JP7317530B2 - 距離計測装置、距離計測方法、及び信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、距離計測装置、距離計測方法、及び信号処理方法に関する。

ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と称される距離計測装置が知られている。この距離計測装置では、レーザ光を計測対象物に照射し、計測対象物により反射された反射光の強度をセンサ出力に基づき時系列輝度信号に変換する。これにより、レーザ光の発光の時点と、輝度信号値のピークに対応する時点との時間差に基づき、計測対象物までの距離が計測される。センサには、物体により散乱された太陽光などの環境光も入射され、ランダムに発生するノイズとなる。

従来の距離計測装置では、時系列輝度信号におけるピークの中から値の大きい順に所定数のピークを選択し、信頼度の最も大きなピークに対する距離値を計測対象物までの距離としていた。ところが、ノイズのピークが支配的であり、所定数のピーク内に計測対象物からの反射光によるピークが含まれない場合には、計測対象物までの距離値が得られなくなってしまうおそれがある。

特開２０１１－２１５００５号公報

本発明が解決しようとする課題は、ノイズのピークが支配的である場合にも、計測対象物までの距離値を生成可能な距離計測装置、距離計測方法、及び信号処理方法を提供することである。

本実施形態に係る距離計測装置は、フレームごとに複数の所定方向に順に照射されたレーザ光の反射光に基づき取得されたフレームごとの各時系列輝度信号に処理を行う信号処理装置であり、記憶部と、選択部とを備える。記憶部は、前フレームの時系列輝度信号に基づいて得られた距離値の情報を記憶する。選択部は、現フレームにおける時系列輝度信号におけるピークの中から、距離値に基づくピークを距離値の候補として選択する。

本実施形態に係る運転支援システムの概略的な全体構成を示す図。 第１の実施形態に係る距離計測装置の構成例を示す図。 １フレームにおける光源の出射パターンを模式的に示している図。 １フレームにおけるレーザ光の計測対象物上の照射位置を拡大して示す模式図。 図４Ａと照射順が異なる計測対象物上の照射位置を拡大して示す模式図。 一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射した例を示す図。 一次元状のレーザ光源を用いて、水平行別に縦一列を同時に照射した例を示す図。 照射範囲の部分領域に計測対象物が存在する例を示す図。 現フレームの時系列輝度信号の一例を示す図。 信号処理部の構成を示すブロック図。 隣接領域、及び時系列輝度信号を模式的に示す図。 時系列輝度信号に基づき、隣接領域内で得られた隣接距離を示す図。 選択部の選択処理の一例を示す図。 距離計測システムの処理動作を説明するフローチャート。 シミュレーションに用いた輝度信号と環境光との関係を示す図。 距離計測装置のシミュレーション結果例を示す図。

以下、本発明の実施形態に係る距離計測装置、距離計測方法、及び信号処理方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

（一実施形態）
図１は、本実施形態に係る運転支援システム１の概略的な全体構成を示す図である。この図１に示すように運転支援システム１は、距離画像に基づく運転支援を行う。運転支援システム１は、距離計測システム２と、運転支援装置５００と、音声装置５０２と、制動装置５０４と、表示装置５０６とを、を備えて構成されている。距離計測システム２は、計測対象物１０の距離画像を生成するものであり、距離計測装置５と、計測情報処理装置４００とを備える。

距離計測装置５は、走査方式及びＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて、計測対象物１０までの距離を計測する。より具体的には、この距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００とを備えて構成されている。

出射部１００は、レーザ光Ｌ１を間欠的に出射する。光学機構系２００は、出射部１００が出射するレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射するとともに、計測対象物１０上で反射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を計測部３００に入射させる。ここで、レーザ光とは、位相および周波数が揃った光を意味する。また、反射光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１による散乱光のうちの所定方向の光を意味する。

計測部３００は、光学機構系２００を介して受光した反射光Ｌ２に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。すなわち、この計測部３００は、出射部１００がレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射した時点と、反射光Ｌ２が計測された時点との時間差に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。

計測情報処理装置４００は、ノイズの低減処理を行い、計測対象物１０上の複数の測定点までの距離に基づき距離画像データを出力する。計測情報処理装置４００の一部または全ては、距離計測装置５の筐体内に組み込んでもよい。

運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に応じて車両の運転を支援する。運転支援装置５００には、音声装置５０２、制動装置５０４、表示装置５０６などが接続されている。

音声装置５０２は、例えばスピーカであり、車両内の運転席から聴講可能な位置に配置されている。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、例えば音声装置５０２に「対象物まで５メートルです」などの音声を発生させる。これにより、例えば運転士の注意力が低下している場合にも、音声を聴講することで、運転士の注意を喚起させることが可能となる。

制動装置５０４は、例えば補助ブレーキである。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、例えば対象物が所定の距離、例えば３メートルまで近接した場合に、制動装置５０４に車両を制動させる。

表示装置５０６は、例えば液晶モニタである。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、表示装置５０６に画像を表示する。これにより、例えば逆光時などでも、表示装置５０６に表示される画像を参照することで、外部情報をより正確に把握可能となる。

次に、図２に基づき、本実施形態に係る距離計測装置５の出射部１００、光学機構系２００、および計測部３００のより詳細な構成例を説明する。図２は、第１の実施形態に係る距離計測装置５の構成例を示す図である。図２に示すように、距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００と、計測情報処理装置４００と、を備えて構成されている。ここでは、散乱光Ｌ３の内、所定の方向の散乱光を反射光Ｌ２と呼ぶこととする。

出射部１００は、光源１１と、発振器１１ａと、第１駆動回路１１ｂと、制御部１６と、第２駆動回路１６ａとを、有する。

光学機構系２００は、照射光学系２０２と、受光光学系２０４とを有する。照射光学系２０２は、レンズ１２と、第１光学素子１３と、レンズ１３ａ、ミラー（反射デバイス）１５とを有する。

受光光学系２０４は、第２光学素子１４と、ミラー１５とを有する。すなわち、これら照射光学系２０２、及び受光光学系２０４は、ミラー１５を共有している。

計測部３００は、光検出器１７と、センサ１８と、レンズ１８ａと、第１増幅器１９と、信号生成部２０と、記憶部２１と、信号処理部２２と、を有する。なお、光を走査する既存方法としては、距離計測装置５を回転させる方法（以下、回転方法と呼ぶ）がある。また、別の走査する既存方法として、ＯＰＡ方法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、回転方法やＯＰＡ方法により光を走査してもよい。また、本実施形態に係る信号処理部２２が信号処理装置に対応する。

出射部１００の発振器１１ａは、制御部１６の制御に基づき、パルス信号を生成する。第１駆動回路１１ｂは、発振器１１ａの生成したパルス信号に基づいて光源１１を駆動する。光源１１は、例えばレーザダイオードなどのレーザ光源であり、第１駆動回路１１ｂによる駆動に応じてレーザ光Ｌ１を間欠的に発光する。

図３は、１フレームにおける光源１１の出射パターンを模式的に示している図である。図３において、横軸は時刻を示し、縦線は光源１１の出射タイミングを示している。上側の図は、下側の図における部分拡大図である。この図３に示すように光源１１は、例えばＴ＝数マイクロ秒～数十マイクロ秒の間隔で、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を間欠的に繰り返し発光する。ここで、ｎ番目に発光されるレーザ光Ｌ１をＬ１（ｎ）と表記する。Ｎは、１フレームにおける計測対象物１０を測定するために照射するレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射回数を示している。１フレーム分の照射が終了すると、次フレーム分の照射をＬ１（０）から開始する。

図２に示すように、照射光学系２０２の光軸Ｏ１上には、光源１１、レンズ１２、第１光学素子１３、第２光学素子１４、及びミラー１５がこの順番に配置されている。これにより、レンズ１２は、間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１をコリメートして、第１光学素子１３に導光する。

第１光学素子１３は、レーザ光Ｌ１を透過させると共に、レーザ光Ｌ１の一部を光軸Ｏ３に沿って光検出器１７に入射させる。第１光学素子１３は、例えばビームスプリッタである。

第２光学素子１４は、第１光学素子１３を透過したレーザ光Ｌ１を更に透過して、レーザ光Ｌ１をミラー１５に入射させる。第２光学素子１４は、例えばハーフミラーである。

ミラー１５は、光源１１から間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１を反射する反射面１５ａを有する。反射面１５ａは、例えば、互いに交差する２つの回動軸線ＲＡ１、ＲＡ２を中心として回動可能となっている。これにより、ミラー１５は、レーザ光Ｌ１の照射方向を周期的に変更する。

制御部１６は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有し、反射面１５ａの傾斜角度を連続的に変更させる制御を第２駆動回路１６ａに対して行う。第２駆動回路１６ａは、制御部１６から供給された駆動信号に従って、ミラー１５を駆動する。すなわち、制御部１６は、第２駆動回路１６ａを制御して、レーザ光Ｌ１の照射方向を変更させる。

図４Ａは、１フレームにおけるレーザ光Ｌ１の計測対象物１０上の照射位置を拡大して示す模式図である。この図４に示すように、反射面１５ａは、レーザ光Ｌ１ごとに照射方向を変更して計測対象物１０上のほぼ平行な複数の直線経路Ｐ１～Ｐｍ（ｍは２以上の自然数）に沿って、離散的に照射させる。このように、本実施形態に係る距離計測装置５は、各フレームｆ（ｍ）（０≦ｍ＜Ｍ）ごとにレーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を変更しつつ、計測対象物１０に向けて１回ずつ照射する。ここで、レーザ光Ｌ１（ｎ）の照射方向をＯ（ｎ）で表記する。すなわち、本実施形態に係る距離計測装置５では、レーザ光Ｌ１（ｎ）は、照射方向Ｏ（ｎ）に一回照射される。

図４Ｂは、図４Ａと照射順が異なる計測対象物１０上の照射位置を拡大して示す模式図である。図４Ｃは、一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射した例を示す図である。
図４Ｄは、一次元状のレーザ光源を用いて、水平行別に縦一列を同時に照射した例を示す図である。

このように、本実施形態に係るレーザ光Ｌ１（ｎ）は図４Ａ、Ｂに示す様に一点ずつ順次照射されるが、これに限定されず、複数点を同時に照射してもよい。例えば、図４ＣあるいはＤに示す様に、一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射してもよい。ここでは、説明を容易にするため、計測対象物１０を平板状として図５に模式的に図示しているが、実際の計測では、計測対象物１０は、例えば自動車などである。

図５は、照射範囲の部分領域に計測対象物１０が存在する例を示す図である。図５に示すように、計測対象物１０はレーザ光Ｌ１の照射範囲の部分領域に存在する。計測対象物１０の範囲外には、例えば建物１０ａ、他の自動車１０ｂ、人、道路、空などが存在する。このため、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）ごとに、計測対象物１０を含む反射対象物が存在する位置は異なっている。このため、フレームｆ（ｍ）（０≦ｍ＜Ｍ）ごとに計測距離は異なる。

レーザ光Ｌ１（ｎ）とＬ１（ｎ＋１）との計測対象物１０上の照射位置の間隔は、レーザ光Ｌ１間の照射間隔Ｔ＝数マイクロ秒～数十マイクロ秒（図３）に対応している。このように、各直線経路Ｐ１～Ｐｍ上に照射方向の異なるレーザ光Ｌ１が離散的に照射される。なお、直線経路の数や走査方向は特に限定されない。

図２に示すように、受光光学系２０４の光軸Ｏ２上には、反射光Ｌ２が入射する順に、ミラー１５の反射面１５ａ、第２光学素子１４、レンズ１８ａ、センサ１８が配置されている。ここで、光軸Ｏ１とは、レンズ１２の中心位置を通過するレンズ１２の焦点軸である。光軸Ｏ２とは、レンズ１８ａの中心位置を通過するレンズ１８ａの焦点軸である。

反射面１５ａは、計測対象物１０上で散乱された散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２に沿って進む反射光Ｌ２を第２光学素子１４に入射させる。第２光学素子１４は、反射面１５ａで反射された反射光Ｌ２の進行方向を変えて、光軸Ｏ２に沿って計測部３００のレンズ１８ａに入射させる。レンズ１８ａは、光軸Ｏ２に沿って入射した反射光Ｌ２をセンサ１８に集光させる。

一方で、散乱光Ｌ３のうちレーザ光Ｌ１と異なる方向に反射された光の進行方向は、受光光学系２０４の光軸Ｏ２からずれている。このため、散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２と異なる方向に反射された光は、仮に受光光学系２０４内に入射しても、受光光学系２０４が配置されている筐体内の黒体などに吸収されるか、センサ１８の入射面からずれた位置に入射される。これに対して、何らかの物体により散乱された太陽光などの環境光の中には、光軸Ｏ２に沿って進行する光があり、これらの光は、ランダムにセンサ１８の入射面に入射して、ランダムなノイズとなる。

なお、図２においては、明確化のためにレーザ光Ｌ１と反射光Ｌ２の光路を分けて図示しているが、実際にはこれらは重なっている。また、レーザ光Ｌ１の光束の中心の光路を光軸Ｏ１として図示している。同様に、反射光Ｌ２の、光束の中心の光路を光軸Ｏ２として図示している。

センサ１８は、レンズ１８ａから入射する反射光Ｌ２を検出する。このセンサ１８は、受光光学系２０４を介して受光した反射光Ｌ２を電気信号に変換する。

信号生成部２０は、センサ１８が出力する電気信号を所定のサンプリング間隔で時系列輝度信号に変換する。信号生成部２０は、例えば反射光Ｌ２に基づく電気信号を増幅する増幅器とＡＤ変換器（ＡＤＣ： Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）で構成され、増幅器がセンサ１８の電気信号を増幅し、ＡＤ変換器が増幅した電気信号を複数のサンプリングタイミングにおいてサンプリングして、レーザ光Ｌ１の照射方向に対応する時系列輝度信号に変換する。

図６は、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の一例を示す図である。すなわち、信号生成部２０による電気信号のサンプリング値の一例を示す図である。図５の横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）のサンプリング値、すなわち輝度値を示している。

例えば、サンプリングタイミングｔ０～ｔ３２にブランキング時間を加えたものは、レーザ光Ｌ１（ｎ）が照射されてから次のレーザ光Ｌ１（ｎ＋１）が照射されるまでの経過時間Ｔ（図３）に対応する。図中のピークが反射光Ｌ２に基づくサンプリング値であり、このピークを示すサンプリングタイミングＴＬ２が計測対象物１０までの距離の２倍に対応する。

より具体的には、距離＝光速×（サンプリングタイミングＴＬ２－光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。ここで、サンプリングタイミングは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻からの経過時間である。

ここで、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）のｍ（０≦ｍ＜Ｍ）はフレームｆの番号を示し、座標（ｘ、ｙ）は、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向に基づき定められる座標を示している。すなわち、座標（ｘ、ｙ）は、現フレームｆ（ｍ）の距離画像を生成した際の座標に対応する。より具体的には、図５に示すように、Ｌ１（０）に対応する座標（０、０）を原点とし、水平方向へのＬ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射数をＨＮとする。また、関数［ａ］を、ａ以下の最大の整数を示す関数とする。この場合、ｘ＝ｎ－［ｎ÷ＨＮ］×ＨＮであり、ｙ＝［ｎ÷ＨＮ］である。なお、図示したサンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲は一例であり、サンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲を変更してもよい。また、輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）は、近接する座標の輝度信号を積算して使用しても良い。例えば、２×２、３×３、５×５の座標範囲の輝度信号を積算しても良い。

図２に示すように、記憶部２１は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。

図７は、信号処理部２２の構成を示すブロック図である。図７に示すように、信号処理部２２は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んだロジック回路で構成され、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出するタイミングと、センサ１８が反射光Ｌ２を検出するタイミングとの時間差に基づき、距離を計測する。すなわち、この信号処理部２２は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）ごとに対応する距離値を生成する処理部であり、選択部２２０と、信頼度生成部２２２と、計測処理部２２４とを有する。

選択部２２０は、前フレームｆ（ｍ－１）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）に基づき得られた距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の情報を用いて、現フレームｆ（ｍ）における各時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）のピークｐを１個あるいは、複数個選択する。距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、記憶部２１に記憶されており、選択部２２０により記憶部２１から取得される。なお、選択部２２０の詳細は後述する。

信頼度生成部２２２は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとに選択された各ピーク値に対応する信頼度を生成する。信頼度生成部２２２の詳細も後述する。

計測処理部２２４は、時系列な輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとに選択された各ピーク値に対応する信頼度に基づき、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとに対応する距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を生成する。この距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、記憶部２１に記憶される。

ここで、図８乃至１０に基づき、選択部２２０の詳細な処理例を説明する。
図８は、前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）における隣接領域Ａｄ、及び時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と、現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ、及び時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の例を模式的に示す図である。左上図が前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄを示し、左下図が座標（ｘ、ｙ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）を示し、右上図が現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄを示し、右下図が現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）を示している。ここで、隣接領域Ａｄの中心座標（ｘ、ｙ）を太線で示す。計測対象物１０は、例えば自動車であり、距離計測装置５（図２）における照射光学系２０２の光軸Ｏ１上の８０メートル先をｘ軸に沿って左から右に移動している。隣接領域Ａｄは、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ、）に対応するレーザ光Ｌ１（ｎ）（ｎ＝ＨＮ×（ｙ－１）＋ｘ）の照射方向から所定の範囲内の方向に照射したレーザ光Ｌ１（ｎ）（ｎ＝ＨＮ×（Ｙ－１）＋Ｘ、ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に対応する範囲を示している。ここでは、ｎｄ＝２である。すなわち、隣接領域Ａｄは、座標（ｘ、ｙ）を中心とする（２＊ｎｄ＋１）×（２＊ｎｄ＋１）の座標範囲である。

図８に示すように、前フレームｆ（ｍ－１）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）では、計測対象物１０の位置８０メートルに対応するピークが現れている。一方で、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ、）の例では、ノイズ光が第１～第３ピークとして支配的に現れ、計測対象物１０の位置８０メートルに対応するピークが第４ピークとして現れている。このような場合、第１ピークを距離値とする一般的な計測方法では、計測対象物１０の位置８０メートルを得ることは出来ない。

図９は、図８の左上図に対応する図であり、前フレームｆ（ｍ－１）において時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に基づき、隣接領域Ａｄ内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）を示す図である。ここで、隣接領域Ａｄの中心座標（ｘ、ｙ）を太線で示す。例えば、隣接距離値ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）は、５メートル、８０メートルとＮＵＬＬを示している。５メートルは計測対象物１０以外の物体までの距離を示し、８０メートルは計測対象物１０までの距離を示し、ＮＵＬＬは、例えば背景の空間領域や道路などであり、信頼度が低く測定値を棄却したことを示している。

図１０は、選択部２２０の選択処理の一例を示す図である。図１０に示すように、例えば５メートル、８０メートルは、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ（図９）内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）を示している。

選択部２２０は、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の第１選択ピークを大きい方から所定数選択（第１～第３ピーク）し、前フレームｆ（ｍ－１）における隣接距離値（５メートル、８０メートル）の情報を用いて、現フレームｆ（ｍ）フレームにおける時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の所定の第２選択ピーク（第４ピーク）を更に選択する。ここで、第１選択ピークの所定数は例えば３である。

より具体的には、選択部２２０は、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ（図９）内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に対応する時間位置の値を係数Ｋとし、他の範囲を例えば０とした時系列な値を有する積算フィルタ（ウィンドウ）を時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）に乗算する。Ｋは例えば１である。選択部２２０は、この積算フィルタ処理により得られたピークを、第２選択ピークとして選択する。そして選択部２２０は、所定の選択ピークとして、第１選択ピークに第２選択ピークを加える処理を行う。例えば、隣接領域Ａｄ（図９）内で得られた隣接距離が５種類ある場合には、積算フィルタ（ウィンドウ）においてＫが１となる範囲は５箇所となる。Ｋが１となる範囲は、隣接距離に対応する時間位置に対して時間的なマージンを持たせた範囲である。また、選択部２２０は、隣接領域Ａｄ（図９）の範囲をフレーム間で計測対象物１０が移動する範囲に基づき設定する。これらにより、計測対象物１０が想定される速度内で移動しても、計測対象物１０に対応するピークを第２選択ピークに含めることが可能となる。なお、本実施形態に係る積算フィルタ（ウィンドウ）において、Ｋが１となる範囲外の値を０としているがこれに限定されず、例えば０．１などの数値を与えても良い。

このように、選択部２２０は、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）ごとの第１選択ピークとしてピーク値の大きい方から所定数選択し、前フレームｆ（ｍ－１）における隣接距離値ＮＤｉｓｔ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）の情報を用いて、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）ごとの第２選択ピーク値を更に選択する。すなわち、選択部２２０は、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）ごとに対応するレーザ光Ｌ１（ｎ）（ｎ＝ＨＮ×（ｙ－１）＋ｘ）の照射方向から所定の範囲内の方向に照射した前フレームｆ（ｍ－１）のレーザ光Ｌ１（ｎ）（ｎ＝ＨＮ×（Ｙ－１）＋Ｘ、ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に基づく隣接距離値ＮＤｉｓｔ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を取得し、時系列な輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）ごとに隣接距離値ＮＤｉｓｔ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）に対応する範囲の第２ピーク値を選択する。

また、選択部２２０は、輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）のＳ／Ｎ比が所定値を超える場合には、第２選択ピークを選択しないように構成する。Ｓ／Ｎ比が良い場合には、フレーム間積算による効果は少なくなる。このため、Ｓ／Ｎ比が良い場合には、第２選択ピークを選択しないことにより、フレーム間積算によるピークの選択精度の低下を抑制できる。

このように、所定の選択ピークとして第１選択ピークに第２選択ピークを加えることが可能となる。例えば、ノイズなどが混在した際に、第１選択ピークしか選択していない場合には、計測対象物１０に対応する第４ピークなどが選択されない場合がある。これに対して、隣接距離値ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に対応する第２選択ピークを選択することにより、第４ピークなどが第１選択ピークに含まれない場合にも、計測対象物１０からの反射光に基づくピークを第２選択ピークに含めることが可能となる。

本実施形態では、前フレームの時系列の輝度信号（ＡＤＣ結果あるいはその積算結果）を保持せず、その結果を直接積算しない。そして、その検出結果のみを記憶部２１に保持する。このため、前フレームの古い結果による、誤測距や測距誤差の増大の可能性を少なくできる。例えば、現フレームのピークが存在しない図１０の５ｍに該当する積算フィルタ（ウィンドウ）は測距結果に影響せず、誤測距の原因とはならない。また、前フレームの時系列の輝度信号を保持する必要がないため、それを保持した場合と比べて記憶部２１の記憶容量を２パーセント未満に抑えることが可能となる。例えば、水平４５０画素と垂直１９２画素のフレームに対して、従来の積算方法ＳＡＴに対して、～１．７３ＭＢの追加で実装可能である。前フレームのＡＤＣ結果のデータ量９５ＭＢと比べて１．８％に収まっている。

ここで、信頼度生成部２２２の詳細な処理例を説明する。信頼度生成部２２２は、使用する情報に応じて信頼度の演算方法を変更する。

（１）式で示す、１番目の信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）では、記憶部２１に現フレームｆ（ｍ）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）及び対応する輝度値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）と、前フレームｆ（ｍ－１）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）及び対応する距離値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）と、現フレームｆ（ｍ）の環境光の情報Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）、及び前フレームｆ（ｍ－１）の環境光の情報Ｅ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）、を記憶している。

ここで、ｐは、選択部２２０により選択されたピークの番号であり、ピークの大きさの順番に対応している。例えばｐ＝１は第１ピークを示し、ｐ＝２は第２ピークを示す。ＰＮは、選択部２２０により選択されたピークの数であり、隣接領域Ａｄ（図９）内で得られた隣接距離により選択された数に基づいている。ａは１である。すなわち、ピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）は距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と同一の値である。なお、本実施形態に係る前フレームｆ（ｍ－１）の距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）を使用しているがこれに限定されず、距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）は、輝度値Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）におけるピークの連結数や輝度値を考慮して選択してもよい。

（１）式で示す１番目の信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、例えば（２）式で示す第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と、（３）式で示す第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）の加算値の平方根である。

第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）は、現フレームｆ（ｍ）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を用いた信頼度である。ここで、ｎｄ１とｎｄ２は、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域の範囲を示す定数である。例えばｎｄ１＝３、ｎｄ２＝３である。

（４－１）式で示す関数Ｑ１１（Ｄ１－Ｄ２）は、距離値Ｄ１と距離値Ｄ２との距離がＫ以内であれば１を示し、Ｋより大きければ０を示す。例えばＫは２メートルである。別の例では、Ｋ＝ｍａｘ（ｃｏｎｓｔ１×ｓｑｒｔ（Ｄ１）、ｃｏｎｓｔ２）としてもよい。これにより、（２）式で示す第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離Ｋ内の距離値を有する隣接領域内のピークａの輝度値の二乗和を示している。

（２）式で示す関数Ｑ２１（Ｌ）は、Ｌが環境光の情報に基づく閾値ＴＨ以下であれば０を出力し、ＴＨより大きければＬを出力する。関数Ｑ２１（Ｌ）により、Ｓ／Ｎが所定値よりも大きなピークを除くことが可能となる。

環境光Ｅ（ｍ，ｘ，ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）の情報は、現フレームｆ（ｍ）及び前フレームｆ（ｍ－１）の座標（ｘ、ｙ）ごとに記憶部２１に記憶してもよい。この場合、（２）式では、座標（ｘ、ｙ）ごとに環境光Ｅ（ｍ，ｘ，ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）に基づく閾値ＴＨ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を用いる。同様に、（３）式では環境光Ｅ（ｍ－１，ｘ，ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）に基づく閾値ＴＨ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を用いる。

これらから分かるように、ピークｐに対して隣接領域内に同等の距離値を有するピークａがより多く存在し、そのピークの輝度値が大きくなるに従い第１信頼度Ｒ１１はより大きくなる。計測対象物１０に対応するピークｐは、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａが発生するため、第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）はより大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、ノイズに対応するピークｐの第１信頼度Ｒ１１は、測対象物１０に対応するピークｐの第１信頼度Ｒ１１よりも小さくなる。

第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ｐ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）は、現フレームｆ（ｍ）におけるピークＰの前フレームｆ（ｍ－１）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を用いた信頼度である。（３）式に示すように、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離Ｋ内の距離値を有する隣接領域内のピークａの輝度値の二乗和を示している。また、ａ＝１とすることにより、記憶部２１の記憶量を抑制可能である。

Ｑ’１１は、積算フィルタ（ウィンドウ）を規定する判別関数であり、このウィンドウは前フレームの距離Ｄ_２とその変化ΔＤ_２により決まる。ここで、ΔＤ_２は、前フレームと前々フレームの距離差であり、対象の動きを意味する。このウィンドウは、速度が小さければ、それだけ狭くなり、環境光ノイズの影響が低減される。

（２）、（３）、（６）、（７）、（９）、（１０）式では（４－１）式で示すＱ１１の代わりに（４（４－２）式で示すＱ’１１を用いてもよい。ここで、Ｑ’１１は探索ウィンドウを規定する判別関数であり、探索ウィンドウは前フレームの距離Ｄ２とその変化ΔＤ２により決まる。ここで、ΔＤ２は、前フレームと前々フレームの距離差であり、対象の動きを意味する。また、ｋ_ｐ（Ｄ１）は、例えばＤ１の単調増加関数である。この探索ウィンドウは、速度が小さければ、それだけ狭くなり、環境光ノイズの影響が低減される。

これらから分かるように、前フレームｆ（ｍ－１）の隣接領域内に同等の距離値を有するピークａが多く存在し、そのピークａの輝度値が大きくなるに従い第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は大きくなる。計測対象物１０に対応するピークｐは、前フレームｆ（ｍ－１）においても同等の距離を有するので、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａがより多く発生する。このため、計測対象物１０に対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２は、より大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａはノイズの発生確率に従い少なくなる。このため、ノイズに対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２は、計測対象物１０に対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２よりも一般に小さくなる。

このように、計測対象物１０に対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、前フレームｆ（ｍ－１）及び現フレームｆ（ｍ）における隣接領域内に同等の距離値を有するピークａがより多く存在し、そのピークａの輝度値が大きくなるに従い信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）はより大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａは少なくなる。このため、ノイズに対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、計測対象物１０に対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）よりも一般に小さくなる。

（５）式で示す２番目の信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）は、環境光の情報を使用しないことで、１番目の信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と相違する。すなわち、環境光を閾値とせず、環境光分を、輝度から削除した値を使うことにより、信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は環境光を考慮しつつ、環境光情報を保持する必要がなくなる。以下では（１）式と相違する点を説明する。２番目の信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、例えば（６）式で示す第１信頼度Ｒ２１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と、（７）式で示す第２信頼度Ｒ２２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）の加算値の平方根である。（６）式では関数Ｑ２を用いていない点で（２）式と相違し、（７）式では関数Ｑ２を用いていない点で（３）式と相違する。すなわち、２番目の信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）では、環境光の情報を用いずに信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）を演算する。このため、環境光の情報を記憶部２１に記憶する必要が無く、記憶容量を低減可能となる。

（８）式で示す３番目の信頼度Ｒ３（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）は、前フレームｆ（ｍ－１）のピークａの輝度値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を使用しないことで、２番目の信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と相違する。以下では（５）式と相違する点を説明する。３番目の信頼度Ｒ３（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、例えば（６）式で示す第１信頼度Ｒ２１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）の平方根と、（９）式及び（１０）式で示す連結数Ｎ１、Ｎ２に基づく数値の平方根との乗算により演算される。

（９）式で示すＮ１は、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離Ｋ内の距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）を有する隣接範囲内の前フレームｆ（ｍ－１）におけるピークの数を示している。（１０）式で示すＮ２は、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離Ｋ内の距離値Ｄ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）を有する隣接範囲内の現フレームｆ（ｍ）におけるピークの数を示している。これらから分かるように、ピークｐに対して隣接範囲内に同等の距離値を有するピークが多く存在し、そのピークの輝度値が大きくなるに従い第２信頼度Ｒ２１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は大きくなる。この際に、Ｎ１の数が大きくなるに従い信頼度Ｒ３（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）はより大きくなる。

以上が本実施形態に係る構成の説明であるが、以下に本実施形態に係る距離計測システム２の動作例を詳細に説明する。

図１１は、本実施形態による距離計測システム２の処理動作を説明するフローチャートであり、図１１に基づき、距離計測システム２の距離計測装置５における全体の処理動作を説明する。ここでは、前フレームｆ（ｍ－１）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）及び対応する輝度値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）と、環境光の情報が既に記憶部２１に記憶され、現フレームｆ（ｍ）の計測を行う場合について説明する。

まず、出射部１００内の制御部１６は、ｎに０を設定し、第２駆動回路１６ａを制御してミラー１５の位置を照射方向Ｏ（ｎ）に向けて変更する（ステップＳ１００、Ｓ１０２）。

次に、制御部１６は、発振器１１ａ及び第１駆動回路１１ｂを制御してレーザ光Ｌ１（ｎ）を発光させる（ステップＳ１０４）。

次に、受光光学系の光軸Ｏ２に沿って進行する反射光Ｌ２（ｎ）は、ミラー１５、第２光学素子１４、及びレンズ１８ａを介してセンサ１８に受光され、電気信号に変換される（ステップＳ１０６）。

次に、信号生成部２０は、反射光Ｌ２（ｎ）に対応する電気信号のサンプリングを行い、制御部１６は、照射方向Ｏ（ｎ）を座標（ｘ、ｙ）に対応させた時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）を記憶部２１に記憶させる（ステップＳ１０８）。

次に、選択部２２は、座標座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ（図９）内で得られた前フレームｆ（ｍ－１）の隣接距離を記憶部２１から取得し、隣接距離に基づく積算フィルタ（ウィンドウ）を生成する（ステップＳ１１０）。続けて、選択部２２は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の第１選択ピークとしてピーク値の大きい順に所定数選択し、隣接距離に基づく積算フィルタ（ウィンドウ）を用いて、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の所定の第２選択ピークを更に選択する（ステップＳ１１２）。選択部２２は、ピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）、対応する輝度値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）、及び環境光の情報Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）を記憶部２１に記憶する。

次に、制御部１６は、ｎがＮ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１１４）、ｎがＮ以下である場合（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、ｎに１を追加し（ステップＳ１１６）、ステップＳ１０２からの処理を繰り返す。

一方で、ｎがＮより大きくなった場合（ステップＳ１１４のＮＯ）、信号処理部２２は、ｎに０を設定し、記憶部２１に記憶されるｎに対応する座標（ｘ、ｙ）の隣接領域の範囲における距離値Ｄ（ａ、ｍ、Ｘ、Ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、ｘ－ｎｄ１≦Ｘ＜ｘ＋ｎｄ１、ｙ＋ｎｄ２≦Ｙ＜ｙ＋ｎｄ２）、輝度値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ、Ｘ、Ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、ｘ－ｎｄ１≦Ｘ＜ｘ＋ｎｄ１、ｙ＋ｎｄ２≦Ｙ＜ｙ＋ｎｄ２）、及び環境情報Ｅ（ｍ、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ１≦Ｘ＜ｘ＋ｎｄ１、ｙ＋ｎｄ２≦Ｙ＜ｙ＋ｎｄ２）と、距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ａ＝１、ｘ－ｎｄ１≦Ｘ＜ｘ＋ｎｄ１、ｙ＋ｎｄ２≦Ｙ＜ｙ＋ｎｄ２）、輝度値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ａ＝１、ｘ－ｎｄ１≦Ｘ＜ｘ＋ｎｄ１、ｙ＋ｎｄ２≦Ｙ＜ｙ＋ｎｄ２）、及び環境情報Ｅ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ１≦Ｘ＜ｘ＋ｎｄ１、ｙ＋ｎｄ２≦Ｙ＜ｙ＋ｎｄ２）とを取得し、（１）式で示す信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ）を演算する（ステップＳ１２０）。

次に、計測処理部２２４は、座標（ｘ、ｙ）に対応する信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ）の内で最大値を示すピークｐｍａｘに対応する距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）及び対応する輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ１２２）。

次に、信号処理部２２は、ｎがＮ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１２４）、ｎがＮ以下の場合（ステップＳ１２４のＹＥＳ）、ｎに１を追加し（ステップＳ１２６）、（ステップＳ１２０）からの処理を繰り返す。

一方で、ｎがＮより大きくなった場合（ステップＳ１２４のＮＯ）、全体処理を終了する。

図１２は、図１３のシミュレーションに用いた輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）と環境光Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）の関係を示す図である。このシミュレーションでは、輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）と環境光Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）を一定値としている。一方で、測定距離が増加するに従い輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の信号値を低下させている。

図１３は、本実施形態に係る距離計測装置５のシミュレーション結果例を示す図である。横軸は、測定に用いたピーク数を示し、縦軸は測定距離を示している。各曲線は正解率に対する測定距離を示している。図１３に示すように、第１選択ピークの数が１から５に増加するに従い正解率を維持した状態で測定距離がより大きくなる。また、ピーク６からは第１選択ピークの数５に第２選択ピークが追加されている。これから分かるように、第２選択ピークを追加する場合に、正解率を維持した状態で測定距離がより大きくなる。このように、第２選択ピークを追加することにより、測定距離に対する正解率がより増加する。すなわち、前フレームのデータを使わないと、候補数を増やしても結果は改善せず、むしろ、少し悪化する傾向を示す。これは、例えば９９％デノイズを実現するために、より信頼度の閾値を厳しくしなければならなくなるためである。一方、上述のように、前フレームのデータを使うと、測定距離に対する正解率がより増加する。

以上のように本実施形態に係る本実施形態に係る距離計測装置５によれば、選択部２２０が、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の第１選択ピークとしてピーク値の大きい方から所定数選択し、前フレームｆ（ｍ－１）における距離値の情報を用いて、輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の第２選択ピークを更に選択することとした。これにより、計測対象物１０からの反射光によるピークが第１選択ピークに含まれない場合にも、計測対象物１０からの反射光によるピークを第２選択ピークに含めることが可能となる。このため、ノイズが支配的な場合にも、第１選択ピークと第２選択ピークとに対する信頼度を演算することで、計測対象物１０からの反射光によるピークを選択でき、計測対象物１０までの距離測定が可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

５：距離計測装置、１０：計測対象物、２０：信号生成部、２１：記憶部、２２：信号処理部（信号処理装置）、１００：出射部、２００：光学系、２２０：選択部、２２２：信頼度生成部、２２４：計測処理部。

Claims (17)

1. フレームごとに複数回照射されたレーザ光の反射光に基づき取得された前記フレームごとの各時系列輝度信号に処理を行う距離計測装置であって、
   前フレームの前記時系列輝度信号に基づいて得られた距離値の情報を記憶する記憶部と、
   現フレームにおける前記時系列輝度信号に基づいて所定数の第１選択ピークを選択し、さらに前記前フレームの距離値の情報および前記現フレームの前記時系列輝度信号に基づいて第２選択ピークを選択する選択部と、
   を備え、
   前記選択部は、前記前フレームには基づかずに前記第１選択ピークを選択する、距離計測装置。
2. 前記選択部は、前フレームの前記時系列輝度信号に基づき得られた距離値の情報を用いて、前記現フレームにおける前記時系列輝度信号ごとの前記第１選択ピーク、及び前記第２選択ピークを所定のピークとし、前記所定のピークを距離値の候補として選択し、
   前記時系列輝度信号ごとに選択された前記所定のピークに対応する信頼度を生成する信頼度生成部と、
   前記所定のピークに対応する信頼度に基づき、前記現フレームにおける前記時系列輝度信号ごとに対応する距離値を生成する計測処理部と、
   を更に備える、請求項１に記載の距離計測装置。
3. 前記選択部は、前記現フレームの前記時系列輝度信号ごとにピーク値の大きい順に所定数のピークを前記第１選択ピークとして選択し、さらに前記距離値に基づくピークを前記第２選択ピークとして選択する、請求項1に記載の距離計測装置。
4. 前記選択部は、前記時系列輝度信号ごとに、対応する前記レーザ光の照射方向から所定の範囲内の方向に照射された前記前フレームの前記レーザ光に基づく隣接距離値を取得し、前記時系列輝度信号ごとに前記隣接距離値に対応する範囲の前記第２選択ピークを選択する、請求項1に記載の距離計測装置。
5. 前記信頼度は、前記時系列輝度信号ごとに、対応する前記レーザ光の照射方向から所定の範囲内の方向に照射された前記前フレームの前記レーザ光に基づく隣接距離値を取得し、
   前記時系列輝度信号ごとに前記所定のピークに対応する距離範囲に含まれる前記隣接距離値に基づき生成される、請求項２に記載の距離計測装置。
6. 前記信頼度は、前記距離範囲に含まれる前記隣接距離値に対応するピークの前記時系列輝度信号の値に基づき生成される、請求項５に記載の距離計測装置。
7. 前記信頼度は、前記時系列輝度信号ごとに、対応する前記レーザ光の照射方向から所定の範囲内の方向に照射された前記現フレームの前記レーザ光に基づく時系列輝度信号ごとの前記所定のピークに対応する第２距離値を取得し、
   前記時系列輝度信号ごとに前記所定のピークに対応する距離範囲に含まれる前記第２距離値に基づき生成される、請求項６に記載の距離計測装置。
8. 前記信頼度は、前記距離範囲に含まれる前記第２距離値に対応するピークの前記時系列輝度信号の値に基づき生成される、請求項７に記載の距離計測装置。
9. 前記第２距離値に対応する前記時系列輝度信号の値が環境光に基づく閾値以内である場合に、前記第２距離値に対応する前記時系列輝度信号を前記信頼度の生成に用いる、請求項８に記載の距離計測装置。
10. 前記計測処理部は、前記時系列輝度信号ごとに、前記時系列輝度信号のピークの内から前記信頼度の値が最も高いピークに対応する距離値を生成する、請求項２に記載の距離計測装置。
11. 前記選択部は、前記現フレームの前記時系列輝度信号のＳ／Ｎ比が所定値以上である場合に、前記前フレームの前記時系列輝度信号については前記前フレームの距離値の情報に基づき得られた距離値の情報を用いずにピークを選択する、請求項２に記載の距離計測装置。
12. 光学系を介してフレームごとに複数の所定方向にレーザ光を順に照射する出射部と、
    前記フレームごとに複数回照射されたレーザ光の反射光に基づき取得された前記フレームごとの各時系列輝度信号を生成する信号生成部を、
    更に備える、請求項１に記載の距離計測装置。
13. フレームごとに複数の所定方向に順に照射されたレーザ光の反射光に基づき取得された前記フレームごとの各時系列輝度信号に処理を行う信号処理方法であって、
    前フレームの前記時系列輝度信号に基づいて得られた距離値の情報を記憶する記憶ステップと、
    現フレームにおける前記時系列輝度信号に基づいて所定数の第１選択ピークを選択し、さらに前記前フレームの距離値の情報および前記現フレームの前記時系列輝度信号に基づいて第２選択ピークを選択する選択ステップと、
    を備え、
    前記選択ステップは、前記前フレームには基づかずに前記第１選択ピークを選択する、距離計測方法。
14. フレームごとに複数の所定方向に順に照射されたレーザ光の反射光に基づき取得された前記フレームごとの各時系列輝度信号に処理を行う信号処理方法であって、
    前フレームの前記時系列輝度信号ごとに基づき得られた距離値の情報を用いて、現フレームにおける前記時系列輝度信号ごとの所定のピークを選択する選択ステップと、
    前記時系列輝度信号ごとに選択された前記所定のピークに対応する信頼度を生成する信頼度生成ステップと、
    前記所定のピークに対応する信頼度に基づき、前記現フレームにおける前記時系列輝度信号ごとに対応する距離値を生成する計測処理ステップと、
    を備える信号処理方法。
15. 前記時系列輝度信号は、所定方向に順に照射されたレーザ光の反射光に基づき取得された各時系列輝度信号を積算して生成された時系列輝度信号である、請求項１に記載の距離計測装置。
16. フレームごとに複数回照射されたレーザ光の反射光に基づき取得された前記フレームごとの各時系列輝度信号に処理を行う距離計測装置であって、
    前フレームの前記時系列輝度信号に基づいて得られた距離値の情報を記憶する記憶部と、
    信号処理部と、を備え、
    前記信号処理部は、
    前記前フレームには基づかずに、且つ現フレームにおける前記時系列輝度信号に基づいて所定数の第１選択ピークを選択し、さらに前記前フレームの距離値の情報および前記現フレームの前記時系列輝度信号に基づいて第２選択ピークを選択し、
    前記第１選択ピーク及び前記第２選択ピークから選択したピークに基づいて現フレームにおける距離値を生成する場合に、
    隣接領域内にあり、同等の距離を示す前記時系列輝度信号のピークが多く存在するほど前記距離値の生成に用いるピークとして選択しやすくする、距離計測装置。
17. フレームごとに複数回照射されたレーザ光の反射光に基づき取得された前記フレームごとの各時系列輝度信号に処理を行う距離計測装置であって、
    前フレームの前記時系列輝度信号に基づいて得られた距離値の情報を記憶する記憶部と、
    信号処理部と、を備え、
    前記信号処理部は、
    前記前フレームには基づかずに、且つ現フレームにおける前記時系列輝度信号に基づいて所定数の第１選択ピークを選択し、さらに前記前フレームの距離値の情報および前記現フレームの前記時系列輝度信号に基づいて第２選択ピークを選択し、
    前記第１選択ピーク及び前記第２選択ピークから選択したピークに基づいて現フレームにおける距離値を生成する場合に、
    隣接領域内にあり、前記前フレームの距離値と同等の距離を示す前記時系列輝度信号のピークが多く存在するほど前記距離値の生成に用いるピークとして選択しやすくする、距離計測装置。

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