JP2015052506A - Laser radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、レーザレーダ装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a laser radar device.
レーザレーダ装置は、例えば、レーザ発生部で発生させたレーザ光を目標物体の方向に照射し、その反射光を受光部で受光して測距処理を施すことによって、目標物体との距離を計測する。目標物体が移動する場合には、例えば、さらにカメラ等の撮像部を備え、この撮像部で撮像した目標物体及びその反射光を含む画像に基づき、レーザ光の照射方向が目標物体の方向に追随するように、レーザ発生部及び受光部の指向方向を駆動制御する。そして、移動する目標物体に対しても確実にレーザ光を照射し、その反射光を継続して受光することによって、目標物体との距離を継続的に取得する。 The laser radar device measures the distance to the target object by, for example, irradiating the laser beam generated by the laser generator in the direction of the target object, receiving the reflected light at the light receiver, and performing a distance measurement process. To do. When the target object moves, for example, an imaging unit such as a camera is further provided, and the irradiation direction of the laser light follows the direction of the target object based on the target object imaged by the imaging unit and its reflected light. In this manner, the directivity directions of the laser generator and the light receiver are driven and controlled. Then, the moving target object is surely irradiated with laser light, and the reflected light is continuously received, whereby the distance to the target object is continuously acquired.
ところで、この種のレーザレーダ装置においては、安全性等を考慮して、使用するレーザ光としては赤外線領域のレーザ光が採用されることが多い。しかしながら、目標物体は、赤外線を含む背景の中に存在することが多い。また、目標物体自身が多くの赤外線を放出している場合もある。特に、目標物体の背景からの赤外線レベルが高い場合や、目標物体自身の赤外線の放出レベルが高い場合は、これらがノイズとなって反射光のS/N比(信号対雑音比)が低下する。さらに、反射光自体が微弱な場合等は、一層S/N比が劣化してしまう。 By the way, in this type of laser radar apparatus, in consideration of safety and the like, laser light in the infrared region is often adopted as the laser light to be used. However, the target object often exists in a background including infrared rays. In addition, the target object itself may emit a lot of infrared rays. In particular, when the infrared level from the background of the target object is high, or when the infrared emission level of the target object itself is high, these become noise and the S / N ratio (signal-to-noise ratio) of the reflected light decreases. . Furthermore, when the reflected light itself is weak, the S / N ratio is further deteriorated.
このため、上述した撮像部で取得された画像中の反射光や、受光部で受光された反射光のいずれにおいても、反射光のS/N比を十分に確保することができないために、照射したレーザ光に対する本来の反射光とそれ以外とを弁別することが困難な場合があり、目標物体の検出及び測距が安定しないことがあった。 For this reason, it is impossible to secure a sufficient S / N ratio of the reflected light in any of the reflected light in the image acquired by the imaging unit and the reflected light received by the light receiving unit. In some cases, it is difficult to discriminate the original reflected light from the laser beam and the other, and detection of the target object and distance measurement may not be stable.
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、照射したレーザ光に対する目標物体からの反射光のS/N比を確保して安定した目標検出を行うとともに、それに基づく確実な照射方向の制御、及び良好な精度での目標物体の測距を可能とするレーザレーダ装置を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and performs stable target detection while ensuring an S / N ratio of reflected light from a target object with respect to irradiated laser light, and based on it. An object of the present invention is to provide a laser radar device that enables reliable control of an irradiation direction and distance measurement of a target object with good accuracy.
上記目的を達成するために、第1の実施形態のレーザレーダ装置は、目標に向けてレーザ光を照射し、その反射光に基づき照射方向を制御しながら、前記目標との距離を継続して取得するレーザレーダ装置であって、直線偏光のレーザ光を発生し照射するレーザ光発生部と、所定の偏光方向の光を透過する第1の偏光板と、前記第1の偏光板を回動させてその偏光方向を可変する第1の偏光板駆動制御部と、前記レーザ光の反射光を前記第1の偏光板を通して受光し、その反射光中から目標を検出するとともに、この目標との距離を取得する測距処理部と、所定の偏光方向の光を透過する第2の偏光板と、前記第2の偏光板を回動させてその偏光方向を可変する第2の偏光板駆動制御部と、前記レーザ光発生部の照射方向に対する所定範囲の視野内を前記第2の偏光板を通して撮像した画像を取得し、この画像に撮像された前記レーザ光の反射光から前記目標を検出するとともに、この目標の画像内での位置情報に基づいて、前記レーザ光発生部から照射されるレーザ光の照射方向を制御する照射方向制御部とを備え、前記第1の偏光板駆動制御部は、前記測距処理部における目標からの反射光の受光レベルに基づいて前記第1の偏光板を回動させてその偏光方向を可変するとともに、前記第2の偏光板駆動制御部は、前記照射方向制御部における目標からの反射光の受光レベルに基づいて前記第2の偏光板を回動させてその偏光方向を可変することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the laser radar device according to the first embodiment irradiates a laser beam toward a target, and continues the distance from the target while controlling the irradiation direction based on the reflected light. A laser radar device for obtaining a laser light generator for generating and irradiating linearly polarized laser light, a first polarizing plate that transmits light in a predetermined polarization direction, and rotating the first polarizing plate A first polarizing plate drive control unit that changes a polarization direction of the first polarizing plate, receives reflected light of the laser light through the first polarizing plate, detects a target from the reflected light, and A distance measurement processing unit that acquires a distance, a second polarizing plate that transmits light in a predetermined polarization direction, and a second polarizing plate drive control that rotates the second polarizing plate to change the polarization direction. And a predetermined range with respect to the irradiation direction of the laser beam generator An image obtained by imaging the field through the second polarizing plate is acquired, the target is detected from the reflected light of the laser light imaged in the image, and the position information in the image of the target is used. An irradiation direction control unit that controls the irradiation direction of the laser light emitted from the laser light generation unit, and the first polarizing plate drive control unit sets the light reception level of the reflected light from the target in the distance measurement processing unit. The first polarizing plate is rotated on the basis thereof to change the polarization direction thereof, and the second polarizing plate drive control unit is configured to change the polarization direction based on the light reception level of the reflected light from the target in the irradiation direction control unit. The second polarizing plate is rotated to change the polarization direction.
また、第2の実施形態のレーザレーダ装置は、目標に向けてレーザ光を照射し、その反射光に基づき照射方向を制御しながら、前記目標との距離を継続して取得するレーザレーダ装置であって、直線偏光のレーザ光を発生し照射するレーザ光発生部と、所定の偏光方向の光を透過する偏光板と、前記偏光板を回動させてその偏光方向を可変する偏光板駆動制御部と、前記レーザ光の反射光を前記偏光板を通して受光し、その反射光中から目標を検出するとともに、この目標との距離を取得する測距処理部と、前記レーザ光発生部の照射方向に対する所定範囲の視野内を前記偏光板を通して撮像した画像を取得し、この画像に撮像された前記レーザ光の反射光から前記目標を検出するとともに、この目標の画像内での位置情報に基づいて、前記レーザ光発生部から照射されるレーザ光の照射方向を制御する照射方向制御部とを備え、前記偏光板駆動制御部は、前記測距処理部における目標からの反射光の受光レベルと、前記照射方向制御部における目標からの反射光の受光レベルとのどちらか一方、または両方に基づいて前記偏光板を回動させてその偏光方向を可変することを特徴とする。 The laser radar device according to the second embodiment is a laser radar device that irradiates laser light toward a target and continuously acquires the distance from the target while controlling the irradiation direction based on the reflected light. A laser beam generator for generating and irradiating linearly polarized laser light, a polarizing plate that transmits light of a predetermined polarization direction, and a polarizing plate drive control that rotates the polarizing plate to change its polarization direction. And a distance measurement processing unit that receives the reflected light of the laser light through the polarizing plate, detects a target from the reflected light, and obtains a distance from the target, and an irradiation direction of the laser light generating unit An image obtained by imaging the field of view within a predetermined range through the polarizing plate is acquired, the target is detected from the reflected light of the laser light imaged in the image, and based on position information in the target image The above An irradiation direction control unit that controls the irradiation direction of the laser light emitted from the laser light generation unit, the polarizing plate drive control unit, the light reception level of the reflected light from the target in the distance measurement processing unit, The polarization direction is varied by rotating the polarizing plate based on one or both of the received light level of the reflected light from the target in the irradiation direction control unit.
以下に、本実施形態に係るレーザレーダ装置を実施するための最良の形態について、図1乃至図4を参照して説明する。 The best mode for carrying out the laser radar device according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS.
図1は、本実施形態に係るレーザレーダ装置の第1の実施例の構成を示すブロック図である。図1に例示したように、このレーザレーダ装置1は、送受光部10、制御部20、及び駆動部30から構成されている。送受光部10は、所定のタイミングで直線偏光のレーザ光を発光し照射するとともに、偏光方向が可変の偏光板を通してその反射光を受光し、電気信号に変換して制御部20に送出する。また、後述の駆動部30によって、レーザ光の送受光方向が目標の方向を指向するように駆動される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first example of the laser radar apparatus according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 1, the
制御部20は、送受光部10のレーザ発光タイミングを制御するとともに、送受光部10から送られてくる、偏光板を通して受光した反射光信号(電気信号)に基づいて、目標へのレーザ光の照射が継続されるように駆動部30を制御し、送受光部10を目標の方向に指向させながら、目標との距離を継続的に取得する。また、本実施例においては、後述するが、偏光板を通して受光した反射光中における目標のS/N比に着目し、目標のS/N比が最良となるように、送受光部10の偏光板の偏光方向を制御する。駆動部30は、制御部20からの制御に基づいて、送受光部10を方位角方向及び仰角方向の2軸まわりに駆動し、その送受光の方向を目標の方向に指向させる。
The
次に、送受光部10、及び制御部20の構成について詳述する。まず、送受光部10は、レーザ発光部11、偏光板(#1)12、偏光板駆動部(#1)13、反射光受光器14、偏光板(#2)15、偏光板駆動部(#2)16、及び撮像部17を備えている。レーザ発光部11は、後述の制御部20内の発光タイミング制御部21からの発光タイミング信号に基づいて直線偏光のレーザ光を発光し、対象の方向に照射する。本実施例においては、レーザ光をパルス状に発光するものとしている。
Next, the configuration of the light transmitting / receiving unit 10 and the
第1の偏光板としての偏光板(#1)12は、反射光受光器14の受光経路(図示せず)の直前に設けられ、レーザ発光部11から照射されたレーザ光に対する反射光、及び背景光を含み到来する光の中から、所定の偏光方向の光を透過する。偏光板駆動部(#1)13は、制御部20内の偏光板駆動信号生成部(#1)24からの駆動信号により、この偏光板(#1)12を回動させてその偏光方向を可変設定する。反射光受光器14は、偏光板(#1)12の透過光を受光して電気信号に変換し、制御部20内の受光処理部22に送出する。
A polarizing plate (# 1) 12 as a first polarizing plate is provided immediately before the light receiving path (not shown) of the
第2の偏光板としての偏光板(#2)15は、撮像部17の受光経路(図示せず)の直前に設けられ、偏光板(#1)12と同様に、レーザ発光部11から照射されたレーザ光に対する反射光、及び背景光を含む到来する光の中から、所定の偏光方向の光を透過する。偏光板駆動部(#2)16は、制御部20内の偏光板駆動信号生成部(#2)26からの駆動信号により、偏光板(#2)16を回動させてその偏光方向を可変設定する。撮像部17は、例えばカメラ等であり、レーザ発光部11の照射方向に対して2次元の所定範囲の視野を有し、この視野を偏光板(#2)15を通して撮像した2次元画像を取得して、画像信号として制御部20内の画像処理部25に送出する。
A polarizing plate (# 2) 15 as a second polarizing plate is provided immediately before a light receiving path (not shown) of the imaging unit 17 and is irradiated from the laser
次に、制御部20は、発光タイミング制御部21、受光処理部22、測距解析部23、偏光板駆動信号生成部(#1)24、画像処理部25、偏光板駆動信号生成部(#2)26、及び駆動信号生成部27を備えている。発光タイミング制御部21は、レーザ発光部11をパルス発光させるための発光タイミング信号を生成し、レーザ発光部11及び測距解析部23に送出する。
Next, the
受光処理部22は、反射光受光器14から受け取った反射波信号中から目標を検出し、その検出タイミングを測距解析部23に通知するとともに、目標検出時における反射信号中での目標のS/N比を取得して、偏光板駆動信号生成部(#1)24に送出する。測距解析部23は、発光タイミング制御部21からの発光タイミング信号、及び受光処理部22からの目標の検出タイミング信号に基づいて、検出した目標との距離を算出し、測距結果として出力する。
The light
偏光板駆動信号生成部(#1)24は、受光処理部22で取得した目標のS/N比を受け取るとともに、反射光受光器14からの反射波信号中で、この目標のS/N比が最良となるように、偏光板(#1)12の偏光方向を設定するための駆動信号を生成し、偏光板駆動部(#1)13に送出する。画像処理部25は、撮像部17からの画像信号を受け取って目標を検出するとともに、検出した目標の視野内における位置情報を取得して駆動信号生成部27に送出する。また、目標検出時における画像信号中での目標のS/N比を取得して、偏光板駆動信号生成部(#2)26に送出する。
The polarizing plate drive signal generation unit (# 1) 24 receives the target S / N ratio acquired by the light
偏光板駆動信号生成部(#2)26は、画像処理部25で取得した目標のS/N比を受け取るとともに、撮像部17からの画像信号中で、この目標のS/N比が最良となるように、偏光板(#2)15の偏光方向を設定するための駆動信号を生成し、偏光板駆動部(#2)16に送出する。駆動信号生成部27は、画像処理部25で取得した、撮像部17の視野内における目標の位置情報を受け取って、送受光部10が目標の方向に指向するように、駆動部30を方位角方向及び仰角方向に駆動するための駆動信号を生成し、駆動部30に送出する。
The polarizing plate drive signal generation unit (# 2) 26 receives the target S / N ratio acquired by the
上記した構成においては、レーザ光発生部には、レーザ発光部11、及び発光タイミング制御部21が対応する。第1の偏光板には、偏光板(#1)12が対応する。第1の偏光板駆動制御部には、偏光板駆動部(#1)13、及び偏光板駆動信号生成部(#1)24が対応する。測距処理部には、反射光受光器14、受光処理部22、及び測距解析部23が対応する。第2の偏光板には、偏光板(#2)15が対応する。第2の偏光板駆動制御部には、偏光板駆動部(#2)16、及び偏光板駆動信号生成部(#2)26が対応する。照射方向制御部には、撮像部17、画像処理部25、駆動信号生成部27、及び駆動部30が対応する。
In the configuration described above, the laser
そして、レーザ光発生部は、直線偏光のレーザ光を照射し、測距処理部は、第1の偏光板を透過した反射光の中から目標を検出して測距するとともに、第1の偏光板駆動制御部は、第1の偏光板を回動し、反射光中での目標のS/N比が最良となるようにその偏光方向を可変する。これによって、測距処理部は、良好なS/N比のもとで目標を測距できる。 The laser light generation unit irradiates linearly polarized laser light, and the distance measurement processing unit detects the distance from the reflected light that has passed through the first polarizing plate and measures the distance. The plate drive control unit rotates the first polarizing plate and changes the polarization direction so that the target S / N ratio in the reflected light is the best. Thereby, the distance measurement processing unit can measure the target under a good S / N ratio.
また、照射方向制御部は、第2の偏光板を透過した反射光の中から目標を検出してレーザ光の照射方向を制御するとともに、第2の偏光板駆動制御部は、第2の偏光板を回動し、反射光中での目標のS/N比が最良となるようにその偏光方向を可変する。これによって、照射方向制御部は、良好なS/N比のもとで取得した目標の方向に基づいて、レーザ光の照射方向を制御できる。 The irradiation direction control unit detects the target from the reflected light that has passed through the second polarizing plate to control the irradiation direction of the laser light, and the second polarizing plate drive control unit includes the second polarizing plate. The plate is rotated and its polarization direction is varied so that the target S / N ratio in the reflected light is the best. Thus, the irradiation direction control unit can control the irradiation direction of the laser light based on the target direction acquired under a good S / N ratio.
次に、前出の図1、及び図2のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施例のレーザレーダ装置1の動作について説明する。なお、以下の説明では、一例として、目標は移動する目標とし、この移動する目標にレーザ光が継続して照射されるように、目標の移動に伴って照射方向を制御しながら、その距離を継続的に取得する場面を取り上げて説明する。図2は、このレーザレーダ装置1の動作を説明するためのフローチャートである。
Next, the operation of the
レーザレーダ装置1の動作開始が指示されると、装置内の各部が初期化され、必要な初期設定がなされる。この初期設定の中には、偏光板(#1)12、及び偏光板(#2)15の偏光方向の設定も含まれる(ST21)。次いで、発光タイミング制御部21からの発光タイミング信号に基づいて、送受光部10のレーザ発光部11から、直線偏光のレーザ光が目標の方向に照射される(ST22)。
When the operation start of the
照射したレーザ光に対する反射光は、偏光板(#1)12及び偏光板(#2)15を通して受光される。本実施例においては、目標は移動するものとしているので、この反射光を受光して、本レーザレーダ装置1は、目標に対してレーザ光が継続して照射されるように照射方向を制御しながら、目標との距離を継続して取得する。すなわち、照射方向制御のための動作と測距のための動作とが、並行して実行されてゆく。ここで、照射方向制御のための動作については図2中のST23の動作ステップとして、また測距のための動作についてはST24の動作ステップとして、それぞれ示してある。以下に、これら2つの動作ステップについて説明する。
The reflected light with respect to the irradiated laser light is received through the polarizing plate (# 1) 12 and the polarizing plate (# 2) 15. In this embodiment, since the target moves, the reflected laser beam is received, and the
まず、照射方向を制御するST23の動作ステップについて説明する。背景光を含む目標からの反射光は、偏光板(#2)15を通して撮像部17で撮像される。このときに、偏光板(#2)15を透過する光は、この偏光板と同一の偏光方向を有する光である(ST231)。撮像部17は、レーザ光の照射方向に2次元の視野を有しており、偏光板(#2)15を通して、目標及びその反射光を含むこの視野を撮像し、その2次元画像を取得する。なお、撮像に際しては、例えば、目標との距離情報に基づき設定した、距離ゲートを適用して撮像することもできる。取得された2次元画像は、画像信号として画像処理部25に送出される(ST232)。
First, the operation step of ST23 for controlling the irradiation direction will be described. The reflected light from the target including background light is imaged by the imaging unit 17 through the polarizing plate (# 2) 15. At this time, the light transmitted through the polarizing plate (# 2) 15 is light having the same polarization direction as that of the polarizing plate (ST231). The imaging unit 17 has a two-dimensional field of view in the laser light irradiation direction, and images the field of view including the target and its reflected light through the polarizing plate (# 2) 15, and acquires the two-dimensional image. . In imaging, for example, imaging can be performed by applying a distance gate set based on distance information to the target. The acquired two-dimensional image is sent to the
次いで、画像処理部25では、この画像信号(2次元)から目標の検出が行われる。そして、検出した目標の画像中での検出位置に基づき、撮像された視野内における目標の位置情報が取得され、駆動信号生成部27に送出される(ST233)。同時に、画像信号中における目標検出時の目標のS/N比も取得され、偏光板駆動信号生成部(#2)26に送出される(ST234)。
Next, the
次いで、偏光板駆動信号生成部(#2)26では、画像処理部25から目標のS/N比に基づいて、その値が偏光板(#2)15の偏光方向を考慮して最良であるか否かが判定される。すなわち、目標は、偏光板(#2)15を通して受光された反射光の中から検出されるが、目標からの反射光と偏光板(#2)15との偏光方向とが合致していないと、画像処理部25における目標検出時に、十分なS/N比が確保されない場合がある。このため、目標からの反射光のレベルが高く受光され、それ以外の背景光等のレベルが低く受光されてそのS/N比が最良となっているか否かが判定される(ST235)。
Next, in the polarizing plate drive signal generation unit (# 2) 26, the value is the best considering the polarization direction of the polarizing plate (# 2) 15 based on the target S / N ratio from the
そして、最良ではないと判断されると(ST235のN)、偏光板駆動信号生成部(#2)26から偏光板駆動部(#2)16に対して駆動信号が送出され、偏光板(#2)15の偏光方向と目標からの反射光の偏光方向とがより良く合致するように、偏光板(#2)15が偏光板駆動部(#2)16によって回動される。これによって、画像処理部25では、目標に対して最良のS/N比が確保された状態で目標を検出することができるとともに、この目標検出結果に基づく後段での処理等を、安定したものとすることができる(ST236)。
If it is determined that it is not the best (N in ST235), a driving signal is sent from the polarizing plate driving signal generation unit (# 2) 26 to the polarizing plate driving unit (# 2) 16, and the polarizing plate (# 2) The polarizing plate (# 2) 15 is rotated by the polarizing plate driver (# 2) 16 so that the polarization direction of 15 and the polarization direction of the reflected light from the target are better matched. As a result, the
また、上記した目標のS/N比に基づく偏光板(#2)15の偏光方向の制御動作と並行して、駆動信号生成部27では、画像処理部25で取得した撮像部17の視野内における目標の位置情報に基づいて、レーザ光発光部11からのレーザ光が目標に対して継続して照射されるように、照射方向が制御される。すなわち、目標の移動に伴って、撮像部17の視野内における目標の位置は変化するが、駆動信号生成部27は、この位置の変化に追随するように、送受光部10を方位角及び仰角方向に駆動するための駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、駆動部30に送出され、送受光部10は、駆動部30によって目標の方向を指向するように駆動される。
Further, in parallel with the control operation of the polarization direction of the polarizing plate (# 2) 15 based on the target S / N ratio, the drive
この動作ステップでは、画像処理部25から送られてくる、目標の視野内における位置情報を入力情報としている。この位置情報は、上述したST231〜ST236の動作ステップにおいて良好なS/N比のもとで取得されている。これにより、照射方向の制御をより安定して確実に行うことができる(ST237)。
In this operation step, position information in the target visual field sent from the
次に、測距を行う動作ステップである、ST24の動作ステップについて説明する。背景光を含む目標からの反射光は、偏光板(#1)12を通して反射光受光器14で受光される。このときに、偏光板(#1)12を透過する光は、この偏光板と同一の偏光方向を有する光である(ST241)。反射光受光器14は、偏光板(#1)12を通して反射光を受光し、電気信号に変換する。電気信号に変換された反射波は、反射波信号として受光処理部22に送出される(ST242)。
Next, the operation step of ST24, which is an operation step for performing distance measurement, will be described. The reflected light from the target including the background light is received by the reflected
次いで、受光処理部22では、反射波信号中から目標の検出が行われる。そして、反射波信号中における目標の検出タイミングが取得され、測距解析部23に通知される。同時に、反射波信号中における目標検出時の目標のS/N比も取得され、偏光板駆動信号生成部(#1)24に送出される(ST244)。
Next, the light receiving
次いで、偏光板駆動信号生成部(#1)24では、受光処理部22からの目標のS/N比を受け取って、その値が偏光板(#1)12の偏光方向を考慮して最良となっているか否かが判定される(ST245)。そして、最良でないと判断されると(ST245のN)、偏光板駆動信号生成部(#1)24から偏光板駆動部(#1)13に対して駆動信号が送出され、偏光板(#1)12の偏光方向と目標からの反射光の偏光方向とがより良く合致するように、偏光板(#1)12が偏光板駆動部(#1)13によって回動される。これによって、受光処理部22では、目標に対して最良のS/N比が確保された状態で安定した目標を検出することができるとともに、この目標検出結果に基づく後段での測距等において、良好な精度を維持することができる(ST246)。
Next, the polarizing plate drive signal generation unit (# 1) 24 receives the target S / N ratio from the light receiving
また、上記した目標のS/N比に基づく偏光板(#1)12の偏光方向の制御動作と並行して、測距解析部23では、目標の測距が行われる。すなわち、発光タイミング制御部21からの発光タイミング信号、及び受光処理部22から通知された目標の検出タイミング信号とに基づいて、検出された目標との距離が算出される。この測距時に用いられる、受光処理部22から通知された目標の検出タイミング信号は、ST245及びST246の動作ステップによって、受光処理部22において良好なS/N比のもとで検出された目標の検出タイミングであり、不確実さが少なく、より精度の高いものであるため、その測距結果も良好な精度を有する。算出された測距結果は、後段の機器等に向けて出力される(ST247)。
In parallel with the control operation of the polarization direction of the polarizing plate (# 1) 12 based on the target S / N ratio, the distance
そしてこの後は、動作終了が指示されるまで、目標に対して直線偏光のレーザ光を照射するとともに(ST22)、目標の移動に対してもレーザ光が継続して目標に照射されるように照射方向を制御しながら(ST23)、目標との距離を継続して取得する(ST24)動作を繰り返す(ST25)。 Thereafter, until the end of the operation is instructed, the target is irradiated with linearly polarized laser light (ST22), and the target is continuously irradiated with the laser light even when the target is moved. While controlling the irradiation direction (ST23), the operation of continuously acquiring the distance from the target (ST24) is repeated (ST25).
以上説明したように、本実施例のレーザレーダ装置1においては、反射光受光器14、及び撮像部17の受光経路の直前に、それぞれ偏光板(#1)12、及び偏光板(#2)15を配置し、これらの偏光板を回動してその偏光方向を可変する偏光板駆動部(#1)13、及び偏光板駆動部(#2)16を、それぞれの偏光板に対応して設けるとともに、反射光受光器14、及び撮像部17は、照射した直線偏光のレーザ光に対する反射光を、それぞれにこれら偏光板を通して受光している。そして、偏光板を通して受光した反射光の中から、受光処理部22、及び画像処理部25で目標を検出するとともに、検出時の目標のS/N比が最良となるように、すなわち、偏光板の偏光方向と反射光の偏光方向とが合致するように、偏光板駆動部(#1)13、及び偏光板駆動部(#2)16により、偏光板(#1)12、及び偏光板(#2)15をそれぞれに回動している。
As described above, in the
これにより、受光処理部22、及び画像処理部25では、反射光中での目標のS/Nが十分に確保された良好な環境で安定した目標検出を行うことができる。また、反射光と偏光方向が異なる背景光等は、偏光板を通すことによってそのレベルが大幅に低減されるので、特に、遠距離の目標を検出する場合や、反射光と背景光とのレベル差が少ない中で目標を検出する場合等においても、目標からの反射光のレベルを低下させることなく、それ以外の背景光等のレベルを低下させ、目標検出時のS/N比を確保しているので、確実な目標検出を行うことができる。
As a result, the light
従って、このような安定した目標検出の結果に基づいて、レーザ光の照射方向を確実に目標の方向に指向させながら、良好な精度で目標を測距することができる。 Therefore, based on the result of such stable target detection, it is possible to measure the target with good accuracy while reliably directing the irradiation direction of the laser light in the target direction.
図3は、本実施形態に係るレーザレーダ装置の第2の実施例の構成を示すブロック図である。この第2の実施例について、図1〜図2に示した第1の実施例の各部と同一の部分は同一の符号または名称で示し、その詳細な説明は省略する。この第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、第1の実施例においては、反射光受光器14と撮像部17とのそれぞれに対応させて、2つの偏光板及びその偏光方向を可変する偏光板駆動制御部を設け、反射光受光器14及び撮像部17は、それぞれに対応して設けられた偏光板を通して反射光を受光するとともに、その後段においてそれぞれの偏光板の偏光方向の可変設定等を含む各種の処理を実施したのに対し、第2の実施例においては、反射光受光器14と撮像部17とに共通の、1つの偏光板及び偏光板駆動制御部を設け、反射光受光器14及び撮像部17は、この共通に設けられた偏光板を通して反射光を受光し、後段の各種処理を実施するようにした点である。以下、前出の図1〜図2、ならびに図3のブロック図、及び図4のフローチャートを参照して、その相違点を中心に説明する。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a second example of the laser radar apparatus according to the present embodiment. About this 2nd Example, the part same as each part of the 1st Example shown in FIGS. 1-2 is shown with the same code | symbol or a name, The detailed description is abbreviate | omitted. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, two polarizing plates and their polarization directions are associated with the reflected
図3に例示したように、このレーザレーダ装置2は、送受光部10a、制御部20a、及び駆動部30から構成されている。送受光部10aは、所定のタイミングで直線偏光のレーザ光を発光し照射するとともに、偏光方向が可変の偏光板を通してその反射光を受光し、電気信号に変換して制御部20aに送出する。また、駆動部30によって、レーザ光の送受光方向が目標の方向を指向するように駆動される。
As illustrated in FIG. 3, the
制御部20aは、送受光部10aのレーザ発光タイミングを制御するとともに、送受光部10aから送られてくる、偏光板を通して受光した反射光信号(電気信号)に基づいて、目標へのレーザ光の照射が継続されるように駆動部30を制御し、送受光部10aを目標の方向に指向させながら、目標との距離を継続的に取得する。また、送受光部10a内に設けられた偏光板の偏光方向を制御する。駆動部30は、制御部20aからの制御に基づいて、送受光部10aを方位角方向及び仰角方向の2軸まわりに駆動し、その送受光の方向を目標の方向に指向させる。
The
次に、送受光部10a、及び制御部20aの構成について詳述する。まず送受光部10aは、レーザ発光部11、反射光受光器14、撮像部17、偏光板18、及び偏光板駆動部19を備えている。レーザ発光部11、反射光受光器14、及び撮像部17については、第1の実施例と同じであるので、説明を省略する。
Next, the configuration of the light transmitting / receiving unit 10a and the
偏光板18は、反射光受光器14の受光経路、及び撮像器17の受光経路の直前に共通して設けられ、レーザ発光部11から照射されたレーザ光に対する反射光、及び背景光を含み到来する光の中から、所定の偏光方向の光を透過する。偏光板駆動部19は、後述の制御部20a内の偏光板駆動信号生成部28からの駆動信号により、偏光板18を回動させてその偏光方向を可変設定する。
The
次に、制御部20aは、発光タイミング制御部21、受光処理部22、測距解析部23、画像処理部25、駆動信号生成部27、及び偏光板駆動信号生成部28を備えている。発光タイミング制御部21、受光処理部22、測距解析部23、画像処理部25、及び駆動信号生成部27については、第1の実施例と同じであるので、説明を省略する。
Next, the
偏光板駆動信号生成部28は、受光処理部22、及び画像処理部25において、反射光から目標を検出する際の反射光の受光レベルに基づいて、偏光板18の偏光方向を設定するための駆動信号を生成し、偏光板駆動部19に送出する。本実施例においては、受光処理部22、及び画像処理部25の両方から、それぞれにおいて目標検出時に取得された目標のS/N比を受け取り、例えば、これらを更に重み付けして算出したS/N比が最良となるように、偏光板18の偏光方向を設定するものとしている。なお、受光処理部22、及び画像処理部25は、どちらも同一の偏光板18を透過した反射光に基づいて目標を検出しているので、偏光板18の偏光方向の変化に対する目標検出時の目標のS/N比の変化の傾向は、両者間で大きな差異がない場合には、どちらか一方で取得したS/N比を用いて駆動信号を生成するように構成することもできる。
The polarizing plate drive signal generation unit 28 sets the polarization direction of the
次に、前出の図1〜図3、ならびに図4のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施例のレーザレーダ装置2の動作について説明する。なお、以下の説明においても、第1の実施例と同様の場面、すなわち、移動する目標にレーザ光が継続して照射されるように、目標の移動に伴って照射方向を制御しながら、その距離を継続的に取得する場面を取り上げ、その中で第1の実施例と同様の動作については簡潔に説明する。図4は、レーザレーダ装置2の動作を説明するためのフローチャートである。
Next, the operation of the
装置動作の開始後、装置内の各部に対する初期設定が行われる。この初期設定の中には、偏光板18の偏光方向の設定も含まれる(ST41)。次いで、発光タイミング制御部21からの発光タイミング信号に基づいて、送受光部10aのレーザ発光部11から直線偏光のレーザ光が、目標の方向に照射され(ST42)、その反射光は、偏光板18を透過して、撮像部17及び反射光受光器14のそれぞれで受光される(ST43)。そして、第1の実施例と同様に、照射方向制御のための動作と測距のための動作とが、並行して実行されてゆく。
After the start of the apparatus operation, initial setting is performed for each part in the apparatus. This initial setting includes setting of the polarization direction of the polarizing plate 18 (ST41). Next, on the basis of the light emission timing signal from the light emission
すなわち、照射方向制御のための動作としては、撮像部17で受光された反射光の画像から、画像処理部25において目標の画像中での位置が特定されて駆動信号生成部27に通知されるとともに、目標のS/N比が取得され、偏光板駆動信号生成部28に送出される(ST232〜ST234)。
That is, as an operation for controlling the irradiation direction, the position in the target image is specified by the
一方、測距のための動作としては、反射光受光器14で受光された反射波から、受光処理部22において目標の検出が行われ、反射波信号中における目標の検出タイミングが測距解析部23に通知されるとともに、目標のS/N比が取得され、偏光板駆動信号生成部28に送られる(ST242〜ST244)。
On the other hand, as an operation for distance measurement, a target is detected in the light
次いで、偏光板駆動信号生成部28では、画像処理部25から受け取った目標のS/N比と、受光処理部22から受け取った目標のS/N比とに基づいて、それらの値が偏光板18の偏光方向を考慮して最良となっているか否かが判定される(ST44)。そして、最良でないと判断されると(ST44のN)、偏光板駆動信号生成部28から、偏光板駆動部19に対して駆動信号が送出され、偏光板18の偏光方向と目標からの反射光の偏光方向とがより良く合致するように、偏光板18が偏光板駆動部19によって回動される。これによって、受光処理部22及び画像処理部25のどちらにおいても、目標に対して最良のS/N比が確保された状態で、確実な目標検出を行うことができる(ST45)。
Next, in the polarizing plate drive signal generation unit 28, based on the target S / N ratio received from the
なお、ST44の動作ステップでの判定、及びその後の偏光板駆動信号の生成にあたっては、本実施例においては受光処理部22及び画像処理部25の両方からの目標のS/N比を受け取って、例えばそれらの平均値や、それぞれに重み付けして算出した値等が最良になるように、偏光板18を回動しているが、これをどちらか一方からの目標のS/N比を用いて構成しても良い。
In the determination in the operation step of ST44 and the subsequent generation of the polarizing plate driving signal, in this embodiment, the target S / N ratio is received from both the light receiving
また、このような偏光板18の偏光方向の制御動作によって、より良好なS/N比のもとで目標検出が行われるのと並行して、これらのより確実な目標検出の結果を用いて、駆動信号生成部27では、送受光部10aを目標の方向に指向するための駆動信号が生成され、駆動部30に送出されるとともに、測距解析処理部23では、目標の測距が行われる。そしてこの後は、動作終了が指示されるまで、目標に対して直線偏光のレーザ光を照射して、その反射光を偏光板を通して受光するとともに、偏光板の偏光方向を可変設定して最良のS/N比で目標からの反射波を受光しながら、移動する目標に対する照射方向の制御、及び目標の測距の動作ステップを繰り返す(ST46)。
In addition, the target detection is performed under a better S / N ratio by the control operation of the polarization direction of the
以上説明したように、本実施例のレーザレーダ装置2においては、反射光受光器14と撮像部17とに共通の、1つの偏光板及び偏光板駆動制御部を設け、反射光受光器14及び撮像部17は、どちらもこの共通に設けられた偏光板を通して反射光を受光している。そして、受光した反射光の中から、受光処理部22、及び画像処理部25で目標を検出するとともに、検出時の目標のS/N比が最良となるように、すなわち、偏光板の偏光方向と反射光の偏光方向とが合致するように、偏光板駆動信号生成部28、及び偏光板駆動部19により、偏光板18を回動している。
As described above, in the
これにより、第1の実施例と同様に、目標検出時のS/N比を確保して、確実な目標検出を行うことができ、レーザ光の照射方向を確実に目標の方向に指向させながら、良好な精度で目標を測距することができる。また、この第2の実施例においては、反射光受光器14と撮像部17とで共通の偏光板を用いて反射光を受光することにより、例えば、両者が近接して配置されるなど、それぞれで受光する反射光の偏光方向に大きな差異が発生しない場合等には、第1の実施例に比べて、偏光板及びその偏光方向を可変するための機構をより簡素に構成することができ、装置全体の小型・軽量化が可能となる。
As a result, as in the first embodiment, the S / N ratio at the time of target detection can be ensured and reliable target detection can be performed, while the direction of laser light irradiation is reliably directed in the target direction. The target can be measured with good accuracy. In the second embodiment, the reflected
なお、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。 Although several embodiments have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1、2 レーザレーダ装置
10、10a 送受光部
11 レーザ発光部
12、15、18 偏光板
13、16、19 偏光板駆動部
14 反射光受光器
17 撮像部
20、20a 制御部
21 発光タイミング制御部
22 受光処理部
23 測距解析部
24、26、28 偏光板駆動信号生成部
25 画像処理部
27 駆動信号生成部
30 駆動部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
直線偏光のレーザ光を発生し照射するレーザ光発生部と、
所定の偏光方向の光を透過する第1の偏光板と、
前記第1の偏光板を回動させてその偏光方向を可変する第1の偏光板駆動制御部と、
前記レーザ光の反射光を前記第1の偏光板を通して受光し、その反射光中から目標を検出するとともに、この目標との距離を取得する測距処理部と、
所定の偏光方向の光を透過する第2の偏光板と、
前記第2の偏光板を回動させてその偏光方向を可変する第2の偏光板駆動制御部と、
前記レーザ光発生部の照射方向に対する所定範囲の視野内を前記第2の偏光板を通して撮像した画像を取得し、この画像に撮像された前記レーザ光の反射光から前記目標を検出するとともに、この目標の画像内での位置情報に基づいて、前記レーザ光発生部から照射されるレーザ光の照射方向を制御する照射方向制御部とを備え、
前記第1の偏光板駆動制御部は、前記測距処理部における目標からの反射光の受光レベルに基づいて前記第1の偏光板を回動させてその偏光方向を可変するとともに、前記第2の偏光板駆動制御部は、前記照射方向制御部における目標からの反射光の受光レベルに基づいて前記第2の偏光板を回動させてその偏光方向を可変する
ことを特徴とするレーザレーダ装置。 A laser radar device that irradiates a laser beam toward a target and continuously acquires the distance from the target while controlling the irradiation direction based on the reflected light,
A laser beam generator for generating and irradiating linearly polarized laser beam;
A first polarizing plate that transmits light of a predetermined polarization direction;
A first polarizing plate drive control unit that rotates the first polarizing plate to change the polarization direction;
A reflected light of the laser beam is received through the first polarizing plate, a target is detected from the reflected light, and a distance measurement processing unit that acquires a distance from the target;
A second polarizing plate that transmits light in a predetermined polarization direction;
A second polarizing plate drive control unit that rotates the second polarizing plate to change the polarization direction;
An image obtained by imaging the field of view within a predetermined range with respect to the irradiation direction of the laser light generator through the second polarizing plate is acquired, and the target is detected from the reflected light of the laser light imaged in the image, and this An irradiation direction control unit that controls the irradiation direction of the laser light emitted from the laser light generation unit, based on position information in the target image;
The first polarizing plate drive control unit rotates the first polarizing plate based on the received light level of the reflected light from the target in the distance measurement processing unit to change the polarization direction, and the second polarizing plate driving control unit The polarizing plate drive control unit of the laser radar device rotates the second polarizing plate based on the received light level of the reflected light from the target in the irradiation direction control unit to vary the polarization direction. .
直線偏光のレーザ光を発生し照射するレーザ光発生部と、
所定の偏光方向の光を透過する偏光板と、
前記偏光板を回動させてその偏光方向を可変する偏光板駆動制御部と、
前記レーザ光の反射光を前記偏光板を通して受光し、その反射光中から目標を検出するとともに、この目標との距離を取得する測距処理部と、
前記レーザ光発生部の照射方向に対する所定範囲の視野内を前記偏光板を通して撮像した画像を取得し、この画像に撮像された前記レーザ光の反射光から前記目標を検出するとともに、この目標の画像内での位置情報に基づいて、前記レーザ光発生部から照射されるレーザ光の照射方向を制御する照射方向制御部とを備え、
前記偏光板駆動制御部は、前記測距処理部における目標からの反射光の受光レベルと、前記照射方向制御部における目標からの反射光の受光レベルとのどちらか一方、または両方に基づいて前記偏光板を回動させてその偏光方向を可変することを特徴とするレーザレーダ装置。 A laser radar device that irradiates a laser beam toward a target and continuously acquires the distance from the target while controlling the irradiation direction based on the reflected light,
A laser beam generator for generating and irradiating linearly polarized laser beam;
A polarizing plate that transmits light of a predetermined polarization direction;
A polarizing plate drive control unit that rotates the polarizing plate to change the polarization direction;
A reflected light of the laser beam is received through the polarizing plate, a target is detected from the reflected light, and a distance measurement processing unit that acquires a distance from the target;
An image obtained by imaging through the polarizing plate within a predetermined field of view with respect to the irradiation direction of the laser light generation unit is acquired, and the target is detected from the reflected light of the laser light imaged in the image, and the image of the target An irradiation direction control unit that controls the irradiation direction of the laser light emitted from the laser light generation unit, based on the position information in the inside,
The polarizing plate drive control unit is based on one or both of a light reception level of reflected light from the target in the distance measurement processing unit and a light reception level of reflected light from the target in the irradiation direction control unit. A laser radar device characterized in that a polarizing plate is rotated to change a polarization direction thereof.
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