JP2022095980A - センサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射光のピークパワーが低くなる状況でも道路面等の検出精度を高める。【解決手段】センサ制御装置２は、現在位置を取得可能な車両Ｃに設置され、所定の領域へ光を照射する光源１１及び照射した光の反射光を受光する受光素子１７を有するライダ１を制御するセンサ制御装置２であって、地図情報２１ａを取得し、受光素子１７の受光信号の受光レベルを調整する調整部２２を備えている。そして、調整部２２は、地図情報２１ａに基づいて、受光信号に対する受光レベルを調整する領域を定めている。【選択図】図３

Description

本発明は、ライダ（ＬｉＤＡＲ：Light Detection And Ranging）等のセンサを制御するセンサ制御装置に関する。

近年、ＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance Systems）や自動運転等における、車両等の移動体の周囲の障害物や走行路面の検出のためのセンサとしてライダが用いられている。ライダは、例えば移動体前方にレーザ光を照射し、移動体前方に存在する物体からの反射光を受光することにより、移動体前方に存在する障害物等を検出するセンサである（例えば、特許文献１を参照）。

ライダは、照射したレーザ光の反射光を受光することで障害物等の対象物を検出する。そのため、道路上の障害物等はレーザ光の入射角が垂直に近くなるため、反射光のピークパワーが十分に得られるが、道路面自体の場合は、レーザ光の入射角が小さくなるため反射光のピークパワーが低くなる。そのため、道路面の検出は遠方なほど困難となる。

そこで、特許文献２には、近傍に配置されたＴＯＦ画素ＧＴの間のＴＯＦのずれ量を補正し、複数のＴＯＦ画素ＧＴからの受光信号を合成する手法により、測定対象物が路面の場合には、受光信号のピーク値同士が加算され、受光信号がさらに増大されることで、受光信号のＳ／Ｎ比をさらに高めることが提案されている。

特開２００６－２２０４７９号公報 特開２０１６－１７６７５０号公報

特許文献２に記載の方法の場合、受光素子として複数のＴＯＦ画素や複数の参照画素が必要である。したがって、例えばパルス光により所定の範囲を走査するように照射して、各パルス光の反射光を順次１つの受光素子で受光するように構成の場合には適用ができない。

本発明が解決しようとする課題としては、反射光のピークパワーが低くなる状況でも道路面等の検出精度を高めることが一例として挙げられる。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、現在位置及び向きを取得可能な移動体に設置され、所定の領域へ光を照射する照射部及び照射した光の反射光を受光する受光部を有するセンサを制御するセンサ制御装置であって、前記現在位置及び前記向きに対応する地図情報を取得する地図情報取得部と、前記受光部の受光信号の受光レベルを調整する調整部と、を備え、前記調整部は、前記地図情報に基づいて、受光信号に対する受光レベルを調整する領域を定める、ことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、現在位置及び向きを取得可能な移動体に設置され、所定の領域へ光を照射する照射部及び照射した光の反射光を受光する受光部を有するセンサを制御するセンサ制御装置で実行されるセンサ制御方法であって、前記現在位置及び前記向きに対応する地図情報を取得する地図情報取得工程と、前記受光部の受光信号の受光レベルを調整する調整工程と、を含み、前記調整工程は、前記地図情報に基づいて、受光信号に対する受光レベルを調整する領域を定める、ことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のセンサ制御方法を、コンピュータにより実行させることを特徴としている。

本発明の一実施例にかかるセンサ制御装置とライダが車両に搭載されていることを示す説明図である。 図１に示されたライダの構成例を示す説明図である。 図１に示されたセンサ調整装置の機能構成図である。 直進道路を走行中の車両のライダから進行方向の所定領域を走査した状態を示した説明図ある。 図３に示された調整部におけるセンサ制御方法のフローチャートである。 道路がカーブしている場合のライダから進行方向の所定領域を走査した状態を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態にかかるセンサ制御装置を説明する。本発明の一実施形態にかかるセンサ制御装置は、現在位置及び向きを取得可能な移動体に設置され、所定の領域へ光を照射する照射部及び照射した光の反射光を受光する受光部を有するセンサを制御するセンサ制御装置であって、現在位置及び向きに対応する地図情報を取得する地図情報取得部と、受光部の受光信号の受光レベルを調整する調整部と、を備えている。そして、調整部は、地図情報に基づいて、受光信号に対する受光レベルを調整する領域を定めている。このようにすることにより、地図情報に基づいて光を照射する所定の領域において道路に相当する領域は受光レベルを調整することが可能となる。したがって、道路面等の反射光のピークパワーが低くなる状況でも検出精度を高めることができる。

また、調整部は、地図情報に基づいて、道路と推定される領域に対する受光信号の受光レベルを調整してもよい。このようにすることにより、光を照射する所定の領域において地図情報により道路と推定される領域は受光レベルを例えば上げるように調整することができる。つまり、実質的に道路と推定される領域の受光感度を上げることができるため、道路面等の検出精度を高めることができる。

また、調整部は、地図情報に基づいて受光レベルを調整した領域の少なくとも一部について、受光部の受光量に基づき受光レベルを調整するようにしてもよい。このようにすることにより、例えば、道路と推定される領域について、他車両等が検出された場合には、その他車両等が検出された領域は受光レベルを下げて飽和しないように調整することができる。

また、本発明の一実施形態にかかるセンサ制御方法は、現在位置及び向きを取得可能な移動体に設置され、所定の領域へ光を照射する照射部及び照射した光の反射光を受光する受光部を有するセンサを制御するセンサ制御装置で実行されるセンサ制御方法であって、現在位置及び向きに対応する地図情報を取得する地図情報取得工程と、受光部の受光信号の受光レベルを調整する調整工程と、を含んでいる。そして、調整工程は、地図情報に基づいて、受光信号に対する受光レベルを調整する領域を定めている。このようにすることにより、地図情報に基づいて光を照射する所定の領域において道路に相当する領域は受光レベルを調整することが可能となる。したがって、道路面等の反射光のピークパワーが低くなる状況でも検出精度を高めることができる。

また、上述したセンサ制御方法を、コンピュータにより実行させてもよい。このようにすることにより、コンピュータを用いて、地図情報に基づいて光を照射する所定の領域において道路に相当する領域は受光レベルを調整することが可能となる。したがって、道路面等の反射光のピークパワーが低くなる状況でも検出精度を高めることができる。

本発明の一実施例にかかるセンサ制御装置を図１～図６を参照して説明する。センサ制御装置２は、図１に示したように例えば移動体としての車両Ｃに搭載されている。センサ制御装置２は、車両Ｃに設置されたセンサとしてのライダ１の受光レベルを調整する。

ライダ１は、図１の破線で示した領域（所定の領域）へ光を照射し、その反射光を受光することで道路面Ｒや道路上の障害物等を検出する。ライダ１の構成を図２に示す。

ライダ１は、図２に示したように、光源１１と、コリメートレンズ１２と、ビームスプリッタ１３と、ＭＥＭＳミラー１４と、投受光レンズ１５と、集光レンズ１６と、受光素子１７と、を備えている。

照射部としての光源１１は、例えばレーザダイオードで構成されている。光源１１は、所定の波長のレーザ光をパルス状に発光（照射）する。

コリメートレンズ１２は、光源１１から出射されたレーザ光を平行光束にする。ビームスプリッタ１３は、コリメートレンズ１２で平行光にされたレーザ光をＭＥＭＳミラー１４へ出力し、ＭＥＭＳミラー１４で反射された入射光を集光レンズ１６へ向けて反射する。

ＭＥＭＳミラー１４は、ビームスプリッタ１３から出射したレーザ光を対象物１００が存在する領域へ向けて水平方向および垂直方向に走査する。ここで、対象物１００は、図１に示した道路面Ｒや不図示の障害物等を示す。また、ＭＥＭＳミラー１４は、対象物１００で反射した光が投受光レンズ１５に入射した入射光をビームスプリッタ１３へ反射する。ＭＥＭＳミラー１４は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）により構成されたミラーであり、ミラーと一体的に形成されたアクチュエータ（不図示）によって駆動される。また、ＭＥＭＳミラー１４はガルバノミラーやポリゴンミラーなど他のビーム偏向手段でもよい。

投受光レンズ１５は、ＭＥＭＳミラー１４で反射されたレーザ光を対象物１００が存在する領域へ照射（投光）する。また、投受光レンズ１５には、対象物１００で反射したレーザ光である反射光等が入射光として入射（受光）する。

集光レンズ１６は、ビームスプリッタ１３と受光素子１７との間に設けられ、ビームスプリッタ１３で反射された反射光を受光素子１７へ集光する。

受光部としての受光素子１７は、集光レンズ１６で集光された反射光を受光する。受光素子１７は、例えば１つ（単画素）のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）により構成されている。受光素子１７は、受光した光の強度に応じたレベルとなる信号（受光信号）を出力する。

ライダ１は、周知のように、レーザ光を間欠的に所定の領域を走査するように照射することで、走査領域における対象物１００の状態を点群として取得することができる。

図３にセンサ制御装置２の機能構成を示す。センサ制御装置２は、図３に示したように、記憶装置２１と、調整部２２と、出力部２３と、を備えている。

記憶装置２１は、例えば半導体メモリやハードディスク等の不揮発性記憶媒体で構成されている。記憶装置２１は、地図情報２１ａが記憶されている。地図情報２１は、例えば上述したライダ１で取得した点群に基づいて生成された三次元地図として構成されている。そして、地図情報２１は、道路ネットワークや車線ネットワークの情報、道路のカーブの曲率や路面の傾斜角といった路面情報が含まれている。さらに地図情報２１は、標識や信号機、ガードレール、道路標示、或いは建物といった地物の位置等の地物に関する情報も含まれている。また、地図情報２１は、地物毎にＢＲＤＦ（Bidirectional Reflectance Distribution Function：双方向反射率分布関数）等の物体の反射特性に関する情報を含んでもよい。

調整部２２は、記憶装置２１に記憶されている地図情報２１ａに基づいて、ライダ１から調整部２２に入力される受光信号の受光レベルを調整する。調整部２２は、図２に示したＧＰＳ受信機３から入力される現在位置情報に基づいて地図情報２１ａから取得すべき地域を特定する。調整部１３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等を有するマイクロコンピュータで構成されている。

出力部２３は、調整部２２で調整された受光信号を、例えばＡＤＡＳや自動運転等の制御装置へ出力する。

ＧＰＳ受信機３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波に基づいて車両Ｃの現在位置を検出する周知の機器である。また、ＧＰＳ受信機３だけでなく、車両Ｃの向き等の姿勢を検出するジャイロセンサがセンサ制御装置２に接続されていてもよい。なお、車両Ｃの向きは、ジャイロセンサに限らずＧＰＳ受信機３で検出した現在位置の履歴に基づいて判定してもよい。

次に、上述した構成のセンサ制御装置２におけるライダ１の受光信号の受光レベルの調整方法について図４を参照して説明する。図４は、例えば直進道路を走行中の車両Ｃのライダ１から進行方向の所定領域（検出領域）を走査した結果得られる車両前方の状態を示した図である。図４に示したようにライダ１は、検出領域の略下側の中央部に道路面（道路）Ｒを検出し、その道路に沿って建てられている建物Ｂを検出する。また、検出領域の略上側には、反射光が検出されないことで道路面Ｒ上の空間Ｓとして検出される。

ここで、建物Ｂは、ライダ１から照射されるレーザ光の入射角が垂直に近いので反射光のピークパワーは十分に得られるが、道路面Ｒの部分については、レーザ光の入射角が小さいので反射光のピークパワーが十分に得られない場合がある。

そこで、地図情報２１ａを参照して、ライダ１のレーザ光の照射領域のうち、道路面Ｒの領域を推定し、道路面Ｒと推定された領域からの反射光に基づく受光信号の受光レベルを他の領域よりも上げるように調整する。具体的には、受光素子１７が出力した受光信号に対するゲインを他の領域よりも上がるように増幅する。このようにすることにより、実質的に道路面Ｒと推定された領域について受光素子１７の感度を他の領域よりも上げることができる。

上述したセンサ制御装置２におけるライダ１の受光信号の受光レベルの調整方法（センサ制御方法）について図５のフローチャートを参照して説明する。図５のフローチャートは、調整部２２で実行される。つまり、図５のフローチャートを調整部２２のＣＰＵで実行するコンピュータプログラムとして構成することで、センサ制御プログラムとすることができる。

まず、ステップＳ１１において、車両Ｃの現在位置及び向き（進行方向）をＧＰＳ受信機３やジャイロセンサから取得する。

次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で取得した車両Ｃの現在位置及び向きに基づいて、地図情報２１ａを記憶装置２１から取得する。つまり、車両Ｃの現在位置から進行方向の地域の地図情報を記憶装置２１から読み出す。即ち、調整部２２は、地図情報を取得する地図情報取得部として機能する。

次に、ステップＳ１３において、ステップＳ１２で取得した地図情報に基づいて、ライダ１の検出領域から道路と推定される領域を把握する。つまり、図４に示した道路面Ｒの領域を定める。

次に、ステップＳ１４において、ステップＳ１３で把握した道路と推定される領域について受光レベルを調整する。具体的には上述したように受光レベルを他の領域よりも上がるようにゲインを変更する。道路と推定される領域以外の領域については受光レベルの変更をしない（ゲインの変更なし）。即ち、調整部１３は、地図情報に基づいて受光部の受光信号の受光レベルを調整する調整部として機能する。

次に、ステップＳ１５において、ステップＳ１４で調整した受光レベルで反射光を受光する。勿論受光レベルを調整しない領域（例えば建物Ｂ等）は調整されない受光レベル（デフォルト値）で受光する。

次に、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で受光した受光レベルのうち、ステップＳ１４で調整した領域の受光レベルが所定の閾値以上であったか否かを判断し、所定の閾値以上であった場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ１７において、検出領域において、所定の閾値以上であった受光レベルが観測された部分について、受光レベルを調整する。この調整とは、受光レベルを下げるようにする。具体的には、受光素子１７が出力した受光信号に対してゲインを下げるように調整する。このゲインを下げる量は、予め定めた所定値だけ下げるようにしてもよいし、ゲインを上げる前の値に戻すようにしてもよい。また、所定の閾値は、受光レベルが飽和しない範囲（例えば飽和直前等）で適宜定めればよい。

このステップＳ１７を実行するケースとしては、例えば、道路面Ｒの領域についてレーザ光を照射したところ、他車両等の障害物が検出された場合等が該当する。このような場合、障害物等は上述したように入射角が垂直に近く、反射光のピークパワーも十分に得られるため、ゲインを上げる必要が無い。そこで、検出領域において、所定の閾値以上の受光レベルを検出した部分についてはゲインを下げるように調整する。

一方、ステップＳ１６において、所定の閾値未満であった場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１７は実行せずにステップＳ１１に戻る。

以上の説明から明らかなように、ステップＳ１１が地図情報取得工程、ステップＳ１４が調整工程として機能する。

なお、上述したフローチャートは、ステップＳ１７の実行後には再びステップＳ１１に戻る。したがって、ステップＳ１１に戻った場合は、車両Ｃの現在位置及び向き（進行方向）に基づいて再度地図情報２１ａを取得し（ステップＳ１１、Ｓ１２）、再度取得した地図情報２１ａに基づいて受光レベルが調整される（ステップＳ１３、Ｓ１４）。

具体例を示すと、車両Ｃが図５のフローチャートを実行しながら走行しているときに地図情報からこの先の道路がカーブしていたことが判明したとする。この場合、図６に示したように、道路面Ｒの領域が図４の状態から変化し、図４では道路面Ｒと推定される領域が図６では建物Ｂとなることがある。このような場合は、建物Ｂとなった領域のゲインを道路面Ｒと推定された場合のゲインのままとすると、受光レベルが上がり過ぎで飽和するおそれがある。そのため、道路面Ｒから建物Ｂとなる領域は受光レベルを下げるようにゲインを調整する。また、新たに道路面Ｒと推定される領域は、受光レベルを上げるようにゲインを調整する。そして、引き続き道路面Ｒと推定される領域の受光レベルは変えない（ゲインの調整なし）。即ち、調整部２２は、地図情報２１ａに基づいて受光レベルを調整した（上げた）領域の少なくとも一部について受光部の受光量に基づき受光レベルを調整している（受光レベルを下げている）。

本実施例によれば、センサ制御装置２は、現在位置を取得可能な車両Ｃに設置され、所定の領域へ光を照射する光源１１及び照射した光の反射光を受光する受光素子１７を有するライダ１を制御するセンサ制御装置２であって、地図情報２１ａを取得し、受光素子１７の受光信号の受光レベルを調整する調整部２２を備えている。そして、調整部２２は、地図情報２１ａに基づいて、受光信号に対する受光レベルを調整する領域を定めている。このようにすることにより、地図情報２１ａに基づいて光を照射する所定の領域において道路に相当する領域は受光レベルを調整することが可能となる。したがって、道路面等の反射光のピークパワーが低くなる状況でも検出精度を高めることができる。

また、調整部２２は、地図情報２１ａに基づいて、道路と推定される領域に対する受光信号の受光レベルを調整している。このようにすることにより、光を照射する所定の領域において地図情報２１ａにより道路と推定される領域は受光レベルを例えば上げるように調整することができる。つまり、実質的に道路と推定される領域の受光感度を上げることができるため、道路面等の検出精度を高めることができる。

また、調整部２２は、地図情報２１ａに基づいて受光レベルを調整した領域の少なくとも一部について、受光素子１７の受光量に基づき受光レベルを調整している。このようにすることにより、例えば、道路面Ｒと推定される領域について、他車両等が検出された場合には、その他車両が検出された領域は受光レベルが飽和してしまうことがあるため、受光レベルを下げて飽和しないように調整することができる。

なお、上述した実施例では、地図情報２１ａは、センサ制御装置２の記憶装置２１に記憶されていたが、例えば外部サーバ等から通信により必要に応じてダウンロードするようにしてもよい。外部サーバを利用することにより、センサ制御装置２では走行に必要な地域のみの地図情報２１ａを記憶するようにすれば良く、記憶装置２１の記憶容量を削減することができる。

また、上述した実施例では、ライダ１とセンサ制御装置２は別体に構成されているものとして説明したが、一体的に構成されていてもよい。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明のセンサ制御装置を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１ ライダ（センサ）
２ センサ制御装置（センサ）
１１ 光源（照射部）
１２ 受光素子（受光部）
２１ 記憶装置
２１ａ 地図情報
２２ 調整部

Claims (1)

1. 現在位置及び向きを取得可能な移動体に設置され、所定の領域へ光を照射する照射部及び照射した光の反射光を受光する受光部を有するセンサを制御するセンサ制御装置であって、
   前記現在位置及び前記向きに対応する地図情報を取得する地図情報取得部と、
   前記受光部の受光信号の受光レベルを調整する調整部と、を備え、
   前記調整部は、前記地図情報に基づいて、受光信号に対する受光レベルを調整する領域を定める、
   ことを特徴とするセンサ制御装置。

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