように前記光を第１および第２の投光器から照射する投光手段と、
   前記反射光を光電変換して計測信号を取得する光電変換手段と、
   前記光電変換手段から出力される前記計測信号の中から、前記距離情報を含む計測信号を抽出する抽出手段とを備えることを特徴とする距離計測装置。
2. 請求項１に記載の距離計測装置において、
   前記第１および第２の投光器は、前記所定距離が等しい少なくとも２つの交点で交差する光であって、前記２つの交点からそれぞれ反射する反射光に含まれる前記距離情報が互いに等しくなる光を照射することを特徴とする距離計測装置。
3. 請求項１または２に記載の距離計測装置において、
   前記距離情報は、前記第１および第２の投光器からそれぞれ投光され、互いに交差する第１および第２の光の発光間隔であり、
   前記光電変換手段は、複数の画素を有し、前記計測対象空間を複数回撮像する２次元撮像素子を含み、
   前記計測信号は、前記撮像素子が複数回撮像したときに得られる各画素の時系列画素信号であり、
   前記抽出手段は、前記各画素の時系列画素信号の中から、前記交点に固有の発光間隔に基づく信号パターンを有する時系列画素信号を抽出することを特徴とする距離計測装置。
4. 請求項３に記載の距離計測装置において、
   前記抽出手段で抽出した時系列画素信号に基づいて、前記被検物からの反射光を受光する画素を特定する画素特定手段をさらに備えることを特徴とする距離計測装置。
5. 請求項３または４に記載の距離計測装置において、
   前記信号パターンは、前記第１および第２の光の前記交点からの反射光を、前記撮像素子の対応画素がそれぞれ時間差をもって受光して得られる画素信号のパターンであることを特徴とする距離計測装置。
6. 請求項１または２に記載の距離計測装置において、
   前記距離情報は、第１および第２の投光器からそれぞれ投光され、前記交点において互いに交差する第１および第２の光の波長成分の比であり、
   前記光電変換手段は、複数の画素を有し、前記計測対象空間内の前記交点に存在する被検物からの反射光を色分解して撮像する２次元カラー撮像手段を含み、
   前記抽出手段は、前記撮像手段の各画素から出力される色分解画素信号の中から、前記交点に固有の前記波長成分の比を有する色分解画素信号を抽出することを特徴とする距離計測装置。
7. 請求項６に記載の距離計測装置において、
   前記抽出された色分解画素信号に基づいて、前記被検物からの反射光を受光する画素を特定する画素特定手段をさらに備えることを特徴とする距離計測装置。
8. 請求項４または７に記載の距離計測装置において、
   前記画素特定手段で特定された画素に基づいて、前記特定の距離に存在する被検物の形状を算出する形状算出手段をさらに備えることを特徴とする距離計測装置。
9. 請求項３乃至８のいずれか一項に記載の距離計測装置において、
   前記第１および第２の投光器は、前記第１および第２の光を、複数の異なる投光角度で、かつ投光角度毎に前記信号パターンまたは波長成分の比が異なるように投光することを特徴とする距離計測装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の距離計測装置において、
    前記第１および第２の光は細長いスリット光であることを特徴とする距離計測装置。
11. 請求項３〜１１のいずれか一項に記載の距離計測装置において、
    前記抽出手段は、前記被検物までの複数の距離に基づいて設定される複数の信号パターンまたは複数の波長成分の比に対応してそれぞれ複数個備えられることを特徴とする距離計測装置。
12. 請求項８に記載の距離計測装置において、
    前記形状算出手段は、前記被検物までの複数の距離に基づく複数の信号パターンまたは複数の波長成分の比に基づいて、複数の距離の被検物の形状を算出し、
    前記検出された被検物のパターンを相違する距離の比率に応じて正規化した後に、異なる距離で検出された複数の被検物が同一物か否かを判定する判定手段をさらに備えることを特徴とする距離計測装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の距離計測装置を備えた車両であって、
    前記第１および第２の投光器を前記車両前方の両端部近傍に設けたことを特徴とする車両。
14. 計測対象空間内の所定距離に設定した交点で交差する光であって、前記交点に存在する被検物から反射する前記光の反射光中に前記交点までの距離情報が生成されるように第１および第２の投光器から光を照射する投光工程と、
    前記反射光を光電変換して計測信号を取得する取得工程と、
    前記取得工程で取得した前記計測信号の中から、前記距離情報を含む計測信号を抽出する抽出工程とを備えることを特徴とする距離計測方法。
15. 請求項１４に記載の距離計測方法において、
    前記第１および第２の光による同一距離の交点を複数設定し、
    前記複数の交点からの反射光に基づいて得られる前記計測信号については、同一の距離情報を含ませるようにし、
    前記抽出工程は、前記距離情報を含む複数の計測信号を抽出することを特徴とする距離計測方法。
16. 請求項１５に記載の距離計測方法において、
    前記計測工程で抽出した複数の計測信号に基づいて複数の画素を特定して前記被検物を抽出することを特徴とする距離計測方法。

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