JP5320880B2 - 距離計測装置、距離計測方法および車両 - Google Patents

Description

本発明は、照射光を被検物に照射して被検物までの距離情報を算出する距離計測技術、およびこの距離計測技術を用いる乗用車等の車両に関するものである。

光を検出対象領域に向けて照射し、被検物から鏡面反射および／または散乱によって戻される反射光をＣＣＤなどの撮像装置で撮像し、その撮像情報を処理して、被検物までの距離や被検物の形状などを計測する距離（形状）計測装置が知られている。このような計測装置においては、照射した光が鏡面反射された場合、鏡面反射された光が、次に散乱を受けて多重反射光として撮像装置に入射すると、誤った距離情報が得られることがある。すなわち、多重反射光が存在すると、精度の高い距離情報を得ることが困難となる。

そこで、従来の空間コードを用いた距離（形状）計測装置においては、多重反射の影響を除去するために、照射工程において照射された計測光の照射角度に対して予め定められた空間コードを設定し、撮像情報中の空間コードの増減を判定することによって多重反射の有無を判定していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１９３４３８号公報

しかしながら、上記従来技術では、多重反射と判定された場合、多重反射光によって得られる誤った距離情報を除去して、測定対象物までの距離を算出するのみであったため、鏡面反射率が大きくなる位置関係にあるような被検物までの距離を算出することができない。

本発明による距離計測装置は、検出領域に向けて複数の投光角度で計測光を照射する照射手段と、前記複数の投光角度にそれぞれ対応した反射光を撮像して複数の撮像信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段から出力される前記複数の撮像信号に基づいて、特定の計測地点からの反射光を検出し、検出された前記反射光の前記撮像手段への入射角度と前記複数の投光角度とに基づいて、前記特定の計測地点までの複数の距離を検出する距離検出手段と、前記複数の投光角度の計測光に応じてそれぞれ検出された反射光の各入射角度が同一であるにもかかわらず、前記距離検出手段により異なった距離が検出された場合には、鏡面反射が発生していると判定する判定手段と、前記判定手段で前記鏡面反射が発生していると判定されたときに、前記距離検出手段で検出された距離と、前記同一の入射角度が得られたときの第１および第２の投光角度とに基づいて、前記鏡面反射した被検物までの距離を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
本発明による車両は、上記の距離計測装置を備えた車両であって、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し、前記撮像手段が前記車両の前方からの反射光を受光可能に搭載されていることを特徴とする。
本発明による距離計測方法は、検出領域に向けて複数の投光角度で計測光を照射する照射工程と、前記複数の投光角度にそれぞれ対応した反射光を撮像して複数の撮像信号を出力する撮像工程と、前記撮像工程において出力された前記複数の撮像信号に基づいて、特定の計測地点からの反射光を検出し、検出された前記反射光の前記撮像工程への入射角度と前記複数の投光角度とに基づいて、前記特定の計測地点までの複数の距離を検出する距離検出工程と、前記複数の投光角度の計測光に応じてそれぞれ検出された反射光の各入射角度が同一であるにもかかわらず、前記距離検出工程により異なった距離が検出された場合には、鏡面反射が発生していると判定する判定工程と、前記判定工程で前記鏡面反射が発生していると判定されたときに、前記距離検出工程で検出された距離と、前記同一の入射角度が得られたときの第１および第２の投光角度とに基づいて、前記鏡面反射した被検物までの距離を算出する演算工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出領域に投光した計測光が被検物で鏡面反射したことを判定するとともに、鏡面反射した被検物までの距離を算出するようにした。その結果、鏡面反射率が大きくなる位置関係にあるような被検物までの距離を正確に算出することができる。

［第１の実施形態］
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５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の検出対象領域に向けて左右方向に走査しながら照射する。検出対象領域への照射角度が読み取ることができる照射光であればスポット光でもよい。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、それぞれ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、第１および第２の投光装置１Ｌ，１Ｒを投光装置１として説明する。

なお、照射光はパルス光を用いることができ、所定の投光角度について１パルスで１枚の照射光画像を取得してもよいし、複数パルスで１枚の照射光画像を取得してもよい。

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は、投光装置１から照射された計測光による被検物からの反射光の輝度画像を撮像する。距離計測装置は、車両前方を検出対象領域として、検出対象領域内の被検物に検出用の光を投光して、その被検物からの反射光を検出する。本明細書では、反射光を、鏡面反射および／または散乱（拡散）によって戻される光を含むものとして説明する。

図２（Ａ）は、撮像装置２のカメラ（以下、単に撮像装置２とする）で撮像された車両前方の画像例２Ｆを示す。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の車両前方の画像に対応する車外の配置を示す平面図である。図２（Ｂ）に示すように、投光装置１は、スリット状の計測光ＰＬ１を車両前方の左右方向および上下方向に走査しながら照射する。説明の便宜上、以下では計測光ＰＬ１を車両前方の斜め下方に向けて左右方向に走査するものとする。この場合、車両ＭＢの前方および左右前方の車両（例えば右前方の車両ＭＢ１）や通行人（不図示）等が被検物である。路面は多重反射光の判定に供するだけであり、被検物ではない。なお、水平方向のスリット光を垂直方向に走査して検出対象領域を撮像してもよい。

図２（Ｂ）では、計測光ＰＬ１は路面上の点Ｐ１に照射されている。なお、説明の便宜上、図２（Ａ）の視野２Ｆ内にも計測光ＰＬ１が表示されているが、実際には、計測光ＰＬ１は撮像装置２では撮像されず、点Ｐ１からの反射光によって点Ｐ１の像が撮像装置２により撮像される。

図３は、投光装置１および撮像装置２を用いる距離計測原理の説明図であり、この図３において、投光装置１から点Ｐ１に照射される計測光ＰＬ１と車両の幅方向との角度を投光角度αとする。また、路面上の点Ｐ１からの反射光ＬＢ１が撮像装置２に入射する際の車両の前方方向、すなわち、撮像装置２内の対物レンズの光軸に対する角度を撮像角度（入射角度とも呼ぶ）γ、投光装置１と撮像装置２との車両の幅方向の既知の距離をｅとすると、三角測量の原理によって撮像装置２から点Ｐ１までの距離ｄ１は、次式で計算できる。

図４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、レーザ光よりなる計測光ＰＬを出力するレーザ光源（ラインレーザ）７と、計測光ＰＬを走査するミラー８と、レーザ光源７のレーザ駆動部６と、ミラー８のミラー駆動部５とを備えている。ミラー駆動部５およびレーザ駆動部６には、図５のコントロールユニットＣＵから投光信号Ｔ１が入力される。投光信号Ｔ１に応じてレーザ駆動部６によりレーザ光源７が点灯される。投光信号Ｔ１に応じてミラー駆動部５により不図示のモータを介してミラー８が揺動される。ミラー８は、計測光ＰＬ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。

図４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４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４においては、計測光ＰＬが投光角度αｉで点Ｐに照射され、点Ｐからの反射光ＬＢ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、計測光ＰＬが例えば投光角度αｈで点ＰＡに照射された場合、点ＰＡからの反射光ＬＢＡ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Ｐ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Ｐからの反射光ＬＢが入射する撮像角度γｊを正確に求めることができる。

したがって、任意の投光角度αｉで投光したタイミングで撮像されて生成された１枚の画像を取り込み、各列ごとに最大輝度を示す画素を特定し、特定された画素に予め割り当てられた撮像角度γｊを決定し、その撮像角度γｊと投光角度αｉとを式（１）に代入することにより、点Ｐまでの距離ｄ１を算出することができる。

撮像素子１２は、投光信号Ｔ１と同期して図５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。計測光ＰＬが任意の投光角度αｉに走査されたタイミングで撮像素子１２が車両前方の検出対象領域を１枚撮像するごとに、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には、複数の投光角度αｉにそれぞれ対応する複数枚の画像データが記憶される。このように、車両前方の検出対象領域の全域を計測光ＰＬ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。

このように計測光ＰＬは投光角度αが次第に変化するような所定のパターンで検出対象領域内を照射する。検出対象領域内の種々の被検物までの距離を計測するためには、通常は計測光ＰＬを投光角度αｉがα１からαＩまで変化するように１回走査を行えばよい。

−コントロールユニットＣＵ−
図５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、距離算出部３２と、多重反射判定部３３と、反射対象距離演算部３４と、距離情報合成部３５とを備えている。

駆動制御部３１は、投光信号Ｔ１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にそれぞれ送出する。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、撮像装置２は車両前方の撮像を開始する。駆動制御部３１から投光装置１に対して投光信号Ｔ１が送信されると、投光装置１から計測光ＰＬが射出されるとともに、ミラー８が揺動して計測光ＰＬが車両前方を走査する。この計測光ＰＬの走査に同期して撮像装置２で撮像して生成された撮像信号ｓ（ｔ）、すなわち、任意の投光角度αｉで計測光ＰＬが投光されたときに撮像されて生成された画像１枚分の撮像信号は画像メモリ１４にいったん格納され、その後、距離算出部３２に供給され、距離算出部３２の撮像信号メモリに記録される。

駆動制御部３１は、距離算出部３２に対して投光情報信号Ｔ３を供給する。投光情報信号Ｔ３は計測光ＰＬの投光角度αｉの情報を有する。投光情報信号Ｔ３が距離算出部３２に入力されると、その投光角度αｉで撮像して画像メモリ１４に格納されている１枚分の画像を表す撮像信号（画素信号列）を撮像信号メモリに取り込む。そして、投光角度αｉに対応する画像データについて、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を特定することで、その投光角度αｉにおける被検物からの反射光の撮像装置２に対する撮像角度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。
他の列の画素の撮像信号も一列の画素ＰＸｊの撮像信号ｓｊ（ｔ）と同様に処理されるので、１枚の画像内に所定輝度以上の高い輝度を持つ複数の画素領域が抽出され、それぞれの距離が算出される。

ここで、図４の投光装置１から照射された計測光ＰＬのほぼ全部が、例えば被検物上の第１点で鏡面反射した後、その鏡面反射した計測光のほぼ全部が同一または別の被検物上の第２点で散乱されて撮像装置２に入射する状況について説明する。すなわち、投光装置１からの計測光ＰＬが複数の反射点を経て撮像装置２に撮像（受光）される状況である。計測光ＰＬが投光装置１を出てから撮像装置２に入射するまでに１回以上、鏡面反射した反射のことを多重反射と呼び、複数の反射点を経て撮像装置２に撮像される反射光を多重反射光と呼ぶものとする。

上述した第１点で鏡面反射した多重反射光が存在すると、その第１点と撮像装置２の対物レンズの中心とを結ぶ軸上の画素、すなわち、本来であれば第１点からの反射光を受光する画素には、反射光がほとんど入射しない。したがって、第１点の本来の距離情報が式（１）から得られない。

距離算出部３２では、任意の投光角度αｉで投光された計測光により撮像した１枚の画像ごとに特定された各画素ＰＸｊ（撮像角度γｊ）を用いて、式（１）を用いて被検物までの距離ｄｉをそれぞれ算出する。距離算出部３２は、投光角度αｉと、その投光角度αｉに対応する１枚の画像から特定された画素ＰＸｊ（撮像角度γｊ）と、対応して算出された距離ｄｉとを対応付けて、図６に示すようなテーブルを作成して記憶する。

図５のコントロールユニットＣＵの多重反射判定部３３は、距離算出部３２から供給される図６の距離情報テーブルのデータに基づいて、多重反射の有無を判定する。図６のテーブルの例では、投光角度α３とα１５に対応して同一の画素ＰＸ６が記憶されているから、多重反射（１つ以上の鏡面反射）が発生していると判定する。反射対象距離演算部３４は、多重反射判定部３３の多重反射の有無の判定結果に基づいて、多重反射光の少なくとも一つの反射点までの距離を算出する。多重反射判定部３３は、多重反射が無い画素ＰＸｊ（撮像角度γｊ）については、その距離ｄの情報をそのまま距離情報合成部３５に供給する。距離情報合成部３５は、距離算出部３２で得られる距離情報と反射対象距離演算部３４で得られる距離情報とを合成する。

以下、多重反射光に対する距離検出原理、ならびにその際の多重反射判定部３３、反射対象距離演算部３４、および距離情報合成部３５の動作につき詳細に説明する。多重反射光、その中でも特に１回目にほぼ鏡面反射した後に、２回目に散乱反射して撮像装置２に入射する多重反射光（２回反射光）を検出する際には、図７（Ｂ）および図７（Ｄ）に示す鏡面反射光の反射率（鏡面反射率ＲＭ）と散乱（拡散）による反射光の反射率（散乱反射率ＲＳ）との相違を利用する。

すなわち、図７（Ａ）に示す入射角θｉと反射角θｒとが等しい鏡面反射光については、その反射率である鏡面反射率ＲＭは、図７（Ｂ）に示すように、入射角θｉが大きくなるほど高くなる。一方、図７（Ｃ）に示す入射角θｉに対してほぼ全方向θｓに反射する散乱（拡散）による反射光については、その反射率である散乱反射率ＲＳは、図７（Ｄ）に示すように、入射角θｉが小さいほど高くなる。なお、路面のような粗面では、散乱反射率は入射角θｉによらずに全角度でほぼ一定とみなすことができる。

そして、左右のレーンを走行する車両の後部バンパーまたは対向車のフロントバンパーのような鏡面に近い反射部材は、車両ＭＢからの計測光の入射角θｉが図７（Ｂ）の所定範囲（鏡面反射率が小さい範囲）δθ内に入りやすくなる。従って、鏡面反射光が減少するため、その反射部材からの散乱反射光を十分に大きい光量で検出することができ、図５の距離算出部３２において正確に距離を算出可能である。

一方、図８（Ａ）の画像２Ｆに示すように、隣のレーンを走行中の車両ＭＢ１が本実施形態の車両ＭＢに平行になっているような状況について説明する。この状況下では、車両ＭＢから照射される計測光ＰＬ２は、車両ＭＢ１の鏡面に近い側面の反射点Ｐ３に図７（Ｄ）の所定範囲（散乱反射率が大きい範囲）δθ外の入射角で入射するため、その反射点Ｐ３からの散乱反射光は弱くなり殆どが鏡面反射する。このように鏡面反射した計測光ＰＬ３は、路面上の点Ｐ２で散乱反射して多重反射光として撮像装置２に入射するため、その点Ｐ２の像が撮像装置２で撮像されてしまう。なお、図８（Ａ）の計測光ＰＬ２，ＰＬ３自体は撮像装置２には撮像されない。

図８（Ｂ）は図８（Ａ）の車両前方の画像に対応する車外の配置を示す平面図である。図８（Ｂ）に示すように、投光装置１から照射された計測光ＰＬ２は、車両ＭＢ１の側面の反射点Ｐ３（第１の反射点または撮像装置２により近い反射点）で鏡面反射した後に、路面上の点Ｐ２（第２の反射点）で散乱反射して、多重反射光（ここでは２回反射光）ＬＢ２として撮像装置２に入射している。

この多重反射が生じているときの車両ＭＢ１の側面の反射点Ｐ３までの距離算出方法について図９（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。この場合、図４の投光装置１からの計測光ＰＬは反時計周りに走査されるものとする。

図９（Ａ）に示すように、計測光ＰＬ２の投光角度がα１５となったときに、反射点Ｐ３および点Ｐ２において多重反射が生じ、点Ｐ２からの多重反射光ＬＢ２が撮像角度γ（これに対応する画素を画素ＰＸ６とする）で撮像装置２に入射するものとする。この場合、図６の距離情報テーブルでは、投光角度α１５に対する最大画素値の画素は画素ＰＸ６（撮像角度γ）として記録される。また、撮像角度γおよび投光角度α１５を用いて図５の距離算出部３２によって式（１）から計算される距離をｄ２とすると、距離ｄ２は次の（２）式で示されるようになり、図６の距離情報テーブルにおいて、投光角度α１５に対する距離ｄ２として記憶される。

距離ｄ２は、図９（Ａ）の反射点Ｐ３よりも手前の計測光ＰＬ２と多重反射光ＬＢ２とが交差する仮想的な点Ｐ４までの撮像装置２からの距離となる。

次に、計測光ＰＬ２をさらに反時計周りに走査すると、図９（Ｂ）に示すように、計測光ＰＬ１の投光角度がα３（＞α１５）となって、計測光ＰＬ１が同じ点Ｐ２（図９（Ａ）の場合と自車両との相対位置が同じ点）に直接照射された時点でも、点Ｐ２からの散乱による反射光ＬＢ１が撮像角度γで撮像装置２に入射する。この場合、図６の距離情報テーブルでは、投光角度α３に対する最大画素値の画素は画素ＰＸ６（撮像角度γ）として記録される。また、撮像角度γおよび投光角度α３を用いて図５の距離算出部３２によって式（１）から計算される距離をｄ１とすると、距離ｄ１も図６の距離情報テーブルの距離ｄｉとして記録される。距離ｄ１（＞ｄ２）は、図９（Ｂ）の計測光ＰＬ１と反射光ＰＬ３とが交差する点Ｐ２までの撮像装置２からの距離となる。

多重反射判定部３３では、図６の示す距離情報テーブルの情報に基づいて、同じ画素ＰＸ６（撮像角度γ６）において対応する投光角度がα３とα１５、または距離がｄ１とｄ２のように、投光角度データあるいは距離データが２つ以上ある場合に、当該画素に入射する反射光のいずれかに多重反射、すなわち１つ以上の鏡面反射が生じているものと判定する。さらに、多重反射判定部３３では、距離算出部３２で求められた距離ｄ１，ｄ２のうち、相対的に短い距離ｄ２（小さい投光角度α１５のときのデータ）が多重反射によって誤って計算された距離であると判定する。これは、検出される多重反射光が、例えば１回目に鏡面反射によって遠方に反射され、２回目の散乱反射によって撮像装置２に受光されることを意味している。

そして、多重反射判定部３３は、多重反射が発生したときの投光角度α３，α１５、撮像角度γ、および距離ｄ１，ｄ２の情報を反射対象距離演算部３４へ送る。多重反射と判定されていない画素（撮像角度）の距離ｄｉの情報はそのまま距離情報合成部３５に送られる。反射対象距離演算部３４は、多重反射判定部３３から送られてきた情報から、図９（Ｂ）の多重反射の１回目の反射点（より近い反射点）Ｐ３までの撮像装置２からの距離ｄ４を次のように算出する。

本実施形態では、反射点Ｐ３のある面（車両ＭＢ１の側面）は、車両ＭＢと平行であると仮定する。このとき、図９（Ｂ）の遠方の点Ｐ２までの計算済みの距離ｄ１と、多重反射が生じていると判定された投光装置１からの計測光の２つの投光角度α３およびα１５（＜α３）とを用いて、距離ｄ４を次式（３）から求められる。なお、式（３）の算出に際して、計測光ＰＬが反射点Ｐ３で鏡面反射（正反射）していることを利用している。

・・・（３）

この距離ｄ４は、図６の距離情報テーブルにおいて、投光角度α１５および距離ｄ２に対応させて、反射対象距離ｄｒとして記憶される。多重反射を行う反射点Ｐ３までの距離ｄ４が記憶された投光角度α１５に関する距離情報は、図５の反射対象距離演算部３４から距離情報合成部３５に供給される。

距離情報合成部３５においては、多重反射判定部３３から送られてきた反射点までの距離情報ｄｉと、反射対象距離演算部３４から送られてきた距離情報ｄｒを合成して、検出対象領域における被検物に関する距離情報を生成する。すなわち、多重反射光を発生しない被検物までの第１距離ｄｉと、多重反射光を発生した被検物までの第２距離ｄｒの情報を得ることができる。

なお、以上の説明では、右側のレーンを走行中の車両ＭＢ１の側面の反射点Ｐ３に投光装置１から投光角度α１５で計測光を投射した場合について説明した。図１０に示すように、車両ＭＢの左側のレーンを走行中の車両ＭＢ２の側面の反射点Ｐ３Ｌに投光装置１からの投光角度αＬの計測光ＰＬ２Ｌが照射された場合についても同様であり、以下、簡単に説明する。

図１０において、反射点Ｐ３Ｌで鏡面反射された計測光ＰＬ３Ｌが路面上の点Ｐ２に達し、点Ｐ２で散乱された多重反射光ＬＢ２Ｌが撮像装置２に撮像角度γで入射する場合がある。その点Ｐ２は、投光装置１から投光角度α（＜αＬ）で照射される計測光ＰＬ１が照射された場合にも、その反射光ＬＢ１が撮像装置２に同じ撮像角度γで入射する点である。

しかも、この場合には、投光角度αを用いる距離ｄ１は図９（Ａ）の例と同様に計算できるが、反射点Ｐ３Ｌに向かう計測光ＰＬ２Ｌと多重反射光ＬＢ２Ｌとは交差していない。従って、投光角度αＬに関して式（１）を用いて距離ｄ１を計算すると負の有り得ない値となる。そこで、図５の距離算出部３２は距離が計算できないもの判定する。したがって、図６の距離情報テーブルにおいて、投光角度αに対する距離データとしてｄ１を記録するが、投光角度αＬに関する距離データ記録欄には距離計算ができないことを示すエラー情報を記録する。

その後、その距離情報テーブルの内容に基づいて、多重反射判定部３３では、投光角度αＬで投光したときの最大輝度を示す画素（撮像角度）に関して多重反射が発生していると判定する。そして、反射対象距離演算部３４では、式（３）のｔａｎα３およびｔａｎα１５としてそれぞれ｜ｔａｎαＬ｜およびｔａｎαを代入することで、図９の多重反射のより近い反射点Ｐ３Ｌまでの距離（図９（Ｂ）のｄ４に対応する距離）を算出できる。

次に、この第１の実施形態において検出対象領域内の被検物までの距離情報を求めるための動作の一例について図１１のフローチャートを参照しつつ簡単に説明する。この動作は図５のコントロールユニットＣＵ内の駆動制御部３１によって制御される。

図１１のステップＳ１において、図５の駆動制御部３１から投光信号Ｔ１およびカメラコントロール信号Ｔ２が投光装置１および撮像装置２に入力され、図４の投光装置１による計測光ＰＬの走査（投光）と撮像装置２による反射光ＬＢの撮像とが同期して開始される。これによって、各投光角度αｉごとに最大画素値を示す画素ＰＸｊを算出する。そして、ステップＳ３において、距離算出部３２は、投光角度αｉと、最大画素値を示す画素に対応付けられた撮像角度γｊとを用いて式（１）により距離ｄｉを算出する。これらの情報は図６の距離情報テーブルとして記憶される。

ステップＳ５において、多重反射判定部３３では、図６の距離情報テーブルを参照して多重反射の有無を判定する。この実施の形態では、
（ａ）異なる投光角度αｉに対応する最大画素値を示す画素の中に同一の画素が存在するか、または
（ｂ）同一の画素に対して異なる距離が算出されているか否か
により、多重反射の有無を判定する。多重反射がないとき、すなわち、多重反射光により最大画素値を示す画素がないときは、その距離情報テーブルの距離ｄｉ（第１距離）のデータのみが距離情報合成部３５に送られる。ステップＳ５において、多重反射があるときとき、すなわち、多重反射光により最大画素値を示す画素があるときは、その画素の情報のうち撮像角度γが反射対象距離演算部３４に供給され、それ以外の画素の情報は距離情報合成部３５に供給される。

そして、ステップＳ７において、反射対象距離演算部３４では、多重反射光により最大画素値を示す画素について、式（３）を用いて１回目の反射のあった地点（真の反射点）までの距離ｄｒ（第２距離）を算出して距離情報合成部３５に供給する。次のステップＳ９において、距離情報合成部３５では、算出された多重反射地点の距離情報（第１距離）および多重反射のない距離情報（第２距離）を合成し、検出対象領域の距離情報を求める。

本実施形態の距離計測装置および車両によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）本実施形態の距離計測装置によれば、多重反射判定部３３によって反射光が鏡面反射光であると判定された場合、反射対象距離演算部３４によって、計測光ＰＬの投光角度の情報と、反射光を受光する画素ＰＸｊの情報とに基づいて、投光装置１から射出された計測光の第１回目の真の反射点までの距離情報を算出することができる。従って、従来計測できなかった鏡面反射率が大きくなる位置関係にあるような被検物までの距離の算出も可能となるため、検出対象領域内で正確な距離情報が得られる範囲が広がる。

（２）異なる投光角度で取得した複数枚の画像について、同一の画素が選択されて２つの距離が算出されている場合、多重反射光によって生成された画像信号を含んでいると判定するようにした。したがって、従来技術の距離計測装置のように、照射光に予め空間コードを割り当てた照射光を使用する必要がない。

（３）距離計測装置として不可欠の距離演算部の演算結果に基づいて、同一の画素に対して少なくとも二つの距離が算出されているか、一方の距離演算に対してエラー情報が記録されているかに基づいて多重反射の有無を判定するようにしたので、多重反射の有無を判定する特別のアルゴリムが不要となる。

（４）本実施形態の距離計測装置は、距離算出部３２で求められる多重反射のない反射光の反射点までの距離情報（第１距離）と、反射対象距離演算部３４で得られる多重反射光の最も近い反射点までの距離情報（第２距離）とを合成する距離情報合成部３５をさらに備えている。従って、検出対象領域の全域に存在する複数の被検物までの距離を正確に計測できる。

（５）被検物が路面を走行中の車両であり、その多重反射光は、車両に続いて路面で反射された光である場合には、側方レーンを走行中の車両の側面からの多重反射光を確実に検出することが可能となり、多重反射光の反射点（車両）までの距離計測を幅広い環境下で行うことができる。

（６）上記の実施形態の車両ＭＢによれば、上記の実施形態の距離計測装置を備え、その投光装置１が車両ＭＢの前方を検出対象領域として計測光ＰＬを照射し、撮像装置２が車両ＭＢの前方からの反射光を受光可能に搭載されているため、多重反射光の影響を除いて、車両ＭＢの前方の被検物までの距離を正確に計測できる。

［第２の実施形態］
図１２〜図１５を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。上記の第１の実施形態では、多重反射を生じる反射面（車両ＭＢ１の側面）が自車両ＭＢと平行である例を示した（図８（Ｂ））。第２の実施形態では、多重反射を生じる反射面（車両ＭＢ１の側面）が自車両ＭＢと平行でない場合でも、多重反射光の反射点までの距離を正確に計測できるようにしたものである。以下、図１２〜図１５において、図５、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、および図１０に対応する部分には同一符号を付して、多重反射が生じる面が自車両ＭＢと平行ではない場合について説明する。

図１２は、本実施形態の距離計測装置のコントロールユニットＣＵＡを示す。コントロールユニットＣＵＡは、図５のコントロールユニットＣＵに対して多反射面推定部３６が付加された点が異なっている。以下、反射面推定部３６の動作およびこれに関連する反射対象距離演算部３４の動作を主に説明する。なお、距離算出部３２は図６に示すような距離情報テーブルを第１の実施形態と同様にして作成する。

図１３は、本実施形態の距離計測装置が搭載された車両ＭＢの右前方を別の車両ＭＢ１が、車両ＭＢと非平行状態で走行している一例を示す平面図である。図１３に示すように、投光装置１から車両ＭＢ１の側面の反射点Ｐ６に投光角度βで照射された計測光ＰＬ２は、反射点Ｐ６で鏡面反射して路面上の点Ｐ５に入射して散乱されて、多重反射光ＬＢＡとして撮像装置２に入射している。このとき、反射点Ｐ６の反射面は自車両ＭＢと平行ではない。

第１の実施形態と同様に、多重反射光ＬＢ２の光路に沿って点Ｐ５および仮想的な点Ｐ７までの２つの距離が算出されるため、図１２の多重反射判定部３３は、図１３の場合にも多重反射があると判定する。

図１４は図１３の状態を簡略化して示す図である。図１４において、投光角度αとβの二つの投光角度で照射されて計測光で撮像した二枚の画像において、点Ｐ５で反射する反射光はともに撮像装置２の同一の画素に入射する。すなわち、投光角度α１〜αｊまでの１スキャンにおいて撮像された複数枚の画像において、最大画素値を示す画素として同一の画素が特定される。図１４では、この画素に入射する反射光の撮像角度をγで表している。この場合、第１の実施の形態で説明したように、２枚の画像において同一の撮像角度γで反射光を受光する同一の画素について、点Ｐ５（投光角度α）までの距離ｄ１と、仮想的な点Ｐ７（投光角度β）までの距離ｄ２が算出されている。したがって、図１２の多重反射判定部３３は多重反射が発生していることを判定する。多重反射判定部３３は、多重反射の発生の有無と、距離ｄ１およびｄ２のうち大きい方の距離ｄ１と、投光角度α，βを反射面推定部３６および反射対象距離演算部３４へ送る。

ここで、図１３に示す状況下で多重反射が起きている場合を一例として反射面推定部３６について説明する。図１３に示すように、車両ＭＢ１の側面には計測光ＰＬ２が入射している。計測光ＰＬ２の入射角は大きいため、反射点Ｐ６では鏡面反射成分が強い。しかし、車両ＭＢ１の後部バンパーＢＢ１においては投光装置１からの計測光の入射角は小さい。そのため、後部バンパーＢＢ１においては散乱反射成分が大きく、計測光の反射光を直接検出することが可能となり、上述した式（１）を用いた三角測量により後部バンパーＢＢ１までの距離を算出することができる。

そこで、反射面推定部３６では、図６の距離情報テーブルを参照して、図１３の状況下において多重反射の発生が判定された投光角度βに近い領域において、後部バンパーらしき反射物体を特定する。すなわち、高輝度が水平方向に延在する矩形上に分布する領域を後部バンパーＢＢ１として特定する。その後、例えばその反射部材の両端付近の像を撮像した撮像装置２の画素に関する情報から、その両端付近での投光装置１からの計測光ＰＬＢ１，ＰＬＢ２の投光角度αＢ１，αＢ２、ならびに距離ｄＢ１およびｄＢ２を特定する。そして、距離ｄＢ１とｄＢ２の差と、距離ｄＢ１とｄＢ２が算出された反射物体両端の間隔とに基づいて、反射面推定部３６は、反射部材の傾斜角φを求めることができる。

なお、投光角度αＢ１〜αＢ２の間の距離情報も用いて、その反射部材（後部バンパーＢＢ１）の傾斜角φの平均値を求めてもよい。さらに、車両ＭＢ１の多重反射が生じている反射点Ｐ６の面は後部バンパーＢＢ１に直交しているものと仮定すると、反射点Ｐ６の面の傾斜角もφと推定される。この傾斜角φの情報は図１２の反射対象距離演算部３４に供給される。

反射対象距離演算部３４は、図１４において、路面上の点Ｐ５までの計算済みの距離ｄ１、点Ｐ５の撮像角度γ、および間隔ｅとから、投光装置１と点Ｐ５との車両の幅方向の間隔ｈを計算した後、これを用いて傾斜している反射点Ｐ６までの距離ｄ５を計算する。撮像角度γ、反射点Ｐ６の面の傾斜角φ、点Ｐ５およびＰ７までの計算済みの距離ｄ１，ｄ２、点Ｐ５およびＰ７に対する投光装置１からの計測光の投光角度α，β、および間隔ｅを用いて、距離ｄ５は次式から計算できる。

算出された反射点Ｐ６までの距離ｄ５の情報は図１２の距離情報合成部３５に送られ、これによって検出対象領域の距離情報、すなわち、多重反射光を発生しない被検物までの第１距離と、多重反射光を発生した被検物までの第２距離の情報を得ることができる。

この第２の実施形態において検出対象領域の距離情報を求めるための動作の一例について、図１５のフローチャートを参照しつつ説明する。この動作は図１２のコントロールユニットＣＵＡ内の駆動制御部３１によって制御される。

図１５のステップＳ１，Ｓ３は図１１のステップＳ１、Ｓ３と同様であり、ステップＳ３において、距離算出部３２は、投光角度αｉと、最大画素値を示す画素に対応付けられた撮像角度γｊとを用いて式（１）により距離ｄｉを算出する。これらの情報は図６の距離情報テーブルとして記憶される。ステップＳ５１において、多重反射がないと判定されているときには、その距離情報テーブルの内容がそのまま距離情報合成部３５に送られる。ステップＳ５１において、多重反射があると判定されているときには、ステップＳ５３に移行する。

ステップＳ５３において、反射面推定部３６は、多重反射した投光角度の近くに所定の後部バンパー状の反射部材があるかどうかを評価する。反射部材がないときには、多重反射した点の傾斜角を０であるとしてステップＳ５７に移行する。一方、ステップＳ５３において、反射部材がある場合には、ステップＳ５５に移行して、反射面推定部３６は上述のようにその反射部材の傾斜角φを求め、この傾斜角φを反射対象距離演算部３４に送る。ステップＳ５７において、反射対象距離演算部３４は式（４）から多重反射した点までの距離を算出して距離情報合成部３５に送る。そして、ステップＳ９において、距離情報合成部３５では、算出された多重反射地点の距離情報および多重反射のない反射地点の距離情報を合成して、検出対象領域に存在する全ての被検物の距離情報を求める。

第２の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）多重反射判定部３３において多重反射光が存在すると判定されたときに、多重反射光の反射点の近くに後部バンパーらしき矩形形状の反射部材を抽出し、その反射物体の平面視における傾斜角φを算出する。そして、多重反射した反射面の角度を傾斜角φとして、前方右レーンを走行する車両ＭＢ１の側面（傾斜面）上の反射点Ｐ６までの距離ｄ５を算出する。従って、多重反射光を生成する計測光が入射する反射面の傾斜角をも考慮して、多重反射を起こす計測光の反射点Ｐ６までの距離ｄ５をより高精度に計算できる。

車両の後部バンパーは、その形状が概ね矩形形状を呈しており、また、反射率が高いため、容易に検出が可能である。

以上説明した第２の実施形態は次のように変形して実施することができる。
（１）上記の第２の実施形態では被検物の反射面の傾斜角を推定し、反射点までの距離の算出を行ったが、撮像装置２による撮像情報から、以下のようにして、被検物の反射面の傾斜角の変化を検知することも可能である。

被検物の反射面の傾斜角が変化した場合、例えば図５の撮像装置２によって得られる像の中で、その反射面中の反射点（多重反射点）の像の輝度変化が生じる。これは反射面に対する計測光の入射角が変化して、鏡面反射成分が増減するためである。従って、撮像装置２の撮像情報から得られる反射光の輝度が減少している場合、反射面の傾斜角φは大きくなっていると推定できる。そのため、自車両ＭＢの走行方向に所定の傾斜角で交差する面を持った被検物として検出可能となる。

一方、反射光の輝度が増加している場合、反射面の傾斜角φは小さくなる。これにより、反射面の傾斜角の変化を推定することが可能となり、反射面の角度変化の情報を得ることが可能となる。

（２）上記の第１および第２の実施形態では、本発明を車両に搭載した距離計測装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば鉄道や船舶などの他の乗り物や、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移動する装置に搭載される計測装置に適用できる他、固定して使用される測定機器等（形状測定装置等を含む）にも適用することができる。

（３）投光装置から照射される光は、上記の実施形態で示した計測光ＰＬ（照射光）に限定されるものではなく、適用された機器、検出対象領域、および被検物に応じて最適の形態の光を照射すればよい。例えば、照射光を単に検出対象領域全体に照射するようにしてもよい。このようにすることで、多重反射光の反射点までの距離を算出することが可能となる。

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、上述した実施形態に何ら限定されない。また、上述した実施形態および変形例は組み合わせてもよい。
たとえば、本発明による距離計測装置は、複数の投光角度で計測光を検出領域に照射する照射装置と、検出領域からの反射光を撮像して撮像信号を出力する撮影装置と、撮像信号に基づいて鏡面反射が発生しているか否かを判定する判定部と、鏡面反射が発生していると判定されたときは第１の距離演算式（上記（式３））を使用して鏡面反射する被検物までの距離を演算、鏡面反射が発生していないと判定されたときは第２の距離演算式（上記（式２））を使用して散乱反射する被検物までの距離を演算する演算部とを備えるように構成することもできる。
なお、特許請求の範囲の構成要素と上述の実施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、判定手段は多重反射判定部３３に、演算手段は反射対象距離演算部３４や距離算出部３２に、傾斜角算出手段は反射面推定部３６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。

本発明の第１の実施形態の距離計測装置が搭載された車両を示す斜視図である。 図２（Ａ）は、第１の実施形態において、距離計測中のカメラの視野内の像の一例を示す図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の状態における車外の配置を示す平面図である。 三角測量による距離計測の原理を説明するための図である。 距離計測装置の光学系等の構成を示す図 その距離計測装置のコントロールユニットＣＵの構成を示すブロック図である。 距離情報テーブルを示す図である。 図７（Ａ）は鏡面反射時の入射角と反射角との関係を示す図、図７（Ｂ）は鏡面反射率の一例を示す図、図７（Ｃ）は散乱（拡散）反射時の入射角と散乱角との関係を示す図、図７（Ｄ）は散乱反射率の一例を示す図である。 図８（Ａ）は第１の実施形態において、多重反射光を検出中のカメラの視野内の像の一例を示す図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の状態における車外の配置を示す平面図である。 図９（Ａ）は多重反射光の光路の一例を示す図、図９（Ｂ）は多重反射光の２つの反射点、投光装置１からの計測光の投光角度、および撮像装置２による撮像角度の関係を示す図である。 多重反射光の別の例を示す平面図である。 第１の実施形態における距離計測動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の距離計測装置のコントロールユニットＣＵＡの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態において、多重反射光を検出中の車両の配置を示す平面図である。 第２の実施形態において、多重反射光の２つの反射点、投光装置１からの計測光の投光角度、撮像装置２による撮像角度、および反射点の傾斜角等の関係を示す図である。 第２の実施形態における距離計測動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 投光装置 ２ 撮像装置
１２ 撮像素子 ３１ 駆動制御部
３２ 距離算出部 ３３ 多重反射判定部
３４ 反射対象距離演算部 ３５ 距離情報合成部
３６ 反射面推定部 ＣＵ，ＣＵＡ コントロールユニット
ＰＸｊ 画素

Claims (9)

1. 検出領域に向けて複数の投光角度で計測光を照射する照射手段と、
   前記複数の投光角度にそれぞれ対応した反射光を撮像して複数の撮像信号を出力する撮像手段と、
   前記撮像手段から出力される前記複数の撮像信号に基づいて、特定の計測地点からの反射光を検出し、検出された前記反射光の前記撮像手段への入射角度と前記複数の投光角度とに基づいて、前記特定の計測地点までの複数の距離を検出する距離検出手段と、
   前記複数の投光角度の計測光に応じてそれぞれ検出された反射光の各入射角度が同一であるにもかかわらず、前記距離検出手段により異なった距離が検出された場合には、鏡面反射が発生していると判定する判定手段と、
   前記判定手段で前記鏡面反射が発生していると判定されたときに、前記距離検出手段で検出された距離と、前記同一の入射角度が得られたときの第１および第２の投光角度とに基づいて、前記鏡面反射した被検物までの距離を算出する演算手段とを備え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、
   前記判定手段によって鏡面反射が発生していると判定した場合に、前記鏡面反射が発生している反射地点近傍の所定形状の反射部材を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された前記反射部材の傾斜角を算出する傾斜角算出手段とをさらに備え、
   第１および第２の投光角度で計測光を照射したときに前記距離検出手段で第１および第２の距離を検出したとき、
   前記演算手段は、前記第１および第２の投光角度と、前記距離検出手段により検出した前記第１および第２の距離と、前記傾斜角とに基づいて、鏡面反射光が発生した地点までの距離を算出す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、
   前記撮像手段は、２次元に配設された複数の画素を有する光電変換素子を有し、前記計測光の照射に同期して前記複数の画素から画素信号列を出力し、
   前記演算手段は、前記第１および第２の投光角度で前記計測光を投光して撮像されて取得した画像ごとに、前記画素信号列の中で輝度の高い画素値を出力する画素を特定する特定手段と、
   前記特定手段で特定された画素に入射する反射光の入射角度を決定する決定手段とをさらに備えることを特徴とする距離計測装置。
4. 請求項３に記載の距離計測装置において、
   前記判定手段は、前記第１および第２の投光角度で前記計測光を投光したときに撮像して取得した複数の画像において、前記特定手段により同一の画素が複数回決定されている場合、前記鏡面反射が発生していると判定することを特徴とする距離計測装置。
5. 請求項３に記載の距離計測装置において、
   前記判定手段は、前記第１および第２の投光角度で前記計測光を投光したときに撮像して取得した複数の画像において、前記特定手段により特定された同一の画素に対して異なる距離が算出されている場合に、前記鏡面反射が発生していると判定することを特徴とする距離計測装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の距離計測装置において、
   前記演算手段は、前記第１および第２の投光角度と、前記距離検出手段により検出した複数の距離のうちの、前記鏡面反射の発生が判定されていないときに検出された距離とに基づいて、三角測量の原理で前記鏡面反射光が発生した地点までの距離を演算することを特徴とする距離計測装置。
7. 請求項２に記載の距離計測装置において、
   前記被検物は車両であり、前記反射部材は車両のバンパーであることを特徴とする距離計測装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の距離計測装置を備えた車両であって、
   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し、
   前記撮像手段が前記車両の前方からの反射光を受光可能に搭載されていることを特徴とする車両。
9. 検出領域に向けて複数の投光角度で計測光を照射する照射工程と、
   前記複数の投光角度にそれぞれ対応した反射光を撮像して複数の撮像信号を出力する撮像工程と、
   前記撮像工程において出力された前記複数の撮像信号に基づいて、特定の計測地点からの反射光を検出し、検出された前記反射光の前記撮像工程への入射角度と前記複数の投光角度とに基づいて、前記特定の計測地点までの複数の距離を検出する距離検出工程と、
   前記複数の投光角度の計測光に応じてそれぞれ検出された反射光の各入射角度が同一であるにもかかわらず、前記距離検出工程により異なった距離が検出された場合には、鏡面反射が発生していると判定する判定工程と、
   前記判定工程で前記鏡面反射が発生していると判定されたときに、前記距離検出工程で検出された距離と、前記同一の入射角度が得られたときの第１および第２の投光角度とに基づいて、前記鏡面反射した被検物までの距離を算出する演算工程とを備えることを特徴とする距離計測方法。