JP2010164463A - Laser three-dimensional image measuring device - Google Patents

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Katsuji Imashiro
勝治 今城
Shunpei Kameyama
俊平 亀山
Yoshitaka Nakano
貴敬 中野
Yukihisa Tamagawa
恭久 玉川
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser three-dimensional image measuring device removing erroneous detection data of intensity data from acquired intensity and distance data, to thereby improve distance data accuracy, and acquiring high-precision three-dimensional image of a target. <P>SOLUTION: A laser is irradiated in a synchronized state with a reference clock signal and scanned, and a reflected light from a target is received by a laser transmission/reception means. An electric signal of the reflected light is taken synchronously with a clock signal, and intensity of the reflected light from the target and a distance to the target are operated respectively from the taken electric signal, and intensity-distance data are outputted, and intensity-distance filtering data used as an erroneous detection data index are calculated from the intensity-distance data. Threshold operation is performed from the intensity-distance filtering data, and erroneous detection data-removed data from which the erroneous detection data not satisfying a condition are removed are calculated, and a three-dimensional image including the target is calculated from distance data in the erroneous detection data-removed data and laser irradiation angle information. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、レーザを用いた３次元画像生成装置に関するものであり、特に、誤検出データを除去することで、距離データの信頼性を向上させた装置に関するものである。   The present invention relates to a three-dimensional image generation apparatus using a laser, and more particularly to an apparatus that improves the reliability of distance data by removing erroneous detection data.

レーザによる距離計測技術においては、レーザの発振時間と反射光の受光時間との時間差や位相差に基づいて距離を計測する装置が知られている。また３次元の画像計測では、ビームをスキャンして単素子の受光器で測定する構成や、扇型の形状のレーザビームを１軸スキャンし、１次元アレイ検出器で測定する構成や、レーザビームを広げ、２次元アレイ検出器によってスキャンレスで測定する構成など、３次元空間での距離画像を撮像する装置がある(例えば下記特許文献１，２参照)。   In the distance measurement technique using a laser, an apparatus that measures a distance based on a time difference or a phase difference between a laser oscillation time and a reflected light reception time is known. In three-dimensional image measurement, a configuration in which a beam is scanned and measured with a single-element light receiver, a configuration in which a fan-shaped laser beam is scanned in one axis and measured with a one-dimensional array detector, or a laser beam There is a device that captures a distance image in a three-dimensional space, such as a configuration in which measurement is performed without using a two-dimensional array detector (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below).

これらは、データ取得タイミング制御器などで距離ゲートをかけることにより、選択的な範囲のみのターゲットからの反射光を受光することができ、背景光や障害物の受信光を分離することが知られている。   It is known that these devices can receive reflected light from a target only in a selective range by applying a distance gate with a data acquisition timing controller, etc., and separate background light and received light from obstacles. ing.

特開平９−１７８８５３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-178853 特開平１０−３８５３６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-38536

しかしながら、従来技術においては、反射光強度が低かった場合など、何らかの要因で測定した距離データが誤検出となった場合、ターゲット形状の計測精度が低下し、３次元画像に変換した際にターゲット形状のボケや画像全体の画質低下が生じるという課題があった。   However, in the prior art, when the distance data measured for some reason is erroneously detected, such as when the reflected light intensity is low, the measurement accuracy of the target shape is reduced, and the target shape is converted into a three-dimensional image. There has been a problem that the image quality of the entire image is degraded.

この発明は、取得した距離データについて、強度データと距離データの両方を用いて誤検出データの選択と除去を行い、ターゲット形状の基となる距離データの精度を向上させたレーザ３次元画像計測装置を提供することを目的とする。   The present invention is a laser three-dimensional image measuring apparatus that selects and removes erroneous detection data using both intensity data and distance data for the acquired distance data, and improves the accuracy of the distance data that is the basis of the target shape. The purpose is to provide.

この発明は、基準となるクロック信号に同期させかつスキャンさせてレーザを照射しターゲットからの反射光を受信するレーザ送受信手段と、受信した反射光を電気信号に変換する受光器と、前記クロック信号に同期して前記受光器からの電気信号を取り込むデータ取得タイミング制御器と、前記データ取得タイミング制御器で取り込んだ電気信号からターゲットからの反射光の強度を演算し強度データを出力する強度演算器と、前記データ取得タイミング制御器で取り込んだ電気信号からターゲットまでの距離を演算し距離データを出力する距離演算器と、前記強度データから誤検出データの指標となる強度に関する強度フィルタリングデータを算出する強度フィルタ演算器と、前記距離データから誤検出データの指標となる距離に関する距離フィルタリングデータを算出する距離フィルタ演算器と、前記強度および距離フィルタリングデータからしきい値演算を行い条件を満たなさない誤検出データを除去した誤検出データ除去データを算出する誤検出データ除去演算器と、前記誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報から前記ターゲットを含む３次元画像を算出する３次元画像演算器と、を備えたことを特徴とするレーザ３次元画像計測装置にある。   The present invention provides a laser transmission / reception means for receiving a reflected light from a target by irradiating a laser in synchronization with a reference clock signal and scanning, a light receiver for converting the received reflected light into an electric signal, and the clock signal. A data acquisition timing controller that captures an electrical signal from the light receiver in synchronization with the signal, and an intensity calculator that calculates the intensity of reflected light from the target from the electrical signal captured by the data acquisition timing controller and outputs intensity data And a distance calculator that calculates the distance from the electrical signal captured by the data acquisition timing controller to the target and outputs distance data, and calculates intensity filtering data relating to the intensity that is an indicator of erroneous detection data from the intensity data. An intensity filter calculator and a distance that is an index of erroneous detection data from the distance data Distance filter computing unit for calculating separation filtering data, and false detection data removal computing unit for calculating false detection data removal data by removing threshold values from the intensity and distance filtering data and removing false detection data that does not satisfy the conditions And a three-dimensional image calculator that calculates a three-dimensional image including the target from the distance data of the erroneous detection data removal data and the laser irradiation angle information. .

この発明では、得られた強度データと距離データから、強度データの誤検出データを除去することができ、距離データの精度を向上させ、ターゲットの精度の高い３次元画像を得ることができる。   In the present invention, false detection data of intensity data can be removed from the obtained intensity data and distance data, the accuracy of distance data can be improved, and a three-dimensional image with high target accuracy can be obtained.

この発明の実施の形態１によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser three-dimensional image measuring device by Embodiment 1 of this invention. この発明における取得距離画像に対する孤立指数算出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the isolation index calculation with respect to the acquisition distance image in this invention. この発明における強度と距離データに対するしきい値の設定の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the setting of the threshold value with respect to intensity | strength and distance data in this invention. この発明における強度・距離データを用いた誤検出データ除去効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the false detection data removal effect using the intensity | strength and distance data in this invention. この発明の実施の形態２によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser three-dimensional image measuring device by Embodiment 2 of this invention. この発明における強度画像における受信ＳＮ比と再スキャン範囲について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reception SN ratio and rescan range in the intensity | strength image in this invention. この発明の実施の形態３によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser three-dimensional image measuring device by Embodiment 3 of this invention. この発明における取得距離画像から算出される想定受信ＳＮ比について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the assumption reception SN ratio computed from the acquisition distance image in this invention. この発明における想定受信ＳＮ比から算出される積算回数の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency | count of integration calculated from the assumption reception SN ratio in this invention. この発明における想定受信ＳＮ比から算出される積算回数の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the frequency | count of integration calculated from the assumption reception SN ratio in this invention.

以下、この発明によるレーザ３次元画像計測装置を好適な実施の形態に基づき図面を用いて説明する。   Hereinafter, a laser three-dimensional image measurement apparatus according to the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。図１において、基準クロック発生器１は、レーザ発振の繰り返し周波数などのクロック信号を発生する。パルスレーザ２は、基準クロック発生器１のクロック信号に同期したパルスレーザ光を発振する。送信光学系３は、発振したレーザ光を整形し、レーザ３次元画像計測装置の出射口まで導く。レーザ光の出射口と反射光の入射口になるスキャナミラー４は、レーザ光５をスキャンする。スキャナドライバ１１は、基準クロック発生器１のクロック信号に同期して、スキャナミラー４を駆動させ、またスキャンした角度に相当する電気信号を発生する。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser three-dimensional image measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a reference clock generator 1 generates a clock signal such as a repetition frequency of laser oscillation. The pulse laser 2 oscillates a pulse laser beam synchronized with the clock signal of the reference clock generator 1. The transmission optical system 3 shapes the oscillated laser beam and guides it to the emission port of the laser three-dimensional image measurement apparatus. The scanner mirror 4 serving as the laser light exit and the reflected light entrance scans the laser light 5. The scanner driver 11 drives the scanner mirror 4 in synchronization with the clock signal of the reference clock generator 1 and generates an electrical signal corresponding to the scanned angle.

受信光学系６は、ターゲットからの反射光を受光器７まで導く。受光器７は、受光した反射光を電気信号に変換する。データ取得タイミング制御器８は、基準クロック発生器１のクロック信号に同期して受光器７で得られた電気信号の取り込みタイミングを制御する。強度演算器９は、データ取得タイミング制御器８からの電気信号からターゲットの強度を演算する。距離演算器１０は、データ取得タイミング制御器８から得られるレーザの発振時間と反射光の受光時間の遅延時間に基づく電気信号からターゲットまでの距離を演算する。   The receiving optical system 6 guides the reflected light from the target to the light receiver 7. The light receiver 7 converts the received reflected light into an electrical signal. The data acquisition timing controller 8 controls the capture timing of the electrical signal obtained by the light receiver 7 in synchronization with the clock signal of the reference clock generator 1. The intensity calculator 9 calculates the intensity of the target from the electrical signal from the data acquisition timing controller 8. The distance calculator 10 calculates the distance from the electrical signal to the target based on the laser oscillation time obtained from the data acquisition timing controller 8 and the delay time of the reflected light receiving time.

強度フィルタ演算器１５は、強度演算器９で演算した強度データから誤検出データの指標となる強度に関するフィルタリングデータを算出する。距離フィルタ演算器１６は、距離演算器１０で演算した距離データから誤検出データの指標となる距離に関するフィルタリングデータを算出する。   The intensity filter calculator 15 calculates filtering data relating to the intensity serving as an index of erroneous detection data from the intensity data calculated by the intensity calculator 9. The distance filter calculator 16 calculates filtering data related to a distance that is an index of erroneous detection data from the distance data calculated by the distance calculator 10.

誤検出データ除去演算器１７は、強度フィルタ演算器１５と距離フィルタ演算器１６で得られた強度と距離に関するフィルタリングデータからしきい値演算を行い、条件を満たさない誤検出データを除去し、信頼性の高いデータのみを算出する。   The false detection data removal calculator 17 performs threshold calculation from filtering data related to the strength and distance obtained by the strength filter calculator 15 and the distance filter calculator 16 to remove false detection data that does not satisfy the condition, Only highly relevant data is calculated.

角度センサ１２は、レーザ３次元画像計測装置の方位角や仰角に相当する電気信号を発生する。３次元画像演算器１３は、角度センサ１２で得られたスキャナミラー４の方位角と仰角に関する電気信号(レーザ照射角度情報)、誤検出データ除去後の信頼性の高い距離データから、３次元画像を算出する。表示器１４は算出された３次元画像を表示する。   The angle sensor 12 generates an electrical signal corresponding to the azimuth angle and elevation angle of the laser three-dimensional image measurement device. The three-dimensional image calculator 13 obtains a three-dimensional image from an electrical signal (laser irradiation angle information) regarding the azimuth and elevation angles of the scanner mirror 4 obtained by the angle sensor 12 and highly reliable distance data after removal of erroneous detection data. Is calculated. The display 14 displays the calculated three-dimensional image.

なお、パルスレーザ２、送信光学系３、スキャナミラー４、受信光学系６、スキャナドライバ１１、角度センサ１２がレーザ送受信手段を構成する。図中の矢印はデータの流れを概略的に示すもので、その他にもブロック間で種々のデータのやりとりが行われるが、図が煩雑になり分かり難くなるので詳細の図示は省略する。   The pulse laser 2, the transmission optical system 3, the scanner mirror 4, the reception optical system 6, the scanner driver 11, and the angle sensor 12 constitute a laser transmission / reception means. Arrows in the figure schematically show the flow of data. In addition, various data are exchanged between blocks, but the figure becomes complicated and difficult to understand, so detailed illustration is omitted.

次に、レーザ３次元画像計測装置の動作を説明する。パルスレーザ２は基準クロック発生器１の基準クロックに同期してパルスレーザを発生する。発生されたレーザは送信光学系３を通ってスキャナミラー４に送られてターゲットに照射される。ターゲットからの反射光はスキャナミラー４で受光された後、受信光学系６を通って受光器７で電気信号に変換される。このとき、スキャナドライバ１１により、スキャナ動作とパルスレーザ光の発振タイミングを同期させる。   Next, the operation of the laser three-dimensional image measurement apparatus will be described. The pulse laser 2 generates a pulse laser in synchronization with the reference clock of the reference clock generator 1. The generated laser is sent to the scanner mirror 4 through the transmission optical system 3 and irradiated onto the target. Reflected light from the target is received by the scanner mirror 4 and then converted into an electrical signal by the light receiver 7 through the receiving optical system 6. At this time, the scanner driver 11 synchronizes the scanner operation and the pulse laser light oscillation timing.

データ取得タイミング制御器８は、受光器７の出力信号を基準クロック発生器１の基準クロックに同期させて強度演算器９と距離演算器１０に出力する。強度演算器９と距離演算器１０では、入力された受光器７の出力信号を用いて時間−受信信号特性からレーザ照射方向に対する強度データと距離データを算出する。   The data acquisition timing controller 8 outputs the output signal of the light receiver 7 to the intensity calculator 9 and the distance calculator 10 in synchronization with the reference clock of the reference clock generator 1. The intensity calculator 9 and the distance calculator 10 calculate intensity data and distance data for the laser irradiation direction from the time-received signal characteristics using the input output signal of the light receiver 7.

具体的には、パルスレーザを用いた場合、距離演算器１０ではレーザ発振時間とターゲットからの反射光を受光した時間の差分からターゲットまでの距離を導出する。強度演算器９では、ターゲットからの反射光のピーク値から強度を演算する。   Specifically, when a pulse laser is used, the distance calculator 10 derives the distance to the target from the difference between the laser oscillation time and the time when the reflected light from the target is received. The intensity calculator 9 calculates the intensity from the peak value of the reflected light from the target.

その後、強度フィルタ演算器１５と距離フィルタ演算器１６によって、強度演算器９と距離演算器１０から得られた強度データと距離データに対してフィルタ処理を行い、強度と距離に対するフィルタリングデータを導出する。図２はこの発明における取得距離画像に対する孤立指数算出を説明するための図である。例えば、距離に対するフィルタリングデータは図２のように、測定画素Ｒｓと周辺画素の平均値Ｒａｖｅとの差である孤立指数(Ｒｓ−Ｒａｖｅ)を用いる。強度に対するフィルタリングデータは、受信電力とノイズ電力の比である受信ＳＮ比を用いる。ここで、孤立指数は、周囲の領域に比べて突出した距離データのときにその絶対値が大きな値を示し、誤検出データの可能性が高いことを意味する。   Thereafter, the intensity filter calculator 15 and the distance filter calculator 16 filter the intensity data and the distance data obtained from the intensity calculator 9 and the distance calculator 10 to derive the filtering data for the intensity and the distance. . FIG. 2 is a diagram for explaining the isolation index calculation for the acquired distance image in the present invention. For example, as shown in FIG. 2, the isolation data (Rs−Rave) that is the difference between the measurement pixel Rs and the average value Rave of the peripheral pixels is used as the filtering data for the distance. The filtering data with respect to the intensity uses a reception S / N ratio that is a ratio of reception power and noise power. Here, the isolation index indicates that the absolute value of the distance data is larger than that of the surrounding area and has a high possibility of erroneous detection data.

次に、誤検出データ除去演算器１７によって自動的に設定もしくは外部から設定したしきい値を用いてしきい値演算を行い、条件を満たさない誤検出データを除去し、信頼性の高いデータのみを算出する。ここでは、誤検出データ除去方法について図３を用いて説明する。図３はこの発明における強度と距離データに対するしきい値の設定の一例を示した図である。図３において、縦軸は孤立指数(距離データ)、横軸は受信ＳＮ比(強度データ)を示す。   Next, threshold detection is automatically performed by the false detection data removal calculator 17 using a threshold value set from the outside or set from the outside, false detection data that does not satisfy the condition is removed, and only highly reliable data is obtained. Is calculated. Here, the erroneous detection data removal method will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of threshold setting for intensity and distance data in the present invention. In FIG. 3, the vertical axis represents the isolation index (distance data), and the horizontal axis represents the received S / N ratio (intensity data).

図３の(ａ)は、受信ＳＮ比と孤立指数に対して一定値のしきい値を設定した例である。受信ＳＮ比しきい値１によって受信ＳＮ比の下限値を設定しており、一般的に信頼性が低いデータと考えられる受信ＳＮ比が低い強度データの距離データを除去する。受信ＳＮ比しきい値２は、受信ＳＮ比の上限値を設定しており、受信信号が飽和して受信パルス波形が歪むなどの信頼性の低い強度データの距離データを除去する。また、孤立指数しきい値１は、孤立指数の下限値を設定しており、周辺の領域に比べて近方に突出した距離データを除去している。孤立指数しきい値２は、孤立指数の上限値を設定しており、周辺に領域に比べて遠方に突出した距離データを除去している。しきい値の値は計算または実験により予め設定してもよいし、取得データの統計的性質から取得データ毎に設定してもよい。また、ここでは４つのしきい値を設定した例について説明したが、そのうちいずれかを使用してもよい。   FIG. 3A shows an example in which a constant threshold value is set for the reception S / N ratio and the isolation index. The lower limit value of the reception S / N ratio is set by the reception S / N ratio threshold 1, and distance data of intensity data having a low reception S / N ratio, which is generally considered to be data with low reliability, is removed. The reception SN ratio threshold 2 sets an upper limit value of the reception SN ratio, and removes distance data of intensity data with low reliability such as saturation of the reception signal and distortion of the reception pulse waveform. In addition, the isolated index threshold value 1 sets a lower limit value of the isolated index, and removes distance data that protrudes closer to the surrounding area. The isolated index threshold 2 sets an upper limit value of the isolated index, and removes distance data that protrudes farther away than the area. The threshold value may be set in advance by calculation or experiment, or may be set for each acquired data from the statistical properties of the acquired data. Although an example in which four threshold values are set has been described here, any one of them may be used.

図３の(ｂ)は、受信ＳＮ比に対して変化する孤立指数しきい値を設定した例である。一般的に、受信ＳＮ比は距離に対して二乗で変化し、反射率に対して線形に変化する。これら特性を利用し、孤立指数しきい値１では、受信ＳＮ比に対して線形に変化する孤立指数しきい値を設定、孤立指数しきい値２では、受信ＳＮ比に対して非線形で変化する孤立指数しきい値を設定しており、システムに依存する距離ばらつき以内のデータを選択する。孤立指数しきい値１と２のしきい値の変化度合は、このような異なる変化度合の孤立指数しきい値を設定してもよいし、孤立指数しきい値１と２共に、受信ＳＮ比に対して非線形または線形で変化する同じ変化度合の孤立指数しきい値を設定してもよいし、前記で示した一定値のしきい値を組み合わせて用いてもよい。また、図では受信ＳＮ比しきい値を一定としていたが、孤立指数しきい値と同様に、受信ＳＮ比しきい値も線形または非線形なしきい値曲線としてもよい。   FIG. 3B shows an example in which an isolated index threshold value that changes with respect to the received S / N ratio is set. In general, the reception signal-to-noise ratio changes in square with respect to distance, and changes linearly with respect to reflectance. Using these characteristics, the isolated index threshold value 1 is set linearly with respect to the received S / N ratio, and the isolated index threshold value 2 is changed non-linearly with respect to the received S / N ratio. An isolation index threshold is set, and data within a distance variation depending on the system is selected. The degree of change of the threshold values of the isolated index thresholds 1 and 2 may be set as such isolated threshold values of different degrees of change. The isolated index threshold value having the same degree of change that changes nonlinearly or linearly may be set, or the constant value threshold values described above may be used in combination. In the figure, the reception S / N ratio threshold is constant, but the reception S / N ratio threshold may be a linear or non-linear threshold curve, similar to the isolation index threshold.

図３の(ｃ)は、孤立指数のしきい値に関して複数のしきい値条件を組み合わせた例である。孤立指数しきい値１は、受信ＳＮ比に対して線形で変化する孤立指数しきい値に最大許容孤立指数(平坦部分)を設定した例であり、孤立指数しきい値２は、受信ＳＮ比に対して二乗で変化する孤立指数しきい値に最大許容孤立指数を設定した例である。このように、さらに最大許容孤立指数を定めることで、システムに依存する距離のばらつきが高い場合でも、距離のばらつきの低いデータのみ選択する。   FIG. 3C shows an example in which a plurality of threshold conditions are combined with respect to the threshold value of the isolation index. The isolated index threshold 1 is an example in which the maximum allowable isolated index (flat portion) is set to the isolated index threshold that varies linearly with respect to the received S / N ratio, and the isolated index threshold 2 is the received S / N ratio. This is an example in which the maximum allowable isolation index is set to the isolation index threshold value that changes squarely. In this way, by defining the maximum allowable isolation index, even when the variation in distance depending on the system is high, only data with a low variation in distance is selected.

なお、上述した受信ＳＮ比や孤立指数のしきい値例以外にも、線形又は非線形のしきい値線群の複合として表されるしきい値を設定してもよい。   In addition to the threshold values of the reception SN ratio and the isolation index described above, a threshold value expressed as a composite of linear or nonlinear threshold line groups may be set.

なお、誤検出データ除去演算器１７でのしきい値の設定に関しては、自動的に設定する場合には、受信画像全体から得られる受信信号の例えば強度等の所定のファクタの値に基づいて予め格納されている複数種のしきい値パターンから選択する。また、外部から設定する場合には、画像取得環境の状態を示す信号を外部から入力して、これに対応するものを予め格納されている複数種のしきい値パターンから選択する。また外部からしきい値パターンを直接指示する信号を入力してもよい。   In addition, regarding the setting of the threshold value in the erroneous detection data removal computing unit 17, in the case of automatic setting, based on the value of a predetermined factor such as intensity of the received signal obtained from the entire received image in advance. Select from multiple types of stored threshold patterns. When setting from the outside, a signal indicating the state of the image acquisition environment is input from the outside, and a corresponding one is selected from a plurality of types of threshold patterns stored in advance. In addition, a signal directly indicating the threshold pattern may be input from the outside.

最後に、３次元画像演算器１３によって誤検出データを除去した距離データとビーム照射角度情報から、図４のようなターゲット形状の３次元画像を得て、表示器１４にて表示する。   Finally, a three-dimensional image of the target shape as shown in FIG. 4 is obtained from the distance data from which erroneous detection data is removed by the three-dimensional image calculator 13 and the beam irradiation angle information, and displayed on the display 14.

図４はこの発明における強度・距離データを用いた誤検出データ除去効果を説明するための図である。図４に示すように、距離演算器１０で得られる距離画像データだけに基づいて３次元画像演算器１３で得られる３次元画像は図４の左下に示すノイズを含む画像になる。一方、距離演算器１０で得られる距離画像データと強度演算器９で得られる強度画像データを距離フィルタ演算器１６、強度フィルタ演算器１５でそれぞれフィルタ演算し、さらに誤検出データ除去演算器１７で誤検出データ除去演算を施したデータに基づいて３次元画像演算器１３で得られる３次元画像は、図４の右下に示す鮮明な画像になる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of removing erroneous detection data using intensity / distance data in the present invention. As shown in FIG. 4, the three-dimensional image obtained by the three-dimensional image calculator 13 based only on the distance image data obtained by the distance calculator 10 becomes an image including noise shown in the lower left of FIG. On the other hand, the distance image data obtained by the distance calculator 10 and the intensity image data obtained by the intensity calculator 9 are respectively filtered by the distance filter calculator 16 and the intensity filter calculator 15, and further by the false detection data removal calculator 17. The three-dimensional image obtained by the three-dimensional image calculator 13 based on the data subjected to the erroneous detection data removal calculation becomes a clear image shown in the lower right of FIG.

強度フィルタ演算器１５に関し、強度に関するフィルタリングデータは、受信ＳＮ比だけでなく、受信強度をそのまま用いたものや、ターゲットの反射率など、強度情報に関する特性を表す指標(強度指標)であればよい。また、距離フィルタ演算器１６に関し、距離に関するフィルタリングデータは、孤立指数だけでなく、距離データをそのまま用い、距離ゲートをかけるようにしてもよく、距離情報に関する特性を表す指標(距離指標)であれば、別の指標を用いてもよい。   Regarding the intensity filter calculator 15, the filtering data related to the intensity may be an index (intensity index) indicating characteristics related to intensity information such as not only the received S / N ratio but also the received intensity as it is or the reflectance of the target. . Further, regarding the distance filter calculator 16, the filtering data related to the distance is not limited to the isolation index, and the distance data may be used as it is, and a distance gate may be used. For example, another index may be used.

なお、この発明によるレーザ３次元計測装置は、受信信号の最大値を検出して距離を測定する手法、または多重ピークすべての距離を測定する手法の３次元画像計測装置に適用することができる。   The laser three-dimensional measurement apparatus according to the present invention can be applied to a three-dimensional image measurement apparatus that measures the distance by detecting the maximum value of the received signal or the technique that measures the distance of all the multiple peaks.

また、この発明によるレーザ３次元計測装置は、レーザ距離測定法に関してパルス方式以外にもｃｗ方式のような位相差から距離を検出する方法にも適用することができる。例えば、レーザ光源がｃｗで変調がかかっていた場合、距離演算器はレーザ発振時の位相とターゲットからの反射光を受光した時の位相の差分からターゲットまでの距離を導出し、強度演算器はターゲットからの反射光の強度から導出する。   Further, the laser three-dimensional measuring apparatus according to the present invention can be applied to a method of detecting a distance from a phase difference such as a cw method in addition to a pulse method with respect to a laser distance measuring method. For example, when the laser light source is modulated by cw, the distance calculator derives the distance to the target from the difference between the phase at the time of laser oscillation and the phase when the reflected light from the target is received, and the intensity calculator Derived from the intensity of reflected light from the target.

また、レーザビーム形状に関してライン状や扇型のビームをスキャンして測定する方法や、ビームを広げて全領域の距離を一度に測定するスキャンレスの測定方法にも適用することができる。   Further, the present invention can also be applied to a method of scanning a line-shaped or fan-shaped beam with respect to the laser beam shape and a scanless measuring method of measuring the distance of the entire region at once by expanding the beam.

また、光検出器である受光器に関して単素子、アレイ検出器、２次元アレイ検出器などで動作するレーザ３次元画像計測装置にも適用することができる。   Further, the present invention can also be applied to a laser three-dimensional image measurement apparatus that operates with a single element, an array detector, a two-dimensional array detector, or the like with respect to a light receiver that is a photodetector.

以上、実施の形態１におけるレーザ３次元画像計測装置において、誤検出データを除去することができ、信頼性の高い３次元画像を得ることができる。   As described above, in the laser three-dimensional image measurement apparatus according to Embodiment 1, erroneous detection data can be removed, and a highly reliable three-dimensional image can be obtained.

実施の形態２．
実施の形態１におけるレーザ３次元画像計測装置においては、誤検出データとなった領域では、ターゲットまでの距離が欠損となってしまう。そこで、この実施の形態では、誤検出となったターゲットの信号に対し、スキャン領域と積算回数を制御して誤検出部分のデータ取得を行う。図５はこの発明の実施の形態２によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明は省略する。 Embodiment 2. FIG.
In the laser three-dimensional image measurement apparatus according to the first embodiment, the distance to the target is lost in the area that is erroneously detected data. Therefore, in this embodiment, the data of the erroneously detected portion is acquired by controlling the scan area and the number of integrations for the signal of the target that has been erroneously detected. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a laser three-dimensional image measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

受信ＳＮ比演算器２０は、強度演算器９で得られた強度データと、誤検出データ除去演算器１７で算出されたデータを入力し、誤検出データ除去演算器１７で算出された十分な受信ＳＮ比が得られない誤検出データ部分では、再スキャン等によりレーザを照射する回数を増やすことで所要の受信ＳＮ比を得るようにする。積算回数とはこのレーザ照射回数のことであり、一般的に受信ＳＮ比の二乗に比例する。またここで、強度演算器９で得られた強度データの代わりに、強度フィルタ演算器１５で算出された受信ＳＮ比などの強度に関するフィルタリングデータを用いてもよい。   The reception signal-to-noise ratio calculator 20 receives the intensity data obtained by the intensity calculator 9 and the data calculated by the false detection data removal calculator 17, and the sufficient reception calculated by the false detection data removal calculator 17. In the erroneous detection data portion where the S / N ratio cannot be obtained, the required reception S / N ratio is obtained by increasing the number of times of laser irradiation by rescanning or the like. The cumulative number is the number of times of laser irradiation, and is generally proportional to the square of the reception SN ratio. Here, instead of the intensity data obtained by the intensity calculator 9, filtering data relating to the intensity such as the received S / N ratio calculated by the intensity filter calculator 15 may be used.

撮像条件演算器１９は、誤検出データで欠損となっている部分の方位角や仰角に相当するスキャン角度やステップ角(これをスキャンデータとする)、積算回数に対するスキャナミラー４の同期条件など、撮像条件を演算して出力する。   The imaging condition calculator 19 includes a scan angle and step angle (this is referred to as scan data) corresponding to the azimuth angle and elevation angle of the portion missing in the erroneous detection data, the synchronization condition of the scanner mirror 4 with respect to the number of integrations, and the like. Compute and output imaging conditions.

基準クロック制御器１８は、撮像条件演算器１９によって算出された条件に基づき、スキャナドライバ１１と基準クロック発生器１で発生するスキャナ動作タイミングとデータ取得タイミングのクロック信号を発生する。   The reference clock controller 18 generates clock signals for scanner operation timing and data acquisition timing generated by the scanner driver 11 and the reference clock generator 1 based on the conditions calculated by the imaging condition calculator 19.

次に、動作について説明する。誤検出データを抽出し除去するまでは、上記実施の形態１と同じである。実施の形態１と同様に、強度フィルタ演算器１５に関して、強度に関するフィルタリングデータは、受信ＳＮ比だけでなく、受信強度をそのまま用いたものや、距離に対する補正を行ったターゲットの反射率など、他の指標(強度指標)を用いてもよい。また、距離フィルタ演算器１６に関し、距離に関するフィルタリングデータは、孤立指数だけでなく、距離データをそのまま用いて距離ゲートをかけるといった他の指標(距離指標)も使用できる。   Next, the operation will be described. The process until the erroneous detection data is extracted and removed is the same as in the first embodiment. As in the first embodiment, regarding the intensity filter calculator 15, the filtering data related to the intensity includes not only the received S / N ratio but also the received intensity as it is, the reflectance of the target that has corrected the distance, and the like. The index (strength index) may be used. In addition, regarding the distance filter calculator 16, not only the isolation index but also another index (distance index) such as applying a distance gate using the distance data as it is can be used as the filtering data regarding the distance.

誤検出データ除去演算器１７によってしきい値演算を行い、条件を満たさない誤検出データを除去し、信頼性の高いデータのみを算出する。ここで、しきい値の設定は、実施の形態１と同様に、図３に示すように(ａ)受信ＳＮ比と孤立指数に対して一定値のしきい値を設けることや、(ｂ)非線形的に変化すること、(ｃ)最大許容孤立指数など複数のしきい値条件を組み合わせること、といったことを自動的に設定もしくは外部から設定する。   Threshold calculation is performed by the false detection data removal calculator 17 to remove false detection data that does not satisfy the condition, and only highly reliable data is calculated. Here, as in the first embodiment, the threshold value is set as shown in FIG. 3 by (a) providing a constant threshold value for the reception S / N ratio and the isolation index, or (b) It is set automatically or externally to change non-linearly, (c) to combine a plurality of threshold conditions such as a maximum permissible isolated index.

次に、受信ＳＮ比演算器２０において、強度演算器９で得られる強度データと、誤検出データ除去演算器１７で得られる誤検出データ除去データを用いて、誤検出となった部分のデータに関し、受信ＳＮ比を算出して所定の受信ＳＮ比となるよう積算回数を算出する。ここで、誤検出データ部分の受信ＳＮ比が０ｄＢなど、計算上積算しても受信ＳＮ比の改善が見込めない場合、積算回数に上限値を設定して積算してもよい。また、受信ＳＮ比演算器２０は取得したひとつの画像から算出してもよいし、複数の画像の平均値から受信ＳＮ比を算出してもよい。   Next, in the received signal-to-noise ratio calculator 20, the intensity data obtained by the intensity calculator 9 and the erroneous detection data removal data obtained by the false detection data removal calculator 17 are used for the data of the portion that has been erroneously detected. Then, the reception SN ratio is calculated, and the number of times of integration is calculated so as to be a predetermined reception SN ratio. Here, when the reception SN ratio of the erroneously detected data portion is 0 dB or the like and no improvement in the reception SN ratio can be expected even by calculation, an upper limit value may be set for the number of integrations. The reception S / N ratio calculator 20 may calculate from one acquired image, or may calculate the reception S / N ratio from an average value of a plurality of images.

次に、撮像条件演算器１９において、誤検出データ除去演算器１７において誤検出と判断され欠損となっている部分のスキャナミラー４のスキャン角度やステップ角、および該欠損部分での積算回数に対するパルスレーザ２、スキャナミラー４、データ取得タイミング制御器８の同期条件などの撮像条件を演算する。演算された撮像条件はスキャナドライバ１１および基準クロック制御器１８に送られる。   Next, in the imaging condition calculator 19, the scan angle and step angle of the scanner mirror 4 that is determined to be erroneously detected by the erroneous detection data removal calculator 17, and the pulse corresponding to the number of integrations in the defective portion. Imaging conditions such as synchronization conditions of the laser 2, the scanner mirror 4, and the data acquisition timing controller 8 are calculated. The calculated imaging conditions are sent to the scanner driver 11 and the reference clock controller 18.

図６に、この発明における強度画像における受信ＳＮ比と再スキャン範囲の一例を示す。基準クロック制御器１８では、図６に示すように上記撮像条件に従った誤検出データで欠損となっている部分である、再スキャン範囲で示される領域を次回以降でデータ取得するための、スキャナミラー４のためのスキャナ動作タイミングとデータ取得タイミング制御器８でのデータ取得タイミングのクロックの制御信号を基準クロック発生器１に出力する。   FIG. 6 shows an example of the received S / N ratio and the rescan range in the intensity image in the present invention. In the reference clock controller 18, as shown in FIG. 6, a scanner for acquiring data from the next time on the area indicated by the rescan range, which is a missing portion in the erroneous detection data according to the imaging conditions. A clock control signal for the scanner operation timing for the mirror 4 and the data acquisition timing in the data acquisition timing controller 8 is output to the reference clock generator 1.

最後に、３次元画像演算器１３によって、距離演算器１０で得られた距離データ、強度フィルタ演算器１５で得られた強度に関するフィルタリングデータ、距離フィルタ演算器１６で得られた距離に関するフィルタリングデータ、角度センサ１２、スキャナドライバ１１で得られたレーザ照射角度情報から、ターゲット形状の３次元画像を得て、表示器１４にて表示する。ここで、表示器１４は、再測定によって得られたデータのみ表示しても良いし、前回取得した誤検出データで欠損を持つ距離データと、再測定で得られた欠損部分の距離データを組み合わせて、新しく距離データを更新して表示してもよい。   Finally, the distance data obtained by the distance calculator 10 by the three-dimensional image calculator 13, the filtering data related to the intensity obtained by the intensity filter calculator 15, the filtering data related to the distance obtained by the distance filter calculator 16, A three-dimensional image of the target shape is obtained from the laser irradiation angle information obtained by the angle sensor 12 and the scanner driver 11 and displayed on the display 14. Here, the display 14 may display only the data obtained by remeasurement, or the distance data having a defect in the previously detected false detection data and the distance data of the missing part obtained by the remeasurement are combined. The distance data may be newly updated and displayed.

以上のように実施の形態２におけるレーザ３次元画像計測装置においては、誤検出部分である受信ＳＮ比の低いターゲットに対し、レーザ照射の回数を増やして計測を行うことでデータ取得を行い、正確な３次元画像を得ることができる。   As described above, in the laser three-dimensional image measurement apparatus according to the second embodiment, data acquisition is performed by performing measurement by increasing the number of times of laser irradiation on a target having a low reception S / N ratio, which is an erroneously detected portion. Such a three-dimensional image can be obtained.

また上記実施の形態と同様に、レーザ距離測定法に関してパルス方式以外にもｃｗ方式のような位相差から距離を検出する方法にも適用することができる。   Similarly to the above embodiment, the laser distance measurement method can be applied to a method of detecting a distance from a phase difference like the cw method in addition to the pulse method.

また、レーザビーム形状が扇型で１軸のスキャン方式、またはビームを広げて全領域の距離を一度に測定するスキャンレス方式の場合、誤検出データ部分にビームを絞って、送信光のパワー密度を上げて受信ＳＮ比を向上させるようにしてもよい。   Also, when the laser beam shape is fan-shaped and uniaxial scan method, or scanless method that spreads the beam and measures the distance of all areas at once, the beam is focused on the false detection data part and the power density of the transmitted light To improve the reception S / N ratio.

また、光検出器である受光器に関して単素子、アレイ検出器、２次元アレイ検出器などで動作するレーザ３次元画像計測装置にも適用することができる。   Further, the present invention can also be applied to a laser three-dimensional image measurement apparatus that operates with a single element, an array detector, a two-dimensional array detector, or the like with respect to a light receiver that is a photodetector.

実施の形態３．
この実施の形態３におけるレーザ３次元画像計測装置は、一度測定した距離データから、レーザレーダ方程式に基づいて距離に対する受信ＳＮ比を想定し、次回以降の測定において、距離に対して積算回数を制御し、取得画像画質を向上させたものである。図７はこの発明の実施の形態３によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明は省略する。 Embodiment 3 FIG.
The laser three-dimensional image measuring apparatus according to the third embodiment assumes a reception S / N ratio with respect to the distance based on the laser radar equation from the distance data once measured, and controls the number of integration with respect to the distance in the subsequent measurement. In addition, the acquired image quality is improved. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a laser three-dimensional image measurement apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

受信ＳＮ比予測演算器２１は、３次元画像演算器１３で算出された距離データからスキャン範囲内における近傍から遠方までの平均的な距離を算出する。また、レーザレーダ方程式に基づいて、強度演算器９で得られる強度データよりスキャン範囲内における近傍から遠方までの平均的な反射率を算出し、距離に対する受信ＳＮ比特性を概算する。さらに、所定の受信ＳＮ比が得られる積算回数を算出する。レーザレーダ方程式は、送信ビームパワーＰ、ターゲットの反射率Ｒ、ターゲットまでの距離ｚに対し、受信パワーＰｒを与える基本方程式であり、一般的に、Ｐｒ＝ｋＰＲＴ２／ｚ２となる。ここで、ｋは定数、Ｔは大透過率である。 The reception signal-to-noise ratio prediction calculator 21 calculates an average distance from the vicinity to the far side in the scan range from the distance data calculated by the three-dimensional image calculator 13. Further, based on the laser radar equation, an average reflectance from near to far in the scan range is calculated from the intensity data obtained by the intensity calculator 9, and the reception SN ratio characteristic with respect to the distance is estimated. Furthermore, the number of times of accumulation at which a predetermined reception S / N ratio is obtained is calculated. The laser radar equation is a basic equation that gives the received power Pr with respect to the transmission beam power P, the reflectance R of the target, and the distance z to the target, and is generally Pr = kPRT 2 / z 2 . Here, k is a constant and T is a large transmittance.

撮像条件演算器１９は、受信ＳＮ比予測演算器２１で算出された積算回数を考慮した撮像条件を演算する。   The imaging condition calculator 19 calculates an imaging condition considering the number of integrations calculated by the reception S / N ratio prediction calculator 21.

基準クロック制御器１８は、撮像条件演算器１９によって算出された条件に基づき、スキャナドライバ１１と基準クロック発生器１で発生するスキャナ動作タイミングとデータ取得タイミングのクロック信号を発生する。   The reference clock controller 18 generates clock signals for scanner operation timing and data acquisition timing generated by the scanner driver 11 and the reference clock generator 1 based on the conditions calculated by the imaging condition calculator 19.

次に、動作について説明する。誤検出データの抽出し除去するまでは、上記実施の形態１、２と同じである。実施の形態１，２と同様に、強度フィルタ演算器１５に関して、強度に関するフィルタリングデータは、受信ＳＮ比だけでなく、受信強度をそのまま用いたものや、距離に対する補正を行ったターゲットの反射率など、他の指標(強度指標)を用いてもよい。また、距離フィルタ演算器１６に関し、距離に関するフィルタリングデータは、孤立指数だけでなく、距離データをそのまま用いて距離ゲートをかけるといった他の指標(距離指標)も使用することができる。   Next, the operation will be described. The process until the detection and removal of erroneous detection data is the same as in the first and second embodiments. As in the first and second embodiments, regarding the intensity filter calculator 15, the filtering data relating to the intensity includes not only the received S / N ratio but also the received intensity as it is, the reflectance of the target that has been corrected for the distance, and the like. Other indicators (intensity indicators) may be used. In addition, regarding the distance filter calculator 16, the filtering data related to the distance can use not only the isolation index but also another index (distance index) such as a distance gate using the distance data as it is.

誤検出データ除去演算器１７によってしきい値演算を行い、条件を満たさない誤検出データを除去し、信頼性の高いデータのみを算出する。ここで、しきい値の設定は、上記各実施の形態と同様に、図３に例示したもの等が考えられる。   Threshold calculation is performed by the false detection data removal calculator 17 to remove false detection data that does not satisfy the condition, and only highly reliable data is calculated. Here, the threshold value may be set as illustrated in FIG. 3 as in the above embodiments.

次に、受信ＳＮ比予測演算器２１において、強度演算器９と距離演算器１０から得られた３次元画像演算器１３の距離データから図８に示すようにスキャン範囲内における近傍から遠方までの(平均的な)距離を算出し、強度演算器９によって得られた強度データからスキャン範囲内における近傍から遠方までの反射率を導出する。さらに、図９に示すようにレーザレーダ方程式に基づいて距離に対する受信ＳＮ比特性を概算し、次回以降の再スキャンによる測定で所定の受信ＳＮ比が得られる積算回数を算出する。   Next, in the received signal-to-noise ratio prediction calculator 21, from the distance data of the three-dimensional image calculator 13 obtained from the intensity calculator 9 and the distance calculator 10, from near to far in the scan range as shown in FIG. The (average) distance is calculated, and the reflectance from near to far in the scan range is derived from the intensity data obtained by the intensity calculator 9. Further, as shown in FIG. 9, the reception S / N ratio characteristic with respect to the distance is estimated based on the laser radar equation, and the number of times of accumulation at which a predetermined reception S / N ratio is obtained by the measurement by the rescan after the next time is calculated.

図８はこの発明における取得距離画像から算出される想定受信ＳＮ比の一例を示し、(ａ)は取得距離画像、(ｂ)は予測受信強度を示す。図９、１０はこの発明における想定受信ＳＮ比から算出される積算回数の例を示し、それぞれ(ａ)は距離に対する反射率、(ｂ)は距離に対する受信ＳＮ比、(ｃ)は距離に対する積算回数の例、(ｄ)は距離に対する想定される受信ＳＮ比を示す。   FIG. 8 shows an example of the assumed reception SN ratio calculated from the acquired distance image in the present invention, where (a) shows the acquired distance image and (b) shows the predicted received intensity. 9 and 10 show examples of the number of integrations calculated from the assumed reception SN ratio according to the present invention, in which (a) is the reflectance with respect to the distance, (b) is the reception SN ratio with respect to the distance, and (c) is the integration with respect to the distance. An example of the number of times, (d) shows the assumed reception S / N ratio with respect to the distance.

図８の(ａ)に示すような３次元画像演算器１３で算出された距離データから、スキャン範囲内における近傍から遠方までの距離を算出し、レーザレーダ方程式に基づいて図９の(ｂ)に示すような距離に対する受信ＳＮ比特性を概算する。図８の(ｂ)は受信ＳＮ比特性による測定距離に対する受信強度(受信ＳＮ比)を示す。そして強度演算器９で得られる強度データより、図９の(ａ)に示すようなスキャン範囲内における反射率を算出する。以上のような反射率、受信ＳＮ比特性の状況から、積算回数を例えば図９の(ｃ)に示すような値に推移させれば、図９の(ｄ)に示すようなスキャン範囲内に渡って安定した所定の受信ＳＮ比が得られる。すなわち図９の(ｄ)に示すような安定した所定の受信ＳＮ比となる積算回数を算出する。実際には、図１０の(ｃ)に示すように測定回数毎に積算回数を設定することで、図１０の(ｄ)に示すような比較的安定した受信ＳＮ比が得られる。   From the distance data calculated by the three-dimensional image calculator 13 as shown in FIG. 8A, the distance from the vicinity to the far side in the scan range is calculated, and based on the laser radar equation, FIG. 9B. The reception signal-to-noise ratio characteristics with respect to the distance as shown in FIG. FIG. 8B shows the reception strength (reception S / N ratio) with respect to the measurement distance based on the reception S / N ratio characteristic. Then, the reflectance in the scan range as shown in FIG. 9A is calculated from the intensity data obtained by the intensity calculator 9. If the number of integrations is changed to a value as shown in (c) of FIG. 9, for example, from the situation of the reflectivity and reception S / N ratio characteristics as described above, the scan range as shown in (d) of FIG. A stable predetermined reception signal-to-noise ratio can be obtained. That is, the number of times of integration that gives a stable predetermined reception S / N ratio as shown in FIG. Actually, by setting the number of integrations for each number of measurements as shown in FIG. 10C, a relatively stable reception S / N ratio as shown in FIG. 10D can be obtained.

次に、撮像条件演算器１９によって、受信ＳＮ比予測演算器２１によって算出した所定の受信ＳＮ比が得られる積算回数に対するスキャナミラー４の同期条件などの撮像条件を演算し、演算された撮像条件はスキャナドライバ１１および基準クロック制御器１８に送られる。基準クロック制御器１８は撮像条件に準じてデータ取得するようなスキャナ動作タイミングとデータ取得タイミングのクロックの制御信号を発生する。   Next, the imaging condition computing unit 19 computes imaging conditions such as the synchronization condition of the scanner mirror 4 with respect to the number of times of accumulation at which the predetermined received S / N ratio calculated by the received S / N ratio prediction computing unit 21 is obtained. Is sent to the scanner driver 11 and the reference clock controller 18. The reference clock controller 18 generates a scanner operation timing for acquiring data according to the imaging conditions and a clock control signal for the data acquisition timing.

ここで、撮像条件導出後の測定では、図１０のように積算回数毎に測定領域を分けて測定を行ってもよいし、積算回数に上限値を設定して積算してもよい。また、受信ＳＮ比演算は取得した１つの画像から算出してもよいし、複数の画像の平均値から受信ＳＮ比を算出してもよい。   Here, in the measurement after deriving the imaging conditions, the measurement may be performed by dividing the measurement area for each integration number as shown in FIG. 10, or the upper limit value may be set for the integration number. The reception SN ratio calculation may be calculated from one acquired image, or the reception SN ratio may be calculated from an average value of a plurality of images.

最後に、３次元画像演算器１３によって、上記のようにして得られた距離データとビーム照射角度情報から、ターゲット形状の３次元画像を得て、表示器１４にて表示する。   Finally, a three-dimensional image of the target shape is obtained from the distance data and the beam irradiation angle information obtained as described above by the three-dimensional image calculator 13 and displayed on the display 14.

以上のように実施の形態３におけるレーザ３次元画像計測装置においては、受信ＳＮ比が低くなると予測される遠方のターゲットに対して、受信ＳＮ比の低下を補うようにして効率よく撮像することができ、正確な３次元画像を得ることができる。   As described above, in the laser three-dimensional image measurement apparatus according to the third embodiment, it is possible to efficiently capture an image of a distant target that is predicted to have a low reception SN ratio so as to compensate for the decrease in the reception SN ratio. And an accurate three-dimensional image can be obtained.

また上記実施の形態と同様に、レーザ距離測定法に関してパルス方式以外にもｃｗ方式のような位相差から距離を検出する方法にも適用することができる。例えば、レーザ光源がｃｗで変調がかかっていた場合、距離演算器はレーザ発振時の位相とターゲットからの反射光を受光した時の位相の差分からターゲットまでの距離を導出し、強度演算器はターゲットからの反射光の強度からターゲットの強度を導出する。   Similarly to the above embodiment, the laser distance measurement method can be applied to a method of detecting a distance from a phase difference like the cw method in addition to the pulse method. For example, when the laser light source is modulated by cw, the distance calculator derives the distance to the target from the difference between the phase at the time of laser oscillation and the phase when the reflected light from the target is received, and the intensity calculator The intensity of the target is derived from the intensity of the reflected light from the target.

また、レーザビーム形状が扇型で１軸のスキャン方式、またはビームを広げて全領域の距離を一度に測定するスキャンレス方式の場合でも適用することができる。   Further, the present invention can be applied to a case where the laser beam shape is a fan-shaped and uniaxial scanning method or a scanless method in which the distance of the entire region is measured at once by expanding the beam.

また、光検出器である受光器に関して単素子、アレイ検出器、２次元アレイ検出器などで動作するレーザ３次元画像計測装置にも適用することができる。   Further, the present invention can also be applied to a laser three-dimensional image measurement apparatus that operates with a single element, an array detector, a two-dimensional array detector, or the like with respect to a light receiver that is a photodetector.

１ 基準クロック発生器、２ パルスレーザ、３ 送信光学系、４ スキャナミラー、５ レーザ光、６ 受信光学系、７ 受光器、８ データ取得タイミング制御器、９ 強度演算器、１０ 距離演算器、１１ スキャナドライバ、１２ 角度センサ、１３ 次元画像演算器、１４ 表示器、１５ 強度フィルタ演算器、１６ 距離フィルタ演算器、１７ 誤検出データ除去演算器、１８ 基準クロック制御器、１９ 撮像条件演算器、２０ 受信ＳＮ比演算器、２１ 受信ＳＮ比予測演算器。   1 reference clock generator, 2 pulse laser, 3 transmission optical system, 4 scanner mirror, 5 laser beam, 6 reception optical system, 7 light receiver, 8 data acquisition timing controller, 9 intensity calculator, 10 distance calculator, 11 Scanner driver, 12 angle sensor, 13-dimensional image calculator, 14 display, 15 intensity filter calculator, 16 distance filter calculator, 17 false detection data elimination calculator, 18 reference clock controller, 19 imaging condition calculator, 20 Received SN ratio calculator, 21 Received SN ratio prediction calculator.

Claims (3)

基準となるクロック信号に同期させかつスキャンさせてレーザを照射しターゲットからの反射光を受信するレーザ送受信手段と、
受信した反射光を電気信号に変換する受光器と、
前記クロック信号に同期して前記受光器からの電気信号を取り込むデータ取得タイミング制御器と、
前記データ取得タイミング制御器で取り込んだ電気信号からターゲットからの反射光の強度を演算し強度データを出力する強度演算器と、
前記データ取得タイミング制御器で取り込んだ電気信号からターゲットまでの距離を演算し距離データを出力する距離演算器と、
前記強度データから誤検出データの指標となる強度に関する強度フィルタリングデータを算出する強度フィルタ演算器と、
前記距離データから誤検出データの指標となる距離に関する距離フィルタリングデータを算出する距離フィルタ演算器と、
前記強度および距離フィルタリングデータからしきい値演算を行い条件を満たなさない誤検出データを除去した誤検出データ除去データを算出する誤検出データ除去演算器と、
前記誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報から前記ターゲットを含む３次元画像を算出する３次元画像演算器と、
を備えたことを特徴とするレーザ３次元画像計測装置。 Laser transmitting and receiving means for receiving a reflected light from a target by irradiating a laser in synchronization with a reference clock signal and scanning;
A receiver that converts the received reflected light into an electrical signal;
A data acquisition timing controller for capturing an electrical signal from the light receiver in synchronization with the clock signal;
An intensity calculator that calculates the intensity of reflected light from the target from the electrical signal captured by the data acquisition timing controller and outputs intensity data;
A distance calculator that calculates the distance from the electrical signal captured by the data acquisition timing controller to the target and outputs distance data;
An intensity filter calculator for calculating intensity filtering data relating to intensity serving as an index of erroneous detection data from the intensity data;
A distance filter calculator that calculates distance filtering data related to a distance that is an index of erroneous detection data from the distance data;
A false detection data removal calculator that calculates a false detection data removal data obtained by removing a false detection data that does not satisfy a condition by performing a threshold calculation from the intensity and distance filtering data;
A three-dimensional image calculator for calculating a three-dimensional image including the target from distance data of the erroneous detection data removal data and laser irradiation angle information;
A laser three-dimensional image measuring apparatus comprising: 基準となる前記クロックを発生する基準クロック発生器と、
前記強度演算器の強度データまたは強度フィルタ演算器の強度フィルタリングデータおよび誤検出データ除去演算器の誤検出データ除去データから誤検出部分のデータに関し、受信ＳＮ比を算出して所定の受信ＳＮ比となるよう再スキャンによるレーザ照射回数である積算回数を算出する受信強度演算器と、
誤検出部分に係る前記レーザ送受信手段におけるスキャンデータ、前記積算回数に対する同期条件を含む撮像条件を演算して前記レーザ送受信手段に出力する撮像条件演算器と、
前記撮像条件に従ったクロック信号を発生させるクロックの制御信号を前記基準クロック発生器に出力する基準クロック制御器と、
をさらに備え、
前記３次元画像演算器が再スキャンを行った前記誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報から３次元画像を算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ３次元画像計測装置。 A reference clock generator for generating the reference clock;
With respect to the data of the false detection portion from the intensity data of the intensity calculator or the intensity filtering data of the intensity filter calculator and the false detection data removal data of the false detection data removal calculator, a reception SN ratio is calculated to obtain a predetermined reception SN ratio. A received intensity calculator that calculates the number of times of integration that is the number of times of laser irradiation by re-scanning,
An imaging condition computing unit that computes scanning data in the laser transmission / reception means related to an erroneous detection part, imaging conditions including a synchronization condition for the integration count, and outputs the imaging conditions to the laser transmission / reception means,
A reference clock controller for outputting a control signal of a clock for generating a clock signal according to the imaging condition to the reference clock generator;
Further comprising
2. The laser three-dimensional image measurement apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional image calculator calculates a three-dimensional image from distance data and laser irradiation angle information of the erroneous detection data removal data that has been rescanned. 3. . 基準となる前記クロックを発生する基準クロック発生器と、
前記３次元画像演算器の距離データからスキャン範囲内の距離を算出しさらに該距離に対する受信ＳＮ比特性を概算し、また強度演算器の強度データからスキャン範囲内の反射率を算出し、これらに基づき誤検出部分のデータに関し次回以降の測定で所定の受信ＳＮ比が得られる、再スキャンによるレーザ照射回数である積算回数を算出する受信ＳＮ比予測演算器と、
誤検出部分に係る前記レーザ送受信手段におけるスキャンデータ、前記積算回数に対する同期条件を含む撮像条件を演算して前記レーザ送受信手段に出力する撮像条件演算器と、
前記撮像条件に従ったクロック信号を発生させるクロックの制御信号を前記基準クロック発生器に出力する基準クロック制御器と、
をさらに備え、
前記３次元画像演算器が再スキャンを行った前記誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報から３次元画像を算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ３次元画像計測装置。 A reference clock generator for generating the reference clock;
The distance within the scan range is calculated from the distance data of the three-dimensional image calculator, and the received signal-to-noise ratio characteristics with respect to the distance are estimated. The reflectance within the scan range is calculated from the intensity data of the intensity calculator, and A reception SN ratio prediction calculator that calculates the number of integrations, which is the number of times of laser irradiation by re-scanning, in which a predetermined reception SN ratio is obtained in the subsequent measurement on the data of the erroneously detected portion based on;
An imaging condition computing unit that computes scanning data in the laser transmission / reception means related to an erroneous detection part, imaging conditions including a synchronization condition for the integration count, and outputs the imaging conditions to the laser transmission / reception means,
A reference clock controller for outputting a control signal of a clock for generating a clock signal according to the imaging condition to the reference clock generator;
Further comprising
2. The laser three-dimensional image measurement apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional image calculator calculates a three-dimensional image from distance data and laser irradiation angle information of the erroneous detection data removal data that has been rescanned. 3. .
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101145132B1 (en) * 2010-10-27 2012-05-14 한국과학기술원 The three-dimensional imaging pulsed laser radar system using geiger-mode avalanche photo-diode focal plane array and auto-focusing method for the same
JP2012154719A (en) * 2011-01-25 2012-08-16 Omron Corp Object detecting unit
JP2013124882A (en) * 2011-12-13 2013-06-24 Mitsubishi Electric Corp Laser radar device
JP2014055925A (en) * 2012-09-14 2014-03-27 Omron Corp Image processor, object detection method, and object detection program
JP2014109537A (en) * 2012-12-04 2014-06-12 Mitsubishi Electric Corp Laser radar apparatus
WO2017138155A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 パイオニア株式会社 Information processing device, control method, program, and storage medium
JP2018004486A (en) * 2016-07-04 2018-01-11 パイオニア株式会社 Laser emission device, laser emission method, and program
CN109633681A (en) * 2018-12-05 2019-04-16 芜湖智久机器人有限公司 A kind of reflector recognition methods and device
JP2019521314A (en) * 2016-04-26 2019-07-25 セプトン テクノロジーズ，インコーポレイテッド Three-dimensional imaging system
JP2019184545A (en) * 2018-04-17 2019-10-24 株式会社東芝 Image processing device, image processing method, distance measuring device, and distance measuring system
CN113711153A (en) * 2019-04-17 2021-11-26 日本电产株式会社 Map creation system, signal processing circuit, moving object, and map creation method
WO2022158560A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 凸版印刷株式会社 Distance image capturing device and distance image capturing method
CN113711153B (en) * 2019-04-17 2024-04-19 日本电产株式会社 Map creation system, signal processing circuit, mobile object, and map creation method

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101145132B1 (en) * 2010-10-27 2012-05-14 한국과학기술원 The three-dimensional imaging pulsed laser radar system using geiger-mode avalanche photo-diode focal plane array and auto-focusing method for the same
JP2012154719A (en) * 2011-01-25 2012-08-16 Omron Corp Object detecting unit
JP2013124882A (en) * 2011-12-13 2013-06-24 Mitsubishi Electric Corp Laser radar device
JP2014055925A (en) * 2012-09-14 2014-03-27 Omron Corp Image processor, object detection method, and object detection program
JP2014109537A (en) * 2012-12-04 2014-06-12 Mitsubishi Electric Corp Laser radar apparatus
JPWO2017138155A1 (en) * 2016-02-12 2018-12-06 パイオニア株式会社 Information processing apparatus, control method, program, and storage medium
WO2017138155A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 パイオニア株式会社 Information processing device, control method, program, and storage medium
JP2019521314A (en) * 2016-04-26 2019-07-25 セプトン テクノロジーズ，インコーポレイテッド Three-dimensional imaging system
JP2022153439A (en) * 2016-04-26 2022-10-12 セプトン テクノロジーズ，インコーポレイテッド Three-dimensional imaging system
JP7332210B2 (en) 2016-04-26 2023-08-23 セプトン テクノロジーズ，インコーポレイテッド 3D imaging system
JP7108308B2 (en) 2016-04-26 2022-07-28 セプトン テクノロジーズ，インコーポレイテッド 3D imaging system
JP2018004486A (en) * 2016-07-04 2018-01-11 パイオニア株式会社 Laser emission device, laser emission method, and program
JP2019184545A (en) * 2018-04-17 2019-10-24 株式会社東芝 Image processing device, image processing method, distance measuring device, and distance measuring system
US11513221B2 (en) 2018-04-17 2022-11-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Distance measurement processing device, image processing method, and distance measuring system comprising a reliability-degree generation circuit
JP7111497B2 (en) 2018-04-17 2022-08-02 株式会社東芝 Image processing device, image processing method, distance measurement device, and distance measurement system
CN109633681A (en) * 2018-12-05 2019-04-16 芜湖智久机器人有限公司 A kind of reflector recognition methods and device
CN113711153A (en) * 2019-04-17 2021-11-26 日本电产株式会社 Map creation system, signal processing circuit, moving object, and map creation method
CN113711153B (en) * 2019-04-17 2024-04-19 日本电产株式会社 Map creation system, signal processing circuit, mobile object, and map creation method
WO2022158560A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 凸版印刷株式会社 Distance image capturing device and distance image capturing method

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