JP2021076517A - 距離測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ヒストグラム作成部は、受光アレイ部から出力される複数のパルス信号に従い、受光アレイ部で受光された光量の時間変化を示すヒストグラムを作成するように構成される。
このように構成された本開示の距離測定装置は、背景光ノイズフロアと、背景光ノイズフロアのばらつきパラメータとに基づいて、閾値を算出する。このため、本開示の距離測定装置は、背景光ノイズフロアのばらつきの大きさ(すなわち、背景光ノイズフロアの標準偏差の大きさ)に応じて、閾値を変化させることができる。これにより、本開示の距離測定装置は、背景光を物体で反射したパルス光(以下、反射光)であると誤検出してしまったり、物体からの反射光を検出できなかったりする事態の発生を抑制し、距離測定精度を向上させることができる。
以下に本開示の第1実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の距離測定装置1は、車両に搭載され、車両の周辺に存在する各種物体までの距離を測定する。
照射部2は、パルス状のレーザ光を、予め設定された間隔で繰り返し照射するとともに、その照射タイミングを計数部4および信号処理部5に通知する。以下、レーザ光を照射する周期を、計測周期という。
加算器A1,A2,・・・,Akはそれぞれ、画素ユニットP1,P2,・・・,Pkに接続される。加算器Aiは、画素ユニットPiを構成するN個の光検知器31から入力しているパルス信号の合計値(以下、パルス入力個数)を示す加算信号を出力する。iは1からkまでの整数である。
光検知器31は、SPAD61と、クエンチ抵抗62と、反転回路63と、Dフリップフロップ回路(以下、DFF回路)64と、遅延回路65とを備える。SPADは、Single Photon Avalanche Diodeの略である。
CPU51は、S20にて、ヒストグラムメモリMiから記憶データを取得する。
CPU51は、S40にて、背景光ノイズフロアBGNDを算出する。背景光ノイズフロアは、照射部2から照射されたレーザ光が受光アレイ部3により受光されていないときにおいて受光アレイ部3により検出される光(すなわち、背景光)の受光レベルである。具体的には、CPU51は、識別番号がjの時間ビンTbinに対応するパルス入力個数をBGND_jとして、下式(1)により、背景光ノイズフロアBGNDを算出する。
背景光標準偏差σ_BGNDで用いる光検知器31のパラメータは理論的には二項分布の定義式に基づいている。
具体的には、CPU51は、図3に示すように、まず、距離算出期間Trにおいて、パルス入力個数が閾値Th未満である状態から、パルス入力個数が閾値Th以上である状態へ遷移したときの時間ビンTbinを立ち上り時間ビンとして特定する。図3に示す画素ヒストグラムでは、バーB1に対応する時間ビンTbinが立ち上り時間ビンである。
S70の処理が終了すると、図4に示すように、CPU51は、S80にて、画素指示値iに格納されている値が全画素数k以上であるか否かを判断する。ここで、画素指示値iに格納されている値が全画素数k未満である場合には、CPU51は、S90にて、画素指示値iに格納されている値に1を加算した加算値を画素指示値iに格納して、S20に移行する。
このように構成された距離測定装置1は、照射部2と、受光アレイ部3と、計数部4および信号処理部5とを備える。
計数部4および信号処理部5は、受光アレイ部3から出力される複数のパルス信号に従い、受光アレイ部3で受光された光量の時間変化を示す画素ヒストグラムを作成する。
このように距離測定装置1は、背景光ノイズフロアBGNDと、背景光標準偏差σ_BGNDとに基づいて、閾値Thを算出する。このため、距離測定装置1は、背景光ノイズフロアBGNDのばらつきの大きさ(すなわち、背景光標準偏差σ_BGNDの大きさ)に応じて、閾値Thを変化させることができる。これにより、距離測定装置1は、背景光を物体で反射したパルス光(以下、反射光)であると誤検出してしまったり、物体からの反射光を検出できなかったりする事態の発生を抑制し、距離測定精度を向上させることができる。
[第2実施形態]
以下に本開示の第2実施形態を図面とともに説明する。なお第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
次に、第2実施形態の距離測定処理の手順を説明する。
CPU51は、S230にて、S220で取得した記憶データを用いて、全ての画素ユニットP1,P2,・・・,Pkのそれぞれの積算画素ヒストグラムを作成する。
CPU51は、S240にて、加算回数Countに格納されている値が上限回数n以上であるか否かを判断する。ここで、加算回数Countに格納されている値が上限回数n未満である場合には、CPU51は、距離測定処理を終了する。
これにより、上限回数nだけ繰り返して画素ヒストグラムを加算した積算画素ヒストグラムが作成される。
CPU51は、S270にて、RAM53から画素ユニットPiの積算画素ヒストグラムを取得する。
第2実施形態では、パルス入力個数を複数回繰り返して積算した積算画素ヒストグラムが作成されるため、試行回数nは下式(14)で表される。式(14)におけるCountは上記の加算回数である。
具体的には、CPU51は、図6に示すように、まず、距離算出期間Trにおいて、パルス入力個数が閾値Th_n未満である状態から、パルス入力個数が閾値Th_n以上である状態へ遷移したときの時間ビンTbinを立ち上り時間ビンとして特定する。図6に示す積算画素ヒストグラムでは、バーB11に対応する時間ビンTbinが立ち上り時間ビンである。
S310の処理が終了すると、図5に示すように、CPU51は、S320にて、画素指示値iに格納されている値が全画素数k以上であるか否かを判断する。ここで、画素指示値iに格納されている値が全画素数k未満である場合には、CPU51は、S330にて、画素指示値iに格納されている値に1を加算した加算値を画素指示値iに格納して、S270に移行する。
照射部2は、パルス状のパルス光を照射する。受光アレイ部3は、フォトンの入射によってパルス信号を出力する複数の光検知器31を備える。
信号処理部5は、作成された積算画素ヒストグラムに基づいて、背景光標準偏差σ_BGND_nを算出する。信号処理部5は、算出された背景光ノイズフロアBGND_nと、算出された背景光標準偏差σ_BGND_nとに基づいて、積算画素ヒストグラムにおいて照射部2により照射されたパルス光を受光アレイ部3で検出したか否かを判断するための閾値Th_nを算出する。
このように距離測定装置1は、背景光ノイズフロアBGND_nと、背景光標準偏差σ_BGND_nとに基づいて、閾値Th_nを算出する。このため、距離測定装置1は、背景光ノイズフロアBGND_nのばらつきの大きさ(すなわち、背景光標準偏差σ_BGND_nの大きさ)に応じて、閾値Th_nを変化させることができる。これにより、距離測定装置1は、背景光を反射光であると誤検出してしまったり、物体からの反射光を検出できなかったりする事態の発生を抑制し、距離測定精度を向上させることができる。
[第3実施形態]
以下に本開示の第3実施形態を図面とともに説明する。なお第3実施形態では、第2実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
第3実施形態の距離測定処理は、図7に示すように、S300の代わりにS305の処理を実行する点が第2実施形態と異なる。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
例えば上記実施形態では、背景光ノイズフロアBGND,BGND_nを、背景光ノイズフロア算出期間Tbにおけるパルス入力個数の平均値として算出する形態を示した。しかし、背景光ノイズフロアBGND,BGND_nを、背景光ノイズフロア算出期間Tbにおけるパルス入力個数の中央値として算出するようにしてもよい。
上記第3実施形態では、閾値テーブルTB1を参照して閾値Th_nを算出する形態を示した。しかし、第1実施形態の閾値Thを、図9に示す閾値テーブルTB2を参照することにより算出するようにしてもよい。閾値テーブルTB2は、図9に示すように、背景光ノイズフロアBGNDと閾値Thとの対応関係を設定する。具体的には、閾値テーブルTB1は、背景光ノイズフロアBGNDが0,1,・・・,Nであるときの閾値Thをそれぞれ、閾値th_BGND_0,th_BGND_1,・・・,th_BGND_Nとして記憶する。閾値th_BGND_yは、下式(19)で算出される値である。yは、0からNまでの整数である。
上記実施形態では、背景光ノイズフロア算出期間Tbにおけるパルス入力個数に基づいて背景光ノイズフロアBGND,BGND_nを算出する形態を示した。しかし、距離算出期間Trにおけるパルス入力個数も用いて背景光ノイズフロアBGND,BGND_nを算出するようにしてもよい。
Claims (4)
- パルス状のパルス光を照射するように構成された照射部(2)と、
フォトンの入射によってパルス信号を出力する複数の光検知器(31)を備える受光アレイ部(3)と、
前記受光アレイ部から出力される複数の前記パルス信号に従い、前記受光アレイ部で受光された光量の時間変化を示すヒストグラムを作成するように構成されたヒストグラム作成部(4,S20,S30,S210〜S250)と、
前記ヒストグラム作成部により作成された前記ヒストグラムに基づいて、前記受光アレイ部により検出される背景光の受光レベルを示す背景光ノイズフロアを算出するように構成されたノイズフロア算出部(S40,S280)と、
前記ヒストグラム作成部により作成された前記ヒストグラムに基づいて、前記背景光ノイズフロアのばらつきの度合いを示すばらつきパラメータを算出するように構成されたばらつき算出部(S50,S290)と、
前記ノイズフロア算出部により算出された前記背景光ノイズフロアと、前記ばらつき算出部により算出された前記ばらつきパラメータとに基づいて、前記ヒストグラムにおいて前記照射部により照射された前記パルス光を前記受光アレイ部で検出したか否かを判断するための閾値を算出するように構成された閾値算出部(S60,S300,S305)と、
前記閾値算出部により算出された前記閾値に基づいて、前記パルス光を反射した物体までの距離を算出するように構成された距離算出部(S70,S310)と
を備える距離測定装置(1)。 - 請求項1に記載の距離測定装置であって、
前記ノイズフロア算出部は、前記照射部により照射された前記パルス光が前記受光アレイ部により受光されていないときにおいて前記受光アレイ部により検出される光の受光レベルを前記背景光ノイズフロアとして算出する距離測定装置。 - 請求項1または請求項2に記載の距離測定装置であって、
前記受光アレイ部は、複数の前記光検知器が一つの画素を形成するように構成され、前記画素を1つ以上備え、
前記ばらつき算出部は、前記ノイズフロア算出部により算出された前記背景光ノイズフロアと、一つの前記画素を構成する前記光検知器の数と、前記照射部が前記パルス光を照射してから前記受光アレイ部が前記パルス光を検出するまでの光検出動作を1回または複数回実行することにより得られた検出結果を積算することにより作成された前記ヒストグラムの積算回数とに基づいて、前記ばらつきパラメータを算出する距離測定装置。 - 請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の距離測定装置であって、
前記ヒストグラム作成部(4,S210〜S250)は、前記照射部が前記パルス光を照射してから前記受光アレイ部が前記パルス光を検出するまでの光検出動作を複数回実行することにより得られた前記複数回の検出結果を積算することによって、前記ヒストグラムを作成する距離測定装置。
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