JP2013125012A

JP2013125012A - 対象物撮像装置

Info

Publication number: JP2013125012A
Application number: JP2011275566A
Authority: JP
Inventors: Noboru Narumi; 昇鳴海
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-24

Abstract

【課題】クラッタ抑圧が十分でしかも十分良好なＳ／Ｎ比が得られる対象物撮像装置を提供すること。
【解決手段】一例の対象物撮像装置によれば、所定周期で連続する複数の送信パルスを発生するレーザパルス発生部と、このレーザパルス発生部により発生した前記送信パルスから得たレーザパルスを対象物に向けて送信する照射部と、２次元状に配設された複数のセンサ素子からなり、前記照射部から送信した前記レーザパルスに対して前記対象物から反射された信号を受光し蓄積する２次元センサと、前記連続するレーザパルス各々に対応する反射信号を前記２次元センサの前記センサ素子に各々受光させるタイミングを制御する受光タイミング制御部と、前記複数の送信パルスに対応して前記センサ素子の各々に蓄積された反射信号をまとめて読み出す読出部とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、移動する対象物を撮像する対象物撮像装置に関する。

従来、移動する対象物に光を照射しその反射光を、２次元にセンサ素子を配列した２次元センサにより受信し連続して画像を得る撮像装置が知られている。この種の撮像装置では、通常、１回の光照射に対して反射光の信号の期間だけ受光し、各２次元配列されているセンサ素子から読み出すことによりクラッタを抑圧している。

この従来の例の波形図を図５に示す。図５（ａ）に示すように所定周期のレーザパルス光５１を生成して対象物に向けて照射する。次いで、図５（ｂ）に示す目標からの反射光５２を、図５（ｃ）に示すように、その反射光の受光期間を示すパルス５３のタイミングで２次元センサを受光可能とすることにより、各センサ素子には、図５（ｄ）に示すような、受光量に対応する電荷５４を蓄積する。この信号を図５（ｅ）に５５で示す時間に各センサ素子から、例えば直列に読み出すことにより、画像信号を得て表示する。

特表２００２−５００３６７号公報

しかし、これでは、反射光の受光期間をパルス５３の期間としたことでクラッタの抑圧は得られるが、各センサ素子で得られる信号が小さく、良好な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の画像が得られない。

また、レーザパルスを放射して対象物から反射して戻ってくる光を異なる積分時間を有する２つの積分窓において複数のレーザパルスの平均値形成により評価することによって高い確実性で３次元距離画像を撮影する撮像方法などが知られている。しかし、処理が複雑であり必ずしも良好なＳ／Ｎ比の画像が得られない。

本発明は、クラッタ抑圧が良好でかつＳ／Ｎ比が十分得られて良好な画像が得られる対象物撮像装置を提供する。

実施形態によれば、所定周期で連続する複数の送信パルスを発生するレーザパルス発生部と、このレーザパルス発生部により発生した前記送信パルスから得たレーザパルスを対象物に向けて送信する照射部と、２次元状に配設された複数のセンサ素子からなり、前記照射部から送信した前記レーザパルスに対して前記対象物から反射された信号を受光し蓄積する２次元センサと、前記連続するレーザパルス各々に対応する反射信号を前記２次元センサの前記センサ素子に各々受光させるタイミングを制御する受光タイミング制御部と、前記複数の送信パルスに対応して前記センサ素子の各々に蓄積された反射信号をまとめて読み出す読出部と、を備えてなることを特徴する対象物撮像装置を提供する。

一実施形態に係る対象物撮像装置の構成を示す図である。図１に示す実施形態の一部の構成例を示す図である。図１に示す実施形態の全体動作を説明するための図である。図１に示す実施形態の個々の動作を説明するための図である。対象物撮像装置の従来の一例の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

一実施形態の対象物撮像装置の構成例を図１に示す。この対象物撮像装置１０は、一連の送信パルスの情報を設定され送信パルスを出力するグループパルス情報設定部１２と、このグループパルス情報設定部１２により設定された数の送信パルスに基づいて、レーザパルスを発生するレーザパルス発生部１３と、実際に対象物１４に向けてレーザパルスを発射する照射部１５と、発射したレーザパルスの対象物からの反射波を受ける２次元センサ１６と、この２次元センサ１６での反射波の受光を制御する受光タイミング制御部１７と、２次元センサ１６で受信した画像信号を読み出して記憶する画像信号読出記憶部１８と、この画像信号読出記憶部１８に記憶されている画像信号から画像を表示する画像表示部１９とを備える。

２次元センサ１６は、ｘ方向とｙ方向の２次元的に配設され、受光した光を電荷として蓄積した後出力するセンサ素子、例えばＣＣＤ素子から成っている。この２次元センサ１６の前に集光レンズを設けてもよい。

受光タイミング制御部１７の具体的構成例を図２に示す。図２において、受光タイミング制御部１７は、グループパルス情報設定部１２からレーザパルスを照射部１５に供給し発射する時点を基準として所定時間遅延させたタイミングで２次元センサを駆動し受光させるタイミング生成部２４と、この画像撮像装置から対象物までの距離を演算する距離演算部２５と、この演算された距離から遅延時間を算定し、タイミング生成部２４に入力する遅延時間算定部２６とを備える。

距離演算部２５における対象物１４までの距離の演算は、照射したレーザパルスから自動的に測定するようにしてもよいし別途、測定あるいは計算した距離を入力するようにしてもよい。グループパルス情報設定部１２は１回の撮像を行う間に発射するレーザパルスを一連のグループパルスとし、その数や間隔等を設定するものであり、それらの設定値は変更可能である。タイミング生成部２４では、照射する各レーザパルスの反射光のタイミングに対応して２次元センサの受光期間を示すタイミングが生成される。

次に、波形の一例を示す図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、この対象物撮像装置１０の動作を説明する。図３（ａ）は、グループパルス情報設定部１２から出力する送信パルス信号に基づいて照射されるレーザパルスの波形例である。図３（ｂ）は、２次元センサ１６により受光される反射光の波形例である。図３（ｃ）は、発射した各レーザパルスのそれぞれに対応する２次元センサの受光タイミングを示し、図３（ｄ）は、２次元センサ１６の読出しタイミングを示す図である。

図３（ａ）（ｃ）を拡大して図４（ａ）（ｂ）に示す。図４（ｃ）は各センサ素子において一連の受信信号の電荷が蓄積される様子を示す。照射されたレーザパルス３１ａ〜３１ｊ（図４（ａ））に対し、それらの反射光４１ａ〜４１ｊ（図４（ｂ））は、測定対象までの距離の２倍に対応する時間Δｔだけ遅延して２次元センサ１６に受光される。この受光タイミングとレーザパルス３１ａ〜３１ｊのパルス幅に合わせて受光タイミング制御部１７は、時間Δｓだけ２次元センサ１６に受光させる。

送信時にはまず、グループパルス情報設定部１２から図３（ａ）に示すような送信パルスを出力する。

グループパルス情報設定部１２は、連続する一連の送信パルス数を変えることが可能である。この送信パルス数を例えば１０とする。したがって、１周期に１０の送信パルスがグループパルス情報設定部１２から出力され、これが所定周期で繰り返される。

この送信パルスは、レーザパルス発生部１３に入力され、パルスレーザを駆動して出力され、照射部１５から送信される。撮像対象である対象物１４までの距離は、距離演算部２５において例えば測定演算され遅延時間算定部２６に入力される。遅延時間算定部２６では距離演算部２５において演算された距離の２倍の距離を光速で除算し、照射部１５から発したパルス光の反射光が受光されるまでのおおよその時間を算定する。この時間を図４（ｂ）ではΔｔで表している。そして、この反射光が受光されるタイミングにおいて、図４（ｂ）に示したように、時間Δｓだけ２次元センサ１６を受光させる。このようにして、受光タイミング制御部１７で制御されたタイミングで、反射信号が２次元センサ１６の各センサ素子に蓄積され、画像信号読出記憶部１８に読み出されて一時的に記憶され、撮像された対象物の画像が画像表示部１９に表示される。

なお、タイミング生成部２４では、遅延時間算定部２６から受けた遅延時間と１パルスに対して受光可能とする時間Δｓから、２次元センサ２４の各センサ素子を受光させるタイミングと時間を決めて、２次元センサ１６の各センサ素子を制御する。

この実施形態では、図４（ａ）に示す１０個のレーザパルス３１ａ，３１ｂ，３１ｃ・・・３１ｊを照射部１５から送信してその反射光を図４（ｂ）に示す受光タイミングパルス４１ａ，４１ｂ，４１ｃ・・・４１ｊのタイミングにおいて、２次元センサ１６の各センサ素子は受光する。その１つのセンサ素子に着目すると、図４（ｃ）に示すように各レーザパルスに対応する反射光の電荷は順次蓄積されていき、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ・・４５ｊに示すように、累積された状態になる。したがって、このようにまとめて読出処理することにより、従来の場合に比べて各センサ素子に蓄積される電荷は大きくなり、出力される画像信号も大きくなって良好なＳ／Ｎ比を得ることが可能となる。

一方、図３（ｄ）にＲで示す、一連の受信信号を２次元センサ１６から読出して記憶する処理時間（読出処理時間）Ｒはセンサ素子の数によって決まり、この期間を確保するために、画像のフレームレートを上げるための制約になっている。同等の効果を得る方法として、読み出した後のデータを加算する方法等が考えられるが、加算する数に対応してフレームレートを上げる必要があり、Ｓ／Ｎ比を向上させる効果は限定されることになる。

しかし、上述の実施形態の場合、フレームレートは、従来の場合（図５（ｅ）参照）に比べて高くする必要はない。なぜなら、上記実施形態の場合、各センサ素子には、複数回例えば１０回、電荷が蓄積されるが、その累積電荷がまとめて一度に読み出されるからである。したがって、本実施形態によれば、フレームレートを高くすることなく良好なＳ／Ｎ比を得ることが可能となる。

ところで、上記実施形態では、画像信号読出記憶部１８で２次元センサ１６から読み出された画像信号が一旦、記憶されていたが、記憶せずすぐに表示するようにしてもよい。

上記実施形態において、この対象物撮像装置と対象物は両方停止してもよいし、どちらか一方が移動していてもよいし、両方移動していてもよい。いずれの場合にもこの対象物撮像装置は用いることが可能である。

以上述べたように、上記実施形態によれば、良好なＳ／Ｎ比が得られ、クラッタ抑圧も十分な対象物撮像装置が得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・・対象物撮像装置
１２・・・・グループパルス情報設定部
１３・・・・レーザパルス発生部
１４・・・・対象物
１５・・・・照射部
１６・・・・２次元センサ
１７・・・・受光タイミング制御部
１８・・・・画像信号読出記憶部
１９・・・・画像表示部
２４・・・・タイミング生成部
２５・・・・距離演算部
２６・・・・遅延時間算定部

Claims

所定周期で連続する複数の送信パルスを発生するレーザパルス発生部と、
このレーザパルス発生部により発生した前記送信パルスから得たレーザパルスを対象物に向けて送信する照射部と、
２次元状に配設された複数のセンサ素子からなり、前記照射部から送信した前記レーザパルスに対して前記対象物から反射された信号を受光し蓄積する２次元センサと、
前記連続するレーザパルス各々に対応する反射信号を前記２次元センサの前記センサ素子に各々受光させるタイミングを制御する受光タイミング制御部と、
前記複数の送信パルスに対応して前記センサ素子の各々に蓄積された反射信号をまとめて読み出す読出部と、
を備えてなることを特徴する対象物撮像装置。
前記レーザパルス発生部で発生する前記連続する複数のレーザパルスの数を変えることが可能なグループパルス情報設定部を更に有することを特徴とする請求項１記載の対象物撮像装置。
前記受光タイミング制御部は、前記反射信号を受光するタイミングを前記対象物までの距離から算出することを特徴とする請求項１又は２記載の対象物撮像装置。
前記受光タイミング制御部は、前記対象物までの距離に基づき前記レーザパルスを送信した時から前記反射信号を受光するまでの遅延時間を算定する遅延時間算定部と、この遅延時間算定部により算定された遅延時間から前記反射信号を受光するタイミングを生成するタイミング生成部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の対象物撮像装置。