JP2017072575A - レーザ測距較正方法およびこれを用いた装置 - Google Patents

Abstract

【課題】相対的な位置のずれ相関位置誤差によって生じた計測誤差を較正または補正するレーザ測距方法とレーザ測距計を提供する。
【解決手段】ラインレーザ生成モジュール１１００は、第１の位置から第１の方向にラインレーザ光線を照射する。第２の位置における撮像モジュール１２００は、第１の方向における測距画像を撮像する。測距画像が第１の幅を有するキャリブレーションターゲット２０００のキャリブレーションターゲット画像を含む場合、処理モジュールはキャリブレーションターゲット画像上のレーザスポットのラインスポット画像の位置に応じてキャリブレーションターゲット２０００の計測幅を演算し、第１の幅と計測幅とに応じて較正パラメータを取得し、測距画像に示されたレーザスポットに応じて測距を実施し、較正パラメータを用いて較正作業を実施する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、レーザ測距較正方法とこれを用いた装置に関し、具体的にはラインレーザ測距作業に適用される較正方法とこれを用いたレーザ距離計に関する。

レーザ測距は高精度計測方法であって多様な分野に適用される。レーザ測距方法の１つは、ラインレーザ生成装置と撮像装置とを使用し、両装置間の固定相対位置関係に基づいて試験対象物に対する距離を計測する。

線形相関分布光源としてのラインレーザは２つの変数に基づいて作動する。変数Ｘ
の値が変化するとこれに応じて変数Ｙの値も同様に変化する。変数Ｘは試験対象物上の光源の光画像の幅または厚みを表すものであり、変数Ｙは１つあるいはそれ以上のレンズまたは特定の媒体を通過する光の光路長あるいは横幅（ビーム角として知られる）を表すものであり、変数Ｚは光源の光エネルギー分布を表すものである。ＸとＹとの間には線形分布特性があり、ＸとＺとの間には線形分布の特性があり、またＹとＺとの間には線形分布の特性とともに非線形分布の特性がある。非線形分布の特性は工法によって線形的になり得る。これら工法のうち１つは、１つあるいはそれ以上のレンズやラインレーザの内部構造における１つあるいはそれ以上の銅管の管径を調整することである。したがって、この相関分布に当てはまるすべての光源はラインレーザと称される。

しかしながら、ラインレーザを用いた測距装置において、ラインレーザ生成装置と撮像装置との間における相対的な位置は、時間経過に伴う外的環境要素などの要因につき実際には不安定である。相対的な位置のずれは小さいものであるがこのずれが測距結果における大きな誤差を生じさせ得る。したがってこのようなずれを較正する必要がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、相対的な位置のずれによって生じた計測誤差を較正または補正するためのレーザ測距較正方法とこれを用いたレーザ測距計とを提供することを目的とする。

１つあるいはそれ以上の実施形態において、このレーザ測距較正方法は以下のステップを含むものである。ラインレーザ生成モジュールを用いてラインレーザ光線を第１の位置からキャリブレーションターゲットに対して第１の方向に照射することによってキャリブレーションターゲットの表面の上にレーザスポットを形成する。キャリブレーションターゲットは第１の幅を有する。第２の位置における撮像装置によって第１の方向における測距画像を撮像する。この測距画像はキャリブレーションターゲットのキャリブレーションターゲット画像とレーザスポットのレーザスポット画像とを含む。測距画像におけるラインスポットの位置に応じてキャリブレーションターゲットの計測幅を演算する。第１の幅と計測幅とに応じて較正パラメータを取得する。ラインレーザ生成モジュールと撮像モジュールとによって測距作業を実施し、較正パラメータに応じて較正作業を実施する。

１つあるいはそれ以上の実施形態において、第１の幅を有するキャリブレーションターゲットに対して較正作業を実施するためのレーザ距離計はラインレーザ生成モジュール、撮像モジュールおよび処理モジュールを有する。ラインレーザ生成モジュールは第１の位置から第１の方向に向かってラインレーザ光線を照射する。撮像モジュールは第２の位置において第１の方向における測距画像を撮像する。処理モジュールはラインレーザ生成モジュールおよび撮像モジュールに対して電気的に接続されており、測距画像において示されているラインレーザ光線のレーザスポットに応じて測距作業を実施する。測距画像がキャリブレーションターゲットのキャリブレーションターゲット画像を含む場合、処理モジュールはキャリブレーションターゲット画像におけるレーザスポットのラインスポット画像の位置に応じてキャリブレーションターゲットの計測幅を演算し、第１の幅と計測幅とに応じて較正パラメータを取得し、測距作業において較正作業を実施するためにこの較正パラメータを用いる。

本発明における較正方法およびレーザ距離計を用いて既知の寸法を有するキャリブレーションターゲットを計測して測距誤差を決定し、相対的な補正量を演算する。したがって、実務的な測距作業中に測距誤差を較正するためにこの補正量が用いられる。

本発明の一実施形態に係るレーザ距離計を模式的に示す斜視図である。 図１Ａに対する上面模式図である。 図１Ａに対する側面模式図である。 図１Ａに対する測距画像の模式図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ距離計の機能ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るレーザ距離計の概略三次元図である。 図４Ａに対する上面模式図である。 図４Ａに対する側面模式図である。 図４Ａに対する測距画像の模式図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ距離計が複数回測距を実施した場合に得られた結果を示す模式図である。

以下の詳細な説明において、説明を目的として本発明における実施形態の完全な理解のために数多くの具体的な詳細が明示されている。しかしながら、１つあるいはそれ以上の実施形態は具体的な詳細を用いずとも実施することが可能であることは明らかである。他の例においては図の簡素化を目的として公知である構造および装置については概略的に示されている。

当該分野における上記の問題に基づき、本発明はレーザ距離計、より具体的にはラインレーザ生成モジュールと撮像モジュールとを含み、測距作業を実施するために使われる自動装置を提供するものである。レーザ距離計の例としては家庭用ロボット掃除機、産業用搬送ロボットやその他の測距機能を有する自動装置が挙げられる。

図１Ａから図１Ｃを参照されたい。図１Ａは、本発明の一実施形態において用いられるレーザ距離計を模式的に示す斜視図であり、図１Ｂは図１Ａに対する上面模式図であり、図１Ｃは図１Ａに対する側面模式図である。レーザ距離計１０００はラインレーザ生成モジュール１１００と撮像モジュール１２００とを含む。本実施形態においてＺ軸座標がゼロの場合のＸＹ平面が地面を表す。ラインレーザ生成モジュール１１００は地面から５ｃｍ（すなわち距離Ｄ１）離れており、その位置は（０、０．５）である。撮像モジュール１２００は地面から１５ｃｍ（すなわち距離Ｄ２）離れており、その位置は（０、０．１５）である。ラインレーザ生成モジュール１１００および撮像モジュール１２００のいずれもがＹ軸方向に沿ってレーザ光線を照射し撮像するものである。撮像モジュール１２００の画角は９０度である。地面上にキャリブレーションターゲット２０００があり、そのＹ軸位置は撮像モジュール１２００とラインレーザ生成モジュール１１００とが配置されている平面から３０ｃｍ（すなわち距離Ｄ３）離れている。キャリブレーションターゲット２０００が配置されている通路の幅は６０ｃｍであり、通路の端における壁は撮像モジュール１２００に対して約５０ｃｍの距離（すなわち距離Ｄ４）を有する。本実施形態においては地面上のラインレーザ生成モジュール１１００の直交する投影図が地面上の撮像モジュール１２０の直交する投影図に重なるものの、他の実施形態も考えられ得る。距離と角度の例に関するこれに先立つまたはこれに続く実施形態は、本発明の範囲を制限するものではなく単に当業者に対して本発明の趣旨を理解するために例示されているものである。

ラインレーザ生成モジュール１１００はラインレーザ光線を生成してこれらラインレーザ光線をレーザ距離計１０００の正面、すなわち図におけるＹ軸方向に向かって照射する。撮像モジュール１２００はレーザ距離計１０００の正面の画像を撮像する。キャリブレーションターゲット２０００がレーザ距離計１０００の前にある場合、撮像モジュール１２００は図１Ａに対する測距画像の模式図である、図２において示されているような測距画像を撮像することが可能である。測距画像３０００はキャリブレーションターゲット２０００のキャリブレーションターゲット画像３２００、レーザスポット３３００の画像、レーザスポット３４００の画像およびレーザスポット３５００の画像を含む。レーザスポット３３００はキャリブレーションターゲット２０００の表面上に照射されたレーザ光線によって形成されるスポットであり、レーザスポット３４００およびレーザスポット３５００は通路の端における壁に照射されたレーザ光線によって形成されるスポットである。

図３を参照されたい。図３は本発明の一実施形態に係るレーザ距離計の機能ブロック図である。ラインレーザ生成モジュール１１００および撮像モジュール１２００に加え、レーザ距離計はさらに処理モジュール１３００を含む。処理モジュール１３００はラインレーザ生成モジュール１１００および撮像モジュール１２００に対して電気的に接続されている。処理モジュール１３００は測距画像３０００に応じた距離Ｄ３および距離Ｄ４を推定する。具体的には、測距画像３０００における各画素の座標（ｘ、ｙ）は実質的に極座標（α、β）に対応する。例えば撮像モジュール１２００によって撮像され、画角が９０度である４００×４００画素の画像は、その左上の頂点の座標が（０、０）であり、右下の頂点の座標が（３９９、３９９）である。画像における１つの画素座標（ｘ、ｙ）は１つの極座標（α、β）に対応し、このことは以下の数式によって表される。

例えば１つの画素座標（ｘ、ｙ）が（７０、８０）である場合、この画素は極座標（−２９．２度、２７度）に相当するものであって、レンズから始まる方向線Ｌ０と対象物の画素に対応する点と撮像モジュール１２００におけるレンズ中心と間のセグメントとの間に形成される相対角である。

したがって図１Ｂ、図１Ｃおよび図２の例において、処理モジュール１３００は、点Ｐ（特徴点と称される）の極座標（αＰ、β）と点Ｑ（特徴点と称される）の極座標（αＱ、β）とを測距画像３０００におけるキャリブレーションターゲット画像３２００に示されているレーザスポット３３００の２つの端部（点ＰおよびＱ）に応じて演算する。点Ｐと点Ｑの地面からの高さは同じであるため、点Ｐの極角度βは点Ｑの極角度βと同じである。処理モジュール１３００は三角関数を用いて距離Ｄ３、距離Ｄ１と距離Ｄ２との間の距離差ΔＤおよび極角度βを演算する。方位角αＰ、方位角αＱおよび距離Ｄ３を用いて処理モジュール１３００はキャリブレーションターゲット２０００の幅Ｗを演算する。

実作業において撮像する際に撮像モジュール１２００のための方向線Ｌ１は元の方向線Ｌ０からずれることがあり、それによって測距作業に誤差が生じる。例えば、図１Ａから図２において示されるように方向線Ｌ０は理想的には地面に対して平行であり、点Ｐは２８１番目の行且つ１５８番目の列の画素にあり、点Ｑは２８１番目の行且つ２４２番目の列の画素にあり、極角βは−１８．３８度、極角βの接線値は０．３３２３である。この場合、距離Ｄ３は３０．０９ｃｍ、幅Ｗは１０．０４ｃｍである。

実作業において撮像する際に撮像モジュール１２００のための方向線Ｌ１が地面に対して平行ではなく若干下に（地面に向かって）ずれた場合、画像に示される対象物の位置は画素の一行分、上方にずれる。したがってレーザスポット３３００の点Ｐは２８０番目の行且つ１５８番目の列の画素にあり、レーザスポット３３００の点Ｑは２８０番目の行且つ２４２番目の列の画素にあり、極角βは−１８．１６度、極角βの接線値は０．３２８０、距離Ｄ３は３０．４９ｃｍ、幅Ｗは１０．１７ｃｍである。

撮像する際に撮像モジュール１２００のための方向線Ｌ１が地面に対して平行ではなく若干上に（地面から離れるように）ずれた場合、画像に示される対象物の位置は画素の一行分、下方にずれる。したがってレーザスポット３３００の点Ｐは２８２番目の行且つ１５８番目の列の画素にあり、レーザスポット３３００の点Ｑは２８２番目の行且つ２４２番目の列の画素にあり、極角βは−１８．６１度であり、極角βの接線値は０．３３６７であり、距離Ｄ３は２９．７０ｃｍであり、幅Ｗは９．９１ｃｍである。

キャリブレーションターゲット２０００の実際の幅が１０ｃｍである場合、処理モジュール１３００は上記の各値に誤差が生じていることと補正量がどの程度であるべきかを把握する。例えば上記実施形態において前述したとおり、距離Ｄ３が約３０ｃｍであり幅が約１０ｃｍである場合、幅Ｗに対する画素行番号を修正するための式は以下の通り表される。

ここでΔｐは行番号修正量、Ｗ０はキャリブレーションターゲットの既知である幅（単位：ｃｍ）、Ｗは前述の方法（単位：ｃｍ）によって得られたキャリブレーションターゲットの計測幅である。換言すると、Ｗ０が１０ｃｍでありＷが９．９ｃｍ（すなわち点ＰおよびＱが２８２番目の行にある場合）、行番号修正量は−０．８であり、行番号は２８１．２である。したがって極角βは−１８．４３度、接線値は０．３３３２、距離Ｄ３は３０．０１ｃｍ、幅Ｗは１０ｃｍとなる。さらに、極角βと較正された極角βとの差はΔβであり、これは撮像モジュール１２００の現在の方向線Ｌ１の元の方向線Ｌ０に対するオフセットであり、レーザ距離計１０００が測距作業を実行する際に用いられる較正パラメータである。

別の実施形態においては図４Ａから図５において示されるようにレーザ距離計１０００とキャリブレーションターゲット２０００との間における距離がさらに遠くなっている。図４Ａは、別の実施形態におけるレーザ距離計の模式的構成を示す斜視図であり、図４Ｂは図４Ａに対する上面模式図、図４Ｃは図４Ａに対する側面模式図、図５は図４Ａに対する測距画像の模式図である。本実施形態においてＺ軸座標がゼロの場合のＸＹ平面が地面を表す。ラインレーザ生成モジュール１１００は地面から５ｃｍ（すなわち距離Ｄ１）離れており、その位置は（０、０．５）である。撮像モジュール１２００は地面から１５ｃｍ（すなわち距離Ｄ２）離れており、その位置は（０、０．１５）である。ラインレーザ生成モジュール１１００および撮像モジュール１２００のいずれもがＹ軸方向に沿ってレーザ光線を照射し撮像するものである。撮像モジュール１２００の画角は９０度である。地面上にキャリブレーションターゲット２０００があり、そのＹ軸位置は撮像モジュール１２００とラインレーザ生成モジュール１１００とが配置されている平面から約１ｍ（すなわち距離Ｄ５）離れている。キャリブレーションターゲット２０００が配置されている通路の幅は６０ｃｍであり、通路の端における壁は撮像モジュール１２００に対して約１．５ｍの距離（すなわち距離Ｄ６）を有する。

図５において示されるように、測距画像５０００はキャリブレーションターゲット２０００のキャリブレーションターゲット画像５２００、レーザスポット５３００の画像、レーザスポット５４００の画像およびレーザスポット５５００の画像を含む。レーザスポット５３００はキャリブレーションターゲット２０００の表面上に照射されたレーザ光線によって形成され、レーザスポット５４００およびレーザスポット５５００は通路の奥における壁に照射されたレーザ光線によって形成される。

方向線Ｌ０は理想的には地面に対して平行であるため、レーザスポット５３００の点Ｐ′は２２５番目の行且つ１８７番目の列の画素にあり、レーザスポット５３００の点Ｑ′は２２５番目の行且つ２１３番目の列の画素にあり、極角βは−５．７５度、極角βの接線値は０．１００７、距離Ｄ５は９９．２７ｃｍであり、幅Ｗは１０．１７ｃｍである。

実地において撮像の際の撮像モジュール１２００のための方向線Ｌ１が地面に対して平行ではなく若干下に（地面に向かって）ずれた場合、画像に示される対象物の位置は画素の一行分、上方にずれる。レーザスポット５３００の点Ｐ′は２２４番目の行且つ１８７番目の列の画素にあり、レーザスポット５３００の点Ｑ′は２２４番目の行且つ２１３番目の列の画素にあり、極角βは−５．５３度、極角βの接線値は０．０９６８、距離Ｄ５は１０３．３６ｃｍ、幅Ｗは１０．５９ｃｍである。

実地において撮像の際の撮像モジュール１２００のための方向線Ｌ１が地面に対して平行ではなく若干上に（地面から離れるように）ずれた場合、画像に示される対象物の位置は画素の一行分、下方にずれる。レーザスポット５３００の点Ｐ′は２２６番目の行且つ１８７番目の列の画素にあり、レーザスポット５３００の点Ｑ′は２２６番目の行且つ２１３番目の列の画素にあり、極角βは−５．９８度、極角βの接線値は０．１０４７、距離Ｄ３は９５．５ｃｍ、幅Ｗは９．７８ｃｍである。

キャリブレーションターゲット２０００の実際の幅が１０ｃｍである場合、処理モジュール１３００は上記の各値に誤差が生じていることと補正量がどの程度であるべきかを把握する。例えば前述したとおり、距離Ｄ５が約１００ｃｍであり幅が約１０ｃｍである場合、幅Ｗと修正画素行番号とに関する式は以下の通り表される。

ここでΔｐは行番号修正量、Ｗ０はその単位がｃｍである、キャリブレーションターゲットの幅であって、Ｗはその単位がｃｍである前述の方法によって得られたキャリブレーションターゲットの計測幅である。例えばＷ０が１０ｃｍでありＷが９．７８ｃｍ（すなわち点Ｐ′およびＱ′が２２６番目の行にある）である場合、上記式を用いて演算された行番号修正量は−０．５５、すなわち行番号は２２５．４５である。次に極角βは−５．８５度、接線値は０．１０２５、距離Ｄ３は９７．５４ｃｍ、幅Ｗは９．９９ｃｍとなる。当業者にとって処理モジュール１３００が予め探索表を記憶し、処理モジュール１３００がキャリブレーションターゲット２０００の計測された距離（例えばＤ３やＤ５）およびキャリブレーションターゲット２０００の計測幅Ｗに応じて直接補正量を検索するようにする他の実施形態も考えられ得る。

前述の各実施形態において撮像モジュール１２００が撮像する際に生じる方向線Ｌ１へのずれが説明されている。距離差ΔＤが変更されて１０ｃｍではないような実施形態も考えられる。実地においては図２において示されるように点ＲおよびＳ（特徴点と称される）はキャリブレーションターゲット２０００外の２つの基準点である。図において点ＲおよびＳの間における距離７は幅Ｗと等しくあるべきである。しかしながら、画像において示される距離７は計測幅Ｗよりもわずかに長い。これは方向線Ｌ１が俯角を有することを示すものである。換言すると、測距のための画像を下にずらす必要がある。距離７が計測幅Ｗよりもわずかに短い場合、方向線Ｌ１が仰角を有することを示すものである。換言すると、測距のための画像を上にずらす必要がある。距離７が計測幅Ｗと等しい場合、距離７は既知であるキャリブレーションターゲット２０００の幅Ｗ０とは異なるため、距離差ΔＤが変化することを考慮する。具体的に、画像における点ＰとＱとの間における列番号差が画像における点ＲとＳとの間における列番号差と等しい場合、距離７は計測幅Ｗと等しいことを示すものである。画像における点ＰとＱとの間における列番号差が画像における点ＲとＳとの間における列番号差よりも大きい場合、距離７は計測幅Ｗよりも長いことを示すものである。

したがって一実施形態において距離７、計測幅Ｗおよびキャリブレーションターゲットの既知である幅Ｗ０に応じて処理モジュール１３００は誤差の原因が方向線Ｌ１のオフセットなのか距離差ΔＤの変化なのかを判断する。その後、処理モジュール１３００は以下のように表される幅Ｗの式を用いて較正パラメータを（例えば図１Ａから図１Ｃに関して説明したように）調整する。

ここでαＰおよびαＱは、それぞれ点ＰとＱおよび図１Ｂにおける画角の方向線Ｌ１に関する２つの極角であり、簡素化された演算において誤差は無視される。

しかしながら撮像モジュール１２００によって撮像された測距画像３００の解像度に上限があるため、遠く離れすぎている対象の画像における各画素に相当する対象物上の領域が大きすぎる。例えば、図２および図５に関連して説明したようにキャリブレーションターゲット２０００とラインレーザ生成モジュール１１００との間における距離Ｄ３が３０ｃｍである場合、１つの画素はキャリブレーションターゲット２０００上の０．１２ｃｍ×０．１２ｃｍの領域に相当する。キャリブレーションターゲット２０００とラインレーザ生成モジュール１１００との間における距離Ｄ５が１００ｃｍである場合、１つの画素はキャリブレーションターゲット２０００上の約０．４ｃｍ×０．４ｃｍの領域に相当する。したがって、キャリブレーションターゲット２０００がラインレーザ生成モジュール１１００から離れすぎている場合、上記２つの例に鑑みて本発明の較正方法においてより大きな誤差が生じ得る。

一方、キャリブレーションターゲット２０００がラインレーザ生成モジュール１１００に近づきすぎている場合、撮像モジュール１２００のレンズの縁に近い領域において収差が生じ、画像の歪みにつながることがある。したがって計測結果と較正効果とがよくない場合がある。さらに、図１Ｂと図４Ｂとに関連して前述したとおり、比較的短い距離（例えばＤ３またはＤ６）の場合には方向線Ｌ１と方向線Ｌ０との間における比較的大きな角度が必要となり、それによって処理モジュール１３００が１画素の変化を検知することがある。したがって、十分に良好な較正パラメータを得るためには適切な較正された距離（すなわち距離Ｄ３または距離Ｄ５）を決定する必要がある。

一実施形態において較正された距離を決定する方法は、一実施形態においてレーザ距離計が測距作業を複数回実行した場合に得られた結果を示す概略図である図６に示されている。水平軸が時間を表し、垂直軸が誤差を表す。図における曲線は上から下に以下の通りに示されている。第１の曲線は画素行番号−１（すなわち画像全体が画素１行分上にずれる）を表し、第２の曲線は画素行番号−０．５（すなわち画像全体が画素０．５行分上にずれる）を表し、第３の曲線は較正なしの画素行番号を表し、第４の曲線は画素行番号＋０．５（すなわち画像全体が画素０．５行分下にずれる）を表し、第５の曲線は画素行番号−１（すなわち画像全体が画素１行分上にずれる）を表す。第１の期間Ｐ１においてレーザ距離計１０００は計測時にキャリブレーションターゲット２０００に対して２ｍの間隔（候補距離と称する）を有し、第２の期間Ｐ２においてレーザ距離計１０００は計測時にキャリブレーションターゲット２０００に対して１．８ｍの間隔（候補距離と称する）を有し、第３の期間Ｐ３においてレーザ距離計１０００は計測時にキャリブレーションターゲット２０００に対して１．６ｍの間隔（候補距離と称する）を有し、第４の期間Ｐ４においてレーザ距離計１０００は計測時にキャリブレーションターゲット２０００に対して１．４ｍの間隔（候補距離と称する）を有し、第５の期間Ｐ５においてレーザ距離計１０００は計測時にキャリブレーションターゲット２０００に対して１．２ｍの間隔（候補距離と称する）を有し、第６の期間Ｐ６においてレーザ距離計１０００は計測時にキャリブレーションターゲット２０００に対して１ｍの間隔（候補距離と称する）を有し、第７の期間Ｐ７においてレーザ距離計１０００は計測時にキャリブレーションターゲット２０００に対して０．８ｍの間隔（候補距離と称する）を有し、第８の期間Ｐ８においてレーザ距離計１０００は計測時にキャリブレーションターゲット２０００に対して０．６ｍの間隔（候補距離と称する）を有する。この場合、キャリブレーションターゲット２０００の幅Ｗは５６ｃｍである。各期間においてレーザ距離計１０００はキャリブレーションターゲット２０００を複数回計測して計測した距離（Ｄ３）を得、それらを処理モジュール１３００における不揮発性メモリに記憶する。

図に示すように、第１の期間Ｐ１から第４の期間Ｐ４のそれぞれにおいて得られたキャリブレーションターゲットの幅に対する計測結果の標準化が不十分であるため、これらの期間において得られた計測結果は較正作業には適さないものであるのに対して第５の期間Ｐ５から第８の期間Ｐ８のそれぞれにおいて得られたキャリブレーションターゲットの幅に対する計測結果は比較的標準化されているため、これらの期間において得られた計測結果は較正作業に適している。換言すると、上記の実験的な撮像モジュールとキャリブレーションターゲットとはその距離が１．２ｍから０．６ｍの範囲における較正作業に適用されるものである。

換言すると、処理モジュール１３００はレーザ距離計１０００がＮ個の位置を用いてキャリブレーションターゲット２０００の測距を実行し、同時にキャリブレーションターゲット２０００に対する距離（距離計測）とキャリブレーションターゲット２０００の幅を検知するよう制御する。レーザ距離計１０００はＮ個の位置のそれぞれにおいてＭ回の計測を実行してＭ個のキャリブレーションターゲット２０００の計測幅を得てこれらを記録する。処理モジュール１３００は各位置に関する最大Ｍ個のキャリブレーションターゲット２０００の計測幅を収集して第１の位置からＮ番目の位置に関する計測差分と計測距離とを得る。ｉ番目の計測差分Ｄｉは以下の通り表される

ここでｍａｘ（Ｗｉ）はｉ番目の位置におけるＭ回の計測で得られた最大の幅を表し、ｍｉｎ（Ｗｉ）はｉ番目の位置におけるＭ回の計測で得られた最小の幅を表す。ＮとＭとは１よりも大きい正の整数であり、ｉはＮと等しいあるいはそれよりも小さい正の整数である。

処理モジュール１３００は差分閾値よりも小さい計測差分Ｄｉに関する１つあるいはそれ以上の位置を選択し、選択された位置に相当する計測距離が較正にとって比較的理想的な距離として定義される。別の実施形態において処理モジュール１３００はＮ個の計測差分を準備して１つあるいはそれ以上の比較的小さい計測差分に関連する１つあるいはそれ以上の位置を選択して１つあるいはそれ以上の較正距離とする。

レーザ距離計が前述の実施形態のうち１つあるいはそれ以上の方法を用いる場合、効率と精度の両方を考慮した場合に較正作業をいつでも実行できるわけではない。したがって、レーザ距離計は適切な時（例えば必要が生じた場合）のみに較正作業を実行する。また、前述のようにレーザ距離計における撮像モジュールとラインレーザ生成モジュールとの間における固定機構が衝突や温度あるいは湿度における変化によってわずかに変形している場合がある。したがって図３に示す実施形態においてレーザ距離計１０００はさらに処理モジュール１３００に電気的に接続された温度検知モジュール１４００を有する。各較正作業において温度検知モジュール１４００は較正作業中の現在温度、すなわち較正温度を検知し、処理モジュール１３００における不揮発性メモリに記憶する。レーザ距離計１０００が作動中の場合、温度検知モジュール１４００は定期的あるいは不定期的に現在温度を検知し、処理モジュール１３００は検知された現在温度と較正温度とを比較する。検知された現在温度と較正温度との差が温度差閾値よりも大きい場合、処理モジュール１３００はレーザ距離計１０００を較正する必要があることを認識し、レーザ距離計がアイドル状態にある時に較正作業を自動的に実行する。

別の実施形態において図３に示されるようにレーザ距離計１０００はさらに処理モジュール１３００に電気的に接続される湿度検知モジュール１５００を有する。較正作業が実行される度に湿度検知モジュール１５００は較正作業中の現在湿度、すなわち較正湿度を検知し、較正湿度を処理モジュール１３００における不揮発性メモリに記憶する。その後、レーザ距離計１０００が作動中の場合、湿度検知モジュール１５００は定期的あるいは不定期的に現在湿度を検知し、処理モジュール１３００は現在湿度と較正湿度とを比較する。現在湿度と較正湿度との差が湿度差閾値よりも大きい場合、処理モジュール１３００はレーザ距離計１０００を較正する必要があることを認識する。処理モジュール１３００はレーザ距離計がアイドル状態にある時に較正作業を自動的に実行する。さらに、処理モジュール１３００は全ての現在温度および湿度と較正温度と湿度とに応じてレーザ距離計１０００を較正する必要があるかどうかを判断する。

別の実施形態において、図３に示されるようにレーザ距離計１０００はさらに処理モジュール１３００に電気的に接続される加速度感知モジュール１６００を有する。較正作業が完了する度に処理モジュール１３００は衝突量をゼロにする。レーザ距離計１０００の作業中、レーザ距離計１０００が衝突する度に加速度感知モジュール１６００は衝突表示信号を生成する。処理モジュール１３００は衝突表示信号に応じて衝突量を蓄積する。衝突量が衝突回数閾値よりも大きい場合、処理モジュール１３００はレーザ距離計１０００を較正する必要があることを認識する。処理モジュール１３００はレーザ距離計がアイドル状態になる度に較正作業を自動的に実行する。さらに、レーザ距離計１０００が比較的大きな力で衝突された場合には処理モジュール１３００は衝突表示信号に応じて瞬間加速度が衝突力閾値よりも大きいかどうかを判断する。瞬間加速度が衝突力閾値よりも大きい場合、処理モジュール１３００は較正作業をリアルタイムで自動的に実行する。さらに加速度感知モジュール１６００は例えば三軸加速度計あるいはジャイロスコープであって、この加速度感知モジュール１６００は、誤差が生じるのを避けるために一般的にラインレーザ生成モジュール１１００から照射されたラインレーザ光線の方向が水平であるかをチェックするものである。

さらにレーザ距離計１０００が温度および／または湿度の大きな変化や激しい衝突に晒されなかったとしても時間経過とともにその他の環境要因によってレーザ距離計１０００における固定機構の歪みが生じる。例えば時間経過とともに固定機構において用いられる金属あるいはその他の硬質材料が劣化してその形状がわずかに歪曲する可能性がある。図３に示される実施形態においてレーザ距離計１０００はさらにタイマーモジュール１７００を有する。較正作業が完了する度に処理モジュール１３００はタイマーモジュール１７００から較正時間を取得する。タイマーモジュール１７００は随時現在時間を特定するための信号を処理モジュール１３００に送る。その後処理モジュール１３００は現在時間と較正時間との間の差が時間閾値よりも大きいかどうかを判断する。差が閾値よりも大きい場合、処理モジュール１３００はレーザ距離計１０００を較正する必要があることを認識し、較正作業を適切な時間に実行する。

Claims (19)

1. 第１の幅を有するキャリブレーションターゲットの表面にレーザスポットを形成するため、第１の位置に設置された線状レーザ生成モジュールから前記キャリブレーションターゲットに第１の方向からラインレーザビームを照射する第１のステップと、
   前記第１の位置と相対的な位置関係を有する第２の位置に設置された撮像モジュールにより、前記レーザスポットにおけるラインスポット画像とキャリブレーションターゲットのキャリブレーションターゲット画像とを含む前記第１の方向の測距画像を撮像する第２のステップと、
   前記測距画像における前記ラインスポット画像の位置に応じた前記キャリブレーションターゲットの計測幅を計算する第３のステップと、
   前記第１の幅と前記計測幅とに応じて較正パラメータを取得する第４のステップと、
   前記ラインレーザ生成モジュールと前記撮像モジュールとによって測距作業を実行し、前記較正パラメータに応じて較正作業を実行する第５のステップと
   を有することを特徴とするレーザ測距較正方法。
2. 前記第１のステップの前に、
   現在時間、較正時間および時間閾値に応じて前記第１のステップを選択的に実行する、請求項１に記載のレーザ測距較正方法。
3. 前記第１のステップの前に、
   現在温度、較正温度および温度差閾値に応じて前記第１のステップを選択的に実行する、請求項１に記載のレーザ測距較正方法。
4. 前記第１のステップの前に、
   現在湿度、較正湿度および湿度差閾値に応じて前記第１のステップを選択的に実行する、請求項１に記載のレーザ測距較正方法。
5. 前記第１のステップの前に、
   衝突量および衝突数閾値に応じて前記第１のステップを選択的に実行する、請求項１に記載のレーザ測距較正方法。
6. 前記第３のステップは、
   前記撮像モジュールの画角、前記測距画像の画素数および前記ラインスポット画像の画素に応じて前記撮像モジュールのレンズに対する前記ラインスポット画像の２つの端部の複数の角度を演算し、
   前記第１の位置および前記第２の位置の角度の相関に応じて計測幅を演算する、請求項１に記載のレーザ測距較正方法。
7. 前記キャリブレーションターゲットは、さらに第１の特徴点と第２の特徴点とを有し、
   第１の特徴点の画像の位置と第２の特徴点の画像の位置とに応じて第１の特徴点と第２の特徴点との間の特徴距離を計測する第６のステップをさらに有し、
   前記第４のステップにおいて、前記較正パラメータは前記特徴距離に応じて得られる、請求項１に記載のレーザ測距較正方法。
8. 前記第１のステップ乃至前記第５のステップの前に、
   Ｎ個の異なる較正距離のそれぞれに基づいて前記第１のステップ乃至前記第３のステップをＭ回繰り返すために前記第１の位置と前記キャリブレーションターゲットとの間の距離を調整し、
   ｉ番目の候補距離に基づいて前記第１のステップから前記第３のステップをＭ回繰り返すことによって得られたＭ個の計測幅の最大値と最小値との間の差を設定してｉ番目の候補距離に対応するｉ番目の計測差分とし、
   Ｎ個の候補距離のうち少なくとも１つの候補距離を選択してＮ個の計測差分と差分閾値とに応じた較正距離を選択し、
   前記第１のステップ乃至前記第５のステップが実行される際に、較正距離における第１の距離と前記キャリブレーションターゲットとの間の距離を調整し、ＮおよびＭは１よりも大きい整数である、請求項１に記載のレーザ測距較正方法。
9. 前記第１のステップ乃至前記第５のステップの前に
   Ｎ個の異なる較正距離のそれぞれに基づいて前記第１のステップ乃至前記第３のステップをＭ回繰り返すために前記第１の位置と前記キャリブレーションターゲットとの間の距離を調整し、
   ｉ番目の候補距離に基づいて前記第１のステップ乃至前記第５のステップをＭ回繰り返すことによって得られたＭ個の計測幅の最大値と最小値との間の差を設定してｉ番目の候補距離に対応するｉ番目の計測差分とし、
   Ｎ個の計測差分のうちｋ個の比較的小さい計測差分を選択し、Ｎ個の候補距離のうち選択されたｋ個の比較的小さい計測差分に対応するｋ個の候補距離のうち１つを較正距離として設定し、
   前記第１のステップ乃至前記第３のステップが実行される際に、較正距離における第１の距離と前記キャリブレーションターゲットとの間の距離を調整し、ＮおよびＭは１よりも大きい整数であり、ｋはＮよりも小さい正の整数である、請求項１に記載のレーザ測距較正方法。
10. 第１の幅を有するキャリブレーションターゲットによって較正作業を実行するレーザ距離計であって、
    第１の位置から第１の方向に向かってラインレーザ光線を照射するように構成されたラインレーザ生成モジュールと、
    第２の位置において第１の方向に向かって測距画像を撮像するように構成された撮像モジュールと、
    前記ラインレーザ生成モジュールと前記撮像モジュールとに対して電気的に接続され、前記測距画像における前記ラインレーザ光線に対応するレーザスポットに応じて測距作業を実行し、前記測距画像が前記キャリブレーションターゲットのキャリブレーションターゲット画像を含む際に前記キャリブレーションターゲット画像上におけるレーザスポットのラインスポット画像の位置に応じて較正パラメータを取得し、測距作業中に較正パラメータを較正するように構成された処理モジュール
    を有することを特徴とするレーザ距離計。
11. 前記較正パラメータを取得する際に前記処理モジュールは、前記ラインスポット画像の位置に応じて前記キャリブレーションターゲットの計測幅を演算し、第１の幅と計測幅とに応じて較正パラメータを取得する、請求項１０に記載のレーザ距離計。
12. 処理モジュールに電気的に接続され、各較正のための較正時間を検知してレーザ距離計の操作中に現在時間を検知するように構成されたタイマーモジュールをさらに備え、
    前記処理モジュールは現在時間、較正時間および時間閾値に応じて前記キャリブレーションターゲットを用いて較正を選択的に実行する、請求項１０に記載のレーザ距離計。
13. 前記処理モジュールに電気的に接続され、各較正のための記録された温度を検知してレーザ距離計の操作中に現在温度を検知するように構成された温度検知モジュールをさらに備え、
    前記処理モジュールは、現在温度、記録された温度および温度差閾値に応じてキャリブレーションターゲットを用いて較正を選択的に実行する、請求項１０に記載のレーザ距離計。
14. さらに処理モジュールに電気的に接続され、各較正のための記録された湿度を検知してレーザ距離計の操作中に現在湿度を検知するように構成された湿度検知モジュールを備え、
    処理モジュールは、現在湿度、記録された湿度および湿度差閾値に応じてキャリブレーションターゲットを用いて較正を選択的に実施することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ距離計。
15. 前記処理モジュールに電気的に接続され、衝突を感知し、衝突に応じた衝突表示信号を生成するように構成された加速度感知モジュールをさらに備え、
    前記処理モジュールは、衝突表示信号に応じて衝突量を蓄積し、衝突量と衝突数閾値とに応じて前記キャリブレーションターゲットを用いて較正作業を選択的に実行し、較正作業が完了した後に衝突量をリセットする、請求項１０に記載のレーザ距離計。
16. 前記処理モジュールは、前記撮像モジュールの画角、前記測距画像の画素数および第１の位置と第２の位置の相関を記録し、さらに処理モジュールは画角と前記ラインスポット画像の画素数に応じて撮像モジュールにおけるレンズに対する前記ラインスポット画像の２つの端部における複数の角度を演算し、これら角度と相関とに応じて計測幅を演算する、請求項１０に記載のレーザ距離計。
17. 前記キャリブレーションターゲットは、第１の特徴点と第２の特徴点とを有し、前記処理モジュールは前記測距画像における第１の特徴点の画像の位置と第２の特徴点の画像の位置とに応じて前記第１の特徴点と前記第２の特徴点との間の特徴距離を計測し、前記特徴距離に応じて較正パラメータを取得する、請求項１０に記載のレーザ距離計。
18. 前記処理モジュールは、さらにＮ個の異なる候補距離に基づいて前記キャリブレーションターゲットの計測幅を繰り返しＭ回計測するために第１の位置と前記キャリブレーションターゲットとの間の距離を調整し、
    ｉ番目の候補距離に基づいて前記処理モジュールは、ｉ番目の候補距離に対応するｉ番目の計測差分となるようにＭ個の計測幅の最大値と最小値との間の差を設定し、
    前記処理モジュールは、Ｎ個の候補距離のうち少なくとも１つの候補距離を選択してＮ個の計測差分と差分閾値とに応じて較正距離として設定し、前記較正距離を用いて第１の距離と前記キャリブレーションターゲットとの間の距離を調整することによって較正パラメータを取得し、ＮおよびＭは１よりも大きい整数である、特徴とする請求項１０に記載のレーザ距離計。
19. 前記処理モジュールは、さらにＮ個の異なる候補距離に基づいて前記キャリブレーションターゲットの計測幅を繰り返しＭ回計測するために第１の位置とキャリブレーションターゲットとの間の距離を調整し、
    ｉ番目の候補距離に基づいて前記処理モジュールは、ｉ番目の候補距離に対応するｉ番目の計測差分となるようにＭ個の計測幅の最大値と最小値との間の差を記録し、
    前記処理モジュールは、Ｎ個の計測差分のうちｋ個の比較的小さい計測差分を選択し、Ｎ個の候補距離のうち選択された計測差分に対応するｋ個の候補距離のうち１つを較正距離として設定し、
    処理モジュールは、較正距離を用いて第１の距離とキャリブレーションターゲットとの間の距離を調整することによって較正パラメータを取得し、ＮおよびＭは１よりも大きい整数である、請求項１０に記載のレーザ距離計。

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