JP3897191B2

JP3897191B2 - 平面の段差計測装置

Info

Publication number: JP3897191B2
Application number: JP09859197A
Authority: JP
Inventors: 敏彦福原; 満雄高橋; 壽芳佐藤
Original assignee: コマツエンジニアリング株式会社
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: JPH10288516A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体を平面の縦断方向に移動させつつ当該移動体から光を平面に向けて投光し、この投光結果に基づき平面の段差を計測する平面の段差計測装置に関し、特に車両が走行する路面の段差を３次元的に計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両が走行する路面の縦断方向、つまり車両進行方向に平行な方向の路面形状（縦断凹凸プロフィール）を計測する装置に関する発明として、従来、特願平２−４６７１３号、特願平３−８４４２号、特願平４−２９０５６号にみられるものがある。
【０００３】
また、車両が走行する路面の横断方向、つまり車幅方向に平行な方向の路面形状（横断凹凸プロフィール）を計測する装置に関する発明として、従来、特公平３−５５７６４号、実公平３−１８８８２号、特開昭６２−２１５８１６号、特開昭６１−１１２９１８号にみられるものがある。
【０００４】
たとえば、上記特願平２−４６７１３号（発明の名称「平面の段差計測装置」）では、車両搭載の計測システムによって、車両が路面縦断方向に走行中、車両から路面に向けて射出されるレーザ光、超音波等の車両、路面間の往復伝搬時間を計時し、車両と路面との相対距離を検出し、この検出した相対距離から路面の縦断凹凸プロフィールを取得するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、近年、路面の凹凸プロフィールを３次元的に計測したいとの要請がある。このためには、同じ路面の縦断凹凸プロフィールと、横断凹凸プロフィールとを計測する必要がある。
【０００６】
しかし、従来技術で掲げた方法は、いずれも路面の縦断凹凸プロフィールあるいは路面の横断凹凸プロフィールを、単独で計測する方法に関する発明であり、これら縦断方向の計測、横断方向の計測は、それぞれ独立したシステムで行うことを前提としたものである。
【０００７】
したがって、同じ路面の縦断凹凸プロフィールと、横断凹凸プロフィールを計測するためには、２台の専用計測車を用意するか、縦断方向計測用のシステムおよび横断方向計測用のシステムの両方を搭載した１台の計測車を用意しなければならない。
【０００８】
この結果、計測システムが複雑なものとなり、計測処理が繁雑になるという問題が招来する。とりわけ２台の専用計測車による計測の場合には、リアルタイムに３次元凹凸プロフィール（縦断凹凸プロフィールと横断凹凸プロフィール）を計測することができないという問題が招来する。
【０００９】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、同じ平面の縦断凹凸プロフィールと、横断凹凸プロフィールとを簡易なシステム構成で、簡易な処理にて同時に計測して、平面の３次元的な凹凸プロフィールを簡易かつリアルタイムに取得することができる平面の段差計測装置を提供することを解決課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および効果】
そこで、この発明では、移動体を平面の縦断方向に移動させつつ当該移動体から光を平面に向けて投光し、この投光結果に基づき前記平面の段差を計測する平面の段差計測装置において、
前記移動体が移動した距離を検出する距離検出手段と、
前記移動体が所定距離移動する毎に、前記平面の横断方向に沿って少なくとも２本の光照射ラインが当該平面上に形成され、また当該少なくとも２本の光照射ラインが前記移動体の移動方向に互いに所定距離離間するように前記移動体から前記平面に向けて光を投光する投光手段と、
前記移動体が前記所定距離移動する毎に、前記投光手段によって前記平面に形成された少なくとも２本の光照射ラインを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像上の光照射ラインに沿って複数の横断方向ポイントを設定し、前記移動体が前記所定距離移動する毎に、これら光照射ライン上の各横断方向ポイントの画像上における位置を検出することによって、光照射ラインの各横断方向ポイントに対応して前記平面の横断方向の高さデータを取得する横断方向データ演算手段と、
前記横断方向データ演算手段の演算結果に基づいて、前記平面の縦断方向に沿って各移動距離毎の光照射ライン上の同一横断方向ポイントを結んだ縦断ラインを、光照射ラインの各横断方向ポイント毎に形成し、この縦断ラインの縦断方向の各縦断方向ポイントに対応して前記平面の縦断方向の高さデータを取得する縦断方向データ演算手段と、
前記距離検出手段の検出結果と、前記横断方向データ演算手段で取得された前記平面の横断方向の高さデータと、前記縦断方向データ演算手段で取得された前記平面の縦断方向の高さデータとを突き合わせることにより、前記平面の３次元の各位置における高さデータを取得する３次元データ演算手段と
を具え、
前記移動体が所定距離走行する毎に得られる少なくとも２本の光照射ラインの横断ポイントの高さデータから路面の鉛直方向変位を求めるようにしている。
【００１１】
すなわち、かかる構成によれば、図１に示すように、移動体１が所定距離ｄ移動する毎に、平面ＲＤの横断方向Ｗに沿って少なくとも２本の光照射ラインＬa、Ｌbが当該平面ＲＤ上に形成されるように移動体１から平面ＲＤに向けて光Ｌsa、Ｌsbが投光される。
【００１２】
そして、図４に示すように、移動体１が所定距離ｄ移動する毎に、平面ＲＤに形成された少なくとも２本の光照射ラインＬa、Ｌbが撮像される（撮像面３１）。
【００１３】
そして、この撮像された画像３１上の光照射ラインＬa、Ｌbに沿って複数の横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240が設定され、図５に示すように、移動体１が所定距離ｄ移動する毎に、これら光照射ラインＬa、Ｌb上の各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240の画像３１上における位置Ｔ2、Ｔ1を検出することによって、図７に示すように、光照射ラインＬ1、Ｌ2…Ｌnの各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240に対応して平面ＲＤの横断方向Ｗの高さデータＬ1h、Ｌ2h…Ｌ240hが取得される。
【００１４】
そして、この演算結果に基づいて、図８に示すように、平面ＲＤの縦断方向Ｆに沿って各移動距離ｄ毎の光照射ラインＬ1、Ｌ2…Ｌn上の同一横断方向ポイントを結んだ縦断ラインＭ1、Ｍ2…Ｍ240が、光照射ラインの各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240毎に形成され、この縦断ラインＭ1、Ｍ2…Ｍ240の縦断方向Ｆの各縦断方向ポイントに対応して平面ＲＤの縦断方向の高さデータＭ1h、Ｍ2h…Ｍ240hが取得される。
【００１５】
そして、図９に示すように、距離検出手段の検出結果と、平面ＲＤの横断方向の高さデータＬ1h、Ｌ2h…Ｌ240hと、平面ＲＤの縦断方向の高さデータＭ1h、Ｍ2h…Ｍ240hとが突き合わされることにより、平面ＲＤの３次元の各位置における高さデータ３５が取得される。
【００１６】
このように、本発明によれば、平面ＲＤの横断方向Ｗに沿って少なくとも２本の光照射ラインＬa、Ｌbを形成し、この光照射ラインＬa、Ｌbの撮像結果に基づく演算によって、平面ＲＤの横断方向の高さデータＬ1h、Ｌ2h…Ｌ240hと、縦断方向の高さデータＭ1h、Ｍ2h…Ｍ240hとが求められ、これら求められたデータを、距離検出結果に応じて突き合わせることで、平面ＲＤの３次元の各位置における高さデータを取得するようにしたので、簡易なシステム構成でかつ簡易な処理にて、車両が走行する路面等平面の３次元的な凹凸プロフィールを簡易かつリアルタイムに取得することができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る平面の段差計測装置の実施の形態について説明する。本実施形態では、平面として、車両が走行する路面を想定している。
【００１８】
図１は、本実施形態の装置構成を示すブロック図であり、路面計測用の車両１に、路面ＲＤの段差を計測する計測装置が搭載されているものとする。
【００１９】
同図１に示すように、この車両１は、その進行方向Ｆとは垂直な車幅方向Ｗに沿って光照射ラインＬa、Ｌbを形成しつつ、走行するものであり、この路面ＲＤに形成された光照射ラインＬa、Ｌbの撮像結果に基づき路面ＲＤの３次元的な凹凸プロフィール（段差）を計測するものである。
【００２０】
なお、ここで、路面ＲＤの縦断方向を、車両１の進行方向Ｆに平行な方向と、また、路面ＲＤの横断方向を、車両１の車幅方向Ｗに平行な方向と定義する。
【００２１】
車両１搭載の計測装置は、以下のような投光手段を具えている。
【００２２】
すなわち、レーザ発振器３ではレーザ光が発振、出力され、このレーザ光が、集光レンズ４、ハーフミラー５に入射される。ハーフミラー５に入射されたレーザ光は、直進方向と直角方向（鉛直下方）とに分配される。直角方向に反射されたレーザ光は、スキャナ２ａに入射される。スキャナ２ａは、入射されたレーザ光を車幅方向Ｗ、つまり、路面ＲＤの横断方向に走査しつつ路面ＲＤ上に投光するものである。この結果、スキャナ２ａにより走査されたレーザ光Ｌsaは、路面ＲＤ上に横断方向Ｗに照射され、路面ＲＤ上には、その横断方向Ｗに沿った光照射像（これを光照射ラインという）Ｌaが形成されることになる。
【００２３】
一方、ハーフミラー５を直進方向に透過したレーザ光は、ミラー６によって直角方向（鉛直下方）に反射され、スキャナ２ａから車両進行方向Ｆに所定距離ｄだけ離間されて配設されたスキャナ２ｂに入射される。このスキャナ２ｂは、上記スキャナ２ａと同様のものであり、このスキャナ２ｂの走査の結果、路面ＲＤ上には、上記光照射ラインＬaから車両進行方向Ｆに上記所定距離ｄだけ離間された位置に、路面横断方向Ｗに沿った光照射ラインＬbが形成されることになる。
【００２４】
これら２つのスキャナ２ａ、２ｂは同期して駆動されているので、車両１が走行中同時に２本の光照射ラインＬa、Ｌbが形成されることになる。なお、これら２つのスキャナ２ａ、２ｂは、車両１が上記所定距離ｄだけ走行する毎に１走査がなされるように駆動制御される。
【００２５】
車両１には、こうして投光手段によって路面ＲＤ上に形成された２本の光照射ラインＬa、Ｌbを斜め上方から撮像する撮像手段であるＴＶカメラ１０が配設されている。
【００２６】
図２は、このＴＶカメラ１０の撮像視野５０を幾何的に説明する図である。
【００２７】
すなわち、路面ＲＤに段差があった場合に、ＴＶカメラ１０から遠い位置にある光照射ラインＬbを検出できる高さ範囲は、５０ｂに示される。一方、同じく路面ＲＤに段差があった場合に、ＴＶカメラ１０に近い位置にある光照射ラインＬaを検出できる高さ範囲は、５０ａに示される。したがって、ＴＶカメラ１０によって、これら２つの光照射ラインＬa、Ｌbを同時に検出できる路面高さ範囲は、これら高さ範囲５０ａ、５０ｂの共通範囲である５０ａｂとなる。
【００２８】
ＴＶカメラ１０では、このようにして路面ＲＤ上に形成された２本の光照射ラインＬa、Ｌbの斜め上方からの撮像画像が取得される。
【００２９】
この撮像画像上に示される２本の光照射ラインＬa、Ｌbの形状（プロフィール）は、路面ＲＤの横断方向Ｗの形状（プロフィール）を表している。
【００３０】
ただし、ここで取得される撮像画像は、集光レンズ４等の歪みに起因する画像歪みがあるために、実際の路面形状とは異なる。そこで、レンズの歪み（ディストーション）とレンズの倍率のデータから画像歪みを補正する後述する補正処理がなされる。
【００３１】
スキャナ２ａ、２ｂからそれぞれ射出されるレーザ光Ｌsa、Ｌsbは、ハーフミラー７ａ、７ｂを介して光検出部８に入力される。この光検出部８では、スキャナ２ａ、２ｂからレーザ光が射出されていることが検出される。さらに、１スキャン検出部９では、この光検出部８の検出信号に基づいて、射出されたレーザ光が一走査されたことが検出される。
【００３２】
また、車両１のタイヤ２０には、その回転量を検出することにより車両１の走行距離を検出する距離検出センサ２１が付設されている。この距離検出センサ２１の検出信号は、距離信号処理部２２に入力され、この距離信号処理部２２からは、車両１が所定距離ｄ走行する毎に、所定距離ｄ走行したことを示す信号が出力される。
【００３３】
１スキャン検出部９の検出信号および距離信号処理部２２の検出信号は、横断データ演算器１１に入力される。一方、ＴＶカメラ１０の撮像信号についても、横断データ演算器１１に入力される。ＴＶカメラ１０の撮像信号は、Ａ/Ｄ変換器１２によりアナログ/ディジタル変換されて、ピーク検出部１３に入力される。
【００３４】
このピーク検出部１３における処理内容は、図４、図５に示される。
【００３５】
図４は、上記スキャナ２ａ、２ｂにより１走査され、かつ車両１が所定距離ｄだけ走行する毎に取得されるＴＶカメラ１０の撮像画像３１を示している。撮像画像３１が取得されるタイミング（１走査が終了し、かつ所定距離ｄだけ走行した時点）は、上記１スキャン検出部９の検出信号（１スキャン検出信号）および上記距離信号処理部２２の検出信号（所定距離ｄ走行終了検出信号）から得られる。
【００３６】
この撮像画像３１上には、光照射ラインＬa、Ｌbに沿って２４０個の横断方向ポイント（位置）Ｐ1、Ｐ2…Ｐ240が設定される。そこで、これら光照射ラインＬa、Ｌb上の各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240の画像３１上における位置を検出することによって、光照射ラインＬa、Ｌbの各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240に対応して路面ＲＤの横断方向Ｗの高さデータが取得される。
【００３７】
光照射ラインＬa、Ｌb上の各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240の画像３１上における位置は、画像３１上を各ポイント毎に水平走査（ＨＤ）することによって検出される。たとえば、横断方向ポイントＰ240を例にとると、この横断方向ポイントＰ240の位置で水平走査（ＨＤ）すると、図５に示すように、１走査線（１ＨＤ）したときのビデオ信号のピーク３３ｂの位置Ｔ1（基準線３２に対する位置Ｔ1）が、光照射ラインＬbの横断方向ポイントＰ240における路面ＲＤの高さとなる。また、図５においてビデオ信号のピーク３３ａの位置Ｔ2（基準線３２に対する位置Ｔ2）が、光照射ラインＬaの横断方向ポイントＰ240における路面ＲＤの高さとなる。
【００３８】
他の横断方向ポイントＰ1…Ｐ239についても同様な処理がなされるので、図４に示すように、光照射ラインＬaの各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240に対応して路面ＲＤの横断方向Ｗの高さデータＬahが取得されることになる。なお、光照射ラインＬaの各ポイント間における高さは、補間によって求めるようにしてもよい。かかる補間によって光照射ラインＬaの連続する各点についての高さデータを求めることができる。
【００３９】
光照射ラインＬbについても同様に、各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240に対応して路面ＲＤの横断方向Ｗの高さデータＬbh（各ポイント間については補間によって高さデータが求められる）が取得されることになる。
【００４０】
ただし、撮像画像３１上の各光照射ライン（像）Ｌa、Ｌbは、それぞれ集光レンズ４等の歪みに起因する画像歪みを有しているために、これを各光照射ラインＬa、Ｌb毎に補正する処理が実行される。つまり、各光照射ラインＬa、Ｌb毎の補正データが格納されている歪み補正テーブル１４ａ、１４ｂの記憶内容を読み出し、所定の補正演算が行われる。
【００４１】
ここで、前述したように車両１が所定距離ｄだけ走行する毎にスキャナ２ａ、２ｂの走査により、距離ｄだけ離間した２本の光照射ラインＬa、Ｌbが順次形成されていくので、車両進行方向、つまり路面ＲＤの縦断方向Ｆには、所定距離ｄずつ離間された多数（ｎ）の光照射ラインＬ1、Ｌ2…Ｌnが形成されることになる（図７参照）。そして、これら光照射ラインＬ1、Ｌ2…Ｌnに対応して、路面ＲＤの横断方向Ｗの高さデータＬ1h、Ｌ2h…Ｌnhが取得されて、横断データ演算器１１から出力される。
【００４２】
なお、本実施形態では、１台のＴＶカメラ１０にて、図４に示すように横断方向Ｗに２４０ポイントの大きさの撮像画像３１を取得するようにしているが、２台のＴＶカメラを車幅方向に並べて設け、図１０に示すように、右方向のＴＶカメラによって横断方向Ｗに２４０ポイント（Ｐ1、Ｐ2…Ｐ240）の画像３４Ｒを撮像し、左方向のＴＶカメラによって横断方向Ｗに同じく２４０ポイント（Ｐ241、Ｐ242…Ｐ480）の画像３４Ｌを撮像し、これら画像３４Ｒ、３４Ｌを合成することによって、１台のＴＶカメラ１０により取得される画像３１よりも横断方向Ｗに２倍広い画像３４を取得するようにしてもよい。
【００４３】
縦断データ演算器１５では、横断データ演算器１１の演算内容に基づいて、図８に示すように、路面ＲＤの縦断方向Ｆに沿って各移動距離ｄ毎の光照射ラインＬ1、Ｌ2…Ｌn上の同一横断方向ポイントを結んだ縦断ラインＭ1、Ｍ2…Ｍ240が、光照射ラインの各横断方向ポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240毎に形成され、この縦断ラインＭ1、Ｍ2…Ｍ240の縦断方向Ｆの各縦断方向ポイントに対応して平面ＲＤの縦断方向の高さデータＭ1h、Ｍ2h…Ｍ240hが取得される。
【００４４】
すなわち、図６に概念的に示すように、図４に示すＴＶカメラ１０の撮像画像３１の基準線３２は、車両１が所定距離ｄだけ移動する毎に、車両１のピッチング等に起因して、二点鎖線にて示すように上下方向に揺動する。したがって、いま同一横断方向ポイントＰ120（縦断方向Ｆに平行なライン）に着目すると、この横断方向ポイントＰ120についての高さデータは、所定距離ｄだけ走行する毎（各光照射ラインＬ1、Ｌ2…Ｌn毎）に、基準高さ３２が異なっていることになる。
【００４５】
ここで、車両１の鉛直方向変位をＸ、路面ＲＤの鉛直方向変位をＹとし、所定距離ｄ走行する毎に得られる光照射ラインＬaの横断方向ポイントＰ120の高さデータをｈA1、ｈA2…ｈAk…、所定距離ｄ走行する毎に得られる光照射ラインＬbの横断方向ポイントＰ120の高さデータをｈB1、ｈB2…ｈBk…とすると、これらの間には下記（１）〜（４）式の関係が成立する。
【００４６】
ｈAk−ｈA1＝Ｙk−Ｘk …（１）
ｈBk−ｈB1＝Ｙk+1−Ｘ1−Ｘk …（２）
ゆえに、
Ｘk＝ｈA1−ｈAk＋ｈB(k-1)−ｈB1＋Ｘk-1＋Ｘ1 …（３）
Ｙk＝Ｘk＋ｈAk−ｈA1 …（４）
したがって、横断データ演算器１１で得られるポイントＰ120についての高さデータｈAk、ｈBkを順次上記（３）、（４）式に代入すると、路面ＲＤの鉛直方向変位Ｙkが順次求められる。この路面ＲＤの鉛直方向変位Ｙkは、平面ＲＤの縦断方向Ｆに沿って各移動距離ｄ毎の光照射ラインＬ1、Ｌ2…Ｌn上の同一横断方向ポイントＰ120を結んだ縦断ラインＭ120の縦断方向Ｆの各縦断方向ポイントＰ120（Ｌ1上のポイント）、Ｐ120（Ｌ2上のポイント）…Ｐ120（Ｌn上のポイント）に対応した高さデータである。この高さデータをＭ120hとする。
【００４７】
他のポイントＰ1〜Ｐ119、Ｐ121〜Ｐ240についても同様にして縦断ラインＭ1〜Ｍ119、Ｍ121〜Ｍ240が求められ、これらに対応した高さデータＭ1h〜Ｍ119h、Ｍ121h〜Ｍ240hが求められる（図８参照）。
【００４８】
なお、縦断ラインＭの各ポイント間における高さは、補間によって求めるようにしてもよい。かかる補間によって縦断ラインＭの連続する各点についての高さデータを求めることができる。
【００４９】
傾斜計２３は、車両１のピッチング方向およびローリング方向の傾斜角を検出するセンサであり、ジャイロ等を用いて構成することができる。
【００５０】
横断データ演算器１１で演算された光照射ラインＬ1、Ｌ2…Ｌnの高さデータＬ1h、Ｌ2h…Ｌnhは、車両１のピッチング、ローリングに起因した誤差を含んでいる。また、縦断データ演算器１５で演算された縦断ラインＭ1、Ｍ2…Ｍ240の高さデータＭ1h、Ｍ2h…Ｍ240hは、車両１のピッチングに起因した誤差を含んでいる。
【００５１】
そこで、これら誤差が傾斜計２３の検出信号に基づき、信号合成処理器１６の傾き補正部１７にて補正される。こうして傾きによる誤差が補正された光照射ラインの高さデータおよび縦断ラインの高さデータは、信号合成処理器１６のタイミングコントローラ１８に加えられる。
【００５２】
このタイミングコントローラ１８では、図９に示すように、距離信号処理部２２の処理結果に基づいて、路面ＲＤの横断方向の高さデータＬ1h、Ｌ2h…Ｌ240hと、路面ＲＤの縦断方向の高さデータＭ1h、Ｍ2h…Ｍ240hとの位置合わせが行われる。
【００５３】
この場合、縦断ラインＭ1、Ｍ2…Ｍ240の高さデータＭ1h、Ｍ2h…Ｍ240hについては、上記（１）〜（４）式によって車両１の鉛直方向の変動分がキャンセルされた路面ＲＤの高さを表しているので、縦断ラインＭ上の各ポイントを固定して、このポイントに、対応する光照射ラインＬのポイントを合わせるようにすればよい。
【００５４】
たとえば、車両１が走行距離ｋ・ｄだけ走行したときの光照射ラインは、Ｌk、Ｌk+1であるので、光照射ラインＬk上のポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240を、ぞれぞれ縦断ラインＭ1、Ｍ2…Ｍ240上のラインＬkに対応するｋ番目のポイントに合わせ、同様に、光照射ラインＬk+1上のポイントＰ1、Ｐ2…Ｐ240を、ぞれぞれ縦断ラインＭ1、Ｍ2…Ｍ240上のラインＬk+1に対応するｋ＋１番目のポイントに合わせればよい。
【００５５】
このようにして路面ＲＤの３次元の各位置における高さデータ３５（３次元形状データ）が取得される。
【００５６】
信号合成処理器１６からは、この３次元形状データが出力され、インターフェース２４を介してデータ記録器２５に記録されるとともに、信号合成処理器１６の画像信号生成部１９において、上記３次元形状データに応じた３次元的画像信号が生成され、これが表示器２６に入力される。この結果、表示器２６の表示画面上に路面ＲＤの段差が３次元的に表示されることになる。
【００５７】
なお、上記計測処理の条件を適宜変更する実施も可能である。
【００５８】
たとえば、図３に示すように横断データ演算器１１、縦断データ演算器１５、信号合成処理器１６の上位にデータ処理コントローラ３０を設け、横断方向の高さデータ、縦断方向の高さデータを計測するサンプル間隔ｄの大きさなどの計測処理条件をこのデータ処理コントローラ３０に入力することで、計測処理内容を変更することができる。たとえばサンプル間隔ｄを大きく設定することによって演算処理速度、車両１の走行速度を高めることができる。
【００５９】
以上のように本実施形態によれば、路面ＲＤの横断方向Ｗに沿って２本の光照射ラインＬa、Ｌbを形成し、この光照射ラインＬa、Ｌbの撮像結果に基づく演算によって、路面ＲＤの横断方向の高さデータＬ1h、Ｌ2h…Ｌ240hと、縦断方向の高さデータＭ1h、Ｍ2h…Ｍ240hとが求められ、これら求められたデータを、距離検出結果に応じて突き合わせることで、路面ＲＤの３次元の各位置における高さデータを取得し、これを表示等するようにしたので、簡易なシステム構成でかつ簡易な処理にて、車両が走行する路面の３次元的な凹凸プロフィールを簡易に取得することができるようになる。
【００６０】
とりわけ、従来技術のごとく、横断方向の凹凸プロフィールと、縦断方向の凹凸プロフィールを、２台の車両を別途走行させることなく１台の車両によって同時に取得することができるので、３次元凹凸プロフィールがリアルタイムに計測されるという効果が得られる。
【００６１】
なお、本実施形態では、車両が走行する路面の計測を想定しているが、本発明としては、平面、移動体の種類は任意である。たとえば工作機械の加工対象のワークに沿って移動する移動部材を設け、この移動部材を平面状のワークに沿って移動させつつ本実施形態と同様の計測処理を実行することによって、この平面状のワークの段差を計測することができる。
【００６２】
また、本実施形態では、車両が所定距離移動する毎に、同時に横断方向に２本の光照射ラインＬa、Ｌbを形成しているが、車両が所定距離移動する毎に１本の光照射ラインを形成することによっても本実施形態と同様の計測を行うことが可能である。さらに、車両が所定距離移動する毎に３本以上の光照射ラインを同時に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る平面の段差計測装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２は図１に示すＴＶカメラの視野を幾何的に説明する図である。
【図３】図３は図１のブロック図の変形例を示す図である。
【図４】図４は図１に示すＴＶカメラの撮像画像を示す図である。
【図５】図５は図４に示す撮像画像の中から光照射ラインを検出する処理を説明する図である。
【図６】図６は路面の縦断方向の高さデータを計測する処理を説明する図である。
【図７】図７は光照射ラインの高さデータを説明する図である。
【図８】図８は縦断ラインの高さデータを説明する図である。
【図９】図９は図７に示す光照射ラインの高さデータと図８に示す縦断ラインの高さデータとから路面の３次元的な高さデータが得られる様子を説明する図である。
【図１０】図１０は図１に示すＴＶカメラを２台使用した場合に得られる撮像画像を示す図である。
【符号の説明】
１車両
２ａ、２ｂスキャナ
１０ＴＶカメラ
１１横断データ演算器
１５縦断データ演算器
１６信号合成処理器

Claims

移動体を平面の縦断方向に移動させつつ当該移動体から光を平面に向けて投光し、この投光結果に基づき前記平面の段差を計測する平面の段差計測装置において、
前記移動体が移動した距離を検出する距離検出手段と、
前記移動体が所定距離移動する毎に、前記平面の横断方向に沿って少なくとも２本の光照射ラインが当該平面上に形成され、また当該少なくとも２本の光照射ラインが前記移動体の移動方向に互いに所定距離離間するように前記移動体から前記平面に向けて光を投光する投光手段と、
前記移動体が前記所定距離移動する毎に、前記投光手段によって前記平面に形成された少なくとも２本の光照射ラインを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像上の光照射ラインに沿って複数の横断方向ポイントを設定し、前記移動体が前記所定距離移動する毎に、これら光照射ライン上の各横断方向ポイントの画像上における位置を検出することによって、光照射ラインの各横断方向ポイントに対応して前記平面の横断方向の高さデータを取得する横断方向データ演算手段と、
前記横断方向データ演算手段の演算結果に基づいて、前記平面の縦断方向に沿って各移動距離毎の光照射ライン上の同一横断方向ポイントを結んだ縦断ラインを、光照射ラインの各横断方向ポイント毎に形成し、この縦断ラインの縦断方向の各縦断方向ポイントに対応して前記平面の縦断方向の高さデータを取得する縦断方向データ演算手段と、
前記距離検出手段の検出結果と、前記横断方向データ演算手段で取得された前記平面の横断方向の高さデータと、前記縦断方向データ演算手段で取得された前記平面の縦断方向の高さデータとを突き合わせることにより、前記平面の３次元の各位置における高さデータを取得する３次元データ演算手段と
を具え、
前記移動体が所定距離走行する毎に得られる少なくとも２本の光照射ラインの横断ポイントの高さデータから路面の鉛直方向変位を求めるようにした平面の段差計測装置。
前記移動体は、車両であり、前記平面は、前記車両が走行する路面である請求項１記載の平面の段差計測装置。
前記移動体の傾斜角を検出する傾斜角検出手段をさらに具えており、この傾斜角検出手段の検出結果に基づいて前記横断方向データ演算手段の高さデータおよび前記縦断方向データ演算手段の高さデータを補正するようにした請求項１または２記載の平面の段差計測装置。
前記投光手段は、前記移動体が所定距離移動する毎に、前記平面の横断方向に光を走査することによって、光照射ラインを前記平面上に形成する走査手段を含むものである請求項１記載の平面の段差計測装置。