JP2527710Y2 - 空間フィルタによる距離測定装置 - Google Patents

空間フィルタによる距離測定装置

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JP2527710Y2
JP2527710Y2 JP882191U JP882191U JP2527710Y2 JP 2527710 Y2 JP2527710 Y2 JP 2527710Y2 JP 882191 U JP882191 U JP 882191U JP 882191 U JP882191 U JP 882191U JP 2527710 Y2 JP2527710 Y2 JP 2527710Y2
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潤一 下村
哲治 鈴木
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空間フィルタを用いた
距離測定装置に関し、測定精度を向上させるよう改良し
たものである。
【0002】
【従来の技術】従来、無人搬送車等の自動走行に当たっ
て走行路上に電磁誘導線や光学式反射テープを敷設して
走行ガイドを形成する方式や、車軸,計測輪にエンコー
ダやタコジェネレータを取り付けて、車輪の回転に応じ
たパルス又はアナログ電圧から無人車の速度,移動距離
を計測する方式がある。
【0003】しかしながら、これらの方式は路面に反射
テープ等を敷設する工事を必要なため走行路を変更する
毎にその工事を行わなければならず煩雑であり、また路
面の凹凸,外力によるスリップや車輪の磨耗により精度
良い計測が出来なかった。
【0004】このため、外部からの誘導が不要で、かつ
非接触で移動距離を計測する方法として、空間フィルタ
を利用した距離測定方法が開発されている。この空間フ
ィルタによる距離測定方法は図5に示す装置構成により
行われる。即ち、同図に示すように、路面1からの反射
光は光学系2を介してラインセンサ(CCD)3により
検出され、所定の周期でサンプリングされて電気信号に
変換される。光学系2,ラインセンサ3は図示しない車
体の底面に取り付けられている。ラインセンサ3は光学
変換素子を進行方向に沿って一時元的に配列したもので
あり、明暗に応じた信号が順次出力される。
【0005】ラインセンサ3からの出力信号Pは読出回
路4を通過し、A/D変換器6でデジタル信号のCCD
データに変換された後、空間フィルタ演算部5に入力さ
れる。空間フィルタ演算部5はこの出力信号を所定範囲
内で積分することにより、光学的にランダムな周波数か
ら構成される反射光から任意の周波数成分を抽出し、そ
の時空列的な変化から、図6に示す位相空間において移
動距離に対応するベクトルを求めるものである。
【0006】即ち、図7に示すフローチャートに示すよ
うに先ず、n画素からなるラインセンサ3からのCCD
データDi(i=1,2,・・・n)はsin荷重関数Si(i=1,2,・・・n)
と共に読み込まれて、添字の等しいものの積が順次n回
加えられることにより積和演算が行われ、積和値Sb
求められる。ここで、sin荷重関数Siとは図8にに示す
ように、サイン関数とハニング関数との積のことであ
る。このサイン関数はラインセンサの長さLの中にn個
の波数を有するもので、以下その波長p(=L/n)をフイル
タピッチとよぶ。
【0007】次に、cos荷重関数Ci(i=1,2,・・・n)が読み
込まれると、CCDデータDi(i=1,2,・・・n)との間で、
添字の等しいものの積が順次n回加えられることにより
積和演算が行われ、積和値Saが求められる。ここで、c
os荷重関数Ciとは図8に示すように、コサイン関数と
ハニング関数との積のことである。
【0008】更に、積和値Sa ,Sb はサンプリング毎
に求められるので、前回のサンプリングの積和値を
a1, Sb1とし、今回のサンプリングの積和値をSa2,
b2とすることにする。このようにすると、積和値
a1, Sb1、Sa2, Sb2を二次元の座標とする位相空間
内における各サンプリング時でのベクトルt1,2 は図
6のように示される。従って、1サンプリング間におけ
る回転角Δφは位相差演算部7で次式のように求められ
る。 Δφ=arctan{(Sa1・S b2− Sa2・S b1)/(Sa1・S a2+ Sb1・S b2) }…(1)
【0009】ここで、移動距離x0 と上記回転角Δφと
は比例関係にあり、その比例定数はフィルタピッチp
(=L/n)と2πとの比となるので、移動距離X0
速度Vとは次のように求められる。 X0 =(P/2π)・ΣΔφ …(2) V =(P/2π)・Δφ …(3)
【0010】
【考案が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
れば空間フィルタ演算部5により求められる積和値
a,Sb が、図9に示すように零を中心として振幅す
るならば、位相空間内でベクトルt1,2 は図6に示す
ように原点を中心として回転するはずである。
【0011】しかし、実際にはラインセンサ3或いはそ
の光学系2にゴミやチリが付着していたり、照明の光度
分布が不均一であるため、ラインセンサ3からの信号P
に図10に示すように移動に伴って移動しない静止部分
が存在し、その周波数成分が空間フィルタで抽出する周
波数成分と一致すると、空間フィルタ演算部5により求
められる積和値Sa ,Sb に図11(a)に示すような直
流成分が重畳してしまう。
【0012】この為、図11(b)に示すように位相空間
内でベクトルが原点を外れて回転してしまうこととな
り、回転角Δφが移動距離X0に比例せず、計算結果に
誤差が生じていた。ここで、ラインセンサ3或いはその
光学系2に付着したゴミ、チリ等を定期的に掃除して除
去すればよいが、掃除を行うタイミングが問題であっ
た。
【0013】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、光学的な障害があっても精度良く、移動距
離を求めることのできると共に掃除すべきタイミングを
警告してくれる空間フィルタによる距離測定装置を提供
することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
考案の構成は車体に進行方向に沿って多数配設され走行
路面で反射した光を検出して電気信号に変換する光電変
換素子と、該光電変換素子から所定周期でサンプリング
して順に出力する読出回路と、該読出回路から順に出力
される電気信号に正弦波、余弦波を掛け合わせて所定範
囲内で積分することにより、任意の周波数成分を抽出す
る空間フィルタ演算部と、該空間フィルタ演算部により
抽出された二つの信号を二次元の座標とするベクトルの
位相平面上での原点を中心とする回転角から前記車体の
移動距離を演算する演算部とを有する空間フィルタによ
る距離測定装置において、前記空間フィルタ演算部によ
り抽出された二つの信号の直流成分を除去するハイパス
フィルタを設けると共に該ハイパスフィルタにより除去
された直流成分の大きさを所定値と比較し該所定値を越
えると警報を出力する判定回路を設けたことを特徴とす
る。
【0015】
【作用】本発明では、走行路面からの反射光を検出する
光検出素子或いはその光学系に塵や傷等が存在して正弦
波信号,余弦波信号に直流成分が重畳しても、ハイパス
フィルタにより直流成分が除去され、位相空間内でベク
トルが原点を離れて回転することがなく、測定誤差を減
少させることが出来る。
【0016】更に、判定回路により信号の直流成分を常
に監視しているので、光検出素子或いはその光学系に塵
や傷等が付着して掃除すべきタイミングの時に警告を出
力することができ、これに応じて掃除することにより安
定した測定が可能となる。
【0017】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例に
基づいて詳細に説明する。図1に本発明の第1の実施例
を示す。同図に示すように本実施例はハイパスフィルタ
8a,8b及び判定回路9等を追加したものであり、そ
の他の構成は図5に示す従来の構成と同一である。即
ち、車体底面に設けられたラインセンサ3には、路面1
からの反射光が光学系2を介して入射する。ラインセン
サ3として設けられるCCDは多数の光電変換素子を進
行方向に沿って一次元的に配列してなるものであり、各
光電変換素子から明暗に応じた信号Pが読出回路4によ
り読み出され、A/D変換器6でデジタル信号のCCD
データに変換された後、空間フィルタ演算部5に入力さ
れる。空間フィルタ演算部5では、前述したように任意
の周波数成分を抽出して積和値Sabを求める。この積
和値Sabはハイパスフィルタ8a,8bを通過した
後、位相差演算部7に入力され、前述した(1)式により
回転各Δφが求められ、更に前述した(2)(3)式により移
動距離X0,速度Vが求められることになる。
【0018】ここで、ハイパスフィルタ8a,8bは、
伝達関数でST/(1+ST)で表示されるように、直
流成分を除去して、交流成分のみを通過させる機能を有
するものである。即ち、ハイパスフィルタ8a,8b
は、図4のように分解して考えれば、元の信号からロー
パスフィルタを通過した直流成分SaH,SbHを減算する
ことで直流成分を除去するものである。従って、図2
(a)に示すように、直流成分を含むを積和値Sabをハ
イパスフィルタ8a,8bに通過させると、その中から
直流成分が除去され、零点を中心に振幅する交流成分だ
けが残ることになる。この為、ハイパスフィルタ8a,
8bに通過させずに、それをそのまま位相空間内でのベ
クトルとすると、図2(b)のように原点を離れて回転す
ることとなるが、ハイパスフィルタ8a,8bに通過さ
せたために、図3に示すようにベクトルは原点を中心と
して回転することになる。
【0019】ここで、ハイパスフィルタ8a,8bによ
り除去される直流成分SaH,SbHの大きさは、ラインセ
ンサ3或いはその光学系2に付着したゴミやチリの量に
略比例するものであり、従って、直流成分の大きさを監
視することで、ラインセンサ3或いはその光学系2を掃
除すべきタイミングを知ることが出来る。
【0020】そこで、ハイパスフィルタ8a,8bでそ
れぞれ除去される直流成分SaH,SbHは演算器10に出
力され、次のように、それらの直流成分SaH,SbHの合
成的な大きさSHが求められる。 SH=(SaH 2+SbH 21/2 …(4)
【0021】このように、求められた直流成分の大きさ
Hは、判定回路9に出力され、判定回路9において、
予め設定された所定値SHrefと比較される。判定回路9
は、直流成分の大きさSHと予め設定された所定値S
Hrefとを比較し、直流成分の大きさSHが所定値SHref
を越えると、ラインセンサ3或いはその光学系2に相当
のゴミ、チリが付着して掃除すべき時期にきていること
の警告を発生する。
【0022】これに応じて、作業者がラインセンサ3或
いはその光学系2を掃除すれば、信号から直流成分がな
くなり、常に安定した測定が可能となる。尚、例えば、
ワイパー等の清掃装置を付加して、上記警告が発生され
た時に、自動的にラインセンサ3或いはその光学系2を
掃除するようにすると、フリーメンテナンスとなる。
【0023】このように、本実施例ではラインセンサ3
或いはその光学系2にゴミやチリが付着した為に、空間
フィルタ演算部5により求められる積和値Sabに直流
成分が含まれるとしても、ハイパスフィルタ8a,8b
に通過させた為に、直流成分が除去され、回転各Δφと
移動距離X0,速度Vとが精度良く比例する事となり、
測定誤差を減少させることが出来る。
【0024】しかも、空間フィルタ演算部5により求め
られる積和値Sabに含まれる直流成分SaH,SbHの大
きさSHを演算器10で求め、直流成分の大きさSHが所
定値SHrefを越えるかどうか判定回路9で常に監視する
ので、ラインセンサ3或いはその光学系2を掃除すべき
タイミングを警告することが出来、これにより安定した
測定が可能となる。
【0025】尚、上記判定回路9、演算器10として
は、ハードウェアとして構成してもよいが、プログラム
がコンピューターに読み込まれた形のソフトウェアとし
て構成するようにしてもよい。また、直流成分をハイパ
スフィルター8a,8bから求めるようにしているの
で、特別な検出器が不要であるという利点もある。
【0026】
【考案の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように本発明は空間フィルタ演算部により抽出された
二つの信号の直流成分を除去するハイパスフィルタを設
けたので、走行路面からの反射光を検出する光検出素子
或いはその光学系に塵や傷等が存在して正弦波信号,余
弦波信号に直流成分が重畳しても、ハイパスフィルタに
より直流成分が除去され、位相空間内でベクトルが原点
を離れて回転することがなく、測定誤差を減少させるこ
とが出来る。更に、直流成分の大きさを所定値と比較す
る判定回路を設けたので、光検出素子或いはその光学系
に塵や傷等が付着して掃除すべきタイミングの時に警告
を出力することができ、これに応じて掃除することによ
り安定した測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例にかかる空間フィルタ距
離測定装置の構成図である。
【図2】同図(a)(b)は、それぞれ空間フィルタ演算部出
力波形とその位相空間内の変化をグラフである。
【図3】同図(a)(b)はそれぞれハイパスフィルタを通過
した空間フィルタ演算部出力波形とその位相空間内の変
化をグラフである。
【図4】ハイパスフィルターの二つに分割して示す構成
図である。
【図5】従来技術にかかる空間フィルタ距離測定装置の
構成図である。
【図6】位相空間を示す説明図である。
【図7】移動距離,速度を演算する過程を示すフローチ
ャートである。
【図8】空間フィルタ荷重関数を示すグラフである。
【図9】空間フィルタ出力波形を示すグラフである。
【図10】ラインセンサからの信号Pを示すグラフであ
る。
【図11】同図(a)(b)はそれぞれ直流成分が重畳した空
間フィルタ演算部出力波形とその位相空間内の変化をグ
ラフである。
【符号の説明】
1 路面 2 光学系 3 ラインセンサ 4 読出回路 5 空間フィルタ演算部 6 A/D変換器 7 位相差演算部 8a,8b ハイパスフィルタ 9 判定回路 10 演算回路

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車体に進行方向に沿って多数配設され走
    行路面で反射した光を検出して電気信号に変換する光電
    変換素子と、該光電変換素子から所定周期でサンプリン
    グして順に出力する読出回路と、該読出回路から順に出
    力される電気信号に正弦波、余弦波を掛け合わせて所定
    範囲内で積分することにより、任意の周波数成分を抽出
    する空間フィルタ演算部と、該空間フィルタ演算部によ
    り抽出された二つの信号を二次元の座標とするベクトル
    の位相平面上での原点を中心とする回転角から前記車体
    の移動距離を演算する演算部とを有する空間フィルタに
    よる距離測定装置において、前記空間フィルタ演算部に
    より抽出された二つの信号の直流成分を除去するハイパ
    スフィルタを設けると共に該ハイパスフィルタにより除
    去された直流成分の大きさを所定値と比較し該所定値を
    越えると警報を出力する判定回路を設けたことを特徴と
    する空間フィルタによる距離測定装置。
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JPH04106708U JPH04106708U (ja) 1992-09-14
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Effective date: 19961008