JP2017138110A - レーザレーダシステム、レーザレーダ制御装置、レーザレーダ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理負荷の増大を招くことなく、対象物の色情報および距離情報の双方を得ることができるレーザレーダシステムを提供する。【解決手段】レーザレーダシステム１０は、対象物に向けて、それぞれ波長が異なる３種類以上のレーザ光を照射する発光部１１と、対象物から反射するレーザ光を受光する受光部１２と、受光部１２が受光するレーザ光の波長に基づいて対象物の色を特定する色特定部２１と、発光部１１がレーザ光を照射してから受光部１２がレーザ光を受光するまでの時間に基づいて対象物までの距離を特定する距離特定部２２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光により対象物を認識するレーザレーダシステム、レーザレーダシステムを制御するレーザレーダ制御装置、レーザレーダシステムを構成するレーザレーダ発光装置に関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、赤外光を用いて対象物を認識するレーザレーダシステムが考えられている。

特開２００４−２８６０１号公報

赤外光によるレーザレーダシステムによれば、赤外光を照射してから、その赤外光が対象物に反射して受光されるまでの時間に基づいて、対象物までの距離を、照射パルスと対象物からの反射パルスとの時間遅延もしくは位相差により特定することができる。よって、対象物までの距離情報、つまり、奥行き情報を有する三次元情報を得ることができる。しかし、赤外光は可視光領域外の光であることから、対象物の色に関する情報を得ることができない。そのため、赤外光によるレーザレーダシステムを車両に搭載したとしても、複数の色から構成される例えば道路標識などの対象物について、その対象物までの距離を認識することはできるが、その対象物の色を認識することはできない。

なお、例えばカラーカメラによれば対象物の色情報を得ることができ、これを赤外光によるレーザレーダシステムで得られた三次元情報に組み合わせれば、対象物までの距離および対象物の色の双方を特定することもできそうである。しかしながら、カラーカメラにより得られる色情報は、あくまでも二次元的な情報であり、これを三次元情報に組み合わせる処理の負荷が過大となる。よって、赤外光によるレーザレーダシステムとカラーカメラを組み合わせることにより距離情報および色情報の双方を得る技術は実用性に欠ける。

そこで、処理負荷の増大を招くことなく、対象物の距離情報および色情報の双方を得ることができるレーザレーダシステム、さらに、当該レーザレーダシステムを制御するレーザレーダ制御装置、当該レーザレーダシステムを構成するレーザレーダ発光装置を提供する。

本発明に係るレーザレーダシステムは、発光部、受光部、色特定部、距離特定部を備える。発光部は、対象物に向けて、それぞれ波長が異なる３種類以上のレーザ光を照射する。受光部は、対象物から反射するレーザ光を受光する。色特定部は、受光部が受光するレーザ光の波長に基づいて対象物の色を特定する。距離特定部は、発光部がレーザ光を照射してから受光部がレーザ光を受光するまでの時間に基づいて対象物までの距離を特定する。

この構成によれば、得られる画像そのものに対象物の色情報および距離情報が含まれるようになる。従って、処理負荷の増大を招くことなく、対象物の色情報および距離情報の双方を得ることができる。

また、本発明に係るレーザレーダ制御装置によれば、本発明のレーザレーダシステムを制御することにより、処理負荷の増大を招くことなく、対象物の色情報および距離情報の双方を得ることができる。

また、本発明に係るレーザレーダ発光装置によれば、発光部を車両のヘッドライトに備えている構成であることから、特に車両に本発明のレーザレーダシステムを適用する場合に好適である。

本実施形態に係るレーザレーダシステムの構成例を概略的に示すブロック図 レーザレーダシステムの詳細な構成例を概略的に示すブロック図 レーザレーダシステムにより得られる画像の一例を示す図 レーザレーダシステムを車両に搭載する場合の具体的な構成例を示す図

以下、レーザレーダシステムに係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に例示するレーザレーダシステム１０は、発光部１１、受光部１２、制御部１３を備える。

発光部１１は、図示しないレーザ光源を備えており、認識対象物、この場合、複数の対象物１００ａ，１００ｂに向けて、それぞれ相互に波長が異なる３種類のレーザ光を照射する。発光部１１は、この場合、超短パルスにより繰り返しレーザ光を照射する。なお、レーザ光の照射パルスは、適宜変更して実施することができる。また、レーザレーダシステム１０による認識対象物は、２つに限られるものではなく、３つ以上の複数であってもよいし、１つであってもよい。

受光部１２は、発光部１１から照射されて対象物１００ａ，１００ｂから反射するレーザ光を受光する。受光部１２は、発光部１１から照射するレーザ光の波長に応じて、例えばＲＧＢカメラ（ＲＧＢ：Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ）、ＴＯＦカメラ（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）などの各種の撮像用機器や受光用機器により構成される。

制御部１３は、図示しないマイクロコンピュータ、タイマ装置、記憶装置などを備えており、レーザレーダシステム１０の動作全般を制御する。制御部１３は、レーザレーダ制御装置の一例である。制御部１３は、制御プログラムを実行することにより、色特定部２１、距離特定部２２をソフトウェアにより仮想的に実現する。なお、色特定部２１、距離特定部２２は、ハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより実現してもよい。

色特定部２１は、受光部１２が受光するレーザ光の波長、例えばλに基づいて対象物１００ａ，１００ｂの色、つまり波長λにおける反射光強度を特定する。距離特定部２２は、発光部１１がレーザ光を照射してから受光部１２がレーザ光を受光するまでの時間に基づいて、レーザレーダシステム１０と対象物１００ａ，１００ｂとの間の距離を特定する。

図２に例示するように、レーザレーダシステム１０は、複数、この場合、３つの光学系ユニット３１を備えている。１つの光学系ユニット３１は、１つの発光部１１、１つの受光部１２、１つのユニット画像処理部３２により構成されている。また、各ユニット画像処理部３２は、それぞれ統合画像処理部３３に接続されている。

各光学系ユニット３１の発光部１１は、それぞれ相互に波長が異なるレーザ光を照射する。よって、本実施形態では、レーザレーダシステム１０は、全体としては、それぞれ相互に波長が異なる３種類のレーザ光を対象物１００ａ，１００ｂに照射する。本実施形態では、各光学系ユニット３１の発光部１１は、それぞれスキャン機構部１１ａを備えている。スキャン機構部１１ａは、発光部１１が生成するスポット状のレーザ光を走査させることにより、対象物１００ａ，１００ｂを含む広範囲に対してレーザ光を照射する。なお、スキャン機構部１１ａは、各波長にそれぞれ対応付けて複数配置してもよいし、複数波長に対し１つを配置してもよい。

各光学系ユニット３１の受光部１２は、例えば光学フィルタや特定波長の光のみを増幅する光ファイバアンプなどを備えており、同じ光学系ユニット３１を構成する発光部１１が照射した波長のレーザ光のみを受光するように構成されている。各光学系ユニット３１のユニット画像処理部３２は、同じ光学系ユニット３１を構成する受光部１２が受光するレーザ光の波長に基づいて、対象物１００ａ，１００ｂに含まれる色、この場合、受光したレーザ光の波長における反射光強度を特定する。

例えば、発光部１１が照射した波長のレーザ光を、対象物１００ａは吸収しやすく、対象物１００ｂは吸収しにくい場合、受光部１２が受光したレーザ光により得られる画像は、図３に例示するように、対象物１００ａに対応する部分は暗く、対象物１００ｂに対応する部分は明るくなる。ユニット画像処理部３２は、このように得られる画像に基づいて、対象物１００ａ，１００ｂに含まれる、受光したレーザ光の波長に対応する色、明るさ、または反射光強度を特定する。なお、発光部１１が照射するレーザ光の波長、換言すれば受光部１２が受光するレーザ光の波長が、いわゆる可視光範囲外の波長である場合には、図３に例示する画像に、例えば赤などの具体的な色を対応付けて処理すればよい。

また、各光学系ユニット３１のユニット画像処理部３２は、同じ光学系ユニット３１を構成する発光部１１がレーザ光を照射してから、同じ光学系ユニット３１を構成する受光部１２がレーザ光を受光するまでの時間に基づいて、対象物１００ａ，１００ｂまでの距離を特定する。即ち、ユニット画像処理部３２は、例えば図３に示す画像の各画素について、それぞれレーザ光の発光から受光までに要した時間を特定し、その特定した各画素の時間に基づいて、各画素の遠近関係を特定する。この場合、全ての波長に対して時間を計測する手段を施す必要は無く、例えば複数のレーザ光を同軸で投光する場合など、複数波長が同一対象物に同一時間で投光されている場合は計測手段を共用できる。

統合画像処理部３３は、各ユニット画像処理部３２から得られる画像情報を統合して統合画像情報を生成する。統合画像処理部３３が生成する統合画像情報には、対象物１００ａ，１００ｂに含まれる複数、この場合、３つの色情報と、対象物１００ａ、１００ｂまでの距離情報が含まれている。そして、生成された統合画像情報は、出力部３４を介して外部に出力可能となっている。

レーザレーダシステム１０によれば、対象物１００ａ，１００ｂに向けて、それぞれ相互に波長が異なる３種類のレーザ光を照射し、対象物１００ａ，１００ｂから反射するレーザ光に基づいて、対象物１００ａ，１００ｂの色情報および距離情報の双方を得る。このシステムによれば、得られる画像そのものに対象物１００ａ，１００ｂの色情報および距離情報が含まれているので、色情報および距離情報を得るために過大な負荷の処理を行う必要が無い。よって、過大な処理負荷を要する従来技術とは異なり、処理負荷の増大を招くことなく、対象物の色情報および距離情報の双方を得ることができる。

図４に例示するように、レーザレーダシステム１０を例えば車両２００に搭載する場合には、車両２００の周辺に複数の領域を設定し、それぞれの領域ごとに異なる波長のレーザ光を照射するように構成するとよい。なお、車両２００には、車両２００の周辺、特に車両の前方を照明するための照明システムが搭載されている。この照明システムは、少なくともヘッドライト２０１を備える。

領域Ａは、車両２００の前方においてドライバの視界を支援するために設定された領域である。領域Ａには、例えば、色温度が３０００Ｋ以上６０００Ｋ以下であるレーザ光を照射するように構成するとよい。即ち、色温度が３０００Ｋ以上６０００Ｋ以下であるレーザ光は、ヘッドライト２０１の光に相当するものである。よって、例えば各レーザ光を１００Ｈｚ以上で点滅させれば人間の目には連続光として認識されるので、発光部１１をヘッドライトとしても機能させることができる。なお、この場合、発光部１１は、ヘッドライト２０１の内部に設けてもよいし、ヘッドライト２０１とは別に外部に設けてもよい。また、図４に例示するように、発光部１１をヘッドライト２０１に備えることによりレーザレーダ発光装置２０２を構成し、当該レーザレーダ発光装置２０２を車両２００に搭載する構成とすることも可能である。

領域Ｂは、車両２００の前方において領域Ａよりもさらに遠方に設定された領域である。領域Ｂについては、ヘッドライト２０１そのものを発光部１１として機能させる構成としてもよい。即ち、ヘッドライト２０１が相互に異なる３種類のレーザ光を照射する構成とすることにより、より遠くに存在する対象物１００の色情報および距離情報の取得が可能となる。

領域Ｃは、車両２００の側部前方に設定される領域であり、領域Ｄは、車両２００の側部後方に設定される領域である。領域Ｃ，Ｄは、ヘッドライト２０１により照明できない範囲の一例である。仮に領域Ｃ，Ｄをヘッドライト２０１により照明すると、その領域内に存在する歩行者や他車のドライバなどが眩しい思いをするおそれがある。そのため、領域Ｃ，Ｄに対しては、発光部１１は、レーザ光として赤外光を照射する構成とするとよい。これにより、照射領域Ｃ，Ｄ内に存在する歩行者や他車のドライバなどの眩惑を防ぐことができる。なお、赤外光の波長としては、例えば８５０ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯などが採用できる。また、発光部１１は、例えば、車両２００の前方においてヘッドライト２０１の光が到達できない領域や、昼間などといったヘッドライト２０１を使用しない状況下において、赤外光を照射するように構成してもよい。この他、水に対する吸収が大きい波長３μｍ帯、６μｍ帯と、水に対する吸収が小さい１μｍ帯、２μｍ帯、４μｍ帯、８〜１４μｍ帯を組み合わせることで、例えば水を含む人肌等について特徴的な画像を得ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば、発光部１１が発光する複数種類のレーザ光の波長は、相互に異なっていれば、可視光、赤外光、紫外光などといった様々なものから任意に選択して設定することができる。

また、発光部１１は、それぞれ相互に波長が異なる３種類以上のレーザ光を認識対象物に対して照射するように構成してもよい。照射するレーザ光の種類が多いほど、より詳細な認識対象物の色情報および距離情報を得ることができる。この場合、照射するレーザ光の種類ごとに光学系ユニット３１を設けるとよい。これにより、複数種類のレーザ光の発光および受光を相互に独立して制御することができ、より正確な認識対象物の色情報および距離情報を得ることができる。

また、発光部１１は、レーザ光として遠赤外光を照射するように構成してもよい。例えば８〜１４μｍの波長である遠赤外光は、可視光や赤外光に比べ水に吸収されにくい。そのため、例えば雨や霧などの環境下であっても、照射した遠赤外光が水滴に吸収されて消滅してしまうことを回避することができ、認識対象物の認識を良好に行うことができる。

また、発光部１１は、照射するレーザ光に例えば符号化変調処理を施すことにより、認証情報を付加する構成としてもよい。認証情報は、レーザ光を発光した発光部１１を特定するための情報である。この構成によれば、受光部１２は、受光したレーザ光に付加されている認証情報に基づいて、そのレーザ光が自システムから発光されたレーザ光であるのか否かを確認することができる。よって、自システムから発光されたレーザ光に基づき、より正確な認識対象物の色情報および距離情報を得ることができる。また、仮に他システムから意図的に不正なレーザ光が照射されたとしても、そのレーザ光の受光を排除することができ、セキュリティ対策としても有効である。

図面中、１０はレーザレーダシステム、１１は発光部、１２は受光部、１３は制御部（レーザレーダ制御装置）、２１は色特定部、２２は距離特定部、２０２はレーザレーダ発光装置を示す。

Claims (14)

1. 対象物に向けて、それぞれ波長が異なる３種類以上のレーザ光を照射する発光部（１１）と、
   前記対象物から反射するレーザ光を受光する受光部（１２）と、
   前記受光部が受光するレーザ光の波長に基づいて前記対象物の色を特定する色特定部（２１）と、
   前記発光部がレーザ光を照射してから前記受光部がレーザ光を受光するまでの時間に基づいて前記対象物までの距離を特定する距離特定部（２２）と、
   を備えるレーザレーダシステム。
2. 前記発光部が照射するレーザ光は、色温度が３０００Ｋ以上６０００Ｋ以下である請求項１に記載のレーザレーダシステム。
3. 前記発光部は、車両のヘッドライト（２０１）により照明できない範囲に対しては、前記レーザ光として赤外光を照射する請求項１または２に記載のレーザレーダシステム。
4. 前記発光部は、前記レーザ光として遠赤外光を照射する請求項１から３の何れか１項に記載のレーザレーダシステム。
5. 前記発光部は、照射するレーザ光に、当該レーザ光を発光した前記発光部を特定するための認証情報を付加する請求項１から４の何れか１項に記載のレーザレーダシステム。
6. 前記発光部は、車両のヘッドライト（２０１）に備えられている請求項１から５の何れか１項に記載のレーザレーダシステム。
7. 前記発光部は、車両のヘッドライト（２０１）としての機能を有する請求項１から６の何れか１項に記載のレーザレーダシステム。
8. 対象物に向けて、それぞれ波長が異なる３種類以上のレーザ光を照射する発光部（１１）と、前記対象物から反射するレーザ光を受光する受光部（１２）と、を備えるレーザレーダシステムを制御する装置であって、
   前記受光部が受光するレーザ光の波長に基づいて前記対象物の色を特定する色特定部（２１）と、
   前記発光部がレーザ光を照射してから前記受光部がレーザ光を受光するまでの時間に基づいて前記対象物までの距離を特定する距離特定部（２２）と、
   を備えるレーザレーダ制御装置。
9. 前記発光部に色温度が３０００Ｋ以上６０００Ｋ以下のレーザ光を照射させる請求項８に記載のレーザレーダ制御装置。
10. 車両のヘッドライト（２０１）により照明できない範囲に対しては、前記発光部に前記レーザ光として赤外光を照射させる請求項８または９に記載のレーザレーダ制御装置。
11. 前記発光部に前記レーザ光として遠赤外光を照射させる請求項８から１０の何れか１項に記載のレーザレーダ制御装置。
12. 前記発光部が照射するレーザ光に、当該レーザ光を発光した前記発光部を特定するための認証情報を付加させる請求項８から１１の何れか１項に記載のレーザレーダ制御装置。
13. 対象物に向けて、それぞれ波長が異なる３種類以上のレーザ光を照射する発光部（１１）と、前記対象物から反射するレーザ光を受光する受光部（１２）と、を備えるレーザレーダシステムを構成する発光装置であって、
    前記発光部を車両のヘッドライト（２０１）に備えているレーザレーダ発光装置。
14. 前記発光部を車両のヘッドライト（２０１）として機能させる請求項１３に記載のレーザレーダ発光装置。
    

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