JPH0626859A - 無人走行車の測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測距範囲を限定することなく、極めて広範囲
に測距でき、しかも一の測距装置で障害物等に対する車
体の角度をも検知しうる測距装置を提供する事。 【構成】 車体に首振り可能に取り付けられた赤外線カ
メラ２で、車体から発するスリット状の赤外線レーザ光
が壁面等に反射する反射光Ｒを画像データとして記憶
し、該画像データを２値化処理し、該２値化画像データ
に基づき前記赤外線レーザ光の赤外線撮像装置に対する
入射角を演算し、該入射角と、前記赤外線カメラの車体
に対する角度に基づき前記壁面Ｓと無人走行車１との水
平距離を演算し得る構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無人搬送車の測距装置
に関し、詳しくは障害物等の壁面に反射するスリット状
の赤外光を撮影し、これを画像処理することにより障害
物に対する距離や、無人走行車の姿勢角を求め得る装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の測距装置としては、本件出願人が
先に提案した、特開昭６０−８１６０９号公報に示すも
のがある。この測距装置は、投光部から赤外線レーザ光
を障害物等に向けて投射し、該赤外線レーザ光の反射光
をＰＳＤ等のポジションセンサからなる受光部にて検知
し、三角測量の原理により障害物等との距離を測定し得
るものである。

【０００３】又、かかる測距装置を用いて障害物、或い
は壁面に対する無人走行車の姿勢角を求めるには、前述
の測距装置を所定のピッチで２個配設し、各々の測距デ
ータの差を測距装置の配設ピッチで除し、逆正接とする
ことにより求めることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来技術にあっては、ＰＳＤやレンズの特性によって、
測距範囲がある一定の範囲に限定されてしまうという不
具合があり、例えば至近距離や遠距離では距離を測定す
ることができず、実用上きわめて問題がある。又、無人
走行車の車体の角度をも求めようとすれば、二つ以上の
測距装置を具えねばならないという問題がある。さらに
は、測定精度の向上が図れないという問題もあった。

【０００５】本発明は、上記実状に鑑み案出されたもの
で、その目的は測距範囲を限定することなく、極めて広
範囲に測距でき、しかも一の測距装置で障害物等に対す
る車体の角度をも検知しうる測距装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体の外方を
撮影可能に取り付けられた赤外線撮像装置と、該赤外線
撮像装置を水平軸回りに回動させ得るアクチュエータ
と、前記赤外線撮像装置の車体に対する角度を検出し得
る手段とを具えると共に、前記赤外線撮像装置の画角中
心軸と重複しない光軸でスリット状の赤外線レーザ光を
前記赤外線撮像装置の視野方向に投射し得る赤外線投光
装置を車体に設け、壁面等に反射する赤外線レーザ光を
前記赤外線撮像装置にて撮影された画像データを記憶し
得る画像記憶手段と、該画像データを２値化処理する手
段と、該２値化画像データに基づき前記赤外線レーザ光
の赤外線撮像装置に対する入射角を演算する手段と、該
入射角と、前記赤外線撮像装置の車体に対する角度に基
づき前記壁面等と無人走行車との水平距離を演算し得る
制御装置を備えてなる構成を基本としたものである。

【０００７】

【作用】本発明では、無人走行車上に角度調整可能に設
けた一の赤外線撮像装置により、障害物等の壁面（以
下、単に「壁面」という）に反射する水平かつスリット
状の赤外光を撮像し、これを２値化処理することにより
画像データ上における赤外光の直線を求めることができ
る。

【０００８】この際、前記画像データ上における赤外光
の直線が、画像エリアの、どの座標上に存在するかを調
べることにより、壁面と無人走行車の水平距離を求める
ことができる。

【０００９】又、赤外線撮像装置の画角中心軸と、赤外
光の中心軸とは重複しないため、無人走行車が壁面に対
して正面を向いた状態、即ち壁面から引いた法線に対す
る姿勢角が零の時のみ、画像データ上における赤外光の
直線は水平となる。従って、前記画像データ上における
前記赤外光の直線の傾きより、壁面に対する無人走行車
の姿勢角を演算することができる。

【００１０】

【実施例】本発明を具現化した一実施例について、以下
図１乃至図９に基づき説明する。１は、無人走行車であ
って、予め、走行経路となる地図データを後述するＲＯ
Ｍ内に記憶しており、図示しない走行距離測定装置にて
検出される走行距離に基づき現走行位置を算出し、前記
地図データと比較しながらながら所定の走行経路を自動
走行し得る周知のガイドレス方式の自律誘導車を例示す
る。

【００１１】前記無人走行車１の車体の一側面部には、
支持ブラケット４を介して赤外線カメラ２が水平軸回り
に回動可能に取り付けられている。又、前記赤外線カメ
ラ２の首振り角度を調節し得るアクチュエータとして本
例ではステッピングモータ５を採用したものを例示す
る。ステッピングモータ５によれば、別個にカメラ角度
を検出する手段を必要としないためである。

【００１２】尚、これ以外にも、電動シリンダ等のアク
チュエータを用いることもできる。かかる場合には、別
途ポテンショメータ等のカメラ角度検出器を設ければ良
い。さらに、赤外線カメラ２は一ヶ所のみならず、車体
の他の一側部にも設けるように構成しても良い。

【００１３】又、本例では赤外線のみを撮影し得る赤外
線カメラ２を用いているが、これ以外にも、通常の可視
光カメラに赤外光フィルタを装着して赤外線撮像装置と
して代用することもできる。又、赤外線カメラ２は、広
角レンズのものを用いても良いし、通常のレンズのもで
も良いが、広角レンズを用いた場合には、歪量を考慮す
る必要がある。

【００１４】前記無人走行車１の赤外線カメラ２の下方
位置には、前方に赤外線レーザ光Ｒを地面に平行に投射
し得る赤外線投光装置３が設けられている。該赤外線投
光装置３は、図１に示す如く、赤外線レーザ光Ｒを幅方
向に沿うスリット状に投射しうるもので、無人走行車１
の走行時には常時赤外線レーザ光Ｒを投射しうるもので
ある。又、前記赤外線カメラ２の画角θG の中心軸ＣＬ
と重複しないよう光軸Ｐが設定される。

【００１５】次に、本発明のブロック図について図７に
基づき説明する。本発明は、ＣＰＵ９と、赤外線カメラ
２の画像データを一時記憶しうるフレームメモリ１０
と、無人走行車１が走行し得る地図データや、後述する
測距手順等が記憶されている読み出し専用メモリである
ＲＯＭ１２と、読みだし及び書き込み可能な作業用のメ
モリであるＲＡＭ１１と、赤外線カメラ２のフォーカス
及びステッピングモータ５とを制御しうるカメラコント
ローラ１３とから構成される。尚、１４は、走行コント
ローラでＣＰＵ９で演算された測距データに基づき操舵
装置１５を制御するものである。尚、赤外線投光装置３
は、ＣＰＵ９により制御される。

【００１６】前記カメラコントローラ１３は、フォーカ
スコントローラ１３Ａと、カメラ角度コントローラ１３
Ｂとから構成されており、フォーカスコントローラ１３
Ａは、赤外線カメラ２のカメラ角度が変化するにつれて
撮影距離も変化しうるため、自動的に焦点を合わせ得る
周知のオートフォーカス装置等を具える。前記カメラ角
度コントローラ１３Ｂは、前記ステッピングモータ５を
所定量駆動制御しうるもので、前記地図データに基づ
き、予め壁面Ｓと、無人走行車１とのある程度の距離を
知り得るため、該距離に基づき赤外線カメラ２の角度を
自動制御しうるものである。

【００１７】次に、本発明の測距手順について詳述す
る。図３、図４に示す如く、いま、赤外線カメラ２が撮
影しうる画角をθG 、赤外線カメラ２の無人走行車１に
対するカメラ角度をθK 、赤外線投光装置３と、赤外線
カメラ２との垂直距離をＨ、壁面Ｓまでの水平距離をＬ
として考える。尚、水平距離Ｌ以外は、前述の如く全て
既知の値となる。又、無人走行車１は、壁面Ｓに対し、
車体の姿勢角が零、即ち正面を向いて位置している状態
とする。さらに、画角θG の中心軸ＣＬと、赤外線レー
ザ光の光軸Ｐとのなす角をθ0 とする。

【００１８】又、図５には、図４における赤外線カメラ
２付近の拡大図を示し、８はＣＣＤ（charge coupled d
evice ）である。この場合の、壁面Ｓに反射する赤外線
レーザ光Ｒを撮影した画像データを２値化処理し、２次
元座標上に表すと、図６に示すような２値化画像データ
として得られる。

【００１９】本例では、２値化画像データとして縦横各
々５１２×５１２個の画素を用いており、該２値化画像
データは、１画素あたり、例えばＲＧＢ各々８ビットの
２５６段階で一時記憶されるとともに、ＣＰＵ９からの
指示により２値化処理されるものである。

【００２０】赤外線カメラ２にて撮影された画像の２値
化処理は、基準となるスレッシュホールド値に基づき、
該スレッシュホールド値以上の信号レベルは「１」とな
り、それ以下の場合には「０」として処理され、これら
の手順により順次生成された２値化画像データは前記Ｒ
ＡＭ１１に一時記憶される。

【００２１】又、赤外線カメラ２のＣＣＤ８は、赤外光
のみを取り込みうるため、他の外乱光の影響を殆ど受け
ることなく、壁面Ｓに反射する赤外線レーザ光Ｒの部分
だけが信号レベルが高くなり、又、他の部分は信号レベ
ルが低くなる。しかも、無人走行車１の姿勢角が零であ
るため、信号レベルが高い画素Ｗが水平一列に並んだ状
態として得られるのである。これに基づき壁面Ｓとの距
離を以下の如く求める。

【００２２】先ず、Ｙ軸上に沿う任意の縦の一画素列に
おいて、画像データの信号レベルが高い画素Ｗの座標位
置を求める。

【００２３】いま、２値化画像データの下限位置、即
ち、図６のＹ座標（０）から信号レベルの高い画素Ｗの
位置までの相対画素数を、縦の全画素数（即ち５１２
個）で除した比率を「ｈ」で表すこととする。従って、
下限位置（Ｙ＝０）では、ｈ＝０、中間位置（Ｙ＝２５
６）ではｈ＝０．５、上限位置（Ｙ＝５１２）ではｈ＝
１となる。又、図５には、前記「ｈ」をＣＣＤ８に対応
させている。

【００２４】ここで、図５において赤外線カメラ２の画
角θG の半角の正接をとると、数１の如くになる。

【数１】

【００２５】数１より、ＡＣ、即ち焦点からＣＣＤ８ま
での距離は、数２で求め得る。

【数２】

【００２６】又、θ0 の正接をとると、数３に示す如く
になる。

【数３】

【００２７】数３に、数２を代入して、θ0 を求めると
数４に示す如くになる。

【数４】

【００２８】又、図４から明らかなように、赤外線レー
ザ光Ｒの反射光が前記光軸Ｐとなす角θS は、θK とθ
0 との差で求めることができるため、壁面Ｓとの水平距
離Ｌは、数５で求めることができる。

【数５】

【００２９】以上の手順により、無人走行車１と壁面Ｓ
との水平距離Ｌを求めることができ、又、上記２値化画
像データにより、無人走行車１の壁面Ｓに対する姿勢角
を求めることができる。

【００３０】無人走行車１の姿勢角は、２値化画像デー
タにおける信号レベルが高い画素ＷのＹ座標を２点以上
求め、各々の差をＸ座標の相対距離で除すことにより求
めることができる。即ち、２値化画像データを２次元座
標上に表した場合の信号レベルの高い画素Ｗの直線の傾
きが、無人走行車１の姿勢角を表すことになる。ここ
で、無人走行車１の姿勢角をαとすると、数６により求
めることができる。

【数６】

【００３１】本例では、無人走行車１の姿勢角が零であ
るため、２値化画像データにおける信号レベルの高い画
素Ｗの各座標Ｙ２、Ｙ１ともに等しくなる。従って、数
６で求められる無人走行車１の姿勢角αも零となる。
又、無人走行車１の姿勢角αは、２値化画像データから
複数個選択して求めるようにし、これらを平均すること
によって、精度を向上させ得る。

【００３２】次に、図８に示す如く、無人走行車１が、
壁面Ｓに対して所定の姿勢角を保っている場合の２値化
画像データを図９に示す。この場合には、赤外線カメラ
２の画角中心軸と、赤外線投光装置の光軸とが重複しな
いため信号レベルの高い画素Ｗが、所定の傾きをもった
近似直線として得られる。この場合にも、２値化画像デ
ータから、任意の二つの組み合わせを一以上抽出し、数
６を用いて無人走行車１の姿勢角を演算することができ
る

【００３３】尚、２値化画像データのＸ座標がＸ１であ
る１画素を用いて演算した壁面Ｓとの距離は図８におけ
るＬ１と対応しており、同Ｘ２ではＬ２、Ｘ３では、Ｌ
３となる。

【００３４】以上詳述したが、本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変形し得るのは言うまでもない。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用した結果、
赤外光を赤外光カメラを用いて画像データとて取り込ん
でいるため、他の外乱光による影響が殆どなく、極めて
精度の高い測距が可能となる。

【００３５】又、赤外線カメラ２の撮影領域は、赤外線
カメラの撮影角度を調整することにより変化させること
ができるから、従来の如く測距範囲が限定されることな
く、極めて広範囲での測距が可能となる。

【００３６】さらには、一の赤外線カメラで、無人走行
車と壁面との距離及び角度を同時に求めることができる
ため、従来の構成よりも部品点数を少なくし得る。しか
も、測距と同時に、予めＲＯＭ等に記憶された地図デー
タと壁面の位置等を比較することにより、走行距離によ
り演算した現走行位置を逐次補正できる走行ガイド装置
としても用いることができる。さらに又、外観景色を撮
像しながら走行する視覚ガイダンス車には、僅かな改良
で本発明を採用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための斜視図である。

【図２】本発明を説明するための正面図である。

【図３】本発明を説明するための平面図である。

【図４】本発明を説明するための正面図である。

【図５】赤外線カメラの要部拡大図である。

【図６】本発明のブロック図である。

【図７】２値化画像データを２次元座標上で表した平面
図である。

【図８】本発明を説明するための平面図である。

【図９】２値化画像データを２次元座標上で表した平面
図である。

【符号の説明】

１ 無人走行車 ２ 赤外線カメラ ３ 赤外線投光装置 ４ 支持ブラケット ５ ステッピングモータ ８ ＣＣＤ ９ ＣＰＵ １０ フレームメモリ １１ ＲＡＭ １２ ＲＯＭ １３ カメラコントローラ １４ 走行コントローラ １５ 操舵装置 １３Ａ フォーカス制御部 １３Ｂ カメラ角度制御部 Ｒ 赤外線レーザ光 Ｓ 壁面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体の外方を撮影可能に取り付けられた
   赤外線撮像装置と、該赤外線撮像装置を水平軸回りに回
   動させ得るアクチュエータと、前記赤外線撮像装置の車
   体に対する角度を検出し得る手段とを具えると共に、前
   記赤外線撮像装置の画角中心軸と重複しない光軸でスリ
   ット状の赤外線レーザ光を前記赤外線撮像装置の視野方
   向に投射し得る赤外線投光装置を車体に設け、壁面等に
   反射する赤外線レーザ光を前記赤外線撮像装置にて撮影
   された画像データを記憶し得る画像記憶手段と、該画像
   データを２値化処理する手段と、該２値化画像データに
   基づき前記赤外線レーザ光の赤外線撮像装置に対する入
   射角を演算する手段と、該入射角と、前記赤外線撮像装
   置の車体に対する角度に基づき前記壁面等と無人走行車
   との水平距離を演算し得る制御装置を備えてなる無人走
   行車の測距装置。