JP3591291B2

JP3591291B2 - 車両形状計測装置

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Publication number: JP3591291B2
Application number: JP08985598A
Authority: JP
Inventors: 友紀長谷川
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: JPH11288496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型レーザセンサのような測距手段を用いて、走行路上の車両の車幅や車高を計測する車両形状計測装置、および車幅を計測する計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有料道路や駐車設備の入口には、進入車両の車種判別のために、車幅や車高を計測する車両形状計測装置が設置されている。
【０００３】
この車両形状計測装置としては、従来から、走査型のレーザセンサのような走査型測距手段を用いて、車幅や車高を計測するものがある。
【０００４】
走査型のレーザセンサは、レーザレーダとも呼ばれるもので、走査各方向にレーザを照射してその反射時間を照射方向毎に検出し、対象物までの距離を示すデータ、測距データを得るものである。
【０００５】
車両形状計測装置では、このレーザセンサが車両の走行路の上方に設置されて、上方からその走行路を幅方向に走査する。そのとき、走行路上に車両があれば、その車両の上面部や側面部にレーザが照射されて、これら各面部までの測距データが得られる。この測距データから、車両の断面形状を求め、車幅や車高を計測することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなレーザセンサを、１台だけ走行路の上方に設置した場合、どうしても影になる部分、レーザが照射されない部分ができる。
【０００７】
例えば、図６の設置例の場合、左端のレーザセンサＬ_１について見れば、そのレーザは車両Ｍの上面部と左側の側面部とには照射されるが、車両Ｍの右側の側面部は影になり、レーザが照射されない。
【０００８】
このように、１台のレーザセンサによる走査では、少なくとも車両Ｍの一方の側面部が影になる。影になる側面部については測距データが得られないから、その側面部の形状が判明せず、車幅も求められないことになる。
【０００９】
そこで、従来の車両形状計測装置では、図６にも示したように、走行路Ｒの上方に複数台のレーザセンサＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３を幅方向に分散配置して、車両Ｍの上面部のほか、両側面部にもレーザが照射されるようにしている。このようにすれば、レーザ照射に対して影になる側面部が無くなり、これによって車両Ｍの正確な断面形状が得られ、車幅の計測が可能になる。
【００１０】
しかしながら、走査型のレーザセンサ自体、高価なもので、これを複数台設置するとなれば、コストが嵩む。
【００１１】
また、複数台のレーザセンサを一括制御したり、複数台のレーザセンサからの測距データを整合的に処理したりするには、高度なシステムが必要で、システム構成が複雑となるばかりか、この面でもコストの上昇を招く。
【００１２】
さらに、複数台のレーザセンサを幅方向に分散配置するためには、図示のように、走行路を跨ぐガントリー２０を設置する必要があり、場所的制限を受けるほか、設置工事が面倒で費用がかかる。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題に対処しようとするものであるが、本件発明者が、車両形状計測装置において計測の対象となる車両について、あらためて見直しをしたところ、特殊な作業車を除き、ほとんどの車両は外形が左右対称である、という事実に思い至った。
【００１４】
左右対称であれば、あえて車両の両側面部の形状を知る必要はなく、一方の側面部の形状が判明したら、他方の側面部はそれと同形状と推定しても、間違いはないはずである。レーザの走査により車両の一方の側面部の形状が判明すればよいのであれば、レーザセンサは、なにも複数台設ける必要はなく、１台で済むはずである。
【００１５】
本発明は、上記のように知見に基づき、車両の外形が左右対称であるという事実を利用して、走査型のレーザセンサのような走査型測距手段の設置数を最少の１台とするとともに、測距データについては演算で補うようにすることで、構成を簡略化してコストの削減を図り、設置工事を容易にすることを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、次のように車両形状計測装置を構成した。
【００１７】
すなわち、車両の走行路の片側の上方から該走行路の幅方向にレーザ光を走査する際のレーザ光の照射角度と、前記レーザ光の照射から車両で反射したレーザ光の受光までに要する光伝播時間とに基づいて車両形状として車幅を計測する車両形状計測装置であって、当該車両形状計測装置は、前記走行路の幅方向に対するレーザ光の走査領域を複数の区間に分割し、各分割した区間それぞれでの光伝播時間を基に車両の上面部の幅方向両側の２つの端点Ｐ _１，Ｐ _２（Ｐ _１はレーザ光が照射される車両側面部に近い側の端点、Ｐ _２はレーザ光が照射されない側の車両側面部に近い側の端点）と、レーザ光が照射される車両側面部の張り出し端点Ｐ _３とを演算し、前記両端点Ｐ _１，Ｐ _２から車両の上面部の幅Ｉ _１と、前記張り出し端点Ｐ _３と前記端点Ｐ _１との差Ｉ２とを演算し、Ｉ＝Ｉ _１＋２・Ｉ _２の演算を行うことにより、上記車幅Ｉを演算するものである構成とした。
【００１８】
また、本発明は、車両の走行路の上方からその幅方向にレーザセンサから照射されるレーザ光で走査して走査方向毎に測距データを得る走査型測距手段と、この走査型測距手段で得られた測距データを処理して車幅を求めるデータ処理部とを備え、前記走査型測距手段は単一で、少なくともこの走査型測距手段の部分が走行路の片側の上方に配置され、前記データ処理部は、前記走行路の幅方向に対するレーザ光の走査領域を複数の区間に分割し、各分割した区間それぞれでの光伝播時間を基に車両の上面部の幅方向両側の２つの端点Ｐ _１，Ｐ _２（Ｐ _１はレーザ光が照射される車両側面部に近い側の端点、Ｐ _２はレーザ光が照射されない側の車両側面部に近い側の端点）と、レーザ光が照射される車両側面部の張り出し端点Ｐ _３とを演算し、前記両端点Ｐ _１，Ｐ _２から車両の上面部の幅Ｉ _１と、前記張り出し端点Ｐ _３と前記端点Ｐ _１との差Ｉ２とを演算し、Ｉ＝Ｉ _１＋２・Ｉ _２の演算を行うことにより、上記車幅Ｉを演算するものである構成とした。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図面に基づいて本発明の実施の形態を説明すると、図１ないし図３は本発明の一実施の形態を示すもので、図１は、本発明の一実施の形態に係る車両形状計測装置の設置状態を示す正面図、図２は同装置の構成を示すブロック図、図３は作用説明のための波形図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態の車両形状計測装置は、走査型測距手段としての走査型のレーザセンサＬと、データ処理部１とを備えたものである。データ処理部１は、地面などの設置しやすい場所に設置される。
【００２１】
走査型のレーザセンサＬは、走査各方向にレーザを照射してその反射時間を照射方向毎に検出し、対象物までの距離を示す測距データを得るものであって、本発明の装置では、１台が車両Ｍの走行路Ｒの片側の上方に設置されており、走行路Ｒの上方からレーザを照射して走行路Ｒを幅方向に走査するようになっている。符号２は、レーザセンサＬを支持する支柱である。
【００２２】
このレーザセンサＬの構成は図２に示す通りで、発光器３と、その駆動回路４と、走査機構５と、受光器６と、受光回路７と、制御回路８とからなる。
【００２３】
発光器３は、例えばレーザダイオードであって、駆動回路４のパルス駆動によりレーザ発光する。走査機構５は、例えば回転駆動されるポリゴンミラーであって、発光器３からのレーザの照射方向を変えてレーザによる走査を行う。受光器６は、例えばフォトダイオードであって、走査型機構５やハーフミラー９を介して対象物からのレーザの反射光を受光する。受光回路７は、受光器６からの受光信号に波形整形等の信号処理を行って制御回路８に送る。制御回路８は、駆動回路４や走査機構５の動作を制御するとともに、受光回路７からの入力信号を基に測距データを生成してデータ処理部１に送出する。
【００２４】
なお、１台のレーザセンサＬで走行路Ｒ上の車両Ｍを走査した場合は、既に図６に基づいて述べたように、レーザが照射されない部分があり、車両Ｍの一側面部に影ができるから、この単一のレーザセンサＬで得られる測距データには、一方の側面部の影の情報が含まれている。
【００２５】
データ処理部１は、前記のレーザセンサＬで得られた測距データを処理して車幅および車高を計測する部分で、その構成は図２に示されている通りである。すなわち、データ処理部１は、断面形成部１０と、特異点検出部１１と、車幅演算部１２と、車高検出部１３とからなる。
【００２６】
データ処理部１のこれら各構成部分の処理動作については後に詳しく述べるので、ここでは簡単に説明する。まず、断面形成部１０は、レーザセンサＬの測距データから、走行路Ｒ上の車両Ｍの断面形状に近似した形状データを生成する。この場合、レーザセンサＬで得られる測距データには、影の情報が含まれているから、このような測距データから生成される形状データは、車両Ｍの断面形状に正確に対応したものでなく、影を伴う車両Ｍの断面形状を示するものとなっている。
【００２７】
特異点検出部１１は、断面形成部１０で得られた影を伴う断面形状から、特に車幅の演算に必要な特異点を検出する。特異点は、簡単には、影を伴う断面形状の形を決める屈曲点で、３点ある。
【００２８】
車幅演算部１２は、特異点検出部１１で検出された特異点を基に、演算により車幅を求める。ここでの演算は、要するに、車両Ｍの両側面部のうち、レーザ照射側の側面部の形状データにより、影になる側の側面部の形状データを補う演算であって、その具体的内容は動作の説明の際に述べる。
【００２９】
車高検出部１３は、断面形成部１０で得られた形状データ、もしくは特異点検出部１１で検出された特異点のデータから車高を求める。
【００３０】
なお、図１および図２では、レーザセンサＬと、データ処理部１とを別個に設けるように示したが、データ処理部１は単一のレーザセンサＬに対応するものであるから、データ処理部１をレーザセンサＬの内部に組み込むことが可能で、その場合は、レーザセンサＬの制御回路８に所要のプログラムを与えて、制御回路８が機能的にデータ処理部１の各構成部分として動作するようにしてもよい。
【００３１】
次に上記構成の動作を説明する。まず、走査型のレーザセンサＬは、走行路Ｒの片側の上方からレーザを照射して走行路Ｒを幅方向に走査するが、図１に示すように、レーザセンサＬの設置高さをＨ、直下方向からの最大走査角度をθとすると、その走査領域の幅Ｄは、ほぼ、
Ｄ＝Ｈｔａｎθ（単位ｍ） ……………（イ）
となる。そして、この走査領域Ｄは、多数（Ｎ個）の区間に等分割され、各区間毎にレーザの反射時間が測定される。各区間の幅ｄは、前記（イ）式から次式のようになる。
【００３２】
ｄ＝Ｄ／Ｎ＝（Ｈｔａｎθ）／Ｎ（単位ｍ） ……………（ロ）
レーザセンサＬで得られるデータは、直接的には、走査領域Ｄの各区間ｄ毎のレーザの反射時間を示すが、反射時間は対象物までの距離に対応するから、対象物までの距離を示す測距データでもある。
【００３３】
レーザセンサＬで得られた測距データは、データ処理部１の断面形成部１０に与えられる。断面形成部１０では、その測距データを基に、車両Ｍの断面に近似した形状のデータが生成される。この形状データの生成は、目に見える形で説明すれば、図３に示すような座標上に、測距データにより車両Ｍの断面に近似した図形を描くことである。
【００３４】
図３の座標は、縦軸にレーザの反射時間をとり、横軸に走査領域Ｄの区間ｄの数Ｎをとったものである。縦軸方向の実際の寸法は、反射時間ｔの値に、光速Ｃの２分の１（Ｃ／２）を乗算すれば求められ、横軸方向の実際の寸法は、区間の数Ｎに区間の幅ｄを掛ければ求められる。
【００３５】
各測距データについては、走査角度が大きいほどレーザの反射時間が長く、対象物までの距離も長いから、走査角度毎に増減補正を行った上で、座標上に全走査領域Ｄの測距データを点列として表示する。すると、図３にも示したように、走行路Ｒ上の車両Ｍの断面に近似した形状が描かれる。
【００３６】
ここで形成される形状は、レーザセンサＬから見た車両Ｍの形状であって、正確に車両Ｍの断面形状に対応するものではなく、車両Ｍの断面形状と、レーザ照射側とは反対側にできる影とを含む形状になっている。
【００３７】
この形状からは、車両Ｍの上面部の形状や高さが分かり、側面部については、レーザ照射側の側面部の形状が分かる。したがって、断面形成部１０で得られる形状データからは、車幅までは分からないが、車高は求めることができる。
【００３８】
車高検出部１３では、断面形成部１０で得られる形状データから車高が求められる。図３に即して言えば、走行路Ｒの路面での反射時間をｔ_１、車両上面部での反射時間をｔ_２とすると、その時間差（ｔ_１−ｔ_２）が車高に対応する。そして、車高の実際の寸法Ｋは、次式（ハ）により求められる。
【００３９】
Ｋ＝（ｔ_１−ｔ_２）×Ｃ／２ ……………（ハ）
ただし、光速Ｃ＝３×１０^８（ｍ／ｓ）である。
【００４０】
断面形成部１０で得られた形状データは特異点検出部１１にも入力する。特異点検出部１１では、断面形成部１０で形成された影を伴う断面形状から、３つの特異点が検出される。ここで特異点とは、車両Ｍの上面部の幅方向両端の２つの端点Ｐ_１，Ｐ_２と、車両Ｍの両側面部のうち、レーザ照射側の側面部での張り出し端点Ｐ_３である。
【００４１】
通常の車両については、断面形成部１０で得られた形状から、直接的に３つの特異点Ｐ，_１Ｐ_２，Ｐ_３を求めることができるが、上面部の角が丸い車両では、上面部の両端点Ｐ_１，Ｐ_２を見出しにくいことがある。このような場合を考慮して、次のような処理により、上面部の両端点Ｐ_１，Ｐ_２を求めるようにしてもよい。
【００４２】
すなわち、車両上面部の両端点Ｐ_１，Ｐ_２のうち、レーザセンサＬに近い側の端点Ｐ_１については、走行路Ｒの路面と平行で上面部に接する接線と、レーザ照射側の側面部に接する接線とを設定し、これらの両接線の交点として端点Ｐ_１を求める。また、レーザセンサＬから遠い側では、上面部の端が形状の屈曲点として鮮明に現れるから、その点を上面部の他の端点Ｐ_２とする。
【００４３】
３つの特異点Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３の座標上の位置が分かれば、車両Ｍの上面部の幅Ｉ_１は、上面部の両端点Ｐ_１，Ｐ_２の差であり（Ｉ_１＝Ｐ_２−Ｐ_１）、また、レーザセンサＬに近い側の側面部での張り出し量Ｉ_２は、同側面部での張り出し端点Ｐ_３と上面部の一方の端点Ｐ_１との差である（Ｉ_２＝Ｐ_１−Ｐ_３）から、上面部の幅Ｉ_１と、レーザセンサＬに近い側の側面部での張り出し量Ｉ_２とが分かるが、レーザ照射に対して影となる側面部については、データがない。
【００４４】
しかしながら、車両のほとんどは外形が左右対称であるから、レーザ照射に対して影となる側面部は、レーザ照射側の側面部と同じ形状をしており、レーザ照射側の側面部と同じ量、張り出していると考えられる。
【００４５】
そこで、車幅演算部１２では、レーザ照射側の側面部での張り出し量Ｉ_２を２倍して、これを上面部の幅Ｉ_１に加えれることで、車幅Ｉが求められる。
【００４６】
Ｉ＝Ｉ_１＋２×Ｉ_２ ……………（ニ）
これで、レーザ照射に対して影となる側面部のデータが補われたことになり、車幅が求められる。
【００４７】
なお、図３の座標上では、ＩやＩ_１、Ｉ_２等は、走査領域Ｄの区間ｄの数として表されているから、車幅の実際の寸法Ｗは、次の式（ホ）で求められる。
【００４８】
Ｗ＝Ｉ×ｄ（単位ｍ） ………………（ホ）
上記の実施形態では、データ処理部１で車幅と車高とを計測するようにしたが、車幅の計測と車高の計測とは、必ずしもセットで行う必要はなく、レーザが照射される側の形状データで、レーザ照射に対して影となる側面部のデータを補う演算を行って車幅を求める方法は、単独で実施することもできる。その場合のデータ処理部は、図２に示すデータ処理部１から車高検出部１３を除いた構成となる。
【００４９】
以上のように、本発明では、１台の走査型レーザセンサＬを走行路Ｒの片側の上方に設置すればよく、走行路Ｒの左右いずれの側でもよいから、図４および図５に示すような設置も可能である。
【００５０】
図４は、本発明の車両形状計測装置の他の設置例を示している。この設置例では、互いに隣接する２本の走行路Ｒ_１，Ｒ_２の間の分離帯Ｓに支柱２が建てられ、この支柱２には、一方の走行路Ｒ_１を走査領域とするレーザセンサＬ_１と、他方の走行路Ｒ_２を走査領域とするもう一つのレーザセンサＬ_２とが取り付けられている。
【００５１】
このように、２本の走行路Ｒ_１，Ｒ_２をそれぞれ走査する２台のレーザセンサＬ_１，Ｌ_２が、いずれも同一の分離帯Ｓの上方に設けられるから、設置スペースが極めて小さくて済み、しかも１本の支柱２に支持されるから、設置工事も簡単に行える。
【００５２】
図５は、本発明の他の実施の形態を示すもので、この実施の形態では、互いに隣接する２本の走行路Ｒ_１，Ｒ_２の間の分離帯Ｓの上方に、支柱２により１台のレーザセンサＬ_３が設置されている。ここでのレーザセンサＬ_３は、２本の走行路Ｒ_１，Ｒ_２をそれぞれ走査領域とするもので、分離帯Ｓを含む区域を不走査域Ｔとして２本の走行路Ｒ_１，Ｒ_２を幅方向に走査するようになっている。
【００５３】
このように１台のレーザセンサＬ_３で２本の走行路Ｒ_１，Ｒ_２を走査するようにした場合は、レーザセンサの設置スペースが一段と小さくて済み、レーザセンサの支持部材もわずかで、設置工事がより簡単になる。
【００５４】
上記の各実施形態では、走査型測距手段として走査型のレーザセンサを用いたが、光等の放射波で走査してその走査方向毎に測距データを得るものであれば使用可能で、例えば、ごく波長の短い電波で走査する測距手段でもよい。
【００５５】
【発明の効果】
本発明では、レーザ等の走査に対して車両の一側面部が影になっても、その側面部の形状を示すデータを演算により補うようにしたから、走査型測距手段は走行路の片側の上方にあればよく、１台で済むから、従来のように複数台用いる車両形状計測装置に比べ、コストの削減が可能である。
【００５６】
また、１台の走査型測距手段の測距データを処理するのであるから、システムの構成が簡略化する。
【００５７】
さらに、１台の走査型測距手段では、その設置のために路側に支柱を建てればよく、複数台の走査型測距手段を用いる従来の装置のように、走行路を跨ぐガントリーを設置する必要がなく、設置スペースが小さくて済むほか、設置工事が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る車両形状計測装置の設置状態を示す正面図である。
【図２】上記実施の形態の装置の構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施の形態の装置の作用説明のための波形図である。
【図４】本発明の装置の他の設置例を示す正面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る車両形状計測装置の設置状態を示す正面図である。
【図６】従来の車両形状計測装置の設置状態を示す正面図である。
【符号の説明】
Ｌ走査型レーザセンサ（走査型測距手段）、
１データ処理部、２支柱、
Ｒ走行路、Ｍ車両、

Claims

車両の走行路の片側の上方から該走行路の幅方向にレーザ光を走査する際のレーザ光の照射角度と、前記レーザ光の照射から車両で反射したレーザ光の受光までに要する光伝播時間とに基づいて車両形状として車幅を計測する車両形状計測装置であって、
当該車両形状計測装置は、前記走行路の幅方向に対するレーザ光の走査領域を複数の区間に分割し、各分割した区間それぞれでの光伝播時間を基に車両の上面部の幅方向両側の２つの端点Ｐ _１，Ｐ _２（Ｐ _１はレーザ光が照射される車両側面部に近い側の端点、Ｐ _２はレーザ光が照射されない側の車両側面部に近い側の端点）と、レーザ光が照射される車両側面部の張り出し端点Ｐ _３とを演算し、前記両端点Ｐ _１，Ｐ _２から車両の上面部の幅Ｉ _１と、前記張り出し端点Ｐ _３と前記端点Ｐ _１との差Ｉ２とを演算し、Ｉ＝Ｉ _１＋２・Ｉ _２の演算を行うことにより、上記車幅Ｉを演算することを特徴とする車両形状計測装置。
車両の走行路の上方からその幅方向にレーザセンサから照射されるレーザ光で走査して走査方向毎に測距データを得る走査型測距手段と、この走査型測距手段で得られた測距データを処理して車幅を求めるデータ処理部とを備え、
前記走査型測距手段は単一で、少なくともこの走査型測距手段の部分が走行路の片側の上方に配置され、
前記データ処理部は、
前記走行路の幅方向に対するレーザ光の走査領域を複数の区間に分割し、各分割した区間それぞれでの光伝播時間を基に車両の上面部の幅方向両側の２つの端点Ｐ _１，Ｐ _２（Ｐ _１はレーザ光が照射される車両側面部に近い側の端点、Ｐ _２はレーザ光が照射されない側の車両側面部に近い側の端点）と、レーザ光が照射される車両側面部の張り出し端点Ｐ _３とを演算し、前記両端点Ｐ _１，Ｐ _２から車両の上面部の幅Ｉ _１と、前記張り出し端点Ｐ _３と前記端点Ｐ _１との差Ｉ２とを演算し、Ｉ＝Ｉ _１＋２・Ｉ _２の演算を行うことにより、上記車幅Ｉを演算することを特徴とする車両形状計測装置。
請求項２記載の車両形状計測装置であって、
一の走行路を走査領域とする走査型測距手段が、該走行路と隣接する他の走行路との間の分離帯の上方で、前記他の走行路を走査領域とする他の走行型測距手段と同一の支柱に取り付けられていることを特徴とする車両形状計測装置。
請求項２記載の車両形状計測装置であって、
前記走行型測距手段が、互いに隣接する２本の走行路の分離帯の上方に設置され、かつ単一で前記２本の走行路をそれぞれ走査領域とするものであることを特徴とする車両形状計測装置。