JP7294139B2 - 距離測定装置、距離測定装置の制御方法、および距離測定装置の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、距離測定装置、距離測定装置の制御方法、および距離測定装置の制御プログラムに関する。

距離測定装置の一つに、レーザー光を空間へ向けて発信し、その発信から物体に反射した光の受光までの時間から空間内の物体までの距離を測定する装置がある。このレーザーを用いた装置の一つにレーザーレーダーがある。レーザーレーダーは、ＬｉＤＥＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、またはＬａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と称されることもある。

このような距離測定装置では、霧環境下で霧からの反射を物体からの反射として測定し、あたかも物体があるかのように誤認識してしまうことがある。

従来、このような問題を解決するために、マルチエコー測距により、遠方側で測定された物体が実在する物体であるとして測距データとして採用することや、マルチエコー取得時に霧等による受光パルスと物体の受光パルスがコンパレーターにより分離できない場合を鑑みて受光パルスを選択的に採用する距離測定装置が提案されている（特開２０１５－１９４３５６号公報）。

特開２０１５－１９４３５６号公報に開示されている距離測定装置は、自動車に搭載されている。この距離測定装置は、自車両周囲に送信波を出力して、その送信波の反射波を受信する。そして受信した反射波の振幅が所定の第１閾値を超えた時間、および第１閾値より大きい第２閾値を超えた時間を測定して反射物体までの距離を推定する。このとき、第２の閾値は、悪環境下におけるクラッタ振幅値より高く設定され、第１の閾値と第２の閾値に基づいて測定対象物体までの距離を推定している。

しかしながら、特開２０１５－１９４３５６号公報に開示されている従来の距離測定装置においては、第１波が霧等からの反射光であり、それ以外の反射光が得られなかった場合には、結局のところ、霧等からの反射光を採用することとなる。このため、従来の距離測定装置は、測定された霧等を物体であると誤って認識してしまう問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、霧等の環境下において、霧等からの反射であるか実在する物体からの反射であるかをより高精度に判別できる距離測定装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、霧等の環境下において、霧等からの反射であるか実在する物体からの反射であるかをより高精度に判別できる距離測定装置の制御方法を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、霧等の環境下において、霧等からの反射であるか実在する物体からの反射であるかをより高精度に判別できる距離測定装置の制御プログラムを提供することである。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）光パルスを発信する発光素子と、
前記発光素子が光パルスを発信し、物体に反射した光パルスを受信して、その受信強度に応じた受信信号を出力する受信素子と、
前記受信信号から、信号強度に対する第１閾値以上の第１信号と、前記第１閾値より高い第２閾値以上の第２信号とを出力するコンパレーターと、
前記第１信号の前記第１閾値以上となってから前記第１閾値未満となるまでの第１時間幅と、前記第２信号の前記第２閾値以上となってから前記第２閾値未満となるまでの第２時間幅との関係から、前記受信信号が有効か無効かを判別する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、前記発光素子が光パルスを発信した時刻と、前記受信素子が光パルスを受信した時刻から前記物体までの距離を算出するとともに、前記距離を算出した前記受信信号が有効と判別されていれば前記距離を有効とし、前記距離を算出した前記受信信号が無効と判別されていれば前記距離を無効とし、および、
前記距離が無効とされた回数を積算し、積算値が一定期間内に所定値以上となった場合にエラー信号を出力する距離測定装置。

（２）前記信号処理部は、第１軸（ｘ軸）を前記第１信号の時間幅方向、第２軸（ｙ軸）を前記第２信号の時間幅方向とした２次元の直交座標系における、第１軸の値に対する第２軸の値を解とする所定の単純増加関数を規定し、当該単純増加関数の第１軸の値として前記第１時間幅を入れたときの第２軸の値が、前記第２時間幅未満であれば、前記受信信号を有効とする、上記（１）に記載の距離測定装置。

（３）前記信号処理部は、算出された前記距離が第１所定値未満の場合に無効とする、上記（１）または（２）に記載の距離測定装置。

（４）背景の中に存在している物体までの距離の情報を含む背景情報を記憶する記憶部を有し、
前記信号処理部は、前記記憶部に記憶されている前記背景情報の中に存在している物体までの距離と、算出された前記距離との差が第２所定値未満の場合は、算出された前記距離は無効とする、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の距離測定装置。

（５）前記信号処理部は、前記記憶部へ前記背景情報を記憶するために測定された距離のなかに無効とされた距離がある場合は、前記背景情報から無効とされた距離を除外する、上記（４）に記載の距離測定装置。

（６）背景の中に存在している物体までの距離の情報を含む背景情報を記憶する記憶部を有し、
前記信号処理部は、前記記憶部へ前記背景情報を記憶するために測定された距離のなかに無効とされた距離がある場合は、前記背景情報から無効とされた距離を除外する、上記（１）～（５）のいずれか１つに記載の距離測定装置。

（７）光パルスを発信する発光素子と、
前記発光素子が光パルスを発信し、物体に反射した光パルスを受信して、その受信強度に応じた受信信号を出力する受信素子と、を有する距離測定装置の制御方法であって、
前記受信信号から、信号強度に対する第１閾値以上の第１信号と、前記第１閾値より高い第２閾値以上の第２信号とを出力する段階（ａ）と、
前記第１信号の前記第１閾値以上となってから前記第１閾値未満となるまでの第１時間幅と、前記第２信号の前記第２閾値以上となってから前記第２閾値未満となるまでの第２時間幅との関係から、前記受信信号が有効か無効かを判別する段階（ｂ）と、
前記発光素子が光パルスを発信した時刻と、前記受信素子が光パルスを受信した時刻から前記物体までの距離を算出する段階（ｃ）と、
前記段階（ｃ）で前記距離を算出した前記受信信号が、前記段階（ｂ）において有効と判別されたなら前記距離を有効とし、無効と判別されたなら前記距離を無効とする段階（ｄ）と、
前記距離が無効とされた回数を積算し、積算値が一定期間内に所定値以上となった場合にエラー信号を出力する段階（ｊ）を有する、距離測定装置の制御方法。

（８）前記段階（ｂ）は、第１軸（ｘ軸）を前記第１信号の時間幅方向、第２軸（ｙ軸）を前記第２信号の時間幅方向とした２次元の直交座標系における、第１軸の値に対する第２軸の値を解とする所定の単純増加関数を規定し、当該単純増加関数の第１軸の値として前記第１時間幅を入れたときの第２軸の値が、前記第２時間幅未満であれば、前記受信信号を有効とする、上記（７）に記載の距離測定装置の制御方法。

（９）前記段階（ｃ）で算出した前記距離が第１所定値未満の場合に無効とする段階（ｆ）を有する、上記（７）または（８）に記載の距離測定装置の制御方法。

（１０）前記距離測定装置は背景の中に存在している物体までの距離の情報を含む背景情報を記憶する記憶部を有し、
前記背景情報の中に存在している物体までの距離と、算出された前記距離との差が第２所定値未満の場合は、算出された前記距離は無効とする段階（ｇ）を有する、上記（７）～（９）のいずれか１つに記載の距離測定装置の制御方法。

（１１）前記記憶部へ前記背景情報を記憶するために測定された距離のなかに無効とされた距離がある場合は、前記背景情報から無効とされた距離を除外する段階（ｈ）を有する、上記（１０）に記載の距離測定装置の制御方法。

（１２）前記距離測定装置は背景の中に存在している物体までの距離の情報を含む背景情報を記憶する記憶部を有し、
前記記憶部へ前記背景情報を記憶するために測定された距離のなかに無効とされた距離がある場合は、前記背景情報から無効とされた距離を除外する段階（ｉ）を有する、上記（７）～（１１）のいずれか１つに記載の距離測定装置の制御方法。

（１３）上記（７）～（１２）のいずれか１つに記載の距離測定装置の制御方法を距離測定装置に実行させるための、距離測定装置の制御プログラム。

（１４）上記（１３）に記載の制御プログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体。

本実施形態の距離測定装置を示すブロック図である。 物体までの距離を算出するとともに、霧等と実在する物体とを判別する処理手順を示すフローチャートである。 距離測定装置による霧がある場合の測定状態を説明するための説明図である。 霧の向こうに物体がない場合を説明するための説明図である。 霧等がない状態での実在する物体からの受光パルスを示すグラフである。 霧等からの受光パルスを示すグラフである。 第１軸（横軸）をロー信号（第１信号）のパルス幅（時間幅）方向、第２軸（縦軸）をハイ信号（第２信号）のパルス幅（時間幅）方向とした２次元の直交座標系を示すグラフである。 屋外監視の状況を説明する説明図である。 屋外監視の状況を説明する説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本実施形態の距離測定装置１を示すブロック図である。

距離測定装置１は、信号処理部１０と、駆動回路１１と、発光素子１２と、光学部品１３と、窓材１４と、受光素子１５と、ＩＶ変換回路１６と、増幅回路１７と、ハイパスフィルター（ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ））１８と、コンパレーター１９と、デジタル－アナログコンバーター（ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ））２０と、記憶部１０１とを備える。

発光素子１２（発信素子）はレーザーダイオード（ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ））を用いている。信号処理部１０の制御に従い駆動回路１１が発光素子１２に駆動電流を印加し、発光素子１２がパルス発光して信号を発信する。発光素子１２が発信した信号は、レンズ、走査ミラー等の光学部品１３、さらに窓材１４を介して外部に出射される。

受光素子１５（受信素子）はアバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ））を用いている。受光素子１５は、発光素子１２から外部へ照射されて、物体に反射した信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する。受光素子１５が出力する受信信号は、ＩＶ（電流－電圧）変換回路１６で電圧信号に変換され、増幅回路１７で増幅され、ハイパスフィルター１８を通って、コンパレーター１９に入力される。ハイパスフィルター１８は信号の周波数より低周波の外乱を除去する。

コンパレーター１９は、受信信号を２つの閾値により分ける。２つの閾値はＤＡＣ２０から供給される。２つの閾値は、第１閾値（ロー閾値）とこれよりも高い第２閾値（ハイ閾値）であり、詳細は後述する。コンパレーター１９は、ＨＰＦ１８からの信号から、信号強度が第１閾値（ロー閾値）以上の第１信号（ロー信号）と、第２閾値（ハイ閾値）以上の第２信号（ハイ信号）に分けて（分類し）信号処理部１０へ出力する。つまり、コンパレーター１９は、１つの受光パルス（受信信号）がハイ閾値以上の信号強度を持っていれば、ロー信号とハイ信号を出力することになる。すなわち、ロー信号は信号強度がロー閾値を超えてからロー閾値未満となるまでの時間継続し、ハイ信号は信号強度がハイ閾値を超えてからハイ閾値未満となるまでの時間継続する。なお、受光パルスとは、受信した信号の上昇始点から下降終点までを１つの受光パルスとする（図３参照）。

信号処理部１０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路が用いられる。ＦＰＧＡは、周知のとおり、あらかじめ処理に必要なプログラムが組み込まれた一種のコンピューターであり、所定の処理を高速で実行する。ここでは距離測定装置１の制御方法がコンピュータープログラムとして組み込まれており、タイムオブフライト（ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ））方式により物体までの距離を算出する。また、信号処理部１０は、霧等と物体との判別処理も行う。信号処理部１０には、記憶部１０１が接続されていて、処理に必要なパラメーターやデータなどを記憶している。本実施形態では、パラメーターとして、後述する第１閾値、第２閾値、閾線を記憶している。そのほか必要な値が計算式などもパラメーターとして記憶している。また、記憶部１０１は、背景差分法を用いた物体検出を行う場合に必要な背景情報を記憶する。

なお、信号処理部１０は、ＦＰＧＡに代えて、ＣＰＵを使用した汎用のコンピューターを使用するようにしてもよい。

信号処理部１０は、コンパレーター１９からのロー信号とハイ信号とをそれぞれデジタルデータ（たとえば８ビットデータ）に変換する（二値化）。ここで、ロー信号がロー閾値以上となってからロー閾値未満となるまでの時間幅（第１時間幅）をロー信号のパルス幅、ハイ信号がハイ閾値以上となってからハイ閾値未満となるまでの時間幅（第２時間幅）をハイ信号のパルス幅とする。したがって、パルス幅とは受光素子が受光した信号（受信信号）の信号強度が各閾値を超えている間の時間幅ということになる。もちろんこれらロー信号のパルス幅、ハイ信号のパルス幅もデジタル化されて、信号処理部１０によるデジタル処理が可能となる。

信号処理部１０は、このデジタル化されたロー信号のパルス幅、ハイ信号のパルス幅を用いて、霧等と実在する物体とを判別する。

また、信号処理部１０は、必要に応じて、たとえば背景差分法などを用いて、物体検知を行う。背景差分法による物体検知を行う場合、背景情報として、たとえば、発光素子１２からレーザー光が照射される空間にレーザー光を照射したときの背景となり得る物体までの距離の情報を含む。背景差分法では、この背景情報として記憶されている距離と現時点で算出した距離とを比較することになる（詳細後述）。

図２は、物体までの距離を算出するとともに、霧等と実在する物体とを判別する処理手順を示すフローチャートである。この処理は信号処理部１０が実行する。

まず、信号処理部１０は、駆動回路１１に制御信号を出力し、発光素子１２をレーザー発光させて信号を発信させ、発信時刻を記憶する（Ｓ１）。

続いて、信号処理部１０は、コンパレーター１９からのロー信号とハイ信号とをデジタルデータ化する（Ｓ２）。

続いて、信号処理部１０は、受信信号の時刻と発光素子１２が発信した時刻からＴｏＦ方式により物体までの距離を算出する（Ｓ３）。算出した距離のデータは記憶部１０１に一時記憶する。信号処理部１０による距離算出の具体的な処理としては、コンパレーター１９からのロー信号の受信時刻から、発光素子１２がレーザー光を発信した時刻（Ｓ１で記憶した時刻）を基に、物体までの距離を算出する。コンパレーターを通った後の信号処理部１０によるハイ信号の受信時刻は、回路内での極めてわずかな遅延があるものの実質的に受光素子１５で受光時刻である。なお、距離の算出はロー信号の受信時刻ではなく、ハイ信号の受信時刻を用いてもよいし、コンパレーター１９により分ける前の信号を用いて距離を算出するようにしてもよい。

続いて、信号処理部１０は、ロー信号のパルス幅とハイ信号のパルス幅との関係から、受信信号が有効か無効かを判別する（Ｓ４）。これには、たとえば、第１軸をロー信号（第１信号）の時間幅方向、第２軸をハイ信号（第２信号）の時間幅方向とした２次元の直交座標系を作り、この直交座標系の中に、ロー信号とハイ信号のそれぞれのパルス幅の値を用いて点を打ち、その点の位置が所定の正の傾きを持った直線（または漸増する曲線）よりも第１軸側にある場合に有効なデータ（有効な受信信号）と判別する。この判別方法についての詳細は後述する。

続いて、信号処理部１０は、Ｓ４の結果、受信信号が有効であると判別されたなら（Ｓ５：ＹＥＳ）、Ｓ３において算出した距離を有効とする（Ｓ６）。その後は、Ｓ１へ戻り、この処理手順を繰り返し実行する。

一方、Ｓ４の結果、受信信号が無効であると判別されたなら（Ｓ５：ＮＯ）、Ｓ３において算出した距離を無効とする（Ｓ７）。無効とされた場合は、記憶部１０１に記憶した距離のデータを破棄してもよい。

その後、信号処理部１０は、算出した距離が無効とされた回数を積算（カウント）する（Ｓ８）。この積算は、たとえば３次元レーザーレーダー（後述）のように３次元の距離データを取っている場合は、たとえば一定期間、すなわち所定周期で連続して測定する数フレームから数百フレーム（数千、数万フレームでもよい）内において、距離が無効とされた回数を積算する（この場合連続して無効となってなくてもよい）。この場合、所定のフレーム数に到達したなら、その時点で積算をリセットする。また、たとえば、１次元のレーザー測距では、連続して距離が無効とされた回数を積算する。この場合、無効とする距離が途切れたら、その時点で積算をリセットする。

続いて、信号処理部１０は、距離が無効とされた回数の積算値が警報（エラー信号）を出す所定値（警報所定値（エラー所定値）という）以上か否かを判断する（Ｓ９）。警報所定値については、たとえば以下ように決定する。３次元レーザーレーダー（後述）の場合、１ライン１０００点の測距動作（レーザー光の発信と受信）を２４ライン実行して、１フレームとしている。通常、１０フレーム／秒で運用される。このような３次元レーザーレーダーにおいて、たとえば６００フレーム（約１分＝６０秒）の期間、距離が無効とされた場合に気象状態が悪いと判断するとすれば、警報所定値は１４４０万回（＝１０００点×２４ライン×６００フレーム）とすればよい。もちろん、警報所定値は任意でよく、これより短い期間でもよいし、さらに長い期間でもよい。なお、この警報動作はなくてもよく、その場合、Ｓ８～１０の処理は行わずに、Ｓ７の処理の後そのままＳ１へ戻り処理を継続する。

この積算値が警報所定値以上でければ（Ｓ９：ＮＯ）、そのままＳ１へ戻り、この処理手順を繰り返し実行する。一方、この積算値が警報所定値以上であれば（Ｓ９：ＹＥＳ）、信号処理部１０は警報（エラー信号）を発する（Ｓ１０）。Ｓ１０における警報は、たとえば、霧等が発生していて気象状態が測定に適さない状態であることを知らせる。その後、Ｓ１へ戻り、この処理手順を繰り返し実行する。

次に、上述した、ロー信号のパルス幅とハイ信号のパルス幅との関係から、霧等のデータ（無効データ）と実在する物体からのデータ（有効データ）を判別する方法について詳しく説明する。

図３は、距離測定装置１による霧がある場合の測定状態を説明するための説明図である。図３（ａ）は霧がある状況を示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に対応した受光強度と時間の関係を示した図である。図３は、自動車（自車２０１）に距離測定装置１を設置した例である。

図３（ａ）に示した状況は、自車２０１の前方に先行車２０２があり、しかも、霧２５０が発生している。このような状況下において距離測定装置１で測距すると、図３（ｂ）に示すように、発信した１つのパルス状のレーザー光に対する受光強度（信号強度）には２つの受光パルスが現れることになる。

第１受光パルスは霧２５０からの反射による受光である。第２受光パルスは先行車２０２からの反射による受光である。

従来技術では、このような第１受光パルスおよび第２受光パルスがあるとき、より遠い方からの受光パルス、すなわち往復時間が長い方の受光パルスを物体からの受光であると認識している。

図４は、霧の向こうに物体がない場合を説明するための説明図である。図４（ａ）は霧がある状況を示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に対応した受光強度と時間の関係を示した図である。

図４（ａ）に示した状況では先行車２０２がいないため、図４（ｂ）に示すように、霧２５０からの反射である第１受光パルスのみとなる。このような場合は、この第１受光パルスよりも遠く（往復時間が長い）からの反射がない。このため、従来技術では、霧２５０からの反射である第１受光パルスの反射位置に何らかの物体があるものと誤認識されてしまう。

ここで再び図３を参照すると、第１受光パルスと第２受光パルスとで、その波形に違いがあることがわかる。本実施形態は、このような霧２５０から反射した第１受光パルスと、実在する物体から反射した第２受光パルスの波形の違いに着目して、霧２５０からの第１受光パルスか物体（先行車２０２）からの第２受光パルスかを判別する。

図５は霧等がない状態での実在する物体からの受光パルスを示すグラフである。図６は霧等からの受光パルスを示すグラフである。

図５に示すように、霧等がない状態で実在する物体からの受光パルスは、その波形が、図６に示した霧等からの受光パルスよりも急に上昇し、急に下降している。一方、霧等からの受光パルスは、図６に示すように、上昇時は図５に示した実在する物体からの受光パルスと同様であるが、下降はだらだらと尾を引いている。したがって、これら図５と図６のグラフから、実在する物体からの受光パルスと霧等からの受光パルスとの違いは、霧等からの受光パルス波形には、いわゆる尾引きがあるということである。

このような波形の違いから、霧等による受光パルスを判別する。まず、尾引き部分が入る信号強度にロー閾値を設定する一方、尾引き部分が入らない信号強度にハイ閾値を設定する。それぞれの閾値で切り取られた時間をパルス幅とする。

そして、第１軸（横軸）をロー信号（第１信号）のパルス幅（時間幅）方向、第２軸（縦軸）をハイ信号（第２信号）のパルス幅（時間幅）方向とした２次元の直交座標系のグラフに、１つの受光パルスについてロー閾値で切り取ったパルス幅とハイ閾値で切り取ったパルス幅とを用いて点を打つ。

図７は、第１軸（横軸）をロー信号（第１信号）のパルス幅（時間幅）方向、第２軸（縦軸）をハイ信号（第２信号）のパルス幅（時間幅）方向とした２次元の直交座標系を示すグラフである。

この図７のグラフに、図５に示した実在する物体からの受光パルスにおけるロー閾値およびハイ閾値でそれぞれ切り取ったパルス幅により点を打つと、図７中に「実在パルス」として示した点の位置となる。同様に、霧からの受光パルスにおけるロー閾値およびハイ閾値でそれぞれ切り取ったパルス幅により点を打つと、図７中に「霧パルス」として示した点となる。

そして、図７中には、「実在パルス」の点と「霧パルス」の点を隔てる直線が描かれている。この直線は正の傾きを持つ１次関数の線であり、「閾線」と称する。「実在パルス」の点は、閾線の上（第２軸側）にあり、「霧パルス」の点は閾線の下（第１軸側）にある。したがって、この閾線の上にあるか、下にあるかで、その受光パルスが、実在する物体からの反射であるか、霧等からの反射であるかを判別することができる。

信号処理部１０での処理は、たとえば、第１軸をｘ軸、第２軸をｙ軸とする直交座標系の中に閾線となる関数をあらかじめ規定する（グラフ中に閾線を描く）。図７に示したものでは、ｙ＝ａｘ－２０、となる。この関数にｘ＝ロー信号のパルス幅（第１時間幅）として、ｙの値を算出する。算出したｙの値とハイ信号のパルス幅（第２時間幅）を比較して、（算出したｙ値）＜（ハイ信号のパルス幅（第２時間幅））であれば、その受光パルス（受信信号）は有効なデータである判別する。なお、このような１次関数はあくまでも例示であり、本発明がこのような１次関数を用いることに限定されるものではない。

このような閾線は、あらかじめ実験によって、実在する物体から反射した受光パルスと霧等から反射した受光パルスを分ける位置に設定する。図７に示した閾線は、実際に、霧等のない状況での実在する物体と、霧のある状況（物体無し）とで、それぞれ得られた受光パルス、数千パルス分についてロー閾値とハイ閾値によるパルス幅で、上記直交座標系のグラフに点を打ち、実在する物体と霧とを隔てる閾線を導き出したものである。なお、霧のある状況は、濃霧注意報が出される気象状態（有効視界１００ｍ未満）のときである。

ここでの閾線は、１次関数の直線であるが、多くの実験の結果、直線だけでなく、２次関数や３次関数などの単純増加関数となる場合もある。また、実験は霧以外にも雨、雪などにおいても実施してそれらからの反射と物体との反射を判別する閾線を求めてもよい。

この判別方法を用いることで、図３に示した自車２０１（すなわち距離測定装置１）から見て、霧２５０の向こうにある先行車２０２がある場合は、先行車２０２からの反射を判別してそこまでの距離を求めることができる。また、図４に示したように、自車２０１（すなわち距離測定装置１）から見て、霧２５０の向こうに何もない場合は、霧２５０からの反射は有効とならないので（図７の霧パルスの点となる）、霧２５０からの反射を物体と誤認識することがない。

次に、背景差分法を用いた物体検知について説明する。背景差分法は、周知のようにあらかじめ記憶された背景情報に含まれている距離と新たに取得（算出）した距離とを比較して、それらに差があれば、新たに物体が現れたと検知する物体検知方法である。

本実施形態による背景差分法を用いた物体検知は以下のように行われる。

背景差分法による物体検知を行う場合、信号処理部１０は、背景情報を記憶部１０１に記憶するために、上述した処理手順により距離の算出を行う。

信号処理部１０は、得られた背景の中に存在する物体（または物体が存在しない）までの距離を背景情報として記憶部１０１に記憶する。なお、物体が存在しない範囲では距離は無限遠として記憶される。その後、時々刻々と取得される新たな距離と、背景情報に含まれている距離とに差があれば、背景には存在していなかった物体が現れたと検知する。

ここで、背景情報を取得する際に、霧等が発生していることもある。そうした場合、これまでは霧等で反射した受信信号による距離がそのまま背景情報として記憶されていた。

本実施形態では、背景情報を取得して記憶部１０１へ記憶する際に、上述した処理手順によって、距離が有効か無効かを判別する。これにより、霧等が発生している状況では、霧等までの距離は無効となるので、このような無効とされた距離は背景情報から除外して記憶しない。これにより、霧等からの反射で算出された距離が背景情報に含まれて記憶されることを防止することができる。

なお、無効とされた距離を背景情報から除外した場合は、たとえば、除外された距離よりも遠方に有効とされた距離がある場合は、その有効とされた距離を背景情報として記憶することになる。一方、除外された距離よりも遠方に有効とされた距離がない場合は、背景情報を更新するタイミングにおいては、以前から記憶部１０１に記憶されている背景情報を更新せずに使用する。背景情報を更新するタイミングではない場合（記憶されている背景情報がない場合や、初回の背景情報の取得時など）には、たとえば、背景情報とするための有効な距離がないことを警告するなどとしてもよい。

ところで、距離測定装置１を屋外の空間監視に用いる場合、監視している空間内の状況によって様々なことが起こることがある。

図８は、屋外監視の状況を説明する説明図である。図８（ａ）は霧がある状況を示す図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に対応した受光強度と時間の関係を示した図である。

図８に示した屋外監視では、距離測定装置１が壁ＷＬに取り付けられており監視空間内に塀２６０が存在している。

図８（ａ）は、濃い霧が距離測定装置１にまとわりつくように発生している状況を示している。このような場合、霧の濃さにもよるが、図８（ｂ）に示すように、受光パルス全体がなだらかな形状となって、遠くまでレーザー光がとどかない状態となる。このような状況下では、第１閾値と第２閾値による判別では、霧からのデータが有効とされてしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、有効とされた距離が距離測定装置１から第１所定値未満の場合は、無効とすることとした。なお、このように、距離測定装置１からの距離によって、算出した距離が無効とされた回数も、前述の処理手順におけるＳ８の積算対象としてもよい。

また、このように第１所定値によって無効とされた距離も、背景差分法に使用する背景情報からは除外する。無効とされた距離を背景情報から除外した場合の処理はすでに説明したとおりである。

第１所定値は、監視空間広さや塀の形状など監視空間内の状態によって異なるものの、たとえば、測定された距離が距離測定装置１から１ｍ未満の場合に無効とする。

図９は、屋外監視の状況を説明する説明図である。図９（ａ）は霧がある状況を示す図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に対応した受光強度と時間の関係を示した図である。

図９（ａ）は、霧２５０が塀２６０の近くに立ち込めた状況を示している。このような状況下では、図９（ｂ）に示すように、受信信号の受光パルスは霧からの反射として尾引きがあるものの、霧の向こうは塀２６０であるため、あまり長くならない。このような状況下では、第１閾値と第２閾値による判別では、霧からのデータが有効とされてしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、このような塀２６０がある監視空間においては、有効とされた距離が塀２６０からの距離として第２所定値未満の場合は、無効とすることとした。つまり、背景の中に存在している物体までの距離と、新たに算出された距離との差が第２所定値未満の場合は、算出された距離は無効とする（（塀２６０までの距離－算出された距離）＜第２所定値、のときは無効）。なお、このように、塀２６０からの距離によって、算出した距離が無効とされた回数も、前述の処理手順におけるＳ８の積算対象としてもよい。

第２所定値は、監視空間広さや塀の形状など監視空間内の状態によって異なるものの、たとえば、監視空間の最大距離が２０～４０ｍ程度の場合、塀２６０から５ｍ未満の場合に無効とする。塀２６０までの距離はあらかじめ背景情報として記憶部１０１に記憶しておく。

このように第２所定値によって無効とされた距離も、背景差分法に使用する背景情報からは除外する。無効とされた距離を背景情報から除外した場合の処理はすでに説明したとおりである。

本実施形態の距離測定装置１は、たとえば、３次元レーザーレーダーに好適である。３次元レーザーレーダーは、周知のとおり、レーザー光を空間へ向けて走査しながら発信し、その発信時刻から反射光の受光時刻までの時間から空間内の物体までの距離を測定する。これを３次元空間に向けて行うことで、測定された距離による３次元画像が得られる。このような画像を距離画像と称されている。レーザーレーダーはＬｉＤＥＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、またはＬａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と称されることもある。

３次元レーザーレーダーに本実施形態の距離測定装置１を利用することで、測定空間内で発生した霧等と実在する物体とを見分けることができる。

以上説明したように本実施形態は、受光素子で受光した受光パルス（受信信号）を信号強度に対するロー閾値（第１閾値）とハイ閾値（第２閾値）とで分ける。つまり、第１閾値（ロー閾値）以上の第１信号（ロー信号）と、第２閾値（ハイ閾値）以上の第２信号（ハイ信号）に分ける（分類する）。そして、それぞれの閾値でのパルス幅（時間幅）の関係から、霧等からの反射光であるか、実在する物体からの反射光であるかを判別する。これにより、霧等からの反射による受信信号だけから霧等を見分けることができるようになる。したがって、霧等の向こうに実在する物体がない場合でも、霧等からの反射を物体であると誤認識してしまうことを防ぐ（または誤認識を抑える）ことができる。

また、本実施形態の距離測定装置１を利用して距離測定を行うことなく、霧等の発生を検知することもできる。この場合、上述した処理手順においてＳ３を省略して、受信信号が無効の場合（Ｓ５：ＮＯ）に警報（エラー信号）を発するなどとすればよい。これにより距離測定装置１を限られた空間などにおける気象情報検知装置などとして利用することができる。

本発明に係る距離測定装置の制御プログラムは、専用のハードウェア回路によって実現することも可能である。また、この制御プログラムは、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリやＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などのコンピューター読み取り可能な記録媒体によって提供したり、記録媒体によらず、インターネットなどのネットワークを介してオンラインで提供したりすることも可能である。この場合、この制御プログラムは、通常、記憶部を構成する磁気ディスク装置等に記憶される。また、この制御プログラムは、単独のアプリケーションソフトウェアとして提供したり、一機能として別のソフトウェアに組み込んで提供したりすることも可能である。

以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明は、これら実施形態に限定されるものではない。本発明は特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

本出願は、２０１７年１２月１５日に出願された日本国特許出願番号２０１７－２４０４３５号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として組み入れられている。

１ 距離測定装置、
１０ 信号処理部、
１１ 駆動回路、
１２ 発光素子（発信素子）、
１３ 光学部品、
１４ 窓材、
１５ 受光素子（受信素子）、
１６ ＩＶ変換回路、
１７ 増幅回路、
１８ ハイパスフィルター、
１９ コンパレーター、
２０ ＤＡコンバーター、
１０１ 記憶部。

Claims (14)

1. 光パルスを発信する発光素子と、
   前記発光素子が光パルスを発信し、物体に反射した光パルスを受信して、その受信強度に応じた受信信号を出力する受信素子と、
   前記受信信号から、信号強度に対する第１閾値以上の第１信号と、前記第１閾値より高い第２閾値以上の第２信号とを出力するコンパレーターと、
   前記第１信号の前記第１閾値以上となってから前記第１閾値未満となるまでの第１時間幅と、前記第２信号の前記第２閾値以上となってから前記第２閾値未満となるまでの第２時間幅との関係から、前記受信信号が有効か無効かを判別する信号処理部と、
   を有し、
   前記信号処理部は、前記発光素子が光パルスを発信した時刻と、前記受信素子が光パルスを受信した時刻から前記物体までの距離を算出するとともに、前記距離を算出した前記受信信号が有効と判別されていれば前記距離を有効とし、前記距離を算出した前記受信信号が無効と判別されていれば前記距離を無効とし、および、
   前記距離が無効とされた回数を積算し、積算値が一定期間内に所定値以上となった場合にエラー信号を出力する距離測定装置。
2. 前記信号処理部は、第１軸（ｘ軸）を前記第１信号の時間幅方向、第２軸（ｙ軸）を前記第２信号の時間幅方向とした２次元の直交座標系における、第１軸の値に対する第２軸の値を解とする所定の単純増加関数を規定し、当該単純増加関数の第１軸の値として前記第１時間幅を入れたときの第２軸の値が、前記第２時間幅未満であれば、前記受信信号を有効とする、請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記信号処理部は、算出された前記距離が第１所定値未満の場合に無効とする、請求項１または２に記載の距離測定装置。
4. 背景の中に存在している物体までの距離の情報を含む背景情報を記憶する記憶部を有し、
   前記信号処理部は、前記記憶部に記憶されている前記背景情報の中に存在している物体までの距離と、算出された前記距離との差が第２所定値未満の場合は、算出された前記距離は無効とする、請求項１～３のいずれか１つに記載の距離測定装置。
5. 前記信号処理部は、前記記憶部へ前記背景情報を記憶するために測定された距離のなかに無効とされた距離がある場合は、前記背景情報から無効とされた距離を除外する、請求項４に記載の距離測定装置。
6. 背景の中に存在している物体までの距離の情報を含む背景情報を記憶する記憶部を有し、
   前記信号処理部は、前記記憶部へ前記背景情報を記憶するために測定された距離のなかに無効とされた距離がある場合は、前記背景情報から無効とされた距離を除外する、請求項１～５のいずれか１つに記載の距離測定装置。
7. 光パルスを発信する発光素子と、
   前記発光素子が光パルスを発信し、物体に反射した光パルスを受信して、その受信強度に応じた受信信号を出力する受信素子と、を有する距離測定装置の制御方法であって、
   前記受信信号から、信号強度に対する第１閾値以上の第１信号と、前記第１閾値より高い第２閾値以上の第２信号とを出力する段階（ａ）と、
   前記第１信号の前記第１閾値以上となってから前記第１閾値未満となるまでの第１時間幅と、前記第２信号の前記第２閾値以上となってから前記第２閾値未満となるまでの第２時間幅との関係から、前記受信信号が有効か無効かを判別する段階（ｂ）と、
   前記発光素子が光パルスを発信した時刻と、前記受信素子が光パルスを受信した時刻から前記物体までの距離を算出する段階（ｃ）と、
   前記段階（ｃ）で前記距離を算出した前記受信信号が、前記段階（ｂ）において有効と判別されたなら前記距離を有効とし、無効と判別されたなら前記距離を無効とする段階（ｄ）と、
   前記距離が無効とされた回数を積算し、積算値が一定期間内に所定値以上となった場合にエラー信号を出力する段階（ｊ）を有する、距離測定装置の制御方法。
8. 前記段階（ｂ）は、第１軸（ｘ軸）を前記第１信号の時間幅方向、第２軸（ｙ軸）を前記第２信号の時間幅方向とした２次元の直交座標系における、第１軸の値に対する第２軸の値を解とする所定の単純増加関数を規定し、当該単純増加関数の第１軸の値として前記第１時間幅を入れたときの第２軸の値が、前記第２時間幅未満であれば、前記受信信号を有効とする、請求項７に記載の距離測定装置の制御方法。
9. 前記段階（ｃ）で算出した前記距離が第１所定値未満の場合に無効とする段階（ｆ）を有する、請求項７または８に記載の距離測定装置の制御方法。
10. 前記距離測定装置は背景の中に存在している物体までの距離の情報を含む背景情報を記憶する記憶部を有し、
    前記背景情報の中に存在している物体までの距離と、算出された前記距離との差が第２所定値未満の場合は、算出された前記距離は無効とする段階（ｇ）を有する、請求項７～９のいずれか１つに記載の距離測定装置の制御方法。
11. 前記記憶部へ前記背景情報を記憶するために測定された距離のなかに無効とされた距離がある場合は、前記背景情報から無効とされた距離を除外する段階（ｈ）を有する、請求項１０に記載の距離測定装置の制御方法。
12. 前記距離測定装置は背景の中に存在している物体までの距離の情報を含む背景情報を記憶する記憶部を有し、
    前記記憶部へ前記背景情報を記憶するために測定された距離のなかに無効とされた距離がある場合は、前記背景情報から無効とされた距離を除外する段階（ｉ）を有する、請求項７～１１のいずれか１つに記載の距離測定装置の制御方法。
13. 請求項７～１２のいずれか１つに記載の距離測定装置の制御方法を距離測定装置に実行させるための、距離測定装置の制御プログラム。
14. 請求項１３に記載の制御プログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体。

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