JP5266709B2 - 距離計測装置、距離計測方法および車両 - Google Patents

Description

本発明は、所定周波数で変調された光を被検物に照射して被検物の距離情報を計測する距離計測装置、およびこの距離計測装置を用いる乗用車等の車両に関するものである。

光を検出対象領域内の被検物に向けて照射し、この照射光によるその被検物からの反射光をＣＣＤなどの撮像装置で撮像し、その撮像データを処理して被検物までの距離または被検物の形状などを計測する光学式の距離計測装置が知られている。このような距離計測装置において、被検物に照射された光の反射光が背景光に比べて弱いと、反射光は背景光の雑音に埋もれてしまい、反射光の認識は困難となる。

そこで、従来より、背景光の雑音を除去するための装置として同期検波を用いた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この同期検波を用いた撮像装置は、点滅光源を用いて被検物に一定周波数のパルス光を投光し、点灯時の撮像装置の出力を正の値とし、消灯時の撮像装置の出力を負の値にして、撮像装置の出力を積分することで、点滅光源からのパルス光に基づく検出信号のみを抽出するものである。

しかしながら、上記の従来の撮像装置は、照射されるパルス光の周波数を一定にした状態で、同期検波によって背景光の雑音を除去するものである。このような撮像装置を用いた距離計測装置では、距離計測装置が移動することを考慮していなかった。そのため、距離計測装置が移動することで撮像画像が大きく変化するような場合に、背景光の周波数がパルス光の周波数と同じ程度になると、距離計測が正確にできなくなる恐れがあった。

本発明による距離計測装置および距離計測方法では、検出対象を含む領域（以下検出対象領域）を撮像して検出対象領域の画像（以下、検出対象画像）を表す撮像信号を出力する。検出対象領域に向けて所定の変調周波数で変調した照射光を投光装置から照射し、照射光が検出対象から反射された反射光の信号を撮像信号から抽出する同期検波処理を行い、同期検波処理で抽出された検出対象からの反射光の信号に基づいて検出対象までの距離を算出する。そして、検出対象画像の画素データ列あるいは所定の画素グループの複数の画像フレームでの時系列データから検出対象画像の空間周波数を算出する。投光装置から照射する照射光を変調する所定の変調周波数は空間周波数に基づいて算出される。所定の変調周波数は、検出対象画像の空間周波数よりも大きな周波数であり、変調周波数算出手段は、照射光を照射せずに撮像した検出対象領域の画像から、移動体の移動方向に延在する画素データ列を抽出し、抽出した画素データ列に基づいて空間周波数を算出し、この空間周波数に基づいて変調周波数を算出する。

本発明によれば、検出対象画像の空間周波数に基づいて算出された変調周波数で変調した照射光を検出対象領域に照射するようにしたので、移動体の移動速度にかかわらず、同期検波方式で被検物からの反射光を正確に抽出できる。

図１〜図８を参照して本発明による距離計測装置の一実施形態について説明する。本実施形態による距離計測装置は、乗用車等の車両に備えられている。図１は、本実施形態の距離計測装置を搭載した車両ＭＢを示す。距離計測装置は、第１および第２の投光装置１Ｌ，１Ｒと、撮像装置２と、図４のコントロールユニットＣＵとを備えている。

第１および第２の投光装置１Ｌ，１Ｒは、車両ＭＢのフロントバンパー３の左端部および右端部の近傍に設置されている。第１および第２の投光装置１Ｌ，１Ｒは、それぞれ、内部のレーザ光源からのレーザ光を、路面に垂直な方向に細長いスリット光として車両前方に左右方向に走査しながら照射する。なお、第１および第２の投光装置１Ｌ，１Ｒは同一であり、車両前方の斜め左方向を投光装置１Ｌで投光し、車両前方の斜め右方向を投光装置１Ｒで投光し、後述する駆動制御部３２の投光コントロール信号Ｔ１の投光タイミングに同期して撮像装置２で撮像する。以下、投光装置１として説明する。

撮像装置２は、フロントガラスの上部中央付近、すなわちルーフ４の前端部中央裏側のルームミラー（不図示）の近傍に取り付けられたカメラを含む。この実施形態の距離計測装置では、投光装置１からスリット光を車両前方へ照射しながら、撮像装置２で車両前方を撮像する。撮像装置２には背景光も入射するため、背景光によるノイズを除去するために、スリット光は予め定められた車速と撮像された画像に応じた周波数でパルス発光している。

図２は、車両ＭＢに備えられた距離計測装置によって、撮像装置２から車両前方の種々の物体までの距離計測を説明する図である。図２において、右前方を走行中の別の車両ＭＢ１までの距離ｄ１は、車両ＭＢ１に照射されるスリット光ＬＢの投光角度αと、車両ＭＢ１からの反射光ＬＢ１が撮像装置２に入射する際の車両ＭＢの前方方向に対する角度である撮像角度γとを用いると、三角測量に基づく次式で計算できる。なお、投光装置１と撮像装置２との車両の前後方向の間隔をｆ、車両の幅寸法をｅとしている。また、投光角度αは、スリット光の進行方向と車両の幅方向との角度である。なお、図２中、符号ＳＣは投光装置１のスキャン範囲を示している。
ｄ１＝（ｅ・sinαcosγ＋ｆ・cosαcosγ）／cos（α＋γ） …（１）

図３は、投光装置１および撮像装置２の構成を示す。投光装置１は、レーザ光よりなるスリット光ＬＢを出力するレーザ光源（ラインレーザ）７と、スリット光ＬＢを走査するミラー８とを備えている。レーザ光源７は、投光信号Ｔ１１によって制御されるレーザ駆動部６からの駆動信号ＤＲＶがハイレベルの期間に点灯し、駆動信号ＤＲＶがローレベルの期間に消灯する。距離計測時の駆動信号ＤＲＶは、ハイレベルの期間とローレベルの期間との比であるデューティ比が１：１の周期ＴＰの信号であるため、それに応じてスリット光ＬＢも周期ＴＰで、デューティ比が１：１でパルス発光する。また、ミラー８は、投光信号Ｔ１２によって制御される駆動部５によって不図示のモータを介して揺動される。ミラー８は、スリット光ＬＢの投光角度αｉが所定の最小値α１から最大値αＩ（Ｉは２以上の整数で、ｉ＝１〜Ｉ）まで一定の角速度で変化するように駆動される。投光信号Ｔ１１，Ｔ１２は図４のコントロールユニットＣＵから供給される。

図３において、撮像装置２は、対物レンズ１１と、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの多数の画素を２次元的に配列した撮像素子１２とを有し、投光装置１から照射光を照射しつつ車両前方を撮像する。撮像装置２はまた、撮像素子１２から出力される撮像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１３と、Ａ／Ｄ変換された撮像信号を記憶する画像メモリ１４を含んで構成される。

撮像素子１２の多数の画素は二次元的に配列されているが、図３においては、水平方向に配列された一列のＪ個（Ｊは２以上の整数）の画素ＰＸｊ（ｊ＝１〜Ｊ）のみを示している。以下の説明では、主に、一列の画素ＰＸｊの撮像信号ｓｊ（ｔ）を処理するものとして説明するが、他の列の画素の撮像信号も同様に処理される。

図３においては、スリット光ＬＢが投光角度αｉで点Ｐ１に照射され、点Ｐ１からの反射光ＬＢ１が、対物レンズ１１の光軸ＡＸに対して角度γｊで、すなわち撮像角度γｊでｊ番目の画素ＰＸｊに入射している。同様に、スリット光ＬＢが例えば投光角度αｈで点Ｐ２に照射された場合、点Ｐ２からの反射光ＬＢ２は、撮像角度γｋでｋ番目の画素ＰＸｋに受光される。このように、各画素ＰＸｊ毎に、それぞれ画素に受光する反射光の撮像角度γｊが予め分かっている。なお、撮像装置２から点Ｐ１までの距離に依存して、反射光の像の撮像素子１２上での大きさが異なるが、例えば最も光量が大きい画素（ここではＰＸｊ）を特定することで、点Ｐ１からの反射光ＬＢ１の撮像角度γｊを正確に求めることができる。

撮像素子１２は、投光信号Ｔ１１，Ｔ１２と同期して図４のコントロールユニットＣＵから出力されるカメラコントロール信号Ｔ２により撮像を開始する。撮像装置２による撮像周期は、投光装置１から照射されるパルスの発光周期よりも短く、スリット光ＬＢが発光している間に複数回撮像を行う。各撮像ごとに、撮像素子１２の各画素ＰＸｊから読み出された撮像信号ｓｊ（ｔ）はＡ／Ｄ変換器１３を介して画像メモリ１４に記憶される。撮像素子１２の他の列の各画素からの撮像信号についても同様に処理され、画像メモリ１４に複数枚の画像データが記憶される。したがって、車両前方の検出対象領域の全域をスリット光ＬＢが走査しつつ、所定タイミングで撮像装置２が車両前方を撮像すると、各タイミングで取得される複数枚の画像データは各投光角度に対応付けられて画像メモリ１４に記憶される。

画像メモリ１４に記憶された複数枚の画像データは、後述する同期検波処理部３２に転送され、照射光の照射周期に応じて同期検波される。同期検波された画像データに対して、投光角度αｉごとに、各列毎の撮像信号（撮像信号ｓｊ（ｔ）を一例として説明する）のうち、最も信号レベルの高い画素ＰＸｊを特定する。これにより、その投光角度αｉの照射光が被検物から反射して撮像装置２に入射する撮像角度γｊを求めることができる。これらの角度αｉおよびγｊを式（１）の投光角度αおよび撮像角度γに代入することによって、その画素ＰＸｊ（撮像角度γｊ）で撮像される被検物までの距離ｄ１ｊを求めることができる。

−コントロールユニットＣＵ−
図４は、投光装置１および撮像装置２の動作を制御し、撮像装置２の撮像信号を処理して車両前方の被検物体を検出して出力するコントロールユニットＣＵを示す。コントロールユニットＣＵは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ、および周辺回路などを備えた制御回路であり、コンピュータのソフトウェアによって後述する各種処理を実行する。ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウエア構成の論理回路を組合せて実現することも可能である。

コントロールユニットＣＵは、装置全体の動作を統括的に制御する駆動制御部３１と、同期検波処理部３２と、距離算出部３３と、照射周波数算出部３４とを備えている。

駆動制御部３１は、投光信号Ｔ１１、Ｔ１２を投光装置１に、カメラコントロール信号Ｔ２を撮像装置２に、制御情報Ｔ４を同期検波処理部３２に、投光情報Ｔ５を距離算出部３３にそれぞれ送出する。投光信号Ｔ１１は、投光のタイミング、投光時間を制御して、照射周波数ｆｄを変更する。投光信号Ｔ１２は、ミラー８の揺動を制御する。カメラコントロール信号Ｔ２を受信した撮像装置２は撮像を開始する。制御情報Ｔ４は照射周波数ｆｄの情報を含み、投光情報Ｔ５は、計測用検波信号ｘ（ｔ）に対応するスリット光ＬＢの投光角度αｉの情報を含む。

駆動制御部３１から撮像装置２にカメラコントロール信号Ｔ２が送信されると同時に、撮像装置２は車両前方の撮像を開始する。その後、駆動制御部３１から投光装置１に対して、照射周波数ｆｄとして予め設定されている初期設定周波数ｆinitの情報が送られ、投光装置１は、初期設定周波数ｆinitでパルス発光するスリット光ＬＢを射出する。スリット光ＬＢはミラー８により車両前方を走査する。このスリット光ＬＢの走査に同期して撮像装置２で撮像された撮像信号ｓ（ｔ）は画像メモリ１４にいったん格納され、その後、同期検波処理部３２に供給される。

同期検波処理部３２は、撮像装置２の画像メモリ１４から供給される撮像信号ｓ（ｔ）（撮像情報）を同期検波して、実質的にスリット光ＬＢが投光されているタイミングで撮像された計測用検波信号ｘ（ｔ）を出力する。すなわち、同期検波処理部３２は、画像メモリ１４から複数フレーム分の撮像信号（画素データ）を取り込み、照射光が発光されている間に撮像された検出対象領域の複数フレームの画像データを同期検波する。

なお、上述した同期検波は、同期検波処理部３２で次のように信号処理して実施することもできる。投光装置１から出力されるスリット光ＬＢの照射周波数ｆｄと同じ周波数の参照信号ｒ（ｔ）を生成し、この参照信号ｒ（ｔ）と、撮像信号ｓ（ｔ）を構成する各画素信号（画素データ）とを乗算し、得られる積信号を所定のローパスフィルタ回路に通して、実質的にスリット光ＬＢが照射している際に撮像された撮像信号を抽出し、計測用検波信号ｘ（ｔ）を取得する。ローパスフィルタ回路のカットオフ周波数は、一例として上記の初期設定周波数ｆinitのほぼ１／２である。計測用検波信号ｘ（ｔ）は距離算出部３３に供給される。また、上記同期検波処理は、デジタル処理でもアナログ処理でも実施することができる。

このようにして、画像メモリ１４から読み出した撮像信号（画像データ）の各画素を参照信号に同期して抽出することが可能となる。

図４の距離算出部３３は、投光情報Ｔ５および計測用検波信号ｘ（ｔ）を用いて、スリット光ＬＢの投光角度αｉ毎に、反射光を受光する画素ＰＸｊ（ひいては撮像角度γｊ）を特定し、投光角度αｉおよび撮像角度γｊの情報を用いて、式（１）から撮像装置２の各画素毎に対応する検出対象領域内の被検物までの距離ｄ１を算出する。算出された各画素毎の距離ｄ１の情報を含む距離情報Ｔ６は、不図示の車両の走行制御部に供給されて、車速や進路等の制御が行われる。また、不図示の警報装置にも供給され、前方障害物までの距離が乗員に提示される。

―照射周波数ｆｄの算出方法―
次に、照射周波数算出部３４は、撮像装置２から供給される撮像信号ｓ（ｔ）および車速センサ３５から供給される車速ＶＢの情報を用いて照射周波数ｆｄを算出し、算出された照射周波数ｆｄを含む周波数情報Ｔ３を駆動制御部３１に供給する。以下、照射周波数ｆｄの算出方法について説明する。

まず投光装置１からスリット光ＬＢが照射されていない状態で、撮像装置２によって車両前方を撮像し、画像メモリ１４にいったん記憶する。画像メモリ１４から撮像信号ｓ（ｔ）を読み出し、照射周波数算出部３４内のフレームメモリに記憶する。フレームメモリに記憶された撮像信号ｓ（ｔ）による画像の一例を図５（ａ）に画像２Ｐとして示す。画像２Ｐに対応する１フレームの画像データを撮像信号ｓｊ（ｔ）で表す。ｔは撮像時点に対応する。

照射周波数算出部３４は、図５（ａ）に示すように、画像２Ｐ内で車両進行方向で仮想の水平線ＨＬと奥行き方向に平行な線とが交差する点である消失点Ｐｓを算出する。消失点Ｐｓは、例えば自車両の進行方向および撮像装置２の設置角（進行方向と撮像装置２の光軸とがなす角度）から求めることができる。なお、予め直進走行時に撮像された画像から道路のエッジ画像を求め、これらのエッジ画像が交差する点の画素の位置を消失点Ｐｓとして求め、その消失点Ｐｓの画素の位置を記憶しておいてもよい。撮像装置２を構成するカメラは、図１に示すように車両の中央に設置され、光軸は車両前方を向いているため、車両が直進走行している場合には、図５（ａ）に示すように、消失点Ｐｓは仮想の水平線ＨＬの中点である。

次に、照射周波数算出部３４は、そのフレームメモリ内の撮像信号ｓｊ（ｔ）中から、画像２Ｐ内の左下の画素（ピクセル）ＡＰ１と消失点Ｐｓとを結ぶ直線９Ａ上の一連の画素データ、すなわち画素データ列Ｌｓｊ（ｊ＝１，２，…）を取得する。撮像装置２で撮像される車両前方の風景が図６（ａ）である場合には、画素ＡＰ１と消失点Ｐｓとを結ぶ直線９Ａ上の一連の画素データ列Ｌｓｊは、図６（ｂ）のように変化の激しい信号となる。図６（ｂ）の横軸は、図６（ａ）の直線９Ａ上の点の左下の画素ＡＰ１からの距離ｈを、撮像素子１２上の距離（例えば画素の幅を単位としている）で表したものである。

照射周波数算出部３４は、直線９上の画素データ列Ｌｓｊを所定区間ごとに切り出して、各区間ごとに画像の空間周波数を検出し、そのうちの最大空間周波数に基づいて照射周波数ｆｄを決定する。上記所定区間は後述するように車速に応じて決定される。

図６（ｂ）の画素データ列Ｌｓｊは撮像画面上（画像空間上）の複数の画素データであるため、その画素データ列Ｌｓｊを、車両センサ３５で検出した車速ＶＢを用いて時間軸上の画素データ列に変換する。車速ＶＢで走行する車両は、所定時間Δｔ（ほぼ照射周波数ｆｄを更新する周期）の間に次式（２）で表される距離ｄだけ走行する。
ｄ＝Δｔ・ＶＢ …（２）

そこで、実空間で距離ｄだけ離れている画像空間での一対の画素データを算出する。すなわち、図５（ａ）に示す直線９Ａ上において、実空間上での車両前方方向の距離がｄとなる２つの画素を特定する。図５（ａ）では、画像２Ｐの左下の画素ＡＰ１を基点として直線９ａ上で距離ｄだけ離れている画素ＡＰ２を特定する。そして、特定された２つの画素間の画素データの変化を算出する。この画素データの変化は、画像２Ｐを取得した時点から時間Δｔが経過する間に画素ＡＰ１上で生じる画素データの時間変化を表すことになる。

実空間上で画素ＡＰ１との距離がｄとなる直線９Ａ上の画素ＡＰ２の特定方法は周知であり、詳細な説明は省略する。

図６（ｂ）の例では、得られた画素データ列Ｌｓｊのうち、画素ＡＰ１から画素ＡＰ２までの範囲ｈの複数の画素データが、時間Δｔが経過する間の画素データ列となる。照射周波数算出部３４は、こうして取得した画素データ列に高速フーリエ変換（ＦＦＴ)の処理を施し、その画素データ列の時間軸上の周波数成分（ここではパワースペクトル）を算出する。図６（ｃ）は、そのようにして得られるパワースペクトルの一例を示し、図６（ｃ）の横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸はパワースペクトルＦＴである。

照射周波数算出部３４は、図６（ｃ）の周波数成分のうち、パワースペクトルＦＴが予め決められている所定の閾値ＦＴｔｈを超える範囲ＦＮを特定し、その範囲ＦＮ内で最大となる周波数ｆFNを求める。このようにして、照射周波数算出部３４は、直線９上の画素ＡＰ１の画素データ変化量に基づいて最大周波数ｆFNを演算する。その後、画素ＡＰ１から所定距離離れた直線９上の複数の画素ＡＰｎ、ＡＰｎ＋１、…を基点として複数の端点画素を特定し、基点画素と端点画素との間の画素データ列に対して同様な処理を行い、それぞれの最大周波数ｆFNを算出する。そして、複数の最大周波数ｆFNのうち、もっとも大きな最大周波数ｆFNを算出し、照射周波数ｆｄの下限周波数ｆmin をその最大周波数ｆFNよりも高く設定し、さらに下限周波数ｆmin 以上の周波数域で商用周波数等との重複を避けるようにその照射周波数ｆｄの値を例えばｆ２に設定し、この照射周波数ｆ２を次回の計測に使用する照射周波数ｆｄとして駆動制御部３１に供給する。

以上のように、商用周波数である５０Ｈｚ、６０Ｈｚの基本波および高調波の周波数を避けるように照射周波数ｆｄの値を選択するが、本実施形態ではたとえば次の周波数の範囲を除外する。５０Ｈｚ、６０Ｈｚの基本波および高調波の±１０Ｈｚの範囲、すなわち４０〜７０Ｈｚ、９０〜１３０Ｈｚ、１４０〜１６０Ｈｚ、１７０〜２１０Ｈｚ、２３０〜２６０Ｈｚ、２９０〜３１０Ｈｚを除外する。この結果、図６（ｃ）の例では、下限周波数ｆmin 以上で商用周波数の範囲（９０〜１３０Ｈｚ）を超える１３５Ｈｚ程度の周波数ｆ２が照射周波数ｆｄとして選択される。

このようにして投光装置１から照射されるスリット光ＬＢの照射周波数ｆｄは背景光の周波数成分と識別可能な周波数に設定される。従って、同期検波によって、背景光に影響されることなく、高精度に車両前方の被検物までの距離を計測できる。

次に、本実施形態の距離計測装置において、投光装置１の照射周波数ｆｄを変更しながら車両前方の物体の距離計測を行う動作の一例について、図７（ａ）および（ｂ）のフローチャートを参照して説明する。この動作は駆動制御部３１によって制御される。

計測が開始されるとステップＳ１において、投光装置１からスリット光ＬＢが照射されていない状態で、撮像装置２によって１フレーム分の画像を取得し、得られた撮像信号を照射周波数算出部３４に供給する。照射周波数算出部３４では、ステップＳ２〜Ｓ１１までの動作によって、上述したように、スリット光ＬＢの照射周波数ｆｄを求めて駆動制御部３１に供給する。

照射周波数ｆｄの算出手順は説明した上で通りであるが、ステップＳ１〜１１を概略説明する。
ステップＳ１では、スリット光ＬＢを照射せずに車両前方を撮影して撮像信号を取得する。撮像信号は画像メモリ１４に１フレームの画像データとして記録される。
ステップＳ２では、画像メモリ１４に記録された画像データに基づいて、消失点を算出し、図５（ａ）に示した画像２Ｐの左下の画素ＡＰ１と消失点を結ぶ線９上の画素データ列Ｌｓｊ（ｔ）を抽出する。

ステップＳ３では、車速センサ３５で検出した車速ＶＢに基づいて、直線９Ａの上の計算対象の基点画素毎に、所定時間Δｔ（ほぼ照射周波数ｆｄの更新周期）の間に車両が移動した際の対応端点画素、たとえば、端点画素ＡＰ２を特定する。
ステップＳ４では、計算対象である基点画素(たとえばＡＰ１)から特定された端点画素（たとえばＡＰ２)までの画素データ列（例えば図６（ｂ）の距離ｈの範囲内の画素データ列）を取得する。

ステップＳ５では、取得した画素データ列を時間軸上の画素データ列信号に変換してＦＦＴ処理を施す。ＦＦＴ処理により、図６（ｃ）に示すような基点画素のΔｔの期間のデータ変化における周波数成分を求める。
ステップＳ６では、図６（ｃ）の周波数成分のうち、所定の閾値ＦＴｔｈを超えている範囲ＦＮの最大周波数ｆFNを求め、照射周波数ｆｄの下限周波数ｆmin をその最大周波数ｆFNよりも高く設定する。

ステップＳ７では、画素データ列Ｌｓｊ（ｔ）から、基点画素ＡＰ１以外の他の複数の画素を基点画素としてステップＳ３〜６と同様の処理を行い、照射周波数ｆｄの下限周波数ｆminを算出する。
ステップＳ８では、算出された複数の照射周波数ｆｄの下限周波数ｆminのうち、最大値を選択する。

ステップＳ９では、選択された下限周波数ｆminの最大値を、上記の初期設定周波数ｆinitと比較する。下限周波数ｆminの最大値が初期設定周波数ｆinit以下の場合、照射周波数算出部３４は選択された下限周波数ｆminの最大値を駆動制御部３１に供給することなく、動作を終了する。これによって、投光装置１からはそれまでに設定されている照射周波数ｆｄでスリット光ＬＢがパルス発光される。なお、初期設定周波数ｆinitは、例えば本実施形態の車両が停止しているときに、撮像装置２で得られる画像の各画素の通常の撮像信号に含まれる所定の閾値よりも大きい周波数成分の最大周波数よりも大きくなるように設定される。

ステップＳ１０では、下限周波数ｆminの最大値が初期設定周波数ｆinitを越えている場合、照射周波数算出部３４は選択された下限周波数ｆminの最大値に対して、商用周波数の整数倍を避ける処理を施す。すなわち、選択された下限周波数ｆminの最大値が商用周波数の整数倍の範囲に入っている場合、その範囲から外れるように下限周波数ｆminの最大値を補正し、この値を照射周波数ｆｄとする。
ステップＳ１１では、補正した照射周波数ｆｄを駆動制御部３１に供給する。

なお、図５（ａ）の画像２Ｐ内の他の計測対象の画素（例えば右下の画素ＢＰ１）と消失点Ｐｓとを結ぶ直線９Ｂ上の画素データ列に基づいて、上述した処理と同様に、車速に依存しない照射周波数ｆｄを算出してもよい。この場合、直線９Ａ上の画素データ列について算出された下限周波数ｆminの最大値と比較し、いずれか大きい値を駆動制御部３１に供給するように構成することができる。

ステップＳ１１が終了すると、例えば時間Δｔが経過した後、動作はステップＳ１に戻り、照射周波数ｆｄの算出が繰り返される。

図７（ａ）のステップＳ２〜Ｓ１１の動作と並行して、図７（ｂ）のステップＳ２１〜Ｓ２６が実行されて、照射周波数ｆｄを変更しながら物体までの距離計測が行われる。すなわち、図７（ｂ）のステップＳ２１において、駆動制御部３１から投光装置１には、照射周波数ｆｄとして初期設定周波数ｆinitの情報が送られ、ステップＳ２２において、投光装置１は初期設定周波数ｆinitでパルス発光する。ミラー８が所定の周波数で揺動して車両前方の検出対象領域の全域をスリット光ＬＢが走査する。また、このスリット光ＬＢの照射に同期して、ステップＳ２３において、車両前方を撮像して画像メモリ１４にいったん記録した後、同期検波処理部３２のメモリに画像データを転送する。

同期検波処理部３２では、メモリに記録した複数枚の画像データに対して、画素毎に同期検波して計測用検波信号を生成する（ステップＳ２４）。距離算出部３３は、計測用検波信号を用いて物体までの距離計測を行う（ステップＳ２５）。その後、ステップＳ２６において、駆動制御部３１は、照射周波数算出部３４から、次回の照射周波数ｆｄが供給されている場合には、その照射周波数ｆｄを投光装置１に供給して照射周波数ｆｄを変更する。その後、動作はステップＳ２１に戻って距離計測が繰り返される。

本実施形態の距離計測装置によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）背景光の周波数（背景画像の空間周波数）に応じて照射光の照射周波数ｆｄを変更するようにした。その結果、車両が走行する環境下においても、撮像装置２で得られる画像から同期検波によってスリット光ＬＢの反射光を正確に抽出できるため、距離を計測可能な範囲が広がる。

（２）照射周波数算出部３４は、撮像信号中の基点となる画素点から消失点までの画素データ列および車速に基づいて、背景光に含まれる周波数成分の最大周波数を求め、その最大周波数に基づいてスリット光ＬＢの下限周波数ｆｍｉｎを設定するようにした。したがって、画像の空間周波数を簡易的に演算することができる。

（３）照射周波数算出部３４は、スリット光ＬＢの照射周波数ｆｄが初期設定周波数ｆinitよりも高いときに、その照射周波数ｆｄを駆動制御部３１に供給している。したがって、例えば車両が停止または低速で走行している場合に、照射周波数ｆｄが背景光の周波数程度まで低くなることが避けられる。言い換えると、従来の画像中で生じていた背景光の時間変化によって発生するノイズを取り除くことが可能となる。

（４）照射周波数算出部３４は、照射周波数ｆｄとして商用電源周波数の基本波および高調波の周波数を除外している。したがって、商用電源の周波数で点灯している蛍光灯などのノイズ成分と異なる照射周波数ｆｄとなるため、ノイズが減少して、より高精度に被検物までの距離を計測できる。

上述した実施の形態の距離計測装置を以下のような実施形態で実施することができる。
（１）他の実施の形態１
他の実施の形態１と上述した実施の形態との相違点は、照射周波数ｆｄを算出する際のアルゴリズムにあり、装置構成や回路構成は同一であるので、相違するアルゴリズムを主に説明する。

他の実施の形態１について図８（ａ）を参照して説明する。上記の図５（ａ）および図６（ａ）を参照して説明した実施形態では、画像２Ｐ内の画素ＡＰ１（ＢＰ１）と消失点Ｐｓとを結ぶ直線９Ａ（９Ｂ）上の所定区間（たとえば図６（ｂ）の距離ｈの範囲）の画素データ列の信号に対してＦＦＴにより周波数成分を算出し、算出された周波数成分の最大周波数を超えるように照射周波数ｆｄを設定するようにした。しかしながら、次のようにして照射周波数ｆｄを算出するようにしてもよい。

まず、スリット光ＬＢを照射せずに取得して画像メモリ１４に記録された画像データに対してエッジ抽出画像処理を施す。この画像の一例が図８（ａ）に示すエッジ画像２Ｐである。このエッジ画像２Ｐ上において、上述したと同様の直線９Ａと、抽出されたエッジとが交差する画素位置をハイレベル、エッジと交差しない画素位置をローレベルとした２値データを生成する。この２値データ中から、車速ＶＢに応じて定まる範囲（例えば図６（ｂ）の距離ｈの範囲）内の２値データを抽出し、その２値データ中の最短のエッジの間隔を算出する。最短のエッジ間隔を時間に換算し、その逆数に基づいて、背景光の最大周波数ｆFNを推定する。そして、この最大周波数ｆFNより大きくなるように照射周波数ｆｄの下限周波数ｆmin を設定する。

この場合には、画素データ列のエッジ密度のみを使用するため、ＦＦＴのような周波数解析を行う必要がなく、計算量が減少し、高速に照射周波数ｆｄを算出することが可能となる。
他の実施の形態１においても、直線９Ａに加えて、直線９Ｂ上の画素データ列に対して同様の処理を施して最短のエッジ間隔を抽出し、直線９Ａ上の画素データ列から算出されたエッジ間隔と比較し、最短の値を用いて照射周波数を算出するようにしてもよい。

（２）他の実施の形態２
他の実施の形態２と上述した実施の形態との主たる相違点は、撮像装置２のカメラがカラー撮像素子を有し、画像メモリ１４に記録される画像データの各画素が色情報を有している点にある。以下では、相違点を主に説明する。

他の実施の形態２においては、画像メモリ１４から読み出した画像データに対して、次のような処理を行う。図８（ｂ）に示すように、画像２Ｐ内の特定の画素（例えばＡＰ１）と消失点Ｐｓとを結ぶ直線９Ａ上の画素データ列について、同一の画素情報、たとえば、色情報を有する画素毎にグループＧ１，Ｇ２のようにグループ分けする。そして、得られたグループ（画素群）の密度に基づいて照射周波数ｆｄの下限周波数ｆmin を設定する。

たとえば、グループ分けされた画素データ列中で、車速ＶＢに応じて定まる範囲（例えば図６（ｂ）の距離ｈの範囲）内のグループの数（分布）を求めることで、背景光の最大周波数ｆFNを推定する。そして、この最大周波数ｆFNより大きくなるように照射周波数ｆｄの下限周波数ｆmin を設定する。

この他の実施の形態２によれば、同一の色情報を有する画素データをグループ化する簡単な処理によって、背景光の最大周波数を推定できるため、高速に照射周波数を算出することが可能となる。

他の実施の形態２においても、直線９Ａに加えて、直線９Ｂ上の画素データ列に対して同様の処理を施して同一の画素情報（たとえば色情報）毎にグループ化を行ってグループの数（分布密度）を算出し、直線９Ａ上の画素データ列から算出されたグループ数と比較し、最小のグループ数を用いて照射周波数を算出するようにしてもよい。

なお、上記の実施形態の距離算出部３３は、三角測量の原理に基づいて物体までの距離を算出しているが、例えば回転走査される２つのスリット光を異なる照射パターンで物体に照射して、反射光の照射パターンからその物体が２つのスリット光のどの交点付近にあるかを判定することによって、その物体までの距離を求める方法など、他の計測原理を用いる場合にも本発明が適用できる。

なお、上記の実施形態は本発明の距離計測装置を車両に搭載したものであるが、本発明はこれに限定されない。例えば、鉄道や船舶などの他の乗り物、産業ロボット、警備ロボット、介護ロボットなどのロボット、あるいは産業機器などの可動装置の他、固定状態で物体までの距離や形状を計測する機器等にも本発明の距離計測装置を適用可能である。
さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態に何ら限定されない。また、上述した実施の形態および変形例は組み合わせてもよい。

なお、特許請求の範囲の構成要素と上述の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、投光手段は投光装置１に、撮像手段は撮像装置２に、同期検波手段は同期検波処理部３２に、距離算出手段は距離算出部３３に、投光制御手段は照射周波数算出部と駆動制御部３１にそれぞれ対応する。
なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項との対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明の一実施の形態である距離計測装置を搭載した車両ＭＢを示す斜視図 本発明の一実施の形態である距離計測装置の計測原理を説明するための図 図１の距離計測装置の光学系等の構成を示す図 本発明の一実施の形態である距離計測装置を示すブロック図 カメラの消失点を含む画像の一例を示す図 （ａ）はカメラによる具体的な画像の例を示す図、（ｂ）は図６（ａ）の画像から得られる消失点方向に向かう画素データの一例を示す図、（ｃ）は図６（ｂ）の画素データの一部をフーリエ変換して得られるパワースペクトルの一例を示す図 （ａ）は図１の照射周波数算出部３４において照射周波数を算出するための処理の一例を示すフローチャート、（ｂ）は図１の距離計測装置の距離計測動作の一例を示すフローチャート （ａ）はカメラの画像からエッジを抽出する例を示す図、（ｂ）はカメラの画像を輝度レベルが近いグループに分ける例を示す図

符号の説明

１ 投光装置 ２ 撮像装置
３１ 駆動制御部 ３２ 同期検波処理部
３３ 距離算出部 ３４ 照射周波数算出部
３５ 車速センサ ＣＵ コントロールユニット
ＡＰ１ 基点画素 ＡＰ２ 端点画素
Ｐｓ 消失点

Claims (13)

1. 移動体に搭載される距離計測装置において、
   検出対象を含む領域（以下、検出対象領域）を撮像して前記検出対象領域の画像（以下、検出対象画像）を表す撮像信号を出力する撮像手段と、
   前記検出対象に向けて所定の変調周波数で変調した照射光を照射する投光手段と、
   前記投光手段から照射される前記照射光が前記検出対象から反射される反射光の信号を前記撮像信号から抽出する同期検波手段と、
   前記同期検波手段で抽出された前記検出対象の反射光の信号に基づいて、前記検出対象までの距離を算出する距離算出手段と、
   前記検出対象画像の空間周波数を算出するとともに、前記所定の変調周波数を前記空間周波数に基づいて算出する変調周波数算出手段と、
   算出された前記所定の変調周波数で前記照射光が変調されるように前記投光手段を制御する投光制御手段とを備え、
   前記所定の変調周波数は、前記検出対象画像の空間周波数よりも大きな周波数であり、
   前記変調周波数算出手段は、前記照射光を照射せずに撮像して得られた前記検出対象領域の画像から、前記移動体の移動方向に延在する画素データ列を抽出し、抽出した画素データ列に基づいて前記空間周波数を算出し、この空間周波数に基づいて変調周波数を算出することを特徴とする距離計測装置。
2. 請求項１に記載の距離計測装置において、
   前記移動体の速度を検出する速度検出手段をさらに備え、
   前記変調周波数算出手段は、前記抽出した画素データ列の中から、前記検出された速度に基づき計算対象となる複数の画素データを一群とする複数のデータ列を選択し、選択した複数のデータ列の空間周波数を計算し、その中から最大周波数を求めることを特徴とする距離計測装置。
3. 請求項１または２に記載の距離計測装置において、
   前記変調周波数算出手段は、前記抽出された前記画素データ列または、前記選択された複数のデータ列を時間軸上のデータ列に変換した後、ＦＦＴ処理により空間周波数を算出することを特徴とする距離計測装置。
4. 請求項１または２に記載の距離計測装置において、
   前記変調周波数算出手段は、前記検出対象画像に対してエッジ抽出処理を施してエッジ画像を取得し、取得されたエッジ画像を表す画像データの中から、前記移動体の移動方向に延在するエッジ画素データ列を抽出し、抽出したエッジ画素データ列のエッジ密度に基づいて前記空間周波数を算出することを特徴とする距離計測装置。
5. 請求項１または２に記載の距離計測装置において、
   前記変調周波数算出手段は、前記検出対象画像を表す撮像信号の中から、車両の移動方向に延在する画素データ列を抽出し、抽出した前記画素データ列に対して、同一画素情報を有する一群のデータ毎ごとにグループ分けするグルーピング処理を施し、グループ分けされた複数のグループの分布密度に基づいて前記空間周波数を算出することを特徴とする距離計測装置。
6. 請求項５に記載の距離計測装置において、
   前記撮像手段はカラー画像を表わす撮像信号を出力し、
   前記同一画素情報は各画素の色情報であることを特徴とする距離計測装置。
7. 請求項４に記載の距離計測装置において、
   前記移動体の速度を検出する速度検出手段をさらに備え、
   前記変調周波数算出手段は、前記検出された速度が速いほど広い範囲の前記エッジ画素データ列または前記画素データ列を抽出することを特徴とする距離計測装置。
8. 請求項５または６に記載の距離計測装置において、
   前記移動体の速度を検出する速度検出手段をさらに備え、
   前記変調周波数算出手段は、前記検出された速度と前記複数のグループの分布密度とに基づいて前記空間周波数を算出することを特徴とする距離計測装置。
9. 請求項２または８に記載の距離計測装置において、
   前記車両の移動方向に延在する画素データ列は、前記検出対象画像内の下側領域で予め特定した画素と消失点とを結ぶ直線上の画素データであることを特徴とする距離計測装置。
10. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の距離計測装置において、
    前記変調周波数算出手段は、算出された前記変調周波数が予め設定されている最小周波数よりも高いときに、前記算出された前記変調周波数を前記所定の変調周波数として前記投光手段からの照射光を変調することを特徴とする距離計測装置。
11. 請求項１０に記載の距離計測装置において、
    前記変調周波数算出手段は、算出された前記変調周波数が商用電源周波数の基本波および高調波の周波数の帯域に含まれる場合、当該帯域より高い周波数を前記所定の変調周波数として前記投光手段からの照射光を変調することを特徴とする距離計測装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の距離計測装置を備えた車両において、
    前記投光手段が、前記車両の前方を前記検出対象領域として光を照射することを特徴とする車両。
13. 移動体で用いられる距離計測方法において、
    検出対象を含む領域（以下検出対象領域）を撮像して前記検出対象領域の画像（以下、検出対象画像）を表す撮像信号を出力する撮像工程と、
    前記検出対象に向けて所定の変調周波数で変調した照射光を投光装置から照射する投光工程と、
    前記照射光が前記検出対象から反射される反射光の信号を前記撮像信号から抽出する同期検波工程と、
    前記同期検波工程で抽出された前記検出対象の反射光の信号に基づいて、前記検出対象までの距離を算出する距離算出工程と、
    前記検出対象画像の空間周波数を算出するとともに、前記所定の変調周波数を前記空間周波数に基づいて算出する変調周波数算出工程と、
    算出された前記所定の変調周波数で照射光が変調されるように前記投光装置を制御する投光制御工程とを備え、
    前記所定の変調周波数は、前記検出対象画像の空間周波数よりも大きな周波数であり、
    前記変調周波数算出工程は、前記照射光を照射せずに撮像して得られた前記検出対象領域の画像から、前記移動体の移動方向に延在する画素データ列を抽出し、抽出した画素データ列に基づいて前記空間周波数を算出し、この空間周波数に基づいて変調周波数を算出することを特徴とする距離計測方法。
    

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