JP3072675B2 - Travel distance measuring apparatus using a spatial filter - Google Patents

Travel distance measuring apparatus using a spatial filter

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昌克 野村
寿夫 長尾
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株式会社明電舎
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Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、移動物体の移動距離を測定する空間フィルタを用いた移動距離測定装置に関する。 The present invention relates to a moving distance measuring apparatus using a spatial filter for measuring the moving distance of the moving object.

【0002】 [0002]

【従来の技術】図1に示す位相直交型空間フィルタ(以下、単に「空間フィルタ」という。)を用いた移動距離測定装置は、次のように動作する。 BACKGROUND OF THE INVENTION phase orthogonal spatial filter shown in FIG. 1 (hereinafter, simply referred to as. "Spatial filter") moving distance measuring apparatus using a operates as follows.

【0003】移動物体(図示せず)の下面に取り付けられ、光学レンズ1とCCD(電荷結合素子)ラインセンサ2からなるカメラ3によって、路面からの反射光が検出され、所定の周期でサンプリングされ読出回路4で読出されA/D変換(5)されて、路面の明暗に応じたデータ信号Di を得る。 [0003] attached to the underside of a moving object (not shown), the camera 3 consists of an optical lens 1 and the CCD (charge coupled device) line sensor 2, reflected light from the road surface is detected, is sampled at a predetermined period It is read by the read circuit 4 a / D converter (5) is to obtain the data signals Di in accordance with the brightness of the road surface. ここで、CCDラインセンサ2は、 Here, CCD line sensor 2,
移動物体の移動方向に沿って配列されたn個の画素から構成された視野L(L=1画素の長さ×画素数n)を有するものである。 And it has a field of view composed of n pixels arranged along the moving direction of the moving object L (L = 1 Number of length × pixels of the pixel n).

【0004】前記データ信号Diの各データ(D1,D2, [0004] The data signals each data Di (D1, D2,
D3,……Dn)と荷重関数発生回路6とからの余弦荷重関数Ci(C1,C2,C3,……Cn,) 、及び正弦荷重関数S D3, ...... Dn) and a cosine weighting function Ci from the weighting function generating circuit 6 which (C1, C2, C3, ...... Cn,), and the sine weighting function S
i(S1,S2,S3,……Sn,)との積和演算により空間周波数成分を抽出し、その前回サンプリング積和演算値と今回サンプリング積和演算値から、位相演算部7において、図2に示すベクトルZ1,Z2 を検出して、該ベクトルZ1とZ2の位相差である移動距離に比例した位相移動角Δφを求め、次式により実際の移動距離を演算して測定するものである。 i (S1, S2, S3, ...... Sn,) extracts a spatial frequency component by the product-sum operation of the, from the previous sampling product-sum operation value and the current sampling product-sum operation values, in the phase calculation unit 7, FIG. 2 to detect the vector Z1, Z2 shown, obtains the phase moving angle Δφ in proportion to the moving distance is the phase difference of the vector Z1 and Z2, which measures and calculates the actual travel distance by the following equation. X(m)=(L(m)/f)×(1/2π)×Δφ L:視野(m) (CCD画素数n×1画素数の長さ) f:空間周波(視野L内の波数) Δφ:位相移動角(rad) X (m) = (L (m) / f) × (1 / 2π) × Δφ L: field (m) (the length of the number of CCD pixels n × 1 pixel number) f: wave number space frequency (the field of view L ) Δφ: phase moving angle (rad)

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】このような、ラインセンサカメラとしてCCDカメラを用いた移動距離測定装置においては、移動物体が高速で移動している場合、C THE INVENTION It is a challenge to solve] like this, in the moving distance measuring apparatus using a CCD camera as a line sensor camera, when the moving object is moving at high speed, C
CDには蓄積時間があるので、図3で示すように、CC Since the CD is the accumulation time, as shown in Figure 3, CC
Dがラインセンサ2の視野に対する路面パターン(明暗パターン)の(イ)に基づく電荷を蓄積している間に、 D while the accumulates charge based on the road pattern for the field of view of the line sensor 2 (light and dark patterns) (b),
明暗パターンが(イ)から(ロ)に移動してしまい、路面の明暗パターンに応じた信号を完全に蓄積することができず、抽出する空間周波成分が低下してしまう。 Will move dark pattern from (a) to (b), can not be completely accumulates a signal corresponding to the light-dark pattern of the road surface, the space-frequency component to be extracted is reduced. これは、電荷の蓄積中に視野のパターンが移動する(すなわち、被写体ブレを起す)ため、CCDの時間出力を積分して空間周波成分を抽出している空間フィルタにおいては、移動距離が空間周波の波長に近くなると積分出力が零に近くなるからである。 This is the field of view of the pattern is moved during the accumulation of charge (i.e., cause motion blur) Therefore, the spatial filter that extracts a spatial frequency component by integrating the time output of the CCD, the movement distance is a space-frequency near the integration output to the wavelength of because close to zero. このようにCCDラインセンサを用いている場合、移動速度が速くなると、空間フィルタによる移動距離の検出、測定が困難となり、その精度が低下してしまうという欠点がある。 When such is used CCD line sensor, the moving speed increases, the detection of the distance traveled by the spatial filter, the measurement becomes difficult, its accuracy has the disadvantage that decreases.

【0006】本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、移動物体が高速で移動している場合でも高精度に対処でき、精度が高い空間フィルタを用いた移動距離測定装置を得るためのものである。 [0006] The present invention has been made in view of the above, even when the moving object is moving at high speed can cope with high accuracy, for obtaining a moving distance measuring apparatus using a precision high spatial filter it is intended.

【0007】 [0007]

【課題を解決するための手段、作用】高速移動時におけるCCDラインセンサ2の検出出力の低下を抑えるために、CCDラインセンサカメラ3にシャッタなどを取り付け、いわゆる被写体ブレを防ぐために瞬時(短時間) [Summary of the action in order to suppress the decrease of the detection output of the CCD line sensor 2 at the time of high-speed movement, the mounting and the shutter to the CCD line sensor camera 3, instantaneous (short time to prevent the so-called object shake )
のみ検出することが考えられるが、高価になるばかりでなく機械的要素が増加してしまう。 It is conceivable to detect only mechanical elements not only be expensive increases. そこで、本発明においては、路面(移動面)の照明をストロボ状に点滅させることにより、点灯時のパターン入力に対し、消灯時のパターン入力を極小にすることによりCCDの電荷蓄積中に視野パターンが空間周波の波長近く移動しても、その積分出力が零にならず、その結果、抽出される空間周波成分の低下が抑えられる。 Therefore, in the present invention, the road surface by blinking the lighting (movement plane) to the strobe-like, with respect to the pattern input at the time of lighting, field pattern in the CCD charge storage by the pattern input of the unlit minimized There is also moved closer wavelength spatial frequency, not its integration output is zero, so that the reduction of the spatial frequency component extracted is suppressed.

【0008】以下、本発明を図面を用いて詳しく説明する。 [0008] Hereinafter will be described in detail with reference to the drawings the present invention.

【0009】図1は、本発明の空間フィルタを用いた移動距離測定装置における空間フィルタ演算装置を示すものである。 [0009] Figure 1 shows a spatial filter operation apparatus in a mobile distance measuring apparatus using a spatial filter of the present invention. 3は、光学系(レンズ)1及び移動方向に沿って配列されたn個の画素からなる視野L(視野L=1 3, field L (field L = 1 of n pixels arranged along one and the moving direction the optical system (lens)
画素の長さ×画素数n)を有するCCDラインセンサで構成されたCCDラインセンサカメラであり、路面の明暗パターンに応じた反射光を検出する。 A CCD line sensor camera is a CCD line sensor having × number of pixels n) the length of the pixel, to detect the reflected light corresponding to light and dark pattern of the road surface. 検出された反射光信号は所定の周期でサンプリングされ読出回路4で読出され,A/D変換器5でA/D変換されて路面の明暗パターンに応じたデータ信号Di(D1,D2,……Dn)に変換される。 Detected reflected light signal is read by the read circuit 4 is sampled at a predetermined period, A / D converter 5 in the A / D-converted data signal corresponding to the light-dark pattern of road surface Di (D1, D2, ...... It is converted to Dn). そして、荷重関数発生回路6から空間フィルタとしての透過率分布を模擬する空間荷重関数(C A space weighting function to simulate the transmittance distribution of the spatial filter from the weighting function generating circuit 6 (C
i:余弦荷重関数、Si:正弦荷重関数)を得、該空間荷重関数とデータ信号Diとの積和演算を行ない、位相演算部7において積和演算値から位相空間上における空間周波成分ベクトルZ(図2)を求める。 i: cosine weighting function, Si: obtain a sine weighting function), performs product-sum operation of the spatial weighting function and the data signal Di, the spatial frequency components in the phase space from the product-sum operation value in the phase calculating unit 7 vector Z Request (Figure 2). 移動物体(図示せず)の前回サンプリング位置における前回検出ベクトルZ1と、今回サンプリング位置における今回検出ベクトルZ2の位相差角Δφは、移動物体が移動した距離に基づいた位相空間上における位相移動角である。 The previous detection vector Z1 at the previous sampling position of a moving object (not shown), the phase difference angle Δφ currently detected vector Z2 at the current sampling position is a phase moving angle in the phase space based on the distance by which the object has moved is there. したがって、該位相移動角Δφ(rad)から、移動物体の移動距離を求めることができる。 Thus, from the phase moving angle [Delta] [phi (rad), it is possible to obtain the moving distance of the moving object.

【0010】移動距離X(m)は、 X(m)=(L(m)/f)×(1/2π)×Δφ L:視野(m) (CCD画素数n×1画素数の長さ) f:空間周波(視野L内の波数) Δφ:位相移動角(rad) となる。 [0010] travel distance X (m) is, X (m) = (L (m) / f) × (1 / 2π) × Δφ L: field (m) (the length of the number of CCD pixels n × 1 number of pixels ) f: space frequency (the wave number in the field of view L) Δφ: a phase movement angle (rad).

【0011】このような、移動距離測定装置は、移動物体の移動速度がCCDラインセンサ2の電荷蓄積時間に比べて遅く、路面の明暗に応じた検出出力に比例した電荷が充分に蓄積できる場合は正確に移動距離を測定することができるが、CCDラインセンサの蓄積時間に比べて高速で移動している場合は該CCDラインセンサ2はその蓄積時間内での移動による路面の明暗パターンの変化にともなった反射光を検出することになるから、路面位置によって決まった明暗パターンの検出をすることができないので、正確な移動距離の測定はできない。 [0011] In this case, moving distance measuring apparatus, the moving speed of the moving object is slower than the charge accumulation time of the CCD line sensor 2, the charges proportional to the detected output in accordance with brightness of the road surface can be sufficiently accumulated Although it is possible to accurately measure the distance traveled, the change in light-dark pattern of the road surface due to movement within the CCD line sensor 2 is the accumulated time when moving at a higher speed than the storage time of the CCD line sensor since will detect the reflected light with the, it is impossible to detect light and dark patterns determined by the road surface position and can not accurately measure the distance traveled. すなわち、いま図3に示すように、路面上の明暗パターンの空間周波成分パターンが波形(イ)であるとすると、移動物体の移動速度がCCDの蓄積時間に比べ遅い場合、 That is, as shown in now to FIG 3, when the spatial frequency component pattern of light and dark pattern on the road surface and a waveform (b), when the moving speed of the moving object is low compared to the CCD accumulation time,
視野(L)内のn個の画素は空間周波成分パターン波形(イ)に相当した電荷を蓄積し、位相角Δφだけ移動した後には空間周波成分パターン波形(ロ)に相当した電荷を蓄積するから、空間フィルタ演算装置(図1)によって路面上における明暗パターンの空間周波成分パターンを正確に抽出することができるが、移動速度がCCD n pixels in the field of view (L) accumulates the charge corresponding to the spatial frequency component pattern waveform (b), after moving by a phase angle Δφ accumulates charges corresponding to the spatial frequency component pattern waveform (b) from can be accurately extracted spatial frequency component pattern of light and dark pattern on the road surface by the spatial filter processing unit (FIG. 1), the moving speed of CCD
蓄積時間に比べ速い場合は、視野(L)内のn個の画素はその蓄積時間内に空間周波成分パターン波形(イ)から同じく蓄積時間内で移動する位置における空間周波成分パターン波形(ロ)までの変化する空間周波成分パターン波形に相当した電荷を蓄積することになるから空間フィルタ演算装置(図1)によって路面位置で決まる明暗パターンの空間周波成分を正確に抽出することはできない。 The faster compared with storage time, the visual field (L) in the n pixels is space-frequency component pattern waveform at the position of moving Also within the storage time from the spatial frequency component pattern waveform (b) in its storage time (b) it is not possible to accurately extract the spatial frequency components of the light-dark pattern determined by the road surface position by changing the spatial filter operation apparatus from will accumulate substantial electric charge to the spatial frequency component pattern waveform up (Figure 1). このような、移動速度が速いときの空間周波成分パターンの抽出が正確に行なうことができない原因は、 Such cause extraction can not be performed accurately spatial frequency component pattern when moving speed is high,
照明光源8が一定光であるからCCD蓄積時間中に移動した空間周波成分パターン波形(ロ)が同波形(イ)と同一の大きさであるからであり、波形(ハ)で示すようにCCD蓄積時間中に移動した空間周波成分パターンを小さくすれば、CCD蓄積時間中に蓄積される電荷は、 Since the illumination light source 8 is constant light is because the space-frequency components move during CCD storage time pattern waveform (b) is the same size as the same waveform (b), CCD as shown by the waveform (c) by reducing the spatial frequency component pattern moves during the accumulation time, charges accumulated in the CCD accumulation time,
より路面位置で決まる空間周波成分波形(イ)に相当したものになり、空間フィルタ演算装置(図1)による空間周波成分の抽出が正確に行なわれる。 Become those corresponding to the spatial frequency component waveform depends more road position (a), extraction of the spatial frequency components by the spatial filter processing unit (FIG. 1) is accurately performed.

【0012】そこで、本発明は、空間フィルタ演算装置(図1)における路面の照明光源4を、ストロボ状の光源すなわちCCD蓄積時間に比して短時間の点灯時間を有する光源を点滅させることにより、その点灯時間において波形(イ)、消灯時間において波形(ロ)に相当する電荷を蓄積するようにしたものである。 [0012] Therefore, the present invention is that by flashing a light source having a lighting source 4 of the road surface of the spatial filter processing unit (FIG. 1), short lighting time compared to the strobe-like light source i.e. CCD accumulation time , waveform (b) in that the lighting time is obtained so as to accumulate charges corresponding to the waveform (b) in the extinguishing time. このようにすると、CCDは短時間の反射光の検出となるから検出出力が低下するがそれを抑えるためには光源の光度を上げるなどの対策を講じればよい。 In this way, CCD may be Kojire measures such but the detection output from the detection of short reflected light decreases raise the intensity of the light source in order to suppress it.

【0013】 [0013]

【発明の効果】 以上のように、本発明によれば、路面(移動面)への照明光源をCCDラインセンサ蓄積時間 As is evident from the foregoing description, according to the present invention, CCD line sensor accumulation time illumination light source to the road surface (movement plane)
に比して短時間の点灯時間を有する光源とし、その光源 A light source having a lighting time of a short time as compared with, the light source
を点滅させることにより、移動体が高速で移動する場合においても、CCDラインセンサによって安定かつ正確に路面位置で決まる明暗パターンの空間周波成分パターンを検出することができるから、移動体の移動距離を正確に測定することができる。 By blinking the, when the moving body moves at a speed higher, since it is possible to detect the spatial frequency component pattern of light and dark patterns determined in a stable and accurate road position by the CCD line sensor, the moving distance of the moving body it can be accurately measured.

【0014】また、路面(移動面)照明用光源は、移動体が低速で移動する場合においても検出に必要な時間のみ点灯することになるから、消費電力の低減を図ることができる。 Further, the road surface (movement plane) illumination light source may be moving body from will light up only the time required to detect even in the case of slow moving, to reduce power consumption.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本願発明の空間周波演算装置 [1] spatial frequency operation device of the present invention

【図2】空間周波成分ベクトルの移動を説明するベクトル図 [2] vector diagram for explaining the movement of the spatial frequency component vector

【図3】空間周波成分パターンの移動を説明するパターン波形 [3] pattern waveform for explaining the movement of the spatial frequency component pattern

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1:光学レンズ 2:CCDラインセンサ 3:CCDカメラ 4:読出回路 5:A/D変換器 6:荷重関数発生回路 7:空間フィルタ演算装置の位相演算部 8:路面(移動面)照明用光源 1: optical lens 2: CCD line sensor 3: CCD camera 4: reading circuit 5: A / D converter 6: weighting function generating circuit 7: phase calculating unit 8 of the spatial filter calculation unit: road (movement plane) illumination light source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) G01B 11/00 - 11/30 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) G01B 11/00 - 11/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 移動物体の下面に取り付けられ移動方向に沿って配置された1つのCCDラインセンサと、 前記CCDラインセンサによって検出された移動面の明暗パターン検出出力を、所定の周期でサンプリングし読み出す読出回路と、 前記CCDラインセンサの視野内に相当する位相角内に配置される空間荷重関数を発生する空間荷重関数回路と、 前記読出回路から出力されるサンプリングされた明暗パターン出力のデータ値と、前記空間荷重関数発生回路から出力される空間荷重関数値との積和演算をする積和演算回路と、 前記積和演算回路の出力により位相空間上の空間周波成分ベクトルを検出し、前回サンプリングによる検出ベクトルと今回サンプリングによる検出ベクトルから両検出ベクトルの位相差を演算する位相演算部か And 1. A single CCD line sensors arranged attached to the lower surface of the moving object along the movement direction, the light-dark pattern detection output of the moving surface which is detected by the CCD line sensor is sampled at a predetermined period a read circuit for reading, the CCD and the spatial weighting function circuit for generating a spatial weighting function disposed within the phase angle line corresponding to the visual field of the sensor, the data value of the sampled light-dark pattern output is output from the read circuit When a product-sum operation circuit for the product-sum operation of the spatial weighting function value output from the spatial weighting function generating circuit detects the spatial frequency component vector of the phase space by an output of the product sum calculation circuit, the last whether the phase calculator for calculating a phase difference between both the detection vector from the detected vector by the detection vector and the current sampling by the sampling なる空間フィルタ演算回路と、 前記位相差から移動物体の移動距離を演算する移動距離演算回路と、 前記CCDラインセンサ蓄積時間に比して短時間の点灯 A spatial filter operation circuit comprising a moving distance calculation circuit for calculating a moving distance of the moving object from the phase difference, the lighting for a short time as compared with the CCD line sensor accumulation time
    時間を有する光源を点滅させる1つの移動面照明用の照 Irradiation of one movement plane for the illumination to blink the light source having a time
    明装置とを具備し、前記点灯時間においては、路面上の ; And a illumination device in the lighting time is on the road surface
    明暗パターンの空間周波成分パターン波形に相当する電 Electrostatic corresponding to the spatial frequency component pattern waveform of dark pattern
    荷をCCDラインセンサに蓄積し、消灯時間において Accumulating load on the CCD line sensor, the extinguishing time
    は、CCDラインセンサ蓄積時間中に移動した空間周波 A spatial frequency that has moved into the CCD line sensor accumulation time
    成分パターン波形に相当する電荷をCCDラインセンサ CCD line sensor the charges corresponding to the component pattern waveform
    に蓄積するようにしたことを特徴とする空間フィルタを用いた移動距離測定装置。 Travel distance measuring apparatus using a spatial filter which is characterized in that so as to accumulate.
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DE102009035336B3 (en) * 2009-07-22 2010-11-18 Faro Technologies, Inc., Lake Mary Device for optical scanning and measuring of environment, has optical measuring device for collection of ways as ensemble between different centers returning from laser scanner

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