JP2020118587A - 距離情報補間装置、物体検出システム、および距離情報補間プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数台のセンサーを設置しなくても、反射率が低い物体までの距離を取得することができる距離情報補間装置、物体検出システム、および距離情報補間プログラムを提供する。【解決手段】制御装置２００は、測距点群データ生成部２１１および画素置換部２１２を有する。測距点群データ生成部２１１は、測定領域に渡り、光を走査しながら照射し、測定領域における物体からの反射光を受光するまでの時間間隔に基づいて算出した距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを取得する。画素置換部２１２は、反射光に基づいて距離値を取得できない画素に対して、所定の補間ルールに基づいて距離値を置換する。【選択図】図１

Description

本発明は、距離情報補間装置、物体検出システム、および距離情報補間プログラムに関する。

近年、人や車両などの物体までの距離を測定できるセンサーを使用して、測定領域内に存在する物体の有無の判断や、物体までの距離を測定するシステムの開発が進められている。

このような、物体検出システムでは、通常、センサーから測定領域内の物体へ向けてレーザー光を照射し、物体からの反射光に基づいて、物体の有無を判断したり、物体までの距離を測定したりする。例えば、センサーが物体からの反射光を受光した場合、物体が存在すると判断し、受光していない場合、物体が存在しないと判断する。また、物体が存在する場合、レーザー光の照射から反射光の受光までにかかった時間に基づいてセンサーから物体までの距離を測定する。

ところが、物体の色が、光を全反射する光沢のある色である場合や、光を吸収しやすい黒色や濃紺色である場合、物体表面の反射率が低く、反射光が弱くなるため、センサーが反射光を受光できない場合がある。このような場合、物体検出システムは、センサーが反射光を受光していないので、実際は物体が存在するにもかかわらず、物体が存在していないと誤って判断するおそれがある。

これに対して、下記特許文献１には、反射率が低い物体の位置、形状を検出する物体検出ユニットが開示されている。特許文献１では、レーザー光により監視領域内を走査し、反射光を受光した場合は、レーザー光の走査位置に関連付けて距離データを出力し、反射光を受光しない場合、受光なしを走査角度に関連付け、その角度範囲に反射率が低い物体が存在すると判断する。

特開２００７−１２６０２５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、反射率が低い物体が走査角度範囲のどこかに存在するということを判断できるものの、センサーが１台のみでは、反射率が低い物体がどのくらいの距離に存在するのかまでは判断できない。また、反射率が低い物体までの距離を求めるためには、センサーを複数台設置することが必要であるが、センサーを複数台設置するには手間や、コストがかかるというデメリットもある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数台のセンサーを設置しなくても、反射率が低い物体までの距離を取得することができる距離情報補間装置、物体検出システム、および距離情報補間プログラムを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）測定領域に渡り、光を走査しながら照射し、前記測定領域における物体からの反射光を受光するまでの時間間隔に基づいて算出した距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを取得する取得部と、前記反射光に基づいて前記距離値を取得できない画素に対して、所定の補間ルールに基づいて前記距離値を置換する置換部と、を有する、距離情報補間装置。

（２）前記取得部が取得した前記測距点群データに基づいて、基準背景データを設定する設定部をさらに、有し、前記置換部は、前記距離値を取得できない画素に対応する、前記基準背景データの距離値が有限の距離値である場合に、前記距離値を置換する、上記（１）に記載の距離情報補間装置。

（３）前記置換部は、前記補間ルールとして、前記距離値を取得できない画素の距離値を、ユーザーにより予め定められた所定の距離値に置き換える、上記（１）または（２）に記載の距離情報補間装置。

（４）前記置換部は、予め設定された仮想面を用い、前記所定の距離値として、前記距離値を取得できない画素に対応する、前記仮想面上の位置の距離値を用いる、上記（３）に記載の距離情報補間装置。

（５）前記置換部は、前記補間ルールとして、前記距離値を取得できない画素の距離値を、前記測距点群データの履歴データに基づいて生成した距離値に置き換える、上記（１）、または上記（２）に記載の距離情報補間装置。

（６）前記置換部は、各画素における履歴データから、距離値の頻度または確率を算出し、前記距離値を取得できない画素の距離値を、前記頻度または確率が高い位置に対応する距離値に置き換える、上記（５）に記載の距離情報補間装置。

（７）前記置換部は、前記補間ルールとして、画素の走査角度に基づいて、置換する距離値を生成する、上記（１）、または上記（２）に記載の距離情報補間装置。

（８）前記置換部は、前記走査角度に基づいて、前記物体の種類を推定し、推定結果に基づいて、置換する距離値を生成する、上記（７）に記載の距離情報補間装置。

（９）前記置換部は、前記走査角度に基づいて、前記物体の位置を推定し、推定結果に基づいて、置換する距離値を生成する、上記（７）、または上記（８）に記載の距離情報補間装置。

（１０）前記取得部は、レーザーレーダーが前記測定領域を走査することにより得られた、測距点群データを取得する、上記（１）〜（９）のいずれか１つに記載の距離情報補間装置。

（１１）測定領域に渡り、光を走査しながら照射し、前記測定領域における物体からの反射光を受光するまでの時間間隔に基づいて算出した距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを生成するセンサー部と、上記（１）〜（１０）のいずれか１つに記載の距離情報補間装置と、前記距離情報補間装置によって距離値が置換された測距点群データに基づいて、前記測定領域内の物体を認識する認識部と、を有する、物体検出システム。

（１２）測定領域に渡り、光を走査しながら照射し、前記測定領域における物体からの反射光を受光するまでの時間間隔に基づいて算出した距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを取得する手順（ａ）と、前記反射光に基づいて前記距離値を取得できない画素に対して、所定の補間ルールに基づいて前記距離値を置換する手順（ｂ）と、を有する処理をコンピューターに実行させるための距離情報補間プログラム。

（１３）前記手順（ｂ）では、前記補間ルールとして、前記距離値を取得できない画素の距離値を、ユーザーにより予め定められた所定の距離値に置き換える、上記（１２）に記載の距離情報補間プログラム。

（１４）前記手順（ｂ）では、前記補間ルールとして、前記距離値を取得できない画素の距離値を、前記測距点群データの履歴データに基づいて生成した距離値に置き換える、上記（１２）に記載の距離情報補間プログラム。

（１５）前記手順（ｂ）では、前記補間ルールとして、画素の走査角度に基づいて、置換する距離値を生成する、上記（１４）に記載の距離情報補間プログラム。

（１６）前記手順（ｂ）では、前記走査角度に基づいて、前記物体の種類を推定し、推定結果に基づいて、置換する距離値を生成する、上記（１５）に記載の距離情報補間プログラム。

（１７）前記手順（ｂ）では、前記走査角度に基づいて、前記物体の位置を推定し、推定結果に基づいて、置換する距離値を生成する、上記（１５）、または上記（１６）に記載の距離情報補間プログラム。

本発明によれば、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値が、適切な距離値に置換されるので、センサーが１台のみでも高光沢度や低反射率の物体までの距離値を取得できる。

物体検出システムの主要構成を示すブロック図である。 車両が通行する道路上が測定領域となるようにライダーを配置した状態を示す模式図である。 ライダーの構成を示す断面図である。 一実施形態における物体検出方法の処理手順を例示するフローチャートである。 ライダーによる測定領域内の測定について説明するための模式図である。 所定の距離値を使用して距離値を置換する方法を例示する模式図である。 所定の距離値を使用して距離値を置換する方法を例示する模式図である。 測距点群データの履歴データに基づいて距離値を生成する場合を例示する模式図である。 測距点群データの履歴データに基づいて距離値を生成する場合を例示する模式図である。 反射光を受光できない領域に対応する走査角度に基づいて距離値を生成する場合について説明するためのする模式図である。 反射光を受光できない領域に対応する走査角度に基づいて距離値を生成する場合について説明するためのする模式図である。

＜一実施形態＞
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、物体検出システムの主要構成を示すブロック図である。物体検出システム１０は、検出部１００、制御装置２００、入力部３００、および出力部４００を備える。検出部１００は、センサーとしてのライダー１１０（ＬｉＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）（レーザーレーダー）を備える。最初にライダー１１０の構成について説明し、制御装置２００、入力部３００、および出力部４００の構成については後述する。

図２は、車両が通行する車道６１上が測定領域６０となるようにライダー１１０を配置した状態を示す模式図である。ライダー１１０は柱６２の上部に、車道６１に向けて配置されている。測定領域６０内の車道６１上には、物体（動体）８１，８２が存在する。同図の例では、物体８１は、普通乗用車の車両であり、物体８２は歩行者である。また、車道６１を挟んでライダー１１０の設置されている側の反対側には、壁６３が設置されている。本実施形態では、車道６１や壁６３の画像を物体８１,８２に対する背景画像として使用するので、車道６１や壁６３は、黒色や濃紺色のような暗い色ではなく、反射率が比較的高い材質で形成されていることが好ましい。

（ライダー１１０）
以下、図３を参照し、ライダー１１０の構成について説明する。図３は、ライダー１１０の概略構成を示す断面図である。ライダー１１０は、投受光ユニット１１１を有する。投受光ユニット１１１は、半導体レーザー５１、コリメートレンズ５２、ミラーユニット５３、レンズ５４、フォトダイオード５５、およびモーター５６、ならびにこれらの各構成部材を収容する筐体５７を有する。筐体５７内には、後述する制御装置２００の距離算出部２１０が配置されている。投受光ユニット１１１は、レーザースポット光によりライダー１１０の測定領域６０内を走査することで得られた各画素の受光信号を出力する。距離算出部２１０は、この受光信号に基づいて、測距点群データを生成する。この測距点群データは距離画像、または距離マップとも称される。

半導体レーザー５１は、パルス状のレーザー光束を出射する。コリメートレンズ５２は、半導体レーザー５１からの発散光を平行光に変換する。ミラーユニット５３は、コリメートレンズ５２で平行とされたレーザー光を、回転するミラー面により測定領域に向かって走査投光するとともに、対象物からの反射光を反射させる。レンズ５４は、ミラーユニット５３で反射された対象物からの反射光を集光する。フォトダイオード５５は、レンズ５４により集光された光を受光し、Ｙ方向に並んだ複数の画素を有する。モーター５６はミラーユニット５３を回転駆動する。

距離算出部２１０は、これらの半導体レーザー５１の出射タイミングと、フォトダイオード５５の受光タイミングとの時間間隔（時間差）に基づいて距離情報（距離値）を求める。距離算出部２１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とメモリーで構成され、メモリーに記憶しているプログラムを実行することにより各種の処理を実行することによって測距点群データを求めるが、測距点群データ生成用の専用ハードウェア回路を備えてもよい。また、距離算出部２１０は、後述する制御装置２００の筐体内部に組み込まれ、ハードウェア的に統合されてもよい。

本実施形態において、半導体レーザー５１とコリメートレンズ５２とで出射部５０１を構成し、レンズ５４とフォトダイオード５５とで受光部５０２を構成する。出射部５０１、受光部５０２の光軸は、ミラーユニット５３の回転軸５３０に対して直交していることが好ましい。

剛体である柱６２等に固定して設置されたボックス状の筐体５７は、上壁５７ａと、これに対向する下壁５７ｂと、上壁５７ａと下壁５７ｂとを連結する側壁５７ｃとを有する。側壁５７ｃの一部に開口５７ｄが形成され、開口５７ｄには透明板５８が取り付けられている。

ミラーユニット５３は、２つの四角錐を逆向きに接合して一体化した形状を有し、すなわち対になって向き合う方向に傾いたミラー面５３１ａ、５３１ｂを４対（但し４対に限られない）有している。ミラー面５３１ａ、５３１ｂは、ミラーユニットの形状をした樹脂素材（例えばＰＣ（ポリカーボネート））の表面に、反射膜を蒸着することにより形成されていることが好ましい。

ミラーユニット５３は、筐体５７に固定されたモーター５６の軸５６ａに連結され、回転駆動されるようになっている。本実施形態では、例えば、柱６２に設置された状態で、軸５６ａの軸線（回転軸線）が鉛直方向であるＹ方向に延在しており、Ｙ方向に直交するＸ方向およびＺ方向によりなすＸＺ平面が水平面となっているが、軸５６ａの軸線を鉛直方向に対して傾けてもよい。なお、図２においては、ライダー１１０のＸＹＺ空間とともに、これを道路の向き（車両の進行方向）に対応させ座標変換させたＸ’Ｙ’Ｚ’空間を示している。Ｘ’Ｙ’Ｚ’空間において、Ｙ’方向は鉛直方向であり、Ｚ’方向は道路の延在方向に平行であり、Ｘ’方向はこれらに直交する方向である。なお、仮想平面７０は、Ｘ’Ｙ’平面に平行となるように設定されている。

次に、ライダー１１０の対象物検出原理について説明する。図３において、半導体レーザー５１からパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズ５２で平行光束に変換され、回転するミラーユニット５３の第１ミラー面５３１ａに入射する。その後、第１ミラー面５３１ａで反射され、さらに第２ミラー面５３１ｂで反射した後、透明板５８を透過して外部の測定領域６０に向けて、例えば縦長の矩形断面を持つレーザースポット光として走査投光される。なお、レーザースポット光が出射される方向と、出射されたレーザースポット光が対象物で反射し、反射光として戻ってくる方向は重複し、この重複する２方向を投受光方向という（なお、図３では分かり易さのため、図面では出射光と反射光をずらして示している）。同一の投受光方向に進行するレーザースポット光は、同一の画素で検出される。

ここで、ミラーユニット５３の対のミラー（例えば第１ミラー面５３１ａと第２ミラー面５３１ｂ）の組み合わせにおいて、４対はそれぞれ交差角が異なっている。レーザー光は、回転する第１ミラー面５３１ａと第２ミラー面５３１ｂにて、順次反射される。まず１番対の第１ミラー面５３１ａと第２ミラー面５３１ｂにて反射したレーザー光は、ミラーユニット５３の回転に応じて、測定領域６０の一番上の領域を水平方向（「主走査方向」ともいう）に左から右へと走査される。次に、２番対の第１ミラー面５３１ａと第２ミラー面５３１ｂで反射したレーザー光は、ミラーユニット５３の回転に応じて、測定領域６０の上から２番目の領域を水平方向に左から右へと走査される。次に、３番対の第１ミラー面５３１ａと第２ミラー面５３１ｂで反射したレーザー光は、ミラーユニット５３の回転に応じて、測定領域６０の上から３番目の領域を水平方向に左から右へと走査される。次に、４番対の第１ミラー面５３１ａと第２ミラー面５３１ｂで反射したレーザー光は、ミラーユニット５３の回転に応じて、測定領域６０の最も下の領域を水平方向に左から右へと走査される。これによりライダー１１０が測定可能な測定領域６０全体の１回の走査が完了する。この４つの領域の走査により得られた画像を組み合わせて、１つのフレームが得られる。そして、ミラーユニット５３が１回転した後、再び１番対の第１ミラー面５３１ａと第２ミラー面５３１ｂに戻り、以降は測定領域６０の一番上の領域から最も下の領域までの走査（この上下方向を「副走査方向」ともいう）を繰り返し、次のフレームが得られる。

図３において、走査投光された光束のうち対象物に当たって反射したレーザー光の一部は、再び透明板５８を透過して筐体５７内のミラーユニット５３の第２ミラー面５３１ｂに入射し、ここで反射され、さらに第１ミラー面５３１ａで反射されて、レンズ５４により集光され、それぞれフォトダイオード５５の受光面で画素毎に検知される。さらに、距離算出部２１０が、半導体レーザー５１の出射タイミングとフォトダイオード５５の受光タイミングとの時間差に応じて距離情報を求める。これにより測定領域６０内の全領域で対象物の検出を行って、画素毎に距離情報を持つ測距点群データとしてのフレームを得ることができる。また、ユーザーの指示により、得られた測距点群データを背景画像データとして、距離算出部２１０内のメモリー、または制御装置２００の記憶部２２０に記憶してもよい。

なお、検出部１００は、赤外線（８００〜１０００ｎｍ程度）のレーザー光を用いたライダー１１０とすることで、高い分解能で、測距点群データを得ることができる。しかしながら、送受信部として、ライダー１１０に換えて、ミリ波等の他の周波数の送信波を照射し、その送信波の反射波から測距点群データを得るミリ波レーダーを適用してもよい。

（物体検出システム１０の制御装置２００）
次に、図１を参照し、制御装置２００の各構成について説明する。制御装置２００は、例えば、コンピューターであり、ＣＰＵ、メモリー（半導体メモリー、磁気記録媒体（ハードディスク等））、通信Ｉ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を備える。通信Ｉ／Ｆは、外部機器と通信するためのインターフェースである。通信には、イーサネット（登録商標）、ＳＡＴＡ、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４などの規格によるネットワークインターフェースが用いてもよい。また、通信には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１１、４Ｇなどの無線通信インターフェースを用いてもよい。

制御装置２００は、図１に示すように、距離算出部２１０、記憶部２２０、および認識部２３０を備える。以下、それぞれの機能について説明する。距離算出部２１０および認識部２３０の各機能は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより実現される。記憶部２２０はメモリーによって構成される。制御装置２００は、距離情報補間装置として機能する。

（距離算出部２１０）
距離算出部２１０の機能については、上述したとおりである。距離算出部２１０は、測距点群データ生成部２１１および画素置換部２１２を有する。

測距点群データ生成部２１１は、測定時に、ライダー１１０の投受光ユニット１１１により、複数の照射方向に向けた送信波を、測定領域６０に渡って照射し、測定領域６０内の物体（対象物）からの送信波の反射波に応じた受光信号を取得する。そして、この受光信号の受信タイミング（送受信の時間間隔）に応じて複数の照射方向における、それぞれの距離値を得る。そして、各照射方向における距離値の大きさをマトリックス状に配置された複数の画素に対応させ、これにより、距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを生成する。生成された測距点群データは、記憶部２２０に保存される。ライダー１１０および測距点群データ生成部２１１は、センサー部を構成する。図２に示すように、本実施形態では、１つのセンサー部により、測定領域６０を走査し、物体までの距離の測定を行う。

また、この測距点群データは、測定できない画素には、そのことを示す識別子が埋め込まれている。具体的には、物体までの距離が非常に遠い（「無限遠」ともいう）場合や、表面が鏡面、もしくは光沢な黒色等であることにより十分な量（光量）の（十分なエネルギーの）反射波を検知できず、距離値が得られなかった画素（「有限の距離値」でない画素）については、距離値として距離値が得られなかったことを示す共通の識別子（「タグ値」ともいう）が埋め込まれている。以下、このような識別子が埋め込まれている画素を、単に「無限遠」または「無限遠画素」ともいう。各画素の距離値を２バイトで表現するような場合、この距離値が得られないことを示す識別子としては最大値「ＦＦＦＦ」を用いる。

画素置換部２１２は、測距点群データ生成部２１１で生成された測距点群データを取得し、補間する。測距点群データ生成部２１１、および画素置換部２１２は、それぞれ取得部および置換部として機能する。より具体的には、画素置換部２１２は、反射光に基づいて距離値を取得できない画素に対して、所定の補間ルールに基づいて距離値を置換する。なお、画素置換部２１２は、距離値を取得できない画素に対応する、基準背景データの距離値が有限の距離値（所定の距離値）である場合に、距離値を置換するように構成されることが好ましい。これは、物体までの距離が非常に遠い無限遠である場合も反射光に基づいて距離値を取得できないので、高光沢度または低反射率の物体によって、反射光に基づいて距離値を取得できないことを確実にするためである。距離値の置換方法の具体例については後述する。

（認識部２３０）
認識部２３０は、測定領域６０内の物体を認識する。本実施形態では、例えば背景差分法を採用する。この背景差分法では、予め生成し、保存しておいた背景画像（基準背景ともいう）データを用いる。具体的には、測定の前準備（前処理）として、ユーザーの指示により、車両や動物等の移動物体が存在しない状態で、ライダー１１０からレーザースポット光を走査する。これにより背景対象物（静止物）から得られた反射光に基づいて、背景画像を得ることができる。実際の測定時においては、背景対象物の手前に物体検出の対象者である物体として例えば車両（物体８１）が現れた場合、物体８１からの反射光が新たに生じる。

認識部２３０は、動体を認識する機能を有する。認識部２３０は記憶部２２０に保持している背景画像データと現時点での測距点群データとを比較して、差が生じた場合、車両等の何らかの動体（前景の物体）が測定領域６０内に現れたことを認識できる。例えば、背景差分法を用いて、背景データと、現時点での測距点群データ（距離画像データ）とを比較することで、前景データを抽出する。そして抽出した前景データの画素（画素群）を、例えば画素の距離値に応じてクラスタに分ける。そして、各クラスタのサイズを算定する。例えば、垂直方向寸法、水平方向寸法、総面積等を算出する。なお、ここでいう「サイズ」は、実寸法であり、見た目上の大きさ（画角、すなわち画素の広がり）とは異なり、対象物までの距離に応じて画素群の塊が判断される。例えば、認識部２３０は算定したサイズが抽出対象の解析対象の動体を特定するための所定のサイズ閾値以下か否か判定する。サイズ閾値は、測定場所や物体検出対象等により任意に設定できる。車両、人を追跡して検出するのであれば、車両、または人の大きさのそれぞれの最小値を、クラスタリングする場合のサイズ閾値とすればよい。逆にあらゆる動体を追跡するのであれば、サイズ閾値はこれらよりも小さな値としてもよい。また、このときに、その形状を構成する画素を細かく抽出してもよいが、物体全体を取り囲む１個の直方体、または数個（例えば２、３個）の直方体を合成した立体としてクラスタリングしてもよい。以下に説明する本実施形態においては、底面が地面（仮想的な地面、あるいはＸＺ平面）に平行な１個の直方体としてクラスタリングするものとする。

（入力部３００）
入力部３００は、例えば、キーボード、タッチパネル等を備え、ユーザーの指示を受け付ける。本実施形態では、入力部３００は、距離算出部２１０とともに設定部として機能し、ユーザーからの背景画像データを設定する旨の指示を受け付ける。設定部は、ユーザーの指示に応じて、測距点群データ生成部２１１が取得した測距点群データに基づいて、背景画像データを設定する。

（出力部４００）
出力部４００は、物体認識結果を出力する。出力部４００は、例えばディスプレイを有する。出力部４００は、測定領域６０における物体の認識結果に基づいて、測定領域６０の状態を示す画像データを生成し、この画像データに基づく画像をディスプレイに表示する。なお、ディスプレイとともにスピーカーを備え、アラートが発生した場合に警告音等の音声を出力するようにしてもよい。

また、出力部４００は、ネットワークに接続した外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）に、画像データを送信することもできる。

（物体検出方法）
図４は、本実施形態の物体検出方法の処理手順を例示するフローチャートである。図４に示す各処理は、制御装置２００のＣＰＵがプログラムを実行することによって実現される。図５は、ライダー１１０による測定領域６０内の測定について説明するための模式図である。図５では、上方から測定領域６０を見た場合について示している。また、図６Ａおよび図６Ｂは、所定の距離値を使用して距離値を置換する方法を例示する模式図である。図６Ａは上方から測定領域６０を見た場合について示しており、図６Ｂは側方から測定領域６０を見た場合について示している。

図４に示すように、まず、測定領域６０内を測定する（ステップＳ１０１）。図５に示すように、ライダー１１０は、測定領域６０に渡り、レーザー光Ｌを走査しながら照射する。レーザー光Ｌは、ライダー１１０から照射され、測定領域６０内における物体で反射し、ライダー１１０へ到達する。そして、ライダー１１０は、反射光を受光し、反射光に応じた受光信号を出力する。

測距点群データ生成部２１１は、ライダー１１０で生成された受光信号の受信タイミングに応じて複数の照射方向における、それぞれの距離値を取得し、測距点群データを生成する。なお、物体の色が、レーザー光を全反射する光沢の色である場合や、レーザー光を吸収しやすい黒色や濃紺色である場合、ライダー１１０が反射光を受光できない場合がある。この場合、測距点群データ生成部２１１によって取得された測距点群データは、距離値が得られないことを示す識別子を含む。

一方、ライダー１１０が測定領域６０内における物体からの反射光を受光した場合、測距点群データは、ライダー１１０から各物体の測定点までの距離値を含む。例えば、図５に示すように、ライダー１１０から壁６３の測定点Ｐ１へ向けてレーザー光Ｌを照射した場合、この照射方向における測距点群データは、ライダー１１０から測定点Ｐ１までの距離値を含む。

次に、画素置換処理を実施する（ステップＳ１０２）。画素置換部２１２は、測距点群データ生成部２１１によって取得された測距点群データの各画素について、反射光に基づいて距離値を取得できたか否かを判定する。そして、画素置換部２１２は、反射光に基づいて距離値を取得できない画素に対して、所定の補間ルールに基づいて距離値を置換する。

図６Ａに示すように、説明の便宜のため、ライダー１１０が、例えば、Ｘ’Ｚ’平面上においてＸ’方向を中心にして所定角度αの照射範囲でレーザー光Ｌを走査する場合を想定し、図６Ｂに示すように、Ｘ’Ｙ’平面上において所定角度βの照射範囲で走査する場合を想定する。また、表面の反射率が低い物体８１が車道６１上を−Ｚ’方向に移動し、ある瞬間に壁６３とライダー１１０との間に位置する場合を想定する。このとき、物体８１は、角度α，βの範囲内にある。

物体８１は、表面の反射率が低いので、測距点群データ生成部２１１は、各測定点Ｐに対する距離値を反射光に基づいて得ることができない。このため、画素置換部２１２は、所定の補間ルールに基づいて距離値を置換する。

本実施形態では、例えば、画素置換部２１２は、距離値を取得できない画素の距離値を、補間ルールとして、ユーザーにより予め定められた所定の距離値に置き換える。例えば、画素置換部２１２は、測定領域６０に仮想面ＶＳを設定し、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値を、仮想面ＶＳ上の位置に対応する所定の距離値に置換する。

本実施形態では、物体８１は車両であり、車道６１上を決められた方向（−Ｚ方向）に移動することが想定される。仮想面ＶＳは、例えば、Ｙ’Ｚ’平面に平行で、かつ物体８１の通過が見込まれるＸ’方向の位置に設定されうる。

車道６１上を通過する物体が車道６１上の概ね同じ位置（例えば、車線の中央付近）を通過するという想定の下、距離値を取得できない、すなわち距離値が得られないことを示す識別子を取得した場合、高光沢度または低反射率の物体が車道６１上を通過していると考えられる。画素置換部２１２は、物体８１が仮想面ＶＳに沿って移動していると仮定し、少なくとも１つのレーザー光線Ｌｎの各々と仮想面ＶＳとの交点Ｑｎに対応する距離値を使用して、反射光に基づいて距離値を取得できない画素に対して、距離値を置換する。

このように、距離値を取得できない画素に対して、距離値を所定の距離値へ置き換えることにより、容易に補間を行うことができ、補間処理のための複雑な計算をする必要がない。したがって、補間処理にかかる時間を抑制できる。

次に、測定領域６０内の物体を認識する（ステップＳ１０３）。認識部２３０は、例えば、背景差分法を用いて、距離算出部２１０によって生成された測距点群データに基づいて、前景データを抽出し、前景データの画素（画素群）をクラスタに分け、各クラスタのサイズを算定する。そして、認識部２３０は算定したサイズが抽出対象の解析対象の動体を特定するための所定のサイズ閾値以下か否か判定することにより、物体８１，８２を認識し、その種類を特定する。本実施形態では、物体８１が車両であり、物体８２が歩行者であることが認識される。

次に、物体認識結果を出力する（ステップＳ１０４）。出力部４００は、測定領域６０の状態を示す画像をディスプレイに表示する。

以上で説明した図４のフローチャートの処理によれば、ライダー１１０は測定領域６０を測定し、距離算出部２１０は、測定領域６０内について、距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを生成する。そして、距離算出部２１０は、反射光に基づいて距離値を取得できない画素に対して、所定の補間ルールに基づいて距離値を置換する。続いて、認識部２３０は測距点群データに基づいて、測定領域６０内の物体（例えば、壁６３、物体８１，８２）を認識し、出力部４００は、物体認識結果をディスプレイに出力する。

以上で説明した本実施形態の物体検出システム１０は、下記の効果を奏する。

反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値が、適切な距離値に置換されるので、センサーが１台のみでも高光沢度や低反射率の物体までの距離値を取得できる。

＜変形例１＞
図７Ａおよび図７Ｂは、測距点群データの履歴データに基づいて距離値を生成する場合を例示する模式図である。図７Ａは上方から測定領域６０を見た場合について示しており、図７Ｂは側方から測定領域６０を見た場合について示している。

上述の例では、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値を、ユーザーが予め定めた所定の距離値に置換する場合について説明した。変形例１では、画素置換部２１２は、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値を、測距点群データの履歴データに基づいて生成された距離値に置換する。

測距点群データの履歴データは、過去の所定期間、例えば数時間、または数日の期間に測距点群データ生成部２１１によって取得された測距点群データであり、距離算出部２１０のメモリーまたは制御装置２００の記憶部２２０に保存されている。測距点群データの履歴データは、例えば、車道６１上を通過し、表面の反射率が比較的高い物体（例えば、白色や赤色の車両など）についてのデータを統計処理に必要な数だけ含んでいる。この統計処理には、背景データを除いた距離値、すなわち前景データである車両等の物体までの距離値のみを用いて統計処理することが好ましい。

図７Ａおよび図７Ｂに示すように、画素置換部２１２は、測距点群データの履歴データに基づいて、測定領域６０内において物体が出現する位置についての頻度または確率を算出する。

図中の白丸は物体が出現する頻度または確率が低い位置を示し、黒丸は物体が出現する頻度または確率が高い位置を示し、グレーの丸は物体が出現する頻度または確率が中程度の位置を示す。画素置換部２１２は、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値を、出現する頻度または確率が高い位置（すなわち、黒丸の位置Ｒｎ）に対応する距離値に置き換える。

このように、本変形例では、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値を、物体が出現する頻度または確率が高い位置に対応する距離値に置換することにより、より精度の高い補間を実現できる。

＜変形例２＞
図８Ａおよび図８Ｂは、反射光を受光できない領域に対応する走査角度に基づいて距離値を生成する場合について説明するためのする模式図である。

変形例２では、画素置換部２１２は、反射光を受光できない領域を特定し、この領域に対応する走査角度に基づいて距離値を生成する。そして、生成された距離値を使用して、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値を置換する。反射光に基づいて距離値を取得できない領域は、例えば、物体表面の反射率が低いため、ライダー１１０が反射光を受光できない領域に該当する。

図８Ａおよび図８Ｂに示す例では、表面の反射率が低い物体８１があるため、ライダー１１０は水平方向（Ｘ’Ｚ’平面）の領域Ｊ１、および垂直方向（Ｘ’Ｙ’平面）の領域Ｋ１からの反射光を受光できない。反射光を受光できない領域Ｊ１，Ｋ１に対応する走査角度は、それぞれα１およびβ１である。

物体８１の種類が事前に分かっている場合、例えば物体８１が一般車両（普通乗用車など）であることが事前に分かっている場合、物体８１の平均的な全長、全幅、および車高を求めることができる。このような場合、画素置換部２１２は、例えば、物体８１の全長と、走査角度α１とに基づいて、物体８１の各々の測定点における距離値を推定することができる。

例えば、Ａ＜Ｂ＜Ｃである角度に対して、α１＜Ａである場合、画素置換部２１２は、物体８１の距離値がＤ１［ｍ］であると推定する。また、Ａ＜α１＜Ｂである場合、物体８１の距離値がＤ２［ｍ］であると推定する。さらに、Ｂ＜α１＜Ｃである場合、物体８１の距離値がＤ３［ｍ］であると推定する。α１が小さいほど物体８１が遠くにあり、α１が大きいほど物体８１が近くにあるので、Ｄ１〜Ｄ３の間には、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３が成り立つ。

また、物体８１の種類が不明である場合において、走査角度α１，β１に基づいて物体８１の種類を推定し、推定結果に基づいて物体８１の各々の測定点に対する距離値を推定するように構成することもできる。

より具体的には、画素置換部２１２は、走査角度α１，β１に基づいて、物体８１の位置および大きさを推定する。すなわち、走査角度α１に基づいてＺ’方向の長さを推定し、走査角度β１に基づいて物体８１のＸ’方向の位置および長さを推定する。続いて、画素置換部２１２は、物体８１の大きさに基づいて、物体８１の種類を推定する。なお、物体の大きさに基づいて物体の種類を推定する方法は、認識部２３０による物体の認識方法と同様であるので、説明を省略する。画素置換部２１２は、物体８１の種類および位置に基づいて、物体８１の各測定点における距離値を推定し、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値を、推定された距離値に置換する。

このように、画素置換部２１２は、反射光を受光できない領域に対応する走査角度に基づいて距離値を生成し、反射光に基づいて距離値を取得できない画素の距離値の置換に使用するので、より精度の高い補間を実現できる。

以上に説明した距離情報補間装置（制御装置２００）および物体検出システム１０の構成は、上記の実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られず、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。

例えば、上述の例は、車道６１を走行する車両や、歩道を通行する歩行者を例に挙げて説明したが、本発明は、このような場合に限定されず、鉄道の踏切を通過する車両や歩行者に対しても適用できる。

また、距離情報補間装置（制御装置２００）および物体検出システム１０のプログラムは、ＵＳＢメモリー、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピューター読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムは、通常、メモリーやストレージなどに転送され記憶される。また、この制御プログラムは、例えば、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、物体検出システム１０の一機能としてその各装置のソフトウェアに組み込んでもよい。

１０ 物体検出システム、
１００ 検出部、
１１０ ライダー、
２００ 制御装置、
２１０ 距離算出部、
２１１ 測距点群データ生成部、
２１２ 画素置換部、
２２０ 記憶部、
２３０ 認識部、
３００ 入力部、
４００ 出力部。

Claims (17)

1. 測定領域に渡り、光を走査しながら照射し、前記測定領域における物体からの反射光を受光するまでの時間間隔に基づいて算出した距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを取得する取得部と、
   前記反射光に基づいて前記距離値を取得できない画素に対して、所定の補間ルールに基づいて前記距離値を置換する置換部と、を有する、距離情報補間装置。
2. 前記取得部が取得した前記測距点群データに基づいて、基準背景データを設定する設定部をさらに、有し、
   前記置換部は、前記距離値を取得できない画素に対応する、前記基準背景データの距離値が有限の距離値である場合に、前記距離値を置換する、請求項１に記載の距離情報補間装置。
3. 前記置換部は、前記補間ルールとして、前記距離値を取得できない画素の距離値を、ユーザーにより予め定められた所定の距離値に置き換える、請求項１または２に記載の距離情報補間装置。
4. 前記置換部は、予め設定された仮想面を用い、前記所定の距離値として、前記距離値を取得できない画素に対応する、前記仮想面上の位置の距離値を用いる、請求項３に記載の距離情報補間装置。
5. 前記置換部は、前記補間ルールとして、前記距離値を取得できない画素の距離値を、前記測距点群データの履歴データに基づいて生成した距離値に置き換える、請求項１、または請求項２に記載の距離情報補間装置。
6. 前記置換部は、各画素における履歴データから、距離値の頻度または確率を算出し、前記距離値を取得できない画素の距離値を、前記頻度または確率が高い位置に対応する距離値に置き換える、請求項５に記載の距離情報補間装置。
7. 前記置換部は、前記補間ルールとして、画素の走査角度に基づいて、置換する距離値を生成する、請求項１、または請求項２に記載の距離情報補間装置。
8. 前記置換部は、
   前記走査角度に基づいて、前記物体の種類を推定し、推定結果に基づいて、置換する距離値を生成する、請求項７に記載の距離情報補間装置。
9. 前記置換部は、
   前記走査角度に基づいて、前記物体の位置を推定し、推定結果に基づいて、置換する距離値を生成する、請求項７、または請求項８に記載の距離情報補間装置。
10. 前記取得部は、レーザーレーダーが前記測定領域を走査することにより得られた、測距点群データを取得する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の距離情報補間装置。
11. 測定領域に渡り、光を走査しながら照射し、前記測定領域における物体からの反射光を受光するまでの時間間隔に基づいて算出した距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを生成するセンサー部と、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の距離情報補間装置と、
    前記距離情報補間装置によって距離値が置換された測距点群データに基づいて、前記測定領域内の物体を認識する認識部と、を有する、物体検出システム。
12. 測定領域に渡り、光を走査しながら照射し、前記測定領域における物体からの反射光を受光するまでの時間間隔に基づいて算出した距離値の分布を示す複数の画素で構成された測距点群データを取得する手順（ａ）と、
    前記反射光に基づいて前記距離値を取得できない画素に対して、所定の補間ルールに基づいて前記距離値を置換する手順（ｂ）と、を有する処理をコンピューターに実行させるための距離情報補間プログラム。
13. 前記手順（ｂ）では、前記補間ルールとして、前記距離値を取得できない画素の距離値を、ユーザーにより予め定められた所定の距離値に置き換える、請求項１２に記載の距離情報補間プログラム。
14. 前記手順（ｂ）では、前記補間ルールとして、前記距離値を取得できない画素の距離値を、前記測距点群データの履歴データに基づいて生成した距離値に置き換える、請求項１２に記載の距離情報補間プログラム。
15. 前記手順（ｂ）では、前記補間ルールとして、画素の走査角度に基づいて、置換する距離値を生成する、請求項１４に記載の距離情報補間プログラム。
16. 前記手順（ｂ）では、
    前記走査角度に基づいて、前記物体の種類を推定し、推定結果に基づいて、置換する距離値を生成する、請求項１５に記載の距離情報補間プログラム。
17. 前記手順（ｂ）では、
    前記走査角度に基づいて、前記物体の位置を推定し、推定結果に基づいて、置換する距離値を生成する、請求項１５、または請求項１６に記載の距離情報補間プログラム。