JP5939422B2 - 距離計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体とその周囲に存在する物体との間の距離を計測する距離計測装置に係り、特に計測の精度を向上させる技術に関する。

従来より、移動体に搭載され、該移動体とその周囲に存在する周囲物体との間の距離を計測するために距離計測装置が用いられる。従来における距離計測装置として、同期検波回路を用いるものが知られている。同期検波回路は、所定の周波数の搬送波に送信信号を重畳して送信し、対象物で反射した信号を受信し、更に、受信信号に上記所定の周波数の基準信号を乗じることにより、送信信号を復元するものである。

また、従来における同期検波回路は、受信信号に含まれる高調波成分を取り除くためにＬＰＦ（ローパスフィルタ）を用いる構成のものが多く用いられている。しかし、ＬＰＦは構成が大がかりになることから、ＬＰＦを用いずに移動平均フィルタを用いて高調波成分を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−６５７６８号公報

上述した特許文献１に開示された従来例では、基準信号及びその高調波と同じ周波数の不要ノイズ成分等の周波数を特定できる不要信号を、移動平均フィルタの無限減衰域を調整することで効果的に除去することができる。しかし、移動体に搭載して距離を計測する場合には、輝度エッジの変化は線形性を持った安定した変化ではなく、過渡的な不連続な変化となるため、広い周波数帯域に信号成分を持つこととなり、変調信号を検波する際に不適切な同期判定がなされ、誤検出を生じるという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、移動状態においても高精度に距離計測を実施することができる距離計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、強度変調された領域光を照射する投光手段と、投光手段にて照射された領域光が前記周囲物体にて反射した反射光を撮像する撮像手段とを有する。更に、投光手段より照射する領域光の発光強度を制御する投光制御手段と、撮像手段にて撮像される画像から、前記投光手段より照射した領域光の強度変調と同期して輝度変動する領域を抽出する同期検波処理手段とを有する。そして、投光制御手段は、投光手段より照射する領域光の発光強度が、最大発光強度のおよそ半分となる所定の発光を含まない発光強度となるように１周期をＮ分割（Ｎは２以上の整数）した強度変調とする。

本発明に係る距離計測装置では、投光手段より照射される領域光が、最大発光強度のおよそ半分付近の発光強度とならないように設定されるので、受信側では変調信号に基づき確実に送信信号の正負判定を行うことができ、輝度エッジが不規則に変化する場合でも高精度な距離の計測が可能となる。

本発明の実施形態に係る距離計測装置の構成を示すブロック図である。 一般的な距離計測装置で採用される同期検波処理の原理を示す説明図である。 図２に示した同期検波処理で用いられる各種信号の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る距離計測装置で使用する輝度パターンを示す図であり、搬送波の１周期を５分割した場合の例を示す。 本発明の第１実施形態に係る距離計測装置で採用される同期検波処理の原理を示す説明図である。 図５に示した同期検波処理で用いられる各種信号の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る距離計測装置で使用する輝度パターンを示す図であり、搬送波の１周期を６分割した場合の例を示す。 搬送波の１周期を６分割した場合の、同期検波処理で用いられる各種信号の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る距離計測装置の投光部より照射する強度変調された領域光のデューティ比を示す説明図であり、搬送波の１周期を５分割した場合を示す。 本発明の第１実施形態に係る距離計測装置の投光部より照射する強度変調された領域光のデューティ比を示す説明図であり、搬送波の１周期を６分割した場合を示す。 本発明の第１実施形態に係る距離計測装置を用いて観測対象物までの距離を測定する原理を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る距離計測装置による距離測定の手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る距離計測装置による同期検波処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る距離測定装置によるカメラの俯角が０°の場合の、距離分解能を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る距離測定装置によるカメラの俯角がα°の場合の、距離分解能を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る距離計測装置で採用される同期検波処理の原理を示す説明図である。 図１６に示した同期検波処理にて用いられる各種信号の変化を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１、第２実施形態に係る距離計測装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、該距離計測装置１００は、車両（移動体）に搭載されるものであり、車両周囲の距離測定の対象となる観測対象物Ｐ（周囲物体）に向けて領域光（領域を有する光）を照射する投光部（投光手段）１１と、領域光が照射された観測対象物Ｐの映像を撮像するカメラ（撮像手段）１２と、投光部１１による領域光の照射を制御する投光制御部１３と、カメラ１２で撮像された画像信号に対して同期検波処理を加える同期検波処理部（検波手段）１４と、同期検波された画像から観測対象物のエッジ（例えば、上端エッジ）を検出するエッジ検出部１５と、エッジ検出部１５で検出されたエッジに基づいて車両から観測対象物Ｐまでの距離を算出する距離算出部１６と、を備えている。なお、本実施形態では、移動体が車両である場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、鉄道車両や船舶等の他の移動体についても適用することが可能である。また、距離計測装置１００は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータを用いて構成することができる。

投光部１１は、例えば、プロジェクタヘッドライトやリフレクタを備えたヘッドライトであり、水平方向に発光領域を形成する配光特性を有する領域光を観測対象物Ｐに向けて照射する。そして、観測対象物Ｐに領域光を照射することにより、該観測対象物Ｐ上に、照射領域と非照射領域との輝度境界を鮮明に映し出すことができる。

カメラ１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備えており、車両周囲の画像を撮像し、更にこれに加えて、投光部１１により照射された領域光が観測対象物Ｐで反射した反射光を受光する。

投光制御部１３は、カメラ１２より出力される撮像タイミングのトリガ信号、及びシャッター時間の情報を取得することにより、カメラ１２による撮像開始タイミング、及び撮像開始後のカメラ１２のシャッター開放時間を認識する。更に、変調波に基づいて、投光部１１を適切な輝度（後述する９％、６５％、１００％等）で発光させるため発光パルス幅を制御するＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を撮像タイミングのトリガ信号と同期して、同期検波処理部１４に出力する。

同期検波処理部１４は、カメラ１２にて時系列的に撮像される画像を順次記憶し、記憶した画像中の全画素（或いは、画像中に処理領域を制限した場合は、画像処理領域中の全画素）において、投光制御部１３から出力される領域光に含まれる変調信号を同期検波することにより、照射光強度と同期して輝度変化する画素のみを抽出した照射光抽出画像を出力する。そして、この照射光抽出画像をエッジ検出部１５に出力する。なお、同期検波処理部による詳細な処理については、図２に示すブロック図を参照して後述する。

エッジ検出部１５は、同期検波処理部１４により抽出された照射光抽出画像より、検出領域の上端エッジ部の位置を検出し、その画像内の縦位置情報（図１１に示す領域光の上端エッジの上下方向の位置情報）を出力する。

距離算出部１６は、エッジ検出部１５より出力される上端エッジの縦位置情報に用いて、照射光上端エッジの照射方向と、カメラ１２の視軸がなす角度及びレイアウトに基づき、三角測量の原理により、照射光が照射されている周囲物体までの距離を算出する。この算出の手順については、図１１を参照して後述する。

次に、同期検波処理部１４における一般的な同期検波の基本原理を、図２に示すブロック図、及び図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。本実施形態に係る距離計測装置１００では、投光部１１より観測対象物Ｐ（周囲物体）に向けて領域光を照射し、該観測対象物Ｐで反射した反射光を検出する際に、照射した領域光を他の光と区別して検出する。照射した領域光のみを頑健に検出する処理として、一般的に同期検波処理が用いられる。本実施形態では、カメラ１２により撮像された画像の全画素、或いは処理領域として設定された画像領域中の全画素について、この同期検波処理を実施し、各画素にて領域光の抽出を行う。以下、図２，図３を参照して詳細に説明する。

送信信号Ｓ(t)（ｔは時間）は、図３（ａ）に示すように、一定の時間間隔で「１」「０」のいずれかに変化するバイナリ信号とする。このバイナリ信号Ｓ(t)を送出する際に、バイナリ信号Ｓ(t)に対して十分高い周波数ωを持つ搬送波sin（ωｔ）をバイナリ信号Ｓ(t)で位相変調して、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying：二位相偏移変調）送信信号を生成する。具体的には、Ｓ(t)＝１の場合には、切替部２１を上側に切り替えて搬送波sin（ωｔ）をそのまま出力し、Ｓ(t)＝０の場合には、切替部２１を下側に切り替えて搬送波sin（ωｔ）を位相器２２にて、π（１８０度）だけ位相をシフトした波形を出力する。

その結果、図３（ｂ）に示す如くの位相変調された波形の信号が生成され、投光部１１より周囲物体である観測対象物Ｐに向けて照射される（図２の符号ｑ１参照）。上記の搬送波としては一般的には正弦波が用いられ、送出される変調信号は、２×（Ｓ(t)−０．５）×sin（ωｔ）となる。

一方、観測対象物Ｐに照射された領域光は該観測対象物Ｐにて反射し（図２の符号ｑ２参照）、カメラ１２にて撮影され、画像メモリ２３に記憶される。そして、画像に含まれる変調信号は、ＤＣカット部２４にてＤＣ成分が除去され、更に、乗算部２５にて搬送波sin（ωｔ）が乗じられる。変調信号に対して搬送波sin（ωｔ）を乗算すると、下記（１）式となる。

Ａ×（Ｓ(t)−０．５）×sin（ωｔ）×sin（ωｔ）
＝ Ａ×（Ｓ（ｔ）−０．５）×（１−cos（２ωｔ））／２ …（１）
なお、Ａは反射の影響を含む定数である。
（１）式より、乗算部２５の出力信号は、周波数の和（ＤＣ成分）と差（２倍の高調波成分）の信号成分が混在した信号となる。即ち、図３（ｃ）に示すように、周波数が２倍となり、且つ、Ｓ(t)＝１のときにプラス側に振幅し、Ｓ(t)＝０のときにマイナス側に振幅する波形が得られる。

その後、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）２６を用いて高周数成分を除去することにより図３（ｄ）に示す如くのプラス側或いはマイナス側でほぼ一定値となる波形が得られ、更に、正負判定部２７にて正負判定することにより、図３（ｅ）に示すように、復号信号として、送信されたバイナリ信号Ｓ(t)を取り出すことができる。

そして、エッジ検出部１５（図１参照）では、送信信号（バイナリ信号Ｓ(t)）と復号信号との対比により、上端エッジを検出する。

ここで、前述した図２、図３に示した一般的な同期検波処理の手法では、受信される光が高調波の影響を受けるので、図２に示すＬＰＦ２６を設ける必要がある。このＬＰＦ２６を設けることにより装置構成が大型化し、また高コスト化する。これに対し、本実施形態に係る距離計測装置１００では、以下に示すように、搬送波の強度に対応する輝度となるパルス光を断続的に送信することにより、ＬＰＦ２６を設けることなく、送信信号Ｓ（t）を高精度に復元するようにしている。以下、詳細に説明する。

初めに、第１実施形態に係る同期検波処理部１４における同期検波処理を、図５に示すブロック図、及び図６に示すタイミングチャートを参照して説明する。図５に示すように、第１実施形態に係る距離計測装置１００では、同期検波処理部１４は、輝度パターン「０」となるレベル信号、及び輝度パターン「１」となるレベル信号を生成し、各輝度パターン「０」「１」のうちのいずれかを切替部２１の制御により選択して出力する。即ち、送信信号Ｓ(t)が「０」である場合には、輝度パターン「０」を選択し、送信信号Ｓ(t)が「１」である場合には、輝度パターン「１」を選択する。

以下、輝度パターンについて詳細に説明する。図４は、輝度パターンの波形を示す説明図であり、符号Ｓ１は搬送波sin（ωｔ）の波形を示し、符号Ｓ２は変調波を示している。変調波Ｓ２は、搬送波Ｓ１に対して振幅が１／２となっており、更に、全体の振幅を１とした場合に振幅の中心が０．５となっている。従って、変調波Ｓ２は、０〜１の範囲で振幅する正弦波（周期的に振幅する波形）となる。また、一つのバイナリ信号の状態に対して、発光パターンが１周期以上含まれるように設定されている。

そして、本実施形態では、搬送波Ｓ１の初期位相を１８度とし、更に、搬送波の１周期（３６０度）を５分割（Ｎ以上の整数分割；Ｎ≧２）したタイミングで、輝度パターンを設定する。即ち、位相間隔が７２度（３６０÷５＝７２）となるタイミングで、変調波Ｓ２のレベルに応じた発光強度の光を離散的に照射する。

具体的には、初期位相１８度とし、位相間隔７２度のタイミングで、発光強度が６５％→１００％→６５％→９％→９％→６５％→・・・を繰り返す輝度パターンとなる。そして、この輝度パターンを輝度パターン「１」とする。また、これを反転した輝度パターンを「０」とする。即ち、輝度パターン「０」は、３５％→０％→３５％→９１％→９１％→３５％→・・・となる発光強度を繰り返す輝度パターンとなる。この際、後述するように、輝度パターン「１」、「０」共に、輝度のピーク値（１００％の輝度）に対して５０％付近となる輝度パターンが含まれていない。

そして、輝度パターン「１」、及び輝度パターン「０」となる変調信号が生成されて、切替部２１の２つの入力端に入力される。そして、切替部２１で選択された輝度パターンは投光部１１に出力される。

投光部１１では、アナログ的に電流或いは電圧を制御して発光強度を変調させる方法や、ＰＷＭ制御によりスイッチングして発光強度を変調させる方法を用いて、所望の輝度パターンで領域光を発光させる。例えば、ＰＷＭ制御を用いる場合には、輝度パターン「１」の送信信号は、図９（ａ）に示すカメラ１２のシャッター信号を１００％とした場合の比率として設定される。即ち、図９（ｂ）に示すように、輝度パターン「１」は、デューティ比が６５％、１００％、６５％、９％、９％、６５％・・・と変化するＰＷＭ信号とされ、輝度パターン「０」は、図９（ｃ）に示すように、デューティ比が３５％、０％、３５％、９１％、９１％、３５％・・・と変化するＰＷＭ信号とされる。こうすることにより、投光部１１は、強度変調された領域光を照射することができる。

投光部１１より照射された領域光は観測対象物Ｐにて反射し、この反射光はカメラ１２で撮像され、画像メモリ２３に記憶される。そして、該画像メモリに含まれる変調信号に含まれるＤＣ成分はＤＣカット部２４で除去される。その結果、図６（ｃ）に示すように、プラス側、及びマイナス側に振幅する周期波形が得られる。この際、各輝度パターンの発光強度は、ピークに対して５０％付近となるものが含まれていないので（即ち、６５％、９％、３５％、９１％といったように５０％付近が含まれていないので）、ＤＣカット後の受信信号は、ゼロ付近の信号が含まれないことになる。

更に、この受信信号は図５の乗算部２５にて輝度パターン「１」が乗じられる。その結果、図６（ｄ）に示す如くの波形が得られる。即ち、周波数が２倍となり、送信信号Ｓ(t)が「１」の場合にはプラス側に振幅し、「０」の場合にはマイナス側に振幅する波形が得られる。そして、この波形はゼロ近傍の信号が含まれないので、全ての発光強度は、プラスの値、またはマイナスの値のいずれかとなる。従って、正負判定を確実に行うことができる。

つまり、仮に図４に示した変調波Ｓ２で、１周期を５分割したときの各ポイントに発光強度が５０％となるパターンが存在する場合には、図６（ｄ）に示す波形のポイントにゼロとなる信号が含まれることになり、この信号は正負判定に用いることができない。この場合には、同期検波自体ができなくなることがあり、高精度な同期検波処理を行うことができない。これに対して、本実施形態に係る同期検波処理部１４では、上記したように確実に正負判定を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、発光強度が５０％の近傍、例えば、５０±５％程度の発光強度となる信号についても、正負判定ができにくくなる可能性があるので、およそ５０％となる発光強度（最大発光強度のおよそ半分となる所定の発光）を含まないようにしている。その結果、より一層観測の精度を向上させることができる。

なお、上述した例では、搬送波の１周期を５分割して輝度パターンを生成する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、分割数を適宜設定することができる。図７は、搬送波の１周期を６分割して輝度パターンを生成する例を示す特性図であり、符号Ｓ１１は搬送波sin（ωｔ）の波形を示し、符号Ｓ１２は変調波を示している。変調波Ｓ１２は、搬送波Ｓ１１に対して振幅が１／２となっており、更に、全体の振幅を１とした場合に振幅の中心が０．５となっている。従って、変調波Ｓ１２は、０〜１の範囲で振幅する正弦波となる。また、一つのバイナリ信号の状態に対して、発光パターンが１周期以上含まれるように設定されている。

そして、この例では、搬送波Ｓ１１の初期位相を３０度とし、更に、搬送波の１周期（３６０度）を６分割したタイミングで、輝度パターンを設定する。即ち、位相間隔が６０度（３６０÷６＝６０）となるタイミングで、搬送波Ｓ１２のレベルに応じた発光強度の光を離散的に照射する。

具体的には、初期位相３０度とし、位相間隔６０度のタイミングで、発光強度が７５％→１００％→７５％→２５％→０％→２５％→・・・を繰り返す輝度パターンとなる光を照射する。また、ＰＷＭ信号については、図１０（ｂ）に示すように、輝度パターン「１」は、デューティ比が７５％→１００％→７５％→２５％→０％→２５％→・・・を繰り返すように変化し、輝度パターン「０」は、図１０（ｃ）に示すように、デューティ比が２５％→０％→２５％→７５％→１００％→７５％→・・・を繰り返すように変化するＰＷＭ信号となる。

その後の処理は、前述した５分割の場合と同様である。従って、同期検波処理時のタイミングチャートは、図８に示すようになる。即ち、図８（ｃ）に示すように、乗算部２５で搬送波を乗算した後の信号はゼロを含まないので、正負判定を容易に行うことができ、図８（ｄ）に示す如くの復元信号を高精度に求めることができる。

次に、第１実施形態に係る距離計測装置１００を用いて実際に車両の前方に存在する観測対象物Ｐまでの距離を測定する原理について、図１１に示す説明図を参照して説明する。図１１に示すように、投光部１１より照射される領域光の広がり方向（横方向）とは垂直な方向（縦方向）にオフセットした位置に、カメラ１２が配置される。投光部１１から投光される領域光が観測対象物Ｐに照射され、カメラ１２では、観測対象物Ｐの表面で反射した領域光を撮像する。ここで、投光部１１の領域光上端部の照射角度（図１１の例では０度）、投光部１１とカメラ１２との距離（高低差）Ｄｙ、カメラ１２の俯角αに基づき、観測対象物Ｐまでの距離Ｚに応じて、領域光の上端部が観測される上下方位βが変化する。従って、カメラ１２で観測される照射領域上端の上下位置ｙを用いて、三角測量の原理により観測対象物Ｐまでの距離Ｚを算出することができる。

上記の原理により、観測対象物Ｐに向けて上端エッジを有する領域光を照射し、この反射光を受光することにより、車両のカメラ設置位置から観測対象物Ｐまでの距離Ｚを求めることができる。なお、本実施形態では、上部エッジを用いて距離を計測する例について説明したが、下部エッジを用いても同様に距離を計測することが可能である。

次に、本発明の第１実施形態に係る距離計測装置１００による処理動作を、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。初めに、ステップＳ１において、投光部１１より所望の輝度パターンとなる領域光を観測対象物Ｐに向けて照射し、該観測対象物Ｐで反射した反射光をカメラ１２で撮影し、撮影した画像を画像メモリ２３に記憶する。

次いで、ステップＳ２において、同期検波処理に必要なフレーム数の時系列画像が画像メモリ２３に記憶されたか否かを判断し、記憶が完了した場合には、ステップＳ３において、同期検波処理を実行する。同期検波処理の詳細については、図１３に示すフローチャートを参照して後述する。

ステップＳ４において、同期検波した画像から領域光の上端エッジを抽出する。その後、ステップＳ５において、抽出した上端エッジの画像に基づき、前述した距離測定の手法を用いて、観測対象物Ｐまでの距離を計測する。次いで、ステップＳ６において、測定した距離を上位システムに出力する。こうして、車両の前方に存在する観測対象物Ｐまでの距離計測を行うことができる。

次に、図１２のステップＳ３に記載した同期検波処理の手順について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。初めに、ステップＳ１２において、画像メモリ２３から同期検波処理に必要となる枚数の時系列的な画像データを読み出す。

ステップＳ１３において、画素単位で時系列データの平均処理を行い、各画素の平均値を各時系列データから除算することでＤＣオフオフセット成分を除去する。その結果、図６（ｃ）に示す如くの信号が得られる。

ステップＳ１４において、ＤＣオフセットされた時系列データに対し、乗算部２５にて搬送波パターンを乗算する。その結果、図６（ｄ）、或いは図８（ｃ）に示す如くの信号が得られる。その後、ステップＳ１５において、乗算後の信号に対して正負判定を行う。その結果、図６（ｅ）、或いは図８（ｄ）に示す如くの復元信号を得ることができる。

ステップＳ１６において、正負判定された信号が送信信号Ｓ(t)と同期しているか否かを判定する。そして、同期していれば、ステップＳ１７において、画素と同期色（例えば、黒色：８ビット階調の場合は２５５）で上書きし、同期していなければ、ステップＳ１８において、非同期色（例えば、白色：８ビット階調の場合は０）とする。

ステップＳ１９において、全ての画素に対して同期検波判定が終了したか否かを判断し、終了していなければ、ステップＳ１２に処理を戻し、終了してれば、ステップＳ２０において、同期検波画像を図１に示すエッジ検出部１５に出力する。こうして、同期検波処理による上端エッジ画像の抽出が可能となる。

次に、カメラ１２の視軸が上端エッジが照射される方向に対して所定の俯角を有するように設定することにより、分解能を向上させることができることについて説明する。

１個のカメラ１２で広域を観測するためには、通常、広角レンズが用いられる。一般的な広角レンズは、射影方式として等距離射影レンズ（いわゆる、ｆθレンズ）を採用しており、周辺視野では中心視野に比べて分解能が劣る。このような広角レンズとの組み合わせにおいては、カメラ視軸に俯角（或いは仰角）を持たせ、分解能が高い領域を監視したい領域に向けて適切に設定することが肝要となる。

以下、ｆθレンズとの組み合せにおいて、簡単のために、照射光の上端エッジが路面に対して水平である場合を仮定し、カメラ視軸の俯角がある場合に、被観測対象までの距離計測値の分解能が向上することを、図１４，図１５を参照して説明する。カメラ視軸に俯角が無い場合を図１４に示し、俯角が有る場合を図１５に示す。

図１４，図１５で、視軸方向の画素位置をｙ（ｊ）とし、ｙ(ｊ）の下に隣接する画素位置をｙ（ｊ＋１）とする。このとき、図１４に示すように、俯角（仰角）が０度の場合において、画素位置ｙ（ｊ）とｙ（ｊ＋１）で決定される１画素の角度分解能は、実空間距離での距離分解能ｄＤ（０）であるとする。

一方、図１５に示すように、俯角（仰角）がα度の場合において、画素位置ｙ（ｊ）とｙ（ｊ＋１）で決定される１画素の角度分解能は、実空間距離での距離分解能ｄＤ（α）であるとする。この場合、ｄＤ（α）＜ｄＤ（０）が成立するので、カメラ視軸に俯角（仰角）を持たせた場合、１画素の角度分解能に対する実空間分解能が高くなる。即ち、俯角αを設けることにより、上端エッジを抽出する際の実空間分解能を高くすることが可能となる。

このように、投光部１１により投光される領域光の上端エッジは、カメラ１２に対して横方向に領域が形成され、カメラ１２は上端エッジ照射方向に対して鉛直な方向にオフセットして配置されると共に、上端エッジ照射方向と視軸が所定角度をなすようにすれば、一般的な広角レンズ（魚眼レンズ）を使用した際においても、三角測量の原理に基づき距離計測する際の計測精度が向上する。

また、本実施形態において、投光部１１より照射する光の波長としては、可視光、赤外光、紫外光等を使用することが考えられ、その場合、カメラ１２は、投光部１１より照射される波長を観測できるように、特定スペクトルの光を高効率で透過するフィルタを設ける構成とすれば良い。

このようにして、本実施形態に係る距離計測装置では、投光部１１より照射される領域光が、最大発光強度の５０％付近の発光強度とならない（およそ半分となる所定の発光を含まない）ように設定されるので、受信側での同期検波処理において、二逓倍の高調波による影響が少なくなり、時間的な平滑化処理を行うことなく、高精度な正負判定を行うことができる。このため、ローパスフィルタを用いる必要がないので、構成を簡素化することができる。また、移動による輝度エッジの過渡的変化による不要信号の影響を除くことができ、安定した距離計測が可能となる。

また、搬送波の１周期を５分割或いは６分割し、更に初期位相を設定し（例えば、１８度）、分割した各固定位相レベルの発光強度となるように領域光を強度変調するので、同期検波処理に用いる信号中に、ゼロレベルとなる信号が含まれることが無く、全ての信号を用いて正負判定を行うことができ、同期検波処理の精度を向上させることができる。

更に、搬送波をプラス側にシフトして変調波（図４のＳ２参照）を生成し、この変調波において、５分割或いは６分割した各固定位相のレベルとなる発光強度でＰＷＭ信号を生成して領域光を生成するので、最大発光強度の５０％付近の発光強度が含まれず、受信側における正負判定を高精度に行うことが可能となる。その結果、距離計測の精度を向上させることができる。

また、投光部１１が備える発光源が可視光、赤外光、或いは紫外光を照射し、カメラ１２に特定スペクトルの光を高効率で透過するフィルタを設ける構成とすれば、投光部１１より照射される領域光を、より頑健に検出することが可能となる。また、赤外光や紫外光を照射することにより、他者が幻惑することを防止できる。

また、投光部１１より照射される領域光の上端エッジは、カメラ１２に対して横方向に領域が形成され、カメラ１２は上端エッジ照射方向に対して鉛直な方向にオフセットして配置されると共に、上端エッジ照射方向と視軸が所定角度を有するように設けられるので、一般的な広角レンズ（魚眼レンズ）を使用した場合においても、三角測量の原理に基づき距離計測する際の計測精度を向上させることができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１６は、第２実施形態に係る距離計測装置に用いられる同期検波処理部１４での同期検波の原理を示すブロック図であり、図１７は同期検波処理に用いられる各信号の波形を示している。

前述した第１実施形態と同様に、送信信号Ｓ(t)（ｔは時間）は、図１７（ａ）に示すように、一定の時間間隔で「１」「０」のいずれかに変化するバイナリ信号とする。このバイナリ信号Ｓ(t)を送出する際に、バイナリ信号Ｓ(t)に対して十分高い周波数ωを持つ搬送波sin（ωｔ）に基づいて、前述した図４に示したように、１周期を５等分したタイミングで所望の発光強度を有する輝度パターンを生成し、この輝度パターンに基づいて、ＰＷＭ信号生成部３１にてＰＷＭ信号が生成される。そして、このＰＷＭ信号は、切替部２１でいずれかの出力端子に出力される。

即ち、送信信号Ｓ(t)が「１」の場合にはそのままのＰＷＭ信号（基準ＰＷＭ信号）を出力し、送信信号Ｓ(t)が「０」の場合には反転器３２にてＰＷＭ信号を反転して（反転ＰＷＭ信号）出力する。この処理は、前述した図９で説明したように、送信信号Ｓ(t)が「０」の場合には、図９（ｂ）に示した輝度パターン「１」を用い、送信信号Ｓ(t)が「１」の場合には、図９（ｃ）に示した輝度パターン「０」を用いる。その結果、図１７（ｂ）に示す如くのＰＷＭ信号が投光部１１に供給されることになり、該投光部１１は、このＰＷＭ信号により領域信号を出力する。即ち、図１７（ｂ）に示すように、図１７（ａ）に示す送信信号が「０」のときのＰＷＭ信号は、「１」のときのＰＷＭ信号を反転した波形となっている。

そして、図１７（ｃ）に示す如くのＤＣカット後の受信信号が得られ、更に、搬送波sin（ωｔ）を乗じることにより、図１７（ｄ）に示す如くの信号が得られる。この信号は、前述した第１実施形態と同様に、ゼロとなる成分を含んでいないので、正負判定部２７による正負判定処理を高精度に実行することができるようになる。

そして、第２実施形態に係る距離計測装置１００では、搬送波sin（ωｔ）に基づいて所望の発光強度となるＰＷＭ信号を生成し、送信信号Ｓ(t)のバイナリ信号に応じて、ＰＷＭ信号の論理の正転と反転を切り替えるように制御する。従って、ＰＷＭ信号に基づいて投光部１１より照射する領域光に強度変調を加えることができ、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、位相を反転する処理は、反転器３２を用いて容易に反転できるので、輝度パターン「１」及び「０」を容易に生成して出力することができる。

以上、本発明の距離計測装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上記した実施形態では、移動体として車両を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、他の移動体についても適用することが可能である。

本発明は、車両の前方に存在する測定対象物までの距離を高精度に計測することに利用することができる。

１１ 投光部
１２ カメラ
１３ 投光制御部
１４ 同期検波処理部
１５ エッジ検出部
１６ 距離算出部
２１ 切替部
２２ 位相器
２３ 画像メモリ
２４ ＤＣカット部
２５ 乗算部
２６ ＬＰＦ
２７ 正負判定部
３１ ＰＷＭ信号生成部
３２ 反転器
１００ 距離計測装置
Ｐ 観測対象物

Claims (6)

1. 移動体に搭載され、該移動体の周囲に存在する周囲物体との間の距離を計測する距離計測装置において、
   水平方向に向く発光領域を有し、強度変調された領域光を照射する投光手段と、
   前記投光手段にて照射された領域光が前記周囲物体にて反射した反射光を撮像する撮像手段と、
   前記投光手段より照射する領域光の発光強度を制御する投光制御手段と、
   前記撮像手段にて撮像される画像から、前記投光手段より照射した領域光の強度変調と同期して輝度変動する領域を抽出する同期検波処理手段と、
   前記同期検波処理手段で抽出された領域のエッジ部を検出するエッジ部検出手段と、
   前記エッジ部検出手段にて検出されたエッジ部に基づいて、移動体と周囲物体との距離を算出する距離算出手段と、を有し、
   前記投光制御手段は、前記投光手段より照射する領域光の発光強度が、最大発光強度のおよそ半分となる所定の発光を含まない発光強度となるように、１周期をＮ分割（Ｎは２以上の整数）した強度変調とすることを特徴とする距離計測装置。
2. 前記投光制御手段は、プラス側、及びマイナス側に周期的に振幅する搬送波を、プラス側にシフトして変調波を生成し、この変調波の１周期をＮ分割し、Ｎ分割した各固定位相のレベルの発光強度となるように領域光を強度変調し、
   更に、Ｎ分割した各固定位相における前記変調波のレベルが、全体の振幅のおよそ半分となるレベルを含まないように、前記搬送波の初期位相を設定することを特徴とする請求項１に記載の距離計測装置。
   
   
3. 前記投光制御手段は、前記発光強度が決定された際に、前記変調波の振幅を最大発光強度としたときの、最大発光強度に対する発光強度の比率となるデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を用いて領域光を強度変調することを特徴とする請求項２に記載の距離計測装置。
4. 前記投光制御手段は、前記Ｎ分割した各固定位相のレベルの発光強度に応じたデューティ比を有する基準ＰＷＭ信号を生成し、
   バイナリ信号とされた送信信号が第１のバイナリ信号である場合には、前記基準ＰＷＭ信号を用いて領域光を強度変調し、送信信号が第２のバイナリ信号である場合には、前記基準ＰＷＭ信号を反転させた反転ＰＷＭ信号を用いて領域光を強度変調することを特徴とする請求項２に記載の距離計測装置。
5. 前記投光手段は、可視光、赤外光、及び紫外光の少なくとも一つを照射する光源を有し、前記撮像手段は、前記光源より照射する光の波長帯に応じた波長帯に感度を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の距離計測装置。
6. 前記撮像手段は、前記投光手段より照射された領域光のエッジ部を撮像可能となるように、前記投光手段に対して上方に設けられ、水平方向に対して所定の俯角を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の距離計測装置。

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