JP6836940B2 - レーザ式測距装置のノイズデータの特定方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ・レンジ・ファインダ（Laser Range Finder）等のレーザ式測距装置によって得られた計測データから、信頼性の乏しいノイズデータを特定する方法に関する。

レーザ・レンジ・ファインダ（Laser Range Finder）等のレーザ式測距装置は、レーザ光を走査し、その走査範囲内の複数の測定点（レーザ光の反射点）の距離を計測し得るように構成されている。この種のレーザ式測距装置は、例えば、物体の外形状の認識用のセンサ、あるいは、移動体の動作環境における環境認識用のセンサ等として使用される（例えば、特許文献１、２を参照）。

国際公開第２０１４／１３２５０９号 特開２００４−２３４３４９号公報

レーザ・レンジ・ファインダ等のレーザ式測距装置において、ある方向に投光されたレーザ光に対応する測定点の計測データ（距離の計測データ）が、所謂、マルチエコー等に起因して、実際の物体の存在位置に対して乖離した異常な計測データ（信頼性の乏しい計測データ）となる場合がある。

そして、このような計測データをそのまま使用して、物体の形状や位置を認識すると、該物体の形状や位置を誤って認識してしまうこととなる。

従って、レーザ式測距装置により得られる距離の計測データに、上記の如き異常な計測データが含まれる場合には、当該異常な計測データを、ノイズデータとして適切に特定し得る手法が望まれる。

ここで、異常なノイズデータを特定する手法として、例えば、所謂、孤立点となる計測データを異常なノイズデータとして特定する手法が一般的に知られてる。しかるに、レーザ式測距装置により得られる距離の計測データでは、互いに比較的近い位置の複数の測定点の計測データが異常なノイズデータとなる場合も多々ある。そして、このような場合には、これらのノイズデータを孤立点のデータして特定することができなくなる。

また、レーザ光の投光方向の粗密が生じるような場合には、孤立点となる計測データの特定を正しく行うことが困難なものとなりやすい。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、レーザ式測距装置によって得られた計測データから、信頼性の乏しいノイズデータを適切に特定することができる方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザ式測距装置のノイズデータの特定方法は、複数の投光ラインのそれぞれの方向にレーザ光を投光し、該複数の投光ラインにそれぞれ対応する複数の測定点のそれぞれの距離を計測するレーザ式測距装置により得られた計測データからノイズデータを特定する方法であって、
前記レーザ光の投光領域が互いに重なり合うように配置された複数の前記レーザ式測距装置を用い、該複数のレーザ式測距装置のそれぞれにより、前記レーザ光の投光領域における複数の測定点の計測データを取得する第１ステップと、
前記測定点から、ｎ個（ｎ：２以上の整数）の前記レーザ式測距装置に対して共通の測定点の組を抽出し、当該共通の測定点の組を構成するｎ個の測定点のそれぞれの計測データに基づいて、該ｎ個の測定点のそれぞれの計測データから前記ノイズデータを特定する第２ステップとを備えることを基本構成とする。

ここで、本発明における用語について捕捉しておく。前記「投光ライン」は、レーザ式測距装置が出力する各レーザ光の経路を表すラインを意味する。

また、「ｎ個（ｎ：２以上の整数）の前記レーザ式測距装置に対して共通の測定点の組」といのは、ｎ個のレーザ式測距装置のそれぞれの測定点から成るｎ個の測定点の組であって、当該ｎ個の測定点が、外界物体の同一の局所部位でのレーザ光の反射点とみなし得る測定点の組を意味する。

上記基本構成を有する本発明によれば、前記ｎ個の測定点は、上記の意味での共通の測定点であるから、前記ｎ個の測定点のそれぞれの計測データが正常な計測データである場合には、前記ｎ個測定点のそれぞれの計測データにより規定される前記ｎ個の測定点のそれぞれの位置（空間的な位置）は、互いに一致もしくは近似したものとなる。

一方、前記ｎ個の測定点のそれぞれの計測データのうちに、信頼性の乏しい異常な計測データがある場合には、該異常な計測データにより示される測定点の位置は、他の計測データにより示される測定点の位置に対して乖離した位置になる可能性が高い。

従って、前記共通の測定点の組を構成するｎ個の測定点のそれぞれの計測データに基づいて、該ｎ個の測定点のそれぞれの計測データから前記ノイズデータを特定することが可能となる。

よって、上記基本構成を有する本発明によれば、レーザ式測距装置によって得られた計測データから、信頼性の乏しいノイズデータを適切に特定することが可能となる。

上記基本構成を有する本発明では、前記第２ステップは、前記共通の測定点の組を構成する前記ｎ個の測定点のそれぞれの計測データにより規定される該ｎ個の測定点のそれぞれの位置の周囲に、該ｎ個の測定点のそれぞれに対応するレーザ光の実際の反射点が存在すると推定される存在領域を設定する第２ａステップと、前記ｎ個の測定点のそれぞれに対応して設定されたｎ個の前記存在領域の相互の重なり状態に基づいて、前記ノイズデータを特定する第２ｂステップとを備えており、前記第２ａステップは、前記ｎ個の存在領域のそれぞれが、各存在領域に対応する測定点の計測データにより示される該測定点の距離の計測値の誤差の範囲の既定値と、該測定点に対応するレーザ光の投光ラインの方向の誤差の範囲の既定値とに応じて決定したサイズを有するように各存在領域を設定するように構成されていることを特徴とする（第１発明）。

なお、測定点の距離の計測値の誤差の範囲の既定値、及びレーザ光の投光ラインの方向の誤差の範囲の既定値は、各レーザ式測距装置の仕様もしくは性能に起因して各レーザ式測距装置で生じ得る当該誤差の範囲として、あらかじめ特定又は設定された範囲を意味する。

上記第１発明によれば、前記ｎ個の測定点にそれぞれに対応する各存在領域が、該存在領域に対応する測定点の計測データにより示される該測定点の距離の計測値の誤差の範囲の既定値と、該測定点に対応するレーザ光の投光ラインの方向の誤差の範囲の既定値とに応じて決定したサイズを有するように設定される。このため、前記ｎ個の測定点のそれぞれ毎に、適切なサイズの存在領域を設定できる。

ひいては、前記ｎ個の測定点のそれぞれに対応して設定されたｎ個の前記存在領域の相互の重なり状態に基づいて、前記ノイズデータを特定することを高い信頼性で行うことが可能となる。

上記第１発明では、前記第２ｂステップは、前記ｎ個の存在領域が互いに重なり合わない場合に、前記ｎ個の測定点のうちの少なくとも１つの測定点の計測データをノイズデータとして特定するように構成され得る（第２発明）。

これにより、前記ノイズデータを高い信頼性で特定できる。

また、上記第１発明又は第２発明では、前記ｎ個が例えば２個である場合には、前記第２ｂステップは、前記２個の測定点のそれぞれに対応する２個の存在領域のうちの一方の存在領域に、他方の存在領域に対応する測定点が含まれるように、該２個の存在領域が互いに重なり合う場合に、少なくとも前記一方の存在領域に対応する測定点の計測データを前記ノイズデータではないと決定するように構成され得る（第３発明）。

これによれば、ノイズデータではない計測データを高い信頼性で特定できる。

上記第１〜第３発明では、前記ｎ個が２個である場合に、前記第２ステップは、
前記２個の測定点のそれぞれに対応する各存在領域に対して、該存在領域に対応する前記実際の反射点の存在確率の分布を正規分布により表す存在確率関数を、該存在領域に対応する測定点の位置が最頻値の位置となるように設定する第２ｃステップと、
前記２個の測定点のそれぞれに対応する２個の存在領域のうちの一方の存在領域に、他方の存在領域に対応する測定点が含まれず、且つ、該他方の存在領域に、前記一方の存在領域に対応する測定点が含まれないように、前記２個の存在領域が互いに重なり合う場合に、前記２個の存在領域のうちの一方の存在領域に対応する前記存在確率関数を、前記２個の存在領域が互いに重なり合う領域での関数値が前記２個の存在領域にそれぞれ対応する存在確率関数の関数値の合成値となるように修正してなる修正存在確率関数を作成する第２ｄステップと、
前記修正存在確率関数の平均値の位置が、前記２個の存在領域のうちの他方の存在領域に含まれる場合に、前記２個の測定点のうちの少なくとも１つの測定点の計測データを前記ノイズデータでないと決定し、前記修正存在確率関数の平均値の位置が、前記２個の存在領域のうちの他方の存在領域に含まれない場合に、前記２個の測定点のうちの少なくとも１つの測定点の計測データを前記ノイズデータと特定する第２ｅステップとをさらに備えることが好ましい（第４発明）。

これによれば、前記存在確率関数を用いることで、前記ノイズデータである計測データと、前記ノイズデータでない計測データとを適切に区別して特定することができる。

図１Ａは本発明の一実施形態において２つのレーザ式測距装置を備えるシステムの概略を斜視図で示す図、図１Ｂは各レーザ式測距装置を図１ＡのＳ軸方向で見た状態を示す図。 実施形態のレーザ式測距装置の作動に関する説明図。 実施形態のレーザ式測距装置の作動に関するグラフ。 ２つのレーザ式測距装置によるレーザ光の投光領域を例示する図。 図１Ａに示す演算処理装置の処理を示すフローチャート。 図６Ａは、図５のＳＴＥＰ４で設定する存在確率関数の分布領域を例示する図、図６Ｂは、該存在確率関数のパターンを例示する図。 図７Ａ及び図７Ｂは、図５のＳＴＥＰ５の処理を説明するための図。 図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｂは、図５のＳＴＥＰ５の処理を説明するための図。 図９Ａ及び図９Ｂは、図５のＳＴＥＰ５の処理を説明するための図。

本発明の一実施形態を図１Ａ〜図９Ｂを参照して以下に説明する。図１Ａ及び図１Ｂを参照して、本実施形態では、２つのレーザ式測距装置１Ａ，１Ｂを備えるシステムに関して説明する。

レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂは、同じ構造の測距装置である。以降、これらのレーザ式測距装置１Ａ，１Ｂを区別する必要が無いときは、単にレーザ式測距装置１という。

各レーザ式測距装置１は、その本体部であるレーザ・レンジ・ファインダ（Laser Range Finder）１ａと、該レーザ・レンジ・ファインダ１ａ（以降、ＬＲＦ１ａという）を回転駆動するアクチュエータ１ｂとを備える。

ＬＲＦ１ａは、公知の構造のものであり、１つの軸周り方向、例えば図１Ａ及び図１Ｂに示すＳ軸周り方向に、所定の走査範囲（所定の角度範囲）でレーザ光を走査するように出力する。すなわち、ＬＲＦ１ａは、図１Ｂに示す如く、レーザ光の投光方向を表す投光ライン（レーザ光の投光経路となるラインであり、図１Ｂに破線で例示するライン）を、所定の角度範囲内でＳ軸周り方向に回転させるようにレーザ光を出力する。

そして、ＬＲＦ１ａは、走査範囲内のレーザ光の複数（所定数）の投光方向のそれぞれ毎に、各投光方向に出力されたレーザ光を反射する物体の距離（ＬＲＦ１からの距離）をＴＯＦの計測手法（ＴＯＦ：Time of Flight）により計測し、その計測データを出力する。この場合、レーザ光の上記複数の投光方向は、例えば、Ｓ軸周り方向に所定の刻み角度づつ、ずらした方向である。

各レーザ式測距装置１のアクチュエータ１ｂは、例えば電動モータにより構成される。そして、該アクチュエータ１ｂは、ＬＲＦ１ａを、前記Ｓ軸方向と直交する方向、例えば図１Ａ及び図１Ｂに示すＺ軸周り方向に回転駆動し得るようにＬＲＦ１ａに連結されている。これにより、ＬＲＦ１ａの向きをＺ軸周り方向で変化させることが可能となっていると共に、Ｚ軸周り方向におけるＬＲＦ１ａの複数の回転角度位置で、Ｘ軸周り方向にレーザ光を走査することが可能となっている。

例えば、図３に例示するパターンで、Ｚ軸周り方向でのＬＲＦ１ａの回転と、Ｘ軸周り方向でのレーザ光の走査とを行うことができる。なお、以降の説明では、図２に示すように、Ｚ軸周り方向の回転角度を参照符号αで表し、スイング角αと称する。また、Ｓ軸周り方向でのレーザ光の投光ラインの方位角を参照符号δで表し、走査角δと称する。

図３に例示するパターンでは、スイング角αを所定の角度範囲で正弦波状に変化させながら、一定の周期Δｔで、Ｓ軸周り方向でのレーザ光の走査（走査範囲の一端側から他端側への１回の走査）が繰り返される。この場合、例えば、レーザ光の１回当たりの走査期間の時間内でのスイング角αの変化量が十分に小さなものとなるように、スイング角αの経時変化パターンを設定しておくことで、スイング角αをほぼ一定に保った状態で、レーザ光の走査を行うことができる。

なお、例えば、スイング角αを所定量づつ、間欠的に変化させ、その変化の都度、スイング角αを一定に保持した状態（Ｚ軸周り方向でのＬＲＦ１ａの回転を停止させた状態）で、レーザ光の走査を行うようにしてもよい。

また、例えば、スイング角αの単位変化量当たりに実行するレーザ光の走査の回数が一定もしくはほぼ一定になるように、Ｚ軸周り方向でのＬＲＦ１ａの回転速度、あるいは、レーザ光の走査タイミングを制御してもよい。

上記の如く、Ｚ軸周り方向でのＬＲＦ１ａの回転と、Ｓ軸周り方向でのレーザ光の走査（回転走査）とを行うことで、ＬＲＦ１ａの周囲に存在する物体の距離の計測データを３次元的に取得することができる。

例えば、図２には、ＬＲＦ１ａのスイング角αがある角度であり、且つ、レーザ光の走査角δ（レーザ光の投光ラインの方位角）がある角度である場合に、ＬＲＦ１ａにより距離ｒが測定される１つの測定点Ｐ（物体の表面におけるレーザ光の反射点）を例示している。この場合、測定点Ｐの位置は、スイング角α又は走査角δを変化させることで、３次元的に変化する。従って、本実施形態の各レーザ式測距装置１によれば、ＬＲＦ１ａの周囲に存在する物体の距離の計測データを３次元的に取得することができることとなる。

補足すると、任意の測定点Ｐに対応する距離ｒ、スイング角α、及び走査角δの組は、該測定点Ｐの位置を、球面座標系で表現するものである。そして、該測定点Ｐの位置は、それに対応する距離ｒ、スイング角α、及び走査角δの組から、３軸直交座標系（例えば図２に例示するＸＹＺ座標系）で見た位置に座標変換することもできる。

本実施形態のシステムでは、以上の如く構成された２つのレーザ式測距装置１Ａ，１Ｂを用いて距離測定が行われる。この場合、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのそれぞれのレーザ光の投光領域（距離測定を行い得る領域）が互いに重なりを持つように、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂの相互の位置関係と、各レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのレーザ光の投光ラインのスイング角α及び走査角δのそれぞれの可変範囲とが設定されている。

例えば図４に示すように、レーザ式測距装置１Ａ，１ＢのそれぞれのＺ軸方向が平行もしくはほぼ平行になるようにして、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂが間隔を存して配置されると共に、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのレーザ光の投光領域が重なり合うように、レーザ式測距装置１ＡのＬＲＦ１ａのスイング角αの可変範囲Δαａと、レーザ式測距装置１ＢのＬＲＦ１ａのスイング角αの可変範囲Δαｂとが設定される。この場合、図４中のグレー領域Ｒが、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのレーザ光の投光領域が重なり合う領域である。この領域Ｒ（以降、計測重なり領域Ｒという）では、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂの両方により距離計測を行うことができる。

なお、図４に示す例では、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのそれぞれのレーザ光の走査角δの可変範囲は、例えば互いに同一もしくはほぼ同一とされる。

補足すると、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのそれぞれのレーザ光の投光領域が互いに重なりを持つようにするためのレーザ式測距装置１Ａ，１Ｂの配置態様等は、上記の態様に限られない。例えば、レーザ式測距装置１Ａ，１ＢのそれぞれのＺ軸方向は、互いに交差する方向であってもよい。

上記の２つのレーザ式測距装置１Ａ，１Ｂは、例えば、移動ロボット、車両等の移動体に搭載され得る。この場合、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂは、移動体の周囲に存在する物体（地面、床面、設置物、障害物、他の移動体等）の位置あるいは外面形状等を認識するための外界認識用のセンサとして使用し得る。

本実施形態では、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのそれぞれの計測データは、演算処理装置２（図１Ａに示す）に入力される。この場合、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのそれぞれの計測データには、距離の計測値を示すデータに加えて、該距離の計測時におけるレーザ光の投光ラインのスイング角α及び走査角δを示すデータも含まれる。

演算処理装置２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を含む１つ以上の電子回路ユニット、あるいは、１つ以上のコンピュータ、あるいは、該電子回路ユニット及びコンピュータの組み合わせにより構成される。

この演算処理装置２は、本実施形態では、それに実装されるハードウェア構成又はプログラム（ソフトウェア構成）により実現される機能として、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂの作動を制御する機能、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂのそれぞれの計測データから信頼性の乏しいノイズデータを特定して除去する機能等を有する。

なお、演算処理装置２は、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂを搭載した移動体の動作制御を行う機能を有する制御装置であってもよい。

以下、演算処理装置２による処理を説明する。演算処理装置２は、図５のフローチャートに示す処理を実行する。具体的には、演算処理装置２は、ＳＴＥＰ１において、レーザ式測距装置１Ａ，１ＢのそれぞれのＬＲＦ１ａの回転及びレーザ光の走査を行うように各レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂを制御することで、各レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂ毎に複数の測定点の計測データを取得する。

この場合、レーザ式測距装置１Ａに係る複数の測定点は、それぞれに対応するレーザ光の投光ラインのスイング角α及び走査角δの一方又は両方が互いに異なる測定点である。また、レーザ式測距装置１Ａに係る各測定点の計測データには、該測定点の距離（レーザ式測距装置１ＡのＬＲＦ１ａからの距離）の計測値を示すデータが含まれると共に、該測定点に対応するレーザ光の投光ラインのスイング角α及び走査角δを示すデータとが含まれる。

レーザ式測距装置１Ｂに係る複数の測定点及びそれぞれの計測データについても、上記と同様である。

以降の説明では、レーザ式測距装置１Ａにより距離の計測が行われた測定点と、レーザ式測距装置１Ｂにより距離の計測が行われた測定点とを区別する場合に、レーザ式測距装置１Ａ側の測定点に参照符号Ｐａを付し、レーザ式測距装置１Ｂ側の測定点に参照符号Ｐｂを付することがある。

次いで、ＳＴＥＰ２において、演算処理装置２は、前記計測重なり領域Ｒから、レーザ式測距装置１Ａとレーザ式測距装置１Ｂとで共通の測定点の組（測定点Ｐａ，Ｐｂの組）を探索する。

ここで、レーザ式測距装置１Ａにより得られた、ある１つの測定点Ｐａと、レーザ式測距装置１Ｂにより得られた、ある１つの測定点Ｐｂとが共通の測定点の組であるいうのは、測定点Ｐａに対応する外界物体の局所部位（レーザ式測距装置１ＡのＬＲＦ１ａから、測定点Ｐａに対応する投光ラインの方向に出力されたレーザ光の反射部位）と、測定点Ｐｂに対応する外界物体の局所部位（レーザ式測距装置１ＢのＬＲＦ１ａから、測定点Ｐｂに対応する投光ラインの方向に出力されたレーザ光の反射部位）とが、該外界物体の同じ部位であるとみなし得ることを意味する。

ＳＴＥＰ２では、演算処理装置２は、上記の意味で共通の測定点の組とみなし得る測定点Ｐａ，Ｐｂの組が探索される。

この場合、例えば、図４に例示するように、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂの一方、例えばレーザ式測距装置１Ｂにより得られた、ある１つの測定点Ｐｂが、他方のレーザ式測距装置（ここでは、レーザ式測距装置１Ａ）により得られた測定点Ｐａに対応するレーザ光の投光ラインに近接する点である場合（例えば、該投光ラインから測定点Ｐｂまでの距離が所定範囲内に収まる場合）に、これらの測定点Ｐａ，Ｐｂの組が共通の測定点の組として抽出される。

なお、例えば、レーザ式測距装置１Ａにより得られた複数のＡ側測定点Ｐａと、レーザ式測距装置１Ｂにより得られた複数のＢ側測定点Ｐｂとのそれぞれを、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂの両方に対して共通の座標系で見た点に座標変換し、当該共通の座標系で見て、所定の距離内に収まる測定点Ｐａ，Ｐｂの組を共通の測定点の組として抽出することも可能である。

あるいは、例えば、レーザ式測距装置１Ａにより得られた複数の測定点Ｐａの全体と、レーザ式測距装置１Ｂにより得られた複数の測定点Ｐｂの全体とのそれぞれから、外界物体の形状の特徴部（エッジ等）を特定しておき、その特徴部に対する位置関係が互いに近似する測定点Ｐａ，Ｐｂの組を共通の測定点の組として抽出することも可能である。

次いで、ＳＴＥＰ３において、演算処理装置２は、共通の測定点の組として抽出した測定点Ｐａ，Ｐｂの全ての組のうちの一組の測定点Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)を注目測定点対Ｐａb(i)として選択する。

そして、演算処理装置２は、当該選択した注目測定点対Ｐａｂ(i)に対してＳＴＥＰ４，５の処理を実行する。ＳＴＥＰ４，５の処理は、注目測定点対Ｐａｂ(i)を構成する測定点Ｐａ(i)又はＰｂ(i)が、信頼性の乏しい距離の計測値を有する測定点（以降、ノイズ測定点という）であるか否か特定する処理である。

ＳＴＥＰ４では、演算処理装置２は、注目測定点対Ｐａｂ(i)を構成する測定点Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)のそれぞれに対して、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbを設定する。ここで、測定点Ｐａ(i)に対応する存在確率関数Ｆpaは、測定点Ｐａ(i)に対応する実際の物体の表面上の点（測定点Ｐａ(i)に対応するレーザ光の実際の反射点）が存在する確率の分布を表す関数、測定点Ｐｂ(i)に対応する存在確率関数Ｆpbは、測定点Ｐｂ(i)に対応する実際の物体の表面上の点（測定点Ｐｂ(i)に対応するレーザ光の実際の反射点）が存在する確率の分布を表す関数である。

これらの存在確率関数Ｆpa，Ｆpbは、レーザ式測距装置１Ａ，１Ｂの両方に対して共通の座標系で見た関数として表される。本実施形態では、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbを表現する座標系として、レーザ式測距装置１Ａ（又は１Ｂ）のＬＲＦ１ａの回転軸であるＺ軸に直交する２軸の座標系、例えば図６Ａに例示するＸＹ座標系が用いられる。そして、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbは、当該ＸＹ座標平面上の位置の関数（Ｘ座標位置及びＹ座標位置を２つの変数成分とする関数）として表現される。

具体的には、測定点Ｐａ(i)に対応する存在確率関数Ｆpaは、測定点Ｐａ(i)（該測定点Ｐａ(i)に対応する距離の計測値、スイング角αの値、及び走査角δの値により規定される３次元空間の位置の点）をＸＹ座標平面に投影してなる投影点を中心点とする楕円状の分布領域（図６Ａを参照）において、図６Ｂに例示する如く、二次元の正規分布関数（詳しくは、ＸＹ座標平面上への測定点Ｐａ(i)の投影点の位置での関数値がピーク値となる二次元の正規分布関数）として設定される。換言すれば、ＸＹ座標平面上への測定点Ｐａ(i)の投影点の位置が最頻値の位置になるように、二次元の正規分布関数としての存在確率関数Ｆpaが設定される。

図６Ｂにおいては、曲線ａ１は、存在確率関数Ｆpaの後述するＣ１軸方向での波形を例示し、曲線ａ２は、存在確率関数Ｆpaの後述するＣ２軸方向での波形を例示している。

補足すると、存在確率関数Ｆpaは、正規分布関数であるので、ＸＹ座標平面での測定点Ｐａ(i)の投影点の位置は、存在確率関数Ｆpaの最頻値（モード）の位置であると同時に、平均値の位置でもある。

かかる存在確率関数Ｆpaに係る楕円状の分布領域は、本発明における存在領域に相当する領域であり、ＸＹ座標平面に直交する方向（Ｚ軸方向）で見た場合に、測定点Ｐａ(i)に対応する実際の外界物体の反射点が存在する可能性が高いと見なし得る領域である。該分布領域は、例えば、存在確率関数Ｆpaの関数値が、所定値以上となるＸＹ平面上の領域である。

さらに、該分布領域は、図６Ｂに示す如く、測定点Ｐａ(i)に対応するレーザ光の投光ラインをＸＹ座標平面に投影してなるライン（図６Ａに破線で示すライン）の方向であるＣ１軸方向と、該Ｃ１軸方向と直交するＸＹ平面上のラインの方向であるＣ２軸方向とのうちの一方を長軸方向、他方を短軸方向とする楕円状の領域である。そして、該分布領域のＣ１軸方向の幅Ｄ１は、レーザ式測距装置１Ａにより得られる各測定点の距離の計測値の既定の誤差範囲（レーザ式測距装置１Ａの仕様又は性能に起因してレーザ式測距装置１Ａで発生し得る誤差範囲）に応じて設定される。

例えば、レーザ式測距装置１Ａによる距離の計測値の誤差範囲が±Δｒである場合、Ｄ１＝Ｋ１×２×Δｒ（Ｋ１は、「１」もしくはそれに近い正の定数値）というように、Ｄ１の値が、誤差範囲±Δｒの大きさ（絶対値）に比例した値に設定され得る。

また、該分布領域のＣ２軸方向の幅Ｄ２は、レーザ式測距装置１Ａにより得られる各測定点のスイング角αの値の既定の誤差範囲（レーザ式測距装置１ＡのＬＲＦ１ａのスイング角αの制御精度又は該スイング角αの検出誤差に起因してレーザ式測距装置１Ａで発生し得る誤差範囲）と、レーザ式測距装置１Ａの基準点（距離計測の基準点）から測定点Ｐａ(i)までの線分をＸＹ座標平面に投影してなる線分の長さ（換言すれば、ＸＹ座標平面に投影して見た場合のレーザ式測距装置１Ａの基準点から測定点Ｐａ(i)までの距離）とに応じて設定される。

例えば、ＸＹ座標平面に投影した見た測定点Ｐａ(i)の距離がｒxy、スイング角αの誤差範囲が±Δαである場合、Ｄ２＝Ｋ２×ｒxy×２×Δα（Ｋ２は、「１」もしくはそれに近い定数値）というように、Ｄ２の値が、距離ｒxyと誤差範囲±Δαの大きさ（絶対値）との積に比例した値に設定され得る。

上記の説明は、測定点Ｐａ(i)に対応する存在確率関数Ｆpaに関する説明であるが、測定点Ｐｂ(i)に対応する存在確率関数Ｆpbについても同様である。この場合、存在確率関数Ｆpaに関する上記の説明において、「存在確率関数Ｆpa」、「レーザ式測距装置１Ａ」、及び「測定点Ｐａ(i)」をそれぞれ、「存在確率関数Ｆpb」、「レーザ式測距装置１Ｂ」、「測定点Ｐｂ(i)」に読み替えることで、測定点Ｐｂ(i)に対応する存在確率関数Ｆpbに関する説明がなされる。

なお、本実施形態では、ＳＴＥＰ５では上記の如く存在確率関数Ｆpa，Ｆpbが設定されるので、ＳＴＥＰ５の処理は、本発明における存在領域を設定する処理を兼ねる処理である。

また、上記の説明では、便宜上、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbのそれぞれの分布領域を楕円状の領域として説明した。ただし、レーザ式測距装置１Ａに関する前記誤差範囲±Δｒ，±Δαの大きさ、あるいは、測定点Ｐａ(i)の距離によっては、存在確率関数Ｆpaの分布領域が、円形状の領域になる場合もある。存在確率関数Ｆpbの分布領域についても同様である。従って、本実施形態では、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbのそれぞれの分布領域としての楕円状の領域は、その一形態として円形状の領域を含み得る。

また、図６Ａ及び図６Ｂでは、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbのそれぞれの分布領域としての楕円状の領域の長軸方向を、Ｃ１軸の方向（レーザ光の投光ラインをＸＹ座標平面に投影してなるラインの方向）として図示したが、当該楕円状の領域の短軸方向が、Ｃ１軸の方向（レーザ光の投光ラインをＸＹ座標平面に投影してなるラインの方向）となる場合もある。

補足すると、本実施形態では、レーザ式測距装置１Ａにより得られる各測定点の走査角δの値の誤差範囲（レーザ式測距装置１ＡのＬＲＦ１ａの走査角δの制御精度又は該走査角δの検出誤差に起因する誤差範囲）は十分に小さいものとみなして、該走査角δの誤差範囲は、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbの分布領域に反映させていない。

ただし、該走査角δの誤差範囲を考慮して、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbを設定することも可能である。この場合、各存在確率関数Ｆpa，Ｆpbを、例えば３次元の正規分布関数として設定し得る。このようにした場合には、本発明における「存在領域」に相当する各存在確率関数Ｆpa，Ｆpbの分布領域が３次元空間の領域となる。

図５に戻って、ＳＴＥＰ５では、演算処理装置２は、ＳＴＥＰ４で上記の如く設定した存在確率関数Ｆpa，Ｆpbの重なり状態に応じて、ノイズ測定点を決定する。

具体的には、図７Ａに例示する如く、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbのそれぞれの分布領域が重なり合わない場合には、演算処理装置２は、注目測定点対Ｐａｂ(i)を構成する測定点Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)の両方をノイズ測定点として決定する。

また、図７Ｂに例示する如く、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbのそれぞれの分布領域が部分的に重なり合っており、且つ、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbのうちの一方の平均値の位置に相当する測定点（図示例では、存在確率関数Ｆpbに対応する測定点Ｐｂ(i)）の投影点が、他方の存在確率関数の分布領域（図示例では、存在確率関数Ｆpaの分布領域）に属する場合には、演算処理装置２は、例えば測定点Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)の両方をノイズ測定点でないとする。

また、図８Ａ又は図９Ａに例示する如く、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbのそれぞれの分布領域が部分的に重なり合っているものの、存在確率関数Ｆpaの平均値の位置に相当する測定点Ｐａ(i)の投影点が存在確率関数Ｆpbの分布領域に属さず、且つ、存在確率関数Ｆpbの平均値の位置に相当する測定点Ｐｂ(i)の投影点が存在確率関数Ｆpaの分布領域に属さない場合には、演算処理装置２は、まず、次の処理を実行する。

すなわち、演算処理装置２は、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbのうちの一方、例えば測定点Ｐｂ(i)に対応する存在確率関数Ｆpbを、次式（１ａ），（１ｂ）により修正してなる修正存在確率関数Ｆpb’を算出する。

Ｆpbの分布領域のうち、Ｆpaの分布領域と重なり合う領域を除いた領域では、
Ｆpb’＝Ｆpb ……（１ａ）
Ｆpbの分布領域のうち、Ｆpaの分布領域と重なり合う領域では、
Ｆpb’＝Ｆpb＋Ｆpa ……（１ｂ）

図８Ｂは、かかる修正存在確率関数Ｆpb’を算出する処理を、便宜的に一次元での処理として概念的に示している。図示の如く、修正存在確率関数Ｆpb’は、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbが重なり合う領域（以降、単に重なり領域ということがある）では、Ｆpbの関数値にＦpaの関数値を加えたもの（Ｆpb，Ｆpaの関数値を合成したもの）となり、それ以外の領域では、Ｆpbに一致する。

そして、演算処理装置２は、上記の如く算出した修正存在確率関数Ｆpb’の平均値の位置を求める。ここで、修正前の存在確率関数Ｆpbは正規分布関数であるので、その平均値の位置は、測定点Ｐｂ(i)の投影点の位置に一致する。一方、修正存在確率関数Ｆpb’は、その分布領域（＝Ｆpbの分布領域）のうちの上記重なり領域での関数値が、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbの関数値を加え合わせたものとなるので、修正存在確率関数Ｆpb’の平均値の位置は、図８Ｂ及び図８Ｃに示す如く、修正前の存在確率関数Ｆpbの平均値の位置（測定点Ｐｂ(i)の投影点）よりも上記重なり領域に近づいた位置（図８Ｃでは点Ｐｂ’の位置）になる。

この場合、図８Ａに例示する如く、上記重なり領域が、ある程度広い場合には、図８Ｃに示す如く、修正存在確率関数Ｆpb’の平均値の位置（点Ｐｂ’の位置）が、存在確率関数Ｆpaの分布領域に属するようになる。このように、修正存在確率関数Ｆpb’の平均値の位置が、存在確率関数Ｆpaの分布領域に属する場合には、演算処理装置２は、測定点Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)の両方をノイズ測定点でないとする。

また、図９Ａに例示する如く、上記重なり領域が、狭い場合には、図９Ｂに示す如く、修正存在確率関数Ｆpb’の平均値の位置（点Ｐｂ’の位置）が、存在確率関数Ｆpaの分布領域から逸脱した位置となる。このように、修正存在確率関数Ｆpb’の平均値の位置が、存在確率関数Ｆpaの分布領域から逸脱している場合には、測定点Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)のうちの一方の測定点、例えば、測定点Ｐｂ(i)をノイズ測定点として決定し、他方の測定点Ｐａ(i)をノイズ測定点でないとする。

前記ＳＴＥＰ５では、以上の如く、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbが重なり状態に応じてノイズ測定点が決定（特定）される。

図５に戻って、演算処理装置２は、次に、ＳＴＥＰ６において、注目測定点対（Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)）を順次選択することが終了したか否かを判断する。

そして、この判断結果が否定的である場合には、演算処理装置２は、前記ＳＴＥＰ３に戻って、注目測定点対（Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)）を新たに選択し、さらに、新たな注目測定点対（Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)）に対して、ＳＴＥＰ４，５の処理を前記した如く実行する。

このようにして、ＳＴＥＰ６の判断結果が肯定的になるまで、ＳＴＥＰ３〜５の処理が繰り返される。これにより、ノイズ測定点が特定されていくこととなる。

そして、ＳＴＥＰ６の判断結果が肯定的になると、演算処理装置２は、次にＳＴＥＰ７において、各ノイズ測定点に関する計測データをノイズデータとして消去する。これにより、図５のフローチャートの処理は終了する。

なお、注目測定点対を構成する測定点Ｐａ(i)，Ｐｂ(i)の両方がノイズ測定点でないとした場合においては、一方の測定点Ｐａ(i)又はＰｂ(i)を、冗長な測定点として、該測定点に関する計測データを消去してもよい。

以上の如く、本実施形態によれば、２つのレーザ式測距装置１Ａ，１Ｂの測定データを用いることで、ノイズ測定点を、そうでない測定点と適切に区別して特定することができる。

特に、前記した如く、存在確率関数Ｆpa，Ｆpbと、その分布領域とを用いることで、ノイズ測定点を、そうでない測定点と区別して特定することを高い信頼性で実現することができる。

なお、以上説明した実施形態では、２つのレーザ式測距装置１Ａ，１Ｂを備えるシステムについて説明したが、本発明は、３つ以上のレーザ式測距装置を備えるシステムについても適用できる。

また、前記実施形態における各レーザ式測距装置１のＬＲＦ１ａは、レーザ光の投光方向を回転させることで、該レーザ光の走査を行うものであるが、ＬＲＦ１ａは、レーザ光の投光方向を一定もしくはほぼ一定に維持して、該レーザ光をその投光方向と直交する方向にリニアに走査するものであってもよい。

また、各レーザ式測距装置１は、ＬＲＦ１ａをアクチュエータによりリニアに変位させるように構成されていてもよい。

１Ａ，１Ｂ…レーザ式測距装置。

Claims (4)

1. 複数の投光ラインのそれぞれの方向にレーザ光を投光し、該複数の投光ラインにそれぞれ対応する複数の測定点のそれぞれの距離を計測するレーザ式測距装置により得られた計測データからノイズデータを特定する方法であって、
   前記レーザ光の投光領域が互いに重なり合うように配置された複数の前記レーザ式測距装置を用い、該複数のレーザ式測距装置のそれぞれにより、前記レーザ光の投光領域における複数の測定点の計測データを取得する第１ステップと、
   前記測定点から、ｎ個（ｎ：２以上の整数）の前記レーザ式測距装置に対して共通の測定点の組を抽出し、当該共通の測定点の組を構成するｎ個の測定点のそれぞれの計測データに基づいて、該ｎ個の測定点のそれぞれの計測データから前記ノイズデータを特定する第２ステップとを備えており、
   前記第２ステップは、前記共通の測定点の組を構成する前記ｎ個の測定点のそれぞれの計測データにより規定される該ｎ個の測定点のそれぞれの位置の周囲に、該ｎ個の測定点のそれぞれに対応するレーザ光の実際の反射点が存在すると推定される存在領域を設定する第２ａステップと、前記ｎ個の測定点のそれぞれに対応して設定されたｎ個の前記存在領域の相互の重なり状態に基づいて、前記ノイズデータを特定する第２ｂステップとを備えており、
   前記第２ａステップは、前記ｎ個の存在領域のそれぞれが、各存在領域に対応する測定点の計測データにより示される該測定点の距離の計測値の誤差の範囲の既定値と、該測定点に対応するレーザ光の投光ラインの方向の誤差の範囲の既定値とに応じて決定したサイズを有するように各存在領域を設定するように構成されていることを特徴とするレーザ式測距装置のノイズデータの特定方法。
2. 請求項１記載のレーザ式測距装置のノイズデータの特定方法において、
   前記第２ｂステップは、前記ｎ個の存在領域が互いに重なり合わない場合に、前記ｎ個の測定点のうちの少なくとも１つの測定点の計測データをノイズデータとして特定するように構成されていることを特徴とするレーザ式測距装置のノイズデータの特定方法。
3. 請求項１又は２記載のレーザ式測距装置のノイズデータの特定方法において、
   前記ｎ個は２個であり、
   前記第２ｂステップは、前記２個の測定点のそれぞれに対応する２個の存在領域のうちの一方の存在領域に、他方の存在領域に対応する測定点が含まれるように、該２個の存在領域が互いに重なり合う場合に、少なくとも前記一方の存在領域に対応する測定点の計測データを前記ノイズデータではないと決定するように構成されていることを特徴とするレーザ式測距装置のノイズデータの特定方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ式測距装置のノイズデータの特定方法において、
   前記ｎ個は２個であり、
   前記第２ステップは、
   前記２個の測定点のそれぞれに対応する各存在領域に対して、該存在領域に対応する前記実際の反射点の存在確率の分布を正規分布により表す存在確率関数を、該存在領域に対応する測定点の位置が最頻値の位置となるように設定する第２ｃステップと、
   前記２個の測定点のそれぞれに対応する２個の存在領域のうちの一方の存在領域に、他方の存在領域に対応する測定点が含まれず、且つ、該他方の存在領域に、前記一方の存在領域に対応する測定点が含まれないように、前記２個の存在領域が互いに重なり合う場合に、前記２個の存在領域のうちの一方の存在領域に対応する前記存在確率関数を、前記２個の存在領域が互いに重なり合う領域での関数値が前記２個の存在領域にそれぞれ対応する存在確率関数の関数値の合成値となるように修正してなる修正存在確率関数を作成する第２ｄステップと、
   前記修正存在確率関数の平均値の位置が、前記２個の存在領域のうちの他方の存在領域に含まれる場合に、前記２個の測定点のうちの少なくとも１つの測定点の計測データを前記ノイズデータでないと決定し、前記修正存在確率関数の平均値の位置が、前記２個の存在領域のうちの他方の存在領域に含まれない場合に、前記２個の測定点のうちの少なくとも１つの測定点の計測データを前記ノイズデータと特定する第２ｅステップとをさらに備えることを特徴とするレーザ式測距装置のノイズデータの特定方法。