JP7077138B2 - 測距装置及び測距方法 - Google Patents

Description

本発明は、三角測量方式の測距技術に関する。

ゴミ焼却施設において、ゴミ焼却炉と通じる配管には、ゴミ焼却によって発生した塵埃等が堆積した堆積物が付着し、堆積物が徐々に成長する。堆積物が成長すると、配管を通る気体（例えば、高温の空気）の流れが悪くなり、最悪、配管が詰まる。このため、配管の内壁に付着した堆積物の厚みを監視する必要がある。

堆積物までの距離の測定を繰り返すことにより、堆積物の厚みを監視することができる。この距離を測定する技術の１つとして、光ビームを用いた三角測量方式の測距技術がある。しかし、三角測量方式の測距技術を用いた場合、配管内を浮遊し、光を散乱させる散乱体（例えば、塵埃）の存在が、測距精度を低下させる。

これを解決するための技術として、例えば、特許文献１は、散乱体を含む空間内に存在する測定対象物に向けて光を照射する光照射手段と、前記測定対象物で反射した反射光を受光する受光手段とを備えておき、前記受光手段で得られた前記反射光の受光強度情報に基づいて、三角測量法で前記散乱体を含む空間内に存在する前記測定対象物の測定距離の算出を行うことを特徴とする散乱体中における測定対象物の距離計測方法を開示する。

特許文献１の測定対象物とは、例えば、上記堆積物である。

特開２０１７－２１９４４０号公報

配管内は、位置的、時間的に明るさが異なる。例えば、配管内を浮遊する塵埃が燃焼することにより炎が発生する。これにより、同じ時刻でも配管内の位置に応じて明るさが異なり、配管内の同じ位置でも時刻が異なれば明るさが異なる。本発明者は、測距期間中に配管内が位置的、時間的に明るさが異なると、測距精度に悪影響を与えることを見出した。測定点が配管内に付着した堆積物を例にして説明したが、測定点が存在する空間において、位置的、時間的に明るさが異なると測距精度に悪影響を与えることになる。

本発明の目的は、測定点が存在する空間において、位置的、時間的に明るさが異なっても測距精度に悪影響を与えることを防止できる測距装置及び測距方法を提供することである。

本発明の一態様に係る測距装置は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、前記測定点に光ビームを照射する発光部と、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記撮像部が撮像した画像中の、前記反射光の像の端点の位置を求め、前記端点の位置を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射していない状態にする制御部とを備え、前記演算部は、前記状態下で、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と同じ位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する。

測定点が存在する空間の明るさは、背景（背景は、測定点の背景と言うこともできるし、反射光の背景と言うこともできる）の明るさに反映される。演算部は、反射光の明るさを示す第１信号と背景の明るさを示す第２信号との差分を基にして、測距装置から測定点までの距離を測定する。これにより、測定点が存在する空間の背景の明るさを打ち消すことができる。従って、本発明の一態様に係る測距装置によれば、測定点が存在する空間において、位置的、時間的に明るさが異なっても測距精度に悪影響を与えることを防止できる。

測定点が存在する空間の明るさは、空間上の位置に応じて異なるので、反射光の像の位置（測定点の位置）と背景の位置とが同じであることが好ましい。この構成によれば、反射光の像の位置と背景の位置とを同じにすることができる。

本発明の他の一態様に係る測距装置は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、前記測定点に光ビームを照射する発光部と、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部とを備え、前記演算部は、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態において、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と異なる位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する。

測定点が存在する空間の明るさは、時系列で変動するので、反射光の明るさと背景の明るさとは同時に測定することが好ましい。この構成によれば、これらの明るさを同時に測定することができる。

本発明の他の一態様に係る測距装置は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、前記測定点に光ビームを照射する発光部と、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記撮像部が撮像した画像中の、前記反射光の像の端点の位置を求め、前記端点の位置を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態で、前記撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択し、選択した値を、補正画像の前記順番に位置する画素の値に設定して前記補正画像を生成する画像生成部とを備え、前記演算部は、前記補正画像に写された、前記反射光の像を示す信号を前記第１信号と見なして、前記測定点の位置を演算する。本発明の他の一態様に係る測距装置は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、前記測定点に光ビームを照射する発光部と、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記撮像部が撮像した画像中の、前記反射光の像の端点の位置を求め、前記端点の位置を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態で、前記撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像のそれぞれについて、前記背景の画像との差分を示す複数の差分画像を生成し、複数の前記差分画像において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択し、選択した値を、補正画像の前記順番に位置する画素の値に設定して前記補正画像を生成する画像生成部とを備え、前記演算部は、前記補正画像に写された、前記反射光の像を示す信号を前記第１信号と前記第２信号との差分と見なして、前記測定点の位置を演算する。

測距装置と測定点との間の空間中に浮遊し、測定点に照射する光ビームを散乱させる散乱体が存在する環境下、反射光の像（以下、反射光像）は、撮像部が撮像した画像にライン状に写る。反射光像は、発光部が測定点に照射した光ビームの経路を二次元で示している。反射光像の一方の端から他方の端に向かうに従って、光ビームの経路上の位置は、測距装置から遠くなり、他方の端が測定点となる。演算部は、反射光像の他方の端を示す画素の位置を測定点の位置として、距離を演算する。

測距装置と測定点との間の空間中に浮遊する散乱体のサイズ等が原因で、反射光像に欠損が生じ、反射光像が不連続なライン状に写ることがある（ラインが途中で分断されている）。このような場合、反射光像の他方の端を特定できないので、測定点を特定することができない。

そこで、画像生成部は、発光部が測定点に光ビームを照射した状態で、撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像を用いて補正画像を生成する。これにより、複数の画像のそれぞれでは、反射光像が不連続なライン状に写されていても、補正画像では、反射光像が１つのライン状に写される。

補正画像の生成方法として、第１方法と第２方法とがある。第１方法から説明する。画像生成部は、撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像において、同じ順番に位置する画素が示す値（値は、輝度でもよいし、画素値でもよい）の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択する。画像生成部は、選択した値を、補正画像のその順番に位置する画素の値に設定して補正画像を生成する。選択する値が、最大値を例にして、具体的に説明する。この場合、時系列に並ぶ複数の画像において、１番目の画素の値における最大値がα１のとき、補正画像において、１番目の画素の値がα１とされ、２番目の画素の値における最大値がα２のとき、補正画像において、２番目の画素の値がα２とされる。補正画像の残りの画素の値についても同様にして決められる。

第１方法で生成された補正画像に写された反射光像は、測定点が存在する空間の背景の明るさが打ち消されていない。よって、演算部は、補正画像に写された反射光像を示す信号を第１信号と見なして、測定点の位置を演算する。

第２方法を説明する。画像生成部は、撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像のそれぞれについて、背景の画像との差分を示す複数の差分画像を生成する。差分画像は、測定点が存在する空間の背景の明るさの変動が打ち消された画像である。

画像生成部は、複数の差分画像において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から（値は、輝度でもよいし、画素値でもよい）、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択する。画像生成部は、選択した値を、補正画像のその順番に位置する画素の値に設定して補正画像を生成する。

第２方法で生成された補正画像に写された反射光像は、測定点が存在する空間の背景の明るさが打ち消されている。よって、演算部は、補正画像に写された反射光像を示す信号を第１信号と第２信号との差分と見なして、測定点の位置を演算する。

本発明の他の一態様に係る測距方法は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距方法であって、発光部が、前記測定点に光ビームを照射する照射ステップと、撮像部が、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する生成ステップと、演算部が、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記撮像部が撮像した画像中の、前記反射光の像の端点の位置を求め、前記端点の位置を基にして、前記測定点の位置を演算する演算工程と、前記発光部が、前記測定点に光ビームを照射していない状態にする制御工程とを備え、前記演算工程は、前記状態下で、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と同じ位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する。本発明の他の一態様に係る測距方法は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距方法であって、発光部が、前記測定点に光ビームを照射する照射ステップと、撮像部が、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する生成ステップと、演算部が、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算工程とを備え、前記演算工程は、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態において、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と異なる位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する。

本発明の他の態様に係る測距方法は、本発明の一態様に係る測距装置を方法の観点から規定しており、本発明の一態様に係る測距装置と同様の作用効果を有する。

本発明によれば、測定点が存在する空間において、位置的、時間的に明るさが異なっても測距精度に悪影響を与えることを防止できる。

実施形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る測距装置と、この測距装置が配置された配管との関係を示す模式図である。 発光部が光を測定点に照射していない状態で撮像部が撮像した画像と輝度グとの関係の例を示す模式図である。 発光部が光を測定点に照射している状態で撮像部が撮像した画像と輝度グラフとの関係の例を示す模式図である。 第１信号と第２信号との差分を示す輝度グラフを示すグラフ図である。 実施形態に係る測距装置の動作を説明するフローチャートである。 変形例に適用される画像の一例の模式図である。 変形例１の動作を説明するフローチャートである。 不連続なライン状の反射光像が写された画像と輝度グラフとの関係の例を示す模式図である。 第１信号と第２信号との差分を示す輝度グラフを示すグラフ図である。 変形例２に係る測距装置の構成を示すブロック図である。 変形例２において、第１方法を用いる補正画像の生成を説明する説明図である。 変形例２において、第２方法を用いる補正画像の生成を説明する説明図である。 ｎ枚の差分画像のそれぞれに写された反射光像の輝度グラフと、補正画像に写された反射光像の輝度グラフと、を示すグラフ図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し（例えば、画像Ｉｍ）、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す（例えば、画像Ｉｍ－１）。

図１は、実施形態に係る測距装置１００－１の構成を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る測距装置１００－１と、測距装置１００－１が配置された配管６との関係を示す模式図である。図２には、配管６の一部が示されており、配管６は、ゴミ焼却炉（不図示）と通じている。ゴミ焼却による排熱で暖められた高温の空気が、配管６を通る。配管６内には、ゴミ焼却によって発生した塵埃等が浮遊しており、配管６の内壁には、この塵埃等が堆積した堆積物７が付着する。

図１及び図２を参照して、測距装置１００－１は、本体部１と、発光部２と、撮像部３と、筐体４と、を備える。本体部１、発光部２及び撮像部３は、筐体４の内部に配置されている。筐体４の前面には、ガラス窓部４１が形成されている。配管６には、配管６の内部を観察できるポート６１が形成されている。ガラス窓部４１をポート６１の開口部と対向させて、測距装置１００－１がポート６１に取り付けられている。配管６内は、高温なので、発光部２、撮像部３及び本体部１が高温によりダメージを受けることを防止するために、筐体４内は空冷式で冷却されている。

測定点Ｐは、測距装置１００－１によって距離が測定される点であり、ポート６１と対向した位置にある。この位置に堆積物７がなければ、配管６の内壁（例えば、点Ｑ）が測定点Ｐとなり、配管６の内壁に堆積物７が付着していれば、堆積物７が測定点Ｐとなる。堆積物７が成長し、堆積物７の厚みが大きくなるにしたがって、測距装置１００－１と堆積物７との距離が短くなる。

発光部２は、測定点Ｐに光ビームＬを照射する。発光部２は、例えば、レーザダイオード、発光ダイオードによって実現される。発光部２は、高出力（例えば、１００ｍＷ以上）、かつ、出力調整機能を有することが好ましい。発光部２が出射する光ビームＬの波長は、配管６内を浮遊する塵埃等の粒径より長い波長であることが好ましい。

発光部２の光軸２１は、測定点Ｐに対して斜め方向に設定されている。発光部２が出射した光ビームＬは、ガラス窓部４１を透過し、斜め方向から測定点Ｐに照射される。測定点Ｐに発光部２からの光ビームＬが照射されると、光ビームＬは測定点Ｐで反射され、反射光ＲＬが生じる。反射光ＲＬの進行方向に撮像部３が配置されている。撮像部３の光軸３１は、測定点Ｐに対して垂直方向に設定されている。なお、発光部２の光軸２１が、測定点Ｐに対して垂直方向に設定され、撮像部３の光軸３１が、測定点Ｐに対して斜め方向に設定されていてもよい。撮像部３は、例えば、デジタルカメラ、ラインセンサによって実現される。

撮像部３は、ガラス窓部４１を介して、反射光ＲＬを受光することにより、反射光ＲＬの明るさを示す第１信号Ｓ１を生成する。第１信号Ｓ１は、輝度値を示す信号でもよいし、画素値（例えば、８ビットの場合、２５６階調）を示す信号でもよい。撮像部３は、第１信号Ｓ１を本体部１へ送信する。

撮像部３は、第１信号Ｓ１を生成する機能に加えて、背景光を受光することにより、背景（測定点Ｐの背景、反射光ＲＬの背景）の明るさを示す第２信号Ｓ２を生成する機能を有する。第２信号Ｓ２は、輝度値を示す信号でもよいし、画素値を示す信号でもよい。撮像部３は、第２信号Ｓ２を本体部１へ送信する。

発光部２と撮像部３とは、発光部２が測定点Ｐに照射した光ビームＬに対して、撮像部３が感度を有する関係でなければならない。例えば、撮像部３が可視光カメラのとき、発光部２が出射する光ビームＬは、可視光でなければならない。例えば、撮像部３が赤外線カメラのとき、発光部２が出射する光ビームＬは、赤外光でなければならない。

配管６内を浮遊する塵埃等は、発光部２が測定点Ｐに照射する光ビームＬを散乱させる散乱体（光散乱体）となる。このため、配管６内は、ガラス窓部４１と測定点Ｐとの間の空間中に浮遊し、測定点Ｐに照射する光ビームＬを散乱させる散乱体が存在する環境である。また、配管６内は、浮遊する塵埃等が燃焼して発生する炎により、測距期間中に位置的、時間的に明るさが異なる環境である。

本体部１は、機能ブロックとして、制御処理部１１と、通信部１２と、演算部１３と、を備えるコンピュータ装置である。制御処理部１１及び演算部１３は、ハードウェアプロセッサである。詳しくは、これらは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等のハードウェア、上記機能ブロックの機能を実行するためのプログラム及びデータ等によって実現される。以上説明したことは、後述する画像生成部１４（図１１）についても同様である。

制御処理部１１は、本体部１の各部（通信部１２、演算部１３）を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するための装置である。

通信部１２は、制御処理部１１の制御に従って通信を行うための通信回路である。通信部１２は、ゴミ処理施設の中央制御室５に配置されたコンピュータ装置５１と通信する。通信部１２は、通信インターフェース回路によって実現される。ゴミ処理施設は、焼却炉（不図示）と、これと接続されている配管６と、中央制御室５と、を備え、例えば、家庭用のゴミを処理する。

演算部１３は、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分を基にして、測定点Ｐの位置を演算する。演算部１３は、測定点Ｐの位置をパラメータの１つとして、三角測量方式（三角測距方式）によって、測定点Ｐまでの距離を演算する。制御処理部１１は、コンピュータ装置５１を宛先として、演算部１３が演算した距離を示す距離情報を、通信部１２に送信させる。コンピュータ装置５１は、受信した距離情報が示す距離を、コンピュータ装置５１のディスプレイに表示させる。

以下からは、発光部２が、可視光を出射するレーザダイオードであり、撮像部３が、可視光カメラであるとして実施形態の説明を続ける。

図３は、発光部２が光ビームＬを測定点Ｐに照射していない状態で撮像部３が撮像した画像Ｉｍ－１と輝度グラフＧ－１との関係の例を示す模式図である。図４は、発光部２が光ビームＬを測定点Ｐに照射している状態で撮像部３が撮像した画像Ｉｍ－２と輝度グラフＧ－２との関係の例を示す模式図である。

図２、図３及び図４を参照して、画像Ｉｍの中央には、ｘ軸が表示されている。ｘ軸について説明する。発光部２の光軸２１は、発光部２が測定点Ｐへ向けて出射する光ビームＬの経路を示している。発光部２の光軸２１は、三次元空間を規定する軸である。ｘ軸は、発光部２の光軸２１を三次元から二次元に変換した軸である。

画像Ｉｍ－２のｘ軸上に重ねられているラインは、画像Ｉｍ－２に写された反射光ＲＬの像（以下、反射光像ｉｍ）を示している。上述したように、反射光ＲＬは、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射することにより発生する光である。配管６内に塵埃等がなければ、反射光像ｉｍは一点の像となる。配管６内に塵埃等があれば、反射光像ｉｍはライン状の像となる。この理由は、発光部２が測定点Ｐへ向けて出射した光ビームＬは、光ビームＬの経路に浮遊している塵埃等によっても反射され、反射された光が撮像部３で受光されるからである。

反射光像ｉｍの左端から右端（一方の端から他方の端）に向かうに従って、光ビームＬの経路上の位置は、測距装置１００－１から遠くなる。反射光像ｉｍの右端（他方の端）が測定点Ｐとなる。堆積物７の厚みを大きくなるに従って、反射光像ｉｍの右端（他方の端）は、ｘ軸上において、左側へ移動する。演算部１３は、撮像部３が撮像した画像Ｉｍ－２を構成する画素のうち、反射光像ｉｍの右端（他方の端）を示す画素の位置ｘ０を測定点Ｐの位置として、測定点Ｐまでの距離を演算する。

輝度グラフＧは、画像Ｉｍのｘ軸上の輝度を示すグラフである。グラフ線ｇ－１は、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射していない状態において、ｘ軸上の画素の輝度を示す。グラフ線ｇ－２は、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射している状態において、ｘ軸上の画素の輝度を示す。グラフ線ｇ－２は、反射光ＲＬ（反射光像ｉｍ）の輝度を示しており、第１信号Ｓ１を用いて生成される。グラフ線ｇ－１は、反射光ＲＬの背景の輝度を示しており、第２信号Ｓ２を用いて生成される。なお、輝度の替わりにに画素値でもよい。

グラフ線ｇ－１が示すように、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射していない状態でも、輝度は、一様でなく、ｘ軸上の位置に応じて異なる。これは、配管６内の明るさが、配管６内の位置に応じて異なるからである。このため、反射光ＲＬの輝度と背景の輝度とが近い値になることがある。この場合、グラフ線ｇ－２から反射光像ｉｍの右端（他方の端）を特定することが難しくなる。

本発明者は、グラフ線ｇ－２とグラフ線ｇ－１との差分（第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分）によれば、反射光像ｉｍの右端（他方の端）を特定できることを見出した。図５は、グラフ線ｇ－２とグラフ線ｇ－１との差分（第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分）を示す輝度グラフＧ－３である。グラフ線ｇ－３が、グラフ線ｇ－２とグラフ線ｇ－１との差分である。これにより、配管６内の背景の明るさが打ち消されるので、反射光像ｉｍの右端（他方の端）、すなわち、測定点Ｐを特定することが可能となる。

実施形態に係る測距装置１００－１の動作について説明する。図６は、これを説明するフローチャートである。図１、図２及び図６を参照して、制御処理部１１は、発光部２に光ビームＬを出射させる制御をする（ステップＳ１）。光ビームＬは、測定点Ｐで反射されて反射光ＲＬが生じる。

撮像部３は、反射光ＲＬの画像を撮像する（ステップＳ２）。すなわち、撮像部３は、発光部２からの光ビームＬが測定点Ｐに照射されている状態の画像を撮像する。この画像は、反射光像ｉｍ（第１信号Ｓ１）を含み、例えば、図４に示す画像Ｉｍ－２である。以下、この画像を反射光画像と記載する。撮像部３は、反射光画像を本体部１に送信する。制御処理部１１は、送信されてきた反射光画像を記憶する（ステップＳ３）。

制御処理部１１（制御部）は、発光部２に光ビームＬの出射を停止させる制御をする（ステップＳ４）。これにより、発光部２が測定点Ｐに光Ｐを照射していない状態にする。なお、発光部２とガラス窓部４１との間にシャッタが設けられ、制御処理部１１は、発光部２に光ビームＬを出射させる制御を継続し、シャッタを閉じる制御をしてもよい。

撮像部３は、発光部２からの光ビームＬが測定点Ｐに照射されていない状態の画像（背景光の画像）を撮像する（ステップＳ５）。この画像は、反射光ＲＬの背景（第２信号Ｓ２）を含み、例えば、図３に示す画像Ｉｍ－１である。以下、この画像を背景光画像と記載する。撮像部３は、背景光画像を本体部１に送信する。制御処理部１１は、送信されてきた背景光画像を記憶する（ステップＳ６）。

演算部１３は、制御処理部１１に記憶されている反射光画像から反射光像ｉｍ（第１信号Ｓ１）を抽出する。演算部１３は、制御処理部１１に記憶されている背景光画像のうち、反射光像ｉｍと同じ位置にある像（第２信号Ｓ２）を抽出する（ステップＳ７）。演算部１３は、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分を演算し、この差分を用いて、測定点Ｐの位置を演算する（ステップＳ８）。このように、演算部１３は、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射していない状態下で、撮像部３で背景光が受光されて生成され、反射光像ｉｍと同じ位置の明るさを示す信号を第２信号Ｓ２と見なして、測定点Ｐの位置を演算する。演算部１３は、演算した測定点Ｐの位置をパラメータの１つとして、測定点Ｐまでの距離を演算する（ステップＳ９）。

実施形態の主な効果を説明する。図１及び図２を参照して、配管６内の明るさは、背景（背景は、測定点Ｐの背景と言うこともできるし、反射光ＲＬの背景と言うこともできる）の明るさに反映される。演算部１３は、反射光ＲＬの明るさを示す第１信号Ｓ１と背景の明るさを示す第２信号Ｓ２との差分を基にして、測距装置１００－１から測定点Ｐまでの距離を測定する。これにより、配管６内の背景の明るさを打ち消すことができる。従って、実施形態によれば、配管６内において、位置的、時間的に明るさが異なっても測距精度に悪影響を与えることを防止できる。

配管６内の明るさは、配管６内の位置に応じて異なるので、反射光像ｉｍの位置（測定点Ｐの位置）と背景の位置とが同じであることが好ましい。図３及び図４に示すように、実施形態では、反射光像ｉｍの位置と背景の位置とを同じにしている。

実施形態の変形例を説明する。図６で説明したように、実施形態は、反射光画像から第１信号Ｓ１を抽出し、背景光画像から第２信号Ｓ２を抽出する（ステップＳ７）。これに対して、変形例１は、反射光画像から第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２を抽出する。変形例１に係る測距装置の機能ブロック図は、図１と同じである。

図７は、変形例１に適用される画像Ｉｍ－３の一例の模式図である。画像Ｉｍ－３は、反射光画像であり、ｘ軸上に反射光像ｉｍがある。画像Ｉｍ－３において、反射光像ｉｍと異なる位置の領域ｒが背景となる。

演算部１３は、画像Ｉｍ－３において、ｘ座標が反射光像ｉｍと同じ位置に、領域ｒを設定する。領域ｒは、反射光像ｉｍの近傍であることが好ましい。配管６内の明るさは、距離が近いと似ているからである。演算部１３は、領域ｒにおいて、ｘ座標が同じ位置にある画素の輝度の平均値を算出し（例えば、ｘ１の位置にある画素の輝度の平均値、ｘ２の位置にある画素の輝度の平均値、・・・）、これを第２信号Ｓ２とする。このように、演算部１３は、発光部２が測定点Ｐに光を照射した状態において、撮像部３で背景光が受光されて生成され、反射光像ｉｍと異なる位置の明るさを示す信号を第２信号Ｓ２と見なす。

変形例１の動作を説明する。図８は、変形例１の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１～ステップＳ３までは、図６のステップＳ１～ステップ３と同じである。図１、図７及び図８を参照して、演算部１３は、ステップＳ３で制御処理部１１が記憶した反射光画像（例えば、画像Ｉｍ－３）を読み出し、反射光画像から第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２を抽出する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１後のステップＳ８及びステップＳ９の処理は、図６に示すステップＳ８及びステップＳ９の処理と同じである。

測定点Ｐが存在する空間の明るさは、時系列で変動するので、反射光ＲＬの明るさと背景の明るさとは同時に測定することが好ましい。変形例１によれば、これらの明るさを同時に測定することができる。

変形例２を説明する。図４及び図７に示す反射光像ｉｍは、１つのライン状の像である。しかし、反射光像ｉｍが１つのライン状の像でなく、不連続なライン状の像となる場合がある。例えば、図２に示す光ビームＬの経路に比較的大きな塵埃があると、この塵埃により反射光像ｉｍが不連続なライン状の像となる。

図９は、不連続なライン状の反射光像ｉｍが写された画像Ｉｍ－４と輝度グラフＧ－４との関係の例を示す模式図である。反射光像ｉｍは、２つに分断され、不連続になっている。反射光像ｉｍが、２つに分断される例で説明したが、これより多い数に分断されることもある。

グラフ線ｇ－４は、図４に示すグラフ線ｇ－２と同じく、反射光ＲＬ（反射光像ｉｍ）の輝度を示しており、第１信号Ｓ１を用いて生成される。グラフ線ｇ－４は、反射光像ｉｍが分断されている箇所において、輝度が大きく低下している。グラフ線ｇ－５は、変形例１で説明した領域ｒ（背景）の輝度を示す。

図１０は、グラフ線ｇ－４とグラフ線ｇ－５との差分（第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分）を示す輝度グラフＧ－５である。グラフ線ｇ－６が、グラフ線ｇ－４とグラフ線ｇ－５との差分である。グラフ線ｇ－６の場合、輝度が大きく低下する箇所が複数ある。このため、反射光像ｉｍの右端の位置（測定点Ｐの位置）を特定することが難しくなる。変形例２は、これを解決することができる。

図１１は、変形例２に係る測距装置１００－２の構成を示すブロック図である。図１１は、図１と比較して、本体部１に画像生成部１４が追加されている。画像生成部１４は、補正画像を生成する。補正画像の生成方法には、第１方法と第２方法とがある。

第１方法を説明する。図１２は、変形例２において、第１方法を用いる補正画像Ｉｍ－２（ｃ）の生成を説明する説明図である。撮像部３は、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射した状態で、連続して、ｎ枚の画像（画像Ｉｍ－２（１）、画像Ｉｍ－２（２）、・・・、画像Ｉｍ－２（ｎ））を撮像する。ｎは、２以上（複数）である。これにより、時系列に並ぶｎ枚の画像が得られる。

画像Ｉｍ－２（１）～画像Ｉｍ－２（ｎ）は、図４に示す画像Ｉｍ－２と対応し、反射光像ｉｍが写されている。但し、反射光像ｉｍは、図９に示す反射光像ｉｍのように、不連続なライン状となっている。

画像生成部１４は、画像Ｉｍ－２（１）～画像Ｉｍ－２（ｎ）において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択する。画像生成部１４は、この選択した値を、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）のその順番に位置する画素の値に設定して補正画像Ｉｍ－２（ｃ）を生成する。選択する値が最大値を例にして、具体的に説明する。画像生成部１４は、画像Ｉｍ－２（１）～画像Ｉｍ－２（ｎ）において、１番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）の１番目の画素の値とする。画像生成部１４は、画像Ｉｍ－２（１）～画像Ｉｍ－２（ｎ）において、２番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）の２番目の画素の値とする。画像生成部１４は、３番目以降の画素についても同様の処理をする。

補正画像Ｉｍ－２（ｃ）に反射光像ｉｍが１つのライン状に写る目的を達成できる値であれば、最大値に限らず、平均値より大きな値の中から選択できる（例えば、２番目に大きな値が選択されてもよいし、３番目に大きな値が選択されてもよい）。平均値より大きな値としたのは、平均値以下の値だと、反射光像ｉｍを１つのライン状にする補正の効果が得られないと考えられるからである。これは、第２方法でも言えることである。

第１方法で生成された補正画像Ｉｍ－２（ｃ）に写された反射光像ｉｍは、測定点Ｐが存在する空間の背景の明るさが打ち消されていない。演算部１３は、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）に写された、反射光像ｉｍを示す信号を第１信号Ｓ１とする。測距装置１００－２は、図６のステップＳ４～ステップＳ６の処理をした後、背景光画像から第２信号Ｓ２を抽出する。演算部１３は、この第１信号Ｓ１とこの第２信号Ｓ２との差分を基にして、測定点Ｐの位置を演算する。

第２方法を説明する。図１３は、変形例２において、第２方法を用いる補正画像Ｉｍ－２（ｃ）の生成を説明する説明図である。画像Ｉｍ－２（１）～画像Ｉｍ－２（ｎ）は、図１２に示す画像Ｉｍ－２（１）～画像Ｉｍ－２（ｎ）と同じである。画像Ｉｍ－１は、図３に示す画像Ｉｍ－１と同じである。

画像生成部１４は、画像Ｉｍ－２（１）～画像Ｉｍ－２（ｎ）のそれぞれについて、画像Ｉｍ－１（背景画像）との差分を示すｎ枚（複数）の差分画像を生成する。

画像生成部１４は、ｎ枚の差分画像において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択する。画像生成部１４は、この選択した値を、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）のその順番に位置する画素の値に設定して補正画像Ｉｍ－２（ｃ）を生成する。選択する値が最大値を例にして、具体的に説明する。画像生成部１４は、ｎ枚の差分画像において、１番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）の１番目の画素の値とする。画像生成部１４は、ｎ枚の差分画像において、２番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）の２番目の画素の値とする。画像生成部１４は、３番目以降の画素についても同様の処理をする。

図１４は、ｎ枚の差分画像のそれぞれに写された反射光像ｉｍの輝度グラフと、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）に写された反射光像ｉｍの輝度グラフと、を示すグラフ図である。グラフ線ｇ－７は、図１３に示す画像Ｉｍ－２（１）と画像Ｉｍ－１との差分画像に写された反射光像ｉｍの輝度を示す。グラフ線ｇ－８は、画像Ｉｍ－２（２）と画像Ｉｍ－１との差分画像に写された反射光像ｉｍの輝度を示す。グラフ線ｇ－９は、画像Ｉｍ－２（ｎ）と画像Ｉｍ－１との差分画像に写された反射光像ｉｍの輝度を示す。グラフ線ｇ－１０は、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）に写された反射光像ｉｍの輝度を示す。これらのグラフ線から、測定点Ｐが存在する空間の背景の明るさが打ち消されていることが分かる。

第２方法で生成された補正画像Ｉｍ－２（ｃ）に写された反射光像ｉｍは、測定点Ｐが存在する空間の背景の明るさが打ち消されている。よって、演算部１３は、補正画像Ｉｍ－２（ｃ）に写された反射光像ｉｍを示す信号を第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分とする。演算部１３は、この差分を基にして、測定点Ｐの位置を演算する。

１ 本体部
２ 発光部
２１ 光軸
３ 撮像部
３１ 光軸
４ 筐体
４１ ガラス窓部
６ 配管
６１ ポート
７ 堆積物
１００－１，１００－２ 測距装置
Ｇ－１～Ｇ－５ 輝度グラフ
ｇ－１～ｇ－１０ グラフ線
Ｉｍ－１～Ｉｍ－４ 画像
Ｉｍ－２（ｃ） 補正画像
ｉｍ 反射光像
Ｌ 光ビーム
Ｐ 測定点
Ｑ 内壁上の点
ｒ 領域
ＲＬ 反射光
Ｓ１ 第１信号
Ｓ２ 第２信号
ｘ０ 測定点Ｐの位置

Claims (6)

1. 測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、
   前記測定点に光ビームを照射する発光部と、
   前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、
   前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記撮像部が撮像した画像中の、前記反射光の像の端点の位置を求め、前記端点の位置を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、
   前記発光部が前記測定点に光ビームを照射していない状態にする制御部とを備え、
   前記演算部は、前記状態下で、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と同じ位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する、測距装置。
2. 測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、
   前記測定点に光ビームを照射する発光部と、
   前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、
   前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部とを備え、
   前記演算部は、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態において、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と異なる位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する、測距装置。
3. 測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、
   前記測定点に光ビームを照射する発光部と、
   前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、
   前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記撮像部が撮像した画像中の、前記反射光の像の端点の位置を求め、前記端点の位置を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、
   前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態で、前記撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択し、選択した値を、補正画像の前記順番に位置する画素の値に設定して前記補正画像を生成する画像生成部とを備え、
   前記演算部は、前記補正画像に写された、前記反射光の像を示す信号を前記第１信号と見なして、前記測定点の位置を演算する、測距装置。
4. 測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、
   前記測定点に光ビームを照射する発光部と、
   前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、
   前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記撮像部が撮像した画像中の、前記反射光の像の端点の位置を求め、前記端点の位置を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、
   前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態で、前記撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像のそれぞれについて、前記背景の画像との差分を示す複数の差分画像を生成し、複数の前記差分画像において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択し、選択した値を、補正画像の前記順番に位置する画素の値に設定して前記補正画像を生成する画像生成部とを備え、
   前記演算部は、前記補正画像に写された、前記反射光の像を示す信号を前記第１信号と前記第２信号との差分と見なして、前記測定点の位置を演算する、測距装置。
5. 測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距方法であって、
   発光部が、前記測定点に光ビームを照射する照射ステップと、
   撮像部が、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する生成ステップと、
   演算部が、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記撮像部が撮像した画像中の、前記反射光の像の端点の位置を求め、前記端点の位置を基にして、前記測定点の位置を演算する演算工程と、
   前記発光部が、前記測定点に光ビームを照射していない状態にする制御工程とを備え、
   前記演算工程は、前記状態下で、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と同じ位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する、測距方法。
6. 測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距方法であって、
   発光部が、前記測定点に光ビームを照射する照射ステップと、
   撮像部が、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する生成ステップと、
   演算部が、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算工程とを備え、
   前記演算工程は、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態において、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と異なる位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する、測距方法。

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