JP2019078602A - Laser ranger - Google Patents

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Abstract

To measure an object which is small and is more distant.SOLUTION: The laser ranger according to an embodiment includes: a light source for outputting a plurality of pulse lights at predetermined intervals; a processing unit for increasing the intensity of a signal component in a reflection pulse train, which is a pulse train formed of pulse lights output at the predetermined intervals reflected by an object, using signals based on the predetermined time intervals; and a measurement unit for measuring the distance to the object reflecting the pulse train, on the basis of the reflection pulse train with the intensity of the signal component increased.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザー距離計測装置に関する。   The present invention relates to a laser distance measuring device.

従来、物体に対してレーザー光を出射して、物体によって反射された反射光に基づいて物体までの距離を計測する技術が知られている。かかる技術が適用されたレーザー距離計測装置は、LiDAR(Light Detection and Ranging)とも呼ばれ、種々の分野に応用されている。なお、物体とは、レーザー距離計測装置の周囲に存在する測定対象物であり、光源から出射されたレーザー光が照射され、レーザー距離計測装置に対してレーザー光を反射させる全ての物を含む。   Conventionally, there is known a technique of emitting a laser beam to an object and measuring the distance to the object based on the reflected light reflected by the object. A laser distance measuring device to which such a technology is applied is also called LiDAR (Light Detection and Ranging), and is applied to various fields. The object is a measurement object present around the laser distance measuring device, and includes all objects that are irradiated with the laser light emitted from the light source and reflect the laser light to the laser distance measuring device.

特許第5500617号明細書Patent No. 5500617 specification

ここで、上述したレーザー距離計測装置においては、より長距離の物体を計測しようとした場合、より高いS/N比(signal noise ratio)を得るために、光源のパルス発光のピーク出力を大きくすることが考えられる。しかしながら、光源のパルス発光のピーク出力を大きくしようとした場合、回路規模が大きくなり、レーザー距離計測装置自体が大型化する。例えば、数W以上の近赤外パルスレーザーダイオードを駆動するためには、数十V以上の電源電圧や、高電圧、大電流を高速でスイッチングするための大きな回路が必要となるため、回路規模が大きくなる。   Here, in the above-described laser distance measuring apparatus, when it is intended to measure an object at a longer distance, the peak output of pulse light emission of the light source is increased in order to obtain a higher S / N ratio (signal noise ratio). It is conceivable. However, in order to increase the peak output of pulse light emission of the light source, the circuit scale becomes large, and the laser distance measuring device itself becomes large. For example, in order to drive a near-infrared pulse laser diode of several W or more, a large circuit for switching a power supply voltage of several tens of V or more, high voltage, and large current at high speed is required. Becomes larger.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型で、より長距離の物体を計測することができるレーザー距離計測装置を提供することを目的とする。   The present invention is made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a small laser distance measuring apparatus capable of measuring an object of a longer distance.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザー距離計測装置は、所定の時間間隔で複数のパルス光を出力する光源と、前記所定の時間間隔に基づく信号を用いて、前記所定の時間間隔で出力された複数のパルス光であるパルス列が物体に反射された反射パルス列における信号成分の強度を増加させる処理部と、前記信号成分の強度が増加された反射パルス列に基づいて、前記パルス列を反射した物体までの距離を計測する計測部とを備える。   In order to solve the problems described above and achieve the object, a laser distance measuring device according to an aspect of the present invention includes a light source that outputs a plurality of pulse lights at predetermined time intervals, and a signal based on the predetermined time intervals. A processing unit that increases the intensity of a signal component in a reflected pulse train in which a plurality of pulse light beams output at predetermined time intervals are reflected by an object, and a reflection in which the intensity of the signal component is increased And a measurement unit configured to measure a distance to an object reflected from the pulse train based on the pulse train.

本発明の一態様によれば、小型で、より長距離の物体を計測することができる。   According to one aspect of the present invention, it is possible to measure a small, longer distance object.

図1は、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the laser distance measuring device according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態に係る発光タイミングの一例を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of light emission timing according to the first embodiment. 図3は、第1の実施形態に係る加算処理部による加算処理の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of addition processing by the addition processing unit according to the first embodiment. 図4は、第1の実施形態に係る補間信号の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the interpolation signal according to the first embodiment. 図5Aは、第1の実施形態に係る混線診断・分離処理部による処理の一例を説明するための図である。FIG. 5A is a diagram for describing an example of processing by the mixed circuit diagnosis / separation processing unit according to the first embodiment. 図5Bは、第1の実施形態に係る混線診断・分離処理部による処理の一例を説明するための図である。FIG. 5B is a diagram for describing an example of processing by the mixed circuit diagnosis / separation processing unit according to the first embodiment. 図5Cは、第1の実施形態に係る混線診断・分離処理部による処理の一例を説明するための図である。FIG. 5C is a diagram for describing an example of processing by the mixed circuit diagnosis / separation processing unit according to the first embodiment. 図6は、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置による処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of processing by the laser distance measuring device according to the first embodiment. 図7は、第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the laser distance measuring device according to the second embodiment. 図8は、第2の実施形態に係る整合フィルタ処理部の入出力を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the input and output of the matched filter processing unit according to the second embodiment. 図9は、第2の実施形態に係る整合フィルタ処理部による整合フィルタ処理の一例を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining an example of matched filter processing by the matched filter processing unit according to the second embodiment. 図10は、第2の実施形態に係る整合フィルタ処理部による整合フィルタの実施例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the matched filter by the matched filter processing unit according to the second embodiment. 図11Aは、第2の実施形態に係る混線診断・分離処理部による処理の一例を説明するための図である。FIG. 11A is a diagram for describing an example of processing by the mixed circuit diagnosis / separation processing unit according to the second embodiment; 図11Bは、第2の実施形態に係る混線診断・分離処理部による処理の一例を説明するための図である。FIG. 11B is a diagram for describing an example of processing by the mixed circuit diagnosis / separation processing unit according to the second embodiment. 図11Cは、第2の実施形態に係る混線診断・分離処理部による処理の一例を説明するための図である。FIG. 11C is a diagram for describing an example of processing by the mixed circuit diagnosis / separation processing unit according to the second embodiment. 図12は、第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置による処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of processing by the laser distance measuring device according to the second embodiment.

以下、実施形態に係るレーザー距離計測装置について図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。   Hereinafter, the laser distance measuring device according to the embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the relationship of the dimension of each element in drawing, the ratio of each element, etc. may differ from reality. Even between the drawings, there may be a case where the dimensional relationships and ratios differ from one another.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、レーザー距離計測装置100は、光源110と、光源駆動回路120と、フォトディテクタ130と、アナログフロントエンド140と、AD(Analog-to-digital)コンバータ150と、制御回路160と、通信I/F170とを備える。ここで、レーザー距離計測装置100は、図示した構成のほかに、コリメートレンズや集光レンズなどの光学系や、モーターなどの回転機構などを適宜備えることができる。
First Embodiment
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the laser distance measuring device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the laser distance measuring device 100 includes a light source 110, a light source drive circuit 120, a photodetector 130, an analog front end 140, an AD (Analog-to-digital) converter 150, and a control circuit 160. , Communication I / F 170. Here, the laser distance measuring apparatus 100 can appropriately be provided with an optical system such as a collimator lens and a condenser lens, a rotation mechanism such as a motor, and the like in addition to the illustrated configuration.

例えば、レーザー距離計測装置100は、光源110によって発光された出力光(レーザー光)を平行なレーザー光にして出射するコリメートレンズを備えることができる。かかる場合には、コリメートレンズは、光の入射面が光源110の出射面と対向するように配置され、光源110から出力されたレーザー光を平行光にして外部に出射する。   For example, the laser distance measuring device 100 can be provided with a collimating lens that emits output light (laser light) emitted by the light source 110 as parallel laser light. In such a case, the collimator lens is disposed such that the light incident surface faces the light emitting surface of the light source 110, and converts the laser light output from the light source 110 into parallel light and emits the parallel light.

また、例えば、レーザー距離計測装置100は、光源110から出力されたレーザー光(或いは、コリメートレンズから出射されたレーザー光)が物体によって反射された反射光をフォトディテクタ130に集光させる集光レンズを備えることができる。かかる場合には、集光レンズは、光の出射面がフォトディテクタ130の検出面と対向するように配置され、外部からの反射光をフォトディテクタ130に集光させる。例えば、集光レンズは、平凸レンズや、フレネルレンズなどである。   In addition, for example, the laser distance measuring device 100 is a condensing lens that causes the laser light (or the laser light emitted from the collimating lens) output from the light source 110 to condense the reflected light reflected by the object on the photodetector 130. It can be equipped. In such a case, the condenser lens is disposed such that the light emission surface faces the detection surface of the photodetector 130, and condenses the light reflected from the outside on the photodetector 130. For example, the condensing lens is a plano-convex lens, a Fresnel lens, or the like.

また、例えば、レーザー距離計測装置100は、レーザー光を1次元走査することで、2次元の距離計測を行う2次元LiDARや、レーザー光を2次元走査することで、3次元の距離計測を行う3次元LiDARを実現するために、レーザー光の出射方向を変化させるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーや、レーザー光を走査する構造を回転させるモーターなどを備えることができる。例えば、MEMSミラーは、上下方向に搖動され、光源から出射されたレーザー光を反射することにより、レーザー光を鉛直方向に走査する。また、モーターは、レーザー光を鉛直方向に走査する構造自体を、鉛直方向を軸に回転させることで、レーザー光をさらに水平方向に走査する。レーザー距離計測装置100は、これらの構成をさらに備えることで、2次元LiDARや、3次元LiDARを実現することができる。   Further, for example, the laser distance measuring apparatus 100 performs two-dimensional distance measurement by two-dimensional distance measurement by performing two-dimensional distance measurement by performing two-dimensional distance measurement by performing two-dimensional distance measurement. In order to realize three-dimensional LiDAR, a micro electro mechanical systems (MEMS) mirror for changing the emission direction of the laser light, a motor for rotating a structure for scanning the laser light, or the like can be provided. For example, the MEMS mirror is swung up and down, and scans the laser light in the vertical direction by reflecting the laser light emitted from the light source. In addition, the motor scans the laser beam further in the horizontal direction by rotating the structure itself for scanning the laser beam in the vertical direction about the vertical direction. The laser distance measuring device 100 can realize two-dimensional LiDAR and three-dimensional LiDAR by further including these configurations.

光源110は、レーザーダイオード(Laser Diode:LD)などの発光素子であり、光源駆動回路120からの駆動信号に応じて、出力光(例えば、レーザー光)を出力する。ここで、光源110は、光源駆動回路120からの駆動信号に基づいて、所定のパルス幅でレーザー光を出力したパルス光を出力する。また、光源110は、複数のパルス光を所定の時間間隔で出力する。なお、これらの詳細については、後述する。また、レーザー距離計測装置100がコリメートレンズを備える場合には、光源110は、コリメートレンズに対してパルス光を出力する。   The light source 110 is a light emitting element such as a laser diode (LD), and outputs output light (for example, laser light) according to a drive signal from the light source drive circuit 120. Here, based on the drive signal from the light source drive circuit 120, the light source 110 outputs pulsed light in which laser light is output with a predetermined pulse width. The light source 110 also outputs a plurality of pulse lights at predetermined time intervals. The details of these will be described later. In addition, when the laser distance measuring device 100 includes a collimating lens, the light source 110 outputs pulsed light to the collimating lens.

光源駆動回路120は、制御回路160からの制御信号に応じた駆動信号を光源110に出力することで、光源110からレーザー光(パルス光)を出力させる。   The light source drive circuit 120 outputs a drive signal according to the control signal from the control circuit 160 to the light source 110, thereby causing the light source 110 to output a laser beam (pulsed light).

フォトディテクタ130は、外部からの反射光を検出する。具体的には、フォトディテクタ130は、光源110から出力され、物体によって反射されたパルス光を検出する。例えば、フォトディテクタ130は、光電子増倍管(PMT:Photomultiplier Tube)や光照射による電気抵抗変化を利用したCdS、PbSなどの光電導素子、半導体のpn接合を利用した光起電力型のフォトダイオード(Photo Diode:PD)などである。フォトダイオードとしては、例えば、PNフォトダイオード、PINフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードなどである。なお、レーザー距離計測装置100が集光レンズを備える場合には、フォトディテクタ130は、集光レンズによって集光された反射光を検出する。   The photodetector 130 detects reflected light from the outside. Specifically, the photodetector 130 detects pulsed light output from the light source 110 and reflected by an object. For example, the photo detector 130 may be a photomultiplier tube (PMT), a photoconductive element such as CdS or PbS using a change in electrical resistance due to light irradiation, or a photovoltaic photodiode (pNj junction) Photo Diode (PD) etc. The photodiode is, for example, a PN photodiode, a PIN photodiode, an avalanche photodiode or the like. In addition, when the laser distance measuring device 100 includes a condensing lens, the photodetector 130 detects the reflected light condensed by the condensing lens.

アナログフロントエンド140は、フォトディテクタ130によって検出された反射光を増幅する。例えば、アナログフロントエンド140は、トランスインピーダンスアンプと増幅回路を有する。トランスインピーダンスアンプは、フォトディテクタ130が反射光に基づいて発生させた電流を電圧(電気信号)に変換して、増幅回路に出力する。増幅回路は、トランスインピーダンスアンプから入力された電気信号を信号解析可能なレベルまで増幅して、ADコンバータ150に出力する。   The analog front end 140 amplifies the reflected light detected by the photodetector 130. For example, the analog front end 140 has a transimpedance amplifier and an amplification circuit. The transimpedance amplifier converts the current generated by the photodetector 130 based on the reflected light into a voltage (electric signal), and outputs the voltage (electric signal) to the amplification circuit. The amplification circuit amplifies the electric signal input from the transimpedance amplifier to a level capable of signal analysis, and outputs the amplified signal to the AD converter 150.

ADコンバータ150は、アナログフロントエンド140から入力された電気信号をデジタル信号に変換する。具体的には、ADコンバータ150は、入力された電気信号に対して、所定のサンプリングレートでサンプリング処理を実行することで、電気信号を離散的な数値に変換したデジタル信号を生成する。そして、ADコンバータ150は、デジタル信号を制御回路160におけるデータバッファ163に格納する。   The AD converter 150 converts the electrical signal input from the analog front end 140 into a digital signal. Specifically, the AD converter 150 performs sampling processing on the input electrical signal at a predetermined sampling rate to generate a digital signal obtained by converting the electrical signal into discrete numerical values. Then, the AD converter 150 stores the digital signal in the data buffer 163 in the control circuit 160.

制御回路160は、図1に示すように、制御部161と、符号化発光タイミング生成部162と、データバッファ163と、加算処理部164と、距離計算部165と、混線診断・分離処理部166とを備え、レーザー距離計測装置100における各種制御を実行する。例えば、制御回路160は、光源110によるパルス光の出力を制御する。また、制御回路160は、受光した反射光に対する各種処理を実行することで、パルス光を反射した物体までの距離を計測する。ここで、制御回路160は、上述した各部の処理により、小型で、より長距離にある物体までの距離計測を実行することを可能とする。なお、各部の処理の詳細については、後述する。   As shown in FIG. 1, the control circuit 160 includes a control unit 161, an encoded light emission timing generation unit 162, a data buffer 163, an addition processing unit 164, a distance calculation unit 165, and a mixed line diagnosis / separation processing unit 166. And various controls in the laser distance measuring apparatus 100 are executed. For example, the control circuit 160 controls the output of pulsed light by the light source 110. In addition, the control circuit 160 measures the distance to the object from which the pulse light is reflected by executing various processes on the received reflected light. Here, the control circuit 160 makes it possible to execute the measurement of the distance to an object which is compact and located in a longer distance by the processing of each part described above. The details of the processing of each part will be described later.

通信I/F(インターフェース)170は、外部装置に対するデータ出力の通信を制御する。例えば、通信I/F170は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、NIC(Network Interface Controller)等によって実現され、外部装置に対して、距離計測の結果を出力する。   A communication I / F (interface) 170 controls communication of data output to an external device. For example, the communication I / F 170 is realized by a network card, a network adapter, an NIC (Network Interface Controller) or the like, and outputs the result of distance measurement to an external device.

以上、レーザー距離計測装置100の概要について説明した。上述したように、レーザー距離計測装置100は、制御回路160による処理によって、小型で、より長距離にある物体までの距離計測を行うことを可能とする。具体的には、制御回路160は、所定の時間間隔で複数のパルス光を出力させ、所定の時間間隔に基づく信号を用いて、反射光の信号成分の強度を増大させて、反射光のS/N比を改善することで、回路規模を大きくすることなく、より長距離にある物体までの距離計測を行うことを可能にする。以下、制御回路160における処理の詳細について説明する。   The outline of the laser distance measuring device 100 has been described above. As described above, the laser distance measuring apparatus 100 enables processing of the control circuit 160 to measure the distance to an object that is compact and located in a longer distance. Specifically, the control circuit 160 outputs a plurality of pulse lights at a predetermined time interval, and uses the signal based on the predetermined time interval to increase the intensity of the signal component of the reflected light to generate S of the reflected light. By improving the / N ratio, it is possible to measure the distance to an object located in a longer distance without increasing the circuit size. The details of the process in control circuit 160 will be described below.

制御回路160における制御部161は、レーザー距離計測装置100の全体を制御する。例えば、制御部161は、符号化発光タイミング生成部162による発光タイミングの生成を制御する。また、例えば、制御部161は、ADコンバータ150によるサンプリング処理を制御する。また、例えば、制御部161は、加算処理部164による加算処理を制御する。また、制御部161は、距離計算部165による距離計算を制御する。また、例えば、制御部161は、混線診断・分離処理部166による処理を制御する。   A control unit 161 in the control circuit 160 controls the entire laser distance measuring device 100. For example, the control unit 161 controls the generation of the light emission timing by the coded light emission timing generation unit 162. Also, for example, the control unit 161 controls sampling processing by the AD converter 150. Also, for example, the control unit 161 controls the addition processing by the addition processing unit 164. The control unit 161 also controls the distance calculation by the distance calculation unit 165. Also, for example, the control unit 161 controls the processing by the mixed line diagnosis / separation processing unit 166.

符号化発光タイミング生成部162は、制御部161による制御のもと、光源110がパルス光を発光する発光タイミングを生成し、生成した発光タイミングを光源駆動回路120に出力する。光源駆動回路120は、符号化発光タイミング生成部162から入力された発光タイミングで駆動信号を出力することで、光源110にパルス光を出力させる。すなわち、光源110は、符号化発光タイミング生成部162によって生成された発光タイミングでパルス光を発光することとなる。   Under the control of the control unit 161, the encoded light emission timing generation unit 162 generates a light emission timing at which the light source 110 emits pulsed light, and outputs the generated light emission timing to the light source drive circuit 120. The light source drive circuit 120 causes the light source 110 to output pulsed light by outputting a drive signal at the light emission timing input from the encoded light emission timing generation unit 162. That is, the light source 110 emits pulsed light at the light emission timing generated by the coded light emission timing generation unit 162.

ここで、符号化発光タイミング生成部162は、光源110が、所定の時間間隔で複数のパルス光を出力するように、発光タイミングを生成する。具体的には、符号化発光タイミング生成部162は、複数のパルス光に対して所定の時間間隔分ずらした複数のパルス光を重ねた場合に、同時に重複するパルス光の数がより少なくなる時間間隔で複数のパルス光が出力されるように、発光タイミングを生成する。   Here, the encoded light emission timing generation unit 162 generates a light emission timing such that the light source 110 outputs a plurality of pulse lights at a predetermined time interval. Specifically, when the encoded light emission timing generation unit 162 superimposes a plurality of pulse lights shifted by a predetermined time interval on a plurality of pulse lights, the time when the number of pulse lights overlapping at the same time is smaller The light emission timing is generated so that a plurality of pulse lights are output at intervals.

図2は、第1の実施形態に係る発光タイミングの一例を説明するための図である。ここで、図2においては、発光する場合を「1」、発光しない場合を「0」として発光タイミングを示す。例えば、符号化発光タイミング生成部162は、図2に示すように、所定の時間「τ」において、パルス幅「τP」のパルス光を4回出力させる発光タイミングを生成する。ここで、符号化発光タイミング生成部162は、各パルス光の間の時間を所定の時間間隔に設定する。例えば、符号化発光タイミング生成部162は、図2に示すように、第1のパルス光(図中、左端の「1」)の発光タイミングと、第2のパルス光(図中、左から2番目の「1」)の発光タイミングとの間の時間間隔として、「4τP」を設定する。すなわち、符号化発光タイミング生成部162は、第1のパルス光を発光してから、パルス幅「τP」の時間の4倍の時間をあけて、第2のパルス光を発光させる発光タイミングを生成する。 FIG. 2 is a diagram for explaining an example of light emission timing according to the first embodiment. Here, in FIG. 2, the light emission timing is indicated by “1” when light is emitted and “0” when light is not emitted. For example, as shown in FIG. 2, the encoded light emission timing generation unit 162 generates light emission timing for outputting pulse light of pulse width “τ P ” four times in a predetermined time “τ”. Here, the coded light emission timing generation unit 162 sets the time between each pulsed light to a predetermined time interval. For example, as shown in FIG. 2, the encoded light emission timing generation unit 162 generates the light emission timing of the first pulse light (“1” at the left end in the drawing) and the second pulse light (2 in the drawing from the left). Set “4τ P ” as a time interval between the light emission timing of the 1st “1”). That is, the encoded light emission timing generation unit 162 sets the light emission timing for emitting the second pulse light at a time four times the time of the pulse width “τ P ” after emitting the first pulse light. Generate

同様に、符号化発光タイミング生成部162は、第2のパルス光の発光タイミングと第3のパルス光(図中、左から3番目の「1」)の発光タイミングとの間の時間間隔、及び、第3のパルス光の発光タイミングと第4のパルス光(図中、右端の「1」)の発光タイミングとの間の時間間隔をそれぞれ設定する。ここで、符号化発光タイミング生成部162は、第1のパルス光と第2のパルス光との時間間隔、第2のパルス光と第3のパルス光との時間間隔、及び、第3のパルス光と第4のパルス光との時間間隔がそれぞれ異なる時間間隔となるように各時間間隔を設定する。   Similarly, the encoded light emission timing generation unit 162 determines a time interval between the light emission timing of the second pulse light and the light emission timing of the third pulse light (the third “1” from the left in the drawing), The time intervals between the emission timing of the third pulse light and the emission timing of the fourth pulse light (“1” at the right end in the drawing) are set. Here, the coded light emission timing generation unit 162 is configured to calculate a time interval between the first pulse light and the second pulse light, a time interval between the second pulse light and the third pulse light, and a third pulse. Each time interval is set such that the time intervals between the light and the fourth pulse light are different from each other.

例えば、符号化発光タイミング生成部162は、第2のパルス光と第3のパルス光との時間間隔として、図2に示すように、「6τP」を設定する。また、符号化発光タイミング生成部162は、第3のパルス光と第4のパルス光との時間間隔として、図2に示すように、「8τP」を設定する。これは、各パルス光を時間軸上で、時間間隔分シフトした場合に、シフト前の各パルス光と重なるパルス光の数が1つとなるように設定するためである。例えば、図2に示す発光タイミングで発光された各パルス光を、「4τP」分の時間左側にシフトさせた場合、シフト前の第1のパルス光と、シフト後の第2のパルス光とが重なることとなる。さらに、「4τP」分の時間を左側にシフトさせた各パルス光を、「6τP」分の時間左側にシフトさせた場合、シフト後の各パルス光のうち、第3のパルス光のみがシフト前の第2のパルス光(及びシフトしていない第1のパルス光)と重なることとなる。 For example, as illustrated in FIG. 2, the encoded light emission timing generation unit 162 sets “6τ P ” as a time interval between the second pulse light and the third pulse light. Further, as shown in FIG. 2, the encoded light emission timing generation unit 162 sets “8τ P ” as a time interval between the third pulse light and the fourth pulse light. This is to set such that, when each pulsed light is shifted on the time axis by a time interval, the number of pulsed lights overlapping each pulsed light before shifting is one. For example, when each pulse light emitted at the light emission timing shown in FIG. 2 is shifted to the left by “4τ P ”, the first pulse light before the shift and the second pulse light after the shift are generated. Will overlap. Furthermore, each pulse light to "4.tau P" component of the time is shifted to the left, when shifted to the time left "6Tau P" component, of each pulse light after the shift, only the third pulse light It will overlap with the second pulse light before shift (and the first pulse light not shifted).

このように、符号化発光タイミング生成部162は、複数のパルス光に対して所定の時間間隔分ずらした複数のパルス光を重ねた場合に、同時に重複するパルス光の数がより少なくなる時間間隔で複数のパルス光が出力されるように、発光タイミングを生成する。ここで、符号化発光タイミング生成部162は、例えば、発光タイミングとして、図2に示す2進数の符号化信号「1000100000100000001」を生成して、光源駆動回路120に出力する。光源駆動回路120は、入力された符号化信号「1000100000100000001」の「1」のタイミングで駆動信号を出力することで光源110にパルス光を発光させる。なお、以下では、符号化発光タイミング生成部162によって生成された発光タイミングで生成された時間「τ」における複数のパルス光をパルス列と記載する。   As described above, when the encoded light emission timing generation unit 162 superimposes a plurality of pulse lights shifted by a predetermined time interval on a plurality of pulse lights, a time interval in which the number of pulse lights overlapping at the same time decreases. The light emission timing is generated so that a plurality of pulse lights are output. Here, the encoded light emission timing generation unit 162 generates, for example, a binary encoded signal “1000100000100000001” illustrated in FIG. 2 as light emission timing, and outputs the generated signal to the light source drive circuit 120. The light source drive circuit 120 causes the light source 110 to emit pulsed light by outputting a drive signal at the timing "1" of the input encoded signal "1000100000100000001". In the following, a plurality of pulse lights at the time “τ” generated at the light emission timing generated by the encoded light emission timing generation unit 162 will be referred to as a pulse train.

なお、図2で示す発光タイミングはあくまでも一例であり、符号化発光タイミング生成部162によって生成される発光タイミングは、図2の例に限定されるものではない。例えば、時間「τ」の範囲内で出力するパルス光の数、時間「τ」に対するパルス幅「τP」の時間などは、任意に設定することができる。また、パルス列の時間「τ」は、1つの物体までの距離計測と、次の物体までの距離計測との間の時間の範囲であれば、任意に設定することができる。 Note that the light emission timing shown in FIG. 2 is merely an example, and the light emission timing generated by the encoded light emission timing generation unit 162 is not limited to the example shown in FIG. For example, the number of pulse lights to be output within the range of time “τ”, the time of pulse width “τ P ” with respect to time “τ”, and the like can be set arbitrarily. Further, the time “τ” of the pulse train can be set arbitrarily as long as it is a time range between the measurement of the distance to one object and the measurement of the distance to the next object.

また、図2で示す発光タイミングでは、各パルス光を時間軸上で、時間間隔分シフトした場合に、シフト前の各パルス光と重なるパルス光の数が1つとなる場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、パルス光の重なりが「10%」以下となるように設定する場合であってもよい。かかる設定では、パルス列に含まれる各パルス光が、時間間隔分ずつシフトした場合に、シフト前のパルス列とシフト後のパルス列との合計の数に対する他のパルス光と重なった回数の割合が設定される。例えば、パルス列に「100」個のパルス光が含まれる場合、シフトしていないパルス列と、各パルス間の時間間隔でそれぞれシフトした「99」個のパルス列の「100」個のパルス列が並ぶことなる。「100」個のパルス列において、各パルス光が他のパルス光と重なる回数が「10」回以下となるように設定される。なお、発光タイミングは、レーザー距離計測装置ごとに固有のものを割り当てる場合であってもよいが、計測処理ごとに乱数が割り当てられ、乱数に基づいて決定される場合であってもよい。   Further, in the light emission timing shown in FIG. 2, when each pulse light is shifted by a time interval on the time axis, the case has been described where the number of pulse lights overlapping each pulse light before the shift is one. The form is not limited to this. For example, the overlap of the pulsed light may be set to "10%" or less. In this setting, when each pulse light included in the pulse train is shifted by the time interval, the ratio of the number of times the other pulse lights overlap with the total number of the pulse train before shift and the pulse train after shift is set. Ru. For example, when "100" pulse lights are included in a pulse train, "100" pulse trains of "99" pulse trains which are respectively shifted in the time interval between the unshifted pulse train and each pulse are arranged. . In the “100” pulse trains, the number of times each pulse light overlaps with other pulse lights is set to “10” or less. Note that the light emission timing may be a case where a unique one is assigned to each of the laser distance measurement devices, but a random number may be assigned to each measurement process and may be determined based on the random number.

本願に係るレーザー距離計測装置100は、物体までの距離計測に上記したパルス列を用いることで、反射光における信号成分の強度を増大させ、S/N比を改善することができる。以下、反射光に対する処理の詳細について説明する。   The laser distance measuring device 100 according to the present application can increase the intensity of the signal component in the reflected light and improve the S / N ratio by using the above-described pulse train for measuring the distance to the object. The details of the processing for reflected light will be described below.

光源110が、上述した符号化発光タイミング生成部162によって生成された発光タイミングで複数のパルス光を出力すると、外部の物体によって複数のパルス光が反射されてフォトディテクタ130によって検出される。例えば、フォトディテクタ130は、図2に示す発光タイミングで出力された複数のパルス光が物体によって反射された複数のパルス光を検出する。なお、以下では、複数のパルス光が物体によって反射された複数のパルス光を反射パルス列と記載する。   When the light source 110 outputs a plurality of pulse lights at the light emission timing generated by the above-described encoded light emission timing generation unit 162, the plurality of pulse lights are reflected by an external object and detected by the photodetector 130. For example, the photodetector 130 detects a plurality of pulse lights in which a plurality of pulse lights output at the light emission timing shown in FIG. 2 are reflected by an object. In the following, a plurality of pulse lights in which a plurality of pulse lights are reflected by an object will be referred to as a reflection pulse train.

フォトディテクタ130によって検出された反射パルス列は、アナログフロントエンド140で増幅され、ADコンバータ150でデジタル信号に変換され、データバッファ163に格納される。データバッファ163は、ADコンバータ150から入力されたデジタル信号を記憶する。   The reflected pulse train detected by the photodetector 130 is amplified by the analog front end 140, converted into a digital signal by the AD converter 150, and stored in the data buffer 163. The data buffer 163 stores the digital signal input from the AD converter 150.

加算処理部164は、反射パルス列におけるパルス光の時間を所定の時間間隔分ずらしたパルス列信号を生成し、生成したパルス列信号を反射パルス列に加算することで、当該反射パルス列における信号成分の強度を増加させる。具体的には、加算処理部164は、反射パルス列を各パルス間の時間間隔分シフトさせたパルス列信号をそれぞれ生成する。そして、加算処理部164は、反射パルス列に対して、生成したパルス列信号を加算することで、反射パルス列における信号成分の強度を増大させる。なお、加算処理部164は、処理部とも記載される。   The addition processing unit 164 generates a pulse train signal in which the time of pulse light in the reflection pulse train is shifted by a predetermined time interval, and adds the generated pulse train signal to the reflection pulse train to increase the intensity of the signal component in the reflection pulse train. Let Specifically, the addition processing unit 164 generates pulse train signals in which the reflected pulse train is shifted by the time interval between each pulse. Then, the addition processing unit 164 adds the generated pulse train signal to the reflected pulse train to increase the strength of the signal component in the reflected pulse train. The addition processing unit 164 is also described as a processing unit.

図3は、第1の実施形態に係る加算処理部164による加算処理の一例を説明するための図である。ここで、図3においては、(1)に反射パルス列を示し、(2)〜(4)に反射パルス列から生成したパルス列信号を示す。また、図3においては、パルス光の波形を直線の三角波で示した反射パルス列及びパルス列信号をそれぞれ示しているが、実際には、加算処理部164によって処理される反射パルス列及びパルス列信号は、ADコンバータ150によって変換されたデジタル信号である。すなわち、加算処理部164によって処理される反射パルス列及びパルス列信号は、ADコンバータ150によって反射パルス列からサンプリングされた離散的な数値である。   FIG. 3 is a diagram for explaining an example of addition processing by the addition processing unit 164 according to the first embodiment. Here, in FIG. 3, (1) shows a reflection pulse train, and (2) to (4) show pulse train signals generated from the reflection pulse train. Further, FIG. 3 shows a reflected pulse train and a pulse train signal in which the waveform of pulse light is indicated by a straight triangular wave, but in practice the reflected pulse train and the pulse train signal processed by the addition processing unit 164 are AD It is a digital signal converted by the converter 150. That is, the reflected pulse train and the pulse train signal processed by the addition processing unit 164 are discrete numerical values sampled from the reflected pulse train by the AD converter 150.

例えば、加算処理部164は、データバッファ163によって記憶された図3に示す反射パルス列(1)を読み出し、読み出した反射パルス列(1)を、第1のパルス光と第2のパルス光との間の時間間隔分だけシフトしたパルス列信号(2)を生成する。また、加算処理部164は、パルス列信号(2)を、第2のパルス光と第3のパルス光との間の時間間隔分だけシフトしたパルス列信号(3)を生成する。また、加算処理部164は、パルス列信号(3)を、第3のパルス光と第4のパルス光との間の時間間隔分だけシフトしたパルス列信号(4)を生成する。   For example, the addition processing unit 164 reads the reflected pulse train (1) shown in FIG. 3 stored by the data buffer 163, and reads the reflected pulse train (1) between the first pulse light and the second pulse light. The pulse train signal (2) shifted by the time interval of is generated. The addition processing unit 164 also generates a pulse train signal (3) obtained by shifting the pulse train signal (2) by the time interval between the second pulse light and the third pulse light. The addition processing unit 164 also generates a pulse train signal (4) obtained by shifting the pulse train signal (3) by the time interval between the third pulse light and the fourth pulse light.

そして、加算処理部164は、反射パルス列(1)に対して、生成したパルス列信号(2)〜(4)を加算することで、図3の下段「(1)+(2)+(3)+(4)」に示す加算信号を生成する。すなわち、加算処理部164は、反射パルス列の信号成分の強度が増大された加算信号を生成する。そして、加算処理部164は、加算信号を距離計算部165に出力する。   Then, the addition processing unit 164 adds the generated pulse train signals (2) to (4) to the reflected pulse train (1) to obtain the lower portion “(1) + (2) + (3) in FIG. The addition signal shown in “+ (4)” is generated. That is, the addition processing unit 164 generates an addition signal in which the intensity of the signal component of the reflected pulse train is increased. Then, the addition processing unit 164 outputs the addition signal to the distance calculation unit 165.

このように、加算処理部164は、上記した加算処理によって、反射パルス列のS/N比を向上させることができる。以下、加算処理によるS/N比の改善について説明する。例えば、図3に示すように、反射パルス列に含まれるパルス光の波形(電圧波形)を「f(t)」とする。そして、f(t)を各パルス光間の時間間隔分シフトして加算した場合の最大値は、「パルス数N=4」とすると、以下の式(1)によって示される。   Thus, the addition processing unit 164 can improve the S / N ratio of the reflected pulse train by the above-described addition processing. Hereinafter, improvement of the S / N ratio by the addition process will be described. For example, as shown in FIG. 3, the waveform (voltage waveform) of the pulsed light included in the reflected pulse train is set to “f (t)”. Then, the maximum value when f (t) is shifted and added for the time interval between each pulse light is represented by the following equation (1), assuming that “the number of pulses N = 4”.

Figure 2019078602
Figure 2019078602

ここで、図3に示すように、反射パルス列と各パルス列信号との間で、2個以上のパルス光が重ならないように発光タイミングが設定することで、f(t)に白色雑音電圧「n(V/√Hz)」が加算しているとすると、S/N比(SNR)は、以下の式(2)によって示される。なお、式(2)における「B」は、受光回路(フォトディテクタ130)の帯域幅を示す。   Here, as shown in FIG. 3, by setting the light emission timing so that two or more pulse lights do not overlap between the reflected pulse train and each pulse train signal, the white noise voltage “n” is set to f (t). Assuming that (V / HzHz) is added, the S / N ratio (SNR) is expressed by the following equation (2). In addition, "B" in Formula (2) shows the bandwidth of a light receiving circuit (photo detector 130).

Figure 2019078602
Figure 2019078602

式(2)に示すように、単一のパルス光の場合と比較して、4つのパルス光のパルス列を用いることで、SN比が2倍になる。なお、一般的には、S/N比は、N個のパルス光で「√N」倍改善される。   As shown in the equation (2), the SN ratio is doubled by using a pulse train of four pulse lights as compared with the case of a single pulse light. In general, the S / N ratio is improved by “√N” times with N pulse lights.

このように、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100では、所定の時間間隔で出力された複数のパルス光であるパルス列を用いることで、物体によって反射された反射光のS/N比を改善することができ、回路規模を大きくすることなく、より長距離にある物体までの距離を精度よく計測することができる。   As described above, in the laser distance measuring device 100 according to the first embodiment, the S / N ratio of the reflected light reflected by the object is obtained by using a pulse train that is a plurality of pulse lights output at predetermined time intervals. Can be improved, and the distance to an object located at a longer distance can be accurately measured without increasing the circuit size.

ここで、上述した実施形態では、ADコンバータ150によって変換されたデジタル信号を用いて加算処理を行う場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、離散的なデジタル信号のサンプル点間の値を補間処理によって補間した補間信号を用いる場合であってもよい。図4は、第1の実施形態に係る補間信号の一例を示す図である。例えば、加算処理部164は、図4の上段に示すデジタル信号をデータバッファ163から読み出し、読み出したデジタル信号に対して、スプライン補間や、ラグランジェ補間を実行する。これにより、加算処理部164は、図4の下段に示すように、デジタル信号のサンプル点間の値を補間した補間信号を生成する。そして、加算処理部164は、生成した補間信号を用いて上述した加算処理を実行する。   Here, in the embodiment described above, the case where the addition processing is performed using the digital signal converted by the AD converter 150 has been described. However, the embodiment is not limited to this, and may be, for example, a case of using an interpolation signal obtained by interpolating values between sample points of discrete digital signals. FIG. 4 is a diagram showing an example of the interpolation signal according to the first embodiment. For example, the addition processing unit 164 reads the digital signal shown in the upper part of FIG. 4 from the data buffer 163, and executes spline interpolation or Lagrange interpolation on the read digital signal. Thereby, the addition processing unit 164 generates an interpolation signal obtained by interpolating values between sample points of the digital signal, as shown in the lower part of FIG. Then, the addition processing unit 164 performs the above-described addition processing using the generated interpolation signal.

図1に戻って、距離計算部165は、加算処理部164によって加算処理が実行された加算信号に基づいて、複数のパルス光を反射した物体までの距離を計測する。例えば、距離計算部165は、TOF(Time of Flight)方式の距離測定を行うことで、複数のパルス光を反射した物体までの距離を計測する。かかる場合、距離計算部165は、複数のパルス光に基づく信号と、加算信号との遅延時間から距離を演算する。例えば、距離計算部165は、複数のパルス信号の出力開始の時間と、加算信号においてピークが最大となる時間(図3における最大ピークの出現タイミング)との時間差、及び、光速に基づいて、物体までの距離を計測する。なお、距離計算部165は、計測部とも記載される。   Referring back to FIG. 1, the distance calculation unit 165 measures the distance to an object that has reflected a plurality of pulse lights based on the addition signal on which the addition processing has been performed by the addition processing unit 164. For example, the distance calculation unit 165 measures the distance to an object that has reflected a plurality of pulse lights by performing distance measurement of a TOF (Time of Flight) method. In such a case, the distance calculation unit 165 calculates the distance from the delay time of the signal based on the plurality of pulse lights and the addition signal. For example, the distance calculation unit 165 determines an object based on the time difference between the output start time of the plurality of pulse signals and the time when the peak is maximum in the added signal (the appearance timing of the maximum peak in FIG. 3) Measure the distance to The distance calculation unit 165 is also described as a measurement unit.

なお、2次元LiDAR、或いは、3次元LiDARを実現する場合には、レーザー距離計測装置100は、複数のパルス光(パルス列)を走査する各方向へそれぞれ出力し、各方向からの反射光(反射パルス列)をそれぞれ検出する。   In the case of realizing two-dimensional LiDAR or three-dimensional LiDAR, the laser distance measuring device 100 outputs a plurality of pulse lights (pulse trains) in each direction for scanning, and the reflected light from each direction (reflection Each pulse train is detected.

上述したように、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100は、所定の時間間隔で出力されたパルス光であるパルス列を用いて、反射光のS/N比を改善するが、レーザー距離計測装置100は、上述したS/N比の改善だけではなく、フォトディテクタ130によって検出した光が、反射光であるか否かを判定することができる。具体的には、混線診断・分離処理部166は、所定の時間間隔に基づく信号を用いて、外部から受光した光が反射パルス列であるか否かを判定する。なお、混線診断・分離処理部166は、判定処理部とも記載される。   As described above, the laser distance measuring apparatus 100 according to the first embodiment improves the S / N ratio of the reflected light by using a pulse train which is pulse light output at predetermined time intervals, but the laser distance The measuring apparatus 100 can determine not only the improvement of the S / N ratio described above, but also whether the light detected by the photodetector 130 is reflected light. Specifically, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines, using a signal based on a predetermined time interval, whether the light received from the outside is a reflected pulse train or not. The mixed line diagnosis / separation processing unit 166 is also described as a determination processing unit.

近年、レーザー距離計測装置が様々な分野で活用され、身近なものとなりつつある。従って、周囲で自装置とは異なる他のLiDARが用いられている場合もある。そのような場合、他のLiDARによって出力されたパルス光を自装置が検出すると、誤った計測結果を提示することとなる。そこで、レーザー距離計測装置100は、パルス列を用いることで、他のLiDARからの光を分離することを可能にする。   In recent years, laser distance measuring devices have been used in various fields and are becoming familiar. Therefore, another LiDAR different from the own device may be used in the surroundings. In such a case, when the own device detects pulsed light output by another LiDAR, an erroneous measurement result will be presented. Therefore, the laser distance measuring apparatus 100 can separate light from other LiDARs by using a pulse train.

例えば、自装置の近くに他のLiDARがあり、個々のLiDARは異なるタイミングで符号化されたパルス列で発光しているとする。この場合、自装置に入射される他のLiDARが発した光の反射光、又は直接光は、以下の3つパターンが考えられる。例えば、3つのパターンとして、(1)信号が大きく、パルス列の識別が十分にできる場合、(2)信号は小さいが、パルス列が自装置のパルス列と相関が無い場合、(3)信号が小さく、パルス列が自装置のパルス列と一部相関がある場合が挙げられる。   For example, it is assumed that there is another LiDAR near the own apparatus, and each LiDAR emits light with a pulse train encoded at different timings. In this case, the following three patterns can be considered for the reflected light or the direct light of the light emitted from the other LiDAR that is incident on the device itself. For example, as three patterns, (1) when the signal is large and the pulse train can be identified sufficiently, (2) the signal is small, but when the pulse train has no correlation with the pulse train of its own device, (3) the signal is small, There is a case where the pulse train has a partial correlation with the pulse train of its own device.

例えば、(1)の場合には、混線診断・分離処理部166は、パルス列を識別することで、フォトディテクタ130によって検出された光が、反射パルス列であるか否かを判定する。すなわち、混線診断・分離処理部166は、検出されたパルス列におけるパルス光間の時間間隔が、符号化発光タイミング生成部162によって生成された時間間隔であるか否かに基づいて、反射パルス列であるか否かを判定する。   For example, in the case of (1), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines whether or not the light detected by the photodetector 130 is a reflected pulse train by identifying the pulse train. That is, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 is a reflection pulse train based on whether or not the time interval between the pulse lights in the detected pulse train is the time interval generated by the coded light emission timing generation unit 162. It is determined whether or not.

また、例えば、(2)の場合には、パルス列が自装置と相関がないため、上述した加算処理を実行したとしても、他のLiDARのパルス列における信号成分の強度は増大されず、特別な処理を実行することなく、他のLiDARのパルス列を分離(除外)することができる。   Also, for example, in the case of (2), since the pulse train has no correlation with its own device, even if the above-described addition processing is performed, the strength of the signal component in the other LiDAR pulse trains is not increased. Other LiDAR pulse trains can be separated (excluded) without performing.

次に、(3)の場合、パルス列が自装置のパルス列と一部相関を持っているため、上述した加算処理を実行すると、他のLiDARのパルス列における信号成分の強度が増大されることとなる。そこで、(3)の場合には、第1の実施形態に係る混線診断・分離処理部166は、経時的に受光された複数の光の時間を所定の時間間隔分ずらした受光信号を生成し、生成した受光信号を複数の光の信号に加算した場合の信号値が、加算に応じた値となっているか否かに基づいて、複数の光が反射パルス列であるか否かを判定する。すなわち、混線診断・分離処理部166は、上述した加算処理と同様の処理を実行することで、加算信号を生成し、生成した加算信号に基づいて、反射パルス列を判別する。   Next, in the case of (3), since the pulse train has a partial correlation with the pulse train of its own device, when the above-described addition processing is performed, the strength of the signal component in the other LiDAR pulse trains is increased. . Therefore, in the case of (3), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 according to the first embodiment generates a light reception signal in which the time of a plurality of light received over time is shifted by a predetermined time interval. Based on whether or not the signal value when the generated light reception signal is added to the plurality of light signals is a value corresponding to the addition, it is determined whether or not the plurality of lights are reflected pulse trains. That is, the cross-track diagnosis / separation processing unit 166 generates the addition signal by executing the same processing as the addition processing described above, and determines the reflected pulse train based on the generated addition signal.

図5A〜図5Cは、第1の実施形態に係る混線診断・分離処理部166による処理の一例を説明するための図である。ここで、図5A〜図5Cにおいては、図2で示す発光タイミングでパルス光を発光したパルス列が物体によって反射された反射パルス列に、他装置から出力されたパルス(図中、他機パルス)が含まれる場合の処理の一例について示す。また、図5A〜図5Cにおいては、(1)にフォトディテクタ130によって検出された複数のパルス光(他機パルスが含まれる反射パルス列)を示し、(2)〜(4)に反射パルス列から生成したパルス列信号を示す。また、図5A〜図5Cにおいては、下段に、反射パルス列に対してパルス列信号を加算した加算信号を示す。なお、以下では、自装置から出力されたパルスを自機パルスとも記載する。   5A to 5C are diagrams for explaining an example of processing performed by the mixed circuit diagnosis / separation processing unit 166 according to the first embodiment. Here, in FIG. 5A to FIG. 5C, the pulse train that emitted pulse light at the light emission timing shown in FIG. 2 is the reflected pulse train reflected by the object, and the pulses (other machine pulses in FIG. 5) An example of processing in the case of being included is shown. 5A to 5C, (1) shows a plurality of pulse lights (reflected pulse trains including other machine pulses) detected by the photodetector 130, and (2) to (4) are generated from the reflected pulse trains. 7 shows a pulse train signal. Moreover, in FIG. 5A-FIG. 5C, the addition signal which added the pulse-train signal with respect to the reflected pulse train is shown in the lower stage. In addition, below, the pulse output from the own apparatus is described also as an own machine pulse.

例えば、図5Aに示すように、反射パルス列における第3の自機パルスと第4の自機パルスとの間に他機パルスが含まれる反射光に対して上記した加算処理を実施した場合、(1)〜(4)を加算した加算信号「(1)+(2)+(3)+(4)」には、図5Aに示すように、自機パルス以外にも他機パルスに基づく信号が含まれることとなる。例えば、図5Aに示すように、加算信号は、他機パルスのみによるピークや、シフト後に他機パルスと自機パルスのタイミングが重なることで加算されたピークを含む。混線診断・分離処理部166は、このようなピークが検出可能な強度の際に誤って自機の信号として処理されることを抑止するため、以下の処理によって反射パルス列を判別する。   For example, as shown in FIG. 5A, when the above-described addition processing is performed on the reflected light in which the other-machine pulse is included between the third own-machine pulse and the fourth own-machine pulse in the reflected pulse train, As shown in FIG. 5A, the addition signal “(1) + (2) + (3) + (4)” obtained by adding 1) to (4) is a signal based on the other machine pulse besides the own machine pulse. Will be included. For example, as shown in FIG. 5A, the addition signal includes a peak due to the other machine pulse alone, and a peak added after the timing of the other machine pulse and the own machine pulse overlap after the shift. The mixed line diagnosis / separation processing unit 166 discriminates the reflected pulse train by the following processing in order to prevent such a peak from being erroneously processed as the signal of the own machine at the detectable intensity.

具体的には、混線診断・分離処理部166は、上述した加算処理を実行する際にパルス列信号を間引いた処理を実施し、この処理による加算信号の変化に基づいて反射パルス列を判別する。例えば、混線診断・分離処理部166は、図5Bに示すように、他機パルスが含まれる反射パルス列(1)からパルス列信号を生成する際に、図5Aにおける(3)のパルス列信号を生成せずに、(2)及び(4)のパルス列信号のみを生成して、加算処理を実行する。すなわち、混線診断・分離処理部166は、パルス間の時間分シフトさせることで生成する複数のパルス列信号において、いずれかのパルス列信号を除いた複数のパルス列信号を生成して加算処理を実行する。   Specifically, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 carries out processing in which the pulse train signal is thinned out when executing the above-described addition processing, and determines a reflected pulse train based on a change in the addition signal resulting from this processing. For example, as shown in FIG. 5B, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 generates the pulse train signal of (3) in FIG. 5A when generating the pulse train signal from the reflected pulse train (1) including other machine pulses. Instead, only the pulse train signals of (2) and (4) are generated to perform addition processing. That is, in the plurality of pulse train signals generated by shifting the time between pulses, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 generates a plurality of pulse train signals excluding any pulse train signal, and executes the addition processing.

このような間引きを伴う加算処理を実行すると、加算処理後、他機パルスのみの信号は、間引きを行わない場合(図5Aの場合)と変わらないピーク強度をもつか、或いは、信号自体が消失することとなる。また、他機パルスに自機パルスが加算された信号は、重なり数や重なり位置に応じたピークをもつこととなる。これに対して、自機パルスのみが加算された信号は、いずれのパルス列信号を間引いた場合であっても、毎回近似したピーク強度をもつこととなる。すなわち、自機パルスのみが加算された信号は、間引きを行わない場合(図5Aの場合)のピーク強度から間引き分のピーク強度(例えば、1パルス分に相当するピーク強度)が低下したピーク強度となる。したがって、自機パルスの数が十分に多く、自機パルスと他機パルスとの重なり数が十分に少ないと仮定すると、混線診断・分離処理部166は、間引き後に加算処理を行った回数(間引くパルス列信号を変えて行った加算処理の回数)に対して一定の回数以上の試行において、同程度のピーク強度をもち、かつ、その強度が間引きを行わない場合(全加算時)のピーク強度よりも低くなるピークを自機パルスのみが加算されたピークとして判定することができる。   When such addition processing with thinning out is performed, after addition processing, the signal of only the other machine pulse has the same peak intensity as the case without thinning (in the case of FIG. 5A), or the signal itself is lost It will be done. Further, a signal obtained by adding the own-machine pulse to the other-machine pulse has a peak corresponding to the overlap number and the overlap position. On the other hand, the signal to which only the own machine pulse is added has peak intensity approximated each time, regardless of which pulse train signal is thinned out. That is, in the signal in which only the own machine pulse is added, the peak intensity in which the peak intensity (for example, the peak intensity corresponding to one pulse) decreases from the peak intensity when thinning is not performed (in the case of FIG. 5A) It becomes. Therefore, assuming that the number of own-machine pulses is sufficiently large and the number of overlap between own-machine pulses and other-machine pulses is sufficiently small, the number of times the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 performs addition processing after thinning (thinning With respect to the number of times of addition processing performed by changing the pulse train signal, the peak intensity is the same when compared with a certain number of trials or more, and the peak intensity is not reduced (when full addition) The peak which is also lowered can be determined as the peak to which only the own-machine pulse is added.

例えば、(3)を除いて、(2)及び(4)のパルス列信号を生成した加算処理では、図5Bに示すように、自機パルスのみが加算された信号の強度が3/4に減少する。ここで、他機パルスのみのピークの強度は変わらず、他機パルスと自機パルスが加算された信号のピーク強度は、間引きによって、自機パルスのみのピーク強度となる。また、例えば、(2)を除いて、(3)及び(4)のパルス列信号を生成した加算処理では、図5Cに示すように、自機パルスのみが加算された信号の強度が3/4に減少する。ここで、他機パルスのみのピークの強度は変わらず、他機パルスと自機パルスが加算された信号のピーク強度は、間引きによって、他機パルスのみのピーク強度となる。また、(2)を除いて、(3)及び(4)のパルス列信号を生成した加算処理では、他機パルスのピークにおいて消失するものがある。   For example, in addition processing in which the pulse train signals of (2) and (4) are generated except for (3), as shown in FIG. 5B, the strength of the signal to which only the own machine pulse is added is reduced to 3/4. Do. Here, the peak intensity of the other machine pulse alone does not change, and the peak intensity of the signal obtained by adding the other machine pulse and the own machine pulse becomes the peak intensity of the own machine pulse only by thinning. Also, for example, in the addition processing in which the pulse train signals of (3) and (4) are generated except for (2), as shown in FIG. 5C, the strength of the signal to which only the own machine pulse is added is 3/4 To decrease. Here, the peak intensity of the other machine pulse alone does not change, and the peak intensity of the signal obtained by adding the other machine pulse and the own machine pulse becomes the peak intensity of the other machine pulse only by thinning. Moreover, except for (2), in the addition processing in which the pulse train signals of (3) and (4) are generated, there is one that disappears at the peak of the other device pulse.

混線診断・分離処理部166は、上述したように、間引き対象のパルス列信号を変えながら、複数回の加算処理を実行し、加算処理後のピークの変化を参照することで、他機パルスを含む反射パルス列の中から自機パルスを判別する。すなわち、混線診断・分離処理部166は、複数回の加算処理において(図5B及び図5C)、加算処理後のピーク強度が同程度であり、かつ、そのピーク強度が、全加算時のピーク強度の3/4となっているピークを自機パルスのみが加算されたピークと判定する。そして、混線診断・分離処理部166は、判定したピークに対応する全加算時のピークに含まれる複数のパルス光を、自機の反射パルス列であると判定する。   As described above, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 executes the addition processing a plurality of times while changing the pulse train signal to be thinned out, and includes the other machine pulse by referring to the peak change after the addition processing. The own machine pulse is determined from the reflected pulse train. That is, in the mixed line diagnosis / separation processing unit 166, the peak intensities after the addition processing are similar to each other in the plurality of addition processing (FIGS. 5B and 5C), and the peak intensities are the peak intensities at the time of total addition. It is determined that the peak which is 3/4 of the peak is a peak to which only the own-machine pulse is added. Then, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines that the plurality of pulse lights included in the peak at the time of full addition corresponding to the determined peak are the reflected pulse trains of the own machine.

上述したように、混線診断・分離処理部166は、フォトディテクタ130によって検出された複数のパルス光から反射パルス列を判定する。加算処理部164は、混線診断・分離処理部166によって反射パルス列と判定された複数のパルス光を用いて上述した加算処理を実行する。   As described above, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines a reflected pulse train from the plurality of pulse lights detected by the photodetector 130. The addition processing unit 164 performs the above-described addition processing using a plurality of pulse lights determined to be reflected pulse trains by the mixed line diagnosis / separation processing unit 166.

上述した実施形態では、(2)のパルス列信号と(3)のパルス列信号を間引いた結果に基づいて判定する場合の処理を一例に挙げて説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、さらに、(4)のパルス列信号を間引いて行った加算処理の結果を加味して判定する場合であってもよい。すなわち、間引き加算の試行回数は、任意に設定することができる。例えば、自機から出力されるパルス列に含まれるパルス光の数に応じて、間引き加算の試行回数が設定される場合であってもよい。   In the embodiment described above, the process in the case of determination based on the result of thinning out the pulse train signal of (2) and the pulse train signal of (3) has been described as an example, but the embodiment is limited to this. Alternatively, for example, the determination may be made in consideration of the result of the addition process in which the pulse train signal of (4) is thinned out. That is, the number of trials of the decimation addition can be set arbitrarily. For example, the number of trials of decimation addition may be set in accordance with the number of pulse lights included in the pulse train output from the own device.

次に、上述した混線診断・分離処理の手順について説明する。図6は、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100による処理の手順を示すフローチャートである。図6に示すように、混線診断・分離処理部166は、フォトディテクタ130によって検出された複数のパルス光について、加算処理なしで検出可能な信号であるか否かを判定する(ステップS101)。ここで、検出可能な信号であると判定すると(ステップS101肯定)、混線診断・分離処理部166は、検出した信号(複数のパルス光)が自機のパルス列と同じタイミングであるか否かを判定する(ステップS102)。   Next, the procedure of the mixed line diagnosis and separation process described above will be described. FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of processing by the laser distance measuring device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines whether or not the plurality of pulse lights detected by the photodetector 130 can be detected without addition processing (step S101). Here, if it is determined that the signal can be detected (Yes at step S101), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines whether the detected signal (a plurality of pulse lights) has the same timing as the pulse train of the own machine. It determines (step S102).

ここで、検出した信号が自機のパルス列と同じタイミングである場合には(ステップS102肯定)、混線診断・分離処理部166は、検出した信号を自機のパルス列と決定する(ステップS103)。一方、検出した信号が自機のパルス列と同じタイミングではない場合には(ステップS102否定)、混線診断・分離処理部166は、検出した信号を他機のパルス列と決定する(ステップS104)。   Here, if the detected signal has the same timing as the pulse train of the own machine (Yes at step S102), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines the detected signal as the pulse train of the own machine (step S103). On the other hand, if the detected signal does not have the same timing as the pulse train of the own machine (No at Step S102), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines the detected signal as the pulse train of the other machine (Step S104).

一方、ステップS101の判定において、検出可能な信号ではないと判定すると(ステップS101否定)、混線診断・分離処理部166は、加算処理を実行して(ステップS105)、検出可能な信号か否かを判定する(ステップS106)。ここで、検出可能な信号ではない場合(ステップS106否定)、混線診断・分離処理部166は、反射光無しと判定する(ステップS113)。   On the other hand, if it is determined in step S101 that the signal is not a detectable signal (No in step S101), the crossroads diagnosis / separation processing unit 166 performs addition processing (step S105). Is determined (step S106). Here, if the signal is not a detectable signal (No at Step S106), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines that there is no reflected light (Step S113).

一方、ステップS106の判定において、検出可能な信号である場合(ステップS106肯定)、混線診断・分離処理部166は、間引く信号を決定し(ステップS107)、間引いた後の加算処理を実行する(ステップS108)。そして、混線診断・分離処理部166は、間引き後の加算処理を指定の回数繰り返すと(ステップS109肯定)、一定の回数以上、間引き前の加算処理の値よりも小さく、かつ、間引き後の加算処理の値間で近似する値が出力されたか否かを判定する(ステップS110)。   On the other hand, if it is determined in step S106 that the signal can be detected (YES in step S106), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines a thinning out signal (step S107), and executes the addition processing after thinning out (step S107). Step S108). Then, when the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 repeats the addition processing after decimation a specified number of times (Yes at step S109), a certain number of times or more is smaller than the value of the addition processing before decimation, and addition after decimation It is determined whether or not approximate values have been output between processing values (step S110).

ここで、一定の回数以上、間引き前の加算処理の値よりも小さく、かつ、間引き後の加算処理の値間で近似する値が出力された場合(ステップS110肯定)、混線診断・分離処理部166は、該当する信号を自機のパルス列と決定する(ステップS111)。一方、一定の回数以上、間引き前の加算処理の値よりも小さく、かつ、間引き後の加算処理の値間で近似する値が出力されなかった場合(ステップS110否定)、混線診断・分離処理部166は、他機のパルス列と決定する(ステップS112)。なお、混線診断・分離処理部166は、上述した処理において、間引き後の加算処理を指定された回数繰り返すまで、ステップS107〜S109の処理を繰り返し実行する。   Here, when a value which is smaller than the value of the addition process before decimation and is similar between the values of the addition process after decimation is output a certain number of times or more (Yes at step S110), the mixed line diagnosis / separation processing unit The step S 166 determines the corresponding signal as the own pulse train (step S 111). On the other hand, when a certain number of times or more is smaller than the value of the addition process before decimation and no approximate value is output between the values of the addition process after decimation (No at step S110), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 is determined to be a pulse train of another machine (step S112). The mixed line diagnosis / separation processing unit 166 repeatedly executes the processing of steps S107 to S109 until the addition processing after thinning-out is repeated the designated number of times in the above-described processing.

上述したように、第1の実施形態によれば、光源110が、所定の時間間隔で複数のパルス光を出力する。加算処理部164が、所定の時間間隔に基づく信号を用いて、所定の時間間隔で出力された複数のパルス光であるパルス列が物体に反射された反射パルス列における信号成分の強度を増加させる。距離計算部165は、信号成分の強度が増加された反射パルス列に基づいて、パルス列を反射した物体までの距離を計測する。従って、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100は、回路規模を大きくすることなく、S/N比を改善することができ、小型で、より長距離の物体を計測することを可能にする。   As described above, according to the first embodiment, the light source 110 outputs a plurality of pulse lights at predetermined time intervals. The addition processing unit 164 uses the signal based on the predetermined time interval to increase the intensity of the signal component in the reflected pulse train in which the pulse train, which is a plurality of pulse lights output at the predetermined time interval, is reflected by the object. The distance calculation unit 165 measures the distance to the object reflecting the pulse train based on the reflected pulse train in which the intensity of the signal component is increased. Therefore, the laser distance measuring apparatus 100 according to the first embodiment can improve the S / N ratio without increasing the circuit size, and can measure a small-sized object over a long distance. Do.

また、第1の実施形態によれば、加算処理部164は、反射パルス列におけるパルス光の時間を所定の時間間隔分ずらしたパルス列信号を生成し、生成したパルス列信号を反射パルス列に加算することで、当該反射パルス列における信号成分の強度を増加させる。従って、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100は、反射パルス列におけるS/N比を容易に改善することを可能にする。   Further, according to the first embodiment, the addition processing unit 164 generates a pulse train signal in which the time of pulse light in the reflection pulse train is shifted by a predetermined time interval, and adds the generated pulse train signal to the reflection pulse train. , Increase the intensity of the signal component in the reflected pulse train. Therefore, the laser distance measuring device 100 according to the first embodiment makes it possible to easily improve the S / N ratio in the reflected pulse train.

また、第1の実施形態によれば、光源110は、複数のパルス光に対して所定の時間間隔分ずらした複数のパルス光を重ねた場合に、同時に重複するパルス光の数がより少なくなる時間間隔で複数のパルス光を出力する。従って、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100は、より高いS/N比に改善することを可能にする。   Further, according to the first embodiment, when the light source 110 superimposes a plurality of pulse lights shifted by a predetermined time interval on a plurality of pulse lights, the number of pulse lights overlapping at the same time is smaller. Output a plurality of pulse lights at time intervals. Therefore, the laser distance measuring device 100 according to the first embodiment makes it possible to improve to a higher S / N ratio.

また、第1の実施形態によれば、混線診断・分離処理部166は、所定の時間間隔に基づく信号を用いて、外部から受光した光が反射パルス列であるか否かを判定する。従って、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100は、周囲に他のLiDARが存在していたとしても、正確な距離計測を行うことを可能にする。   Further, according to the first embodiment, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 determines, using a signal based on a predetermined time interval, whether the light received from the outside is a reflected pulse train. Therefore, the laser distance measuring device 100 according to the first embodiment makes it possible to perform accurate distance measurement even if there is another LiDAR around it.

また、第1の実施形態によれば、混線診断・分離処理部166は、経時的に受光された複数の光の時間を所定の時間間隔分ずらした受光信号を生成し、生成した受光信号を複数の光の信号に加算した場合の信号値が、加算に応じた値となっているか否かに基づいて、複数の光が反射パルス列であるか否かを判定する。従って、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100は、他のLiDARのパルス光を容易に分離することを可能にする。   Further, according to the first embodiment, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 generates a light reception signal obtained by shifting the time of the plurality of light received over time by a predetermined time interval, and generates the generated light reception signal. It is determined whether or not the plurality of lights are reflection pulse trains based on whether or not the signal value in the case of being added to the plurality of light signals is a value corresponding to the addition. Therefore, the laser distance measuring device 100 according to the first embodiment makes it possible to easily separate other LiDAR pulse lights.

また、第1の実施形態によれば、光源110は、異なる時間間隔で複数のパルス光を出力する。従って、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100は、自装置に特異的なパルス列を生成することを可能にする。   Further, according to the first embodiment, the light source 110 outputs a plurality of pulse lights at different time intervals. Therefore, the laser distance measuring device 100 according to the first embodiment makes it possible to generate a pulse train specific to the own device.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。以下、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。上述した第1の実施形態では、S/N比を改善する処理に加算処理を実施する場合について説明した。第2の実施形態では、S/N比を改善する処理に整合フィルタ処理を実施する場合について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment may be denoted by the same reference numerals and descriptions thereof may be omitted. In the first embodiment described above, the case of performing the addition process for the process of improving the S / N ratio has been described. In the second embodiment, a case will be described in which matched filter processing is performed as processing for improving the S / N ratio.

図7は、第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置100aの構成の一例を示すブロック図である。第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置100aは、第1の実施形態に係るレーザー距離計測装置100と比較して、制御回路160aが加算処理部164の代わりに整合フィルタ処理部168を有する点、参照波形データ167を有する点、および、制御部161a及び混線診断・分離処理部166aによる処理内容において異なる。以下、この点を中心に説明する。   FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of a laser distance measuring device 100a according to the second embodiment. The laser distance measuring apparatus 100a according to the second embodiment has a point in which the control circuit 160a has a matching filter processing unit 168 instead of the addition processing unit 164 in comparison with the laser distance measuring apparatus 100 according to the first embodiment. , The point having reference waveform data 167, and the processing content by the control unit 161a and the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a are different. Hereinafter, this point will be mainly described.

参照波形データ167は、符号化発光タイミング生成部162によって生成される発光タイミングに基づく参照波形である。例えば、参照波形データ167は、図2に示す発光タイミングの時間間隔でピークが出現する波形である。なお、参照波形データ167は、予め生成されて記憶される場合であってもよく、或いは、符号化発光タイミング生成部162によって発光タイミングが生成されるごとに記憶される場合であってもよい。   The reference waveform data 167 is a reference waveform based on the light emission timing generated by the encoded light emission timing generation unit 162. For example, the reference waveform data 167 is a waveform in which a peak appears at the time interval of the light emission timing shown in FIG. The reference waveform data 167 may be generated and stored in advance, or may be stored each time the light emission timing is generated by the encoded light emission timing generation unit 162.

第2の実施形態に係る制御部161aは、整合フィルタ処理部168による処理を制御する。また、制御部161aは、混線診断・分離処理部166aによる処理を制御する。   The control unit 161a according to the second embodiment controls the process performed by the matched filter processing unit 168. Further, the control unit 161a controls the processing by the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a.

整合フィルタ処理部168は、反射パルス列に対して所定の時間間隔でピークが出現する参照波形を用いた整合フィルタ処理を実行することで、当該反射パルス列における信号成分の強度を増加させる。具体的には、整合フィルタ処理部168は、参照波形データ167を用いて、反射パルス列に対して整合フィルタ処理を実行する。すなわち、整合フィルタ処理部168は、反射パルス列に含まれるパルス光の波形(電圧波形)「f(t)」に対して、パルス列と同じ波形の関数を畳込積分することで、最大のS/N比を得る整合フィルタ処理を実行する。なお整合フィルタ処理部168は、処理部とも記載される。   The matched filter processing unit 168 increases the intensity of the signal component in the reflected pulse train by executing matched filter processing using a reference waveform in which peaks appear at predetermined time intervals with respect to the reflected pulse train. Specifically, the matched filter processing unit 168 performs matched filter processing on the reflected pulse train using the reference waveform data 167. That is, the matched filter processing unit 168 convolutes and integrates the function of the same waveform as that of the pulse train with respect to the waveform (voltage waveform) “f (t)” of the pulse light included in the reflected pulse train, Perform matched filter processing to obtain N ratio. The matched filter processing unit 168 is also described as a processing unit.

ここで、「f(t)」のS/N比を最大にする整合フィルタのインパルス応答「h(t)」は、「h(t)=kf(τ―t)」で与えられる。従って、このフィルタによって処理した場合の出力は、以下の式(3)で示される。   Here, the impulse response “h (t)” of the matched filter that maximizes the S / N ratio of “f (t)” is given by “h (t) = kf (τ−t)”. Therefore, the output when processed by this filter is shown by the following equation (3).

Figure 2019078602
Figure 2019078602

すなわち、整合フィルタ処理部168は、式(3)に示すように、入力されたパルス光の波形に対して、参照波形を時間的にシフトさせながら積分することで、最大のS/N比を得る。従って、整合フィルタ処理部168は、図8に示す処理を実行する。図8は、第2の実施形態に係る整合フィルタ処理部168の入出力を示す図である。例えば、整合フィルタ処理部168は、参照波形として「h(t)=kf(τ―t)」を用いて、入力「f(t)」に対して整合フィルタ処理を実行することで、出力「g(t)」を得る。   That is, as shown in the equation (3), the matched filter processing unit 168 integrates the reference pulse wave with respect to the inputted pulse light wave while temporally shifting the reference wave, thereby maximizing the S / N ratio. obtain. Therefore, the matched filter processing unit 168 executes the process shown in FIG. FIG. 8 is a diagram showing the input and output of the matched filter processing unit 168 according to the second embodiment. For example, the matched filter processing unit 168 executes matched filter processing on the input “f (t)” using “h (t) = kf (τ−t)” as the reference waveform, g (t) is obtained.

以下、図9を用いて、整合フィルタ処理部168の処理の一例を説明する。図9は、第2の実施形態に係る整合フィルタ処理部168による整合フィルタ処理の一例を説明するための図である。ここで、図9においては、反射パルス列に含まれるパルス光の波形(電圧波形)「f(λ)」に対して、参照波形「kf(τ―t+λ)」を時間的にシフトさせながら、積分を行った場合の出力「g(t)」を示す。また、図9では、パルス列が、図2に示す「1000100000100000001」で符号化され、波形を三角波で示した場合の例を示す。また、図9においては、「k=3.33」の場合を示す。   Hereinafter, an example of the process of the matched filter processing unit 168 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining an example of matched filter processing by the matched filter processing unit 168 according to the second embodiment. Here, in FIG. 9, the integration is performed while temporally shifting the reference waveform “kf (τ−t + λ)” with respect to the waveform (voltage waveform) “f (λ)” of the pulse light included in the reflected pulse train. Output “g (t)” when performing Further, FIG. 9 shows an example where the pulse train is encoded by “1000100000100000001” shown in FIG. 2 and the waveform is shown by a triangular wave. Moreover, in FIG. 9, the case of "k = 3.33" is shown.

例えば、整合フィルタ処理部168は、図9の(1)〜(4)に示すように、参照波形「kf(τ―t+λ)」を時間的にシフトさせ、時間的な各位置で積分することで、出力「g(t)」において(1)〜(4)で示す各ピークを取得する。「f(λ)」と「kf(τ―t+λ)」のパルスが重なり合わない時間「t」の場合、図9の(1)に示すように、出力は「g(t)=0」となる。また、1パルス分の信号が畳込積分された場合には、図9の(2)、(4)に示すように、出力「g(t)」は小さいピークとなる。そして、「f(λ)」と「kf(τ―t+λ)」のすべてのパルスが重なる「t=τ」の場合、図9の(3)に示すように、出力「g(t)」は最大値を示す。なお、(2)、(4)の小さなピークは、すべて最大値の1/4の値をとる。これは、4回のパルス光の出力に対して、「t=τ」以外のときに2つ以上のパルスが重ならないように符号化されているためである。   For example, as shown in (1) to (4) of FIG. 9, the matched filter processing unit 168 shifts the reference waveform “kf (τ−t + λ)” in time and integrates at each time position. Then, each peak shown by (1) to (4) in the output "g (t)" is acquired. In the case of time "t" in which the pulses of "f (λ)" and "kf (τ-t + λ)" do not overlap, the output is "g (t) = 0" as shown in (1) of FIG. Become. Further, when a signal for one pulse is convoluted and integrated, the output "g (t)" has a small peak as shown in (2) and (4) of FIG. Then, in the case of “t = τ” in which all the pulses of “f (λ)” and “kf (τ−t + λ)” overlap, as shown in (3) of FIG. 9, the output “g (t)” is Indicates the maximum value. The small peaks of (2) and (4) all take 1/4 of the maximum value. This is because, with respect to the output of four pulse lights, encoding is performed so that two or more pulses do not overlap when other than “t = τ”.

以下、整合フィルタ処理によるS/N比の改善について説明する。図9に示すように、出力が最大となる時間「t」は、「t=τ」のときであり、出力は以下の式(4)で示される。   Hereinafter, the improvement of the S / N ratio by the matched filter processing will be described. As shown in FIG. 9, the time “t” at which the output is maximum is when “t = τ”, and the output is expressed by the following equation (4).

Figure 2019078602
Figure 2019078602

ここで、整合フィルタへの入力に白色雑音電圧「n(V/√Hz)」が加算しているとすると、S/N比(SNR)は、以下の式(5)によって示される。   Here, assuming that the white noise voltage “n (V / √Hz)” is added to the input to the matched filter, the S / N ratio (SNR) is expressed by the following equation (5).

Figure 2019078602
Figure 2019078602

また、1つのパルス幅を「τP」、パルス列に含まれるパルス数を「N」とすると、S/N比(SNR)は、以下の式(6)によって示される。 Further, assuming that one pulse width is “τ P ” and the number of pulses included in the pulse train is “N”, the S / N ratio (SNR) is expressed by the following equation (6).

Figure 2019078602
Figure 2019078602

すなわち、S/N比は、式(6)に示すように、パルス数を増やすことにより改善することができる。以下、図10を用いて、整合フィルタ処理によるS/N比の改善の一例を説明する。図10は、第2の実施形態に係る整合フィルタ処理部168による整合フィルタの実施例を示す図である。ここで、図10では、図9に示す「f(λ)」に対してノイズを加算した例を示す。また、図10では、振幅を「1」の「f(λ)」に対して、RMS「0.28」、最大振幅「2」の白色ノイズを加算したものを示す。図10の上段に示すように、整合フィルタ処理前の信号では、「f(λ)」の信号がノイズに埋もれている。これに対して、整合フィルタ処理の出力「g(t)」では、「t=τ」で大きなピークが出現し(図中の(3))、S/N比が改善されていることがわかる。   That is, the S / N ratio can be improved by increasing the number of pulses as shown in equation (6). Hereinafter, an example of the improvement of the S / N ratio by the matched filter process will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the matched filter by the matched filter processing unit 168 according to the second embodiment. Here, FIG. 10 shows an example in which noise is added to “f (λ)” shown in FIG. Further, FIG. 10 shows that “f (λ)” of “1” is added with white noise of RMS “0.28” and maximum amplitude “2”. As shown in the upper part of FIG. 10, in the signal before matched filter processing, the signal of “f (λ)” is buried in noise. On the other hand, in the output “g (t)” of the matched filter processing, a large peak appears at “t = τ” ((3) in the figure), and it is understood that the S / N ratio is improved. .

図7に戻って、混線診断・分離処理部166aは、経時的に受光された複数の光に対して、所定の時間間隔でピークが出現する参照波形と当該参照波形を変形した波形とを用いた整合フィルタ処理をそれぞれ実行し、参照波形の変形前後で整合フィルタ処理の結果が変化するか否かに基づいて、複数の光が反射パルス列であるか否かを判定する。なお、混線診断・分離処理部166aは、判定処理部とも記載される。   Referring back to FIG. 7, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 a uses a reference waveform in which peaks appear at predetermined time intervals and a waveform obtained by modifying the reference waveform with respect to a plurality of lights received with time. The matched filter processing is executed, and it is determined whether the plurality of lights are reflected pulse trains based on whether or not the result of the matched filter processing changes before and after the deformation of the reference waveform. The mixed line diagnosis / separation processing unit 166a is also described as a determination processing unit.

第1の実施形態と同様に、第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置100aにおいても、パルス列を用いることで、他のLiDARからの光を分離することを可能にする。ここで、第1の実施形態において説明した3つのパターンのうち、(1)、(2)については、第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置100aにおいても、第1の実施形態と同様に他のLiDARからの光を分離することができる。   As in the first embodiment, also in the laser distance measuring device 100a according to the second embodiment, it is possible to separate light from other LiDAR by using a pulse train. Here, among the three patterns described in the first embodiment, (1) and (2) in the laser distance measuring device 100a according to the second embodiment are the same as in the first embodiment. Light from other LiDAR can be separated.

すなわち、上述した(1)の場合(信号が大きく、パルス列の識別が十分にできる場合)、混線診断・分離処理部166aは、パルス列を識別することで、フォトディテクタ130によって検出された光が、反射パルス列であるか否かを判定する。また、上述した(2)の場合(信号は小さいが、パルス列が自装置のパルス列と相関が無い場合)、パルス列が自装置と相関がないため、上述した整合フィルタ処理を実行したとしても、他のLiDARのパルス列における信号成分の強度は増大されず、特別な処理を実行することなく、他のLiDARのパルス列を分離(除外)することができる。   That is, in the case of (1) described above (when the signal is large and the pulse train can be sufficiently identified), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a identifies the pulse train to reflect the light detected by the photodetector 130. It is determined whether or not it is a pulse train. In the case of (2) described above (the signal is small but the pulse train has no correlation with the pulse train of its own device), even if the matched filter processing described above is executed because the pulse train has no correlation with its own device, The intensity of the signal component in the LiDAR pulse train is not increased, and other LiDAR pulse trains can be separated (excluded) without performing special processing.

また、上述した(3)の場合、パルス列が自装置のパルス列と一部相関を持っているため、上述した整合処理を実行すると、他のLiDARのパルス列における信号成分の強度が増大されることとなる。そこで、混線診断・分離処理部166aは、上述した加算処理の場合と同様に、間引きを伴う整合フィルタ処理によって他のLiDARからの光を分離する。   Further, in the case of (3) described above, since the pulse train has a partial correlation with the pulse train of its own device, the strength of signal components in other LiDAR pulse trains is increased when the matching process described above is executed. Become. Therefore, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a separates the light from the other LiDARs by matched filter processing involving thinning, as in the case of the addition processing described above.

ここで、例えば、非常に強い光が入射された場合、整合フィルタ処理の出力が大きくなり、自装置の反射パルス列として判定されてしまうおそれがある。すなわち、整合フィルタ処理の場合、大きな信号が入力されると、単一のパルスのみが重なっていたとしても、出力が大きくなってしまう。そこで、第2の実施形態に係る混線診断・分離処理部166aは、参照波形におけるパルスを間引く(参照波形を変形する)ことで、入射したパルス光が反射パルス列であるか否かを判定する。   Here, for example, when very strong light is incident, the output of the matched filter processing may be large, and it may be determined as a reflection pulse train of the own device. That is, in the case of matched filtering, when a large signal is input, the output becomes large even if only a single pulse is overlapped. Therefore, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a according to the second embodiment determines whether or not the incident pulse light is a reflected pulse train by thinning out the pulses in the reference waveform (modifying the reference waveform).

図11A〜図11Cは、第2の実施形態に係る混線診断・分離処理部166aによる処理の一例を説明するための図である。ここで、図11A〜図11Cにおいては、図2で示す発光タイミングでパルス光を発光したパルス列が物体によって反射された反射パルス列における第3の自機パルスと第4の自機パルスとの間に他機パルスが含まれる場合の処理の一例について示す。また、図11A〜図11Cにおいては、(1)〜(4)に整合フィルタ処理の模式図を示し、下段に、整合フィルタ処理の出力「g(t)」を示す。   11A to 11C are diagrams for explaining an example of processing by the mixed circuit diagnosis / separation processing unit 166a according to the second embodiment. Here, in FIG. 11A to FIG. 11C, the pulse train that has emitted the pulse light at the light emission timing shown in FIG. 2 is between the third own pulse and the fourth own pulse in the reflected pulse string reflected by the object. An example of processing when another device pulse is included is shown. Further, in FIGS. 11A to 11C, (1) to (4) show schematic diagrams of the matched filter processing, and the lower part shows the output “g (t)” of the matched filter processing.

例えば、図11Aに示すように、反射パルス列における第3の自機パルスと第4の自機パルスとの間に他機パルスが含まれる反射光に対して上記した整合フィルタ処理を実施した場合、出力「g(t)」には、図11Aに示すように、自機パルス以外にも他機パルスに基づく信号が含まれることとなる。例えば、図11Aに示すように、出力「g(t)」は、他機パルスのみによるピークや、他機パルスと自機パルスが重なることで出力されたピークを含む。混線診断・分離処理部166aは、このようなピークが検出可能な強度の際に誤って自機の信号として処理されることを抑止するため、以下の処理によって反射パルス列を判別する。   For example, as shown in FIG. 11A, in the case where the above-mentioned matched filter processing is performed on the reflected light in which other machine pulses are included between the third own machine pulse and the fourth own machine pulse in the reflected pulse train: As shown in FIG. 11A, the output “g (t)” includes a signal based on another machine pulse in addition to the own machine pulse. For example, as shown in FIG. 11A, the output “g (t)” includes a peak generated only by the other-machine pulse, and a peak output when the other-machine pulse and the own-machine pulse overlap. The mixed line diagnosis / separation processing unit 166a determines a reflected pulse train by the following processing in order to prevent such a peak from being erroneously processed as a signal of the own machine at a detectable intensity.

具体的には、混線診断・分離処理部166aは、上述した整合フィルタ処理を実行する際に参照波形におけるパルスを間引いた整合フィルタ処理を実施し、この処理による出力「g(t)」の変化に基づいて反射パルス列を判別する。例えば、混線診断・分離処理部166aは、図11Bに示すように、参照波形から3番目のパルスを間引いて整合フィルタ処理を実行する。すなわち、混線診断・分離処理部166aは、整合フィルタ処理における参照波形を変形し、変形後の参照波形を用いて整合フィルタ処理を実行する。   Specifically, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a performs matched filter processing in which the pulses in the reference waveform are thinned out when performing the matched filter processing described above, and a change in the output "g (t)" due to this processing The reflected pulse train is determined based on For example, as shown in FIG. 11B, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a thins out the third pulse from the reference waveform and executes matched filter processing. That is, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a deforms the reference waveform in the matched filter processing, and executes the matched filter processing using the deformed reference waveform.

このような間引きを伴う整合フィルタ処理を実行すると、整合フィルタ処理における出力「g(t)」における他機パルスのみが参照波形のパルスと重なる際の信号は、間引きを行わない場合(図11Aの場合)と変わらないピーク強度をもつか、或いは、信号自体が消失することとなる。また、他機パルスと自機パルスが同時に参照波形のパルスと重なる際の信号は、重なり数や重なり位置に応じたピークをもつこととなる。これに対して、自機パルスのみが参照波形のパルスと重なる際の信号は、いずれのパルスを間引いた場合であっても、毎回近似したピーク強度をもつこととなる。すなわち、自機パルスのみが参照波形のパルスと重なる信号は、間引きを行わない場合(図11Aの場合)のピーク強度から間引き分のピーク強度(例えば、1パルス分に相当するピーク強度)が低下したピーク強度となる。したがって、自機パルスの数が十分に多く、自機パルスと他機パルスが同時に参照波形のパルスと重なる数が十分に少ないと仮定すると、混線診断・分離処理部166は、間引き後に整合フィルタ処理を行った回数(参照波形において間引くパルスの位置を変えて行った整合フィルタ処理の回数)に対して一定の回数以上の試行において、同程度のピーク強度をもち、かつ、その強度が間引きを行わない場合のピーク強度よりも低くなるピークを自機パルスのみのピークとして判定することができる。   When matching filter processing with such thinning out is performed, the signal when only the other machine pulse in the output “g (t)” in the matched filtering processing overlaps the pulse of the reference waveform is not thinned out (FIG. 11A Or the signal itself is lost. Further, the signal when the other device pulse and the own device pulse simultaneously overlap with the pulse of the reference waveform has a peak corresponding to the overlapping number and the overlapping position. On the other hand, the signal when only the own machine pulse overlaps with the pulse of the reference waveform has a peak intensity approximated each time, regardless of which pulse is thinned out. That is, in the signal in which only the own machine pulse overlaps with the pulse of the reference waveform, the peak intensity (for example, peak intensity corresponding to one pulse) decreases from the peak intensity when thinning is not performed (case of FIG. 11A) Peak intensity. Therefore, assuming that the number of self-machine pulses is sufficiently large and the number of self-machine pulses and other-machine pulses simultaneously overlapping the pulse of the reference waveform is sufficiently small, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166 performs matched filtering after thinning. With a certain number of trials or more with respect to the number of times of performing (number of times of matched filtering performed by changing the position of thinning pulse in the reference waveform), the same peak intensity is obtained and the intensity is thinned out A peak that is lower than the peak intensity when there is no peak can be determined as the peak of the own-machine pulse only.

例えば、参照波形における3番目のパルスを除いた場合、図11Bに示すように、自機パルスのみが参照波形と重なった際の信号の強度が3/4に減少する。ここで、他機パルスのみが参照波形と重なった際の信号のピークの強度は変わらず、他機パルスと自機パルスが同時に参照波形と重なった信号のピーク強度は、間引きによって、自機パルスのみが参照波形と重なった際と同じピーク強度となる。また、例えば、参照波形における2番目のパルスを除いた場合、図11Cに示すように、自機パルスのみ参照波形と重なった際の信号の強度が3/4に減少する。ここで、他機パルスのみが参照波形と重なった際の信号のピークの強度は変わらず、他機パルスと自機パルスが同時に参照波形のピークと重なった際の信号のピーク強度は、間引きによって、他機パルスのみが参照波形のパルスと重なった際と同じピーク強度となる。また、参照波形における2番目のパルスを除いた場合、他機パルスのみが参照波形と重なった際のピークにおいて消失するものがある。   For example, when the third pulse in the reference waveform is removed, as shown in FIG. 11B, the strength of the signal when only the own pulse overlaps the reference waveform is reduced to 3/4. Here, the peak intensity of the signal when only the other machine pulse overlaps the reference waveform does not change, and the peak intensity of the signal where the other machine pulse and the own machine pulse simultaneously overlap the reference waveform is reduced by thinning. Only the same peak intensity as when overlapping with the reference waveform. Further, for example, when the second pulse in the reference waveform is removed, as shown in FIG. 11C, the strength of the signal when only the own-machine pulse overlaps with the reference waveform decreases to 3⁄4. Here, the peak intensity of the signal when only the other machine pulse overlaps with the reference waveform does not change, and the peak intensity of the signal when the other machine pulse and the own machine pulse simultaneously overlap with the reference waveform peak is reduced by thinning. The same peak intensity as when the other device pulse overlaps with the reference waveform pulse is obtained. In addition, when the second pulse in the reference waveform is removed, there is a case in which only the other device pulse disappears at the peak when the reference waveform is overlapped.

混線診断・分離処理部166aは、上述したように、参照波形において間引き対象となるパルスを変えながら、複数回の整合フィルタ処理を実行し、処理後のピークの変化を参照することで、他機パルスを含む反射パルス列の中から自機パルスを判別する。すなわち混線診断・分離処理部166aは、複数回の整合フィルタ処理において(図11B及び図11C)、処理後のピーク強度が同程度であり、かつ、そのピーク強度が、間引きなしの場合のピーク強度の3/4となっているピークを自機パルスのみのピークと判定する。そして、混線診断・分離処理部166aは、判定したピークの出力元となる複数のパルス光を、自機の反射パルス列であると判定する。   As described above, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a executes the matching filter processing a plurality of times while changing the pulse to be thinned out in the reference waveform, and refers to the change in the peak after the processing. The own machine pulse is determined from the reflected pulse train including the pulse. That is, in the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a, in multiple matched filter processes (FIGS. 11B and 11C), the peak intensities after the process are at the same level and the peak intensities when the thinning is performed without thinning It is determined that the peak which is 3/4 of the peak of the own machine pulse. Then, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a determines that the plurality of pulse lights serving as the output source of the determined peak are the reflected pulse trains of the own machine.

上述した実施形態では、参照波形における第3と第2のパルスを間引いた場合の整合フィルタ処理の結果に基づいて判定する場合の処理を一例に挙げて説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、さらに、第4のパルスを間引いて行った整合フィルタ処理の結果を加味して判定する場合であってもよい。すなわち、間引くパルスの位置と、整合フィルタ処理の試行回数は、任意に設定することができる。例えば、自機から出力されるパルス列に含まれるパルス光の数に応じて、間引きパルスの位置や、試行回数が設定される場合であってもよい。   In the embodiment described above, the process in the case of determination based on the result of matched filter processing in the case of thinning out the third and second pulses in the reference waveform has been described as an example, but the embodiment is limited to this Alternatively, for example, the determination may be made in consideration of the result of the matched filtering process in which the fourth pulse is thinned out. That is, the position of the thinning pulse and the number of trials of matched filtering can be set arbitrarily. For example, the position of the thinning pulse or the number of trials may be set according to the number of pulse lights included in the pulse train output from the own machine.

次に、上述した混線診断・分離処理の手順について説明する。図12は、第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置100aによる処理の手順を示すフローチャートである。図12に示すように、混線診断・分離処理部166aは、フォトディテクタ130によって検出された複数のパルス光について、整合フィルタ処理なしで検出可能な信号であるか否かを判定する(ステップS201)。ここで、検出可能な信号であると判定すると(ステップS201肯定)、混線診断・分離処理部166aは、検出した信号(複数のパルス光)が自機のパルス列と同じタイミングであるか否かを判定する(ステップS202)。   Next, the procedure of the mixed line diagnosis and separation process described above will be described. FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of processing by the laser distance measuring device 100a according to the second embodiment. As shown in FIG. 12, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a determines whether or not the plurality of pulse lights detected by the photodetector 130 can be detected without matching filter processing (step S201). Here, if it is determined that the signal can be detected (Yes at step S201), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a determines whether the detected signal (a plurality of pulse lights) has the same timing as the pulse train of the own machine. It determines (step S202).

ここで、検出した信号が自機のパルス列と同じタイミングである場合には(ステップS202肯定)、混線診断・分離処理部166aは、検出した信号を自機のパルス列と決定する(ステップS203)。一方、検出した信号が自機のパルス列と同じタイミングではない場合には(ステップS202否定)、混線診断・分離処理部166aは、検出した信号を他機のパルス列と決定する(ステップS104)。   Here, if the detected signal has the same timing as the pulse train of the own machine (Yes at step S202), the mixed circuit diagnosis / separation processing unit 166a determines the detected signal as the pulse train of the own machine (step S203). On the other hand, if the detected signal does not have the same timing as the pulse train of the own machine (No at Step S202), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a determines the detected signal as the pulse train of the other machine (Step S104).

一方、ステップS201の判定において、検出可能な信号ではないと判定すると(ステップS201否定)、混線診断・分離処理部166aは、整合フィルタ処理を実行して(ステップS205)、検出可能な信号か否かを判定する(ステップS206)。ここで、検出可能な信号ではない場合(ステップS206否定)、混線診断・分離処理部166aは、反射光無しと判定する(ステップS213)。   On the other hand, if it is determined in step S201 that the signal is not a detectable signal (No in step S201), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a executes matched filter processing (step S205). It is determined (step S206). Here, if the signal is not a detectable signal (No at Step S206), the mixed circuit diagnosis / separation processing unit 166a determines that there is no reflected light (Step S213).

一方、ステップS206の判定において、検出可能な信号である場合(ステップS206肯定)、混線診断・分離処理部166aは、パルスを間引いた間引き整合フィルタを作成して(ステップS207)、間引いた後の整合フィルタ処理を実行する(ステップS208)。そして、混線診断・分離処理部166aは、間引き後の整合フィルタ処理を指定の回数繰り返すと(ステップS209肯定)、一定の回数以上、間引き前の整合フィルタ処理の値よりも小さく、かつ、間引き後の整合フィルタ処理の値間で近似する値が出力されたか否かを判定する(ステップS210)。   On the other hand, if it is determined in step S206 that the signal can be detected (Yes in step S206), the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a creates a thinning matching filter in which pulses are thinned out (step S207), and after thinning. The matched filter process is executed (step S208). Then, when the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a repeats matching filter processing after decimation for the specified number of times (Yes at step S209), the value is smaller than the value of the matching filter processing before decimation more than a certain number of times and after decimation. It is determined whether or not values approximate to the values of matched filter processing have been output (step S210).

ここで、一定の回数以上、間引き前の整合フィルタ処理の値よりも小さく、かつ、間引き後の整合フィルタ処理の値間で近似する値が出力された場合(ステップS210肯定)、混線診断・分離処理部166aは、該当する信号を自機のパルス列と決定する(ステップS211)。一方、一定の回数以上、間引き前の整合フィルタ処理の値よりも小さく、かつ、間引き後の整合フィルタ処理の値間で近似する値が出力されなかった場合(ステップS210否定)、混線診断・分離処理部166aは、他機のパルス列と決定する(ステップS212)。なお、混線診断・分離処理部166aは、上述した処理において、間引き後の整合フィルタ処理を指定された回数繰り返すまで、ステップS207〜S209の処理を繰り返し実行する。   Here, when a value which is smaller than the value of the matched filter processing before decimation by a fixed number of times and which approximates the values of the matched filter processing after decimation is output (Yes at step S210), mixed line diagnosis / separation The processing unit 166a determines the corresponding signal as the pulse train of its own device (step S211). On the other hand, when the value which is smaller than the value of the matched filter processing before decimation more than a fixed number of times and the value approximate to the value of the matched filter processing after decimation is not output (No at step S210) The processing unit 166a determines that it is a pulse train of another device (step S212). The mixed line diagnosis / separation processing unit 166a repeatedly executes the processing of steps S207 to S209 until the matched filter processing after thinning is repeated the designated number of times in the above-described processing.

上述したように、第2の実施形態によれば、整合フィルタ処理部168は、反射パルス列に対して所定の時間間隔でピークが出現する参照波形を用いた整合フィルタ処理を実行することで、当該反射パルス列における信号成分の強度を増加させる。従って、第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置100aは、反射パルス列におけるS/N比を容易に改善することを可能にする。   As described above, according to the second embodiment, the matched filter processing unit 168 performs matched filter processing using a reference waveform in which peaks appear at predetermined time intervals with respect to the reflected pulse train. The intensity of the signal component in the reflected pulse train is increased. Therefore, the laser distance measuring device 100a according to the second embodiment makes it possible to easily improve the S / N ratio in the reflected pulse train.

また、第2の実施形態によれば、混線診断・分離処理部166aは、経時的に受光された複数の光に対して、所定の時間間隔でピークが出現する参照波形と当該参照波形を変形した波形とを用いた整合フィルタ処理をそれぞれ実行し、参照波形の変形前後の整合フィルタ処理の結果の変化に基づいて、複数の光が反射パルス列であるか否かを判定する。従って、第2の実施形態に係るレーザー距離計測装置100aは、周囲に他のLiDARが存在していたとしても、正確な距離計測を行うことを可能にする。   Further, according to the second embodiment, the mixed line diagnosis / separation processing unit 166a modifies the reference waveform in which peaks appear at predetermined time intervals and the reference waveform with respect to a plurality of lights received with time. Matched filter processing using the above-described waveforms is respectively executed, and it is determined whether or not the plurality of lights are reflected pulse trains based on a change in the result of the matched filter processing before and after deformation of the reference waveform. Therefore, the laser distance measuring device 100a according to the second embodiment enables accurate distance measurement even if another LiDAR is present in the periphery.

上述した実施形態では、加算処理部164と整合フィルタ処理部168をそれぞれ備えるレーザー距離計測装置について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、レーザー距離計測装置が、加算処理部164及び整合フィルタ処理部168を両方備える場合であってもよい。かかる場合には、例えば、受光の関連する回路の周波数帯域や、1パルスの長さに応じて、用いられる処理部が切り替えられる場合であってもよい。   In the above-described embodiment, the laser distance measuring apparatus including the addition processing unit 164 and the matched filter processing unit 168 has been described. However, the embodiment is not limited to this. For example, the laser distance measurement apparatus may include both the addition processing unit 164 and the matched filter processing unit 168. In such a case, for example, the processing unit to be used may be switched according to the frequency band of the circuit associated with light reception or the length of one pulse.

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What is configured by appropriately combining the above-described constituents is also included in the present invention. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspects of the present invention are not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

100、100a レーザー距離計測装置、110 光源、120 光源駆動回路、130 フォトディテクタ、140 アナログフロントエンド、150 ADコンバータ、160 制御回路、161、161a 制御部、162 符号化発光タイミング生成部、163 データバッファ、164 加算処理部(処理部)、165 距離計算部(計測部)、166、166a 混線診断・分離処理部(判定処理部)、167 参照波形データ、168 整合フィルタ処理部(処理部)   100, 100a laser distance measurement device, 110 light source, 120 light source drive circuit, 130 photo detector, 140 analog front end, 150 AD converter, 160 control circuit, 161, 161 a control unit, 162 encoded light emission timing generation unit, 163 data buffer, 164 addition processing unit (processing unit), 165 distance calculation unit (measurement unit), 166, 166a Mixed line diagnosis / separation processing unit (determination processing unit), 167 reference waveform data, 168 matched filter processing unit (processing unit)

Claims (8)

所定の時間間隔で複数のパルス光を出力する光源と、
前記所定の時間間隔に基づく信号を用いて、前記所定の時間間隔で出力された複数のパルス光であるパルス列が物体に反射された反射パルス列における信号成分の強度を増加させる処理部と、
前記信号成分の強度が増加された反射パルス列に基づいて、前記パルス列を反射した物体までの距離を計測する計測部と、
を備える、レーザー距離計測装置。
A light source which outputs a plurality of pulse lights at predetermined time intervals;
A processing unit that increases the intensity of a signal component in a reflected pulse train in which pulse trains, which are a plurality of pulse lights output at the predetermined time interval, are reflected by an object using a signal based on the predetermined time interval;
A measurement unit configured to measure a distance to an object reflected by the pulse train based on the reflected pulse train in which the intensity of the signal component is increased;
Laser distance measuring device.
前記処理部は、前記反射パルス列におけるパルス光の時間を前記所定の時間間隔分ずらしたパルス列信号を生成し、生成したパルス列信号を前記反射パルス列に加算することで、当該反射パルス列における信号成分の強度を増加させる、請求項1に記載のレーザー距離計測装置。   The processing unit generates a pulse train signal in which the time of pulse light in the reflected pulse train is shifted by the predetermined time interval, and the generated pulse train signal is added to the reflected pulse train to increase the intensity of the signal component in the reflected pulse train. The laser distance measuring device according to claim 1, wherein 前記処理部は、前記反射パルス列に対して前記所定の時間間隔でピークが出現する参照波形を用いた整合フィルタ処理を実行することで、当該反射パルス列における信号成分の強度を増加させる、請求項1に記載のレーザー距離計測装置。   The processing unit performs matched filter processing using a reference waveform in which a peak appears at the predetermined time interval on the reflected pulse train, thereby increasing the strength of the signal component in the reflected pulse train. The laser distance measuring device as described in. 前記光源は、前記複数のパルス光に対して前記所定の時間間隔分ずらした複数のパルス光を重ねた場合に、同時に重複するパルス光の数がより少なくなる時間間隔で複数のパルス光を出力する、請求項1〜3のいずれか1つに記載のレーザー距離計測装置。   The light source outputs a plurality of pulse lights at time intervals in which the number of pulse lights overlapping at the same time is smaller when overlapping a plurality of pulse lights shifted by the predetermined time interval with respect to the plurality of pulse lights. The laser distance measuring device according to any one of claims 1 to 3. 前記所定の時間間隔に基づく信号を用いて、外部から受光した光が前記反射パルス列であるか否かを判定する判定処理部をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1つに記載のレーザー距離計測装置。   The laser according to any one of claims 1 to 4, further comprising a determination processing unit that determines whether light received from the outside is the reflected pulse train using a signal based on the predetermined time interval. Distance measuring device. 前記判定処理部は、経時的に受光された複数の光の時間を前記所定の時間間隔分ずらした受光信号を生成し、生成した受光信号を前記複数の光の信号に加算した場合の信号値が、加算に応じた値となっているか否かに基づいて、前記複数の光が前記反射パルス列であるか否かを判定する、請求項5に記載のレーザー距離計測装置。   The determination processing unit generates a light reception signal obtained by shifting the time of the plurality of lights received temporally by the predetermined time interval, and generates a signal value when the generated light reception signal is added to the plurality of light signals. The laser distance measuring device according to claim 5, wherein it is determined whether or not the plurality of lights are the reflected pulse train based on whether or not the value is a value according to addition. 前記判定処理部は、経時的に受光された複数の光に対して、前記所定の時間間隔でピークが出現する参照波形と当該参照波形を変形した波形とを用いた整合フィルタ処理をそれぞれ実行し、前記参照波形の変形前後の前記整合フィルタ処理の結果の変化に基づいて、前記複数の光が前記反射パルス列であるか否かを判定する、請求項5に記載のレーザー距離計測装置。   The determination processing unit executes matched filter processing using a reference waveform in which peaks appear at predetermined time intervals and a waveform obtained by modifying the reference waveform on a plurality of light beams received over time. The laser distance measuring device according to claim 5, wherein it is determined whether or not the plurality of lights are the reflected pulse train based on a change in the result of the matched filter processing before and after the deformation of the reference waveform. 前記光源は、異なる時間間隔で複数のパルス光を出力する、請求項1〜7のいずれか1つに記載のレーザー距離計測装置。   The laser distance measuring device according to any one of claims 1 to 7, wherein the light source outputs a plurality of pulse lights at different time intervals.
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