JPH04169887A

JPH04169887A - レーザ視覚センサ装置

Info

Publication number: JPH04169887A
Application number: JP2297991A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kimura; 実木村; Osamu Yamada; 修山田; Hiroyuki Naito; 宏之内藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-01
Filing date: 1990-11-01
Publication date: 1992-06-17

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】産業上の利用分野本発明は、レーザ光を用いて対象物の距離画像を得るレ
ーザ視覚センサ装置に関するものである。

従来の技術近年、レーザ光を強度変調して２次元に走査を行い、対
象物からの反射レーザ光と基準信号の位相差から対象物
までの測距を行い、距離で表わした距離画像を用いて自
律ロボットや自動車のナビゲーションを行う研究が行わ
れている。この技術は、例えば、アイ　イーイーイー　
コンファレンス　ロボティク　アンド　オートメーショ
ン〔■Ｅ　Ｅ　Ｅ　　Ｉｎｔ、Ｃｏｎｆａｒｅｎｃｅ　
Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　（
Ｒ，Ｔ、Ｄｕｎｌａｙ：０ｂｓｔａｃｌｅ　Ａｖｏｉｄ
ａｎｃｅ　ＰｅｒｃｅｐｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＡｕｔｏｎｏｍｏｕＳＬａｎｄ　Ｖ
ｅｈｉｃｌｅ；ｐ９１２（１９８８））　）に記載され
ており、ここで使用されている視覚センサはレーザレン
ジファインダと呼ばれるレーザ視覚センサである。以下
、上記従来例のレーザ視覚センサについて図面を参照し
ながら説明する。

第３図は従来例におけるレーザ視覚センサを示す構成図
である。第３図において、レーザ発振器１から放出する
レーザ光２を変調手段３により強度変調する。図示例で
は、変調手段３が直接変調方式を用いた場合を示してお
り、この場合にはレーザ電源のスイッチングを行ってレ
ーザ光２の変調を行う。変調手段３として外部変調方式
を用いることもでき、この場合には、例えば、ＡＯＭや
ＥＯＭをレーザ光２の光路中に設置して変調を行う。

変調されてビームスプリッタ４を通過したレーザ光２を
２次元スキャナ５により対象物６に照射する。対象物６
から反射した反射レーザ光７を２次元スキャナ５、ビー
ムスプリッタ４を介して検出器８で電気信号９に変換す
る。信号処理回路１０は電気信号９と変調手段３からの
基準信号１１との位相比較を行い、対象物６までの距離
を算出する。画像処理装置１２は測定された距離データ
から３次元画像を得る。

前記した文献に記載されたレーザ視覚センサでは、２次
元のメカニカルスキャナ５を用いてレーザ光２の２次元
走査を行い、６４フイートまでの距離を３インチの分解
能で測距し、２５６画素×６４ラインの画像を毎秒２画
面形成している。このレーザ視覚センサ画像を、画像認
識部（Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ）　１３、判断部（Ｒｅａ
ｓｏｎｉｎｇ）　１４、知識ベース（Ｋｎｏｗｌｅｄｇ
ｅ）　１５により処理することにより、オペレータによ
り与えられた走行目標に向けて自動走行車が自律的にナ
ビゲーションを行っている。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記従来のレーザ視覚センサでは、その
視野範囲の中に人間が現れてもそのままレーザ光２を照
射し続けるため、人間の目に対して損傷を与える危険性
があった。可視光領域のレーザ光を利用したレーザ視覚
センサでは、その視野範囲に入った人間がレーザ光の存
在に気付いて目を閉じるか、センサの視野範囲外に退去
するなどの防御策を自然に採ることができる。しかし、
近赤外線の発振波長のレーザ光を使用したレーザ視覚セ
ンサにおいては、視野範囲内に立っている人間にはレー
ザ光を感じることがないため、レーザ光を連続被爆する
ことになり、網膜の焼損、水晶体の白濁等の危険性があ
る。

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するもの
であり、対象物が人間である場合にはレーザ光の照射を
停止することができ、したがって、人間の視覚に対する
損傷を防止することができ、また、レーザ光の照射を停
止している間においては視覚情報を得ることができ、ロ
ボット等の制御に支障を来たすのを防止することができ
るようにしたレーザ視覚センサ装置を提供することを目
的とするものである。

課題を解決するための手段前記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
レーザ光を放出する手段と、放出されたレーザ光を強度
変調する手段と、強度変調されたレーザ光を対象物に対
して２次元に走査しながら照射する手段と、前記対象物
から反射したレーザ光を検出し、基準信号との位相差か
ら前記対象物までの測距を行う処理手段と、この測距デ
ータから画像を得る画像処理手段と、前記対象物である
人間の視覚情報を得るパッシブな視覚センサと、前記画
像処理手段で得た検出画像から人間を含む対象物を認識
すると共に、前記視覚センサで得た視覚情報を認識する
画像認識手段と、この画像認識手段において前記画像処
理手段で得た画像から前記対象物が人間であると認識す
ると、前期レーザ光の照射を停止し、前記視覚センサで
得た視覚情報から前記人間と認識された対象物が視野範
囲から外れると前記レーザ光の照射を再開させる判断手
段とを備えたものである。

そして、前記画像認識手段において人間の網膜からの反
射信号をもとに対象物が人間であることを認識するよう
にするのが好ましい。

作用本発明は、上記構成により、強度変調したレーザ光を対
象物に対して２次元走査しながら照射し、対象物から反
射したレーザ光を検出し、基準信号との位相差から対象
物までの距離を測定し、このデータから画像を得る。こ
の画像から対象物が人間であると認識すると、レーザ光
の照射を停止する。レーザ照射による視覚情報を得るこ
とができない間、パッシブの視覚センサの映像を得る。

そして、その後、対象物の人間がセンサの視野範囲外に
去ったことを認識すると、レーザ光の照射を再開し、距
離情報を得ることができる。

また、前記のように、画像中の人間を、人間の網膜から
の反射光をもとに認識することにより、この反射光が特
に明るく、良好に認識することができる。

実施例以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例におけるレーザ視覚センサ装
置を示す構成図であ、る。

本実施例において、前述した従来例と同じ構成要素につ
いては同一の番号を付して説明する。

第１図において、レーザ発振器１から放出するレーザ光
２を変調手段３により強度変調を行う。

変調されてビームスプリッタ４を通過したレーザ光２を
２次元スキャナ５により対象物６に照射する。２次元ス
キャナ５の後方にはフィルタ１６が設置され、このフィ
ルタ１６はレーザ光２だけを透過し、視野内から入って
くる可視光を反射することができるようになっている。

フィルタ１６で反射した可視光はパッシブな視覚センサ
であるＴＶ左カメラ７に入射するようになっている。こ
のとき、レーザ光２の走査範囲とＴＶ左カメラ７の画角
は一致され、２つの視覚センサの画像の対応付けがなさ
れている。そして、対象物６から反射した反射レーザ光
７をフィルタ１６．２次元スキャナ５、ビームスプリッ
タ４を介して検出器８で電気信号９に変換する。信号処
理回路１０では電気信号９と変調手段３からの基準信号
１１との位相比較を行い、対象物６までの距離を算出す
る。画像処理装置１２では測定された距離データから３
次元画像を得る。このレーザ視覚センサ画像を画像認識
部１３で処理し、知識ベース１５のデータを用い、視野
範囲内に人間が入っているか否かを調べる。本発明にお
いては、特に、人間の視覚に対する障害を防止するのが
目的の一つであるため、このアクティブな視覚センサに
対して正面を向いた人間に対して速やかに対処する必要
がある。人間は形態の特徴、動きの特徴から比較的認識
し２やすい物体である。しかも、正面を向いて目を開け
た人間は、目からの強い反射光がセンサ装置に返ってく
るため、この反射信号を用いれば人間の認識を非常に容
易に行うことができ、認識時間を短縮し、認識率も向上
させることができる。

人間の目によるレーザ光の反射状態説明用の断面図を第
２図に示す。近赤外線であるレーザ光２は水晶体３１で
集光され、網膜３２に結像する。

網膜３２上で反射したレーザ光７は、水晶体３１で平行
光にコリメートされ、非常に効率良く入射光と同じ径路
を戻る。したがって、レーザ視覚センサで人間を見た場
合に目が特に明るく良く見えることになる。このことは
、通常のカメラで夜間、ストロボ撮影を行ったときに、
俗に赤目現象と呼ばれる網膜反射でも見ることができる
。網膜では長波長の光の方が反射率は高いことが推測さ
れる。

本実施例では、レーザ発振器１は発振波長８３０ｎｍ、
出力４０ｍＷの半導体レーザを使用し、２次元スキャナ
５は回転多面鏡とメカニカルスキャナを組合わせ、３０
ｍまでの距離を１０ｃＬ１１の分解能で計測し、１２８
Ｘ１２８の画素の画像を毎秒７画面形成している。レー
ザ光２を走査しているため、目に対する入射は３ＩＬＳ
（百万分の３秒）という非常に短い時間で、毎秒７回ず
っレーザ光に被爆することになるが、２秒以内で人間を
認識することが可能である。

画像認識部１３で人間の存在を認識すると、直ちに判断
部１４から変調手段３に制御信号１８を送り、レーザ発
振器１からのレーザ光２の発振を停止する。そして、そ
の後の視覚情報については前述のアクティブなレーザ視
覚センサと同軸に設置されたパッシブな視覚センサであ
るＴＶ左カメラ７の映像を用いて取得するように切替え
る。ＴＶカメラ１７の映像は、画像認識部１３で処理さ
れ、知識ベース１５のデータを用い、人間が視野範囲外
に退去するまで監視を行う。画像認識部１３で人間が視
野範囲外に去ったことを認識すると、判断部１４から変
調手段３に制御信号１８を送り、レーザ光２の発振によ
る測定を再開する。

上記実施例によれば、アクティブなレーザ視覚センサと
パッシブなＴＶカメラ１７とを組合わせて使用している
ので、レーザ視覚センサでは見えにくい高反射率物体の
視覚化ができ、ＴＶ画像では距離情報がないとは言って
も画像理解、認識のために非常に有効である。

なお、上記実施例では、レーザ光２の発振を停止する手
段として、変調手段３を用いているが、シャッタのよう
な機械的にレーザ光を遮断する方式を採用しても同様の
効果を得ることができる。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、強度変調したレーザ
光を対象物に対して２次元走査しながら照射し、対象物
から反射したレーザ光を検出し、基準信号との位相差か
ら対象物までの距離を測定し、このデータから画像を得
る。この画像から対象物が人間であると認識すると、レ
ーザ光の照射を停止するようになっている。したがって
、視野範囲内に入った人間の視覚に対する損傷を防止し
、または最小限に抑制することができる。また、レーザ
照射による距離画像を取得することができない間、パッ
シブの視覚センサの映像を得ることができ、視野範囲内
から人間が退去したことを認識すると、レーザ光の照射
を再開することができる。

したがって、ロボット等のナビゲーションに視覚情報の
欠落を生じさせず、制御に支障を来たすのを防止するこ
とができる。また、レーザ視覚センサに加えてパッシブ
の視覚センサを設置しているので、レーザ視覚センサで
計測できない高反射率物体等の映像を得ることができ、
画像理解、認識を助け、認識率の向上を図ることも可能
となる。

また、視野範囲内の対象物が人間であるか否かの認識を
目の網膜からの反射信号をもとに行うことにより、良好
に認識することができ、したがって、認識時間の短縮、
認識率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるレーザ視覚センサ装
置を示す構成図、第２図は人間の目によるレーザ光の反
射状態説明用の断面図、第３図は従来例におけるレーザ
視覚センサを示す構成図である。１・・・レーザ発振器、２・・・レーザ光、３・・・変
調手段、４・・・ビームスプリッタ、５・・・２次元ス
キャナ、６・・・対象物、７・・・反射レーザ光、８・
・・検出器、９・・・電気信号、１０・・・信号処理回
路、１１・・・基準信号、１２・・・画像処理装置、１
３・・・画像認識部、１４・・・判断部、１５・・・知
識ベース、１６・・・フィルタ、１７・・・ＴＶカメラ
、３１・・・水晶体、３２・・・網膜。代理人の氏名　弁理士　小蝦治　明　ほか２名第１図制砲第２図第３図対象物制徊

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光を放出する手段と、放出されたレーザ光
を強度変調する手段と、強度変調されたレーザ光を対象
物に対して２次元に走査しながら照射する手段と、前記
対象物から反射したレーザ光を検出し、基準信号との位
相差から前記対象物までの測距を行う処理手段と、この
測距データから画像を得る画像処理手段と、前記対象物
である人間の視覚情報を得るパッシブな視覚センサと、
前記画像処理手段で得た検出画像から人間を含む対象物
を認識すると共に、前記視覚センサで得た視覚情報を認
識する画像認識手段と、この画像認識手段において前記
画像処理手段で得た画像から前記対象物が人間であると
認識すると、前記レーザ光の照射を停止し、前記視覚セ
ンサで得た視覚情報から前記人間と認識された対象物が
視野範囲から外れると前記レーザ光の照射を再開させる
判断手段とを備えたレーザ視覚センサ装置。
（２）画像認識手段において人間の網膜からの反射信号
をもとに対象物が人間であることを認識する請求項１記
載のレーザ視覚センサ装置。