JP6895074B2

JP6895074B2 - 物体検出システム及び物体検出プログラム

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Publication number: JP6895074B2
Application number: JP2017165892A
Authority: JP
Inventors: 誠司曽和
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: JP2019045199A

Description

本発明は、距離画像を検出する物体検出システム及び物体検出プログラムに関する。

近年、監視空間内の侵入者や車両を検出する目的で、レーザーレーダーなどで検出した距離画像の中から物体を検出する物体検出システムが使用されている。ここで、距離画像とは、２次元座標に物体までの距離値がマッピングされたものである。距離画像から移動体を含む画素を抽出する方法としては、下記特許文献１にも記載されるように、計測結果である距離画像と予め取得しておいた背景（つまり、移動体が存在しない状態の距離画像）とを比較して距離に差がある画素を抽出する方法が知られている。

ところで、レーザーレーダーは、照射したレーザー光が対象物で反射され受光部に戻ってくるまでの時間を計測することにより対象物までの距離値を取得している。そのため、対象物が鏡面であったり、吸収成分が多かったりする場合は、受光部にレーザー光が戻ってこず、対象物までの距離値を取得することができない。地面に水たまりがあると鏡面になることで、地面までの距離値を得ることができない。また、濡れているだけでも散乱成分が減少することで受光部への反射光量が減少し、距離値を得ることができないことがある。特許文献１では、測定不能となる点は予め設定した遠方距離に置換する処理を行っているため、鏡面反射等によって地面の距離値が得られない状態で背景距離マップを生成した場合、地面に相当する画素は遠方距離に置換されてしまう。例えば地面が乾燥するにつれて本来の地面までの距離値が得られるようになった場合、遠方距離に置換された背景距離マップとの差から地面を物体と認識してしまう。

なお、地面を物体と誤認識しないために、地面の距離値が得られない画素についてはマスキングを行うことも考えられるが、距離が様々で凸凹を有する地面に対するマスキングは困難であり、過剰にマスキングしてしまうと移動物体を検出し逃す可能性がある。

特開２００５−３００２５９号公報

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、背景データを取得する際に距離値が得られなかった地面位置について近似的な補間が可能な物体検出システム及び物体検出プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る物体検出システムは、距離画像を検出する距離画像検出部と、距離画像から所定条件を満たす移動体を抽出する移動体抽出部とを備え、移動体抽出部は、予め所定条件を満たす移動体が存在しない状態の距離画像を背景データとして記憶部に登録し、計測時の距離画像において背景データと異なる画素を所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出し、移動体抽出部は、距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、背景データを修正し、移動体抽出部は、背景データを記憶部に登録する際に、測定不能画素を、仮想地面までの距離値によって補間する。

上記物体検出システムでは、移動体抽出部が、距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって背景データを修正するので、背景データを取得する際に距離値が得られなかった地面位置について近似的な情報による補間が可能になり、地面を物体と認識してしまうといった誤動作を回避することができる。また、鏡面反射等によって検出できない地面部分を仮想地面によって補間する近似的処理によって移動体の抽出精度を高めることができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る物体検出システムは、距離画像を検出する距離画像検出部と、距離画像から所定条件を満たす移動体を抽出する移動体抽出部とを備え、移動体抽出部は、予め所定条件を満たす移動体が存在しない状態の距離画像を背景データとして記憶部に登録し、計測時の距離画像において背景データと異なる画素を所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出し、移動体抽出部は、距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、背景データを修正し、移動体抽出部は、背景データを記憶部に登録する際に、地面から所定量以上地中方向に入り込んだ地中距離値が得られているとき、当該地中距離値に対応する異常画素を、仮想地面までの距離値によって修正する。この場合、鏡面反射等によって異常値を示す地面部分を仮想地面によって補間する近似的処理によって移動体の抽出精度を高めることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、仮想地面は、距離画像検出部の設置状態から決定される推定地面を基準とする計算上の面である。この場合、距離画像検出部の設置状態から直接的に得られる推定地面を利用することで、背景データの適正な修正に必要な仮想地面を決定することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、移動体抽出部は、距離画像検出部の地面からの高さと距離画像検出部の傾斜角度とに基づいて推定地面を算出する。

本発明のさらに別の側面によれば、移動体抽出部は、推定地面を上方に所定距離だけ移動させるオフセットによって仮想地面を得る。この場合、現実の地面が凹凸等を有する場合であっても、仮想地面のオフセット分だけ誤検出に対する余裕を持たせることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、移動体抽出部は、推定地面を構成する各画素の距離値に対して所定距離だけ減算するオフセットによって仮想地面を得る。この場合、現実の地面が凹凸等を有する場合であっても、仮想地面のオフセット分だけ誤検出に対する余裕を持たせることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、移動体抽出部は、背景データのうち仮想地面によって修正された部分について、地面に相当する距離値が得られた場合は、地面に相当する距離値によって背景データを更新する。これにより、路面が乾くなどによって検出できない地面部分が縮小した場合に、背景データをより適正に修正することができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る物体検出プログラムは、距離画像を検出する距離画像検出部と、距離画像から所定条件を満たす移動体を抽出する移動体抽出部とを備え、移動体抽出部は、予め所定条件を満たす移動体が存在しない状態の距離画像を背景データとして記憶部に登録し、計測時の距離画像が背景データと異なる画素を所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出し、移動体抽出部は、距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、背景データを修正し、移動体抽出部は、背景データを記憶部に登録する際に、測定不能画素を、仮想地面までの距離値によって補間する物体検出システムを制御する制御装置で動作する。
上記目的を達成するため、本発明に係る物体検出プログラムは、距離画像を検出する距離画像検出部と、距離画像から所定条件を満たす移動体を抽出する移動体抽出部とを備え、移動体抽出部は、予め所定条件を満たす移動体が存在しない状態の距離画像を背景データとして記憶部に登録し、計測時の距離画像が背景データと異なる画素を所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出し、移動体抽出部は、距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、背景データを修正し、移動体抽出部は、背景データを記憶部に登録する際に、地面から所定量以上地中方向に入り込んだ地中距離値が得られているとき、当該地中距離値に対応する異常画素を、仮想地面までの距離値によって修正する物体検出システムを制御する制御装置で動作する。

本発明の一実施形態に係る物体検出システムを説明する図である。図１の物体検出システムを構成するレーザーレーダーユニットの構造を説明する概略図である。図１の物体検出システムの動作を説明する図である。背景データの作成方法を説明する図である。（Ａ）は、各種パラメータを説明する図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、水たまりの影響を説明する図である。距離画像検出部の座標系を説明する斜視図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、仮想地面の登録方法を説明する図である。

以下、図１等を参照しつつ、本発明に係る一実施形態の物体検出システムについて説明する。

図１に示す物体検出システム１００は、レーザーレーダーユニット２１と、支持部２３と、制御装置８０とを備える。

図２を参照して、レーザーレーダーユニット２１の構造の一例について説明する。レーザーレーダーユニット２１は、外界に存在する物体までの距離を計測することによって外界について距離画像を検出する距離画像検出部であり、回転する走査用ミラー５３ａによって光ビームを走査しつつその伝搬時間から距離を計測する。レーザーレーダーユニット（距離画像検出部）２１は、投光系５１と、受光系５２と、回転反射部５３と、駆動回路５５と、外装部品５６とを備える。これらのうち、投光系５１と、受光系５２と、回転反射部５３とは、走査型の光学系５９を構成している。

投光系５１は、後述する回転反射部５３の走査用ミラー５３ａに対して光ビーム又は投光ビームの元になるレーザー光Ｌ１を射出する。投光系５１は、赤外その他の波長域に設定されたレーザー光Ｌ１を発生する光源５１ａを有する。

受光系５２は、外装部品５６の光学窓５６ａを介して入射する検出対象ＯＢからの反射光又は光ビームであって、回転反射部５３の走査用ミラー５３ａで反射された戻り光Ｌ２を受光する。受光系５２は、戻り光Ｌ２を検出するため、縦の副走査方向に関して例えば６つの画素を有する受光素子５２ａを有する。検出領域内に物体等の検出対象ＯＢがあると、レーザーレーダーユニット２１から射出されたレーザー光（投光ビーム）Ｌ１が検出対象ＯＢで反射等され、検出対象ＯＢで反射等された光の一部が戻り光（反射光）Ｌ２としてレーザーレーダーユニット２１における走査用ミラー５３ａを介して受光系５２に入射する。

回転反射部５３は、走査用ミラー５３ａと回転駆動部５３ｂとを有する。走査用ミラー５３ａは、２回反射型のポリゴンミラーであり、光路折り曲げ用の第１反射部５３ｉと第２反射部５３ｊとを有する。第１及び第２反射部５３ｉ，５３ｊは、ｙ方向に平行に延びる回転軸ＲＸに沿って上下にそれぞれ配置されている。第１及び第２反射部５３ｉ，５３ｊは角錐状の形状を有している。第１及び第２反射部５３ｉ，５３ｊの反射面の傾斜角は、走査用ミラー５３ａの回転位置（図示の例では９０°単位で４方位を向く位置）に伴って徐々に変化するものになっている（第１及び第２反射部５３ｉ，５３ｊの具体的な形状については、国際公開第２０１４／１６８１３７号参照）。

第１反射部５３ｉの反射面は、紙面上で右方向である＋ｚ方向から入射したレーザー光（投光ビーム）Ｌ１を略直交する方向に反射し、紙面上で上方向である＋ｙ方向の第２反射部５３ｊの鏡面に導く。第２反射部５３ｊの鏡面は、紙面上で下方向から入射したレーザー光Ｌ１を略直交する方向に反射し、紙面上で右方向の検出対象ＯＢ側へ導く。検出対象ＯＢで反射された一部の戻り光（反射光）Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路と逆の経路をたどり、受光系５２で検出される。つまり、走査用ミラー５３ａは、検出対象ＯＢで反射された戻り光Ｌ２を、第２反射部５３ｊの鏡面で再度反射させ、第１反射部５３ｉの鏡面に導く。続いて、戻り光Ｌ２を第１反射部５３ｉの鏡面で再度反射させ、受光系５２側へ導く。

走査用ミラー５３ａが回転すると、縦のｙ軸方向に直交する平面（つまり、ｘｚ面）内において、レーザー光Ｌ１の進行方向が変化する。つまり、レーザー光Ｌ１は、走査用ミラー５３ａの回転に伴って、ｙ軸のまわりに走査される。レーザー光Ｌ１によって走査される角度領域が検出領域となる。投光用のレーザー光Ｌ１の進行方向においてｙ軸方向に関する開き角が投光角度であり、走査開始点でのレーザー光Ｌ１の進行方向と走査終了点でのレーザー光Ｌ１の進行方向とのｘｚ面内でのなす角度が照射角度である。このような投光角度と照射角度とによって検出領域に対応する投光視野が形成される。なお、投光視野は、具体例において、走査用ミラー５３ａの９０°単位の回転位置に応じて上下方向に関して４段階で変化するので、全体としての投光視野は、単一の走査で達成される投光視野に対して上下方向に４倍の広がりを有するものとなっている。

駆動回路５５は、投光系５１の光源５１ａ、受光系５２の受光素子５２ａ、回転反射部５３の回転駆動部５３ｂ等の動作を制御する。また、駆動回路５５は、受光系５２の受光素子２４に入射した戻り光Ｌ２の変換によって得た電気信号から検出対象ＯＢの物体情報を得る。具体的には、受光素子５２ａにおける出力信号が所定の閾値以上である場合、駆動回路５５において、受光素子５２ａが検出対象ＯＢからの戻り光Ｌ２を受光したと判断される。この場合、光源５１ａでの発光タイミングと受光素子５２ａでの受光タイミングとの差から、検出対象ＯＢまでの距離が求められる。また、受光素子５２ａへの戻り光Ｌ２の副走査方向に関する受光位置及び走査用ミラー５３ａの主走査方向に相当する回転角に基づいて、検出対象ＯＢの主走査方向及び副走査方向に関する方位情報を求めることができる。

外装部品５６は、レーザーレーダーユニット２１の内蔵部品を覆い、保護するためのものである。

図１に戻って、支持部２３は、レーザーレーダーユニット２１を支持するだけでなく、制御装置８０の制御下でレーザーレーダーユニット２１の向き又は姿勢を調整する機能を有する。支持部２３は、レーザーレーダーユニット２１の姿勢や機体高さに関する情報を検出するセンサー２３ａを有する。なお、支持部２３は、物体検出システム１００全体が傾斜した場合に、制御装置８０の制御下でレーザーレーダーユニット２１の姿勢を調整し、レーザーレーダーユニット２１を傾斜前の状態に維持するようなものであってもよい。

支持部２３は、レーザーレーダユニット２１を支持するだけの機械部品であってもよい。この場合、レーザーレーダユニット２１の姿勢や機体高さに関する情報は実測して求めてもよいし、レーザーレーダーユニット２１によって取得される距離画像から導き出してもよい。

制御装置８０は、オペレーターとのインターフェースである入出力部８１と、プログラムに基づいてデータ等に対する演算処理、外部装置の制御等を行う演算処理部８２と、外部からのデータ、演算処理結果等を保管する記憶部８３と、外部装置と通信するための通信部８４とを備える。

入出力部８１は、入力キーその他からなる操作部を利用してオペレーターからの指示を取り込むとともに、演算処理部８２による処理結果をオペレーターに提示する。

演算処理部８２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算部、インターフェース回路等の付属回路を有しており、背景データの作成、計測画像の取得、移動体候補の抽出、クラスタリング、移動体判定等の各種工程を含む物体検出プログラムを実行する。具体的には、演算処理部８２は、移動体抽出部として、予めレーザーレーダーユニット（距離画像検出部）２１に背景画像を取得させるとともに背景画像から背景データを作成する。また、演算処理部８２は、移動体抽出部として、計測時においてレーザーレーダーユニット２１に計測画像を取得させる。演算処理部８２は、移動体抽出部として、計測画像の背景データに対する差分として移動体候補を抽出し、移動体候補の画素について隣接するものをグループ化するクラスタリングを行い、得られたクラスタについてフィルタリングを行って移動体を抽出する。

記憶部８３は、物体検出プログラムやその実行に必要な諸データを記憶する。また、記憶部８３は、物体検出プログラムによって抽出した対象に関するデータを逐次記録して、演算処理部８２による対象の移動状態の監視を可能にする。具体的には、記憶部８３には、レーザーレーダーユニット２１の出力から算出した背景データ、レーザーレーダーユニット２１の出力である計測画像、レーザーレーダーユニット２１の姿勢、仮想地面を設定するためのオフセット値等が保管される。

通信部８４は、演算処理部８２とレーザーレーダーユニット２１又は支持部２３との通信を可能にし、演算処理部８２がレーザーレーダーユニット２１等からのデータを取り込むことを可能にするとともに、演算処理部８２からの指令をレーザーレーダーユニット２１等に送信することを可能にする。

以下、図３を参照して、図１に示す物体検出システム１００を用いた物体検出方法又は物体検出プログラムの実行について説明する。

まず、制御装置８０の演算処理部８２は、本測定前の事前準備として、レーザーレーダーユニット（距離画像検出部）２１を動作させることで背景データを生成する（ステップＳ１１）。背景データの生成は、移動体検出（ステップＳ１２以降の処理）に先立って行われるものであり、演算処理部８２は、検出したいエリアに所定条件を満たす移動体が存在しない状態、具体的には歩行者等の障害物がない状態でレーザーレーダーユニット２１を動作させて距離画像を取得し、それを背景として記憶部８３に登録する。

図４は、背景データの生成方法の一具体例を説明するフローチャートである。制御装置８０の演算処理部８２は、一回の全画面走査によって得た極座標の背景計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）をレーザーレーダーユニット２１から取り込んで（ステップＳ２１）、結果を記憶部８３に保管する。レーザーレーダーユニット２１から取り込むデータは、背景計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）に限らず、背景計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）の元となる信号であってもよく、この場合、演算処理部８２は、元の信号から背景計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）を算出する。

次に、演算処理部８２は、ステップＳ２１で得た背景計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）のうち、特定の画素について距離測定ができなかったか否かを判断する（ステップＳ２２）。ここで、距離測定ができなかった否かを判断する対象の画素は、方位情報を含む背景計測データ（θ_Ｈ，θ_Ｖ）を利用して、地面方向から得られたもののみに制限することができる。

演算処理部８２は、ステップＳ２２で特定画素について距離測定ができなかったと判断した場合、その画素（測定不能画素）について仮想地面を利用した距離値の置換（つまり背景データの補間）を行う（ステップＳ２３）。つまり、レーザーレーダーユニット２１の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、背景データを補間することで背景データの修正を行う。

図５（Ａ）は、仮想地面を利用した背景データの修正を説明する図である。レーザーレーダーユニット２１は、実際の地面ＧＲからＹ＝Ｈ_Ｂｏｄｙの機体高さに設置されている。Ｙ＝０は、地面ＧＲに対応する平面である推定地面ＰＧの高さ位置になっており、Ｙ＝Ｈ_ＶＧは、推定地面ＰＧを上方にオフセットさせた仮想地面ＩＲの高さ位置になっている。水たまりＰＵの反射面、吸収体等の存在によって地面ＧＲからの反射光が得られず、距離測定ができなかった場合、仮想地面ＩＲを利用して背景データを生成する。距離Ｄが得られなかった画素又は背景計測データ（θ_Ｈ，θ_Ｖ）に対応する仮想地面ＩＲまでの距離Ｄ_ＶＧは、以下の式

で与えられる。ここで、角度α，βは、レーザーレーダーユニット２１の傾きを意味する。なお、特定の画素について距離Ｄ_ＶＧがある上限値を超えた場合、その距離値は、処理の便宜上無限遠とすることもできる。

距離Ｄ_ＶＧの算出に利用される仮想地面ＩＲを得るために用いた推定地面ＰＧは、実際の地面ＧＲを近似したものであり、上記のようにレーザーレーダーユニット（距離画像検出部）２１の地面からの高さと、レーザーレーダーユニット２１の傾斜角度とに基づいて算出される。

図６は、距離Ｄ_ＶＧを与える式中の変数である角度α，βを具体的に説明するものとなっている。角度αは、レーザーレーダーユニット２１を基準とするｘ軸まわりのピッチ角を示し、角度βは、レーザーレーダーユニット２１を基準とするｚ軸まわりのロール角を示す。

図５（Ａ）に戻って、距離測定ができなかった画素（測定不能画素）については、計算上の面である仮想地面ＩＲ上の画素ＡＰを利用した補間がなされ、補間後の背景計測データは（Ｄ_ＶＧ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）となる。

図７（Ａ）は、地面ＧＲに水たまりＰＵが形成された状態を示し、水たまりＰＵの周囲では、距離測定ができた測定可能画素ＰＸが存在するが、水たまりＰＵ中では、距離測定ができなかった測定不能画素ＵＰが存在する。図７（Ｂ）は、地面ＧＲ又は推定地面ＰＧを所定距離である高さ値Ｈ_ＶＧだけ上方にオフセットさせた仮想地面ＩＲを示し、仮想地面ＩＲに測定不能画素ＵＰを投影することで補間画素ＰＰを得ている。仮想地面ＩＲを与える高さ値Ｈ_ＶＧは、現実の地面ＧＲと仮想的平面の推定地面ＰＧとの差を考慮したものであり、ノイズマージンを確保するものとなっている。高さ値Ｈ_ＶＧは、例えば０．１〜０．３ｍに設定される。図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）に示す手法の変形例を説明するものであり、仮想地面ＩＲとして、推定地面ＰＧを高さ値Ｈ_ＶＧだけ上方に移動させるオフセット処理を行ったものを用いるのではなく、推定地面ＰＧを構成する各画素の距離値に対して所定距離δだけ減算するオフセット処理を行ったものを用いている。

図４に戻って、ステップＳ２２で特定画素について距離測定ができたと判断した場合（ステップＳ２２でＮ）、演算処理部８２は、ステップＳ２１で得た極座標の背景計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）又はステップＳ２３で得た極座標の背景計測データ（Ｄ_ＶＧ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）を直交座標系の背景計測データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換し（ステップＳ２４）、結果を距離画像として記憶部８３に保管する。この際、演算処理部８２は、レーザーレーダーユニット２１の縦横を含めた姿勢を監視しており、姿勢補正を含めた座標変換を行う。つまり、演算処理部８２は、座標変換部として、距離計測部であるレーザーレーダーユニット２１の姿勢の影響を補償するように修正した直交座標を算出する。

図６を参照して具体的に説明すると、極座標から直交座標系への変換は、公知の関係
ｘ＝Ｄ・ｓｉｎθ_Ｈ×ｃｏｓθ_Ｖ
ｙ＝Ｄ・ｓｉｎθ_Ｖ
ｚ＝Ｄ・ｃｏｓθ_Ｈ×ｃｏｓθ_Ｖ
を用いて得られる。ここで、値θ_Ｈ，θ_Ｖは、検出角であり、値Ｄは、検出距離である。また、姿勢等の補正は、公知の下記回転行列

を用いることで与えられる。ここで、ｘ、ｙ、及びｚは、姿勢補正前のポイント座標であり、Ｘ、Ｙ、及びＺは、姿勢補正後のポイント座標である。ポイント座標は、画素の中心を意味する。以上において、角度α、β及び距離Ｈ_Ｂｏｄｙは、上述したセンサー２３ａを用いることで物理的に測定できる実測値であるが、これに限らず、姿勢補正前の背景計測データ（ｘ，ｙ，ｚ）中から地面に相当する画素を抽出するとともに各画素のＹ座標値が０に近付くように算出することによっても得られる。つまり、得られた直交座標系の背景計測データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、レーザーレーダーユニット２１直下の地面を基点とするようなオフセット処理又は並進移動処理を施したものとなっている。

図４に戻って、演算処理部８２は、ステップＳ２４で得た直交座標系の背景計測データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて、着目する特定画素の推定地面ＰＧからの深さが所定の基準値を越えるか否かを判断する（ステップＳ２５）。つまり、背景計測データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の値ＹがＨ_{Ｌｉｍｉｔ}未満であるか否かを判断する。背景計測データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の値ＹがＨ_{Ｌｉｍｉｔ}未満又はＨ_{Ｌｉｍｉｔ}より低い場合（ステップＳ２５でＹ）、この画素は、地面ＧＲ又は推定地面ＰＧから所定量Ｈ_{Ｌｉｍｉｔ}以上地中方向に入り込んだ地中距離値を示している異常画素である。ここで、所定量Ｈ_{Ｌｉｍｉｔ}は、例えば０．２〜０．５ｍに設定される。

図５（Ｂ）は、地中方向に入り込んだ異常画素が生じる原因の一例を示している。地面ＧＲに水たまりＰＵが広がる場合であって、水たまりＰＵの表面で反射された光が何らかの反射体の存在によって逆行した場合、水たまりＰＵの表面よりもかなり深い位置ＤＰ１に虚像のような異常画素Ｐ１が得られる。

図５（Ｃ）は、水たまりＰＵの水が蒸発した場合を示し、水たまりＰＵのあった地面ＧＲの位置に正常な背景画素Ｐ２が得られる。異常画素Ｐ１を基準とした場合、正常な背景画素Ｐ２は、地面ＧＲから突起する移動物体と判断される可能性がある。したがって、異常画素Ｐ１を地面ＧＲよりも上側に設定された仮想地面ＩＲで補正することで、誤って移動物体が検出されるおそれをなくすことができる。

図４に戻って、着目する特定画素の推定地面ＰＧからの深さが所定の基準値を越える場合（ステップＳ２５でＹ）、地中距離値を示している異常画素を仮想地面ＩＲまでの距離値に対応するものとなるように修正する（ステップＳ２６）。つまり、背景計測データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標値Ｙを図５に示す値Ｈ_ＶＧとする。

以上では、処理の簡便のため、直交座標系の背景計測データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から着目要素の適正値への置換によって修正した背景計測データ（Ｘ，Ｈ_ＶＧ，Ｚ）を得ているが、極座標の背景計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）から修正した背景計測データ（Ｘ，Ｈ_ＶＧ，Ｚ）を算出することもできる。

演算処理部８２は、ステップＳ２５で着目する特定画素の推定地面ＰＧからの深さが所定の基準値を越えないと判断した場合、一回の全画面走査によって得た全画素について、ステップＳ２２の判断等を終了したか否かを判断する（ステップＳ２７）。

全画素について判断が終了していない場合（ステップＳ２７でＮ）、演算処理部８２は、ステップＳ２２に戻って処理を繰り返す。一方、全画素について判断が終了している場合（ステップＳ２７でＹ）、演算処理部８２は、ステップＳ２３で補間されたデータ、ステップＳ２６で修正されたデータ、又はステップＳ２３，Ｓ２６で補間若しくは修正されなかったデータであって再び極座標に変換した背景計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）を背景データとして記憶部８３に保管する（ステップＳ２８）。

背景データの生成は、レーザーレーダーユニット２１による一回の全画面走査で得た距離画像を用いて行うものに限らず、複数回の全画面走査で得た複数画面の距離画像を用いて行うこともできる。

図３に戻って、制御装置８０は、移動体検出のための計測を開始し、一回の全画面走査によって得た極座標の計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）をレーザーレーダーユニット（距離画像検出部）２１から取り込んで、直交座標系の計測データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換し（ステップＳ１２）、結果を現在の距離画像として記憶部８３に保管する。

次に、演算処理部８２は、ステップＳ１２で得た現在の距離画像からステップＳ１１で得た背景データを差し引いて、正の値をとる背景よりも手前側又は近距離側の移動体候補画素を得る（ステップＳ１３）。つまり、背景データと異なる距離画素を所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出する。より具体的には、背景より手前の画素を移動体候補画素として抽出する。この際、現在の距離画像を構成する各距離画素について、方位（θ_Ｈ，θ_Ｖ）が一致する背景データについて、相対的距離差を算出して移動体候補画素とすることができる。

ステップＳ１３において相対的距離差を算出する判定する際には、そのまま比較するだけではなく、最低変化距離の閾値を設け、背景の距離よりも当該閾値以上に手前である画素のみを移動体候補画素として抽出するようにしてもよい。これにより、誤差やノイズで偶発的に背景より手前になった画素を誤って抽出することを防ぐことができる。

次に、演算処理部８２は、ステップＳ１３で得た移動体候補画素に対してクラスタリングを行って（ステップＳ１４）、結果を記憶部８３に保管する。クラスタリングは、隣接する画素又は計測点を繋ぐこと等によって検出点を部分集合化し、対象のサイズや輪郭的な情報を得るための処理である。クラスタリングは、直交座標系の移動体候補画素（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して行うことができるが、変換前の極座標の計測データ（Ｄ，θ_Ｈ，θ_Ｖ）に対して行うこともできる。以上のクラスタリングには、得られた複数のクラスタの連結等の処理を追加することができる。

次に、演算処理部８２は、ステップＳ１７のクラスタリングによって得た各クラスタについて各種演算処理を行って、各クラスタの位置及びサイズを決定する（ステップＳ１５）。クラスタの位置の決定には、例えばクラスタを構成する検出点又は画素点の平均位置又は重心を利用することができる。また、クラスタのサイズの決定には、例えばクラスタを構成する検出点又は画素点の外縁をつなぐ領域内の体積、ＸＺ面に投影した面積等を用いることができる。

その後、演算処理部８２は、ステップＳ１４で得た各クラスタからサイズを考慮して、サイズの小さなものを除去するノイズ判定を行って、着目に値する移動体を選別する（ステップＳ１６）。つまり、演算処理部８２は、ノイズレベルよりも大きなクラスタを前方物体と判断し、このように抽出した対象を所定条件を満たす移動体としてラベリングし、記憶部８３に保管する。

次に、演算処理部８２は、通信部８４等を介して処理終了の指示があったか否かを確認し（ステップＳ１７）、処理終了の指示がなかった場合、通信部８４等を介して背景データの更新を行う指示があるか否かを確認する（ステップＳ１８）。背景データの更新を行う指示がない場合（ステップＳ１８でＮ）、ステップＳ１２に戻って移動体を抽出するための計測を開始し、背景データの更新を行う指示があった場合（ステップＳ１８でＹ）、ステップＳ１１に戻って背景データの生成を行う。この場合、演算処理部８２は、レーザーレーダーユニット２１を利用して背景データを完全に取り直すことができる。或いは、演算処理部８２は、前回の背景データ生成で仮想地面ＩＲによって補間された画素についてのみ背景データを更新することができる。つまり、背景データのうち仮想地面ＩＲによって補間された部分については、地面ＧＲに相当する距離値が新たに得られた場合は、地面ＧＲに相当する距離値によって背景データを更新することになる。これにより、凸凹の地面ＧＲにもフィッティングされた背景距離画像又は背景データの作成が可能となり、画素抜け少なくなる。新たに得られた距離値が地面ＧＲに相当するかどうかは、推定地面ＰＧからの距離が小さいこと、同様の距離値が複数回計測されること等から判断することができる。

ステップＳ１６で１以上の移動体が選別された場合、詳細な説明を省略するが、演算処理部８２は、例えば所定エリアへの侵入者を監視している用途であれば、上位の管理システムに通報を発するといった通報処理を行う。

以上で説明した実施形態の物体検出システム１００によれば、移動体抽出部としての演算処理部８２が、距離画像検出部としてのレーザーレーダーユニット２１の設置状態に応じて求まる仮想地面ＩＲまでの距離画像によって背景データを修正するので、背景データを取得する際に距離値が得られなかった地面位置について近似的な情報による補間が可能になり、地面ＧＲを物体と認識してしまうといった誤動作を回避することができる。

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、地面ＧＲからの距離画像が得られない場合に仮想地面ＩＲを利用して背景データを作成しているが、一旦全ての地面を仮想地面に設定し、後に本来の地面の距離画像又は距離画素が得られた場合にこの距離画像で背景データを更新することもできる。

以上では、推定地面ＰＧからオフセットさせた仮想地面ＩＲによって背景データを修正しているが、推定地面ＰＧをそのまま仮想地面ＩＲとして背景データを修正することもできる。

レーザーレーダーユニット２１の構造は単なる例示であり、様々な構造及び走査手法の距離計測部を用いることができる。

移動体又は対象を抽出した場合、その抽出した対象の移動を軌跡として捉えることも可能である。この場合、抽出した対象の同一性を形状やサイズから判定する必要がある。

以上では、推定地面ＰＧが水平面であるとしたが、推定地面ＰＧは実際の地面に合わせて傾斜させたものとすることができる。

２１…レーザーレーダーユニット、２３…支持部、２３ａ…センサー、２４…受光素子、５１…投光系、５２…受光系、５３…回転反射部、５３ａ…走査用ミラー、５３ｂ…回転駆動部、５５…駆動回路、５６ａ…光学窓、８０…制御装置、８１…入出力部、８２…演算処理部、８３…記憶部、８４…通信部、１００…物体検出システム、ＩＲ…仮想地面、Ｌ１…レーザー光、Ｌ２…戻り光、ＯＢ…検出対象、Ｐ１…異常画素、ＰＧ…推定地面、ＰＰ…補間画素、ＰＸ…測定可能画素、ＲＸ…回転軸、ＵＰ…測定不能画素

Claims

距離画像を検出する距離画像検出部と、
前記距離画像から所定条件を満たす移動体を抽出する移動体抽出部とを備え、
前記移動体抽出部は、予め前記所定条件を満たす移動体が存在しない状態の距離画像を背景データとして記憶部に登録し、計測時の距離画像において前記背景データと異なる画素を前記所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出し、
前記移動体抽出部は、前記距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、前記背景データを修正し、
前記移動体抽出部は、前記背景データを前記記憶部に登録する際に、測定不能画素を、前記仮想地面までの距離値によって補間することを特徴とする物体検出システム。
距離画像を検出する距離画像検出部と、
前記距離画像から所定条件を満たす移動体を抽出する移動体抽出部とを備え、
前記移動体抽出部は、予め前記所定条件を満たす移動体が存在しない状態の距離画像を背景データとして記憶部に登録し、計測時の距離画像において前記背景データと異なる画素を前記所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出し、
前記移動体抽出部は、前記距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、前記背景データを修正し、
前記移動体抽出部は、前記背景データを前記記憶部に登録する際に、地面から所定量以上地中方向に入り込んだ地中距離値が得られているとき、当該地中距離値に対応する異常画素を、前記仮想地面までの距離値によって修正することを特徴とする物体検出システム。
前記仮想地面は、前記距離画像検出部の設置状態から決定される推定地面を基準とする計算上の面であることを特徴とする、請求項１及び２のいずれか一項に記載の物体検出システム。
前記移動体抽出部は、前記距離画像検出部の地面からの高さと前記距離画像検出部の傾斜角度とに基づいて前記推定地面を算出することを特徴とする、請求項３に記載の物体検出システム。
前記移動体抽出部は、前記推定地面を上方に所定距離だけ移動させるオフセットによって前記仮想地面を得ることを特徴とする、請求項３及び４のいずれか一項に記載の物体検出システム。
前記移動体抽出部は、前記推定地面を構成する各画素の距離値に対して所定距離だけ減算するオフセットによって前記仮想地面を得ることを特徴とする、請求項３及び４のいずれか一項に記載の物体検出システム。
前記移動体抽出部は、前記背景データのうち前記仮想地面によって修正された部分について、地面に相当する距離値が得られた場合は、前記地面に相当する距離値によって前記背景データを更新することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の物体検出システム。
距離画像を検出する距離画像検出部と、前記距離画像から所定条件を満たす移動体を抽出する移動体抽出部とを備え、前記移動体抽出部は、予め前記所定条件を満たす移動体が存在しない状態の距離画像を背景データとして記憶部に登録し、計測時の距離画像が前記背景データと異なる画素を前記所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出し、前記移動体抽出部は、前記距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、前記背景データを修正し、前記移動体抽出部は、前記背景データを前記記憶部に登録する際に、測定不能画素を、前記仮想地面までの距離値によって補間する物体検出システムを制御する制御装置で動作することを特徴とする物体検出プログラム。
距離画像を検出する距離画像検出部と、前記距離画像から所定条件を満たす移動体を抽出する移動体抽出部とを備え、前記移動体抽出部は、予め前記所定条件を満たす移動体が存在しない状態の距離画像を背景データとして記憶部に登録し、計測時の距離画像が前記背景データと異なる画素を前記所定条件を満たす移動体に対応する画素の候補として抽出し、前記移動体抽出部は、前記距離画像検出部の設置状態に応じて求まる仮想地面までの距離値によって、前記背景データを修正し、前記移動体抽出部は、前記背景データを前記記憶部に登録する際に、地面から所定量以上地中方向に入り込んだ地中距離値が得られているとき、当該地中距離値に対応する異常画素を、前記仮想地面までの距離値によって修正する物体検出システムを制御する制御装置で動作することを特徴とする物体検出プログラム。