JPWO2017037834A1 - 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

ライダユニット１００は、点群情報に変換する前の各セグメントのセグメント信号Ｓｓｅｇから極座標空間フレームＦｐを生成する。そして、ライダユニット１００は、時間方向に極座標空間フレームＦｐを平均化した平均化フレームＦａを生成し、当該平均化フレームＦａを直座標空間に座標変換した直交座標空間フレームＦｏを、ディスプレイ４に表示させる。

Description

本発明は、測距技術に関する。
従来から、周辺に存在する物体との距離を測定する技術が知られている。例えば、特許文献１には、レーザ光を間欠的に発光させつつ水平方向を走査し、その反射光を受信することで、物体表面の点群を検出するライダが開示されている。
特開２０１４−１０６８５４号公報
従来のライダでは、水平方向での照射方向ごとに受信パルスのピーク位置を検出し、ピーク位置までの遅延時間に基づき測距を行うのが一般的であるが、受信パルスのピークが雑音に比べて低い又は同程度の場合には、ピーク位置を適切に検出することができないため、遠方の物体等については、対応する点群を検出できないという問題がある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、測定範囲内に存在する物体に対する測距結果を好適に出力することが可能な情報処理装置を提供することを主な目的とする。
請求項に記載の発明は、情報処理装置であって、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力部と、を備えることを特徴とする。
また、請求項に記載の発明は、情報処理装置であって、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部が出力する受光信号に基づいて、極座標空間２次元信号を生成する生成部と、前記極座標空間２次元信号を直交座標空間２次元信号に変換する変換部と、を備えることを特徴とする。
また、請求項に記載の発明は、情報処理装置であって、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、照射位置に関する基準位置から当該照射方向における距離と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力部と、を備えることを特徴とする。
また、請求項に記載の発明は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、を有する情報処理装置が実行する制御方法であって、前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力工程を有することを特徴とする。
また、請求項に記載の発明は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、を有する情報処理装置を制御するコンピュータが実行するプログラムであって、前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力部として前記コンピュータを機能させることを特徴とする。
ライダユニットの概略構成である。 コア部のブロック構成を示す。 トリガ信号及びセグメント抽出信号の波形を示す。 信号処理部のブロック構成を示す。 （Ａ）ライダユニットの周辺を模式的に描いた俯瞰図である。（Ｂ）（Ａ）に対応する極座標空間フレームである。 １６個の極座標空間フレームを平均化した平均化フレームである。 極座標空間フレームから生成した直交座標空間フレームである。 平均化フレームから生成した直交座標空間フレームである。 インデックス「ｓ＝２５０」のセグメントでの受光強度を示す。 インデックス「ｓ＝０」のセグメントでの受光強度を示す。 典型的なライダにより検出した対象物の点群を直交座標系にプロットした図である。 変形例に係る信号処理部のブロック構成を示す。
本発明の好適な実施形態によれば、情報処理装置は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力部と、を備える。
上記情報処理装置は、照射部と、受光部と、出力部とを有する。照射部は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する。受光部は、対象物にて反射されたレーザ光を受光する。「対象物」は、レーザ光が到達する範囲に存在する物体を指す。出力部は、受光部が出力する受光信号に基づいて、第１情報を生成して出力する。ここで、第１情報は、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、におけるレーザ光の受光強度を示す。また、換言すれば、第１情報は、照射方向と、照射位置に関する基準位置からの当該照射方向における距離と、におけるレーザ光の受光強度を示す。ここで、出力部は、第１情報をディスプレイに出力して表示させてもよく、他の処理部へ第１情報を出力してもよい。この態様により、情報処理装置は、対象物の存在を表す第１情報を好適に出力することができる。
上記情報処理装置の一態様では、前記第１情報を、照射平面に対応する直交座標系（直交する２つの軸で表わされた座標）における受光強度を示す第２情報に変換する変換部を更に備える。これにより、情報処理装置は、例えば、直感的にユーザが対象物を把握しやすいように第１情報を座標変換して出力することができる。
上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記出力部が所定時間幅にわたり生成した複数の第１情報に基づき、時間軸上でフィルタリング（例えば、平均化）された第１情報を出力する第１情報処理部をさらに備え、前記変換部は、前記時間軸上でフィルタリングされた第１情報を、前記第２情報に変換する。この態様により、情報処理装置は、雑音による影響が好適に低減された第２情報を生成することができる。
上記情報処理装置の他の一態様では、前記情報処理装置は移動体と共に移動し、前記変換部は、前記移動体が停止している場合、前記時間軸上でフィルタリングされた第１情報を前記第２情報に変換し、前記移動体が移動中の場合、前記第１情報処理部によるフィルタリングが行われていない第１情報を前記第２情報に変換する。時間軸上でフィルタリングを行う場合、情報処理装置に対する対象物の相対位置が変化すると、当該位置変化の影響が第２情報に現れることになる。以上を勘案し、上記の情報処理装置は、移動体が停止中の場合にのみ時間軸での第１情報のフィルタリングを行うことで、対象物の的確な位置を表す第２情報を好適に生成することができる。
上記情報処理装置の他の一態様では、前記情報処理装置は移動体と共に移動し、前記第１情報処理部は、前記フィルタリングの帯域幅を、前記移動体の移動速度に応じて変化させる。この態様により、例えば、移動体が高速移動している場合には、移動体と対象物との相対位置の変化が大きいとみなし、フィルタリングの帯域幅を短くする等の処理を行うことで、対象物の相対位置変化による影響を低減することができる。
上記情報処理装置の他の一態様では、前記変換部は、マッチドフィルタリングが適用された第１情報を、前記第２情報に変換する。この態様により、変換部は、雑音を好適に低減した第２情報を生成することができる。
上記情報処理装置の他の一態様では、前記第２情報は、水平面と平行な２次元空間の受光強度を示し、情報処理装置は、前記第２情報に基づく画像を表示部に表示させる表示制御部をさらに備える。この態様により、情報処理装置は、周辺に存在する対象物の存在を好適にユーザに視認させることができる。
本発明の他の好適な実施形態によれば、情報処理装置は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部が出力する前記照射方向ごとの受光信号に基づいて、極座標空間２次元信号を生成する生成部と、前記極座標空間２次元信号を直交座標空間２次元信号に変換する変換部と、を備える。極座標空間２次元信号は、受光部が生成した照射方向ごとの受光信号を統合した２次元信号であり、例えば照射方向を表す角度と、レーザ光を出射してから反射光を受光するまでの遅延時間（即ち情報処理装置からの距離）とを座標軸とし、受光強度をピクセル値とする画像信号である。また、直交座標空間は、例えば、レーザ光の走査面（照射平面）に対応する２次元空間を指す。このように、情報処理装置は、受光部が出力する照射方向ごとの受光信号に基づいて極座標空間２次元信号を生成し、直交座標空間２次元信号に変換することで、受光信号が有する有用な情報を失うことなく対象物の存在を好適に可視化することができる。
本発明の他の好適な実施形態によれば、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、を有する情報処理装置が実行する制御方法であって、前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力工程を有する。
本発明の他の好適な実施形態によれば、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、を有する情報処理装置を制御するコンピュータが実行するプログラムであって、前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力部として前記コンピュータを機能させる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
［全体構成］
図１は、本実施例に係るライダユニット１００のブロック構成図である。図１に示すライダユニット１００は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式のライダ（Ｌｉｄａｒ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、または、Ｌａｓｅｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）であって、水平方向の全方位における物体の測距を行い、測距結果を画像として表示する。ライダユニット１００は、例えば、先進運転支援システムの一部として、車両の周辺環境認識補助の目的で用いられる。ライダユニット１００は、主に、コア部１と、信号処理部２と、表示制御部３と、ディスプレイ４とを有する。
コア部１は、出射方向を徐変させながら水平方向の３６０°の全方位を対象にパルスレーザを出射する。このとき、コア部１は、水平方向の３６０°の全方位を等角度により区切ったセグメント（本実施例では９００セグメント）ごとにパルスレーザを出射する。そして、コア部１は、パルスレーザ出射後の所定期間内に当該パルスレーザの反射光を受光することで生成したセグメントごとの受光強度に関する信号（「セグメント信号Ｓｓｅｇ」とも呼ぶ。）を、信号処理部２へ出力する。
信号処理部２は、コア部１から受信したセグメントごとのセグメント信号Ｓｓｅｇを統合することで、水平方向の３６０°の全方位における各セグメントとライダユニット１００からの距離との関係を表す極座標空間の２次元画像（「極座標空間フレームＦｐ」とも呼ぶ。）を生成する。そして、信号処理部２は、極座標空間フレームＦｐに基づき、パルスレーザの走査面（照射平面）を基準とした直交座標空間の２次元画像（「直交座標空間フレームＦｏ」とも呼ぶ。）を生成し、表示制御部３へ出力する。表示制御部３は、信号処理部２から受信した直交座標空間フレームＦｏに基づく画像をディスプレイ４に表示させる。
［コア部の構成］
図２は、コア部１の概略的な構成例を示す。図２に示すように、コア部１は、主に、水晶発振器１０と、同期制御部１１と、ＬＤドライバ１２と、レーザダイオード１３と、スキャナ１４と、モータ制御部１５と、受光素子１６と、電流電圧変換回路（トランスインピーダンスアンプ）１７と、Ａ／Ｄコンバータ１８と、セグメンテータ１９とを有する。
水晶発振器１０は、同期制御部１１及びＡ／Ｄコンバータ１８にパルス状のクロック信号「Ｓ１」を出力する。本実施例では、一例として、クロック周波数は、１．８ＧＨｚであるものとする。また、以後では、クロック信号Ｓ１が示すクロックを「サンプルクロック」とも呼ぶ。
同期制御部１１は、パルス状の信号（「トリガ信号Ｓ２」とも呼ぶ。）をＬＤドライバ１２に出力する。本実施例では、トリガ信号Ｓ２は、１３１０７２（＝２１７）サンプルクロック分の周期で周期的にアサートされる。以後では、トリガ信号Ｓ２がアサートされてから次にアサートされるまでの期間を「セグメント期間」とも呼ぶ。また、同期制御部１１は、後述するセグメンテータ１９がＡ／Ｄコンバータ１８の出力を抽出するタイミングを定める信号（「セグメント抽出信号Ｓ３」とも呼ぶ。）をセグメンテータ１９に出力する。トリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３は、論理信号であり、後述する図３に示すように同期している。本実施例では、同期制御部１１は、セグメント抽出信号Ｓ３を、２０４８サンプルクロック分の時間幅（「ゲート幅Ｗｇ」とも呼ぶ。）だけアサートする。
ＬＤドライバ１２は、同期制御部１１から入力されるトリガ信号Ｓ２に同期してパルス電流をレーザダイオード１３へ流す。レーザダイオード１３は、例えば赤外（９０５ｎｍ）パルスレーザであって、ＬＤドライバ１２から供給されるパルス電流に基づき光パルスを出射する。本実施例では、レーザダイオード１３は、５ｎｓｅｃ程度の光パルスを出射する。
スキャナ１４は、送出及び受信光学系の構成を含み、レーザダイオード１３が出射する光パルスを水平面で３６０°走査すると共に、出射された光パルスが照射された物体（「対象物」とも呼ぶ。）で反射された戻り光を受光素子１６に導く。本実施例では、スキャナ１４は、回転するためのモータを含み、モータは、９００セグメントで一回転するように、モータ制御部１５により制御される。この場合の角度分解能は、１セグメントあたり０．４°（＝３６０°／９００）となる。ＬＤドライバ１２及びスキャナ１４は、本発明における「照射部」の一例である。
好適には、スキャナ１４のスキャン面は、傘状ではなく平面であることが望ましく、かつ、ライダユニット１００が移動体に搭載される場合には、移動体が走行する地表に対して平行（即ち水平）であることが望ましい。これにより、後述する時系列で連続して生成される極座標空間フレームＦｐ間の相関が高くなり、より高精度な周辺環境の表示を行うことができる。
受光素子１６は、例えば、アバランシェフォトダイオードであり、スキャナ１４により導かれた対象物からの反射光の光量に応じた微弱電流を生成する。受光素子１６は、生成した微弱電流を、電流電圧変換回路１７へ供給する。電流電圧変換回路１７は、受光素子１６から供給された微弱電流を増幅して電圧信号に変換し、変換した電圧信号をＡ／Ｄコンバータ１８へ入力する。
Ａ／Ｄコンバータ１８は、水晶発振器１０から供給されるクロック信号Ｓ１に基づき、電流電圧変換回路１７から供給される電圧信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をセグメンテータ１９に供給する。以後では、Ａ／Ｄコンバータ１８が１クロックごとに生成するデジタル信号を「サンプル」とも呼ぶ。１サンプルは、後述する極座標空間フレームＦｐの１ピクセル分のデータに相当する。受光素子１６、電流電圧変換回路１７及びＡ／Ｄコンバータ１８は、本発明における「受光部」の一例である。
セグメンテータ１９は、セグメント抽出信号Ｓ３がアサートされているゲート幅Ｗｇ分の期間における２０４８サンプルクロック分のＡ／Ｄコンバータ１８の出力であるデジタル信号を、セグメント信号Ｓｓｅｇとして生成する。セグメンテータ１９は、生成したセグメント信号Ｓｓｅｇを信号処理部２へ供給する。
図３は、トリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３の時系列での波形を示す。図３に示すように、本実施例では、トリガ信号Ｓ２がアサートされる１周期分の期間であるセグメント期間は、１３１０７２サンプルクロック（図面では「ｓｍｐｃｌｋ」と表記）分の長さに設定され、トリガ信号Ｓ２のパルス幅は６４サンプルクロック分の長さ、ゲート幅Ｗｇは２０４８サンプルクロック分の長さに設定されている。
この場合、トリガ信号Ｓ２がアサートされた後のゲート幅Ｗｇの期間だけセグメント抽出信号Ｓ３がアサートされているため、セグメンテータ１９は、トリガ信号Ｓ２がアサート中の２０４８個分のＡ／Ｄコンバータ１８が出力するサンプルを抽出することになる。そして、ゲート幅Ｗｇが長いほど、ライダユニット１００からの最大測距距離（測距限界距離）が長くなる。
本実施例では、セグメント期間の周波数は、約１３．７３ｋＨｚ（≒１．８ＧＨｚ／１３１０７２）となり、信号処理部２がセグメント信号Ｓｓｅｇに基づき生成する極座標空間フレームＦｐのフレーム周波数（即ちスキャナ１４の回転速度）は、１フレームが９００セグメントで構成されることから、約１５．３６Ｈｚ（≒１３．７３ｋＨｚ／９００）となる。また、最大測距距離は、単純計算した場合、ゲート幅Ｗｇに相当する時間幅で光が往復する距離に相当する１７０．５５ｍ（≒｛２０４８／１．８ＧＨｚ｝・ｃ／２、「ｃ」は光速）となる。後述するように、最大測距距離は、後述する始点オフセットの関係により１７０．５５ｍよりも若干短くなる。
［信号処理部の構成］
図４は、信号処理部２の論理的な構成を示すブロック図である。図４に示すように、信号処理部２は、フレーム生成部２１と、バッファ部２２と、フレームフィルタ２３と、直交空間変換部２４と、を有する。
フレーム生成部２１は、９００セグメント分のセグメント信号Ｓｓｅｇから１つの極座標空間フレームＦｐを生成し、バッファ部２２に記憶させる。本実施例では、１セグメントにつき２０４８個分のサンプルが存在し、全セグメントは９００個存在することから、フレーム生成部２１は、極座標空間クレームＦｐとして、９００×２０４８の画像を生成する。極座標空間フレームＦｐは、本発明における「第１情報」及び「極座標空間２次元信号」の一例である。また、フレーム生成部２１及び前述のセグメンテータ１９は、本発明における「出力部」及び「生成部」の一例である。
バッファ部２２は、フレーム生成部２１が生成した極座標空間フレームＦｐを少なくとも所定期間記憶する。上述の所定期間は、フレームフィルタ２３で用いられる個数分の極座標空間フレームＦｐがバッファ部２２に蓄積される期間以上の長さに設定される。
フレームフィルタ２３は、バッファ部２２に蓄積された時系列で連続する所定個数分（例えば１６フレーム分）の極座標空間フレームＦｐを抽出し、フレームフィルタリングを行うことで、時間軸上で平均化された極座標空間フレームＦｐ（「平均化フレームＦａ」とも呼ぶ。）を生成する。これにより、フレームフィルタ２３は、各極座標空間フレームＦｐに存在する雑音が抑圧された平均化フレームＦａを生成する。ここで、フレームフィルタリングは、時系列で連続する極座標空間フレームＦｐを用いて雑音を低減する処理であればよい。例えば、フレームフィルタ２３は、バッファ部２２から抽出した所定個数分の極座標空間フレームＦｐから移動平均を算出することにより平均化フレームＦａを生成してもよく、一次ＩＩＲフィルタを適用することにより平均化フレームＦａを生成してもよい。フレームフィルタ２３は、本発明における「第１情報処理部」の一例である。
直交空間変換部２４は、フレームフィルタ２３が出力する平均化フレームＦａの座標系を極座標系から直交座標系に変換した直交座標空間フレームＦｏを生成する。このとき、直交空間変換部２４は、直交座標空間フレームＦｏの各ピクセルが対応する平均化フレームＦａのピクセルを特定することで、直交座標空間フレームＦｏを生成する。直交座標空間フレームＦｏ及び直交座標空間フレームＦｏの生成方法の具体例については、後述する。そして、直交空間変換部２４は、生成した直交座標空間フレームＦｏを表示制御部３へ供給する。直交空間変換部２４は、本発明における「変換部」の一例である。直交座標空間フレームＦｏは、本発明における「第２情報」及び「直交座標空間２次元信号」の一例である。
［具体例］
次に、図５〜図８を参照して信号処理部２が実行する処理の具体例について説明する。
（１）極座標空間フレーム
図５（Ａ）は、ライダユニット１００の周辺を模式的に描いた俯瞰図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す位置にライダユニット１００が存在する場合に生成された極座標空間フレームＦｐを示す。図５（Ａ）に示すように、ライダユニット１００の周辺には、対象物として、主に、ビル、自動車、金網のフェンス１及び２、コンクリート壁、草むら、人などが存在する。また、図５（Ｂ）では、Ａ／Ｄコンバータ１８が出力するデジタル信号の値（即ち受光強度）が高いほど白に近くなる。
ここで、図５（Ｂ）に示す極座標空間フレームＦｐの縦軸は、スキャナ１４の走査角度に相当するセグメントのインデックス「ｓ」（ｓ＝０〜８９９）を示し、横軸はセグメント抽出信号Ｓ３がアサートされる期間においてＡ／Ｄコンバータ１８が生成する２０４８個分のサンプルのインデックス「ｋ」（ｋ＝０〜２０４７）を示す。なお、セグメントのインデックス「ｓ＝０」は、スキャナ１４の走査角度０°（図５（Ａ）の矢印８０が示す方向）に相当し、セグメントのインデックス「ｓ＝４５０」は、スキャナ１４の走査角度１８０°に相当する。
ここで、図５（Ｂ）の横軸のサンプルのインデックスｋの大きさは、対象物までの距離（「ターゲット距離Ｌｔａｇ」とも呼ぶ。）に対応する。具体的には、サンプルのインデックス「ｋ」と、トリガ信号Ｓ２がアサートされてから当該トリガ信号Ｓ２に基づき出射された光パルスに相当するサンプルが出力されるまでの遅延時間「Ｔｄ」の関係は、クロック周波数を「ｆｓｍｐ」（＝１．８ＧＨｚ）とすると、後述する電気的及び光学的遅れ等を考慮しない場合、
Ｔｄ＝ｋ／ｆｓｍｐ≒ｋ×０．５５５５５ｎｓｅｃ
となる。この場合、ターゲット距離Ｌｔａｇと遅延時間Ｔｄとの関係は、後述する遅れ等を考慮しない場合、
Ｌｔａｇ＝Ｔｄ・（ｃ／２）＝（ｋ／ｆｓｍｐ）・（ｃ／２） （１）
となる。
なお、実際には、同期制御部１１からＬＤドライバ１２へトリガ信号Ｓ２を送出してからスキャナ１４が光を出射するまでの送出ルート、及び、スキャナ１４に戻り光が入射してからＡ／Ｄコンバータ１８によりデジタル信号に変換されるまでの受信ルートのそれぞれに電気的及び光学的な遅れが存在する。そして、図５（Ｂ）の例では、サンプルのインデックス「ｋ＝２７０」が、ターゲット距離Ｌｔａｇが０の地点（即ち、距離始点）に相当している。従って、サンプルのインデックスｋからターゲット距離Ｌｔａｇを算出するには、インデックスｋに対してオフセット（「始点オフセットｋ０」とも呼ぶ。）を設け、始点オフセットｋ０の分（即ち２７０）だけインデックスｋを減算する必要がある。始点オフセットｋ０を考慮した場合、式（１）は、以下の式（２）に書き換えられる。
Ｌｔａｇ＝｛（ｋ−ｋ０）／ｆｓｍｐ｝・（ｃ／２） （２）
ここで、図５（Ｂ）に示すサンプルのインデックス「ｋ＝２７０」直前の高い出力を示す縦縞７０は、迷光が受光素子１６に照射されることにより発生した高出力部分である。なお、レーザダイオード１３から出射された光パルスの一部は、直接又はコア部１内の内部反射によって、迷光として受光素子１６に入射する。
このように、極座標空間フレームＦｐの座標空間は、走査角度（即ち角度）に相当する縦軸と、ターゲット距離Ｌｔａｇ（即ち半径）に相当する横軸とを有する極座標空間となっている。フレーム生成部２１は、インデックス「ｋ＝０」から「ｋ＝８９９」までの９００個分のセグメントに対応するセグメント信号Ｓｓｅｇをコア部１のセグメンテータ１９から受信した場合に、これらを統合して１つの極座標空間フレームＦｐを生成し、バッファ部２２に蓄積する。
図６は、時系列で連続する１６個の極座標空間フレームＦｐに基づきフレームフィルタ２３が生成した平均化フレームＦａを示す。この例では、フレームフィルタ２３は、一例として、係数１／１６の一次ＩＩＲフィルタを適用することで、ほぼ１６フレーム程度の平均化効果が付加された平均化フレームＦａを生成している。図６に示す平均化フレームＦａと図５（Ｂ）に示す極座標空間フレームＦｐとを比較した場合、図６に示す平均化フレームＦａでは、図５（Ｂ）の極座標空間フレームＦｐで現れていた雑音に相当する高出力部分が平滑化されている。
図７は、仮に図５（Ｂ）に示す極座標空間フレームＦｐを直交空間変換部２４に入力した場合に得られる直交座標空間フレームＦｏの表示例である。図７に示す直交座標空間フレームＦｏは、縦横各５１２ピクセルのビットマップであり、中心のピクセル位置をライダユニット１００の位置としている。また、図７の例では、直交座標空間フレームＦｏの一辺に相当する距離が、ゲート幅Ｗｇに相当する最大測距距離（即ち１７０．５５ｍ）となっている。
図７の例では、時系列での平均化が行われていない極座標空間フレームＦｐを直交座標空間フレームＦｏに変換している。この場合であっても、フェンス１及びフェンス２の奥に存在するコンクリート壁を視認することが可能である。［作用効果の補足説明］のセクションで説明するように、従来の対象物の点群を検出するライダでは、コンクリート壁を検出することができない。よって、図７の例のように、極座標空間フレームＦｐをそのまま直交座標空間フレームＦｏに変換して表示した場合であっても、従来のライダと比較した場合の有利な効果が存在する。
図８は、図６に示す平均化フレームＦａから直交空間変換部２４が生成した直交座標空間フレームＦｏを示す。
図８の例では、極座標空間フレームＦｐの平均化により雑音が低減されているため、図５（Ａ）に示すコンクリート壁、フェンス１及び２、ビル、自転車などの存在がより明確に示されている。よって、ライダユニット１００は、平均化フレームＦａから生成した図８に示す直交座標空間フレームＦｏをディスプレイ４に表示することで、ライダユニット１００の水平方向の３６０度における対象物の存在及び位置を、雑音を低減した状態で明確にユーザに認識させることができる。
ここで、平均化フレームＦａ又は極座標空間フレームＦｐから直交座標空間フレームＦｏへの変換方法の具体例について説明する。
この場合、まず、直交空間変換部２４は、直交座標空間フレームＦｏに対応する各ピクセルについて、当該ピクセルが対応する極座標を算出する。具体的には、極座標を「（Ｒ、θ）」、直交座標空間フレームＦｏの各ピクセルに対応する座標を「（Ｘ、Ｙ）」とすると、「Ｒ」及び「θ」は、一般的な座標変換の公式に基づき、以下のように表される。
Ｒ＝√（Ｘ・Ｘ＋Ｙ・Ｙ） （３）
θ＝ａｔａｎ（Ｘ，Ｙ） （４）
また、セグメントのインデックスｓは、以下のように表される。
ｓ＝（θ／２π）・９００ （５）
さらに、サンプルのインデックスｋは、式（２）の「Ｌｔａｇ」を「Ｒ」とみなし、インデックスｋについて整理することで、以下のように表される。
ｋ＝ｋ０＋Ｒ・ｆｓｍｐ・（２／ｃ） （６）
従って、直交空間変換部２４は、式（３）、（６）を参照することで、直交座標空間フレームＦｏの直交座標（Ｘ、Ｙ）に最も対応するサンプルのインデックスｋを算出すると共に、式（４）、（５）を参照することで、直交座標空間フレームＦｏの直交座標（Ｘ、Ｙ）に最も対応するセグメントのインデックスｓを算出する。なお、式（３）〜（６）を参照して得られるｓ及びｋの値は実数値となるため、直交空間変換部２４は、四捨五入等を行うことによりｓ及びｋの値を整数にする。これにより、直交座標空間フレームＦｏの各ピクセルに対応する平均化フレームＦａ又は極座標空間フレームＦｐのピクセルが特定される。その後、直交空間変換部２４から直交座標空間フレームＦｏを受信した表示制御部３は、直交座標空間フレームＦｏの各ピクセルの値を、適切なスケールのグレースケールマップで輝度に変換し表示する。このとき、表示制御部３は、ピクセルの値に基づき色分けして直交座標空間フレームＦｏをディスプレイ４に表示させてもよい。
なお、平均化フレームＦａから生成した直交座標空間フレームＦｏを用いた場合、ライダユニット１００に対して相対的に移動している対象物については、その移動軌跡に沿った線が形成される。例えば、図８の例では、ライダユニット１００が静止しているのに対して自転車（図５（Ａ）参照）が移動している。その結果、図８では、自転車が尾を引いた状態で表示されている。この場合であっても、移動物体を目立たせると共に、移動物体の移動方向を好適に把握させることができるといった利点がある。
［作用効果の補足説明］
次に、本実施例のライダユニット１００を従来のライダと比較した場合の有利な作用効果について図９〜図１１を参照して補足説明する。
図９（Ａ）は、図５（Ｂ）に示す極座標空間フレームＦｐに対して、インデックス「ｓ＝２５０」のセグメントでの高出力部分を逆三角形のマークにより指し示した図である。図９（Ｂ）は、インデックス「ｓ＝２５０」のセグメントに対応するセグメント信号Ｓｓｅｇの波形を示す。図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）に示す波形のピーク部分を拡大した図である。
図９（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、図９（Ａ）の逆三角形のマークにより指し示されたサンプルインデックス「ｋ＝５０１」部分に、波形のピークが存在することがわかる。ここで、ピークとなるサンプルインデックス「ｋ＝５０１」と始点オフセット「ｋ０＝２７０」との差分（即ち２３１）を上述の式（２）に代入することで、ピーク位置に対応するターゲット距離Ｌｔａｇ（約１９．２３７ｍ）が算出される。
このように、一般的なライダでは、セグメントごとの出力波形のピーク位置に対応するターゲット距離Ｌｔａｇを算出することで、対象物の検出及び測距を行う。この場合、インデックス「ｓ＝２５０」のセグメントでは、対象物からの戻り光に対応する出力パルスが明確に存在するため、対象物の検出及び測距を的確に実行することが可能である。なお、ライダの種別によっては、ピーク位置を検出する前にマッチドフィルタ等を適用してＳＮの最大化を行ったり、ピーク位置に対応するサンプルインデックスを補間処理により実数値として特定したりする。
図１０（Ａ）は、図５（Ｂ）に示す極座標空間フレームＦｐに対して、インデックス「ｓ＝０」のセグメント付近における高出力の３つの放物線の位置をマーク７１〜７３により指し示した図である。図１０（Ｂ）は、インデックス「ｓ＝０」のセグメントに対応するセグメント信号Ｓｓｅｇの波形を示す。
図１０（Ｂ）に示す波形では、マーク７１に対応する箇所がピーク位置となっている。図５（Ａ）に示す実空間では、この位置に金網のフェンス１が存在する。一方、マーク７２に対応する箇所は、図１０（Ｂ）に示す波形において局所的なピークを形成している。しかし、枠７４が示す雑音に起因したピークよりも小さくなっている。図５（Ａ）に示す実空間では、この位置に金網のフェンス２が存在する。さらに、マーク７３に対応する箇所は、図１０（Ｂ）に示す波形においてピークを形成していない。図５（Ａ）に示す実空間では、この位置にコンクリート壁が存在する。
このように、インデックス「ｓ＝０」のセグメントの波形では、マーク７２に対応するフェンス２やマーク７３に対応するコンクリート壁の存在を検知することができない。一方、図５（Ｂ）に示す極座標空間フレームＦｐでは、隣接するセグメントの出力と並べられて表示されるため、インデックス「ｓ＝０」のセグメントの波形では顕著になっていないフェンス２やコンクリート壁に対応する高出力の放物線が顕現している。
図１１は、典型的なライダにより検出した対象物の点群を直交座標系にプロットした図である。図１１の例では、各セグメントの出力波形に対して最も顕著なピークに対応する位置がプロットされている。
図１１の例では、フェンス１及び２の奥に存在するコンクリート壁が全く検出されていない。さらに、図１１では、実際に物体がないポイントにもプロットが打たれている。これは、セグメントごとに必ず１つのピークを検出し、当該ピークに対応する位置にプロットを行っていることに起因する。なお、このような偽点の表示を抑制するため、所定の閾値以上のピークのみを選択的に検出する仕組みが備わっているライダ製品が一般的である。しかし、このような閾値を設けた場合、出射光に対する反射率が低い性質を持つ物体の点群検出がさらに困難になる。このように、各セグメントの受信波形からピーク位置に対応する点群の情報を出力する従来のライダの仕様では、比較的遠方にある物体に関する情報が削ぎ落されてしまうという問題がある。
以上を勘案し、本実施例に係るライダユニット１００は、点群情報に変換する前の各セグメントの受信波形から極座標空間フレームＦｐを生成した後、座標変換により生成した直交座標空間フレームＦｏをディスプレイ４に表示させる。これにより、従来のように点群情報に変換した場合では検出不可能であった物体についても好適に可視化することができる。また、ライダユニット１００は、時間方向に極座標空間フレームＦｐを平均化した直交座標空間フレームＦｏを表示対象とすることで、雑音を好適に低減して視認性を向上させることができる。
［変形例］
次に、実施例に好適な変形例について説明する。以下の変形例は、任意に組み合わせて上述の実施例に適用してもよい。
（変形例１）
ライダユニット１００が車両に搭載される場合、車両の走行時では、ライダユニット１００の周辺の物体がライダユニット１００に対して相対的に移動する。この場合、極座標空間フレームＦｐを時間軸で平均化した平均化フレームＦａに基づき直交座標空間フレームＦｏが生成されていることから、移動軌跡に沿った線が直交座標空間フレームＦｏ上に表示されることになる。これを防ぐため、ライダユニット１００は、ライダユニット１００が載せられた車両が停止中か否か判定し、車両が停止中であると判断した場合にのみ、フレームフィルタ２３による処理を実行してもよい。
図１２は、本変形例に係る信号処理部２の概略構成を示す。図１２に示すように、車両の走行時では、直交空間変換部２４は、フレーム生成部２１が生成した極座標空間フレームＦｐに基づき直交座標空間フレームＦｏを生成する。なお、図１２の例に代えて、直交空間変換部２４は、フレーム生成部２１がバッファ部２２に一旦記憶した極座標空間フレームＦｐをバッファ部２２から即時に抽出して直交座標空間フレームＦｏを生成してもよい。一方、車両の停車時では、直交空間変換部２４は、実施例と同様、フレームフィルタ２３が出力する平均化フレームＦａに基づき直交座標空間フレームＦｏを生成する。なお、信号処理部２は、車両の停車の有無を、図示しない加速度センサや距離センサなどの出力に基づき判定してもよく、車両からＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのプロトコルに基づき車速情報を受信することで判定してもよい。
このように、ライダユニット１００は、車両の走行時には、平均化フレームＦａを使用しない。これにより、ライダユニット１００は、対象物が尾を引いた状態で直交座標空間フレームＦｏ上に表示されるのを好適に抑制することができる。
また、他の例では、ライダユニット１００は、車両の移動速度に応じ、直交座標空間フレームＦｏの生成に用いる極座標空間フレームＦｐの枚数（即ちフィルタの深さ）、言い換えると、極座標空間フレームＦｐの平均化を行う時間幅を決定してもよい。この場合、ライダユニット１００は、車速情報を、図示しないセンサから取得してもよく、車両から取得してもよい。
一般に、直交座標空間フレームＦｏの生成に用いる極座標空間フレームＦｐの枚数が多く、極座標空間フレームＦｐの平均化を行う時間幅が長いほど、直交座標空間フレームＦｏに現れる移動軌跡の線が長くなる傾向がある。同様に、ライダユニット１００と対象物との相対速度が速いほど、時間軸で連続する極座標空間フレームＦｐ間での対象物の移動幅が長くなるため、直交座標空間フレームＦｏに現れる移動軌跡の線が長くなる傾向がある。
以上を勘案し、フレームフィルタ２３は、所定のマップ等を参照し、車両の速度が高いほど、直交座標空間フレームＦｏの生成に用いる極座標空間フレームＦｐの枚数を少なくする。上述のマップは、車両の速度と、直交座標空間フレームＦｏの生成に用いる極座標空間フレームＦｐの枚数を決定するパラメータとのマップであり、例えば実験等に基づき予め生成される。これにより、直交座標空間フレームＦｏに現れる移動軌跡の線が過度に長くなることに起因した視認性の低下を好適に抑制することができる。
（変形例２）
フレーム生成部２１は、コア部１から受信したセグメント信号Ｓｓｅｇが示す受信波形に対してマッチドフィルタリングを行うことで、雑音を抑圧してもよい。そして、この場合、直交空間変換部２４は、マッチドフィルタリングにより雑音抑圧された極座標空間フレームＦｐ又は極座標空間フレームＦｐを時間軸で平均化した平均化フレームＦａを直交座標系に変換することで直交座標空間フレームＦｏを生成する。この態様により、ライダユニット１００は、好適に雑音が消去された画像を、ディスプレイ４に表示することができる。
（変形例３）
ライダユニット１００の構成は、図１に示す構成に限定されない。例えば、ライダユニット１００は、表示制御部３及びディスプレイ４を有しなくともよい。この場合、例えば、ライダユニット１００は、信号処理部２が生成した直交座標空間フレームＦｏに対して公知の画像認識処理を行うことで、特定の対象物を検出し、当該対象物の存在を図示しない音声出力装置により報知してもよい。他の例では、ライダユニット１００は、信号処理部２が生成した直交座標空間フレームＦｏを、図示しないＧＰＳ受信機等が出力するライダユニット１００の現在位置情報等と共に、図示しない記憶部に蓄積してもよい。
また、ライダユニット１００は、スキャナ１４による水平方向の走査を鉛直方向の複数列（レイヤ）について繰り返すことで、レイヤごとに直交座標空間フレームＦｏを生成してもよい。
（変形例４）
図２に示すコア部１の構成は一例であり、本発明が適用可能な構成は、図２に示す構成に限定されない。例えば、レーザダイオード１３及びモータ制御部１５は、スキャナ１４と共に回転する構成であってもよい。
１ コア部
２ 信号処理部
３ 表示制御部
４ ディスプレイ
１００ ライダユニット

Claims (12)

  1. 照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、
    対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、
    前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力部と、
    を備える情報処理装置。
  2. 前記第１情報を、照射平面に対応する直交座標系における受光強度を示す第２情報に変換する変換部を更に備える請求項１に記載の情報処理装置。
  3. 前記出力部が所定時間幅にわたり生成した複数の第１情報に基づき、時間軸上でフィルタリングされた第１情報を出力する第１情報処理部をさらに備え、
    前記変換部は、前記時間軸上でフィルタリングされた第１情報を、前記第２情報に変換する請求項２に記載の情報処理装置。
  4. 前記情報処理装置は移動体と共に移動し、
    前記変換部は、前記移動体が停止している場合、前記時間軸上でフィルタリングされた第１情報を前記第２情報に変換し、前記移動体が移動中の場合、前記第１情報処理部によるフィルタリングが行われていない第１情報を前記第２情報に変換する請求項３に記載の情報処理装置。
  5. 前記情報処理装置は移動体と共に移動し、
    前記第１情報処理部は、前記所定時間幅を、前記移動体の移動速度に応じて、前記フィルタリングの帯域幅を変化させる、請求項３に記載の情報処理装置。
  6. 前記変換部は、マッチドフィルタリングが適用された第１情報を、前記第２情報に変換する請求項２〜５のいずれか一項に記載の情報処理装置。
  7. 前記第２情報は、水平面と平行な２次元空間の受光強度を示し、
    前記第２情報に基づく画像を表示部に表示させる表示制御部をさらに備える請求項２〜６のいずれか一項に記載の情報処理装置。
  8. 照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、
    対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、
    前記受光部が出力する前記照射方向ごとの受光信号に基づいて、極座標空間２次元信号を生成する生成部と、
    前記極座標空間２次元信号を直交座標空間２次元信号に変換する変換部と、
    を備える情報処理装置。
  9. 照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、
    対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、
    前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、照射位置に関する基準位置から当該照射方向における距離と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力部と、
    を備える情報処理装置。
  10. 照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、
    対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、を有する情報処理装置が実行する制御方法であって、
    前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力工程
    を有する制御方法。
  11. 照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、
    対象物にて反射された前記レーザ光を受光する受光部と、を有する情報処理装置を制御するコンピュータが実行するプログラムであって、
    前記受光部が出力する受光信号に基づいて、照射方向と、反射光の応答遅延時間と、における前記レーザ光の受光強度を示す第１情報を生成して出力する出力部
    として前記コンピュータを機能させるプログラム。
  12. 請求項１１に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。
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