JPS63163170A - 速度計 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、移動する物体の速度を非接触で測定する速
度計に関する。

（従来の技術） 従来、移動する物体の持つ並進２次元の速度を非接触で
測定する手段として空間フィルタを用いたものが知られ
ている。これは、空間的荷重関数（空間フィルタ）、空
間積分機能、光電変換機能の３つの機能を並列的な空間
処理によりハードウェア的に実現し、計測系の集積化、
簡略化を図る特徴を持っている。

ところが、このような従来の速度計では、（１）実際に
得られる信号のスペクトルは対象の持つ空間周波数スペ
クトルに依存する。

（２）対象の速度が低い場合、得られる信号の周波数も
低いものとなり、周波数測定が容易ではなくなる。

という問題を持っていた。

これらの問題を取除くためには、 （１）選択する空間周波数を変化さゼる。（ピッチ可変
） （２）空間フィルタを移動させることによって対象物体
との相対速度をかせぐ。（並進レティクル）などの手段
を用いることが考えられる。しかし、上記従来の装置の
場合には、空間フィルタをハードウェアで実現している
ため、ピッチ可変、並進レディクルを実現するのが困難
である問題があった。

そこでこのようなハードウェア構成による空間フィルタ
法による速度計に代えて、空間積分を光電変換素子によ
り一挙に実行する代わりに、固体イメージセンサを使用
して時系列電気信号とし、空間フィルタに対応する重み
関数を時系列で作成し、前記時系列電気信号との乗算に
より空間フィルタ信号処理を電子回路で実現する方式が
提案されるようになっている。

このような電子的に構成した空間フィルタによる２次元
速度計の一例が第７図に示されている。

この電子的に構成した空間フィルタによる従来の速度計
は、測定対象物１の像をレンズ２でイメージセンサ３の
上に結像させる。イメージセンサ３からの時系列信号に
対して、重み付は信号発生器４からの信号を乗算器５に
おいて乗じ、積分器６においてこの乗算信号を積分し、
サンプルホールド回路７においてサンプルホールドする
。

このサンプルホールドは、イメージセンサ３の一走査が
終るごとに行なわれる。この値は、ハードウェアで構成
した空間フィルタの光電変換素子からの出力信号のある
時刻における値と対応する。

したがって、このサンプルホールド回路７においてサン
プルホールドされた信号の増減の中心周波数を推定する
ことにより、測定対象物１の移動速度を知ることができ
る。

そこで、サンプルホールド回路７に対し、中心周波数推
定器８が接続され、サンプルホールド回路７における信
号の増減の中心周波数を推定するように構成している。

このように電子的に構成した従来の空間フィルタによる
速度計の第１の特徴は、ハードウェアはそのままで重み
付は関数を変更するだけの簡単な操作により空間フィル
タのパターンを変更することができる点にある。

例えば、測定対象物１の表面のむらの空間周波数や速度
によって空間フィルタのピッチを変えることにより、広
い速度範囲や種々の物体の速度測定に対応することがで
きる。

また、空間フィルタを走査ごとに移動させ、並進レティ
クルを実現すれば、測定対象物１との相対速度の調整が
でき、最適な相対速度付近で速度測定を行なうことがで
きるようになる。

また、第２の特徴としては、１つのイメージセンサ３か
らの信号を同時にいくつかに分岐し、それぞれに対して
異なる空間フィルタのパターンによる処理を行なうこと
ができ、１つの測定対象物に対し、例えば縦方向と横方
向との速度というような何種類かの速度が並列に測定で
きる点にある。

そして従来は、縦方向と横方向にそれぞれ平行な空間フ
ィルタを構成し、測定対象物１の２次元速度の測定を行
なうようにしていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、この従来の電子的に構成した空間フィルタに
よる速度ｔ１では、並進２次元的な移動速度の計測を行
なうことができても、非測定物の回転速度については測
定することができないものであった。そして、例えば宇
宙衛星のような測定対象物の場合には、単にその２次元
的な並進移動速度のみならず、回転速度をも非接触で測
定することが望まれていた。ぞのため、従来のこの電子
的に構成した空間フィルタによる２次元速度計では、こ
のような要望に応えることができない問題があった。

この発明はこのような従来の問題に鑑みなされたもので
あって、測定対象物の並進２次元速度の測定と共に、回
転速度の測定をも非接触で行なうことができる速度計を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明の速度計は、２次元のイメージセンサで物体の
持つ不規則なむらの情報を時系列信号に変換し、前記時
系列信号に小み付けを施して積分することにより、電子
的な空間フィルタを構成し、前記物体の移動速度を測定
する速度計において、 前記イメージセンサの出力に並列に設番ノられた複数個
の乗算手段と、 この乗算手段の１つに対して並進１次元または並進２次
元の速度測定のための空間フィルタ信号を与える第１フ
ィルタ信号発生手段と、前記乗算手段の１つに対して回
転方向の速度測定のための放射状に広がる空間フィルタ
信号を与える第２フィルタ信号発生手段と、 前記各乗算手段の出力に対して中心周波数を推定する中
心周波数推定手段とを備えたものである。

（作用） この発明の速度ｈ１では、電子的に構成した空間フィル
タにより測定対染物の縦方向と横方向との一方または両
方の並進１次元または２次元速度の測定を行なう。同時
に、放射状に広がる空間フィルタを構成する重み付は信
号を与えることにより、その放射中心点を中心とした回
転速度を測定する。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に旦づいて詳説する。第１
図はこの発明の一実施例のブロック図であって、測定対
象物１１の像をレンズ１２によりイメージセンサ１３上
に結像するように構成している。イメージセンサ１３の
出ノｊは、並進２次元の速度測定用の空間フィルタと、
放射状に広がる回転速度測定用の空間フィルタとを電子
的に構成するために、３つに分岐されている。そして各
分岐ラインに、フィルタ信号発生器１４ａ、１４ｂ、ｉ
４ｃが設けられ、乗算器１５ａ、１５ｂ。

１５Ｃにおいて前記イメージセンサ１３からの出力信号
に重み付けづるようにしである。

乗算器１５ａ、１５ｂ、１５ｃからの出力はそれぞれ積
分器１６ａ　、１６ｂ　、１６ｃ　に与えられ、さらに
サンプルホールド回路１７８．１７ｂ、１７Ｃにおいて
サンプルホールドするように接続されている。そして各
サンプルホールド回路１７ａ。

１７ｂ、１７ｃに対して中心周波数推定器１８ａ。

１８ｂ、１８０が接続されている。

前記フィルタ信号発生器１４ａ、１４ｂ、１４Ｃは各々
、イメージセンサ１３からの出力に対し横方向速度、縦
方向速度、回転方向速度を得るための重み付は関数を与
えるためのものである。

２次元イメージセンサ１３の素子からの出力は第２図に
示すようにＡ−１，Ａ−２，Ａ−３，・・・・・・、Ａ
−２２，［３−１，８−２，・・・・・・、Ｖ−２２と
順番に出力されてくるので、フィルタ信号発生器１４ａ
、１４ｂ、１４ｃでは、この信号に同期した空間フィル
タ信号を発生する。

例えば、第２図に示すような空間フィルタを構成する場
合には、オン、オフを一画素ごとに繰返す信号を発生し
、これを乗算器１５ａでイメージセンサ１３からの信号
に乗じ、空間フィルタ上の格子に当たる部分（斜線を施
した部分）の信号を遮断し、隙間の部分（斜線のない部
分）の信号だけが積分器１６ａにて積分されるようにす
るのである。

また、第３図に示すように縦方向の速度検出用のフィル
タを構成するためには、Ａ列ではオフ、８列ではオン、
０列ではオフ、Ｄ列ではオンとなるように各列ごとにオ
ン、オフを与える信号を発生し、乗算器１５ｂにおいて
イメージセンサ１３からの信号に乗するのである。

さらに、フィルタ信号発生器１４ｃでは、第４図に示す
ように、イメージセンサ１３の中心点を中心とし、放射
状に広がる空間フィルタを構成するような信号を発生す
る。つまり、第４図においてＡで示した部分に対応する
各画素においてはオン、Ｂに対応ケる各画素においては
オフとするような重み付は関数を発生し、これを乗算器
１５ｃに与えるようにするのである。

尚、これら各フィルタ信号発生器１４ａ、１４ｂ、１４
Ｃはワンチップマイコンにより構成することが好ましく
、その場合には容易にフィルタパターンの変更が可能と
なる。

上記のように構成される速度計の動作について次に説明
する。いま第５図に示すような３自由度（矢印ａ、ｂ、
ｃ）の回転を行なう測定対象物１１に対し、この速度計
を使用する場合、測定対象物１１の影像がレンズ１２を
通してイメージセンサ１３に結像する。そしてこのイメ
ージセンサ１３からの出力は第１図に示す各乗算器１５
ａ、１５ｂ、１５ｃに分岐して与えられる。そこで乗算
器１５ａ　、１５ｂ　、１５ｃそれぞれでは、フィルタ
信号発生器１４ａ、１４ｂ、　１４ｅそれぞれにより与
えられるフィルタ信号により重み句けがなされることに
なる。

そこで、第２図に示すパターンのフィルタ信号の与えら
れる乗算器１５ａからの出力を積分器１６ａにて積分し
、その積分値をサンプルボールド回路１７ａに°てサン
プルホールドし、つづいて中心周波数推定器１８ａにか
けることにより、方向ａの回転によって生ずる速度を得
ることができる。

また、第３図に示すパターンのフィルタ信号を与えるフ
ィルタ信号発生器１４ｂを備えたラインでは、同様の動
作によって測定対象物１１の方向すの回転によって生ず
る速度を中心周波数推定器１８ｂから得られることにな
る。

さらに、第４図に示すパターンのフィルタ信号を与える
フィルタ信号発生器１４０を有するラインからは、その
中心周波数推定器１８ｃから方向Ｃによって生ずる速度
に相当する出力が得られることになるのである。

このようにして、この実施例の速度計によれば、任意の
方向に回転する測定対象物がどの方向にどの位の速度で
回転しているかを１つのセンサによって同時に測定する
ことができることになる。

なお、通常のハード構成による空間フィルタ法による速
度測定では、光量の直流成分を除いて交流成分をきねだ
たたせるためと、光源光ｍ変化の影響を小さくするため
に、差動法を用いることが多い。寸なわら、第２図にお
ける格子の影に当たる部分の入射光量の積分値と、格子
の隙間の部分の入射光量の積分値との差をとるという操
作を行なうのである。この方法は、イメージセンサによ
る電子的な空間フィルタによる速度計においても活用す
ることができる。

ぞこで第６図に示すように、イメージセンサ１３からの
出力を３つに分岐させる場合、その各分岐ラインにおい
て、フィルタ信号発生器１４ａからの空間フィルタ信号
を逆位相で動作する２つの乗算器１５ａ＋　、１５ａ２
に与えるようにし、そしてこれらの各乗算器１５ａ＋　
、１５ａ２の出力を積分器１６ａ＋、１６ａ２で個別に
積分するように接続する。

そしてこの山積分器１６ａ＋　、１６ａ２における積分
値を減算器１９ａにおいて減算して差分を取り、この差
分値をサンプルホールド回路１７ａにおいてサンプルボ
ールドし、中心周波数推定器１８ａにおいて中心周波数
を推定し、測定対象物１１の横方向の速度を測定するの
である。

１ｉｉ１様にして、イメージセンサ１３からの出力に対
し、その縦方向の速度、回転方向の速度を得るために、
各フィルタ信号発生器１４ｂ、１４ｃに対してもそれぞ
れ乗算器１５ｂ＋　、１５ｂ２　　：１５Ｃ＋　、１５
０２　Ｎ積分器１６ｂ＋　、１６ｂ２　：１６Ｃ＋　、
１６０２　、減算器１９ｂ、１９ｃを設けることができ
る。

このようにして得られる速度は、従来と同様光源光最変
化の影響を小さくすることができ、また交流成分をぎわ
だだせることができ、より正確な速度測定を実現できる
ことになる。

なお、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、並進１次元と回転速度との組合せも可能である。ま
たフィルタパターンも適宜に変更することができる。し
たがって、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範
囲内において種々の変形が可能である。

［発明の効果］ この発明は上記のように重み付は関数を用いて電子的に
空間フィルタを構成し、物体の速度を測定する速度計に
あって、並進１次元または２次元速度用のフィルタの形
成と共に回転方向のフィルタをｂ形成しているため、並
進１次元または２次元の速度測定ができると共に、回転
方向の速度測定も非接触で行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図は上
記実施例において用いられる横方向速度測定のための空
間フィルタ信号パターンの説明図、第３図は上記実施例
において用いられる縦方向速度測定のための空間フィル
タ信号４＜ターンの説明図、第４図は上記実施例におい
て用いられる回転方向速度測定のための空間フィルタ信
号パターンの説明図、第５図は上記実施例の動作を説明
する説明図、第６図はこの発明の他の実施例のブロック
図、第７図は従来例のブロック図である。 １１・・・測定対象物 １２・・・レンズ １３・・・イメージセンサ １４ａ、ｂ、ｃ・・・フィルタ信号発生器１５ａ、ｂ、
ｃ・・・乗算器 １６ａ、ｂ、ｃ・・・積分器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次元のイメージセンサで物体の持つ不規則なむらの情
   報を時系列信号に変換し、前記時系列信号に重み付けを
   施して積分することにより、電子的な空間フィルタを構
   成し、前記物体の移動速度を測定する速度計において、 前記イメージセンサの出力に並列に設けられた複数個の
   乗算手段と、 この乗算手段の１つに対して並進１次元または並進２次
   元の速度測定のための空間フィルタ信号を与える第１フ
   ィルタ信号発生手段と、 前記乗算手段の他の１つに対して回転方向の速度測定の
   ための放射状に広がる空間フィルタ信号を与える第２フ
   ィルタ信号発生手段と、 前記各乗算手段の出力に対して中心周波数を推定する中
   心周波数推定手段とを備えて成る速度計。