JP2016031236A - Laser radar device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、測定対象物の画像を生成するレーザレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a laser radar device that generates an image of a measurement object.
レーザレーダ装置は、スキャナが光源から発光されたレーザ光を走査しながら、そのレーザ光を測定対象物に照射し、その測定対象物に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受信することで、その測定対象物までの距離を算出する。
また、レーザレーダ装置は、スキャナによるレーザ光の照射方向から、測定対象物が存在している方向を特定し、測定対象物までの距離と測定対象物が存在している方向に基づいて、測定対象物までの距離と位置を示す距離画像を生成する。
The laser radar device irradiates the measurement object with the laser light while the scanner scans the laser light emitted from the light source, and receives the reflected light of the laser light returned by the measurement object. Then, the distance to the measurement object is calculated.
In addition, the laser radar device identifies the direction in which the measurement object exists from the laser light irradiation direction by the scanner, and measures based on the distance to the measurement object and the direction in which the measurement object exists. A distance image indicating the distance and position to the object is generated.
ただし、スキャナの設置位置や設置角度にずれが生じている場合、測定対象物が存在している正確な方向を特定することができず、距離画像に歪みが生じてしまうが、スキャナの設置位置や設置角度を測定することができれば、距離画像に生じている歪みを補正することができる。
スキャナの設置位置や設置角度がずれる要因として、例えば、レーザレーダ装置に加えられる振動や圧力のほか、温度変化などの外環境変化が挙げられる。
However, if there is a deviation in the scanner installation position or installation angle, the exact direction in which the measurement object exists cannot be specified, and the distance image will be distorted. If the installation angle can be measured, distortion occurring in the distance image can be corrected.
Factors that cause the scanner installation position and installation angle to deviate include, for example, vibrations and pressures applied to the laser radar apparatus, and changes in the external environment such as temperature changes.
以下の特許文献1には、スキャナの設置位置や設置角度を測定するために、形状が既知で高反射率の反射体を有する較正用ターゲットを既知の位置(レーザレーダ装置の外部)に設置する例が開示されている。
レーザレーダ装置は、スキャナがレーザ光を較正用ターゲットに放射し、受光素子が較正用ターゲットに反射されて戻ってきたレーザ光の反射光の受信レベルを検出すると、その反射光の受信レベルから較正用ターゲットの中心位置を求めるようにしている。
特許文献1のように、較正用ターゲットの中心位置を求めれば、スキャナの設置位置や設置角度を特定して、距離画像に生じている歪みを補正することができる。
In
When the laser radar device emits laser light to the calibration target and the light receiving element detects the reception level of the reflected light of the laser beam returned to the calibration target, the laser radar device calibrates from the reception level of the reflected light. The center position of the target is obtained.
If the center position of the calibration target is obtained as in
従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、較正用ターゲットを既知の位置に設置することができれば、スキャナの設置位置や設置角度を測定することができるが、較正用ターゲットをレーザレーダ装置の外部に設置することができない使用環境下では、スキャナの設置位置や設置角度を測定することができない課題があった。
また、較正用ターゲットの設置位置は既知の位置である必要があるため、スキャナの設置位置や設置角度を測定することができる場所は、特定の場所に限られ、レーザレーダ装置が車両等の移動体に搭載されて常に移動している状況下では、リアルタイムにスキャナの設置位置や設置角度を測定することができない課題があった。
Since the conventional laser radar apparatus is configured as described above, if the calibration target can be installed at a known position, the installation position and installation angle of the scanner can be measured. There is a problem that the installation position and the installation angle of the scanner cannot be measured in a use environment where it cannot be installed outside the radar apparatus.
Moreover, since the installation position of the calibration target needs to be a known position, the place where the installation position and the installation angle of the scanner can be measured is limited to a specific place, and the laser radar device moves in a vehicle or the like. There is a problem that the installation position and the installation angle of the scanner cannot be measured in real time under the condition that it is mounted on the body and constantly moving.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、外部に較正用ターゲットを設置することなく、リアルタイムにスキャナの設置位置及び設置角度を測定することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a laser radar device that can measure the installation position and installation angle of a scanner in real time without installing a calibration target outside. With the goal.
この発明に係るレーザレーダ装置は、レーザ光を発光する光源と、光源から発光されたレーザ光を走査しながら、レーザ光を測定対象物に向けて放射するスキャナと、スキャナから放射されたレーザ光が通る位置に配置され、レーザ光を反射する複数のマーカが並べられているウィンドウと、測定対象物及び複数のマーカに反射されたレーザ光の反射光を受光する受光手段と、スキャナからレーザ光が放射された時刻と受光手段により反射光が受光された時刻との時刻差から、レーザ光が反射された位置までの距離を算出し、その距離とスキャナによるレーザ光の放射方向に基づいて、レーザ光が反射された位置までの距離とレーザ光が反射された位置の座標を示す距離画像を生成する画像生成手段とを設け、位置角度特定手段が、画像生成手段により生成された距離画像から複数のマーカまでの距離と複数のマーカの位置座標を取得し、その取得した距離及び位置座標に基づいてスキャナの設置位置及び設置角度を特定するようにしたものである。 A laser radar device according to the present invention includes a light source that emits laser light, a scanner that emits laser light toward a measurement object while scanning the laser light emitted from the light source, and the laser light emitted from the scanner. A window in which a plurality of markers that reflect laser light are arranged, a light receiving means that receives reflected light of the laser light reflected by the measurement object and the plurality of markers, and laser light from the scanner From the time difference between the time when the light is emitted and the time when the reflected light is received by the light receiving means, the distance to the position where the laser light is reflected is calculated, and based on the distance and the radiation direction of the laser light by the scanner, An image generation unit that generates a distance image indicating a distance to a position where the laser beam is reflected and a coordinate of the position where the laser beam is reflected is provided, and the position angle specifying unit generates the image. The distance from the distance image generated by the stage and the position coordinates of the plurality of markers are acquired, and the installation position and the installation angle of the scanner are specified based on the acquired distance and position coordinates. is there.
この発明によれば、レーザ光を反射する複数のマーカが並べられているウィンドウをスキャナから放射されたレーザ光が通る位置に配置し、位置角度特定手段が、画像生成手段により生成された距離画像から複数のマーカまでの距離と複数のマーカの位置座標を取得し、その取得した距離及び位置座標に基づいてスキャナの設置位置及び設置角度を特定するように構成したので、外部に較正用ターゲットを設置することなく、リアルタイムにスキャナの設置位置及び設置角度を測定することができる効果がある。 According to the present invention, the window in which a plurality of markers that reflect the laser beam are arranged is arranged at a position where the laser beam emitted from the scanner passes, and the position angle specifying unit generates the distance image generated by the image generating unit. Since the scanner is configured to identify the installation position and the installation angle of the scanner based on the obtained distance and position coordinates, the distance from the marker to the plurality of markers and the position coordinates of the plurality of markers are externally set. There is an effect that the installation position and the installation angle of the scanner can be measured in real time without installation.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図1において、レーザ光源1はレーザ光を発光する光源と、その光源から発光されたレーザ光を整形するレンズやミラーなどの光学系とから構成されている。
折り返し用ミラー2はレーザ光源1から発光されたレーザ光をスキャナ3側に反射する一方、測定対象物等に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光素子7に導く光学部品である。
スキャナ3は制御部4の指示の下、レーザ光源1から発光されたレーザ光を走査しながら、そのレーザ光を測定対象物に向けて放射する。
制御部4は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーザ光源1から発光されるレーザ光の周波数を制御するとともに、スキャナ3の走査速度(スキャナ3が回転する角速度)を制御する。
1 is a block diagram showing a laser radar apparatus according to
In FIG. 1, a
The
The
The
ウィンドウ5はスキャナ3によるレーザ光の放射口(スキャナ3から放射されたレーザ光が通る位置)に配置されている球面形状の窓であり、ウィンドウ5はスキャナ3から放射されたレーザ光を透過するガラスやプラスティックなどの材料で構成されている。ウィンドウ5にはスキャナ3から放射されたレーザ光を反射する複数のマーカ6が並べられている。
受光素子7はスキャナ3からレーザ光が放射されたのち、測定対象物に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光して、その反射光を電気信号に変換するとともに、複数のマーカ6に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光して、その反射光を電気信号に変換する。なお、受光素子7は受光手段を構成している。
The
After the laser beam is emitted from the
信号処理部8は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、測定対象物及び複数のマーカ6までの距離(レーザ光が反射された位置までの距離)と測定対象物及び複数のマーカ6の位置の座標を示す距離強度画像を生成する処理、スキャナ3の設置位置及び設置角度を特定する処理、距離強度画像を補正する処理などを実施する。
図2はこの発明の実施の形態1によるレーザレーダ装置の信号処理部8を示す構成図である。
図2において、距離強度画像生成部11はスキャナ3からレーザ光が放射された時刻と受光素子7により反射光が受光された時刻との時刻差から、測定対象物及び複数のマーカ6までの距離を算出し、測定対象物及び複数のマーカ6までの距離とスキャナ3によるレーザ光の放射方向に基づいて、測定対象物及び複数のマーカ6までの距離と、測定対象物及び複数のマーカ6の位置の座標とを示す距離強度画像を生成する処理を実施する。なお、距離強度画像生成部11は画像生成手段を構成している。
この実施の形態1では、距離強度画像生成部11が測定対象物及びマーカ6が存在する位置での信号強度の情報を含む距離強度画像を生成する例を示すが、信号強度の情報を含まない距離画像を生成するものであってもよい。
The signal processing unit 8 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, a one-chip microcomputer, or the like, and the distance to the measurement object and the plurality of markers 6 (the distance to the position where the laser beam is reflected). ) And a process for generating a distance intensity image indicating the coordinates of the positions of the measurement object and the plurality of
FIG. 2 is a block diagram showing the signal processing unit 8 of the laser radar apparatus according to
In FIG. 2, the distance intensity
In the first embodiment, an example is shown in which the distance intensity
位置角度特定部12は距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像から複数のマーカ6までの距離と複数のマーカ6の位置座標を取得し、その取得した距離及び位置座標に基づいてスキャナ3の設置位置及び設置角度を特定する処理を実施する。
即ち、位置角度特定部12は、予めスキャナ3の設置位置及び設置角度と、ウィンドウ5に並べられている複数のマーカ6までの距離及び複数のマーカ6の位置座標との対応関係が記録されているテーブルを保持しており、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像から取得した距離及び位置座標を前記テーブルと照合して、スキャナ3の設置位置及び設置角度を特定する処理を実施する。なお、位置角度特定部12は位置角度特定手段を構成している。
距離強度画像補正部13は位置角度特定部12により特定されたスキャナ3の設置位置及び設置角度に基づいて距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像の歪みを補正する処理を実施する。なお、距離強度画像補正部13は画像歪補正手段を構成している。
The position
That is, the position
The distance intensity
次に動作について説明する。
レーザ光源1は、制御部4が指示する周波数のレーザ光を発光する。
折り返し用ミラー2は、レーザ光源1がレーザ光を発光すると、そのレーザ光をスキャナ3側に反射する。
スキャナ3は、折り返し用ミラー2により反射されたレーザ光を受けると、制御部4の指示の下で、そのレーザ光を走査しながら、そのレーザ光を測定対象物に向けて放射する。
Next, the operation will be described.
The
When the
Upon receiving the laser beam reflected by the
スキャナ3から放射されたレーザ光は、ウィンドウ5を透過して測定対象物に照射されるが、ウィンドウ5にはレーザ光を反射する複数のマーカ6が並べられているので、マーカ6に照射されたレーザ光は、マーカ6に反射されてスキャナ3側に戻ってくる。
ここで、図3はレーザ光を反射する複数のマーカ6が並べられているウィンドウ5を示す説明図である。
図3の例では、直径riの円形状のマーカ6が、既知の間隔dij(i≠j)でa×bの既知の配置パターンでウィンドウ5の内壁に並べられている。iはマーカ6のラベルを表し、dijは異なるマーカ間の距離を表している。
The laser light emitted from the
Here, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a
In the example of FIG. 3,
例えば、スキャナ3が球面形状を有するウィンドウ5の曲率中心に設置されている場合には、スキャナ3から各マーカ6までの距離が等距離になるため、各マーカ6の距離値(マーカ6までの距離を示す値)は等しくなる。このため、各マーカ6の距離値を距離強度画像上に表現すると、距離強度画像に現れるマーカの配置パターンは原点対称(画像中心)になる。
しかし、スキャナ3の設置位置及び設置角度にずれが生じて、スキャナ3の設置位置がウィンドウ5の曲率中心からずれると、スキャナ3から各マーカ6までの距離に差が生じるため、各マーカ6の距離値が等しくなくなり、距離強度画像に現れるマーカの配置パターンが原点対称にならなくなる。
For example, when the
However, if a deviation occurs in the installation position and installation angle of the
スキャナ3から放射されたのち、ウィンドウ5を透過したレーザ光の一部は、測定対象物に反射されてレーザレーダ装置に戻ってくる。レーザレーダ装置に戻ってきたレーザ光の反射光は、折り返し用ミラー2を介して、受光素子7に到達する。
また、スキャナ3からウィンドウ5に並べられたマーカ6に当る位置に放射されたレーザ光は、そのマーカ6に反射される。マーカ6に反射されたレーザ光の反射光についても、折り返し用ミラー2を介して、受光素子7に到達する。
After being emitted from the
Further, the laser light emitted from the
受光素子7は、測定対象物又はマーカ6に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光すると、その反射光を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理部8に出力する。
信号処理部8の距離強度画像生成部11は、受光素子7から受信信号を受けると、下記の式(1)に示すように、スキャナ3からレーザ光が放射された時刻t1と、受光素子7により反射光が受光された時刻t2との時刻差τ(=t2−t1)から、測定対象物又はマーカ6までの距離を示す距離値Lを算出する。
式(1)において、Cは光速である。
なお、スキャナ3からレーザ光が放射された時刻t1は、スキャナ3がレーザ光を放射する際、受光素子7が折り返し用ミラー2から内部参照用光を受光して、その内部参照用光の受信信号を距離強度画像生成部11に出力するようにして、その受信信号が出力された時刻から特定しても良い。
また、受光素子7により反射光が受光された時刻t2は、受光素子7から反射光の受信信号が出力された時刻から特定することができる。
When the
When the distance intensity
In the formula (1), C is the speed of light.
At time t 1 when the laser light is emitted from the
The time t 2 when the reflected light is received by the
距離強度画像生成部11は、スキャナ3がレーザ光を走査する毎に、測定対象物又はマーカ6の距離値Lを算出するが、例えば、スキャナ3によるレーザ光の走査が2次元走査であれば、所定の距離測定対象空間における左上の領域から右下の領域に至るまでのレーザ光の走査が完了すると、距離測定対象空間での2次元の距離値Lが得られるので、レーザ光の各走査時における距離値Lと、その走査時におけるスキャナ3の走査角度(レーザ光の放射方向)とに基づいて距離強度画像(測定対象物及びマーカ6までの距離と、測定対象物及びマーカ6が存在する位置の座標と、測定対象物及びマーカ6が存在する位置の信号強度とを示す画像)を生成する。距離強度画像の生成処理自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。
The distance intensity
ここで、図4は距離測定対象空間と距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像の一例を示す説明図である。
特に図4(a)はスキャナ3の設置位置及び設置角度が変化する前の距離強度画像を示しており、図4(b)はスキャナ3の設置位置及び設置角度が変化した後の距離強度画像を示している。
ウィンドウ5の内壁には複数のマーカ6が並べられているので、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像には、複数のマーカ6の配置パターンが出現している。
Here, FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of the distance measurement target space and the distance intensity image generated by the distance intensity
4A shows a distance intensity image before the installation position and the installation angle of the
Since the plurality of
ここで、ウィンドウ5に並べられている複数のマーカ6の距離値及び位置座標の変化と、スキャナ3の設置位置及び設置角度の変化とは、下記のように対応している。
(1)マーカ6の距離値に変化が無く、かつ、マーカ6の位置座標に変化が無い場合、ス
キャナ3の設置位置及び設置角度に変化が生じていない。
(2)マーカ6の距離値に変化が無いが、マーカ6の位置座標に変化が生じている場合、
スキャナ3の設置角度に変化が生じている。
(3)マーカ6の距離値に変化が生じているが、マーカ6の位置座標の変化が無い場合、
スキャナ3の設置位置に変化が生じている。
(4)マーカ6の距離値に変化が生じており、かつ、マーカ6の位置座標に変化が生じて
いる場合、スキャナ3の設置位置又は設置角度に変化が生じている。
Here, the change in the distance value and position coordinate of the plurality of
(1) When there is no change in the distance value of the
(2) When there is no change in the distance value of the
There is a change in the installation angle of the
(3) If the distance value of the
There is a change in the installation position of the
(4) When the distance value of the
図4(a)では、上述したように、スキャナ3の設置位置及び設置角度が変化する前の距離強度画像を示しているが、スキャナ3の設置位置及び設置角度が変化していないときに距離強度画像生成部11によって生成された距離強度画像である。
スキャナ3の設置位置及び設置角度が変化する前の状態から、スキャナ3の設置位置がレーザ光の放射方向に対して垂直方向に移動した場合、距離強度画像に出現する複数のマーカ6の配置パターンが変化する。
図4(b)の例では、スキャナ3の設置位置がレーザ光の放射方向に対して垂直方向(図中、上方向)に並行移動したことで、複数のマーカ6の距離値と、複数のマーカ6の間隔が変化している。
複数のマーカ6の距離値と間隔の変化は、距離強度画像から求めることが可能である。
4A shows the distance intensity image before the installation position and the installation angle of the
When the installation position of the
In the example of FIG. 4B, the installation position of the
Changes in the distance values and intervals of the plurality of
位置角度特定部12は、距離強度画像生成部11が距離強度画像を生成すると、その距離強度画像から複数のマーカ6の距離値と位置座標を取得し、その取得した距離値及び位置座標に基づいてスキャナ3の設置位置及び設置角度を特定する。
図5はこの発明の実施の形態1によるレーザレーダ装置の位置角度特定部12の処理内容を示すフローチャートである。
以下、図5のフローチャートを参照しながら、スキャナ3の設置位置及び設置角度の特定処理を説明する。
When the distance intensity
FIG. 5 is a flowchart showing the processing contents of the position
Hereinafter, the process of specifying the installation position and the installation angle of the
位置角度特定部12は、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmが変化する前の既知の時点において、ウィンドウ5に並べられている複数のマーカ6の距離値Lm i及びマーカ6の位置座標(xm i,ym i)を先見情報として取得し、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmと、複数のマーカ6の距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)との対応関係が記録されているテーブルを保持する。
位置角度特定部12は、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを変えながら(変更後の設置位置δm及び設置角度θmも既知である)、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmに対応するマーカ6の距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を取得することで、予め、m個のテーブルを保持するようにする(ステップST1)。iはマーカ6のラベルを表し、mはテーブルのラベルを表している。
The position
Position
ここで、複数のマーカ6の距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)は、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像上のマーカ6の距離値と位置座標であり、位置角度特定部12が先見情報を取得してテーブルを保持する際に、スキャナ3がレーザ光を走査しながら、受光素子7が反射光を受光することで、距離強度画像生成部11が距離強度画像を生成し、位置角度特定部12が距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像から複数のマーカ6の距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を取得する。
なお、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像において、マーカ6の距離値は、測定対象物の距離値と比べて極めて小さな値(測定対象物までの距離と比べて、マーカ6までの距離は極めて短い)であるため、例えば、距離ゲート処理を実施すれば、距離強度画像上のどの距離値がマーカ6の距離値であるかを判別することができるので、距離強度画像からマーカ6の距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を容易に取得することができる。
距離ゲート処理は、既知であるスキャナ3からウィンドウ5の内壁までの距離より少し長い距離を閾値として設定し、距離強度画像上の或る距離値が当該閾値より小さければ、当該距離値はマーカ6の距離値であると判別する処理である。
Here, the distance value L m i and the position coordinates (x m i , y m i ) of the plurality of
In the distance intensity image generated by the distance
In the distance gate processing, a distance slightly longer than the known distance from the
位置角度特定部12は、予め、m個のテーブルを保持したのち、実際の測定時において、距離強度画像生成部11が距離強度画像を生成すると、その距離強度画像から複数のマーカ6の距離値Lo iと位置座標(xo i,yo i)を取得する(ステップST2)。
位置角度特定部12は、複数のマーカ6の距離値Lo iと位置座標(xo i,yo i)を取得すると、m個のテーブルの中で、測定時に取得した複数のマーカ6の距離値Lo i及び位置座標(xo i,yo i)と最も一致度が高い距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を記録しているテーブルを探査する(ステップST3)。
位置角度特定部12は、最も一致度が高い距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を記録しているテーブルを探査すると、そのテーブルに記録されているスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを取得し、その設置位置δm及び設置角度θmを距離強度画像補正部13に出力する(ステップST4)。
位置角度特定部12は、レーザレーダ装置が起動している間、ステップST2〜ST4の処理を繰り返し実施する(ステップST5)。
The position
When the position
When the position
The position
ここで、図6はχ2法を用いたテーブルの探査処理を示す説明図である。
位置角度特定部12は、実際の測定時の距離強度画像から複数のマーカ6の距離値Lo iと位置座標(xo i,yo i)を取得すると、各テーブルから順番に距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を取得して、実際の測定時の距離値Lo i及び位置座標(xo i,yo i)と、テーブルから取得した距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を下記の式(2)に代入することで、テーブル毎のχm 2を算出する。
Here, FIG. 6 is an explanatory diagram showing a table search process using the χ 2 method.
When the position
式(2)において、(σx,σy,σL)は測定誤差の許容値であり、複数のマーカ6の距離値Lo iと位置座標(xo i,yo i)を取得する際に算出される。(σx,σy,σL)の算出処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。なお、(σx,σy,σL)は予め設定される値であってもよい。
位置角度特定部12は、テーブル毎のχm 2を算出すると、それらのχm 2の中で、最小のχm 2に対応するテーブルが、最も一致度が高い距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を記録しているテーブルとして特定し、そのテーブルに記録されているスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを距離強度画像補正部13に出力する。
In Equation (2), (σ x , σ y , σ L ) is an allowable value of measurement error, and the distance value L o i and position coordinates (x o i , y o i ) of the plurality of
Position
距離強度画像補正部13は、位置角度特定部12からスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを受けると、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmに基づいて、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmの変化に伴う距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像の歪みを補正する。
以下、距離強度画像補正部13による距離強度画像の補正処理の一例を説明する。
図7はスキャナ3の設置位置及び設置角度に変化が生じた場合のレーザ光の放射方向を示す説明図である。
ここでは、ウィンドウ5の各位置におけるレーザ光の屈折率の情報が、事前に距離強度画像補正部13に与えられているものとする。
When the distance intensity
Hereinafter, an example of the distance intensity image correction process by the distance intensity
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the radiation direction of the laser light when the installation position and the installation angle of the
Here, it is assumed that information on the refractive index of the laser beam at each position of the
距離強度画像補正部13は、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmとスキャナ3の走査角度が分かれば(スキャナ3の走査角度は制御部4から得られる)、スキャナ3から放射されたレーザ光が、ウィンドウ5のどの位置を透過するかが分かるので、そのレーザ光が透過する位置の屈折率から、そのレーザ光の放射方向も分かる。
したがって、距離強度画像補正部13は、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmとスキャナ3の走査角度が分かれば、スキャナ3から放射されたレーザ光に対応する距離強度画像上の位置座標を特定することができる。
そこで、距離強度画像補正部13は、実際に測定を開始する前に、スキャナ3の設置位置及び設置角度が変化していない既知の状態において、スキャナ3の各走査角度に対応する距離強度画像上の位置座標(以下、「基準位置座標」と称する)を把握する。
The distance intensity
Therefore, the distance intensity
Therefore, the distance intensity
距離強度画像補正部13は、実際の測定時に、位置角度特定部12からスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを受けると、その設置位置δm及び設置角度θmとスキャナ3の走査角度から、スキャナ3から放射されたレーザ光に対応する距離強度画像上の位置座標(以下、「測定位置座標」と称する)を特定し、その距離強度画像から測定位置座標の距離値を取得する。
距離強度画像補正部13は、測定位置座標の距離値を取得すると、その測定位置座標が測定時のスキャナ3の走査角度に対応する基準位置座標と異なっていれば、基準位置座標の距離値を測定位置座標の距離値の置き換えることで、距離強度画像の距離値を補正する。
このように、距離強度画像の距離値を補正することで、スキャナ3の設置位置や設置角度の変化の影響を無くすことができる。
When the distance intensity
When the distance intensity
Thus, by correcting the distance value of the distance intensity image, it is possible to eliminate the influence of changes in the installation position and installation angle of the
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、レーザ光を反射する複数のマーカ6が並べられているウィンドウ5をスキャナ3から放射されたレーザ光が通る位置に配置し、位置角度特定部12が、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像から複数のマーカ6の距離値Lo iと位置座標(xo i,yo i)を取得し、その距離値Lo iと位置座標(xo i,yo i)に基づいてスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを特定するように構成したので、外部に較正用ターゲットを設置することなく、リアルタイムにスキャナの設置位置及び設置角度を測定することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the
また、この実施の形態1によれば、距離強度画像補正部13が、位置角度特定部12により特定されたスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmに基づいて距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像の歪みを補正するように構成したので、スキャナ3の設置位置や設置角度の変化の影響を無くすことができる効果を奏する。
これにより、例えば、図1のレーザレーダ装置が移動体に搭載された場合、リアルタイムにスキャナ3の設置位置及び設置角度を測定することができるとともに、スキャナ3の設置位置や設置角度の変化の影響が無い距離強度画像を得ることができるため、その移動体の進行方向を正確に把握することができる。その結果、移動体の進行方向に障害物がある場合には、衝突を回避することが可能になる。
Further, according to the first embodiment, the distance intensity
Thus, for example, when the laser radar device of FIG. 1 is mounted on a moving body, the installation position and installation angle of the
この実施の形態1では、位置角度特定部12が、事前にm個のテーブルを保持するものを示したが、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmが変化する前の既知の時点において、ウィンドウ5に並べられている複数のマーカ6の位置座標(xm i,ym i)でのレーザ光の反射強度を先見情報として取得し、複数のマーカ6の位置座標(xm i,ym i)でのレーザ光の反射強度の情報をm個のテーブルに含めるようにしてもよい。
ウィンドウ5の内壁のうち、マーカ6が設けられていない位置にレーザ光が放射されたとき、そのレーザ光の全部がウィンドウ5を透過するのであれば、レーザ光の反射強度の情報をテーブルに含める必要はないが、そのレーザ光の一部がウィンドウ5の内壁に反射されて受光素子7に受光される場合、受光素子7に受光されたレーザ光が、マーカ6の反射光であるのか、ウィンドウ5の内壁の反射光であるのかを区別することができない。
In the first embodiment, the position
When the laser beam is emitted to a position on the inner wall of the
そこで、レーザ光の一部がウィンドウ5の内壁に反射されて受光素子7に受光される場合には、マーカ6によるレーザ光の反射強度の情報を参照して、受光素子7により受光されたレーザ光の反射光が、マーカ6の反射光であるのか、ウィンドウ5の内壁の反射光であるのかを区別し、ウィンドウ5の内壁の反射光を除外して、マーカ6の反射光だけを残すようにする。
その後、前述の説明と同様に、m個のテーブルの中で、測定時に取得した複数のマーカ6の距離値Lo i及び位置座標(xo i,yo i)と最も一致度が高い距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を記録しているテーブルを探査すれば、レーザ光の一部がウィンドウ5の内壁に反射されて受光素子7に受光される場合でも、スキャナ3の正確な設置位置δm及び設置角度θmを取得することができる。
Therefore, when a part of the laser beam is reflected by the inner wall of the
Thereafter, in the same manner as described above, among the m tables, the distance having the highest degree of coincidence with the distance values L o i and position coordinates (x o i , y o i ) of the plurality of
この実施の形態1では、m個のテーブルの中で、測定時に取得した複数のマーカ6の距離値Lo i及び位置座標(xo i,yo i)と最も一致度が高い距離値Lm i及び位置座標(xm i,ym i)を記録しているテーブルを探査するものを示したが、m個のテーブルを保持する代わりに、スキャナ3の設置位置及び設置角度と、距離強度画像上での複数のマーカ6の距離値及び位置座標との対応関係を示す関数を保持し、その関数を用いて、測定時に取得した複数のマーカ6の距離値Lo i及び位置座標(xo i,yo i)に対応するスキャナ3の設置位置δ及び設置角度θを算出するようにしてもよい。
このように、対応関係を定式化することで、位置角度特定部12での処理負荷を軽減することができる。
In the first embodiment, among the m tables, the distance value L o i and the position coordinates (x o i , y o i ) of the plurality of
Thus, the processing load in the position
例えば、下記の式(3)のように、複数のマーカ6の位置座標と、スキャナ3の設置位置との変化量の関係を定式化するようにしてもよい。
式(3)において、xn iは既知の状態(スキャナ3の配置位置及び配置角度に対して変化の無い状態)でのi番目のマーカ6のx座標、yn iは既知の状態(スキャナ3の配置位置及び配置角度に変化の無い状態)でのi番目のマーカ6のy座標である。δはスキャナ3の配置位置の変化分である。
For example, as in the following formula (3), the relationship between the change amounts of the position coordinates of the plurality of
In Equation (3), x n i is the x coordinate of the i-
また、例えば、下記の式(4)のように、スキャナ3の設置位置δ及び設置角度θをパラメータとして、複数のマーカ6の位置座標の変化から、マーカ6の距離値fiを算出するようにしてもよい。
また、その算出したマーカ6の距離値fiとマーカ6の測定値であるLiとの差分が0となるスキャナ3の設置位置δ及び設置角度θを算出するようにしてもよい。
Further, for example, as shown in the following equation (4), the distance value f i of the
Alternatively, the installation position δ and the installation angle θ of the
この実施の形態1では、複数のマーカ6がウィンドウ5に並べられているものを示したが、マーカ6は、レーザ光のビーム径より小さくてもよいし、レーザ光のビーム径と同等もしくはビーム径より大きくてもよい。
ビーム径より大きいマーカ6を並べる場合、上述した位置角度特定部12の距離ゲート処理によって、マーカ6によるレーザ光の反射光と、遠方に存在している測定対象物によるレーザ光の反射光とを区別することができ、マーカパターンによる遠方の測定対象からの反射光の遮蔽を回避することが可能となる。
一方、ビーム径より小さいマーカ6を並べる場合、距離強度画像上に現れる複数のマーカ6の配置パターンのサイズが小さくなるため、複数のマーカ6の位置座標の変化前後での分解能を高めることができる。
In the first embodiment, the plurality of
When arranging the
On the other hand, when the
ウィンドウ5に並べるマーカ6の個数は、スキャナ3によるレーザ光の走査が1次元スキャンであれば2個以上、2次元スキャンであれば3個以上である。
ウィンドウ5に並べるマーカ6の個数を最小限とすることで、位置角度特定部12が距離ゲート機能を有していない場合でも、距離強度画像への影響を最小限に抑えることができる。
この実施の形態1では、複数のマーカ6が図3のように並べられているものを示しているが、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmが変化する前の既知の時点において、距離強度画像上に現れる複数のマーカ6の配置パターンと、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmが変化した状態で、距離強度画像上に現れる複数のマーカ6の配置パターンとを区別することができれば、どのような配置パターンでもよい。
The number of
By minimizing the number of
In the first embodiment, a plurality of
また、マーカ6の形状は、円に限るものではなく、例えば、楕円や正方形などの既知の形状であればよい。また、マーカ6は全部同じ形である必要はなく、異なる形状のマーカ6が混在しているものであってもよい。例えば、図3のように並べられている複数のマーカ6の配置において、中心付近に存在しているマーカ6の形状と、外周付近に存在しているマーカ6の形状とが異なっていてもよい。
異なる形状のマーカ6が混在している場合、複数のマーカ6の配置パターンが大きく変化しても、距離強度画像上で隣接しているマーカ6同士を区別することができる。
The shape of the
When
この実施の形態1では、複数のマーカ6がウィンドウ5の内壁に並べられているものを示したが、複数のマーカ6がウィンドウ5の外壁に並べられていてもよい。また、ウィンドウ5の外壁に並べられているマーカ6が取り外しできるように設けられていてもよい。
取り外しできるようにマーカ6が設けられている場合、必要に応じて複数のマーカ6の配置パターンが現れない距離強度画像を生成することができる。
距離強度画像上に複数のマーカ6の配置パターンが現れるものであれば、複数のマーカ6の材質は問わない。したがって、高反射材料で作られていてもよいし、低反射材料で作られていてもよい。
複数のマーカ6の反射率は全部同じ値で必要はなく、異なる反射率のマーカ6が混在しているものであってもよい。異なる反射率のマーカ6が混在している場合、複数のマーカ6の配置パターンが大きく変化しても、距離強度画像上で隣接しているマーカ6同士を区別することができる。
マーカ6はウィンドウ5に対して塗布する形態でもよいし、ウィンドウ5に張付する形態でもよい。
ウィンドウ5の形成時に、ウィンドウ5の表面もしくは裏面に複数のマーカ6の配置パターンに対応する凹凸上の構造を形成することで、複数のマーカ6の配置パターンと同等の距離強度画像を取得するようにしてもよい。
Although the plurality of
When the
The material of the plurality of
The reflectances of the plurality of
The
At the time of forming the
この実施の形態1では、ウィンドウ5の形状が球面状であるものを示したが、ウィンドウ5の形状は非球面状であってもよく、例えば、平板、双曲面や楕円形状であってもよい。
例えば、平板状のウィンドウ5を用いることで、球面状のウィンドウ5で生じるような距離強度画像に現れる歪を回避することができる。
In the first embodiment, the
For example, by using the
この実施の形態1では、距離強度画像補正部13が、位置角度特定部12により特定されたスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmに基づいて距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像の歪みを補正するものを示したが、制御部4が、位置角度特定部12により特定されたスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmに基づいてスキャナ3の走査角度を補正することで、レーザ光の放射方向を調整するようにしてもよい。スキャナ3の走査角度を補正することでも、リアルタイムに距離強度画像の歪みを補正することができる。
In the first embodiment, the distance intensity
実施の形態2.
図8はこの発明の実施の形態2によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図8において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態2では、ウィンドウ5の内壁にはマーカ6が並べられていない例を説明する。
なお、ウィンドウ5はスキャナ3から放射されたレーザ光を透過する材料で構成されているが、レーザ光の一部は内壁で反射されるものとする。
8 is a block diagram showing a laser radar apparatus according to
In the second embodiment, an example in which the
The
受光素子21はスキャナ3からレーザ光が放射されたのち、測定対象物に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光して、その反射光を電気信号に変換する。なお、受光素子21は第1の受光手段を構成している。
モニタ用受光素子22はスキャナ3からレーザ光が放射されたのち、ウィンドウ5の内壁に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光して、その反射光を電気信号に変換する。なお、モニタ用受光素子22は第2の受光手段を構成している。
After the laser light is radiated from the
After the laser light is emitted from the
信号処理部23は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、測定対象物までの距離と測定対象物の位置の座標を示す距離強度画像を生成する処理、スキャナ3の設置位置及び設置角度を特定する処理、距離強度画像を補正する処理などを実施する。
図9はこの発明の実施の形態2によるレーザレーダ装置の信号処理部23を示す構成図であり、図9において、図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
位置角度特定部30は予めスキャナ3の設置位置及び設置角度と、モニタ用受光素子22により受光される反射光の強度との対応関係が記録されているテーブルを保持しており、モニタ用受光素子22により受光される反射光の強度をテーブルと照合して、スキャナ3の設置位置及び設置角度を特定する処理を実施する。なお、位置角度特定部30は位置角度特定手段を構成している。
The
FIG. 9 is a block diagram showing the
The position
次に動作について説明する。
レーザ光源1は、制御部4が指示する周波数のレーザ光を発光する。
折り返し用ミラー2は、レーザ光源1がレーザ光を発光すると、そのレーザ光をスキャナ3側に反射する。
スキャナ3は、折り返し用ミラー2により反射されたレーザ光を受けると、制御部4の指示の下で、そのレーザ光を走査しながら、そのレーザ光を測定対象物に向けて放射する。
Next, the operation will be described.
The
When the
Upon receiving the laser beam reflected by the
スキャナ3から放射されたレーザ光は、ウィンドウ5を透過して測定対象物に照射される。
スキャナ3から放射されたのち、ウィンドウ5を透過したレーザ光の一部は、測定対象物に反射されてレーザレーダ装置に戻ってくる。レーザレーダ装置に戻ってきたレーザ光の反射光は、折り返し用ミラー2を介して、受光素子21に到達する。
また、スキャナ3から放射されたレーザ光の一部は、ウィンドウ5の内壁に反射され、ウィンドウ5の内壁に反射されたレーザ光の反射光は、モニタ用受光素子22に到達する。
The laser light emitted from the
After being emitted from the
Further, part of the laser light emitted from the
受光素子21は、測定対象物に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光すると、その反射光を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理部23に出力する。
信号処理部23の距離強度画像生成部11は、受光素子21から受信信号を受けると、上記実施の形態1と同様に、式(1)によって、スキャナ3からレーザ光が放射された時刻t1と、受光素子21により反射光が受光された時刻t2との時刻差τ(=t2−t1)から、測定対象物までの距離を示す距離値Lを算出する。
When the
When the distance intensity
モニタ用受光素子22は、ウィンドウ5の内壁に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光すると、その反射光を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理部23に出力する。
ここで、図10はスキャナ3の走査角度に対応するウィンドウ5の内壁に反射されるレーザ光の反射光の強度を示す説明図である。
図10における実線は、スキャナ3の設置位置及び設置角度が既知の状態から変化していない場合において、スキャナ3の走査角度の変化に伴って、ウィンドウ5の内壁に反射されるレーザ光の反射光の強度が変化している様子を示している。
図10における一点鎖線は、スキャナ3の設置位置及び設置角度が既知の状態から変化した状態において、スキャナ3の走査角度の変化に伴って、ウィンドウ5の内壁に反射されるレーザ光の反射光の強度が変化している様子を示している。
図10より明らかなように、スキャナ3の設置位置及び設置角度が既知の状態から変化してない場合と、既知の状態から変化している場合とでは、スキャナ3の各走査角度に対応する反射光の強度が異なっており、モニタ用受光素子22における反射光の受光効率が変化する。
When receiving the reflected light of the laser beam reflected and returned from the inner wall of the
Here, FIG. 10 is an explanatory diagram showing the intensity of the reflected light of the laser light reflected on the inner wall of the
The solid line in FIG. 10 indicates the reflected light of the laser beam reflected on the inner wall of the
In the state where the installation position and the installation angle of the
As is clear from FIG. 10, the reflection corresponding to each scanning angle of the
位置角度特定部30は、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmが変化する前の既知の時点において、スキャナ3の走査角度φに対応するモニタ用受光素子22での受信信号の強度である受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を先見情報として取得し、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmと、受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)との対応関係が記録されているテーブルを保持する。
位置角度特定部30は、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを変えながら(変更後の設置位置δm及び設置角度θmも既知である)、受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を取得することで、予め、m個のテーブルを保持するようにする。
ここで、受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)は、モニタ用受光素子22での受信信号の強度であり、位置角度特定部30が先見情報を取得してテーブルを保持する際に、スキャナ3がレーザ光を走査しながら、モニタ用受光素子22が反射光を受光することで、受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を取得する。
The position
Position
Here, the received signal intensity profile η m ({δ m , θ m }, φ) is the intensity of the received signal at the monitor
位置角度特定部30は、予め、m個のテーブルを保持したのち、実際の測定時において、スキャナ3がレーザ光を走査しながら、モニタ用受光素子22が反射光を受光すると、モニタ用受光素子22の受信信号から受信信号強度プロファイルηo iを取得する。
位置角度特定部30は、実際の測定時において、受信信号強度プロファイルηo iを取得すると、m個のテーブルの中で、測定時に取得した受信信号強度プロファイルηo iと最も一致度が高い受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を記録しているテーブルを探査する。
位置角度特定部30は、最も一致度が高い受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を記録しているテーブルを探査すると、そのテーブルに記録されているスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを取得し、その設置位置δm及び設置角度θmを距離強度画像補正部13に出力する。
位置角度特定部30は、レーザレーダ装置が起動している間、上記の処理を繰り返し実施する。
The position
Position
When the position
The position
ここで、図11はχ2法を用いたテーブルの探査処理を示す説明図である。
位置角度特定部30は、実際の測定時において、受信信号強度プロファイルηo iを取得すると、各テーブルから順番に受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を取得して、実際の測定時の受信信号強度プロファイルηo iと、テーブルから取得した受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を下記の式(5)に代入することで、テーブル毎のχm 2を算出する。
位置角度特定部30は、テーブル毎のχm 2を算出すると、それらのχm 2の中で、最小のχm 2に対応するテーブルが、最も一致度が高い受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を記録しているテーブルとして特定し、そのテーブルに記録されているスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを距離強度画像補正部13に出力する。
Here, FIG. 11 is an explanatory diagram showing a table search process using the χ 2 method.
When acquiring the received signal strength profile η o i during actual measurement, the position
Position
距離強度画像補正部13は、位置角度特定部30からスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを受けると、上記実施の形態1と同様に、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmにしたがって距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像の歪みを補正する。
Distance intensity
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、実際の測定時において、モニタ用受光素子22の受信信号から受信信号強度プロファイルηo iを取得し、予め保持しているm個のテーブルの中で、測定時に取得した受信信号強度プロファイルηo iと最も一致度が高い受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)を記録しているテーブルを探査して、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを特定するように構成したので、上記実施の形態1と同様に、外部に較正用ターゲットを設置することなく、リアルタイムにスキャナ3の設置位置及び設置角度を測定することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the second embodiment, during actual measurement, the received signal intensity profile η o i is obtained from the received signal of the monitor
この実施の形態2では、事前にm個のテーブルを保持するものを示したが、m個のテーブルを保持する代わりに、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmと受信信号強度プロファイルηm({δm,θm},φ)の対応関係を定式化しておくようにしてもよい。
対応関係を定式化することで、位置角度特定部30での処理負荷を軽減することができる。
In the second embodiment, the m table is held in advance. However, instead of holding the m tables, the installation position δ m and the installation angle θ m of the
By formulating the correspondence relationship, the processing load on the position
この実施の形態2では、1個のモニタ用受光素子22が搭載されている例を示しているが、スキャナ3の走査角度によって、ウィンドウ5の内壁に反射されたレーザ光の反射光が到達する位置が変化するため、1個のモニタ用受光素子22だけでは全ての反射光を受光することができない場合がある。
そこで、スキャナ3の走査角度によって、反射光が到達する位置が大きく変化するような場合には、図12に示すように、複数個のモニタ用受光素子22を搭載するようにすればよい。
In the second embodiment, an example in which one monitor
Therefore, when the position where the reflected light reaches greatly changes depending on the scanning angle of the
図12では、複数個のモニタ用受光素子22を搭載する例を示しているが、図13に示すように、モニタ用受光素子22の代わりに、複数の受光素子が1次元もしくは2次元に配列されているモニタ用受光アレイ24を搭載するようにしてもよい。
なお、複数個のモニタ用受光素子22を2次元に配置する場合や、複数の受光素子が2次元に配列されているモニタ用受光アレイ24を搭載する場合、スキャナ3の設置位置及び設置角度の2次元的な変化に対しても感度を持たせることができる。
FIG. 12 shows an example in which a plurality of monitoring
When a plurality of monitor
この実施の形態2では、モニタ用受光素子22がウィンドウ5の内壁に反射されたレーザ光の反射光を受光するものを示したが、レーザ光の反射を高めるために、ウィンドウ5の内壁にコーティングが施されていてもよい。
この実施の形態2では、ウィンドウ5の形状が球面状であるものを示したが、ウィンドウ5の形状は非球面状であってもよく、例えば、平板、双曲面や楕円形状であってもよい。
例えば、平板状のウィンドウ5を用いることで、球面状のウィンドウ5で生じるような距離強度画像に現れる歪を回避することができる。
In the second embodiment, the monitor
In the second embodiment, the
For example, by using the
この実施の形態2では、距離強度画像補正部13が、位置角度特定部30により特定されたスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmに基づいて距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像の歪みを補正するものを示したが、制御部4が、位置角度特定部30により特定されたスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmに基づいてスキャナ3の走査角度を補正することで、レーザ光の放射方向を調整するようにしてもよい。スキャナ3の走査角度を補正することでも、リアルタイムに距離強度画像の歪みを補正することができる。
In the second embodiment, the distance intensity
実施の形態3.
図14はこの発明の実施の形態3によるレーザレーダ装置の信号処理部8を示す構成図であり、図において、図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
レーザレーダ装置の全体構成は、上記実施の形態1における図1のレーザレーダ装置と同じである。
測定対象距離算出部41は距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像からスキャナ3の走査角度φに対応するマーカ6からの反射光を取得した時間tw(φ)及び各走査角度φでの測定対象物からの反射光を取得した時間tt(φ)を算出し、その時間tw(φ),tt(φ)から、距離の原点校正値として、各走査角度φでの測定対象物までの距離L(φ)を算出する処理を実施する。
FIG. 14 is a block diagram showing the signal processing unit 8 of the laser radar apparatus according to
The overall configuration of the laser radar apparatus is the same as that of the laser radar apparatus of FIG.
The measurement target
距離強度画像補正部42は距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像を構成している画素のうち、スキャナ3の走査角度φに対応する画素の距離値を測定対象距離算出部41により算出された距離L(φ)に置き換えることで、その距離強度画像を補正(測定対象物の距離値を補正)する処理を実施する。
また、距離強度画像補正部42は位置角度特定部12により特定されたスキャナ3の設置位置及び設置角度に基づいて距離強度画像生成部11により生成された強度画像の歪みを補正する処理を実施する。
なお、測定対象距離算出部41及び距離強度画像補正部42から距離補正手段が構成され、距離強度画像補正部42から画像歪補正手段が構成されている。
The distance intensity
The distance intensity
A distance correction unit is configured by the measurement target
次に動作について説明する。
上記実施の形態1と比べて、信号処理部8が測定対象距離算出部41を備え、距離強度画像補正部42が、測定対象距離算出部41により算出された原点校正値である距離L(φ)を用いて、測定対象物の距離値を補正している点で相違している。
Next, the operation will be described.
Compared to the first embodiment, the signal processing unit 8 includes the measurement target
複数のマーカ6が球面形状を有するウィンドウ5の内壁に配置されており、スキャナ3がウィンドウ5の曲率中心に設置されているため、スキャナ3の設置位置及び設置角度が変化していなければ、スキャナ3から各マーカ6までの距離が等距離になる。このため、スキャナ3の走査角度φが変化しても、各マーカ6の距離値は同じ値になる。
ここで、図15はスキャナ3の走査角度に対応するマーカ6の距離値の関係を示す説明図である。
図15のAは、スキャナ3の設置位置が変化していない場合、マーカ6の距離値が一定であることを示している。
Since the plurality of
Here, FIG. 15 is an explanatory diagram showing the relationship of the distance value of the
FIG. 15A shows that the distance value of the
しかし、スキャナ3の設置位置がレーザ光の出射軸と直交する方向に移動すると、スキャナ3の走査角度とマーカ6の距離値の対応関係が図15のBのように変化する(図15では、スキャナ3の設置位置が図7の点線の矢印が示す方法に移動している例を示している)。
また、スキャナ3の設置位置がレーザ光の出射軸の方向に移動すると、スキャナ3の走査角度とマーカ6の距離値の対応関係が図15のCのように変化する(図15では、スキャナ3の設置位置がウィンドウ5の内壁に近づく方法に移動している例を示している)。
However, when the installation position of the
When the installation position of the
スキャナ3の走査角度とマーカ6の距離値の対応関係が図15のBやCのように変化している場合、距離の原点がずれてしまっていることに等しく、実際の測定時において、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像が示す測定対象物までの距離に誤差が生じる。
そこで、測定対象距離算出部41は、距離の原点を校正するため、距離強度画像生成部11が距離強度画像を生成すると、その距離強度画像からスキャナ3の走査角度φに対応するマーカ6からの反射光を取得するまでに要した時間tw(φ)と、測定対象物からの反射光を取得するまでに要した時間tt(φ)を算出する。
測定対象距離算出部41は、各走査角度φでの時間tw(φ),tt(φ)を算出すると、下記の式(6)に示すように、各走査角度φでの測定対象物までの距離L(φ)を算出する。
ここで、cは測定対象物が存在する空間での光の伝播速度であり、光の伝播速度cを用いることで、距離強度画像の距離値から時間への変換や、時間から距離値への変換を行うことができる。
When the correspondence between the scanning angle of the
Therefore, when the distance intensity
When the measurement target
Here, c is the light propagation speed in the space where the measurement object exists, and by using the light propagation speed c, the distance value of the distance intensity image is converted from time to time, or from time to distance value. Conversion can be performed.
距離強度画像補正部42は、測定対象距離算出部41がスキャナ3の走査角度φ毎の測定対象物までの距離L(φ)を算出すると、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像を構成している画素のうち、スキャナ3の走査角度φに対応する画素の距離値を当該距離L(φ)に置き換えることで、その距離強度画像を補正する。
また、距離強度画像補正部42は、位置角度特定部12からスキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmを受けると、上記実施の形態1における距離強度画像補正部13と同様に、スキャナ3の設置位置δm及び設置角度θmにしたがって距離強度画像生成部11により生成された強度画像の歪みを補正する。
The distance intensity
When the distance intensity
以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像からスキャナ3の走査角度φに対応するマーカ6からの反射光を取得した時間tw(φ)及び各走査角度φでの測定対象物からの反射光を取得した時間tt(φ)を算出し、その時間tw(φ),tt(φ)から、距離の原点校正値として、各走査角度φでの測定対象物までの距離L(φ)を算出する測定対象距離算出部41を設け、距離強度画像補正部42が、距離強度画像生成部11により生成された距離強度画像を構成している画素のうち、スキャナ3の走査角度φに対応する画素の距離値を測定対象距離算出部41により算出された距離L(φ)に置き換えることで、その距離強度画像を補正するように構成したので、測定対象物までの正確な距離を把握することができる効果を奏する。
これにより、レーダレーザ装置が移動体に搭載される場合、移動体の進行方向に存在している障害物への衝突を高精度に回避することが可能になる。
As apparent from the above, according to the third embodiment, the time t when the reflected light from the
As a result, when the radar laser apparatus is mounted on a moving body, it is possible to avoid collision with an obstacle existing in the traveling direction of the moving body with high accuracy.
この実施の形態3では、測定対象物の距離値に対して、マーカ6までの距離を基準とする方法により、測定対象物の距離値を補正する例を示しているが、これに限るものではなく、例えば、下記の式(7)に示すように、スキャナ3の走査角度φを引数とする距離値の導出関数を用意すれば、任意の走査角度φに対する距離値L(φ)を求めることができるため、任意の走査角度φに対する距離の原点を補正することが可能になる。
式(7)において、{a,b,・・・}は関数のパラメータセットであり、図15のBやCの曲線を特定する多項式の係数である。liは測定対象物の距離値(測定値)、iはスキャナ3の走査角度を示すラベルである。
In the third embodiment, the example in which the distance value of the measurement object is corrected by the method based on the distance to the
In equation (7), {a, b,...} Is a function parameter set, and is a coefficient of a polynomial that identifies the curves B and C in FIG. l i is a distance value (measurement value) of the measurement object, and i is a label indicating the scanning angle of the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 レーザ光源、2 折り返し用ミラー、3 スキャナ、4 制御部、5 ウィンドウ、6 マーカ、7 受光素子(受光手段)、8 信号処理部、11 距離強度画像生成部(画像生成手段)、12 位置角度特定部(位置角度特定手段)、13 距離強度画像補正部(画像歪補正手段)、21 受光素子(第1の受光手段)、22 モニタ用受光素子(第2の受光手段)、23 信号処理部、24 モニタ用受光アレイ(第2の受光手段)、30 位置角度特定部(位置角度特定手段)、41 測定対象距離算出部(距離補正手段)、42 距離強度画像補正部(画像歪補正手段、距離補正手段)。 1 laser light source, 2 folding mirror, 3 scanner, 4 control unit, 5 window, 6 marker, 7 light receiving element (light receiving unit), 8 signal processing unit, 11 distance intensity image generating unit (image generating unit), 12 position angle Identification unit (position angle identification unit), 13 Distance intensity image correction unit (image distortion correction unit), 21 Light receiving element (first light receiving unit), 22 Monitor light receiving element (second light receiving unit), 23 Signal processing unit , 24 Monitor light receiving array (second light receiving means), 30 Position angle specifying section (position angle specifying means), 41 Measuring object distance calculating section (distance correcting means), 42 Distance intensity image correcting section (image distortion correcting means, Distance correction means).
Claims (6)
前記光源から発光されたレーザ光を走査しながら、前記レーザ光を測定対象物に向けて放射するスキャナと、
前記スキャナから放射されたレーザ光が通る位置に配置され、前記レーザ光を反射する複数のマーカが並べられているウィンドウと、
前記測定対象物及び前記複数のマーカに反射された前記レーザ光の反射光を受光する受光手段と、
前記スキャナから前記レーザ光が放射された時刻と前記受光手段により反射光が受光された時刻との時刻差から、前記レーザ光が反射された位置までの距離を算出し、前記距離と前記スキャナによるレーザ光の放射方向に基づいて、前記レーザ光が反射された位置までの距離と前記レーザ光が反射された位置の座標を示す距離画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された距離画像から前記複数のマーカまでの距離と前記複数のマーカの位置座標を取得し、その取得した距離及び位置座標に基づいて前記スキャナの設置位置及び設置角度を特定する位置角度特定手段と
を備えたレーザレーダ装置。 A light source that emits laser light;
A scanner that emits the laser light toward the measurement object while scanning the laser light emitted from the light source;
A window in which a plurality of markers arranged to reflect the laser light are arranged at a position where the laser light emitted from the scanner passes;
A light receiving means for receiving reflected light of the laser light reflected by the measurement object and the plurality of markers;
The distance to the position where the laser beam is reflected is calculated from the time difference between the time when the laser beam is emitted from the scanner and the time when the reflected beam is received by the light receiving means. An image generating means for generating a distance image indicating a distance to a position where the laser light is reflected and a coordinate of the position where the laser light is reflected, based on a radiation direction of the laser light;
The distance to the plurality of markers and the position coordinates of the plurality of markers are acquired from the distance image generated by the image generation means, and the installation position and installation angle of the scanner are specified based on the acquired distance and position coordinates A laser radar apparatus comprising:
前記光源から発光されたレーザ光を走査しながら、前記レーザ光を測定対象物に向けて放射するスキャナと、
前記スキャナから放射されたレーザ光が通る位置に配置されているウィンドウと、
前記測定対象物に反射された前記レーザ光の反射光を受光する第1の受光手段と、
前記ウィンドウに反射された前記レーザ光の反射光を受光する第2の受光手段と、
前記スキャナから前記レーザ光が放射された時刻と前記第1の受光手段により反射光が受光された時刻との時刻差から、前記測定対象物までの距離を算出し、前記距離と前記スキャナによるレーザ光の放射方向に基づいて、前記測定対象物までの距離と前記測定対象物の位置の座標を示す距離画像を生成する画像生成手段と、
前記第2の受光手段により受光された反射光の強度に基づいて前記スキャナの設置位置及び設置角度を特定する位置角度特定手段と
を備えたレーザレーダ装置。 A light source that emits laser light;
A scanner that emits the laser light toward the measurement object while scanning the laser light emitted from the light source;
A window disposed at a position through which the laser light emitted from the scanner passes;
First light receiving means for receiving the reflected light of the laser light reflected by the measurement object;
Second light receiving means for receiving the reflected light of the laser light reflected by the window;
The distance to the measurement object is calculated from the time difference between the time when the laser light is emitted from the scanner and the time when the reflected light is received by the first light receiving means, and the distance and the laser by the scanner are calculated. Image generating means for generating a distance image indicating the distance to the measurement object and the coordinates of the position of the measurement object, based on the radiation direction of light;
A laser radar apparatus comprising: a position angle specifying unit that specifies an installation position and an installation angle of the scanner based on an intensity of reflected light received by the second light receiving unit.
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