JP2986729B2

JP2986729B2 - 相関演算処理装置

Info

Publication number: JP2986729B2
Application number: JP8135375A
Authority: JP
Inventors: 義勝木佐貫; 一徳吉田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH095347A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理、信号処
理あるいは音声処理等の各種情報処理で用いられる信号
間の相関値を演算する相関演算処理装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置が特開平２−１４５９７２
号公報、特開平４−３２９０６７号公報に開示されてい
る。特開平２−１４５９７２号公報の装置では画像処理
分野が対象となっており、特開平４−３２９０６７号公
報の装置では速度計測における信号処理分野が対象とな
っている。

【０００３】特開平２−１４５９７２号公報に開示され
る装置では、図１１に示すように光源２，３及び受光器
４，５からなる一対の光学センサを配置し、両センサか
ら得られる信号の相関性を利用して自動車１の速度計測
を行なう。光源２，３は路面Ｒを照射し、受光器４，５
は照射光の路面Ｒからの反射光を受光する。即ち、路面
Ｒ上の光反射強度分布が一定距離Ｋ離れた２点で検出さ
れ、それらの分布のずれ量Δｘが求められる。そして、
自動車１の移動速度ＶがＶ＝Ｋ／Δｘとして求められ
る。

【０００４】特開平４−３２９０６７号公報の装置で
は、画像入力装置で入力した複数の画像の間のずれ量を
求めるために相互相関関数を用いた相関演算処理が行わ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】２つの信号Ｓ₁，Ｓ₂
の相互相関関数Ｆ₁を演算すると図１３のようになり、
時間差τに対応した位置の関数値Ｆ₁（τ）が最大にな
る。従って、一定時間範囲における相互相関関数Ｆ₁を
演算し、その関数値の最大の位置（時間）を探査するこ
とにより時間差τが求まる。離散データを用いた場合、
この場合の演算回数は次のようになる。

【０００６】（比較する範囲のデータ数）×（２つの信
号をずらす範囲のデータ数）例えば、比較する範囲のデータ数を４００点とし、２つ
の信号Ｓ₁，Ｓ₂をずらす範囲のデータ数を２００点と
すれば、４００×２００＝８００００回の演算が必要と
なる。このような多数回の演算を例えば車両等のブレー
キ力のＡＢＳ制御で望ましい時間間隔である数msecで行
なうことは困難である。もし実行しようとすれば非常に
高速のＣＰＵあるいは複数のＣＰＵが必要となる。

【０００７】２つの信号の時間差を演算する方法として
は平均２乗誤差を用いる方法もある。時間的にずれた２
つの信号Ｓ₁，Ｓ₂の平均２乗誤差Ｆ₂を求めると、図
１４に示すように２つの信号Ｓ₁，Ｓ₂の時間差τに対
応した位置の平均２乗誤差値Ｆ₂（τ）が最小となる。
従って、平均２乗誤差Ｆ₂を演算し、誤差の最小値の位
置（時間）を探査することにより２つの信号Ｓ₁，Ｓ₂
の時間差τが求まる。平均２乗誤差Ｆ₂における演算回
数も離散データを用いた場合には相互相関関数の場合と
同様に次のようになる。

【０００８】（比較する範囲のデータ数）×（２つの信
号をずらす範囲のデータ数）従って、時間差の演算に平均２乗誤差を用いた場合に
も、非常に高速のＣＰＵあるいは複数のＣＰＵが必要に
なる。高速のＣＰＵあるいは複数のＣＰＵを用いると、
速度計測装置の価格が高くなったり、ＣＰＵ間の制御が
複雑になったりする。

【０００９】一方、前記の相関演算を専用の集積回路を
用いたハードウェアによって行なうことも可能である。
しかし、ハードウェアで行なう際にも離散データを扱う
ため、データをメモリに対して読み書きする必要があ
り、処理速度に限界がある。

【００１０】自動車に対して行われるＡＢＳ制御や四輪
操舵制御はディジタル制御で行われており、より精度良
い制御を行なうために制御周期をできるだけ短くするこ
とがある。この制御周期は数msec程度であることが望ま
しい。しかし、従来の速度計測装置において高速の演算
装置を用いたとしても速度演算時間として数十msec程度
が必要である。相関性を利用した速度計測装置における
速度演算時間と計測速度誤差との間には図１２に曲線Ｃ
₂で示す関係がある。即ち、相関演算処理装置を利用し
た速度計測装置における速度演算時間を長くしている原
因は相互相関関数の演算にあり、相互相関関数を利用し
て速度演算を行なう限り図１２に示す測定時間と測定精
度との関係を避けることはできない。そのため、ＡＢＳ
制御や四輪操舵制御に従来の速度計測装置を用いても、
計測時間が長いことと相まって望ましいとされる数msec
の制御周期を達成することができない。

【００１１】本発明の目的は、演算処理時間を短縮し得
る相関演算処理装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そのために請求項１の発
明では、複数の原信号に共通する特徴を有する共通信号
部分を各原信号から抽出する抽出手段と、抽出手段によ
って抽出した各共通信号部分における信号レベルが離散
的に変化する時刻の離散的な時間配置を表す位置情報に
基づいて各共通信号部分を圧縮する信号圧縮手段と、前
記信号圧縮手段により求めた圧縮された圧縮信号を用い
て前記複数の原信号の間の相関値を演算する相関演算手
段とを備えた相関演算処理装置を構成した。

【００１３】抽出手段は、各原信号に共通する特徴を有
した共通信号部分を各原信号から抽出する。信号圧縮手
段は、信号レベルが離散的に変化する時刻の離散的な時
間配置を表す位置情報に基づいて各共通信号部分を圧縮
加工する。相関演算手段は前記圧縮された圧縮信号を用
いて複数の原信号の間の相関値を演算する。圧縮信号を
用いた相関演算では、原信号をそのまま用いた相関演算
に比べて演算量が減り、演算処理時間が従来よりも短縮
する。

【００１４】請求項２の発明では、前記複数の原信号を
２値化する２値化手段を含む抽出手段を備えた相関演算
処理装置を構成した。２値化手段は原信号を２値化す
る。２値化された信号は一方の値から他方の値へ離散的
に変化する特徴を持っている。従って、複数の原信号に
共通する特徴を有する共通信号部分における信号レベル
が離散的に変化する時刻の離散的な時間配置を表す位置
情報が的確に得られる

【００１５】請求項３の発明では、原信号を１回微分し
てから前記共通信号部分を抽出する相関演算処理装置を
構成した。通常、原信号はセンサによって得られる場合
が多く、センサ特性等の変化により原信号の大きさが変
化する。仮に、この大きさの変化に基づいて共通信号部
分を抽出した場合には位置情報がセンサ特性等の変化の
影響を受け、位置情報の精度が低下する。共通信号部分
は原信号を１回微分した信号であり、この微分処理はセ
ンサ特性等の変化の影響を排除する。

【００１６】請求項４の発明では、原信号又は相対位置
情報の少なくとも一方を記憶する記憶手段を備えた相関
演算処理装置を構成した。原信号又は相対位置情報を記
憶しておくことにより、多くの原信号間の相関演算が可
能となる。又、繰り返し生じる現象の計測（例えば路面
状況の検出に基づいて行なう速度計測）では、繰り返し
計測によって得られる原信号又は相対位置情報を記憶し
て利用することにより演算精度を向上することができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図１〜図１０に基づいて説明する。この実施の形
態では自動車の速度を計測する場合について述べる。

【００１８】図１に示すように、路面Ｒを照射する照射
手段として半導体レーザ１１が用いられている。半導体
１１の照射方向にはレンズ群１２、穴明きミラー１３及
びポリゴンスキャナ１４が配設されている。レンズ群１
２は半導体レーザ１１から照射されたレーザ光の光学的
補正を行なう。ポリゴンスキャナ１４は、六角柱形状の
ポリゴンミラー１４ａと、ポリゴンミラー１４ａを回転
駆動するモータ１４ｂとからなる。図６に示すようにポ
リゴンミラー１４ａには６つの反射面ｍ₁，ｍ ₂，
ｍ₃，ｍ₄，ｍ₅，ｍ₆がある。レンズ群１２によって
光学的補正を受けたレーザ光Ｌ₁は穴明きミラー１３を
通過してポリゴンミラー１４ａの反射面ｍ₁，ｍ₂，ｍ
₃，ｍ₄，ｍ₅，ｍ₆によって反射偏向される。

【００１９】ポリゴンミラー１４ａによって反射偏向さ
れたレーザ光の経路Ｌ₂上には平面ミラー１５が配設さ
れている。平面ミラー１５は路面Ｒと交差する経路Ｌ₃
へ経路Ｌ₂上のレーザ光を反射偏向する。路面Ｒから反
射散乱するレーザ光の一部は経路Ｌ₃，Ｌ₂，Ｌ₁を辿
って穴明きミラー１３に到る。

【００２０】穴明きミラー１３とポリゴンスキャナ１４
との間には集光レンズ１６及び受光センサ１７が配設さ
れている。穴明きミラー１６は路面Ｒからの反射レーザ
光を集光レンズ１６側へ反射し、集光レンズ１６は反射
レーザ光を受光センサ１７上に集光する。

【００２１】受光センサ１７の出力端子は増幅回路１８
の入力端子に接続されており、増幅回路１８の出力端子
は微分回路１９の入力端子に接続されている。微分回路
１９の出力端子は２値化コンパレータ２０の入力端子に
接続されている。

【００２２】２値化コンパレータ２０の出力端子は速度
演算回路２１を構成する入出力回路２１ａの入出力端子
に接続されている。相関演算手段となる速度演算回路２
１は入出力回路２１ａ、メモリ回路２１ｂ及びＣＰＵ回
路２１ｃからなり、各回路２１ａ，２１ｂ，２１ｃはそ
れぞれ信号接続されている。入出力回路２１ａの入出力
端子は半導体レーザ駆動回路２２及びポリゴンスキャナ
駆動回路２３に信号接続されている。又、入出力回路２
１ａの入出力端子は速度表示回路２４及びＡＢＳ制御用
コンピュータ２５の入出力端子に信号接続されている。

【００２３】メモリ回路２１ｂには速度演算プログラム
が予め書き込まれている。ＡＢＳ制御用コンピュータ２
５は入出力回路２１ａに速度要求信号Ｖinを出力し、Ｃ
ＰＵ回路２１ｃは速度要求信号Ｖinの入力に応答して速
度演算プログラムに基づいて速度演算に必要な一連の制
御及び演算処理を行なう。

【００２４】まず、ＣＰＵ回路２１ｃは半導体レーザ１
１を駆動開始するための駆動開始信号Ｌonを半導体サー
ザ回路２２に出力すると共に、ポリゴンスキャナ１４を
駆動開始するための回転開始信号Ｗonをポリゴンスキャ
ナ駆動回路２３に出力する。半導体レーザ駆動回路２２
は駆動開始信号Ｌonの入力に基づいて半導体レーザ１１
に電流を流し、レーザ光の照射を行なう。ポリゴンスキ
ャナ駆動回路２３は回転開始信号Ｗonの入力に基づいて
モータ１４ｂの回転数制御を行ない、所定の回転数ｊで
モータ１４ｂを駆動する。

【００２５】半導体レーザ１１の照射強度が所定の強度
に達すると、半導体レーザ駆動回路２２はＣＰＵ回路２
１ｃに対して照射確認信号Ｌokを出力する。モータ１４
ｂの回転数が所定回転数ｊに達すると、ポリゴンスキャ
ナ駆動回路２３はＣＰＵ回路２１ｃに対して回転数確認
信号Ｗokを出力する。ＣＰＵ回路２１ｃは照射確認信号
Ｌok及び回転数確認信号Ｗokの入力に応答して速度演算
を開始する。

【００２６】半導体レーザ１１から出力されたレーザ光
はレンズ群１２によって光学的補正を行われ、図２に示
すような線状の光学パターンＬｐに変換される。光学パ
ターンＬｐは、レーザ光の走査方向に対して直角方向の
幅Ｗ₁が広く、走査方向の幅Ｗ₂が狭くなるようにして
ある。自動車の進行方向とレーザ光の走査方向とがほぼ
一致するようにしてある。

【００２７】レーザ光の走査方向に対して直角方向の幅
Ｗ₁が広くしてあるのは自動車の蛇行を考慮したためで
ある。図３に示すＷｓ₁は（Ｎ−１）回目の走査範囲を
表す。Ｗｓ₂はＮ回目の走査範囲を表し、Ｗｓ₃は（Ｎ
＋１）回目の走査範囲を表す。自動車が蛇行すれば走査
範囲Ｗｓ₁，Ｗｓ₂，Ｗｓ₃が幅Ｗ₁の方向にずれる
が、幅Ｗ₁が広くしてあるために隣合う走査範囲がオー
バーラップする。このようにオーバーラップを生じさせ
ることにより、路面Ｒの光強度分布を測定する際の各走
査ごとの光強度分布間の相関性が高まる。

【００２８】レーザ光の走査方向の幅Ｗ₂が狭くしてあ
るのは路面Ｒのランダムパターンからできるだけ高い周
波数の信号を取り出すためである。光強度分布が高い周
波数成分を持つことにより光強度分布から取り出す特徴
点の数が増し、速度の演算精度が高くなる。光学パター
ンＬｐの走査速度は、自動車の最高速度を基に路面Ｒに
おける光学パターンの走査範囲が常にオーバーラップす
るように決める。

【００２９】路面Ｒから反射散乱したレーザ光の一部は
経路Ｌ₃，Ｌ₂，Ｌ₁を辿って穴明きミラー１３に到
り、集光レンズ１６によって受光センサ１７上に集光さ
れる。経路Ｌ₂，Ｌ₃はポリゴンスキャナ１４の回転に
よって変更され、路面Ｒ上での照射位置が変更される。

【００３０】受光センサ１７は集光された光の光量に応
じた強度の電気信号Ｓを出力する。出力された電気信号
Ｓは増幅回路１８で増幅されて微分回路１９に入力す
る。微分回路２１は電気信号Ｓを微分し、この微分信号
Ｓ’が２値化コンパレータ２０に出力される。２値化コ
ンパレータ２０は微分信号Ｓ’の符号に応じて微分信号
Ｓ’を２値化する。図４（ａ），（ｂ）のグラフは路面
Ｒの特徴点を取り出す処理を示す。曲線Ｓ₁，Ｓ₂は増
幅された電気信号を表し、電気信号Ｓ₁は反射面ｍ₁に
よって得られ、電気信号Ｓ₂は反射面ｍ₂によって得ら
れたものである。曲線Ｓ₁’，Ｓ₂’は微分信号を表
す。曲線Ｓｃ₁，Ｓｃ₂は２値化信号を表す。

【００３１】２値化信号Ｓｃは速度演算回路２１の入出
力回路２１ａに入力される。ＣＰＵ回路２１ｃは特定の
サンプリング周期ｆで順次読み込んでメモリ回路２１ｂ
に記憶する。図５に示すようにレーザ光の経路Ｌ₁と交
差するポリゴンミラー１４ａの反射面ｍ₁〜ｍ₆はｍ₁
→ｍ₂→ｍ₃→ｍ₄→ｍ₅→ｍ₆→ｍ₁の順に変わる。
各反射面ｍ₁〜ｍ₆毎に２値化信号Ｓｃが得られる。各
２値化信号Ｓｃは図５に示すような順序でメモリ回路２
１ｂに記憶される。

【００３２】各反射面ｍ₁〜ｍ₆での走査範囲がオーバ
ーラップしていることから、各反射面ｍ₁〜ｍ₆で得ら
れた２値化信号Ｓｃの一部分は相関性の高い、ほぼ同一
の情報となる。又、メモリ回路２１ｂに記憶された２値
化信号Ｓｃはディジタル値であり、各反射面ｍ₁〜ｍ₆
で得られるデータ数Ｎｓは、ポリゴンミラー１４ａの回
転数ｊと反射面ｍ₁〜ｍ₆の数と走査範囲長Ｗｓとによ
って決まる走査時間Ｔｓをサンピリング間隔ｆで除した
値Ｔｓ／ｆとなる。

【００３３】２値化信号Ｓｃの記憶が完了すると、ＣＰ
Ｕ回路２１ｃは速度の演算を行なう。自動車の進行方向
が不明であるので、速度演算は２回行なう。即ち、例え
ば時間的に後から計測された反射面ｍ₂における２値化
信号Ｓｃ₂が先に計測された反射面ｍ₁における２値化
信号Ｓｃ₁に対して図６（ａ）に示すように図面右方向
に移動した場合、及び２値化信号Ｓｃ₂が２値化信号Ｓ
ｃ₁に対して図６（ｂ）に示すように図面左方向に移動
した場合の２通りが考えられる。そのため、２値化信号
Ｓｃ₂を左右どちらにずらすかにより２通りの演算が考
えられる。

【００３４】２値化信号を用いて演算処理するという速
度演算方法を図７〜図９に基づいて説明する。この演算
例では図７に示すように反射面ｍ₂で得られた電気信号
Ｓ₁の２値化信号Ｓｃ₂が反射面ｍ₁で得られた電気信
号Ｓ₂の２値化信号Ｓｃ₁より右にずれている場合につ
いて述べる。

【００３５】図７に示すように２値化コンパレータ２０
により２値化された信号Ｓｃ₁，Ｓｃ₂は、図９に示す
ように一定のサンプリング周期ｆによってメモリ回路２
１ｂのアドレスZZZZ，ZZZZ+1・・・に随時取り込まれ
る。

【００３６】入出力回路２１ａに入力された２値化信号
Ｓｃ₁，Ｓｃ₂をメモリ回路２１ｂに記憶する際、図９
に示すようにＣＰＵ回路２１ｃは、時間的に進んでいる
２値化信号Ｓｃ₁の信号レベルが０→１になったデータ
のメモリアドレス L-H ad(ｎ）及び２値化信号Ｓｃ₁が
１→０になったデータのメモリアドレス H-L ad(ｎ）も
合わせてメモリ回路２１ｂのアドレスYYYY,YYYY+1 ・・
・に記憶する。さらに、ＣＰＵ回路２１ｃは、アドレス
ａ₁〜ａ₂に記憶された（２値化信号Ｓｃ₁のサンプル
データ）からアドレスａ₂〜ａ₃に記憶された（２値化
信号Ｓｃ₂のサンプルデータ）の減算を行ない、各減算
結果の絶対値をアドレスXXXXに累積記憶する。この累積
値Ｐｅは、速度計測範囲を基に図７に示すように予め決
めたアドレス範囲Ｄ₁で求められる。この累積値Ｐｅの
変化を図９に示す。この累積値Ｐｅは２値化信号Ｓ
ｃ₁，Ｓｃ₂の時間差τを求める際に用いられる。

【００３７】以上の一連の処理はサンプリング周期ｆの
間に行われる。アドレス範囲Ｄ₁における２値化信号Ｓ
ｃ₁の誤差の累積値Ｐｅを求める上記の一連の処理が終
了すると、ＣＰＵ回路２１ｃは処理を変更して２つの２
値化信号Ｓｃ₁，Ｓｃ₂の時間差τを求める。この時間
差τは図８のτであり、累積値Ｐｅが最小となる位置
（時間）である。この時間差τは次のように求められ
る。

【００３８】反射面ｍ₁で得られた２値化信号Ｓｃ₁に
おいて状態が変化する位置のメモリアドレス L-H ad
(ｎ），メモリアドレス H-L ad(ｎ）（この情報はアド
レスYYYY＋ｎに記憶されている）の相対的な位置関係を
固定し、これを反射面ｍ₂で得られた２値化信号Ｓｃ₂
の情報上でサンプリング周期ｆずつ移動させる。この移
動を行なう都度に誤差の累積値Ｐｅを求める。

【００３９】図７に示す移動量（ｆ）の場合の誤差の累
積値Ｐｅ（ｆ）は次のように求められる。アドレス L-H
ad(ｎ）＋１に対応したアドレスの２値化信号Ｓｃ₂の
データ（０又は１）を図７に示す移動量（０）の累計値
Ｐｅ（０）に加算し、アドレス H-L ad(ｎ）＋１に対応
したアドレスの２値化信号Ｓｃ₂のデータ（０または
１）を累積値Ｐｅ（０）から減算する。この際、アドレ
スYYYY,YYYY+1 ・・・に記憶されているアドレス L-H a
d(ｎ）及びアドレス H-L ad(ｎ）＋１はサンプル毎にイ
ンクリメントされる。

【００４０】以上の処理は２値化信号Ｓｃ₂をサンプリ
ング周期ｆだけ左へずらした時の累計値Ｐｅを求めるこ
とにあたる。即ち、サンプリング周期ｆだけ２値化信号
Ｓｃ ₂をずらすことにより、記憶されたアドレス L-H a
d(ｎ）＋１に対応したアドレスの２値化信号Ｓｃ₂のデ
ータ（０又は１）は破棄され、記憶されたアドレス H-L
ad(ｎ）＋１に対応したアドレスの２値化信号Ｓｃ₂の
データ（０または１）が新たに累積値Ｐｅの演算に用い
られることになる。従って、記憶されたアドレス L-H a
d(ｎ）＋１に対応したアドレスの２値化信号Ｓｃ₂のデ
ータを累積値Ｐｅに加算することにより、破棄されるデ
ータが１であれば累積値Ｐｅの値は１だけ大きくなる。
破棄されるデータが０であれば累積値Ｐｅの値は変わら
ない。

【００４１】一方、記憶されたアドレス H-L ad(ｎ）＋
１に対応したアドレスの２値化信号Ｓｃ₂のデータを累
積値Ｐｅから減算することにより、新たに累積値Ｐｅの
演算に用いられる２値化信号Ｓｃ₂のデータが１であれ
ば累積値Ｐｅの値は１だけ小さくなる。新たに累積値Ｐ
ｅの演算に用いられる２値化信号Ｓｃ₂のデータが０で
あれば累積値Ｐｅの値は変わらない。

【００４２】同様に、図７に示す移動量（２ｆ）の場合
の誤差の累積値Ｐｅ（２ｆ）は次のように求められる。
先に求めたアドレス L-H ad(ｎ）＋２に対応したアドレ
スの２値化信号Ｓｃ₂のデータ（０又は１）を図７に示
す移動量（ｆ）の累計値Ｐｅ（ｆ）に加算し、アドレス
H-L ad(ｎ）＋２に対応したアドレスの２値化信号Ｓｃ
₂のデータ（０または１）を累積値Ｐｅ（ｆ）から減算
する。

【００４３】以上のような一連の処理は移動量が図７に
示すアドレス範囲Ｄ₂になるまで行われる。位相差演算
を行なうアドレス範囲Ｄ₂に対応するＮｍ回だけ前記処
理を行えば、アドレスの移動に伴うＮｍの範囲における
累計値Ｐｅの変化は図８の曲線Ｃ₃で示すようになり、
２値化信号Ｓｃ₁と２値化信号Ｓｃ₂とがほぼ一致した
時点で累計値Ｐｅが最小となる。この最小となる位置
（時間）が図８の時間差τである。２値化信号Ｓｃ₂を
時間差τだけずらした量は自動車の一定の移動量ΔＬに
対応する。従って、時間差τに対応する特定時間Δｔの
間の自動車の移動量ΔＬが特定され、移動速度Ｖは（誤
差が最小となる移動量ΔＬ）／（特定時間Δｔ）として
求められる。算出された移動速度Ｖは速度表示回路２４
及びＡＢＳ制御用コンピュータ２５に送信される。

【００４４】

【００４５】

【００４６】図４（ａ），（ｂ）及び図１０の波形Ｓｃ
₁，Ｓｃ₂は、原信号である電気信号Ｓ ₁ Ｓ ₂から抽出
された共通信号部分の例である。（２値化信号Ｓｃ₁の
サンプルデータ）は、図１０に波形Ｅ１で示すように２
値化信号Ｓｃ₁ の信号レベルが０→１に離散的に変化す
る時刻の時間的な位置を表すデータ、及び波形Ｅ２で示
すように２値化信号Ｓｃ₁ の信号レベルが１→０に離散
的に変化する時刻の時間的な位置を表すデータのことで
ある。（２値化信号Ｓｃ₁のサンプルデータ）の値はい
ずれも１である。（２値化信号Ｓｃ₂のサンプルデー
タ）は、２値化信号Ｓｃ₁ の信号レベルが０→１に離散
的に変化する時刻の時間的な位置に対応する２値化信号
Ｓｃ₂のデータ（０又は１）、及び２値化信号Ｓｃ₁ の
信号レベルが１→０に離散的に変化する時刻の時間的な
位置に対応する２値化信号Ｓｃ₂のデータ（０又は１）
のことである。信号レベルが離散的に変化する時刻の時
間的な位置は、必然的に離散的な時間配置となる。本発
明では、原信号Ｓ ₁ ，Ｓ ₂ に共通する特徴を有する共通
信号部分である２値化信号Ｓｃ ₁ ，Ｓｃ ₂ における（２
値化信号Ｓｃ ₁ のサンプルデータ），（２値化信号Ｓｃ
₂ のサンプルデータ）のように、複数の原信号に共通す
る特徴を有する共通信号部分における信号レベルが離散
的に変化する時刻の離散的な時間配置を表すデータを位
置情報と定義する。本実施の形態では、２値化信号Ｓｃ
₁ の信号レベルが０→１に離散的に変化する時刻の離散
的な時間配置を表すデータ（即ち、図１０の波形Ｅ
１）、及び２値化信号Ｓｃ ₁ の信号レベルが１→０に離
散的に変化する時刻の離散的な時間配置を表すデータ
（即ち、図１０の波形Ｅ２）が共通信号部分における位
置情報となる。メモリ回路２１ｂのメモリアドレス L-H
ad(ｎ) に記憶された（２値化信号Ｓｃ ₁ のサンプルデ
ータ）及びメモリ回路２１ｂのメモリアドレス H-L ad
(ｎ) に記憶された（２値化信号Ｓｃ ₁ のサンプルデー
タ）は圧縮信号となる。メモリ回路２１ｂのメモリアド
レス L-H ad(ｎ)， H-L ad(ｎ) に（２値化信号Ｓｃ ₁
のサンプルデータ）を圧縮信号として記憶させた速度演
算回路２１は、複数の原信号に共通する特徴を有する共
通信号部分を前記位置情報に基づいて圧縮する信号圧縮
手段となる。微分回路１９及び２値化コンパレータ２０
は、複数の原信号に共通する特徴を有する共通信号部分
を各原信号から抽出する抽出手段を構成する。

【００４７】本実施の形態では以下の効果が得られる。（１）累計値Ｐｅを求める際には（２値化信号Ｓｃ₁の
サンプルデータ）−（２値化信号Ｓｃ₂のサンプルデー
タ）の絶対値演算が行なわれる。この演算は、信号圧縮
手段となる速度演算回路２１により求めた圧縮された圧
縮信号を用いて複数の原信号の間の相関値を演算するこ
とを意味する。累計値Ｐｅを求めるために必要な演算回
数は、Ｎｓ×サンプリング周期ｆの間において、２値化
信号Ｓｃ₁が０→１又は１→０になる回数であり、この
回数は多くとも数十回程度である。即ち、各共通信号部
分における位置情報に基づいて各共通信号部分を圧縮し
て得た圧縮信号を利用することによって演算量が減る。
従って、本実施の形態の時間差演算における演算回数
は、相互相関関数や平均２乗誤差を用いた場合の数万回
という演算回数に比べて大幅に少なくて済み、演算処理
時間が大幅に短縮する。（２）相互相関関数や２乗平均誤差をハードウェアを用
いて行なう時間差演算方式の場合と、本実施の形態の時
間差演算方式の場合とに関して、処理速度の比較をする
と、比較するデータが少ない場合にはハードウェアを用
いた場合の処理速度が本実施の形態の処理速度よりも速
い。しかし、比較するデータ数が多くなると、本実施の
形態の処理速度がハードウェアを用いた場合の処理速度
よりも速くなる。

【００４８】比較するデータ数は路面状況あるいは測定
速度などによって変更するため、常に固定ではない。し
かし、時間差の演算精度を一定以上にするためには、あ
る程度のデータ数が必要であり、実用的な測定条件にお
いては数百点のデータが必要である。従って、実用的な
範囲における演算処理速度は本実施の形態の時間差演算
方式の方が速くなる。（３）電気信号Ｓ₁，Ｓ₂を２値化するために本実施の
形態では信号の微分符号を用いたが、電気信号Ｓ₁，Ｓ
₂を微分した際の微分符号によって２値化する場合では
時間差誤差を十分に小さくすることが可能である。即
ち、電気信号Ｓ₁，Ｓ₂の信号レベルは異なる場合があ
るが、電気信号Ｓ₁，Ｓ₂の波形形状の相似性は高いか
らである。従って、信号波形を微分した際の微分符号に
よって２値化すれば、電気信号Ｓ₁，Ｓ₂の信号レベル
に影響されることなく２値化が可能となる。

【００４９】なお、実施の形態においては、累計値Ｐｅ
を求める際に（２値化信号Ｓｃ₁のサンプルデータ）−
（２値化信号Ｓｃ₂のサンプルデータ）の絶対値演算を
行なった。しかし、２値化信号Ｓｃ₁が０の区間のみで
の絶対値演算、あるいは１の区間のみについて演算を行
ない、累計値Ｐｅを求めることも可能である。

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１の発明で
は、抽出手段によって抽出した各共通信号部分における
信号レベルが離散的に変化する時刻の離散的な時間配置
を表す位置情報に基づいて各共通信号部分を信号圧縮手
段によって圧縮し、圧縮された圧縮信号を用いて前記複
数の原信号の間の相関値を相関演算手段によって演算す
るようにしたので、原信号をそのまま用いた相関演算に
比べて演算量が減り、演算処理時間が従来よりも大幅に
短縮するという優れた効果を奏する。

【００５３】請求項２の発明では、複数の原信号を２値
化する２値化手段を含む抽出手段を備えた相関演算処理
装置を構成したので、複数の原信号に共通する特徴を有
する共通信号部分における信号レベルが離散的に変化す
る時刻の離散的な時間配置を表す位置情報を的確に得ら
れるという優れた効果を奏する。

【００５４】請求項３の発明では、原信号を１回微分し
てから前記共通信号部分を抽出する相関演算処理装置を
構成したので、原信号を得るためのセンサの特性等の変
化の影響を排除し得るという優れた効果を奏する。

【００５５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における速度計測装置を表す制御
ブロック図。

【図２】レーザ光を用いた光学パターンを示す平面図。

【図３】レーザ光を用いた光学パターンによる路面上で
の走査状況を説明する斜視図。

【図４】（ａ），（ｂ）は微分回路及び２値化コンパレ
ータを用いて２値化する方法を説明するグラフ。

【図５】路面情報の記憶例を示す説明図。

【図６】（ａ），（ｂ）はいずれも相関性を利用した速
度演算におけるデータの移動方向を説明するグラフ。

【図７】速度演算方法を説明するグラフ。

【図８】誤差累積値Ｐｅの変化を示すグラフ。

【図９】データメモリのアドレスマップ。

【図１０】位置情報を説明するためのグラフ。

【図１１】従来の相関演算例を示す説明図。

【図１２】速度演算時間と速度計測誤差との関係を示す
グラフ。

【図１３】相互相関関数を説明するグラフ。

【図１４】平均２乗誤差を説明するグラフ。

【符号の説明】

１９…抽出手段を構成する微分回路、２０…２値化手段
となる２値化コンパレータ、２１…信号圧縮手段及び相
関演算手段となる速度演算回路、１７…受光センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−196371（ＪＰ，Ａ) 特開平７−140160（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−197472（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−196675（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01P 3/36 G01P 3/80

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の原信号の間の相関値を演算する相関
演算処理装置において、前記複数の原信号に共通する特徴を有する共通信号部分
を各原信号から抽出する抽出手段と、抽出手段によって抽出した各共通信号部分における信号
レベルが離散的に変化する時刻の離散的な時間配置を表
す位置情報に基づいて各共通信号部分を圧縮する信号圧
縮手段と、前記信号圧縮手段により求めた圧縮された圧縮信号を用
いて前記複数の原信号の間の相関値を演算する相関演算
手段とを備えた相関演算処理装置。
【請求項２】抽出手段は、前記複数の原信号を２値化す
る２値化手段を含む請求項１に記載の相関演算処理装
置。
【請求項３】原信号を１回微分してから前記共通信号部
分を抽出する請求項１及び請求項２のいずれか１項に記
載の相関演算処理装置。