JP2023010254A - Distance measuring device and distance measuring - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書における開示は、対象物体までの距離を測定する測距装置および測距方法に関する。 The disclosure in this specification relates to a ranging device and a ranging method for measuring the distance to a target object.
測距装置として、光パルスを使用し、光パルスの飛行時間(TOF)に基づいて対象物体までの距離を測定する技術がある。具体的には、測距装置の光源から出射された光の一部が対象物体で反射されて測距装置の検出器に戻るので、光パルスの出射から検出器が検出するまでの時間に基づいて、対象物体までの距離が推定される(たとえば特許文献1参照)。
As a rangefinder, there is a technology that uses light pulses to measure the distance to a target object based on the time of flight (TOF) of the light pulses. Specifically, part of the light emitted from the light source of the range finder is reflected by the target object and returns to the detector of the range finder. Then, the distance to the target object is estimated (see
前述の特許文献1に記載の測距装置では、たとえば光源と対象物体との最短経路の付近に他の反射物体がある場合、光源からの光が反射物体を経由して対象物体に至る迂回経路と、光源から直接対象物体に至る最短経路との異なる経路が発生し、いわゆるマルチパスが発生する。光源から複数の同じ光パルスを出射する場合、マルチパスが無い通常の場合は、複数の応答パルスが発生する。また光源から複数の同じ光パルスを出射する場合、マルチパスがある場合は、同様に複数の応答パルスが発生する。
In the distance measuring device described in
このようにマルチパスの有無に関わらず応答パルスが複数発生するので、単純な応答パルスの数だけではマルチパスの有無を判断することが困難である。そしてマルチパスの有無が不明であると、検出した応答パルスが迂回経路の応答パルスである場合には、距離を誤って測定するおそれがあり、距離の測定精度が低下するという問題がある。 Since a plurality of response pulses are thus generated regardless of the presence or absence of multipath, it is difficult to determine the presence or absence of multipath based on the simple number of response pulses. If the presence or absence of multipath is unknown, and the detected response pulse is the response pulse of the detour route, there is a risk of erroneous measurement of the distance, resulting in a problem of reduced distance measurement accuracy.
そこで、開示される目的は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、マルチパスの有無を判断して、測定精度に優れる測距装置および測距方法を提供することを目的とする。 Therefore, the object of the disclosure has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a distance measuring apparatus and a distance measuring method that can determine the presence or absence of multipath and have excellent measurement accuracy.
本開示は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。 The present disclosure employs the following technical means to achieve the aforementioned objects.
ここに開示された測距装置は、対象領域に向けて光を照射して、対象領域に在る対象物体(101)までの距離を測定する測距装置(100)であって、対象領域に向けて光を照射する発光部(11)を制御する発光制御部(23)と、対象領域からの光を検出する受光部(12)が得た検出情報を取得する検出情報取得部(24)と、検出情報を用いて対象物体までの距離を算出する距離算出部(26)と、検出情報を用いてマルチパスの有無を判断するマルチパス判断部(27)と、を含み、発光制御部は、単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状を有する光パルスを異なる発光時間で発光部が照射するように制御し、距離算出部は、複数の光パルスが対象物体で反射することで発生する少なくとも1つの応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出し、マルチパス判断部は、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断する測距装置である。 The range finder disclosed herein is a range finder (100) that irradiates a target area with light and measures the distance to a target object (101) in the target area. A light emission control unit (23) for controlling a light emitting unit (11) that emits light toward the target area, and a detection information acquisition unit (24) for acquiring detection information obtained by a light receiving unit (12) for detecting light from a target area. and a distance calculation unit (26) for calculating the distance to the target object using the detection information, and a multipath determination unit (27) for determining the presence or absence of multipath using the detection information, and a light emission control unit controls the light emitting unit to irradiate a plurality of light pulses having different waveform shapes per unit measurement time at different light emission times, and the distance calculation unit generates by reflecting the plurality of light pulses from the target object The distance is calculated using the detection timing of at least one response pulse, and the multipath determination unit uses the order in which the plurality of response pulses are received and the order in which the plurality of light pulses are emitted to determine the response pulses in the same order. This is a distance measuring device that compares waveform shapes with light pulses to determine the presence or absence of multipath.
ここに開示された測距方法は、対象領域に在る対象物体(101)までの距離を測定するための測距方法あって、少なくとも1つのプロセッサ(22)によって実行される処理に、単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状を有する光パルスを異なる発光時間で発光部(11)が対象領域に向けて照射するように制御すること、対象領域からの光を検出する受光部(12)が得た検出情報を取得すること、検出情報に含まれる光パルスが対象物体で反射することで発生する少なくとも1つの応答パルスの検出タイミングを用いて対象物体までの距離を算出すること、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとをの波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断すること、を含む測距方法である。 The ranging method disclosed herein is a ranging method for measuring the distance to a target object (101) in a target region, wherein the processing performed by at least one processor (22) includes a unit measurement A light emitting unit (11) is controlled to irradiate a target region with light pulses having a plurality of different waveform shapes per time at different light emission times, and a light receiving unit (12) for detecting light from the target region is controlled. obtaining the obtained detection information, calculating the distance to the target object using the detection timing of at least one response pulse generated by the light pulse included in the detection information being reflected by the target object, and a plurality of responses Using the order in which pulses are received and the order in which a plurality of light pulses are emitted, the waveform shapes of response pulses and light pulses in the same order are compared to determine the presence or absence of multipath. The method.
このような測距装置および測距方法に従えば、光パルスは単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状および異なる発光時間を有するので、対象物体からの反射があれば、受光部によって応答パルスを得ることができる。したがって検出情報に含まれる応答パルスの検出タイミングを用いて、距離を算出することができる。またマルチパス判断部は、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断する。マルチパスが無い場合には、光パルスと応答パルスとの同じ順位の波形形状は類似するので、マルチパスの有無、また迂回経路の応答パルスはどれかを判断することができる。したがって検出情報に含まれる最短経路の応答パルスによって距離を測定することができるので、測定精度に優れる測距装置および測距方法を実現することができる。 According to such a distance measuring device and distance measuring method, the light pulse has a plurality of different waveform shapes and different emission times per unit measurement time. Obtainable. Therefore, the distance can be calculated using the detection timing of the response pulse included in the detection information. Also, the multipath determination unit compares the waveform shapes of the response pulse and the optical pulse in the same order to determine the presence or absence of multipath. When there is no multipath, the waveform shapes of the optical pulse and the response pulse at the same order are similar, so it is possible to determine the presence or absence of the multipath and which response pulse is the detour path. Therefore, since the distance can be measured by the response pulse of the shortest path included in the detection information, it is possible to realize a distance measuring device and a distance measuring method with excellent measurement accuracy.
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 It should be noted that the symbols in parentheses of each of the means described above are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiments described later.
以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。 A plurality of embodiments for carrying out the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In some cases, portions corresponding to the items described in the preceding embodiments are denoted by the same reference numerals, or one character is added to the preceding reference numerals to omit redundant description. Further, when a part of the configuration is explained in each embodiment, the other part of the configuration is assumed to be the same as the previously explained embodiment. It is possible not only to combine the parts specifically described in each embodiment, but also to partially combine the embodiments if there is no problem with the combination.
(第1実施形態)
本開示の第1実施形態に関して、図1~図18を用いて説明する。本実施形態の測距装置100は、対象領域に向けて光を照射して、対象領域に在る対象物体101までの距離を測定する。測距装置100は、図1に示すように、光学センサ10および信号処理装置20を含んで構成される。本実施形態の測距装置100は、車両に搭載されて、車両の周囲の対象物体101までの距離を測定する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 18. FIG. The distance measuring
測距装置100は、LiDAR(Light Detection and Ranging / Laser Imaging Detection and Ranging)装置とも呼ばれる。測距装置100は、光の照射に対する反射点からの反射光を検出することで、反射点までの距離を測定する。測距装置100は、例えば高度運転支援機能および自動運転機能の少なくとも一方を備える車両に搭載される。測距装置100は、車内LANを通じて、車載ECU30と通信可能に接続されている。車載ECU30は、測距装置100の測定結果を高度運転支援および自動運転などの処理に利用する電子制御装置である。
The ranging
光学センサ10は、光の照射および反射光の検出を行う。光学センサ10は、光源からの光の射出時刻と反射光の到来時刻との時間差を計測することで光の飛行時間(Time of Flight)を測定する。光学センサ10は、発光部11、受光部12、および制御回路13を備えている。
The
発光部11は、対象領域に向けて光を照射する。発光部11は、車両の外界へ向かうレーザ光を照射する光源であり、たとえばレーザ素子によって実現される。発光部11は、制御回路13による制御に基づき、レーザ光を断続的なパルスビーム状に照射する。発光部11は、レーザ光の照射タイミングに合わせて、可動光学部材によってレーザ光を走査させる。
The
受光部12は、対象領域からの光を検出する。受光部12は、車両の周辺からの光を検出する構成であり、複数の受光素子を有している。受光素子は、発光部11によるレーザ光照射に対する対象物体101からの反射光を含んだ光を検出する撮像素子である。対象物体101は、一例として、車両の周辺の地物である。なお、以下において、このレーザ光照射に対する対象物体101からの反射光を、単に「反射光」と表記する。
The
受光素子は、例えば、発光部11にて照射されるレーザ光の波長付近に対する感度が高く設定されている。受光素子は、一次元方向または二次元方向にアレイ状に配列されている。受光素子の数は、画素数に対応する。受光素子には、一例として、シングルフォトンアバランシェフォトダイオード(Single Photon Avalanche Diode,以下、SPAD)が採用される。SPADは、1つ以上の光子が入射すると、アバランシェ倍増による電子倍増動作により、1つの電気パルスを生成する。SPADは、AD変換回路を介さずに、デジタル信号である電気パルスを出力できる。
For example, the light receiving element is set to have a high sensitivity to the vicinity of the wavelength of the laser light emitted from the
制御回路13は、レーザ光を走査する照射機能、反射光を検出する反射光検出機能を実行する。照射機能において、制御回路13は、発光部11でのレーザ光の照射および走査を制御する。反射光検出機能において、制御回路13は、受光部12の受光素子が出力した電気パルスの読み出しを行う。
The
具体的には、制御回路13は、レーザ光の照射に伴って、受光素子の複数の走査ラインごとに順次露光および走査する。これにより、制御回路13は、個々の受光素子から出力された露光時間内における時刻毎の電気パルス数を検出データとして取得する。そして制御回路13は、レーザ光の照射時刻からの経過時間と、検出データが示す露光時間内における各検出信号の検出時刻とを関連付けた検出情報を生成する。制御回路13は、生成した検出情報を信号処理装置20に出力する。
Specifically, the
信号処理装置20は、光学センサ10からの検出情報に基づいて、対象物体101の点群画像を生成する。信号処理装置20は、制御装置であって、図1に示すように、メモリ21およびプロセッサ22を、少なくとも1つずつ含んで構成されるコンピュータである。メモリ21は、コンピュータにより読み取り可能なプログラムおよびデータを非一時的に格納又は記憶する。メモリ21は、例えば半導体メモリ、磁気媒体および光学媒体等のうち少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体(non-transitory tangible storage medium)によって実現される。メモリ21は、後述の測距プログラムおよび画像処理プログラム等、プロセッサ22によって実行される種々のプログラムを格納している。
The
プロセッサ22は、例えばCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)およびRISC(Reduced Instruction Set Computer)-CPU等のうち少なくとも一種類を、コアとして含む。プロセッサ22は、たとえばメモリ21に記憶された測距プログラムに含まれる複数の命令を実行する。信号処理装置20は、測距プログラムを実行することで、対象領域に在る対象物体101までの距離を測定する測距方法を実現する。また信号処理装置20は、画像処理プログラムを実行することで、光学センサ10の検出結果から対象物体101の点群画像を生成する画像処理を実行する。信号処理装置20では、複数のプログラムおよび複数の命令をプロセッサ22に実行させることで、複数の機能部が構築される。具体的に、信号処理装置20は、図2に示すように機能部として、発光制御部23、距離算出部26、検出情報取得部24、マルチパス判断部27および画像生成部25を有する。
The
発光制御部23は、発光部11を制御する。発光制御部23は、光学センサ10に動作指令に与える。制御回路13は、動作指令に基づいて、発光部11を制御する。発光制御部23は、発光部11が発光する単位測定時間当たりの光パルスの数、波形形状、および発光強度を制御する。発光部11が発光する光パルスについては、後述する。
The light
検出情報取得部24は、受光部12が得た検出情報を取得する。検出情報取得部24は、新しく取得した検出情報について、検出された反射波の波形情報が有効か否かを判定する。例えば、検出情報取得部24は、波形のS/N比の大きさ、波形の振幅等に基づいて、波形情報が有効か否かを判断する。波形情報が有効ではないと判定した場合、検出情報取得部24は、取得した検出情報を棄却する。検出情報取得部24は、制御サイクルごとに全ての画素について、検出情報を取得する。検出情報取得部24は、取得した各検出情報を距離算出部26へと逐次提供する。
The detection
距離算出部26は、検出情報を用いて対象物体101までの距離を算出する。距離算出部26は、光パルスが対象物体101で反射することで発生する複数の応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出する。距離算出部26は、具体的には、反射点までの距離を算出する。反射点は、レーザ光照射に対して対象物体101にて反射した点である。反射点は、反射光の出射点とも言える。距離算出部26は、算出した反射点までの距離値を画像生成部25に逐次提供する。
The
画像生成部25は、距離算出部26が算出した反射点までの距離値を、三次元の座標情報に変換する。画像生成部25は、光学系の焦点距離、受光素子の数、および受光素子の大きさ等に基づいて、三次元座標値に距離値を変換する。三次元座標値は、測距装置100を中心とした座標系である。画像生成部25は、全ての距離値について三次元座標系に変換し、各受光素子が対応する反射点の座標情報を含む点群画像を生成する。
The
次に、発光部11が出射する光パルスに関して、図3および図4を用いて説明する。図3の第1実施例にて示すように、出射光は、単位測定時間当たりに発光強度および波形形状が互いに異なり、かつ発光時間が互いに異なる、複数、本実施形態では2つの光パルスを有する点に特徴を有する。単位測定時間は、1つのヒストグラムの生成時間である。単位測定時間は、光を出射してから反射光を受光するために設定される時間である。単位測定時間は、たとえば測距上限に基づいて設定される。第1実施例では、前段の光パルスの発光強度が、後段の光パルスの発光強度をよりも大きい。また前段の光パルスと後段の光パルスとは、発光時間が重複しておらず、時間的にずれている。以下、前段の光パルスを第1出射パルス41、後段の光パルスを第2出射パルス42と言うことがある。また第1実施例では、第1出射パルス41と第2出射パルス42とは、波形形状が異なる点にも特徴を有する。第2出射パルス42は、第1出射パルス41よりも偏平な形状を有し、左右非対称である。これに対して、第1比較例では、単位測定時間当たりに1つの光パルスだけである。
Next, the light pulse emitted by the
また図4に示すように、発光時間は各画素に割り当てられる。そして全画素において、同じ発光パターンとなるように発光制御される。発光パターンは、単位測定時間当たりの光パルスの数、光パルスの発光強度および光パルスの波形形状の組み合わせである。したがって、たとえばある第1画素p用の期間と、別の第2画素p+1用の期間において、それぞれ同じ発光パターンとなるように制御される。前述のように1ヒストグラムの生成時間内に2つの光パルスを有し、その発光を、複数回、たとえばN回行う。 Also, as shown in FIG. 4, a light emission time is assigned to each pixel. Light emission is controlled so that all pixels have the same light emission pattern. The light emission pattern is a combination of the number of light pulses per unit measurement time, the light emission intensity of the light pulses, and the waveform shape of the light pulses. Therefore, for example, the period for the first pixel p and the period for the second pixel p+1 are controlled to have the same light emission pattern. As described above, there are two light pulses within the generation time of one histogram, and the light emission is performed a plurality of times, for example, N times.
次に、反射光の応答パルスに関して、図5~図7を用いて説明する。前述のように出射光が2つの光パルスを有するので、理想的な条件では、反射光も図5に示すように、2つの応答パルスを有する。以下、前段の応答パルスを第1応答パルス43、後段の応答パルスを第2応答パルス44と言うことがある。
Next, a response pulse of reflected light will be described with reference to FIGS. 5 to 7. FIG. Since the emitted light has two light pulses as described above, under ideal conditions the reflected light also has two response pulses, as shown in FIG. Hereinafter, the front-stage response pulse may be referred to as a
図5~図7では、縦軸は応答パワーを示す。応答パワーは、光強度に対応する。本実施形態では、受光素子はSPADであるので、応答パワーは応答数に対応する。受光部12は、光の粒子である光子1個以上が画素に入射すると、あたかも雪崩のような増倍によって1個の大きな電気パルス信号を出力するSPADを画素ごとに並べた構造を有する。光子1個から多くの電子に増倍させることができるので、光子1個から検出することができ、出力した電気パルス信号の数が応答数となる。
5 to 7, the vertical axis indicates the response power. Response power corresponds to light intensity. In this embodiment, the light receiving element is a SPAD, so the response power corresponds to the number of responses. The light-receiving
距離を検出する場合には、各応答パルスのピーク値の検出時刻を用いることが望ましい。出射光の各光パルスのピーク値と、各応答パルスのピーク値との時間差によって、距離を高精度に算出することができるからである。図4に示すように、サンプリングによってピーク値を求める。制御回路13は、各サンプリングにおいて、各受光素子から出力された電気パルス数をカウントする。そして制御回路13は、サンプリング毎の電気パルス数を記録したヒストグラムを生成する。ヒストグラムの各階級は、発光部11の出射時刻からサンプリング毎の経過時間である光の飛行時間(Time of Flight,TOF)を示している。したがってサンプリング周波数がTOF測定の時間分解能に相当する。
When detecting the distance, it is desirable to use the detection time of the peak value of each response pulse. This is because the distance can be calculated with high accuracy based on the time difference between the peak value of each light pulse of the emitted light and the peak value of each response pulse. As shown in FIG. 4, peak values are obtained by sampling. The
サンプリングによってピーク値が検出できた場合は、図5に示すように、ピーク値を用いて距離を算出する。また図6に示すように、第1応答パルス43では飽和しているので、ピーク値が高精度に検出できないので、第2応答パルス44のピーク値を用いて距離を算出する。
When the peak value can be detected by sampling, as shown in FIG. 5, the peak value is used to calculate the distance. Further, as shown in FIG. 6, since the
図6に示すような飽和は、各受光素子の受光強度に関する上限値を意味する。各受光素子がSPADである場合、各受光素子におけるSPADの応答数に応じた受光強度が取得される。仮に、飽和した第1応答パルス43で距離を算出する場合は、たとえば最大応答数のときのサンプリング時刻をピーク値とみなして、距離を算出する。
Saturation as shown in FIG. 6 means the upper limit of the received light intensity of each light receiving element. When each light receiving element is a SPAD, the received light intensity corresponding to the number of responses of the SPAD in each light receiving element is obtained. If the distance is calculated using the saturated
また図7は、出射光は、1ヒストグラムの生成時間内に2つの光パルスを有し、その発光を、N=1回行った場合の応答パルスの一例である。N=1の場合、飽和する最大応答数は、図6の場合よりも小さくなる。そしてN=1の場合であっても応答パワーにはピーク値または飽和が発生するので、N=1であっても距離を算出することができる。 Also, FIG. 7 shows an example of a response pulse when emitted light has two light pulses within the generation time of one histogram, and the light emission is performed N=1 times. When N=1, the maximum number of responses to saturate is smaller than in FIG. Even when N=1, a peak value or saturation occurs in the response power, so the distance can be calculated even when N=1.
次に、飽和の判定方法に関して説明する。飽和しているか否かは、サンプリング値を用いて判断することができる。たとえば(1)所定のK1個以上の最大応答数がある場合、(2)所定のK2個以上の最大応答数があり、かつ半値幅が所定のT1[ns]以上である場合、および(3)K3個以上の最大応答数があり、かつ裾幅が所定のT2[ns]以上である場合に飽和と判断する。(1)~(3)の判定条件は、個別に用いてもよく、これらを組み合わせて判断してもよい。またK1、K2およびK3の値は、それぞれ異なっていてもよく、同じであってもよい。またT1およびT2の値も、異なっていてもよく、同じであってもよい。これらの値は、たとえば事前の実験およびシミュレーションによって決定される。 Next, a method for determining saturation will be described. Whether or not it is saturated can be determined using sampling values. For example, (1) when there are a predetermined number of K1 or more maximum responses, (2) when there are a predetermined number of K2 or more maximum responses, and when the half-value width is a predetermined T1 [ns] or more, and (3 ) When there are K3 or more maximum responses and the bottom width is equal to or greater than a predetermined T2 [ns], it is determined that saturation has occurred. The determination conditions (1) to (3) may be used individually, or may be used in combination. Also, the values of K1, K2 and K3 may be different or the same. Also, the values of T1 and T2 may be different or the same. These values are determined, for example, by preliminary experiments and simulations.
また反射光の応答パルスが、雑音が少ない適切な波形であるかどうか判断するために、距離算出部26は第1応答パルス43および第2応答パルス44の信号雑音比(S/N比)を算出する。そして算出した信号雑音比(以下、単にSNということがある)が所定の条件を満たす場合には、雑音が少ない適切な波形であるとする。SNは、大きくなるにつれて、雑音が少ないと判断することができる。SNは、次式(1)~(4)によって算出することができる。
In order to determine whether the response pulse of the reflected light has an appropriate waveform with little noise, the
次に、距離算出部26の具体的な処理に関して説明する。図8のフローチャートは、測距装置100が電源投入状態において、距離算出部26が短時間に繰り返し実行する測距プログラムの処理である。図8では、第1応答パルス43をエコーAと称し、第2応答パルス44をエコーBと称する。
Next, specific processing of the
ステップS1では、エコーAが飽和しているか否かを判断し、飽和している場合には、ステップS2に移り、飽和していない場合には、ステップS10に移る。ステップS2では、エコーBが飽和しているか否かを判断し、飽和している場合には、ステップS3に移り、飽和していない場合には、ステップS5に移る。飽和の判定には、前述した飽和の判定方法を用いる。 In step S1, it is determined whether or not the echo A is saturated. If saturated, the process proceeds to step S2, and if not saturated, the process proceeds to step S10. In step S2, it is determined whether or not the echo B is saturated. If saturated, the process proceeds to step S3, and if not saturated, the process proceeds to step S5. The saturation determination method described above is used to determine saturation.
ステップS3では、エコーAおよびエコーBが共に飽和しているので、エコーAおよびエコーBを用いて距離を算出し、ステップS4に移る。両方の応答パルスが飽和しているので、各応答パルスにて距離を算出して、平均などによって距離を算出する。ステップS4では、第1フラグを付与して、本フローを終了する。フラグについては後述する。 In step S3, both echo A and echo B are saturated, so the distance is calculated using echo A and echo B, and the process proceeds to step S4. Since both response pulses are saturated, the distance is calculated at each response pulse and the distance is calculated by averaging or the like. In step S4, a first flag is given, and this flow ends. Flags will be described later.
ステップS5では、エコーBのSNがしきい値以上であるか否かを判断し、しきい値以上である場合には、ステップS6に移り、しきい値以上でない場合には、ステップS8に移る。ステップS8では、エコーBは飽和しておらず、SNにおける信頼度も高いので、エコーBを用いて距離を算出し、ステップS7に移る。ステップS7では、第2フラグを付与して、本フローを終了する。 In step S5, it is determined whether or not the SN of echo B is equal to or greater than the threshold. If the SN is equal to or greater than the threshold, the process proceeds to step S6. . In step S8, since echo B is not saturated and the reliability of SN is high, echo B is used to calculate the distance, and the process proceeds to step S7. In step S7, a second flag is given, and this flow ends.
ステップS8では、エコーBは飽和していないが、SNにおける信頼度が低いので、飽和したエコーAを用いて距離を算出し、ステップS9に移る。ステップS9では、第3フラグを付与して、本フローを終了する。 In step S8, echo B is not saturated, but the reliability of SN is low, so the saturated echo A is used to calculate the distance, and the process proceeds to step S9. In step S9, a third flag is given, and this flow ends.
ステップS10では、エコーAが飽和していないので、エコーBのSNがしきい値以上であるか否かを判断し、しきい値以上である場合には、ステップS11に移り、しきい値以上でない場合には、ステップS13に移る。ステップS11では、エコーAおよびエコーBは飽和しておらず、エコーBのSNにおける信頼度も高いので、エコーAおよびエコーBを用いて距離を算出し、ステップS12に移る。第1出射パルス41の方が、発光強度が大きいので、第1出射パルス41に基づくエコーAが飽和していない場合は、第2出射パルス42に基づくエコーBは飽和していないと推定している。ステップS12では、第4フラグを付与して、本フローを終了する。
In step S10, since echo A is not saturated, it is determined whether or not the SN of echo B is above the threshold. Otherwise, the process moves to step S13. In step S11, Echo A and Echo B are not saturated and the reliability of SN of Echo B is high, so the distance is calculated using Echo A and Echo B, and the process proceeds to Step S12. Since the first emitted
ステップS13では、エコーAが飽和していないが、エコーBのSNがしきい値以上でないので、エコーAのSNがしきい値以上であるか否かを判断し、しきい値以上である場合には、ステップS14に移り、しきい値以上でない場合には、ステップS16に移る。ステップS14では、エコーAおよびエコーBは飽和していないが、エコーBのSNにおける信頼度が低く、エコーAのSNにおける信頼度が高いので、エコーAだけを用いて距離を算出し、ステップS15に移る。ステップS15では、第5フラグを付与して、本フローを終了する。 In step S13, echo A is not saturated, but the SN of echo B is not above the threshold. Therefore, it is determined whether the SN of echo A is above the threshold. If not, the process moves to step S14, and if it is not equal to or greater than the threshold value, the process moves to step S16. In step S14, Echo A and Echo B are not saturated, but the SN reliability of Echo B is low and the SN reliability of Echo A is high. Therefore, only Echo A is used to calculate the distance. move to In step S15, a fifth flag is given, and this flow ends.
ステップS16では、エコーAおよびエコーBは飽和していないが、エコーAおよびエコーBのSNにおける信頼度が低いので、対象物体101が無いと判断し、ステップS17に移る。ステップS17では、第6フラグを付与して、本フローを終了する。
In step S16, echo A and echo B are not saturated, but since the reliability of SN of echo A and echo B is low, it is determined that there is no
このようにエコーAおよびエコーBの飽和の有無、エコーAおよびエコーBのSNによる信頼度の有無に応じて、6つの距離算出パターンに分けられる。またそれぞれのパターンにおいて、異なるフラグが付与される。 In this way, there are six distance calculation patterns depending on the presence or absence of saturation of Echo A and Echo B and the presence or absence of reliability based on the SN of Echo A and Echo B. FIG. Also, different flags are assigned to the respective patterns.
第1フラグから第6フラグは、エコーAおよびエコーBに関する応答パルス情報である。応答パルス情報は、各エコーの検出タイミング、受光強度およびSNなど情報を含む。本実施形態では、応答パルス情報は、6つフラグによって示されている。第1フラグから第6フラグは、対象物体101からの反射強度の大まかなクラス分け情報として後段処理で使用するために付与される。第1フラグから第6フラグの順番で、反射強度が弱くなる。たとえば、第1フラグでは、エコーAおよびエコーBが飽和しているので、反射強度が最も強く、対象物体101が高輝度物体である可能性が高いので、飽和したエコーAおよびエコーBを用いて距離を算出している。
The first to sixth flags are response pulse information regarding Echo A and Echo B. The response pulse information includes information such as the detection timing of each echo, received light intensity and SN. In this embodiment, the response pulse information is indicated by six flags. The first to sixth flags are given as information for roughly classifying the reflection intensity from the
図8に示すように、距離算出部26は、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、受光部12の検出上限未満にピーク値を有する応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出する。検出上限未満にピーク値を有する応答パルスとは、飽和していない応答パルスと同義である。具体的には、図8のステップS6、ステップS11およびステップS14に示すように、エコーAおよびエコーBが飽和していない場合には、飽和していない応答パルスを用いて距離を算出する。距離の測定精度を向上するためである。
As shown in FIG. 8, the
また図8に示すように、距離算出部26は、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、受光部12の検出上限未満にピーク値を有する応答パルスであり、かつ信号雑音比が所定の信頼値よりも大きい応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出する。具体的には、図8のステップS6、ステップS11およびステップS14に示すように、SNがしきい値以上の場合に距離を算出する。ノイズが少ない応答パルスを用いて、距離の測定精度を向上するためである。
Further, as shown in FIG. 8, the
さらに図8に示すように、距離算出部26は、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、受光部12の検出上限未満にピーク値を有する応答パルスがない場合には、検出情報に含まれる全ての応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出する。具体的には、図8のステップS3に示すように、エコーAおよびエコーBが飽和しているので、エコーAおよびエコーBを用いて距離を算出する。飽和しているエコーでは、検出精度は低下するが、2つのエコーを用いることで、検出精度の低下を抑制することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 8, the
次に応答パルスの形状に関して説明する。図9に示すように、第1実施例の出射光は、第1出射パルス41と第2出射パルス42の形状が異なり、第2比較例の出射光は、第1出射パルス41と第2出射パルス42の形状が相似形である。換言すると、発光制御部23は、単位測定時間当たりに複数の異なる発光強度であり、かつ同じ波形形状を有する光パルスを発光部11が照射するように制御する。ここで同じ波形形状には、相似形も含む。
Next, the shape of the response pulse will be explained. As shown in FIG. 9, in the emitted light of the first example, the shapes of the first emitted
第1実施例および第2比較例では、シングルパスであれば、反射光は出射光と同じ形状となる。これに対してマルチパスの場合は、図9に示すように、第1実施例では反射光と出射光が異なる。具体的には、マルチパス判断部27は、検出情報に含まれる複数の応答パルスと、発光部11が照射した複数の光パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較する。時系列順とは、具体的には、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較する。したがって1番目に照射した光パルスと1番目に受光した応答パルスの波形形状について比較し、2番目に照射した光パルスと2番目に受光した応答パルスの波形形状について比較する。そしてマルチパス判断部27は、マルチパスの有無を判断する。第1実施例では、マルチパスの場合、第1出射パルス41と第1応答パルス43の波形形状は同じであり、第2出射パルス42と第2応答パルス44の波形形状は異なる。第2比較例では、マルチパスの場合、第1出射パルス41と第1応答パルス43の波形形状は同じであり、さらに第2出射パルス42と第2応答パルス44の波形形状も同じである。
In the first embodiment and the second comparative example, the reflected light has the same shape as the outgoing light if it is a single pass. On the other hand, in the case of multipath, as shown in FIG. 9, the reflected light and the emitted light are different in the first embodiment. Specifically, the
したがってマルチパス判断部27は、マルチパスであるか否かを第1実施例の出射光によって判断することができる。これはマルチパスの場合、破線で示す迂回経路52の反射光では、経路長が長いので、受光部12に到達するのが遅れて、実線で示す最短経路51の第2応答パルス44よりも、破線で示す迂回経路52の第1応答パルス43aが早く到達する場合があるからである。
Therefore, the
次に、マルチパス判断部27の波形の類似判定に関して説明する。マルチパス判断部27は、2つのパルスの波形形状が同じであるか否かは、たとえば(1)パルスの面積(総和)の差分がある値の範囲内、(2)パルスの面積(総和)の比がある値の範囲内、(3)パルスのピーク高さの差がある値の範囲内、(4)パルス幅の差がある値の範囲内、(5)パルスの裾幅の差がある値の範囲内の場合に同じと判定する。したがって波形が同じとは、完全同一に限るものではなく、一定の類似する範囲も含む。(1)~(5)の類似判定条件は、個別に用いてもよく、これらを組み合わせて判断してもよい。
Next, determination of waveform similarity by the
図10は、マルチパスが発生する要因の一例を説明する図である。図10に示すように、後方の車両が測距装置100を搭載しており、前方の車両に向けて光を照射した場合、経路上に水溜まりがあるときには、水溜まりにて反射する迂回経路52が発生する。水溜まりは、対象領域の外に位置するので範囲外物体103である。このような迂回経路52に起因して、応答パルスに影響がある。図10に示すようなマルチパスが発生した場合、前述のようにマルチパスであることが判断できれば、マルチパスに関する情報と距離情報とを出力することができる。これによって他の制御装置は、マルチパスに関する情報、および前方車両までの距離情報から、濡れた路面であることを推定する推定精度を向上することができる。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of factors that cause multipath. As shown in FIG. 10, when the vehicle behind is equipped with the
マルチパスの他に応答パルスに影響を与える他の要因として、たとえば内部反射がある。しかし、内部反射によるエコー(クラッタ)は、発生する可能性がマルチパスの発生より低いか、または内部反射によるエコーは別途除去することができる。したがってマルチパスの有無を検出する方が内部反射のエコーへの対応よりも重要である。またマルチパスとして、最短経路51と迂回経路52の2個の経路が発生することが多く、3個以上の経路が発生する可能性は低い。したがって発生するマルチパスは2個と仮定し、マルチパスの有無を判断する。
Besides multipath, other factors that affect the response pulse include, for example, internal reflections. However, echoes due to internal reflections (clutter) are less likely to occur than multipath occurrences, or echoes due to internal reflections can be removed separately. Therefore, detecting the presence or absence of multipath is more important than dealing with internal reflection echoes. Also, as multipaths, two routes, the
次に、有効エコー数が1個から4個の場合に関して、それぞれ説明する。有効エコー数とは、検出情報に含まれる応答パルスの内、飽和しておらず、かつ雑音が少ない適切な波形を有する応答パルスの数である。第1実施例のように2個の光パルスを出射した場合、通常の最短経路51における応答パルスが2個となり、迂回経路52における応答パルスが2個となる場合が、応答パルスが最大に検出した場合である。したがって本実施形態では、最大の有効エコー数は4個となる。
Next, the case where the number of effective echoes is 1 to 4 will be explained. The number of effective echoes is the number of response pulses that are not saturated and have an appropriate waveform with little noise among the response pulses included in the detection information. When two light pulses are emitted as in the first embodiment, two response pulses are generated in the normal
図11を用いて、有効エコー数に応じた処理に関して説明する。図11に示すフローチャートは、有効エコー数のカウント後、マルチパス判断部27によって実行される。ステップS21では、有効エコー数が0個であるか否かを判断し、0個の場合はステップS22に移り、0個でない場合は、ステップS24に移る。ステップS22では、有効エコー数が0個であるので、対象物体101が無しと判断し、ステップS23に移る。
Processing according to the number of valid echoes will be described with reference to FIG. The flowchart shown in FIG. 11 is executed by the
ステップS24では、有効エコー数が1個であるか否かを判断し、1個の場合はステップS25に移り、1個でない場合は、ステップS26に移る。ステップS25では、有効エコー数が1個であるので、マルチパス無しと判断し、ステップS23に移る。 In step S24, it is determined whether or not the number of valid echoes is one. If the number is one, the process proceeds to step S25. In step S25, since the number of effective echoes is 1, it is determined that there is no multipath, and the process proceeds to step S23.
図11は有効エコー数が1個の場合の波形の一例である。図12に示すように、有効エコー数が1個の場合は、第1応答パルス43のみであり、第2応答パルス44がない場合である。この場合は、対象物体101が遠いためか、第2応答パルス44が返ってきていないので、マルチパスは無しと判断することができる。
FIG. 11 shows an example of waveforms when the number of effective echoes is one. As shown in FIG. 12, when the number of effective echoes is 1, there is only the
ステップS26では、有効エコー数が2個であるか否かを判断し、2個の場合はステップS27に移り、2個でない場合は、ステップS28に移る。ステップS27では、有効エコー数が2個であるので、後述する有効エコー数2の処理を実行し、ステップS23に移る。 At step S26, it is determined whether or not the number of valid echoes is two. If the number is two, the process proceeds to step S27. In step S27, since the number of effective echoes is 2, processing for the number of effective echoes of 2, which will be described later, is executed, and the process proceeds to step S23.
ステップS28では、有効エコー数が3個であるか否かを判断し、3個の場合はステップS29に移り、3個でない場合は、ステップS210に移る。ステップS29では、有効エコー数が3個であるので、後述する有効エコー数3の処理を実行し、ステップS23に移る。 At step S28, it is determined whether or not the number of valid echoes is three. If the number is three, the process proceeds to step S29. In step S29, since the number of effective echoes is 3, processing for the number of effective echoes of 3, which will be described later, is executed, and the process proceeds to step S23.
ステップS210では、有効エコー数が4個であるか否かを判断し、4個の場合はステップS211に移り、4個でない場合は、ステップS212に移る。ステップS211では、有効エコー数が4個であるので、後述する有効エコー数4の処理を実行し、ステップS23に移る。ステップS212では、有効エコー数が5個以上であるので、エラーと判断し、ステップS23に移る。 At step S210, it is determined whether or not the number of valid echoes is four. If the number is four, the process proceeds to step S211. In step S211, since the number of effective echoes is 4, processing for the number of effective echoes of 4, which will be described later, is executed, and the process proceeds to step S23. In step S212, since the number of effective echoes is 5 or more, it is judged as an error, and the process proceeds to step S23.
ステップS23では、各フラグを付与し、本フローを終了する。各フラグとは、ステップS23に至る処理で設定されたマルチパスフラグ、または物体無し、マルチパス無しおよびエラーなどの判断結果に対応するフラグである。これによって各ケースにおいて、異なるフラグが設定される。したがってフラグを参照することで、マルチパスの判断処理における判断材料を他の装置に出力することができる。またフラグとすることで、情報量を抑制することができる。換言すると、予め各フラグに対応するフラグ情報が設定されているので、フラグを指定することで、対応付けられているフラグ情報を他の装置が参照することができる。 In step S23, each flag is given and this flow is terminated. Each flag is a multipath flag set in the processing up to step S23, or a flag corresponding to the determination result such as no object, no multipath, and error. This causes different flags to be set in each case. Therefore, by referring to the flag, it is possible to output judgment material in multipath judgment processing to another device. Also, by using flags, the amount of information can be suppressed. In other words, since the flag information corresponding to each flag is set in advance, other devices can refer to the associated flag information by designating the flag.
次に有効エコー数に対応する処理に関して図13~図18を用いて説明する。図14、図16および図18では、迂回経路52の応答パルスを破線で示している。また図13、図15および図17では、第1出射パルス41をテンプレA、第2出射パルス42をテンプレB、到達時間が早い応答パルスをエコーA、到達時間が遅い応答パルスをエコーBと表記している。また図13~図18では、マルチパスフラグをMフラグと記載している。マルチパスフラグは、マルチパスがある場合に、マルチパスに関する情報を出力するために設定するフラグである。本実施形態では、マルチパスフラグは、予め第1マルチパスフラグから第7マルチパスフラグが設定されている。マルチパスに関する情報とは、たとえば有効エコー数、および波形の類似度、応答パルスの強度、応答パルスの到達時間である。
Next, processing corresponding to the number of effective echoes will be described with reference to FIGS. 13 to 18. FIG. In FIGS. 14, 16 and 18, the response pulse of
まず、有効エコー数が2個の場合の処理に関して説明する。図13に示す処理は、図11のステップS27に移ると開始される。ステップS31では、複数の応答パルスと複数の出射パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較して、ステップS32に移る。 First, the processing when the number of valid echoes is two will be described. The process shown in FIG. 13 is started when the process moves to step S27 in FIG. In step S31, the waveform shapes of the plurality of response pulses and the plurality of output pulses are compared in chronological order, and the process proceeds to step S32.
ステップS32では、エコーBとテンプレBとが類似しているか否かを判断し、類似している場合は、ステップS33に移り、類似していない場合は、ステップS34に移る。類似しているか否かは、前述の波形の類似判定によって判断される。 In step S32, it is determined whether or not the echo B and the template B are similar. If they are similar, the process proceeds to step S33. Whether or not the waveforms are similar is determined by the similarity determination of the waveforms described above.
ステップS33では、エコーBとテンプレBとが類似しているので、マルチパス無しと判断し、本フローを終了する。図14は有効エコー数が2個の場合の波形の一例である。図12に示すように、有効エコー数が2個の場合は、マルチパスがある場合と、マルチパスがない場合とがある。マルチパスがない場合は、第2出射パルス42と第2応答パルス44との波形形状は同じである。
In step S33, since echo B and template B are similar, it is determined that there is no multipath, and this flow ends. FIG. 14 shows an example of waveforms when the number of effective echoes is two. As shown in FIG. 12, when the number of effective echoes is 2, there are cases where there are multipaths and there are cases where there are no multipaths. If there is no multipath, the waveform shapes of the
ステップS34では、エコーBとテンプレAとが類似しているか否かを判断し、類似している場合は、ステップS35に移り、類似していない場合は、ステップS36に移る。ステップS33では、エコーBとテンプレAとが類似しているので、マルチパス有りと判断し、第1マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。ステップS36では、マルチパス有りと判断し、第2マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。 In step S34, it is determined whether or not the echo B and the template A are similar. If they are similar, the process proceeds to step S35. In step S33, since echo B and template A are similar, it is determined that there is multipath, the first multipath flag is set, and this flow ends. In step S36, it is determined that there is a multipath, a second multipath flag is set, and this flow ends.
図14に示すように、マルチパスがある場合は、第2出射パルス42と第2応答パルス44との波形形状とは異なる。図12の第1マルチパスフラグの場合は、第2応答パルス44が第1出射パルス41と類似形状であるので、第2応答パルス44は迂回経路52の応答パルスと判断する。図12の第2マルチパスフラグの場合は、第2応答パルス44が第1出射パルス41と非類似形状であるので、第2応答パルス44は迂回経路52の応答パルスと判断する。第1マルチパスフラグの場合は、たとえば対象物体101が低反射物体であり、マルチパスに発生に寄与する範囲外物体103も低反射物の場合である。第2マルチパスフラグの場合は、たとえば対象物体101が通常の反射物体であり、マルチパスに発生に寄与する範囲外物体103も低反射物の場合である。このような範囲外物体103の位置および反射率によって、マルチパスにおける応答パルスの検出タイミングが異なる。
As shown in FIG. 14, the waveform shapes of the
次に、有効エコー数が3個の場合の処理に関して説明する。図15に示す処理は、図11のステップS29に移ると開始される。ステップS41では、複数の応答パルスと複数の出射パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較して、ステップS42に移る。 Next, processing when the number of valid echoes is three will be described. The process shown in FIG. 15 is started when the process moves to step S29 in FIG. In step S41, the waveform shapes of the plurality of response pulses and the plurality of output pulses are compared in chronological order, and the process proceeds to step S42.
ステップS42では、エコーAとエコーBの時間間隔が所定の設定値T3以下であるか否かを判断し、設定値T3以下である場合は、ステップS43に移り、設定値T3以下でない場合は、ステップS44に移る。設定値T3は、有効エコー数が3個の場合に、範囲外物体103が近いか否かを判断するための値である。設定値T3は、事前の実験またはシミュレーションによって設定され、第1出射パルス41と第2出射パルス42との時間間隔よりも小さく設定される。ステップS43では、エコーAとエコーBとの時間間隔が設定値T3以下であるので、マルチパス有りと判断し、第3マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。
In step S42, it is determined whether or not the time interval between echo A and echo B is equal to or less than a predetermined set value T3. The process moves to step S44. The set value T3 is a value for determining whether or not the out-of-
ステップS44では、エコーBとテンプレBとが類似しているか否かを判断し、類似している場合は、ステップS45に移り、類似していない場合は、ステップS46に移る。ステップS43では、エコーBとテンプレBとが類似しているので、マルチパス有りと判断し、第4マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。ステップS46では、マルチパス有りと判断し、第5マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。 In step S44, it is determined whether or not the echo B and the template B are similar. If they are similar, the process proceeds to step S45. In step S43, since echo B and template B are similar, it is determined that there is multipath, the fourth multipath flag is set, and this flow ends. In step S46, it is determined that there is a multipath, a fifth multipath flag is set, and this flow ends.
図16に示すように、有効エコー数が3個の場合は、3パターンにわかれ、全てマルチパスがある場合となる。有効エコー数が3個であると、出射した光パルスの数よりも多いので、マルチパス有りと判断している。そして図16の第3マルチパスフラグの場合は、最短経路51の第1応答パルス43と第2応答パルス44が検出され、迂回経路52の第1応答パルス43aが検出された場合である。そして最短経路51の第1応答パルス43、迂回経路52の第1応答パルス43a、および最短経路51の第2応答パルス44の順に検出されている。この場合は、範囲外物体103が近いと判断する要因となる。
As shown in FIG. 16, when the number of effective echoes is 3, there are 3 patterns, all of which have multipath. If the number of effective echoes is three, it is larger than the number of emitted light pulses, so it is determined that there is multipath. In the case of the third multipath flag in FIG. 16, the
また図16の第4マルチパスフラグの場合は、最短経路51の第2応答パルス44と迂回経路52の第1応答パルス43aとが重畳した場合である。そして、最短経路51の第1応答パルス43、重畳パルス、迂回経路52の第2応答パルス44aの順に検出されている。この場合は、範囲外物体103が第3マルチパスフラグの場合よりは遠いと判断する要因となる。
In the case of the fourth multipath flag in FIG. 16, the
さらに図16の第5マルチパスフラグの場合は、最短経路51の第1応答パルス43と第2応答パルス44が検出され、迂回経路52の第1応答パルス43aが検出された場合である。そして最短経路51の第1応答パルス43、最短経路51の第2応答パルス44、および迂回経路52の第1応答パルス43aの順に検出されている。この場合は、範囲外物体103が第4マルチパスフラグよりは遠いと判断する要因となる。
Further, in the case of the fifth multipath flag in FIG. 16, the
次に、有効エコー数が4個の場合の処理に関して説明する。図17に示す処理は、図11のステップS211に移ると開始される。ステップS51では、複数の応答パルスと複数の出射パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較して、ステップS52に移る。 Next, processing when the number of valid echoes is four will be described. The processing shown in FIG. 17 is started when moving to step S211 in FIG. In step S51, the waveform shapes of the plurality of response pulses and the plurality of output pulses are compared in chronological order, and the process proceeds to step S52.
ステップS52では、エコーAとエコーBの時間間隔が所定の設定値T4以下であるか否かを判断し、設定値T4以下である場合は、ステップS53に移り、設定値T4以下でない場合は、ステップS54に移る。設定値T3は、有効エコー数が4個の場合に、範囲外物体103が近いか否かを判断するための値である。設定値T4は、事前の実験またはシミュレーションによって設定され、第1出射パルス41と第2出射パルス42との時間間隔よりも小さく設定される。
In step S52, it is determined whether or not the time interval between echo A and echo B is equal to or less than a predetermined set value T4. The process moves to step S54. The set value T3 is a value for determining whether or not the out-of-
ステップS53では、エコーAとエコーBとの時間間隔が設定値T4以下であるので、マルチパス有りと判断し、第6マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。ステップS54では、エコーAとエコーBとの時間間隔が設定値T4以下でないので、マルチパス有りと判断し、第7マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。 In step S53, since the time interval between Echo A and Echo B is equal to or less than the set value T4, it is determined that multipath exists, the sixth multipath flag is set, and this flow ends. In step S54, since the time interval between echo A and echo B is not equal to or less than the set value T4, it is determined that multipath exists, the seventh multipath flag is set, and this flow ends.
図18に示すように、有効エコー数が4個の場合は、2パターンにわかれ、全てマルチパスがある場合となる。そして図18の第6マルチパスフラグの場合は、最短経路51の第1応答パルス43と第2応答パルス44が検出され、迂回経路52の第1応答パルス43aと第2応答パルス44aが検出された場合である。そして最短経路51の第1応答パルス43、迂回経路52の第1応答パルス43a、最短経路51の第2応答パルス44、および迂回経路52の第2応答パルス44aの順に検出されている。この場合は、範囲外物体103が近いと判断する要因となる。
As shown in FIG. 18, when the number of effective echoes is four, there are two patterns, all of which have multipath. In the case of the sixth multipath flag in FIG. 18, the
また図18の第7マルチパスフラグの場合は、同様に、最短経路51の第1応答パルス43と第2応答パルス44が検出され、迂回経路52の第1応答パルス43aと第2応答パルス44aが検出された場合である。そして最短経路51の第1応答パルス43、最短経路51の第2応答パルス44、迂回経路52の第1応答パルス43a、および迂回経路52の第2応答パルス44aの順に検出されている。この場合は、範囲外物体103が第6マルチパスフラグよりは遠いと判断する要因となる。
In the case of the seventh multipath flag in FIG. 18, similarly, the
以上説明したように本実施形態の測距装置100および測距方法に従えば、光パルスは単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状を有するので、対象物体101からの反射があれば、受光部12によって複数の応答パルスを得ることができる。したがって検出情報に含まれる複数の応答パルスの検出タイミングを用いて、距離を算出することができる。またマルチパス判断部27は、複数の応答パルスと複数の光パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断する。マルチパスが無い場合には、光パルスと応答パルスとの時系列順の波形形状は類似するので、マルチパスの有無、また迂回経路52の応答パルスはどれかを判断することができる。したがって最短経路51の応答パルスによって距離を測定することができるので、測定精度に優れる測距装置100および測距方法を実現することができる。
As described above, according to the
また本実施形態では、マルチパス判断部27は、発光部11が単位測定時間当たりに照射する光パルスの数よりも、検出情報に含まれる応答パルスの数が多い場合に、マルチパス有りと判断する。図11などで説明したように、たとえば出射パルスが2個の場合は、応答パルスの数が3個以上の場合は、マルチパス有りと判断する。マルチパスがない場合は、応答パルスは2個以下になるはずだからである。これによって、波形形状の類似可否とあわせて、マルチパスの有無を判断することができる。
In this embodiment, the
さらに本実施形態では、マルチパス判断部27は、応答パルスの数が2個以上であり、かつ2番目の光パルスの波形形状と2番目の応答パルスの波形形状とが異なる場合には、マルチパス有りと判断する。図9などで説明したように、第1出射パルス41と第2出射パルス42の波形形状が異なるので、2番目の応答パルスの波形形状でマルチパスの有無を判断することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
また本実施形態では、マルチパス判断部27は、複数の応答パルスのうち、受光部12の検出上限未満にピーク値を有する応答パルスを用いてマルチパスの有無を判断する。ピーク値を有する応答パルスによって、波形形状を比較するので、高精度にマルチパスの有無を判断することができる。
Further, in the present embodiment, the
さらに本実施形態では、マルチパス判断部27は、複数の応答パルスのうち、信号雑音比が所定の信頼値以上の応答パルスのみを光パルスとの比較の対象とする。これによってSNが信頼値よりも高く信頼性が高い応答パルスによって、波形形状を比較するので、高精度にマルチパスの有無を判断することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
また本実施形態では、測距方法は、単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状を有する光パルスを発光部11が対象領域に向けて照射するように制御すること、対象領域からの光を検出する受光部12が得た検出情報を取得すること、検出情報に含まれる光パルスが対象物体101で反射することで発生する少なくとも1つの応答パルスの検出タイミングを用いて対象物体101までの距離を算出すること、検出情報に含まれる複数の応答パルスと、発光部11が照射した複数の波形形状とを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断することを含む。これによって前述のように高精度に距離を算出することができる。
Further, in the present embodiment, the distance measurement method includes controlling the
(第2実施形態)
次に、本開示の第2実施形態に関して、図19を用いて説明する。本実施形態では、マルチパスの有無を判断する処理に特徴を有する。図19を用いて、本実施形態の有効エコー数に応じた処理に関して説明する。図19に示すフローチャートは、有効エコー数のカウント後、マルチパス判断部27によって実行される。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present disclosure will be described using FIG. 19 . This embodiment is characterized by the process of determining the presence or absence of multipath. Processing according to the number of valid echoes in this embodiment will be described with reference to FIG. The flowchart shown in FIG. 19 is executed by the
ステップS61では、有効エコー数が0個であるか否かを判断し、0個の場合はステップS62に移り、0個でない場合は、ステップS64に移る。ステップS62では、有効エコー数が0個であるので、対象物体101が無しと判断し、ステップS63に移る。
In step S61, it is determined whether or not the number of effective echoes is 0. If the number is 0, the process proceeds to step S62. If not, the process proceeds to step S64. In step S62, since the number of effective echoes is 0, it is determined that there is no
ステップS64では、有効エコー数が1個であるか否かを判断し、1個の場合はステップS65に移り、1個でない場合は、ステップS66に移る。ステップS65では、有効エコー数が1個であるので、マルチパス無しと判断し、ステップS63に移る。 At step S64, it is determined whether or not the number of valid echoes is one. If the number is one, the process proceeds to step S65. In step S65, since the number of valid echoes is 1, it is determined that there is no multipath, and the process proceeds to step S63.
ステップS66では、有効エコー数が2個であるか否かを判断し、2個の場合はステップS67に移り、2個でない場合は、ステップS610に移る。ステップS67では、エコーBとテンプレBとが類似しているか否かを判断し、類似している場合は、ステップS68に移り、類似していない場合は、ステップS69に移る。 At step S66, it is determined whether or not the number of valid echoes is two. If the number is two, the process proceeds to step S67. In step S67, it is determined whether or not echo B and template B are similar. If they are similar, the process proceeds to step S68.
ステップS68では、エコーBとテンプレBとが類似しているので、マルチパス無しと判断し、ステップS63に移る。ステップS69では、エコーBとテンプレBとが類似していないので、マルチパス有りと判断し、ステップS63に移る。ステップS610では、有効エコー数が3個以上であるので、マルチパス有りと判断し、ステップS63に移る。 In step S68, since echo B and template B are similar, it is determined that there is no multipath, and the process proceeds to step S63. In step S69, since echo B and template B are not similar, it is determined that there is multipath, and the process proceeds to step S63. In step S610, since the number of effective echoes is 3 or more, it is determined that there is multipath, and the process proceeds to step S63.
ステップS63では、各フラグを付与し、本フローを終了する。本実施形態の各フラグとは、ステップS63に至る処理で設定されたフラグ、または物体無し、マルチパス無し、マルチパス有り、および有効エコー数に対応するフラグである。 In step S63, each flag is given and this flow is terminated. The flags in this embodiment are flags set in the processing up to step S63, or flags corresponding to no object, no multipath, presence of multipath, and the number of effective echoes.
このように本実施形態では、有効エコー数と波形形状の類否判断によって、5つのケースに分類している。前述の図11に示すフローチャートでは、サブルーチンの処理も含めると11個のケースに分類しているに対して、本実施形態では5つケースに分類しているので処理を簡素化することができる。 As described above, in this embodiment, the cases are classified into five cases according to the number of effective echoes and the similarity judgment of waveform shapes. In the flowchart shown in FIG. 11 described above, there are 11 cases including subroutine processing, whereas in the present embodiment there are five cases, so the processing can be simplified.
したがって本実施形態では、第1実施形態よりも簡素な処理で、マルチパスの有無を判断することができる。これによって処理を高速化、および処理による負担を軽減することができる。 Therefore, in the present embodiment, it is possible to determine the presence or absence of multipath through simpler processing than in the first embodiment. This makes it possible to speed up the processing and reduce the load due to the processing.
(その他の実施形態)
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.
前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。 The structures of the above-described embodiments are merely examples, and the scope of the present disclosure is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present disclosure is indicated by the description of the claims, and further includes all changes within the meaning and range of equivalents to the description of the claims.
前述の第1実施形態では、出射光の光パルスは大小の2つであったが、2つに限るものではなく、3つ以上であってもよい。また出射光の光パルスの発光強度は同じであってもよい。また受光部12は、SPADを用いた構成であったが、SPADに限るものではなく、CMOSセンサなど他のイメージセンサであってもよい。
In the first embodiment described above, there are two large and small optical pulses of emitted light, but the number is not limited to two, and may be three or more. Also, the emission intensity of the light pulses of the emitted light may be the same. Further, although the
前述の第1実施形態において、信号処理装置20によって実現されていた機能は、前述のものとは異なるハードウェアおよびソフトウェア、またはこれらの組み合わせによって実現してもよい。信号処理装置20は、たとえば他の制御装置と通信し、他の制御装置が処理の一部または全部を実行してもよい。信号処理装置20が電子回路によって実現される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって実現することができる。具体的には、信号処理装置20は、車両の自己位置を推定するロケータのECUであってもよい。信号処理装置20は、車両の高度運転支援または自動運転を制御するECUであってもよい。信号処理装置20は、車両と外界との間の通信を制御するECUであってもよい。
The functions realized by the
また信号処理装置20は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、NPU(Neural network Processing Unit)及び他の専用機能を備えたIPコア等をさらに含む構成であってよい。こうした信号処理装置20は、プリント基板に個別に実装された構成であってもよく、又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)及びFPGA等に実装された構成であってもよい。
The
前述の第1実施形態では、測距装置100は車両で用いられているが、車両に搭載された状態に限定されるものではなく、少なくとも一部が車両に搭載されていなくてもよい。
In the first embodiment described above, the
10…光学センサ 11…発光部 12…受光部 13…制御回路 14…画素
20…信号処理装置 21…メモリ 22…プロセッサ 23…発光制御部
24…検出情報取得部 25…画像生成部 26…距離算出部
27…マルチパス判断部 30…車載ECU 41…第1出射パルス
42…第2出射パルス 43…第1応答パルス 44…第2応答パルス
51…最短経路 52…迂回経路 100…測距装置 101…対象物体
103…範囲外物体
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記対象領域に向けて光を照射する発光部(11)を制御する発光制御部(23)と、
前記対象領域からの光を検出する受光部(12)が得た検出情報を取得する検出情報取得部(24)と、
前記検出情報を用いて前記対象物体までの距離を算出する距離算出部(26)と、
前記検出情報を用いてマルチパスの有無を判断するマルチパス判断部(27)と、を含み、
前記発光制御部は、単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状を有する光パルスを異なる発光時間で前記発光部が照射するように制御し、
前記距離算出部は、複数の前記光パルスが前記対象物体で反射することで発生する少なくとも1つの応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出し、
前記マルチパス判断部は、複数の前記応答パルスを受光した順番と複数の前記光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の前記応答パルスと前記光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断する測距装置。 A distance measuring device (100) for measuring a distance to a target object (101) in the target region by irradiating light toward the target region,
a light emission control unit (23) for controlling a light emission unit (11) that emits light toward the target area;
a detection information acquisition unit (24) for acquiring detection information obtained by a light receiving unit (12) for detecting light from the target area;
a distance calculation unit (26) for calculating the distance to the target object using the detection information;
a multipath determination unit (27) that determines the presence or absence of multipath using the detection information,
The light emission control unit controls the light emitting unit to irradiate light pulses having a plurality of different waveform shapes per unit measurement time at different light emission times,
The distance calculation unit calculates the distance using detection timing of at least one response pulse generated by reflection of the plurality of light pulses from the target object,
The multipath determination unit uses the order in which the plurality of response pulses are received and the order in which the plurality of light pulses are emitted to compare the waveform shapes of the response pulses and the light pulses in the same order. , a ranging device that determines the presence or absence of multipath.
前記マルチパス判断部は、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、前記受光部の検出上限未満にピーク値を有する前記応答パルスを用いてマルチパスの有無を判断する請求項1~3のいずれか1つに記載の測距装置。 The light emission control unit controls the light emitting unit to irradiate a plurality of light pulses having different light emission intensities and different waveform shapes per unit measurement time,
1-, wherein the multipath judgment unit judges the presence or absence of multipath by using the response pulse having a peak value below the upper detection limit of the light receiving unit among the plurality of response pulses included in the detection information. 4. The distance measuring device according to any one of 3.
前記距離算出部は、前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が3個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、1番目に検出した前記応答パルスと2番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、前記設定値より大きい場合とで、異なる前記応答パルス情報を出力する請求項6に記載の測距装置。 The light emission control unit controls the light emitting unit to irradiate two light pulses having different light emission intensities, different light emission times, and different waveform shapes per unit measurement time,
The distance calculation unit is configured such that the number of response pulses included in the detection information is three, and the first and second response pulses are detected among the plurality of response pulses included in the detection information. 7. The distance measuring apparatus according to claim 6, wherein different response pulse information is output depending on whether the interval of detection time from said response pulse detected is equal to or less than a predetermined set value and when it is greater than said set value.
前記距離算出部は、前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が4個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、1番目に検出した前記応答パルスと2番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、前記設定値より大きい場合とで、異なる前記応答パルス情報を出力する請求項6に記載の測距装置。 The light emission control unit controls the light emitting unit to irradiate two light pulses having different light emission intensities, different light emission times, and different waveform shapes per unit measurement time,
The distance calculation unit is configured such that the number of response pulses included in the detection information is four, and the first and second response pulses are detected among the plurality of response pulses included in the detection information. 7. The distance measuring apparatus according to claim 6, wherein different response pulse information is output depending on whether the interval of detection time from said response pulse detected is equal to or less than a predetermined set value and when it is greater than said set value.
少なくとも1つのプロセッサ(22)によって実行される処理に、
単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状を有する光パルスを異なる発光時間で発光部(11)が前記対象領域に向けて照射するように制御すること、
前記対象領域からの光を検出する受光部(12)が得た検出情報を取得すること、
前記検出情報に含まれる前記光パルスが前記対象物体で反射することで発生する少なくとも1つの応答パルスの検出タイミングを用いて前記対象物体までの距離を算出すること、
複数の前記応答パルスを受光した順番と複数の前記光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の前記応答パルスと前記光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断すること、を含む測距方法。 A ranging method for measuring a distance to a target object (101) in a target area, comprising:
In the processing performed by at least one processor (22),
controlling the light emitting unit (11) to irradiate the target region with light pulses having a plurality of different waveform shapes per unit measurement time at different light emission times;
Acquiring detection information obtained by a light receiving unit (12) that detects light from the target area;
calculating the distance to the target object using the detection timing of at least one response pulse generated by the reflection of the light pulse included in the detection information from the target object;
Using the order in which the plurality of response pulses are received and the order in which the plurality of light pulses are emitted, the waveform shapes of the response pulses and the light pulses in the same order are compared to determine the presence or absence of multipath. Ranging methods, including:
Priority Applications (1)
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