JPH03152468A - 空間フィルタによる距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、空間フィルタを用いた距離測定装置に関し、
測定精度を向上させるよう改良したものである。

８０発明の概要 空間フィルタを用いた距離測定装置において、走行路面
からの反射光を検出する光検出素子或いはその光学系に
塵や傷等が存在すると、正弦波信号、余弦波信号に直流
成分が重畳してしまうため、走行にともなって位相空間
内でベクトルが原点から離れて回転することになるが、
本発明では、ハイパスフィルタにより、直流成分を除去
するので位相空間内でベクトルが原点を離れて回転する
ことがなく、測定誤差を減少させることが出来る。

Ｃ０従来の技術 従来、無人搬送車等の自動走行に当たって走行路上に電
磁誘導線や光学式反射テープを敷設して走行ガイドを形
成する方式や、車軸。

計測輪にエンコーダやタコジェネレータを取り付けて、
車輪の回転に応じたパルス又はアナログ電圧から無人車
の速度、移動距離を計測する方式がある。

しかしながら、これらの方式は路面に反射テープ等を敷
設する工事を必要なため走行路を変更する毎にその工事
を行わなければならず煩雑であり、また路面の凹凸、外
力によるスリップや車輪の磨耗により精度良い計測が出
来なかった。

このため、外部からの誘導が不要で、かつ非接触で移動
距離を計測する方法として、空間フィルタを利用した距
離測定方法が開発されている。

この空間フィルタによる距離測定方法は第７図に示す装
置構成により行われる。即ち、同図に示すように、路面
１からの反射光は光学系２を介してラインセンサ（ＣＣ
Ｄ）３により検出され、所定の周期でサンプリングされ
て電気信号に変換される。光学系２．ラインセンサ３は
図示しない車体の底面に取り付けられている。ラインセ
ンサ３は光学変換素子を進行方向に沿って一時元的に配
列したものであり、明暗に応じた信号が順次出力される
。

ラインセンサ３からの出力信号Ｐは読出回路４を通過し
、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号のＣＣＤデータに変換
された後、空間フィルタ演算部５に入力される。空間フ
ィルタ演算部５はこの出力信号を所定範囲内で積分する
ことにより、光学的にランダムな周波数から構成される
反射光から任意の周波数成分を抽出し、その時空列的な
変化から、第８図に示す位相空間において移動距離に対
応するベクトルを求めるものである。即ち、第９図に示
すフローチャートに示すように先ず、ｎ画素からなるラ
インセンサ３からのＣＣＤデータＤ　＋　（ｉ＝１．２
．−−−ｎ）はｓｉｎ荷重関数Ｓ　、（ｉ＝１゜２、・
・・ｎ）と共に読み込まれて、添字の等しいものの積が
順次ｎ回加えられることにより積和演算が行われ、積和
値Ｓ、が求められる。

ここで、ｓｉｎ荷重関数Ｓｌとは第１Ｏ図に示すように
、サイン関数とハニング関数との積のことである。この
サイン関数はラインセンサの長さしの中にｎ個の波数を
有するもので、以下その波長ｐ（＝Ｌ／ｎ）をフィルタ
ピッチとよぶ。

次に、ｃｏｓ荷重関数ＣＩ（ｉ＝１．２．・・・ｎ）が
読み込まれると、ＣＣＤデータＤ　ｒ　（ｉ＝１．２．
・・・ｎ）との間で、添字の等しいものの積が順次ｎ回
加えられることにより積和演算が行われ、積和値Ｓ、が
求められる。ここで、ＣＯＳ荷重関数０１とは第１０図
にに示すように、コサイン関数とハニング関数との積の
ことである。

更に、積和値Ｓ、、Ｓｂはサンプリング毎に求められる
ので、前回のサンプリングの積和値をＳ　ａ　ｌ　＋　
　Ｓ　ｂ　ｌとし、今回のサンプリングの積和値をＳ。

、Ｓ、２とすることにする。このようにすると、積和値
Ｓａｔ・　Ｓ　ｂＩｓ　Ｓ　ａｔ・Ｓ　ｂｔを二次元の
座標とする位相空間内における各サンプリング時でのベ
クトルｔ＋、ｊｚは第８図のように示される。従って、
ｌサンプリング間における回転角Δφは位相差演算部７
で次式のように求められる。

Δφ＝ユ、。ｊａｎ　（Ｅ十計計■・・・（１）ここで
、移動距離Ｘ、と上記回転角Δφとは比例関係にあり、
その比例定数はフィルタピッチｐ（礼／ｎ）と２πとの
比となるので、移動距離Ｘ０と速度■とは次のように求
められる。

Ｘ。＝上・ΣΔφ・・・（２：Ｊ ２　π Ｄ９発明が解決しようとする課雇 上述した従来技術によれば空間フィルタ演算部５により
求められる積和値Ｓ、、Ｓ、が、第１１図に示すように
零を中心として振幅するならば、位相空間内でベクトル
ｔｌ、ｔ！は第８図にしめすように原点を中心として回
転するはずである。

しかし、実際にはラインセンサ３或いはその光学系２に
ゴミやチリが付着していたり、照明の光度分布が不均一
であるため、ラインセンサ３からの信号Ｐに第１２図に
示すように移動に伴って移動しない静止部分が存在し、
その周波数成分が空間フィルタで抽出する周波数成分と
一致すると、空間フィルタ演算部５により求められる積
和値Ｓ、、Ｓ、に第１３図（ｂ）に示すような直流成分
が重畳してしまう。この為、第１３．図（ｂ）に示すよ
うに位相空間内でベクトルが原点を外れて回転してしま
うこととなり、回転角Δφが移動距離Ｘ、に比例せず、
計算結果に誤差が生じていた。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
光学的な障害があっても精度良く、移動距離を求めるこ
との出来る空間フィルタによる距離測定装置を提供する
ことを目的とするものである。

８０課題を解決するための手段及び作用本発明では、空
間フィルタ演算部により抽出された二つの信号の直流成
分を除去するハイパスフィルタを設けたので、走行路面
からの反射光を検出する光検出素子或いはその光学系に
塵や傷等が存在して正弦波信号、余弦波信号に直流成分
が重畳しても、バイパスフィルタにより直流成分が除去
され、位相空間内でベクトルが原点を離れて回転するこ
とがなく、測定誤差を減少させることが出来る。

Ｆ、実施例 以下、本発明について、図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第１図に本発明の第１の実施例を示す。同図に示すよう
に本実施例はハイパスフィルタ８ａ、８ｂを追加したも
のであり、その他の構成は第７図に示す従来の構成と同
一である。

即ち、車体底面に設けられたラインセンサ３には、路面
ｌからの反射光が光学系２を介して入射する。ラインセ
ンサ３として設けられるＣＣＤは多数の光電変換素子を
進行方向に沿って一次元的に配列してなるものであり、
各光電変換素子から明暗に応じた信号Ｐが読出回路４に
より読み出され、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号のＣＣ
Ｄデータに変換された後、空間フィルタ演算部５に入力
される。空間フィルタ演算部５では、前述したように任
意の周波数成分を抽出して積和値Ｓ、Ｓ、を求める。こ
の積和値Ｓ、Ｓｂはハイパスフィルタ８ａ、８ｂを通過
した後、位相差演算部７に入力され、前述した（１）式
により回転各Δφが求められ、更に前述した（２）　（
３）式により移動距離Ｘ０．速度Ｖが求められることに
なる。

ここで、ハイパスフィルタ８ａ、８ｂは直流成分を除去
して、交流成分のみを通過させる機能を有するものであ
る。従って、第２図（ａ）に示すように、直流成分を含
むを積和値Ｓ。

Ｓｂをハイパスフィルタ８ａ、８ｂに通過させると、そ
の中から直流成分が除去され、零点を中心に振幅する交
流成分だけが残ることになる。従って、ハイパスフィル
タ８ａ、８ｂに通過させずに、それをそのまま位相空間
内でのベクトルとすると、第２図（ｂ）のように原点を
離れて回転することとなるが、ハイパスフィルタ８ａ、
８ｂに通過させたために、第３図に示すようにベクトル
は原点を中心として回転することになる。

このように、本実施例ではラインセンサ３或いはその光
学系２にゴミやチリが付着し、照明の光度不均一の為に
、空間フィルタ演算部５により求められる積和値Ｓ、Ｓ
、に直流成分が含まれるとしても、ハイパスフィルタ８
ａ、８ｂに通過させた為に、直流成分が除去され、回転
各Δφと移動距離Ｘ　ｏｓ速度Ｖとが精度良く比例する
事となり、測定誤差を減少させることが出来る。

次に、本発明の第２の実施例について第４図を参照して
説明する。

本実施例はハイパスフィルタ９ａ、９ｂの時定数Ｔを前
回のサンプリングで得られたΔφに基づいて随時変化さ
せるようにしたものである。即ち、ハイパスフィルタ８
ａ、８ｂのカットオフ周波数ｆ　、（１／５ｅｃ）を空
間フィルタ抽出周波数ｆ　（１／５ｅｃ）の１／１０と
する場合には、次の関係が成り立つ。

ｆ、＝１／１０・［・・・（４） ｆ＝ｖ／ｍｐ・・・（５） 但し、■は対象物の速度１ｍはこうがくけいの倍率、ｐ
はフィルタピッチである。

よって、時定数は時式で示される。

Ｔｌ／２　ｙｒ　ｆ　、　＝１０／２　ｙｒ　ｆ；１０
ｒｎｐ／２　ｙｒ　ｖ　−（６１また、速度Ｖは次式で
示され、これを（６）式に代入すると、次のようになる
。

ｖ＝（ｍｐ／２π）Δφ・・・（７） Ｔ＝ＩＯ／Δφ・・・（８） （８）式に示すように、回転角Δφと時定数Ｔとは比例
関係にあるから、回転角Δφに応じて随時時定数Ｔを変
更することが出来る。従って、このように時定数Ｔを可
変とすると、空間フィルタ抽出周波数が変化しても直流
成分を確実に除去することが出来る。

なお、その他の構成は前述した実施例と同様であり、同
様の効果を奏する。

第５図及び第６図は本発明の第３の実施例を示すもので
ある。本実施例は一定の回転角Δφ１．ｌ毎に移動距離
、速度を演算するようにしたものである。即ち、空間フ
ィルタ演算部５から出力されたＳ　、（ｔ）、　Ｓ　ｂ
（ｔ）がハイパスフィルタ１０ａ、１０ｂを通過すると
、Ｓ、□（ｔ）、　Ｓ　ｂＩｌ（ｔ）が計算され、その
結果と前回値Ｓ　、、Ｉ（ｔ−１）、　Ｓ　ｔ、ｕ（ｔ
−１）とからΔφが演算される。ここで、括弧の中はサ
ンプリングの回数を示すものである。もし、このΔφ絶
対値がある一定値Δφ１．１以下ならば、Δφ＝０とし
て速度、移動距離の演算は行わない。

そして、前回値Ｓ　、Ｌ（し−１）、　Ｓ　、Ｌ（む−
１）、Ｓ、。

（ｔ−Ｄ、　ｓ　ｂｅ（ｔ−Ｄは書き換えず、そのまま
保持する。これらの前回値を基準にして速度。

移動距離を演算して、Δφを求めたところ、一定値Δφ
ｒａｔを越えたならば、この値により速度、移動距離の
演算を行う。そして、このときのＳ　、Ｌ（Ｄ、　Ｓ　
ｂ＊（ｔ）、　Ｓ　ａｎ（ｔ）、　Ｓ　１ｓ（ｔ）を前
回値ｓ　、ｃ（ｔ−１）、　ｓ　ｂ、、（ｔ−ｔ）、　
ｓ　、５（ｔ−１）、　Ｓ　、、＋（ｔ−１）と書き換
え、今後これを基準にΔφを演算する。

このように、本実施例では一定の回転角Δφ１．．毎に
移動距離、速度を演算するから、距離のデイメンシコン
でのサンプリングということが出来る。ハイパスフィル
タの時定数ＴはΔφが一定であるため、可変とする必要
はない。

Ｇ１発明の効果 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
は空間フィルタ演算部により抽出された二つの信号の直
流成分を除去するハイパスフィルタを設けたので、走行
路面からの反射光を検出する光検出素子或いはその光学
系に塵や傷等が存在して正弦波信号、余弦波信号に直流
成分が重畳しても、バイパスフィルタにより直流成分が
除去され、位相空間内でベクトルが原点を離れて回転す
ることがな（、測定誤差を減少させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例にかかる空間フィルタ距
離測定装置の構成図、第２図（ａ）　（ｂ）はそれぞれ
空間フィルタ演算部出力波形とその位相空間内の変化を
グラフ、第３図（ａ）　（ｂ）はそれぞれハイパスフィ
ルタを通過した空間フィルタ演算部出力波形とその位相
空間内の変化をグラフ、第４図は本発明の第２の実施例
にかかる空間フィルタ距離測定装置の構成図、第５図は
本発明の第３の実施例にかかる空間フィルタ距離測定装
置の構成図、第６図（ａ）　（ｂ）は本発明の第３の実
施例にかかる移動距離、速度を演算する過程を示すフロ
ーチャート、第７図は従来技術にかかる空間フィルタ距
離測定装置の構成図、第８図は位相空間を示す説明図、
第９図は移動距離。 速度を演算する過程を示すフローチャート、第１Ｏ図は
空間フィルタ荷重関数を示すグラフ、第１１図は空間フ
ィルタ出力波形を示すグラフ、第１２図はラインセンサ
からの償号Ｐを示すグラフ、第１３図（ａ）　（ｂ）は
それぞれ直流成分が重畳した空間フィルタ演算部出力波
形とその位相空間内の変化をグラフである。 図面中、 ｌは路面、 ２は光学系、 ３はラインセンサ、 ４は読出回路、 ５は空間フィルタ演算部、 ６はＡ／Ｄ変換器、 ７は位相差演算部、 ８ａ、８．ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂはハイパス
フィルタである。 空間フィルタ出力波形とその位相空間内の変化ハイパス
フィルタを通過した空間フィルタ出力波形とその位相空
間内の変化 第３図（ａ）　　　　　第３ 図　（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車体に進行方向に沿って多数配設され走行路面で反射し
   た光を検出して電気信号に変換する光電変換素子と、該
   光電変換素子から所定周期でサンプリングして順に出力
   する読出回路と、該読出回路から順に出力される電気信
   号に正弦波、余弦波を掛け合わせて所定範囲内で積分す
   ることにより、任意の周波数成分を抽出する空間フィル
   タ演算部と、該空間フィルタ演算部により抽出された二
   つの信号を二次元の座標とするベクトルの位相平面上で
   の原点を中心とする回転角から前記車体の移動距離を演
   算する演算部とを有する空間フィルタによる距離測定装
   置において、前記空間フィルタ演算部により抽出された
   二つの信号の直流成分を除去するハイパスフィルタを設
   けたことを特徴とする空間フィルタによる距離測定装置
   。