JP2023022325A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザレーダ装置の出力精度の低下を抑えることができる信号処理装置を提供する。【解決手段】光を照射する発光部２及び対象物にて反射された光の戻り光を受光する受光部３を備えるライダ１の受光部３の受光信号を処理するマッチドフィルタ６であって、受光信号のＳＮ比向上処理を行うフィルタ６ｆと、光を照射する物体１００に関する情報を取得し、取得した対象物に関する情報に基づいて基準信号を生成してフィルタ６ｆへ出力する変更部６ｇと、を備えている。【選択図】図９

Description

本発明は、光を照射する照射部及び対象物にて反射された光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の受光部の出力信号を処理する信号処理装置に関する。

従来から、被検出空間にレーザ光のパルスを照射し、その反射光のレベルに基づいて、被検出空間内の対象物を検出するレーザレーダ装置（ＬｉＤＡＲ；Light Detection and Rangingとも呼ばれる）が知られている。このようなレーザレーダ装置には、ＳＮ比（信
号対雑音比）の向上等を目的として、受光部の出力信号に対してフィルタリングを行ってノイズ低減を行うものが存在する。例えば、特許文献１には、レーザレーダ装置において、受光部の出力信号に対してマッチドフィルタを用いる点が記載されている。

特許文献１に記載されているマッチドフィルタを用いる場合、マッチドフィルタに供するインパルス応答を既知として予め用意しておき、用意したインパルス応答を用いて受光部の出力信号のフィルタリングを行うが、レーザレーダ装置ごとの個体差や経年変化、温度等の環境変化などに対応できず、結果としてレーザレーダ装置の出力精度が低下するという問題が生じる。

このような問題に対処するため、特許文献２では、射出光を反射する反射体を備え、反射体によって反射された戻り光をＡＰＤが受光したときのＡＰＤの出力信号に基づいて、マッチドフィルタによって利用される基準受信パルスを推定している。

特開２００７－２２５３１８号公報 特開２０１８－９８３１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、実際に光を照射する対象物の特性を考慮せずに基準受信パルス（基準信号ともいう）を推定しているので、対象物の形状や照射角度等によっては基準信号が精度良く推定できず、レーザレーダ装置の出力精度が低下するという問題への対策としては不十分である。

本発明が解決しようとする課題としては、レーザレーダ装置の出力精度の低下を抑え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、光を照射する照射部及び対象物にて反射された前記光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する信号処理装置であって、前記出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理部と、前記光を照射する対象物に関する情報を取得する第１取得部と、前記第１取得部が取得した前記対象物に関する情報に基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の前記特性のうち一の前記特性に変更する変更部と、を備えることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、光を照射する照射部及び対象物にて反射された前記光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する信号処理装置であって、前記出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理部と、前記光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかを取得する第１取得部と、前記取得部が取得した前記距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかに基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の前記特性のうち一の前記特性に変更する変更部と、を備えることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、光を照射する照射部及び対象物にて反射された前記光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する信号処理装置で実行される信号処理方法あって、前記出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理工程と、前記光を照射する対象物に関する情報を取得する第１取得工程と、前記第１取得工程で取得された前記対象物に関する情報に基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の前記特性のうち一の前記特性に変更する変更工程と、を含むことを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の信号処理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。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の信号処理プログラムを格納したことを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、光を照射する照射部及び対象物にて反射された前記光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する信号処理装置で実行される信号処理方法あって、前記出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理工程と、前記光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかを取得する取得工程と、前記取得工程で取得された前記距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかに基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の前記特性に変更する変更工程と、を含むことを特徴としている。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の信号処理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。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の信号処理プログラムを格納したことを特徴としている。

本発明の第１の実施例にかかる信号処理装置の概略構成図である。 図１に示されたマッチドフィルタの詳細構成図である。 図２の変形例である。 基準信号波形の説明図である。 基準信号波形の他の例である。 図１に示されたライダの動作のフローチャートである。 本発明の第２の実施例にかかる信号処理装置の概略構成図である。 図７に示されたマッチドフィルタとローパスフィルタの詳細構成図である。 図７の変形例である。 本発明の第３の実施例にかかる信号処理装置の概略構成図である。 図１０に示されたマッチドフィルタの詳細構成図である。 図１０に示されたライダの動作のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態にかかる信号処理装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる信号処理装置は、光を照射する照射部及び対象物にて反射された光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の受光部の出力信号を処理する信号処理装置であって、その出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理部と、光を照射する対象物に関する情報を取得する第１取得部と、第１取得部が取得した対象物に関する情報に基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の特性のうち一の特性に変更する変更部と、を備えている。このようにすることにより、対象物に関する情報により、光を照射する対象物に応じた特性の信号処理部に変更することができる。したがって、光を照射する対象物の特性を考慮した結果を得ることができ、レーザレーダ装置の出力精度の低下を抑えることができる。

また、本発明の他の実施形態にかかる信号処理装置は、光を照射する照射部及び対象物にて反射された光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の受光部の出力信号を処理する信号処理装置であって、その出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理部と、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかを取得する第１取得部と、第１取得部が取得した距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかに基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の特性のうち一の特性に変更する変更部と、を備えている。このようにすることにより、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかにより、光を照射する条件に応じた特性の信号処理部に変更することができる。したがって、光を照射する対象物等の特性を考慮した結果を得ることができ、レーザレーダ装置の出力精度の低下を抑えることができる。

また、光を照射する対象物を含む方向の画像を撮像する撮像部からその画像を取得する第２取得部を更に備え、第１取得部は、光を照射する対象物に関する情報をその画像に基づいて取得してもよい。このようにすることにより、カメラ等の撮像部で撮像した画像から対象物の特性等を抽出することができる。したがって、光を照射する対象物に応じた特性により信号処理部の特性を変更することができる。

また、対象物を含む地図情報を取得する第３取得部を更に備え、第１取得部は、対象物に関する情報を地図情報に基づいて取得してもよい。このようにすることにより、地図情報から対象物の特性等を抽出することができる。したがって、光を照射する対象物に応じた特性により信号処理部の特性を変更することができる。

また、複数の基準信号の波形情報が格納された格納部を備え、複数のノイズ低減処理部は、格納部に格納された基準信号の波形情報に基づいてノイズ低減処理を行ってもよい。このようにすることにより、予め格納されている波形情報に基づいてノイズ低減処理ができるため、基準信号を生成する回路等が不要となり、処理負荷の低減や回路規模の削減を図ることができる。

また、基準信号は、照射部が照射する照射光に基づいて、それぞれ異なる加工を施されて生成されていてもよい。このようにすることにより、照射光の信号特性が変化しても、それに応じた基準信号を生成することができる。

また、基準信号は、それぞれ特性の異なるローパスフィルタにより生成されていてもよい。このようにすることにより、簡便なローパスフィルタにより複数の基準信号を生成することができる。

また、本発明の一実施形態にかかる信号処理方法は、光を照射する照射部及び対象物にて反射された光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の受光部の出力信号を処理する信号処理装置で実行される信号処理方法であって、その出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理工程と、光を照射する対象物に関する情報を取得する第１取得工程と、第１取得工程で取得された対象物に関する情報に基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の特性のうち一の特性に変更する変更工程と、を含んでいる。このようにすることにより、対象物に関する情報により、光を照射する対象物に応じた特性の信号処理工程に変更することができる。したがって、光を照射する対象物の特性を考慮した結果を得ることができ、レーザレーダ装置の出力精度の低下を抑えることができる。

また、本発明の一実施形態にかかる信号処理プログラムは、上述した信号処理方法を、コンピュータにより実行させている。このようにすることにより、対象物に関する情報により、コンピュータを用いて、光を照射する対象物に応じた特性のノイズ低減処理部を選択することができる。したがって、光を照射する対象物の特性を考慮した結果を選択することができ、レーザレーダ装置の出力精度の低下を抑えることができる。

また、上述した信号処理プログラムをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納してもよい。このようにすることにより、当該プログラムを機器に組み込む以外に単体でも流通させることができ、バージョンアップ等も容易に行える。

また、本発明の他の実施形態にかかる信号処理方法は、光を照射する照射部及び対象物にて反射された光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の受光部の出力信号を処理する信号処理装置で実行される信号処理方法であって、その出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理工程と、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかを取得する第１取得工程と、第１取得工程で取得された距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかに基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の特性のうち一の特性に変更する変更工程と、を含んでいる。このようにすることにより、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかにより、光を照射する条件に応じた特性の信号処理部に変更することができる。したがって、光を照射する対象物等の特性を考慮した結果を得ることができ、レーザレーダ装置の出力精度の低下を抑えることができる。

また、本発明の一実施形態にかかる信号処理プログラムは、上述した信号処理方法を、コンピュータにより実行させている。このようにすることにより、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかにより、コンピュータを用いて、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかにより、光を照射する条件に応じた特性の信号処理部に変更することができる。したがって、光を照射する対象物等の特性を考慮した結果を得ることができ、レーザレーダ装置の出力精度の低下を抑えることができる。

また、上述した信号処理プログラムをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納してもよい。このようにすることにより、当該プログラムを機器に組み込む以外に単体でも流通させることができ、バージョンアップ等も容易に行える。

本発明の第１の実施例にかかる信号処理装置を図１～図５を参照して説明する。図１は、本実施例にかかる信号処理装置を備える光学機器としてのライダの機能構成図である。ライダ１は、発光部２と、受光部３と、光学系４と、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）５と、マッチドフィルタ６と、制御部８と、を備えている。ライダ１は、光パルス（以下、照射光という）を照射し、対象物としての外部の物体１００により反射された光パルス（以下、戻り光という）を受光することにより、物体１００に関する情報を生成するレーザレーダ装置であり、ＬｉＤＡＲとも称される。

発光部２は、制御部８からのトリガ信号等に応じて光パルスを出力する。発光部２は、レーザダイオード（ＬＤ）と、ＬＤを駆動するドライバ回路等を備えている。

受光部３は、物体１００からの戻り光の強度に比例した電圧信号（受光信号）を出力する。一般的に、フォトダイオードなどの光検出素子は電流出力であるため、受信部はこの電流を電圧に変換（Ｉ／Ｖ変換）して出力する。受光部３は、光検出素子としてＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）と、上述したＩ／Ｖ変換回路等を備えている。

光学系４は、発光部２から入力される光パルスを照射光として照射方向を変えながら照射するとともに、この照射光が空間中の物体１００に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光を受光部３に導く。光学系４は、回転ミラー、コリメータレンズ、集光レンズ等の光学部材を備えている。即ち、発光部２と光学系４とで、照射方向を変えながら光を照射する照射部として機能し、受光部３と光学系４とで、物体１００（対象物）にて反射された光の戻り光を受光する受光部として機能する。なお、本実施例では、照射方向を変えながら光を照射するライダで説明するが、照射方向を変えないフラッシュライダ等であってもよい。

ＡＤコンバータ５は、受光部３から出力されたアナログ信号（受光信号）をデジタル信号に変換する周知の回路である。

マッチドフィルタ６は、送受信するパルスの波形と同じ波形の信号に対して通過率を１とする通過特性をもつ周知のフィルタであり整合フィルタとも呼ばれる。マッチドフィルタ６は、ＡＤコンバータ５の出力（受光信号）に対して、予め定めた基準信号を所定のインパルス応答として畳み込んで、フィルタリングを行うことで受光信号のＳＮ比向上処理を行う。このＳＮ比向上処理とは、例えばＳＮ比が最大になるような処理を示す。つまり、マッチドフィルタ６が本実施例に係る信号処理装置を構成する。

また、本実施例では、マッチドフィルタ６は、後述するようにそれぞれ異なる基準信号に基づく特性に応じた複数のフィルタを備えている。また、マッチドフィルタ６では、前記した複数のフィルタの出力のうち、最もＳＮ比が良い出力をマッチドフィルタ６の出力として制御部８へ出力する。

制御部８は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を有するマイクロコンピュータもしくは専用のハードウェアで構成され、ライダ１の全体制御を司る。制御部８は、発光部２に対して光パルス出力を指示するトリガ信号を送出する。また、制御部８は、トリガ信号の送出タイミングとマッチドフィルタ６からの出力信号のタイミングとに基づいてライダ１から物体１００までの距離を算出する。

次に、上述した構成のマッチドフィルタ６の詳細について図２を参照して説明する。マッチドフィルタ６は、上述したように複数のフィルタを備えている。これらのフィルタ６ａ～６ｄは、それぞれが上述した整合フィルタである。図２では、４つのフィルタ６ａ～６ｄを備える例を示しているが、４つに限らないのは言うまでもない。

フィルタ６ａ～６ｄは、入力される信号は同じ受光信号である。これらのフィルタ６ａ～６ｄは、それぞれ異なる基準信号をインパルス応答として畳み込む。つまり、フィルタ６ａ～６ｄは、それぞれ異なる基準信号に基づく特性を予めそれぞれ有している。なお、フィルタ６ａ～６ｄは、それぞれ専用のハードウェアから構成されるに限らず、それぞれ汎用の演算装置等のハードウェアと制御用のソフトウェアにより構成されていてもよい。つまり、フィルタ６ａ～６ｄは信号処理部として機能する。

なお、図２に示した構成では、フィルタ６ａ～６ｄは、それぞれ異なる基準信号に基づく特性をそれぞれ有していたが、図３に示したように、基準信号の波形をフィルタの外部のメモリ等に格納しておいてもよい。図３では、メモリ９ａ～９ｄにそれぞれ異なる基準信号の波形情報を格納して、フィルタ６ａ～６ｄがそれぞれ波形情報を読み出してフィルタ処理をしている。

図４に、基準信号の例を示す。図の左側は、理想的な基準信号を示し、例えば発光部２の出力した照射光が外光の影響を受けない環境に置かれた反射特性既知の反射体より反射された戻り光を受光部３が受光した際のＡＤコンバータ５の出力信号である。そして、その理想的な基準信号に対して例えばガウシアンフィルタ等によりフィルタリングして生成した基準信号が右側に示されている。図３に示した基準信号は、上から順に標準偏差σが所定の実数ａ（ａ×１）のガウシアンフィルタ、標準偏差σが所定の実数ａ×１６のガウシアンフィルタ、標準偏差σが所定の実数ａ×６４のガウシアンフィルタ、標準偏差σが所定の実数ａ×１２８のガウシアンフィルタとなっている。なお、基準信号は、ガウシアンフィルタに限らず他のフィルタリングにより生成してもよい。

なお、基準信号を生成する関数としては、図４に示したような対称な分布を示すものに限らず、例えば図５に示したような非対称な分布を示すものであってもよい。

また、図２に示したように、マッチドフィルタ６は、選択部６ｅを更に備えている。選択部６ｅは、フィルタ６ａ～６ｄによるフィルタリング結果のうち、最もＳＮ比が良い結果をマッチドフィルタ６の出力として選択する。ＳＮ比は、例えばフィルタ６ａ～６ｄの入力信号である受光信号と各々のフィルタ６ａ～６ｄの出力信号に基づいて算出すればよい。即ち、選択部６ｅは、複数のフィルタ６ａ～６ｄ（複数の特性によるＳＮ比向上処理）により処理された結果に基づいて、一のフィルタ（一の特性によるＳＮ比向上処理）の出力信号を選択して出力する。

図２に示した構成のマッチドフィルタ６は、フィルタ６ａでは、受光信号に対して基準信号に基づくフィルタリングを施して選択部６ｅへ出力する。フィルタ６ｂ～６ｄも同様にしてフィルタリングを施して選択部６ｅへ出力する。そして、選択部６ｅでは、入力されたフィルタリング結果のうち、ＳＮ比の最も良い結果をマッチドフィルタ６の出力として制御部８へ出力する。

従来のマッチドフィルタは、基準信号は１種類で全ての受光信号のフィルタリング処理に用いられていたが、ライダ１から光パルスが照射される対象物の特性や照射角度等によっては、戻り光（受光信号）の波形が発光信号とは異なる波形となる場合がある。従来のマッチドフィルタは、受光信号と発光信号が同じ波形であるという前提で設計されているため、上述したような対象物の特性や照射角度等による受光信号の波形の変形が発生すると、ライダ１の出力精度の低下を引き起こすこととなる。

そこで、本実施例のように、それぞれ異なる基準信号によって受光信号にフィルタリングを施すことで、より適切な受光信号によるフィルタリングを施すことができる。そして、ＳＮ比が最も良い結果を選択することで、より適切な受光信号によるフィルタリング結果をマッチドフィルタ６の結果として出力することができる。

ここで、マッチドフィルタ６の構成としては、図２や図３に示したように複数のフィルタ６ａ～６ｄを有する構成に限らず、１つのフィルタ等の信号処理部を時分割で利用するようにしてもよい。例えば、最初にフィルタ６ａの設定による演算を行い、２番目にフィルタ６ｂの設定による演算を行い、３番目にフィルタ６ｃの設定による演算を行い、最後にフィルタ６ｄの設定による演算を行うといった方法でもよい。即ち、信号処理部は、複数の特性を順次変更して順次ＳＮ比向上処理を行ってもよい。このようにすると、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサで動作するプログラムとしてマッチドフィルタ６を構成することができる。

さらには、複数のフィルタと時分割動作とを組み合わせてもよい。例えば、図２に示したようにフィルタが４つの場合に、２つのハードウェアを用意し、それらを時分割で動作させるようにしてもよい。

次に、上述した構成のライダ１における動作について図６のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ１１において、制御部８は、発光部２に対してトリガ信号を出力する。トリガ信号が入力された発光部２は光パルスを照射する。

次に、ステップＳ１２において、マッチドフィルタ６は、上述した基準信号に基づいてステップＳ１１で照射された光パルスの戻り光の受光信号に対してフィルタ処理（フィルタリング）を施す。このステップでは、複数の基準信号を用いて複数のフィルタ処理が施される。

次に、ステップＳ１３において、選択部６ｅは、ステップＳ１２でフィルタ処理が施された結果のうちＳＮ比が最も良い結果を選択して制御部８へ出力する。

次に、ステップＳ１４において、制御部８は、ステップＳ１１でトリガ信号を出力してからステップＳ１３の結果が入力されるまでの時間に基づいて物体１００までの距離を算出する。このようにして、一つの光パルスに対応する物体１００上の一点までの距離が算出される。

即ち、ステップＳ１２が信号処理工程、ステップＳ１３が選択工程として機能し、本発明の一実施例にかかる信号処理方法を構成する。また、これらの工程を上述したようなＤＳＰ等で動作するプログラムとして構成することで信号処理プログラムとすることができる。また、この信号処理プログラムは、ＤＳＰ等が読み書きするメモリ等に記憶させるに限らず、光ディスクやメモリーカード等の記憶媒体に記憶させてもよい。

本実施例によれば、照射方向を変えながら光を照射する発光部２及び物体１００にて反射された光の戻り光を受光する受光部３を備えるライダ１の受光部３の受光信号を処理するマッチドフィルタ６であって、受光信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う複数のフィルタ６ａ～６ｄと、複数のフィルタ６ａ～６ｄによりフィルタ処理された結果に基づいて、フィルタ６ａ～６ｄの出力信号のいずれかを選択して出力する選択部６ｅと、を備えている。このようにすることにより、複数のフィルタ６ａ～６ｄの結果のうち最善の結果を選択することができるため、物体１００の特性を考慮した結果を得ることができ、ライダ１の出力精度の低下を抑えることができる。

また、選択部６ｅは、複数のフィルタ６ａ～６ｄによりフィルタ処理された結果得られるＳＮ比に基づいて、最も良いフィルタの出力信号を選択している。このようにすることにより、ＳＮ比の良い結果を選択することができるため、ライダ１の出力精度の低下を抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施例にかかる信号処理装置を図７～図９を参照して説明する。
なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

第１の実施例では、図２や図５に示したように、予め基準信号に基づく特性や基準信号の波形情報を有していたが、本実施例では、所定の信号に基づいて基準信号を生成する。図６に本実施例にかかる信号処理装置を備える光学機器としてのライダの機能構成図を示す。

ライダ１Ａは、発光部２と、受光部３と、光学系４と、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）５と、マッチドフィルタ６と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７と、制御部８と、を備えている。つまり、図６は、図１に示した構成に対してローパスフィルタ７が追加されている。

ローパスフィルタ７は、第１の実施例で説明した理想的な基準信号７ｅに対してそれぞれ異なる特性を有する複数のフィルタ（例えばガウシアンフィルタ）を備えている（図８を参照）。ローパスフィルタ７は、フィルタリングされた結果を基準信号としてマッチドフィルタ６へ出力する。理想的な基準信号７ｅは、理想的な基準信号の信号波形を格納したメモリ等であってもよいし、理想的な基準信号を生成する発振回路等であってもよい。

ローパスフィルタ７は、上述したように複数のローパスフィルタを備えている。図８では、４つのローパスフィルタ７ａ～７ｄを備える例を示しているが、４つに限らないのは言うまでもない。

ローパスフィルタ７ａ～７ｄは、入力される信号は同じ信号であるが、フィルタ特性が異なる。例えば、図３のような特性であれば、ローパスフィルタ７ａは標準偏差σが所定の実数ａ（ａ×１）のガウシアンフィルタ、ローパスフィルタ７ｂは標準偏差σが所定の実数ａ×１６のガウシアンフィルタ、ローパスフィルタ７ｃは標準偏差σが所定の実数ａ×６４のガウシアンフィルタ、ローパスフィルタ７ｄは標準偏差σが所定の実数ａ×１２８のガウシアンフィルタとなる。なお、実数に乗じる数値は一例であり他の数値であってもよい。即ち、基準信号は、発光部（照射部）が照射する照射光に基づいて、それぞれ異なる加工が施されて生成されている。

なお、ローパスフィルタ７ａ～７ｄも、それぞれ専用のハードウェアから構成されるに限らず、それぞれ汎用の演算装置等のハードウェアと制御用のソフトウェアによりにより構成されていてもよい。

図８に示したように、ローパスフィルタ７ａはフィルタリング結果をフィルタ６ａに基準信号として出力し、ローパスフィルタ７ｂはフィルタリング結果をフィルタ６ｂに基準信号として出力し、ローパスフィルタ７ｃはフィルタリング結果をフィルタ６ｃに基準信号として出力し、ローパスフィルタ７ｄはフィルタリング結果をフィルタ６ｄに基準信号として出力する。

このように、フィルタ６ａ～６ｄは、ローパスフィルタ７ａ～７ｄによりそれぞれ異なる基準信号に基づく特性を有するものとなっている。したがって、マッチドフィルタ６とローパスフィルタ７は、本実施例にかかる出力信号のＳＮ比向上処理を行う信号処理部５０として機能する。

図８に示した構成のマッチドフィルタ６は、ローパスフィルタ７ａが基準信号を生成してフィルタ６ａへ出力する。そして、フィルタ６ａでは、受光信号に対して基準信号に基づくフィルタリングを施して選択部６ｅへ出力する。ローパスフィルタ７ｂ～７ｄ及びフィルタ６ｂ～６ｄも同様にしてフィルタリングを施して選択部６ｅへ出力する。そして、選択部６ｅでは、入力されたフィルタリング結果のうち、ＳＮ比の最も良い結果をマッチドフィルタ６の出力として制御部８へ出力する。

ここで、マッチドフィルタ６の構成としては、図８に示したように複数のフィルタ６ａ～６ｄを有する構成に限らず、１つのフィルタ等の信号処理部を時分割で利用するようにしてもよい。例えば、最初にフィルタ６ａの設定による演算を行い、２番目にフィルタ６ｂの設定による演算を行い、３番目にフィルタ６ｃの設定による演算を行い、最後にフィルタ６ｄの設定による演算を行うといった方法でもよい。このようにすると、ＤＳＰ等のプロセッサで動作するプログラムとしてマッチドフィルタ６を構成することができる。

なお、ローパスフィルタ７は、理想的な基準信号に基づいて基準信号を生成していたが、図９に示すように、発光部２から実際に照射された光パルスの元となるパルス信号（発光信号）に基づいて基準信号を生成してもよい。上述した説明では、理想的な基準信号として反射特性既知の反射体より反射された戻り光を受光部３が受光した際のＡＤコンバータ５の出力信号として説明したが、実際の受光信号は理想的な基準信号と乖離する場合がある。

そこで、図９のような構成にすることで、基準信号と受光信号との乖離を少なくすることができる。図９は、図７に対してシミュレーション部１３が追加されている。シミュレーション部１３は、発光部２、受光部３、ＡＤコンバータ５の特性をシミュレーションし発光信号を補正する。ローパスフィルタ７では、理想的な基準信号７ｅに代えて、シミュレーション部１３からの出力信号を各ローパスフィルタ７ａ～７ｄの入力とする。

本実施例によれば、基準信号は、それぞれ特性の異なるローパスフィルタによりそれぞれ異なる加工を施されて生成されている。このようにすることにより、簡便な構成のローパスフィルタにより複数の基準信号を生成することができる。

また、発光信号に基づいてローパスフィルタ７で基準信号が生成されているので、照射光の信号特性が変化して基準信号と乖離が発生しても、変化に対応した基準信号を生成することができる。そのため、結果的にライダ１の出力精度の低下を抑えることができる。

次に、本発明の第３の実施例にかかる信号処理装置を図１０～図１２を参照して説明する。なお、前述した第１、第２の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例にかかるライダ１Ｂの機能構成図を図１０に示す。図１０に示したように、ライダ１Ｂは、発光部２と、受光部３と、光学系４と、ＡＤコンバータ５と、マッチドフィルタ６Ａと、制御部８と、カメラ１０と、地図情報格納部１１と、を備えている。

図１０のうち、発光部２と、受光部３と、光学系４と、ＡＤコンバータ５と、制御部８と、は図１と同様である。

カメラ１０は、ライダ１Ｂが搭載されている車両等の移動体に搭載されており、発光部２から照射する照射光と同じ方向を含む範囲の画像を撮像する。地図情報格納部１１は、ライダ１Ｂが搭載されている車両が走行する経路等の範囲の地図情報が格納されているメモリ等である。ＧＰＳ受信機１２は、公知であるように複数のＧＰＳ衛星から送信される電波を定期的に受信して、現在の位置情報及び時刻を検出する。

本実施例におけるマッチドフィルタ６Ａの構成を図１１に示す。マッチドフィルタ６Ａは、フィルタ６ｆと、変更部６ｇと、を備えている。フィルタ６ｆは、第１の実施例で説明したフィルタ６ａ～６ｄと基本的には同じ整合フィルタであるが、基準信号については、変更部６ｇから供給を受ける。

変更部６ｇは、カメラ１０が撮像した画像に基づいて光パルスが照射された物体１００の特性等の物体１００に関する情報を取得し、当該特性等に応じた基準信号を生成してフィルタ６ｆに供給する。変更部６ｇで生成される基準信号は、例えば第１の実施例で説明したような、照射部が照射する発光信号に基づく理想的な基準信号に対してガウシアンフィルタ等により変形したものでよい。

つまり、変更部６ｇは、照射光の照射方向（角度）とカメラ１０の設置位置及び画角に基づいてカメラ１０が撮像した画像から照射光が照射されている範囲を特定し、その範囲について周知の画像認識処理により物体１００の材質（反射、透過、屈折、散乱等）、形状（平面、曲面等）、状態（濡れている等）等の物体１００の特性を認識して取得する。そして、取得した物体１００の特性に基づいて基準信号を生成してフィルタ６ｆに出力する。例えば、カメラ１０で撮像された画像から物体１００がビルの窓ガラスと認識される場合は、材質としては透過、形状としては平面と認識し、その特性に応じた基準信号を生成してフィルタ６ｆへ出力する。

なお、変更部６ｇが基準信号を生成するに限らず、フィルタ６ｆが予め複数の基準信号に基づく特性を有し、変更部６ｇからは当該特性を変更する制御信号等を出力するようにしてもよい。

即ち、変更部６ｇは、物体１００（光を照射する対象物）に関する情報を取得する第１取得部、物体１００（対象物）を含む方向の画像を撮像するカメラ１０（撮像部）から画像を取得する第２取得部として機能する。そして、変更部６ｇは、フィルタ６ｆについて、取得した物体１００に関する情報に基づいて、それぞれ異なる基準信号に基づく複数の特性のうち一の特性に変更する。

また、マッチドフィルタ６Ａは、物体１００に関する情報を地図情報格納部１１に格納されている地図情報から取得してもよい。つまり、ＧＰＳ受信機１２で検出された現在位置と移動軌跡から得られた移動方向に基づいて照射光の照射方向にある地物を地図情報から取得することで、物体１００に関する情報を取得し、当該物体１００の特性等に応じた基準信号を生成してフィルタ６ｆに出力する。例えば、地図情報から物体１００がビルと認識される場合は、壁面に照射光が照射されていると仮定して材質としては反射、形状としては平面と認識し、その特性に応じた基準信号を生成して出力する。

地図情報格納部１１に格納されている地図情報から物体１００に関する情報を取得する場合は、地図情報格納部１１に各地物の材質、形状等を含めておくとよい。あるいは、地図情報格納部１１には地物の属性（ビル、街路樹）等を含めておき、その属性から材質や形状等を推定してもよい。

即ち、変更部６ｇは、物体１００（対象物）を含む地図情報を取得する第３取得部としても機能する。

なお、地図情報格納部１１は、全国の地図情報が格納されていなくてもよく、必要な範囲の地図情報を外部のサーバ等からダウンロードして格納するようにしてもよい。

また、本実施例では、光パルスの照射方向（角度）とカメラ１０の設置位置及び画角に基づいてカメラ１０が撮像した画像から光パルスが照射されている範囲を特定し、その範囲に存在する地物（建物、道路等）を認識して、当該地物までの距離や入射角といった光の照射条件を推定してもよい。例えば、道路であれば入射角が小さい、郊外で建物等が殆ど認識されない場合は距離が長いなどと推定する。なお、当該地物までの距離や入射角は少なくともいずれか一方を推定すればよい。即ち、変更部６ｇは、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかを取得する第１取得部としても機能できる。

次に、上述した構成のライダ１Ａにおける動作について図１２のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ２１において、制御部８は、発光部２に対してトリガ信号を出力する。トリガ信号が入力された発光部２は光パルスを照射する。

次に、ステップＳ２２において、変更部６ｇは、カメラ１０が撮像した画像或いは地図情報格納部１１に格納されている地図情報及びＧＰＳ受信機１２で検出された位置情報等を取得する。

次に、ステップＳ２３において、変更部６ｇは、ステップＳ２２で取得したカメラ１０が撮像した画像に基づいて光パルスが照射された物体１００についての特性等の物体１００に関する情報を取得し、特性等に応じた基準信号を生成してフィルタ６ｆへ出力する。或いは地図情報格納部１１に格納されている地図情報に基づいて物体１００についての特性等の物体１００に関する情報を取得してもよい。

次に、ステップＳ２４において、フィルタ６ｆは、ステップＳ２３で生成された基準信号に基づいてステップＳ２１で照射された光パルスの戻り光の受光信号に対してフィルタ処理（フィルタリング）を施す。

そして、ステップＳ２５において、図４のステップＳ１５と同様に、制御部８は、ステップＳ２１でトリガ信号を出力してからステップＳ２４のフィルタ処理の結果が入力されるまでの時間に基づいて物体１００までの距離を算出する。

即ち、ステップＳ２２が第１取得工程、ステップＳ２３が変更工程、ステップＳ２４が信号処理工程として機能し、本発明の一実施例にかかる信号処理方法を構成する。また、これらの工程を上述したようなＤＳＰ等で動作するプログラムとして構成することで信号処理プログラムとすることができる。また、この信号処理プログラムは、ＤＳＰ等が読み書きするメモリ等に記憶させるに限らず、光ディスクやメモリーカード等の記憶媒体に記憶させてもよい。

なお、上述した物体１００（対象物）が濡れているか否かについては、天気情報を外部から取得したり、ライダ１Ｂを搭載している車両等のレインセンサ等の雨を検出するセンサの検出結果を利用して推定したりしてもよい。

本実施例によれば、照射方向を変えながら光を照射する発光部２及び対象物にて反射された光の戻り光を受光する受光部３を備えるライダ１の受光部３の受光信号を処理するマッチドフィルタ６であって、受光信号のＳＮ比向上処理を行うフィルタ６ｆと、光を照射する物体１００に関する情報を取得し、取得した対象物に関する情報に基づいて基準信号を生成してフィルタ６ｆへ出力する変更部６ｇと、を備えている。このようにすることにより、物体１００に関する情報により、物体１００に応じた特性のフィルタによる処理をすることができる。したがって、物体１００の特性を考慮した結果を得ることができ、ライダ１Ａの出力精度の低下を抑えることができる。

また、変更部６ｇは、物体１００の方向を撮像するカメラ１０から画像を取得し、取得した画像に基づいて光を照射する物体１００に関する情報を取得してもよい。このようにすることにより、カメラ１０で撮像した画像から物体１００の特性等を抽出することができる。したがって、物体１００に応じた基準信号によりフィルタ６ｆの特性を変更することができる。

また、変更部６ｇは、物体１００を含む地図情報格納部１１から地図情報を取得し、物体１００に関する情報を地図情報に基づいて取得してもよい。このようにすることにより、地図情報格納部１１に格納された地図情報から物体１００の特性等を抽出することができる。したがって、物体１００に応じた基準信号によりフィルタ６ｆの特性を変更することができる。

また、変更部６ｇは、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかを取得し、取得した距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかに基づいて基準信号を変更してもよい。このようにすることにより、光を照射する距離に関する情報及び角度に関する情報の少なくともいずれかにより、光を照射する条件に応じた基準信号に基づく特性のフィルタとすることができる。したがって、物体１００等の特性を考慮した結果を得ることができ、ライダ１Ａの出力精度の低下を抑えることができる。

なお、本実施例においても、第１の実施例と同様に、基準信号の波形をメモリ等に格納しておいてもよい。また、本実施例においても、基準信号をそれぞれ特性の異なるローパスフィルタによりそれぞれ異なる加工を施して生成してもよい。

また、本実施例においても、第１の実施例で説明したように、それぞれ異なる特性を有する複数のフィルタを有する構成とし、変更部６ｇが対象物に関する情報や光を照射する距離に関する情報や角度に関する情報に基づいてどのフィルタを選択するかを示す情報を出力するようにしてもよい。

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信号処理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、１Ａ、１Ｂ ライダ（光学機器）
２ 発光部（照射部）
３ 受光部
６ マッチドフィルタ（信号処理装置）
６ａ～６ｄ、６ｆ フィルタ（信号処理部）
６ｅ 選択部
６ｇ 変更部（第１取得部、第２取得部、第３取得部）
７ａ～７ｄ ローパスフィルタ（信号処理部）
８ 制御部
９ａ～９ｄ メモリ（格納部）
１０ カメラ
１１ 地図情報格納部
１２ ＧＰＳ受信機
１００ 物体（対象物）

Claims (1)

1. 光を照射する照射部及び対象物にて反射された前記光の戻り光を受光する受光部を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する信号処理装置であって、
   前記出力信号に対して所定の基準信号に基づく特性によりＳＮ比向上処理を行う信号処理部と、
   前記光を照射する対象物に関する情報を取得する第１取得部と、
   前記第１取得部が取得した前記対象物に関する情報に基づいてそれぞれ異なる基準信号に基づく複数の前記特性のうち一の前記特性に変更する変更部と、
   を備えることを特徴とする信号処理装置。

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