JP2009270957A - レーザレーダ及びレーザレーダの較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自身の座標系を周囲環境の座標系に対して短時間で且つ高精度で一致させることが可能であるレーザレーダ及びレーザレーダの較正方法を提供する。
【解決手段】レーザ光ＬＴを発する投光部２と、投光部２から発したレーザ光ＬＴを走査する走査部３と、走査範囲内の計測対象Ｔで反射して戻った反射レーザ光ＬＲを受ける受光部４と、レーザ光ＬＴの投光タイミング及び走査部３による走査を制御する制御部５と、レーザ光ＬＴの投光タイミング及び反射レーザ光ＬＲの受光タイミングに基づいて計測対象Ｔの三次元情報を取得する距離演算部６と、制御部５から投光指令を受けて投光部２に代わって任意の点Ｐにレーザ光Ｌを直接照射するレーザマーカ１０を備え、距離演算部６では、レーザマーカ１０から任意の点Ｐに対してレーザ光Ｌを直接照射させる段階で、任意の点Ｐで反射して受光部４に戻ったレーザ光Ｌに基づいて、任意の点Ｐの三次元情報を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、交差点内や踏切内における人の存否を監視するのに利用されるレーザレーダ及びレーザレーダの較正方法に関するものである。

従来、上記したレーザレーダとしては、例えば、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻るレーザ光を受ける受光部と、投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に走査部による走査を制御する制御部と、この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する距離演算部を備えたものがある。

このようなレーザレーダにおいて、例えば、交差点に設置する場合には、交差点を含む周囲の環境座標系（グローバル座標系）にレーザレーダ自身が有するセンサ座標系（ローカル座標系）を一致させる較正作業が必要である。
このレーザレーダの較正を行うに際しては、未調整のレーザレーダによる三次元計測を行った後、これで得られた三次元情報を目視で確認しつつ、両座標系が一致するように微調整する方法や、上記三次元計測で得られた三次元情報の中からコンピュータ処理によって電柱などの特徴点を見出して、この見出したポイントを基点にして両座標系を一致させるように調整する方法が採用されている。

また、レーザレーダの較正に伴って、このレーザレーダの走査範囲内において計測対象を任意の多角形状領域に絞り込む場合には、上記三次元計測で得られた三次元情報を目視で確認しつつ、手動操作で多角形状領域の頂点の各情報を入力したり、このレーザレーダと光軸及び座標系をあらかじめ一致させたカメラを一体的に設けて、これで得た画像を表示させたコンピュータ画面上で多角形状領域の頂点の各情報を指定したりする手法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平7-125567号

しかしながら、上記したレーザレーダにおいて、前者の較正方法を採用する場合には、三次元情報を読み取って判定するのに熟練を要するうえ、この三次元情報の読み取りを目視により行うので、高い精度が期待できないという問題があった。
また、後者の較正方法を採用する場合には、電柱などの特徴点毎にコンピュータ処理の内容を作成する必要があることから、汎用性に乏しいという問題を有していた。

さらに、上記したレーザレーダの計測対象を任意の多角形状領域に絞り込む場合において、手動操作で多角形状領域の各頂点情報を入力する手法では、上記した前者の較正方法と同様の問題があり、一方、カメラを用いる手法では、レーザレーダとカメラの各光軸及び座標系を一致させる際の調整に手間隙がかかると共に、較正に必要な三次元情報を二次元であるカメラ画像から擬似的に生成する都合上、高い精度が期待できないという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、自身の座標系（ローカル座標系）を周囲環境の座標系（グローバル座標系）に対して短時間で且つ高精度で一致させることが可能であるレーザレーダ及びレーザレーダの較正方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部と、前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する距離演算部を備えたレーザレーダにおいて、光学照準器を具備して前記制御部から投光指令を受けて前記投光部に代わって任意の点に対してレーザ光を直接照射するレーザマーカを設け、前記距離演算部では、前記制御部からの投光指令により前記レーザマーカから任意の点に対してレーザ光を直接照射させる段階において、前記任意の点で反射して前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光に基づいて、前記任意の点の三次元情報を取得する構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係るレーザレーダにおいて、前記レーザマーカが、光学照準器に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能としてある構成としている。
一方、本発明の請求項３に係る発明は、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部を具備し、前記投光部におけるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部における反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得するレーザレーダの較正方法であって、光学照準器を具備して任意の点に対してレーザ光を直接照射可能なレーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザマーカからレーザレーダの正面側に位置付けたグローバル座標系における複数の基点に向けてレーザ光を順次照射させつつ前記走査部に走査動作を行わせ、前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光の反射点である前記複数の基点の各三次元情報に基づいて、前記レーザレーダ自身が有するローカル座標系をグローバル座標系に一致させる構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの較正方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項４に係る発明は、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部を具備し、前記投光部におけるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部における反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得するレーザレーダ（例えば、上記した請求項１のレーザレーダ）の較正方法であって、光学照準器を具備して任意の点に対してレーザ光を直接照射可能なレーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザマーカからレーザレーダの正面側に位置付けたグローバル座標系におけるヨー角０°の基点に向けてレーザ光を直接照射させつつ前記走査部に走査動作を行わせ、前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光の反射点である前記基点に対して、前記レーザレーダ自身が有するローカル座標系におけるヨー角０°のローカル基点を合わせてヨー軸の調整を行い、続いて、前記レーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザマーカからレーザレーダの正面側に位置する平坦な面内の任意の三点に向けてレーザ光を順次照射させつつ前記走査部に走査動作を行わせ、前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光の反射点である任意の三点の各座標に基づいて前記任意の三点で形成される三角形の三次元情報を取得し、これで得た前記任意の三点で形成される三角形のグローバル座標系におけるピッチ角及びロール角に対して、前記レーザレーダ自身が有するローカル座標系におけるピッチ角及びロール角を合わせてピッチ軸及びロール軸の調整を行うことで、レーザレーダ自身が有するローカル座標系をグローバル座標系に一致させる構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの較正方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

さらに、本発明の請求項５に係るレーザレーダの較正方法は、前記レーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザレーダの正面側で且つ前記走査部による走査範囲内に位置する多角形状を成す領域の各頂点に向けて前記レーザマーカからレーザ光を順次照射させつつ前記走査部に走査動作を行わせ、前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光の反射点である多角形状領域の各頂点の座標に基づいて前記多角形状領域の三次元情報を取得して、前記多角形状領域を設定する構成としている。

さらにまた、本発明の請求項６に係るレーザレーダの較正方法は、光学照準器に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能なレーザマーカを使用する構成としている。
本発明のレーザレーダ及びその較正方法において、投光部及びレーザマーカから発するレーザ光としては、半導体レーザや固体レーザやガスレーザなどを用いることができ、信号波形がパルス状や位相変調した正弦波状を成すレーザ光が使用される。

また、投光部及びレーザマーカの各照射タイミングは、互いに同期させることが好ましいが、レーザマーカの照射タイミングが投光部の照射タイミングに比べて格段に早い場合などには、両者の各照射タイミングを必ずしも同期させる必要はない。
本発明のレーザレーダ及びその較正方法では、レーザレーダの較正を行うに際して、レーザマーカからレーザ光を任意の点に照射し、このレーザ光の反射点である任意の点をレーザレーダの受光部に読み取らせるだけで、座標系調整用の基点や、多角形状領域設定用の頂点が容易に得られるので、この較正作業の時間の短縮及び精度の向上が図られることとなる。

本発明の請求項１に係るレーザレーダでは、上記した構成としたから、その較正を行うに際して、レーザレーダを設置する周囲環境の座標系（グローバル座標系）に対して、レーザレーダ自身の座標系（ローカル座標系）を短時間で且つ高精度で一致させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項２に係るレーザレーダでは、上記した構成としているので、光学照準器と、レーザレーダ較正用の波長のレーザ光と、可視レーザ光の各光軸を全て一致させておき、光学照準器経由で可視レーザ光の照射点を参照しつつ照射位置を決定するようになせば、較正に用いる基点等の指定をより正確且つ容易に行うことができるという非常に優れた効果がもたらされる。

一方、本発明の請求項３及び４に係るレーザレーダの較正方法では、上記した構成としたため、較正作業の時間の短縮及び精度の向上を実現することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項５に係るレーザレーダの較正方法では、上記した構成としているので、レーザレーダの走査範囲内において計測対象を任意の多角形状領域に絞り込む場合において、多角形状領域の設定を短時間で且つ高精度で行うことができ、その結果、確実なそして無駄のない計測を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

さらに、本発明の請求項６に係るレーザレーダの較正方法では、上記した構成としているので、較正に用いる基点等の指定をより正確且つ容易に行うことができるという非常に優れた効果がもたらされる。

以下、本発明に係るレーザレーダ及びレーザレーダの較正方法を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示している。
図１及び図２に示すように、このレーザレーダ１は、パルス状のレーザ光ＬＴを発する投光部２と、この投光部２から発したレーザ光ＬＴを二次元的に走査する走査部３と、この走査部３による走査範囲内の計測対象Ｔで反射して戻った反射レーザ光ＬＲを走査部３を介して受ける受光部４と、投光部２から発するレーザ光ＬＴの強度及び投光タイミングを制御すると共に走査部３による走査を制御する制御部５と、この制御部５から与えられるレーザ光ＬＴの投光タイミング及び受光部４から与えられる反射レーザ光ＬＲの受光タイミングに基づいて計測対象Ｔの三次元情報を取得する距離演算部６を備えており、これらの構成要素を具備したレーザレーダ本体１ａには、制御部５から投光指令を受けて投光部２に代わって任意の点Ｐに対してパルス状のレーザ光Ｌを直接照射するレーザマーカ１０が一体で設けてある。

このレーザマーカ１０は、図３にも示すように、光学照準用レンズ１１，１２を具備した光学照準器１３と、レーザ光Ｌの照射部１４とを互いの光軸を一致させた状態で一体化させてなっており、このレーザマーカ１０には、光学照準器１３に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能なレーザポインタを装着することができる
そして、距離演算部６では、制御部５からの投光指令によりレーザマーカ１０から任意の点Ｐに対してレーザ光Ｌを直接照射させる段階において、任意の点Ｐで反射して走査部３を介して受光部４に戻ったレーザ光Ｌに基づいて、任意の点Ｐの三次元情報を取得するようになっている。

このようなレーザレーダ１において、例えば、交差点に設置する場合に、この交差点を含む周囲の環境座標系（グローバル座標系）にレーザレーダ１自身が有するセンサ座標系（ローカル座標系）を一致させる較正を行うに際しては、まず、制御部５から投光指令を出力して、投光部２に代えてレーザマーカ１０を作動させて、図４に示すように、このレーザマーカ１０からレーザレーダ１の正面側に位置付けたグローバル座標系におけるヨー角０°の基点ＰＹに向けてレーザ光Ｌを直接照射させつつ走査部３に走査動作を行わせる。

次いで、この走査部３を介して受光部４に戻ったレーザ光Ｌの反射点である基点ＰＹに対して、レーザレーダ１自身が有するローカル座標系におけるヨー角０°のローカル基点を合わせてヨー軸の調整を行う。
続いて、上記と同じく制御部５から投光指令を出力して、投光部２に代えてレーザマーカ１０を作動させて、図５に示すように、このレーザマーカ１０からレーザレーダ１の正面側に位置する平坦な面Ｆ内の任意の三点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に向けてレーザ光Ｌを順次照射させつつ走査部３に走査動作を行わせる。

次に、走査部３を介して受光部４に戻ったレーザ光Ｌの反射点である任意の三点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各座標に基づいて任意の三点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で形成される三角形Ｔｒの三次元情報を取得する。
そして、これで得た任意の三点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で形成される三角形Ｔｒのグローバル座標系におけるピッチ角及びロール角に対して、レーザレーダ１自身が有するローカル座標系におけるピッチ角及びロール角をそれぞれ合わせてピッチ軸及びロール軸の調整を行うと、レーザレーダ１自身が有するローカル座標系がグローバル座標系に一致することとなる。

また、レーザレーダ１の走査範囲内において計測対象Ｔを任意の多角形状領域に絞り込む場合には、上記較正要領と同様に、制御部５から投光指令を出力して、投光部２に代えてレーザマーカ１０を作動させて、このレーザレーダ１の正面側で且つ走査部３による走査範囲内に位置する多角形状（図５では四角形状）を成す領域Ａの各頂点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に向けてレーザマーカ１０からレーザ光Ｌを順次照射させつつ走査部３に走査動作を行わせる。

そして、走査部３を介して受光部４に戻ったレーザ光Ｌの反射点である四角形状領域Ａの各頂点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の座標に基づいて四角形状領域Ａの三次元情報を取得して、この四角形状領域Ａを設定する。
このように上記したレーザレーダ１では、レーザレーダの較正を行うに際して、レーザマーカ１０からレーザ光Ｌを任意の点Ｐ（ＰＹ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）に照射し、このレーザ光Ｌの反射点である任意の点Ｐ（ＰＹ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）をレーザレーダの受光部に読み取らせるだけで、座標系調整用の基点や、多角形状領域設定用の頂点が容易に得られるので、較正作業の時間の短縮及び精度の向上が図られるうえ、走査範囲内における計測対象Ｔの任意多角形状領域への絞り込みが容易になされることとなる。

なお、この実施形態のレーザレーダ１では、レーザレーダ本体１ａにレーザマーカ１０が一体で設けた場合を説明したが、レーザマーカ１０をレーザレーダ本体１ａから離れて配置する場合には、以下の要領で対応可能である。
すなわち、このような場合には、図１及び図６に示すように、まず、レーザレーダ本体１ａに収容した制御部５から投光指令を出力して、レーザレーダ本体１ａから離れて配置したレーザマーカ１０を投光部２に代えて作動させて、グローバル座標系における任意の点Ｐに向けてレーザ光Ｌを直接照射させつつ走査部３に走査動作を行わせる。

この際、レーザレーダ本体１ａに収容した受光部４に戻ったレーザ光Ｌに対しては、水平角及び垂直角の値のみ取得し、この後、制御部５から投光指令を出力して、レーザマーカ１０に代えて投光部２を作動させて、レーザレーダ１のレーザ光ＬＴ及びその反射レーザ光ＬＲによって三次元情報を取得する。
そして、この三次元情報のうちの水平角及び垂直角と、先に得た水平角及び垂直角とが一致する点（任意の点Ｐ）での距離情報を上記三次元情報から取得すれば、任意の点Ｐの正しい三次元情報が得られることとなり、この三次元情報の取得要領は、レーザレーダ１及びレーザマーカ１０の各照射タイミングが同期していない状態において、応用可能である。

本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示すブロック図である。 図１におけるレーザレーダの較正動作を示す斜視説明図である。 図１におけるレーザレーダのレーザマーカを示す斜視説明図である。 図１におけるレーザレーダの較正要領を示す斜視説明図である。 同じく図１におけるレーザレーダの較正要領を示す斜視説明図である。 他の構成例におけるレーザレーダの較正動作を示す斜視説明図である。

符号の説明

１ レーザレーダ
２ 投光部
３ 走査部
４ 受光部
５ 制御部
６ 距離演算部
１０ レーザマーカ
１３ 光学照準器
Ａ 四角形状領域（多角形状領域）
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 四角形状領域の頂点
Ｌ レーザマーカからのレーザ光
ＬＲ 反射レーザ光
ＬＴ 投光レーザ光
Ｐ（ＰＹ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３） 任意の点
Ｔ 計測対象

Claims (6)

1. レーザ光を発する投光部と、
   この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、
   この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部と、
   前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、
   この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する距離演算部を備えたレーザレーダにおいて、
   光学照準器を具備して前記制御部から投光指令を受けて前記投光部に代わって任意の点に対してレーザ光を直接照射するレーザマーカを設け、
   前記距離演算部では、前記制御部からの投光指令により前記レーザマーカから任意の点に対してレーザ光を直接照射させる段階において、前記任意の点で反射して前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光に基づいて、前記任意の点の三次元情報を取得する
   ことを特徴とするレーザレーダ。
2. 前記レーザマーカが、光学照準器に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能としてある請求項１に記載のレーザレーダ。
3. レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部を具備し、前記投光部におけるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部における反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得するレーザレーダの較正方法であって、
   光学照準器を具備して任意の点に対してレーザ光を直接照射可能なレーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザマーカからレーザレーダの正面側に位置付けたグローバル座標系における複数の基点に向けてレーザ光を順次照射させつつ前記走査部に走査動作を行わせ、
   前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光の反射点である前記複数の基点の各三次元情報に基づいて、前記レーザレーダ自身が有するローカル座標系をグローバル座標系に一致させる
   ことを特徴とするレーザレーダの較正方法。
4. レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部を具備し、前記投光部におけるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部における反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得するレーザレーダの較正方法であって、
   光学照準器を具備して任意の点に対してレーザ光を直接照射可能なレーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザマーカからレーザレーダの正面側に位置付けたグローバル座標系におけるヨー角０°の基点に向けてレーザ光を直接照射させつつ前記走査部に走査動作を行わせ、
   前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光の反射点である前記基点に対して、前記レーザレーダ自身が有するローカル座標系におけるヨー角０°のローカル基点を合わせてヨー軸の調整を行い、
   続いて、前記レーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザマーカからレーザレーダの正面側に位置する平坦な面内の任意の三点に向けてレーザ光を順次照射させつつ前記走査部に走査動作を行わせ、
   前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光の反射点である任意の三点の各座標に基づいて前記任意の三点で形成される三角形の三次元情報を取得し、
   これで得た前記任意の三点で形成される三角形のグローバル座標系におけるピッチ角及びロール角に対して、前記レーザレーダ自身が有するローカル座標系におけるピッチ角及びロール角を合わせてピッチ軸及びロール軸の調整を行うことで、レーザレーダ自身が有するローカル座標系をグローバル座標系に一致させる
   ことを特徴とするレーザレーダの較正方法。
5. 前記レーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザレーダの正面側で且つ前記走査部による走査範囲内に位置する多角形状を成す領域の各頂点に向けて前記レーザマーカからレーザ光を順次照射させつつ前記走査部に走査動作を行わせ、
   前記走査部を介して前記受光部に戻ったレーザ光の反射点である多角形状領域の各頂点の座標に基づいて前記多角形状領域の三次元情報を取得して、前記多角形状領域を設定する
   請求項３又は４に記載のレーザレーダの較正方法。
6. 光学照準器に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能なレーザマーカを使用する請求項３〜５のいずれか一つの項に記載のレーザレーダの較正方法。

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