JP2013124968A - 自動測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の測距方式では、比較的高い周波数の振動を受ける環境に適用した場合、レーザビームを移動制御する機構の動作が追いつかず、正確な測距が困難になるという問題点があった。
【解決手段】画像Ｐを取得するカメラ１と、カメラ１の画像Ｐを表示する画像表示手段２と、カメラ１と同一方向に向けて配置され且つカメラ１の画像Ｐ内に設定したセンシングエリアＳにレーザ光を走査してその反射光を受信するレーザセンサ３と、レーザセンサ３の信号に基づく距離検出機能を有し且つレーザセンサ３で受信した反射光の信号強度が所定値以上の部分を抽出してその部分を対象物Ｔとする対象物検出手段４と、対象物検出手段４で検出した対象物Ｔまでの距離を表示する対象物表示手段５を備えた自動測距装置とすることで、比較的高い周波数の振動を受ける環境にも適用した場合でも、対象物Ｔまでの距離を正確に測定し得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元空間における対象物までの距離を自動的に測定するのに用いられる自動測距装置に関するものである。

従来、この種の自動測距装置としては、例えば特許文献１に記載されているものがあった。特許文献１に記載の測距方式は、画像データを得るための撮像手段と、撮像手段の画像データから注視すべき特徴点を抽出する画像処理手段と、レーザビームの送信及び受信の時間差に基づいてターゲットまでの距離を測定するレーザ測距手段を備えている。レーザ測距手段は、上下左右にレーザビームを移動制御できる機構を有している。この測距方式は、画像処理手段で抽出した画像データ上の特徴点にターゲットが合うようにレーザビームを移動制御して、レーザ測距手段により特徴点までの距離を測定するものである。

特開平４−１５５２１１号公報

ところが、上記したような測距方式では、画像処理手段による特徴点の抽出と、レーザ測距手段のレーザビームを移動制御する機構との間に、動作の遅れが発生する。このため、従来の測距方式では、例えば、車両等のように比較的高い周波数の振動を受ける環境に適用した場合、レーザビームを移動制御する機構の動作が追いつかず、正確な測距が困難になるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。なお、レーザビームを高速で移動制御する機構を採用することも考えられるが、この場合、装置の製造コストが大幅に増大するという問題がある。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、比較的高い周波数の振動を受ける環境に適用した場合でも、対象物までの距離を正確に測定することができると共に、製造コストの低減をも実現することができる自動測距装置を提供することを目的としている。

本発明に係る自動測距装置は、画像を取得するカメラと、カメラの画像を表示する画像表示手段と、カメラと同一方向に向けて配置され且つカメラの画像内に設定したセンシングエリアにレーザ光を走査してその反射光を受信するレーザセンサと、レーザセンサの信号に基づく距離検出機能を有し且つレーザセンサで受信した反射光の信号強度が所定値以上の部分を抽出してその部分を対象物とする対象物検出手段と、対象物検出手段で検出した対象物までの距離を表示する対象物表示手段を備えた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の自動測距装置は、上記構成を採用したことから、比較的高い周波数の振動を受ける環境に適用した場合でも、対象物までの距離を正確に測定することができると共に、製造コストの低減をも実現することができる。

本発明の自動測距装置の一実施形態を説明するブロック図である。 図１に示す自動測距装置のカメラ及びレーザセンサを示す側面説明図（Ａ）及び正面説明図（Ｂ）である。 図１に示す自動測距装置による画像の一例を示す説明図である。 図１に示す自動測距装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の自動測距装置の他の実施形態を説明するブロック図である。 図５に示す自動測距装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の自動測距装置のさらに他の実施形態を説明するブロック図である。 図７に示す自動測距装置の動作を説明するフローチャートである。

図１〜図４は、本発明の自動測距装置の一実施形態を説明する図である。
図１に示す自動測距装置は、画像を取得するカメラ１と、カメラ１の画像を表示する画像表示手段２と、カメラ１と同一方向に向けて配置され且つカメラ１の画像内に設定したセンシングエリアにレーザ光を走査してその反射光を受信するレーザセンサ３と、レーザセンサ３の信号に基づく距離検出機能を有し且つレーザセンサ３で受信した反射光の信号強度が所定値以上の部分を抽出してその部分を対象物とする対象物検出手段４と、対象物検出手段４で検出した対象物までの距離を表示する対象物表示手段５を備えている。

また、自動測距装置は、カメラ１の画像内に設定したセンシングエリアにレーザ光を走査する手段として、レーザセンサ３に上下左右の振動を付与する振動付与手段６を備えていると共に、カメラ１及びレーザセンサ３を同一方向に向けて保持する保持手段７と、保持手段７を駆動してカメラ１及びレーザセンサ３の向きを変更する方向調整手段８と、
方向調整手段８に方向の指示を行う方向指示手段９を備えている。

さらに、自動測距装置は、前記方向調整手段８からの信号に基づいてカメラ１の向きを検出するカメラ方位検出手段１０を備えていて、前記対象物表示手段５が、先述の如く対象物検出手段４からの信号に基づいて対象物までの距離を表示するのに加えて、カメラ方位検出手段１０からの信号に基づいて対象物までの方位を表示する手段になっている。

カメラ１は、とくに限定されるものではないが、例えば、装置の小型軽量化に有効であるＣＣＤカメラを採用することができる。レーザセンサ３は、レーザ発振器、レーザ光の送信部、反射光の受信部、及び参照光の経路等の光学系を備えたもので、送受信タイミング等の信号を対象物検出手段４に出力する。

カメラ１及びレーザセンサ３は、図２に示すように、少なくとも前方に開放された箱状の保持手段７において、同一方向に向けて配置してある。この実施形態では、図３に示すように、カメラ１の画像Ｐの中央部分に、レーザセンサ３のセンシングエリアＳが設定されるように、カメラ１及びレーザセンサ３を配置している。なお、センシングエリアＳの位置は、画像Ｐの中央部分以外の任意の位置に設定することも可能である。

振動付与手段６は、レーザセンサ３に上下方向の振動を付与する第１バイブレータ６Ａ（図２Ａに示す）と、レーザセンサ３に左右方向の振動を付与する第２バイブレータ６Ｂ（図２Ｂに示す）を備えている。これらのバイブレータ６Ａ，６Ｂによる振幅が、センシングエリアＳの縦横寸法を決定する。

方向調整手段８は、図２（Ａ）に示すように、基台８Ａと、基台８Ａに対して前後左右及び垂直軸回りに回動可能な雲台８Ｂを含み、雲台８Ｂ上に保持手段７を固定すると共に、雲台８Ｂを前後左右及び垂直軸回りに駆動するための駆動部８Ｃを備えている。駆動部８Ｃには、モータ類を含む各種アクチュエータを使用することができる。

画像表示手段２、対象物検出手段４、対象物表示手段５、方向指示手段９、及びカメラ方位検出手段１０は、図２に示す制御部Ｃに含まれる。

画像表示手段２は、画像処理部や画像Ｐを表示するためのモニター等を有している。対象物検出手段４は、レーザセンサ３の信号に基づく距離検出機能を有する。すなわち、レーザ光の送信信号と反射光の受信信号との時間差及び光速に基づいて距離を算出する。この対象物検出手段４には、受信した反射光の信号強度を判定するための任意の閾値が設定してある。方向指示手段９は、例えばジョイスティックを備えており、このジョイスティックの人為的操作により、方向調整手段８を駆動して保持手段７とともにカメラ１及びレーザセンサ３を一体的に回動させ、カメラ１及びレーザセンサ３を任意の方向に向けることができる。

上記構成を備えた自動測距装置は、例えば車両に搭載され、カメラ１で車両前方を撮像する。その自動測距装置の動作を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

自動測距装置は、図４のステップＳ１において、カメラ１、レーザセンサ３及び振動付与手段６の動作を開始する。この際、自動測距装置は、図３に示すカメラ１の画像Ｐを参照し、注視すべき対象物Ｔが画像Ｐの中央部分となるように、方向指示手段９を操作して方向調整手段８を駆動制御し、カメラ１の向きを調整する。この実施形態のレーザセンサ３は、そのセンシングエリアＳが画像Ｐの中央部分に設定してあるので、センシングエリアＳ内に対象物Ｔが入る。なお、図示例の対象物Ｔは、当該車両の前方を同方向に走行する別の車両である。

自動測距装置は、レーザセンサ３からパルス状のレーザ光を送信すると共に、同レーザセンサ３を振動付与手段６によって上下左右に振動させ、センシングエリアＳ内にレーザ光を走査する。換言すれば、振動による走査範囲がセンシングエリアＳである。このとき、レーザ光は、例えば、等間隔で重なった多数の正弦波を描くように走査される。

次に、自動測距装置は、対象物検出手段４により、レーザセンサ３で受信した反射光の信号強度が所定値（Ｓｒ）以上の部分を抽出してその部分を対象物Ｔとする。

具体的には、ステップＳ２において、レーザセンサ３を用いた測定結果から、信号強度が所定値（Ｓｒ）以上の部分を抽出し、ステップＳ３において、所定値（Ｓｒ）以上の部分が最も大きな固まりを成す部分（Ａｍａｘ）を抽出する。そして、ステップＳ４において、上記の固まりを成す部分（Ａｍａｘ）における平均距離（Ｄｍ）を求め、その平均距離を対象物Ｔとの距離（Ｄ＝Ｄｍ）とする。

また、自動測距装置は、上記の如く方向調整手段８を駆動制御すると、その信号がカメラ方位検出手段１０に入力され、ステップＳ５において、カメラ１の方位を求める。つまり、カメラ方位検出手段１０では、予め設定した基準座標に対する上下方向及び左右方向のカメラの方位（ずれ量）を検出する。

その後、自動測距装置は、ステップＳ６において、対象物Ｔまでの距離及び方位を画像表示手段２に表示する。例えば、図３に示すように、画像Ｐ上に、対象物Ｔまでの距離Ｄ１や、カメラ１の方位（向き）Ｄ２を表示する。

本発明の自動測距装置は、上述したように、カメラ１を注視すべき対象物Ｔに向けてセンシングエリアＳに同対象物Ｔが含まれるようにし、この状態でセンシングエリアＳの全面にわたってレーザ光を均一に走査する。このため、対象物Ｔから外れたレーザ光は、遠方で反射するので、反射光の信号強度が小さくなる。また、対象物Ｔに照射されたレーザ光は、近くで反射するので、その反射光の信号強度が大きくなる。対象物Ｔが金属等である場合にも信号強度が大きくなる。これにより、自動測距装置は、レーザセンサ３で受信した反射光の信号強度が所定値以上の部分を抽出してその部分を対象物Ｔとする。

さらに、自動測距装置は、対象物表示手段５において、対象物検出手段４で検出した対象物Ｔまでの距離と、カメラ方位検出手段１０で検出したカメラ１の方位を表示し、これらを画像表示手段２に入力することで、図３に示す如く対象物Ｔまでの距離Ｄ１や、カメラ１の方位（向き）Ｄ２を画像Ｐ上に表示することができる。

上記の自動測距装置は、車両に搭載した場合のように、比較的高い周波数の振動を受ける環境であっても、対象物Ｔまでの距離を正確に測定し得る。つまり、自動測距装置を車両に搭載し、前方を同方向に走行する別の車両を対象物Ｔとした場合、画像Ｐ上の対象物Ｔは、一定位置に止まることが殆どなく、常に上下左右に振動するようにずれる。これに対して、自動測距装置は、カメラ１とレーザセンサ３を一体的に動作させて、センシングエリアＳ内に対象物Ｔを捉え、この状態でレーザ光の走査を行うので、一定の広さを有するセンシングエリアＳ内に対象物Ｔを捉えている限り、対象物Ｔまでの距離を測定することができる。したがって、車載した場合のように、画像Ｐにおいて対象物Ｔが上下左右に動いても、対象物Ｔまでの距離測定を行うことができる。

また、自動測距装置は、画像処理で抽出した特徴点にターゲットが合うようにレーザビームを移動制御していた従来の装置に比べて、カメラ１とレーザセンサ３を一体的に動作させるので、双方の間に動作の遅れが生じることは無く、構造が簡単になって製造コストの低減を実現することができる。

さらに、レーザ光を一定のエリアに走査するには、従来既知の回転多面鏡などを使用することも可能であるが、上記実施形態の自動測距装置では、センシングエリアＳにレーザ光を走査する手段として振動付与手段６（第１及び第２のバイブレータ６Ａ，６Ｂ）を採用したので、構造のさらなる簡略化や製造コストのさらなる低減を図ることができる。

さらに、自動測距装置は、保持手段７、方向調整手段８及び方向指示手段９を採用したことにより、カメラ１の方向を人為的又は自動的に且つ容易に調整することができる。さらに、自動測距装置は、カメラ方位検出手段１０を採用したことにより、対象物表示手段５において対象物Ｔの距離及び方位が表示され、これらのデータを画像表示手段２に入力して画像Ｐ上に表すこともできる。

図５〜図８は、本発明の自動測距装置の他の実施形態を夫々説明する図である。なお、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示す自動測距装置は、対象物検出手段４が、レーザセンサ３で受信した反射光の信号強度が所定値以上であり且つ測定距離が最も近い部分を抽出して、その部分を対象物Ｔとする手段になっている。この信号強度の判定には、任意の閾値を設定する。

図６は、図５に示す自動測距装置の動作を説明するフローチャートであり、ステップＳ１１，Ｓ１２、Ｓ１５及びＳ１６は、図４に示す実施形態のステップＳ１，Ｓ２、Ｓ５及びＳ６と同じである。この実施形態では、ステップＳ１３において、信号強度が所定値（Ｓｒ）以上の部分で最も距離が近い部分（Ａ）を抽出し、ステップＳ１４において、最も距離が近い部分の距離を対象物Ｔまでの距離（Ｄ）とする。

上記の自動測距装置では、センシングエリアＳ内に対象物Ｔを捉え、この状態でレーザ光の走査を行うので、先述の如く、対象物Ｔから外れたレーザ光は遠方で反射して信号強度が小さくなり、対象物Ｔに照射されたレーザ光は近くで反射して信号強度が大きくなる。そこで、この実施形態の自動測距装置は、信号強度が所定値以上で且つ測定距離が最も近い部分を対象物Ｔとする。これにより、自動測距装置は、先の実施形態と同様の効果を得ることができるうえに、対象物Ｔの抽出や距離測定をより一層正確に行うことができる。

図７に示す自動測距装置は、図１に示す装置と同様の基本構成に加えて、レーザ送信方向検出手段２１と、レーザ反射位置検出手段２２を備えている。この実施形態の対象物検出手段４は、距離検出機能を有し且つレーザセンサ３で受信した反射光の信号強度が所定値以上の部分を抽出してその部分を対象物とする手段である。

レーザ送信方向検出手段２１は、振動付与手段６からの信号に基づいてセンシングエリアＳに対するレーザ光の送信方向を検出する。すなわち、レーザ送信方向検出手段２１は、振動付与手段６の動作開始タイミングや振動周期などの信号に基づいて、レーザ光の送信方向を時系列的に検出することができる。つまり、任意の時点でのレーザ光の送信方向を特定し得る。

レーザ反射位置検出手段２２は、対象物検出手段４及び上記のレーザ送信方向検出手段２１からの信号に基づいてセンシングエリアＳ内における反射光の信号強度が所定値以上の部分の位置を検出する。すなわち、対象物検出手段４により、信号強度が所定値以上の部分である対象物Ｔが検出され、レーザ送信方向検出手段２１により、対象物Ｔを捉えた時点でのレーザ光の送信方向が判るので、センシングエリアＳ内における対象物Ｔの位置（座標）を特定することができる。

図８は、図７に示す自動測距装置の動作を説明するフローチャートであり、ステップＳ２１〜Ｓ２６は、図４に示す実施形態のステップＳ１〜Ｓ６と同じである。この実施形態では、ステップＳ２７において、レーザ送信方向検出手段２１により、記録された方位情報から固まりを成す部分（Ａｍａｘ）の平均方向（θｍ）を算出する。そして、ステップＳ２８において、レーザ反射位置検出手段２２により、対象物Ｔまでの距離（Ｄ）と上記平均方向（θｍ）に相当する画像Ｐ上の位置を求め、対象物Ｔの位置マークを画像表示手段２に表示する。

上記の自動測距装置は、先の実施形態と同様の効果を得ることができるうえに、レーザ反射位置検出手段２２の検出信号を画像表示手段２に入力することにより、図３に示すように、画像Ｐ上における対象物Ｔの位置に、マーキングＭを表示することができる。

本発明の自動測距装置は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の細部を適宜変更することが可能である。また、自動測距装置は、車載用だけでなく、上下左右に振動するような挙動を示す対象物の距離測定にも非常に有効である。

１ カメラ
２ 画像表示手段
３ レーザセンサ
４ 対象物検出手段
５ 対象物表示手段
６ 振動付与手段
７ 保持手段
８ 方向調整手段
９ 方向指示手段
１０ カメラ方位検出手段
２１ レーザ送信方向検出手段
２２ レーザ反射位置検出手段
Ｐ 画像
Ｓ センシングエリア
Ｔ 対象物

Claims (6)

1. 画像を取得するカメラと、
   カメラの画像を表示する画像表示手段と、
   カメラと同一方向に向けて配置され且つカメラの画像内に設定したセンシングエリアにレーザ光を走査してその反射光を受信するレーザセンサと、
   レーザセンサの信号に基づく距離検出機能を有し且つレーザセンサで受信した反射光の信号強度が所定値以上の部分を抽出してその部分を対象物とする対象物検出手段と、
   対象物検出手段で検出した対象物までの距離を表示する対象物表示手段を備えたことを特徴とする自動測距装置。
2. カメラの画像内に設定したセンシングエリアにレーザ光を走査する手段として、レーザセンサに上下左右の振動を付与する振動付与手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の自動測距装置。
3. カメラ及びレーザセンサを同一方向に向けて保持する保持手段と、
   保持手段を駆動してカメラ及びレーザセンサの向きを変更する方向調整手段と、
   方向調整手段に方向の指示を行う方向指示手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動測距装置。
4. 前記方向調整手段からの信号に基づいてカメラの向きを検出するカメラ方位検出手段を備え、
   前記対象物表示手段が、対象物検出手段及びカメラ方位検出手段からの信号に基づいて対象物までの距離及び方位を表示する手段であることを特徴とする請求項３に記載の自動測距装置。
5. 前記対象物検出手段が、レーザセンサで受信した反射光の信号強度が所定値以上であり且つ測定距離が最も近い部分を抽出して、その部分を対象物とする手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動測距装置。
6. 前記振動付与手段からの信号に基づいてセンシングエリアに対するレーザ光の送信方向を検出するレーザ送信方向検出手段と、
   前記対象物検出手段及びレーザ送信方向検出手段からの信号に基づいてセンシングエリア内における反射光の信号強度の大きい部分の位置を検出するレーザ反射位置検出手段を備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の自動測距装置。

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