JP6427998B2 - 光飛行型測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、変調光を空間に発光し、変調光が対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷を蓄積し、その電荷の蓄積状態に基づいて自装置から対象物までの距離を演算する光飛行型測距装置に関する。

従来より、変調光（測距光）を空間に発光し、変調光が対象物で反射した反射光（戻り光）を含む入射光を受光して電荷を蓄積し、その電荷の蓄積状態に基づいて自装置から対象物までの距離を演算する光飛行（ＴＯＦ：Time of Flight）型測距装置が供されている。光飛行型測距装置は、変調光と反射光との位相差を用いて画素単位で自装置から対象物までの距離を演算する。この種の光飛行型測距装置では、例えば太陽光の照射量が多く、外乱光（背景光）の強度が大きい環境下で使用されると、画素の容量が飽和してしまったり反射光の相対的な強度が低下したりして測距精度が低下するという問題がある。

このような事情から、外乱光の強度が大きい環境下で使用されることを考慮し、発光パワーを高めることが考えられるが、これでは発光素子の個数の増大により装置全体の大型化を誘発するという新たな問題が発生する。外乱光の影響を除去する方法として、例えば特許文献１には、変調光が存在する期間で２つ以上の電荷蓄積を行うと共に変調光が存在しない期間でも電荷蓄積を行い、その差分から外乱光の影響を除去する方法が開示されている。

特開２００４−２９４４２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法でも、外乱光の強度が大きい環境下で使用されると、画素の容量が飽和してしまったり反射光の相対的な強度が低下したりして測距精度が低下するという問題は依然として解消されていない。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用環境の影響を受けずに測距精度の低下を防止することができる光飛行型測距装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、発光手段は、制御手段が発光動作を制御することで、変調光を空間に発光する。受光手段は、制御手段が受光動作を制御することで、発光手段から発光された変調光が対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する。受光手段における電荷の蓄積状態を示すデータがデータ取得手段により取得されると、ＴＯＦ距離演算手段は、データ取得手段により取得されたデータに基づいて変調光と反射光との位相差を演算して自装置から対象物までの距離を演算する。又、輝度画像生成手段は、データ取得手段により取得されたデータに基づいて輝度画像を生成する。画像距離演算手段は、輝度画像生成手段により生成された輝度画像に基づいて自装置から対象物までの距離を演算する。そして、信頼性判定手段は、少なくともＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性を判定し、その判定結果に基づいてＴＯＦ距離演算手段の演算結果及び画像距離演算手段の演算結果のうち何れかを装置出力として選択する。信頼性判定手段は、画素単位で複数のフレーム間でのＴＯＦ距離演算手段の演算結果のばらつき度を予め規定されている一定レベルと比較することで、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性を判定し、そのばらつき度が一定レベル未満であると判定し、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定した場合には、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果を装置出力として選択し、そのばらつき度が一定レベル以上であると判定し、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性が相対的に低いと判定した場合には、画像距離演算手段の演算結果を装置出力として選択する。

即ち、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性の高低は使用環境（例えば外乱光の強度の大小等）により左右されるが、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性の高低を判定することにより、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果及び画像距離演算手段の演算結果のうち何れかを装置出力として選択する。例えば外乱光の強度が相対的に小さい環境下であれば、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定し、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果を装置出力として選択する。一方、例えば外乱光の強度が相対的に大きい環境下では、ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性が相対的に低いと判定し、画像距離演算手段の演算結果を装置出力として選択する。これにより、使用環境の影響を受けずに測距精度の低下を防止することができる。

本発明の第１の実施形態を示す機能ブロック図 撮像素子の構成を示す機能ブロック図 タイミングチャート フローチャート（その１） 使用環境を示す図 本発明の第２の実施形態を示す機能ブロック図 シーンを解析する指標を示す図 フローチャート（その２） フローチャート（その３） フローチャート（その４）

（第１の実施形態）
以下、本発明を、車両に搭載可能な光飛行型測距装置に適用した第１の実施形態について、図１から図５を参照して説明する。光飛行型測距装置が車両に搭載される態様はどのような態様でも良い。例えば光飛行型測距装置１が車両の前方部及び後方部に搭載される態様では、車両の前方及び後方が対象物（例えば人、車両、壁等）の監視エリアとなる。光飛行型測距装置１は、１個の撮像素子が１画素として構成されているセンサであり、所定の発光周波数（例えば２０ＭＨｚ）の変調光（測距光）を空間に発光する（照射する）。そして、光飛行型測距装置１は、その発光した変調光が対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷を蓄積し、その電荷の蓄積状態に基づいて自装置から対象物までの距離を演算して演算結果を出力する。光飛行型測距装置１から演算結果として出力された自装置から対象物までの距離が所定距離（基準値）未満になると、警告が報知される等の動作が行われる。

光飛行型測距装置１は、制御部２（制御手段）と、発光部３（発光手段）と、受光部４（受光手段）と、データ取得部５（データ取得手段）と、メモリ６と、ＴＯＦ距離演算部７（ＴＯＦ距離演算手段）と、輝度画像生成部８（輝度画像生成手段）と、画像距離演算部９（画像距離演算手段）と、信頼性判定部１０（信頼性判定手段）と、演算結果出力部１１とを有する。制御部２、データ取得部５、ＴＯＦ距離演算部７、輝度画像生成部８、画像距離演算部９及び信頼性判定部１０は、ソフトウェアから構成される。

発光部３は、光源としての発光素子３ａと、発光素子３ａを駆動する駆動回路３ｂとを有する。駆動回路３ｂは、制御部２から駆動信号を入力すると、発光指令信号を発光素子３ａに出力する。又、駆動回路３ｂは、車両に搭載されている車両バッテリ（図示せず）から電力供給回路（図示せず）を介して電力が供給される。駆動回路３ｂは、車両バッテリから電力供給回路を介して供給された電力を、制御部２から入力する駆動信号により指示されている電力量（電流量）の電力に変換して発光素子３ａに供給する。発光素子３ａは、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザ等の高速変調（高速点滅）が可能なデバイスである。発光素子３ａは、駆動回路３ｂから発光指令信号を入力すると、駆動回路３ｂから供給される電力を動作電力として駆動し、所定の発光周波数の変調光を空間に発光する。

受光部４は、発光素子３ａに対応する受光素子４ａを有する。受光素子４ａは、制御部２から受光指令信号を入力すると、発光素子３ａから発光された変調光が対象物で反射した反射光を含む入射光の受光を待機する（受光不可能な状態から受光可能な状態へと移行する）。受光素子４ａは、規則的に配列されている複数の撮像素子１２を有する。撮像素子１２の個数が受光素子４ａの解像度となる。

各撮像素子１２は、図２に示すように、光電変換素子１３と、電荷蓄積部１４とを有する。光電変換素子１３は、変調光が対象物で反射した反射光を含む入射光を受光すると、その受光した入射光を受光量に応じた電荷に変換する。電荷蓄積部１４は、第１〜第４の４個の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄを有し、光電変換素子１３により変換された電荷を変調光の変調周期（１フレームの周期）に同期して振り分ける。そして、電荷蓄積部１４は、その振り分けた電荷をそれぞれ第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積する。

制御部２は、予め格納されている制御プログラムをマイクロコンピュータが実行することで、発光部３の発光動作及び受光部４の受光動作を制御する。具体的には、制御部２は、１フレームの周期内の発光期間において、駆動信号を周期がＴｓ、オン時間がＴｓ／２、オフ時間がＴｓ／２の矩形波として駆動回路３ｂに出力し、発光素子３ａからのＴｓ／２時間の発光とＴｓ／２時間の発光停止とを繰り返させる。尚、制御部２は、駆動信号を矩形波で出力することに限らず、駆動信号を正弦波や鋸波等で出力しても良い。

制御部２は、発光期間において、受光指令信号を受光素子４ａに出力し、各撮像素子１２の第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄにおける電荷を蓄積するタイミングを制御する。即ち、制御部２は、駆動信号の周期Ｔｓを４等分した時間を、それぞれ順にＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４とすると、発光素子３ａの発光と同期するタイミングで第１の単位蓄積部１５ａをＴｓ／２時間オンする（蓄積Ｑ１）。又、制御部２は、第１の単位蓄積部１５ａのオンからＴ_１遅れたタイミングで第２の単位蓄積部１５ｂをＴｓ／２時間オンする（蓄積Ｑ２）。又、制御部２は、第１の単位蓄積部１５ａのオンから（Ｔ_１＋Ｔ_２）遅れたタイミングで第３の単位蓄積部１５ｃをＴｓ／２時間オンする（蓄積Ｑ３）。更に、制御部２は、第１の単位蓄積部１５ａのオンから（Ｔ_１＋Ｔ_２＋Ｔ_３）遅れたタイミングで第４の単位蓄積部１５ｄをＴｓ／２時間オンする（蓄積Ｑ４）。制御部２は、このように周期Ｔｓを４等分した時間ずつずらして電荷を振り分け、変調光の発光からそれぞれ０度、９０度、１８０度、２７０度位相がずれた電荷の蓄積を繰り返させる。

一般的に、自装置から対象物までの距離を演算するには、数ｍｓ程度の時間の電荷の蓄積が必要である。一方、発光素子３ａから発光される変調光の発光周波数（変調周波数）は上記したように数十ＭＨｚである。よって、変調の１周期Ｔｓは数十ｎｓ程度である。このため、自装置から対象物までの距離を演算するには、数千〜数十万周期の露光期間（電荷蓄積期間）を必要とする。データ取得部５は、露光期間の時間間隔毎に各撮像素子１２の第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量（電荷の蓄積状態）を示すデータを読出す。

受光素子４ａは、データ取得部５から読出指令信号を入力すると、各撮像素子１２の第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を示すデータをデータ取得部５に出力する。データ取得部５は、読出指令信号を所定の時間間隔で受光素子４ａに出力し、各撮像素子１２の第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を示すデータを所定の時間間隔で読出す。そして、データ取得部５は、その読出した電荷の電荷量を示すデータをＴＯＦ距離演算部７及び輝度画像生成部８に出力する。尚、データ取得部５は、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を読出す場合に、それらの電荷量を同時に読出しても良いし個別に読出しても良いし、複数のフレームに亘って読出しても良い。又、本実施形態では、電荷蓄積部１４を４個の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄで構成する場合を例示したが、互いに異なる位相の電荷量に基づいて自装置から対象物までの距離Ｄを演算可能であれば、単位蓄積部の個数は２以上の幾つであっても良い。

ＴＯＦ距離演算部７は、各撮像素子１２の第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を示すデータをデータ取得部５から入力すると、以下のようにして自装置から対象物までの距離を演算する。発光素子３ａから発光された変調光と、変調光が対象物で反射して各受光素子４ａに受光される反射光との間には、光が対象物まで往復する飛行時間による位相差（遅延時間）が生じる。ＴＯＦ距離演算部７は、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量をそれぞれＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とすると、次式（１）により位相差φを演算する。

φ＝ｔａｎ^−１［（Ｃ１−Ｃ３）／（Ｃ２−Ｃ４）］…（１）
尚、各受光素子４ａには反射光の他に背景光も入射光として受光されるが、入射光のうち反射光による（反射光成分の）電荷は位相差に応じて第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに割り振られる。そのため、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積される反射光による電荷の電荷量は異なる。一方、入射光のうち背景光による（背景光成分の）電荷は均等に第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに割り振られる。そのため、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積される背景光による電荷の電荷量は略等しくなる。上記した式（１）では、背景光による電荷の電荷量が相殺されるので、背景光の影響を受けずに位相差を演算することができる。

ＴＯＦ距離演算部７は、位相差φを演算すると、その演算した位相差φ、発光周波数ｆ、光速ｃを用い、次式（２）により自装置から対象物までの距離Ｄを演算する。
Ｄ＝（φ／２π）・（ｃ／２ｆ）…（２）
そして、ＴＯＦ距離演算部７は、演算した自装置から対象物までの距離Ｄを演算結果として信頼性判定部１０に出力する。

一方、輝度画像生成部８は、各撮像素子１２の第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を示すデータをデータ取得部５から入力すると、次式（３）により、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量の平均値Ａを演算する。

Ａ＝（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４）／４…（３）
輝度画像生成部８は、このようにして電荷の電荷量の平均値Ａを演算して輝度画像を生成し、その生成した輝度画像を画像距離演算部９に出力する。

画像距離演算部９は、輝度画像生成部８から輝度画像を入力すると、車速センサ１６から入力する車速パルス信号により車速を演算すると共に、ＳＦＭ（Structure from Motion）のアルゴリズムを適用し、自装置から対象物までの距離Ｄを演算する。そして、画像距離演算部９は、演算した自装置から対象物までの距離Ｄを演算結果として信頼性判定部１０に出力する。

信頼性判定部１０は、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を入力すると、その入力したＴＯＦ距離演算部７の演算結果のばらつき度を計算する。具体的には、信頼性判定部１０は、画素単位（撮像素子１２の単位）で複数のフレーム間での距離Ｄのばらつき度を予め規定されている一定レベルと比較する。信頼性判定部１０は、複数のフレーム間での距離Ｄのばらつき度が一定レベル未満であると判定すると、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定する。そして、信頼性判定部１０は、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を選択して演算結果出力部１１に出力する。一方、信頼性判定部１０は、複数のフレーム間での距離Ｄのばらつき度が一定レベル以上であると判定すると、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に低いと判定する。そして、信頼性判定部１０は、画像距離演算部９の演算結果を選択して演算結果出力部１１に出力する。

演算結果出力部１１は、信頼性判定部１０からＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果のうち何れかを入力すると、その入力した何れかの演算結果を装置出力として外部に出力する。

次に、上記した構成の作用について図４及び図５を参照して説明する。
信頼性判定部１０は、本発明に関連し、図４に示す信頼性判定処理を所定周期で定期的に行う。信頼性判定部１０は、信頼性判定処理を開始すると、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の入力を判定する（Ｓ１）。信頼性判定部１０は、前回の信頼性判定処理の開始タイミングから今回の信頼性判定処理の開始タイミングまでの期間でＴＯＦ距離演算部７の演算結果の入力していないと判定すると（Ｓ１：ＮＯ）、信頼性判定処理を終了して次の開始タイミングを待機する。

信頼性判定部１０は、前回の信頼性判定処理の開始タイミングから今回の信頼性判定処理の開始タイミングまでの期間でＴＯＦ距離演算部７の演算結果を入力したと判定すると（Ｓ１：ＹＥＳ）、上記したように画素単位で複数のフレーム間での距離Ｄのばらつき度を計算し（Ｓ２）、その計算したばらつき度を一定レベルと比較する（Ｓ３）。

信頼性判定部１０は、複数のフレーム間での距離Ｄのばらつき度が一定レベル未満であると判定すると（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定し、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を選択して演算結果出力部１１に出力し（Ｓ４）、信頼性判定処理を終了して次の開始タイミングを待機する。この場合、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果が装置出力として外部に出力される。一方、信頼性判定部１０は、複数のフレーム間での距離Ｄのばらつき度が一定レベル以上であると判定すると（Ｓ３：ＮＯ）、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に低いと判定し、画像距離演算部９の演算結果を選択して演算結果出力部１１に出力し（Ｓ５）、信頼性判定処理を終了して次の開始タイミングを待機する。この場合、画像距離演算部９の演算結果が装置出力として外部に出力される。

具体的に、自車両の前方を走行する先行車までの距離を演算する場合を説明する。図５（ａ）に示すように、例えば太陽光の照射量が相対的に多く（昼間等）、外乱光（背景光）の強度が相対的に大きい環境下では、先行車の車体部分の画素において、変調光が先行車の車体で反射した反射光（戻り光）の強度の低下が相対的に大きい。このとき、信頼性判定部１０は、先行車の車体部分の画素でＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に低いと判定し、画像距離演算部９の演算結果を選択して装置出力として外部に出力させる。

一方、図５（ｂ）に示すように、例えば太陽光の照射量が相対的に少なく（夕刻等）、外乱光の強度が相対的に小さい環境下では、先行車の車体部分の画素において、変調光が先行車の車体で反射した反射光の強度の低下が相対的に小さい。このとき、信頼性判定部１０は、先行車の車体部分の画素でＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定し、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を選択して装置出力として外部に出力させる。

又、図５（ｃ）に示すように、例えば先行車がトンネルの内部に進入する場合でも、先行車の車体部分の画素において、変調光が先行車の車体で反射した反射光の強度の低下が相対的に小さい。このときも、信頼性判定部１０は、先行車の車体部分の画素でＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定し、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を選択して装置出力として外部に出力させる。

以上に説明したように第１の実施形態によれば、次に示す効果を得ることができる。
光飛行型測距装置１において、輝度画像生成部８、画像距離演算部９及び信頼性判定部１０を備え、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果のばらつき度を計算し、ばらつき度に基づいてＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果のうち何れか選択して装置出力として出力するようにした。即ち、光飛行型測距装置１において、ばらつき度が一定レベル未満であり、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定すると、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を装置出力として出力し、一方、ばらつき度が一定レベル以上であり、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に低いと判定すると、画像距離演算部９の演算結果を装置出力として出力するようにした。これにより、使用環境の影響を受けずに測距精度の低下を防止することができる。又、輝度画像生成部８、画像距離演算部９及び信頼性判定部１０をソフトウェアから構成した。これにより、ハードウェアを追加することなく、ソフトウェアを追加することで実現することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図６から図１０を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第１の実施形態は、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性を判定する構成であるが、第２の実施形態は、シーンを解析する構成である。

光飛行型測距装置２１は、制御部２２（制御手段）と、発光部３と、受光部４と、データ取得部５と、メモリ６と、ＴＯＦ距離演算部７と、輝度画像生成部８と、画像距離演算部９と、信頼性判定部２３（信頼性判定手段）、演算結果出力部１１とを有する。制御部２２は、第１の実施形態で説明した制御部２の機能に加え、受光部４の受光素子４ａの露光期間を設定する。

信頼性判定部２３は、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を入力すると共に、画像距離演算部９の演算結果を入力すると、それら入力した演算結果に基づいてシーンを解析する。そして、信頼性判定部２３は、そのシーンを解析した解析結果に基づいてＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果のうち何れが優位であるかを判定する。

具体的に説明すると、信頼性判定部２３は、図７に示すように、シーンを解析する指標として、明るさ、特徴量、動きの量（変化量）、反射光（戻り光）の強度、自装置から対象物までの距離を用いる。図７において、上向きの矢印は信頼性が相対的に高いことを示し、下向きの矢印は信頼性が相対的に低いことを示す。信頼性判定部２３は、明るさについては、明るさが相対的に明るいシーンでは、画像距離演算部９の演算結果の方がＴＯＦ距離演算部７の演算結果よりも信頼性が相対的に高いと判定し、一方、明るさが相対的に暗いシーンでは、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の方が画像距離演算部９の演算結果よりも信頼性が相対的に高いと判定する。

又、信頼性判定部２３は、特徴量については、特徴量が相対的に多いシーンでは、画像距離演算部９の演算結果の方がＴＯＦ距離演算部７の演算結果よりも信頼性が相対的に高いと判定し、一方、特徴量が相対的に少ないシーンでは、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の方が画像距離演算部９の演算結果がよりも信頼性が相対的に高いと判定する。又、信頼性判定部２３は、動きの量については、動きの量が相対的に多いシーンでは、画像距離演算部９の演算結果の方がＴＯＦ距離演算部７の演算結果よりも信頼性が相対的に高いと判定し、一方、動きの量が相対的に少ないシーンでは、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の方が画像距離演算部９の演算結果がよりも信頼性が相対的に高いと判定する。

又、信頼性判定部２３は、反射光の強度については、画像距離演算部９の演算対象外であるので、反射光の強度が相対的に大きいシーンでは、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定し、一方、反射光の強度が相対的に小さいシーンでは、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性が相対的に低いと判定する。更に、信頼性判定部２３は、自装置から対象物までの距離については、距離が相対的に大きい（遠い）シーンでは、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果の双方の信頼性が相対的に低いと判定し、一方、距離が相対的に小さい（近い）シーンでは、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果の双方の信頼性が相対的に高いと判定する。

次に、上記した構成の作用について図８から図１０を参照して説明する。
信頼性判定部２３は、本発明に関連し、図８に示す信頼性判定処理、図９に示す位相回り判定処理、図１０に示す露光期間設定処理をそれぞれ所定周期で定期的に行う。以下、それぞれの処理について説明する。

（１）信頼性判定処理
信頼性判定部２３は、信頼性判定処理を開始すると、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の入力及び画像距離演算部９の演算結果の入力を判定する（Ｓ１１）。信頼性判定部２３は、前回の信頼性判定処理の開始タイミングから今回の信頼性判定処理の開始タイミングまでの期間でＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果を入力していないと判定すると（Ｓ１１：ＮＯ）、信頼性判定処理を終了して次の開始タイミングを待機する。

信頼性判定部２３は、前回の信頼性判定処理の開始タイミングから今回の信頼性判定処理の開始タイミングまでの期間でＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果を入力したと判定すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、上記した指標を計算してシーンを解析する（Ｓ１２）。具体的には、信頼性判定部２３は、明るさについては、輝度画像の絶対値を計算する。信頼性判定部２３は、特徴量については、輝度画像に対して画像特徴点を抽出し、その抽出した画像特徴点の量を計算する。信頼性判定部２３は、動きの量については、輝度画像のフレーム間の差分を計算する。信頼性判定部２３は、反射光の強度については、反射光の強度Ｂを、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量に基づいて、次式（４）により計算する。

Ｂ＝（Ｃ１−Ｃ３）／２＋（Ｃ２−Ｃ４）／２…（４）
信頼性判定部２３は、自装置から対象物までの距離については、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果を採用する。そして、信頼性判定部２３は、これらの指標を総合的に判定し、図７に示した基準にしたがってＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果のそれぞれの信頼性を特定する（Ｓ１３）。

信頼性判定部２３は、例えば輝度画像の絶対値が一定レベル以上であれば、明るさが相対的に明るいシーンであると判定し、画像距離演算部９の演算結果の信頼性を相対的に高める（重み付けの点数を加算する）。又、信頼性判定部２３は、例えば画像特徴点の量が一定レベル以上であれば、特徴量が相対的に多いシーンであると判定し、画像距離演算部９の演算結果の信頼性を相対的に高める。又、信頼性判定部２３は、例えば輝度画像のフレーム間の差分が一定レベル以上であれば、動きの量が相対的に多いシーンであると判定し、画像距離演算部９の演算結果の信頼性を相対的に高める。又、信頼性判定部２３は、例えば電荷の電荷量が（４）式に基づいて一定レベル以上であれば、反射光の強度が相対的に大きいシーンであると判定し、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の信頼性を相対的に高める。信頼性判定部２３は、このようにして複数の指標を総合的に判定し、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果のそれぞれで重み付けの点数を加算し、重み付けの合計点数を判定することで、それらの演算結果のうち何れの信頼性が高いかを判定する。

信頼性判定部２３は、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の重み付けの合計点数の方が高く、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の方が画像距離演算部９の演算結果よりも信頼性が高いと判定すると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を選択して演算結果出力部１１に出力し（Ｓ１５）、信頼性判定処理を終了して次の開始タイミングを待機する。一方、信頼性判定部２３は、画像距離演算部９の演算結果の重み付けの合計点数の方が高く、画像距離演算部９の演算結果の方がＴＯＦ距離演算部７の演算結果よりも信頼性が高い、又は両者の合計点数が同じであり、両者の信頼性が同じであると判定すると（Ｓ１４：ＮＯ）、画像距離演算部９の演算結果を選択して演算結果出力部１１に出力し（Ｓ１６）、信頼性判定処理を終了して次の開始タイミングを待機する。

（２）位相回り判定処理
信頼性判定部２３は、位相回り判定処理を開始すると、画像距離演算部９の演算結果とＴＯＦ限界距離とを比較する（Ｓ２１）。尚、信頼性判定部２３は、発光周波数ｆ、光速ｃを用い、次式（５）によりＴＯＦ限界距離Ｌを演算する。

Ｌ＝ｃ／２ｆ…（５）
信頼性判定部２３は、画像距離演算部９の演算結果で示される距離がＴＯＦ限界距離を超えていると判定すると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、画像距離演算部９の演算結果の信頼性が相対的に高いシーンであるか否かを判定する（Ｓ２２）。信頼性判定部２３は、例えば明るさが相対的に明るく、特徴量が相対的に多く、動きの量が相対的に多く、画像距離演算部９の演算結果の信頼性が相対的に高いシーンであると判定すると（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果に位相回りが発生していると特定し（Ｓ２３）、位相回り判定処理を終了して次の開始タイミングを待機する。即ち、画像距離演算部９の演算結果で示される距離がＴＯＦ限界距離を超えており、且つ画像距離演算部９の演算結果の信頼性が高いシーンであると判定すると、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果に位相回りが発生していると特定する。

（３）露光期間設定処理
信頼性判定部２３は、露光期間設定処理を開始すると、露光期間を初期値に設定する（Ｓ３１）。信頼性判定部２３は、輝度画像の明るさを計算し（Ｓ３２）、画素の容量が飽和しているか否かを判定する（Ｓ３３）。信頼性判定部２３は、画素の容量が飽和していると判定すると（Ｓ３３：ＹＥＳ）、露光期間を現在の値から減少するように再設定し（Ｓ３４）、上記したステップＳ３２に戻り、ステップＳ３２以降を行う。信頼性判定部２３は、画素の容量が飽和していないと判定すると（Ｓ３３：ＮＯ）、反射光の強度を（４）式に基づいて計算し（Ｓ３５）、反射光の強度が一定レベル以上であるか否かを判定する（Ｓ３６）。信頼性判定部２３は、反射光の強度が一定レベル以上でないと判定すると（Ｓ３６：ＮＯ）、露光期間を現在の値から増加するように再設定し（Ｓ３７）、上記したステップＳ３２に戻り、ステップＳ３２以降を行う。信頼性判定部２３は、反射光の強度が一定レベル以上であると判定すると（Ｓ３６：ＹＥＳ）、露光期間設定処理を終了して次の開始タイミングを待機する。

以上に説明したように第２の実施形態によれば、次に示す効果を得ることができる。
光飛行型測距装置２１において、ＴＯＦ距離演算部７及び画像距離演算部９のそれぞれの演算結果に基づいてシーンを解析し、その解析結果に基づいてＴＯＦ距離演算部７の演算結果及び画像距離演算部９の演算結果のうち何れの信頼性が高いかを判定するようにした。そして、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果の方が画像距離演算部９の演算結果よりも信頼性が高いと判定すると、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果を装置出力として出力し、一方、画像距離演算部９の演算結果の方がＴＯＦ距離演算部７の演算結果よりも信頼性が高いと判定すると、画像距離演算部９の演算結果を装置出力として出力するようにした。これにより、第１の実施形態と同様に、使用環境の影響を受けずに測距精度の低下を防止することができる。

又、画像距離演算部９の演算結果で示される距離がＴＯＦ限界距離を超えており、且つ画像距離演算部９の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定すると、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果に位相回りが発生していると特定するようにした。これにより、ＴＯＦ距離演算部７の演算結果に位相回りが発生していると特定することで、測距精度を高めることができる。又、信頼性判定部２３がシーンを解析した解析結果に基づいて露光期間を設定するようにした。これにより、シーンに応じた適切な露光期間を設定することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
車両以外の用途に適用しても良い。
シーンを解析する指標として、明るさ、特徴量、動きの量、反射光の強度、自装置から対象物までの距離のうちの少なくとも１つを採用すれば良い。又、これら以外の指標を採用しても良い。

図面中、１、２１は光飛行型測距装置、２、２２は制御部（制御手段）、３は発光部（発光手段）、４は受光部（受光手段）、５はデータ取得部（データ取得手段）、７はＴＯＦ距離演算部（ＴＯＦ距離演算手段）、８は輝度画像生成部（輝度画像生成手段）、９は画像距離演算部（画像距離演算手段）、１０、２３は信頼性判定部（信頼性判定手段）である。

Claims (4)

1. 変調光を空間に発光する発光手段（３）と、
   前記発光手段から発光された変調光が対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する受光手段（４）と、
   前記発光手段の発光動作及び前記受光手段の受光動作を制御する制御手段（２）と、
   前記受光手段における電荷の蓄積状態を示すデータを取得するデータ取得手段（５）と、
   前記データ取得手段により取得されたデータに基づいて変調光と反射光との位相差を演算して自装置から対象物までの距離を演算するＴＯＦ距離演算手段（７）と、
   前記データ取得手段により取得されたデータに基づいて輝度画像を生成する輝度画像生成手段（８）と、
   前記輝度画像生成手段により生成された輝度画像に基づいて自装置から対象物までの距離を演算する画像距離演算手段（９）と、
   少なくとも前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性を判定し、その判定結果に基づいて前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果及び前記画像距離演算手段の演算結果のうち何れかを装置出力として選択する信頼性判定手段（１０）と、を備え、
   前記信頼性判定手段は、画素単位で複数のフレーム間での前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果のばらつき度を予め規定されている一定レベルと比較することで、前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性を判定し、そのばらつき度が一定レベル未満であると判定し、前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性が相対的に高いと判定した場合には、前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果を装置出力として選択し、そのばらつき度が一定レベル以上であると判定し、前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の信頼性が相対的に低いと判定した場合には、前記画像距離演算手段の演算結果を装置出力として選択することを特徴とする光飛行型測距装置（１）。
2. 変調光を空間に発光する発光手段（３）と、
   前記発光手段から発光された変調光が対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する受光手段（４）と、
   前記発光手段の発光動作及び前記受光手段の受光動作を制御する制御手段（２２）と、
   前記受光手段における電荷の蓄積状態を示すデータを取得するデータ取得手段（５）と、
   前記データ取得手段により取得されたデータに基づいて変調光と反射光との位相差を演算して自装置から対象物までの距離を演算するＴＯＦ距離演算手段（７）と、
   前記データ取得手段により取得されたデータに基づいて輝度画像を生成する輝度画像生成手段（８）と、
   前記輝度画像生成手段により生成された輝度画像に基づいて自装置から対象物までの距離を演算する画像距離演算手段（９）と、
   前記ＴＯＦ距離演算手段及び前記画像距離演算手段のそれぞれの演算結果の信頼性を判定し、その判定結果に基づいて前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果及び前記画像距離演算手段の演算結果のうち何れかを装置出力として選択する信頼性判定手段（２３）と、を備え、
   前記信頼性判定手段は、前記ＴＯＦ距離演算手段及び前記画像距離演算手段のそれぞれの演算結果に基づいて、明るさ、特徴量、動きの量、反射光の強度、自装置から対象物までの距離のうち少なくとも何れかを指標としてシーンを解析し、その解析結果に基づいて前記ＴＯＦ距離演算手段及び前記画像距離演算手段のうち何れの演算結果の信頼性が高いかを判定し、前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果の方が前記画像距離演算手段の演算結果よりも信頼性が高いと判定した場合には、前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果を装置出力として選択し、前記画像距離演算手段の演算結果の方が前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果よりも信頼性が高いと判定した場合には、前記画像距離演算手段の演算結果を装置出力として選択することを特徴とする光飛行型測距装置（２１）。
3. 請求項２に記載した光飛行型測距装置において、
   前記信頼性判定手段は、前記画像距離演算手段の演算結果がＴＯＦ限界距離を超えており、且つ前記画像距離演算手段の演算結果の信頼性が相対的に高い場合には、前記ＴＯＦ距離演算手段の演算結果に位相回りが発生していると特定することを特徴とする光飛行型測距装置。
4. 請求項２又は３に記載した光飛行型測距装置において、
   前記制御手段は、前記信頼性判定手段の解析結果に基づいて前記受光手段の露光期間を設定することを特徴とする光飛行型測距装置。

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