JPWO2017138155A1 - 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

ライダユニット１００の信号処理部２は、コア部１が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇに基づいて、レーザ光の照射方向を示すスキャン角度と、ターゲット距離Ｌｔａｇと、におけるレーザ光の受光強度を示す極座標空間フレームＦｐを生成し、直交座標空間フレームＦｏに変換して表示制御部３に出力する。また、信号処理部２は、コア部１が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇが閾値Ａｐｔｈ以上の受光強度を示す照射方向については、当該セグメント信号Ｓｓｅｇに基づいて計測点情報Ｉｐを生成して点群処理部５に出力する。

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に対する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。一方、ライダの出力を車両の周辺環境認識等に用いる場合には、リアルタイムでの対象物の検出が必要となる。

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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２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、を備え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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２情報を生成して出力する出力工程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、を備える情報処理装置の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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２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）セグメント信号の波形を示す。（Ｂ）基準パルスの波形を示す。（Ｃ）レプリカパルスの波形を示す。 レプリカパルスの減算処理の概要を示す。 フレーム方向フィルタリング部の機能的な構成を示すブロック図である。 ライダユニットの周辺を模式的に描いた俯瞰図である。 （Ａ）０番目のフレーム処理のタイミングで検出した計測点の点群を直交座標系でプロットした図である。（Ｂ）５番目のフレーム処理のタイミングで検出した計測点の点群を直交座標系でプロットした図である。 （Ａ）１０番目のフレーム処理のタイミングで検出した計測点の点群を直交座標系でプロットした図である。（Ｂ）１５番目のフレーム処理のタイミングで検出した計測点の点群を直交座標系でプロットした図である。 レプリカパルスによる減算処理を行わない場合の直交座標空間フレームの表示例である。 レプリカパルスによる減算処理を行った場合の直交座標空間フレームの表示例である。 変形例における信号処理部のブロック構成図を示す。 変形例におけるレプリカパルスの減算処理で得られる信号の波形を示す。

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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２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、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。さらに、出力部は、受光部が出力する受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、受光信号に基づいて対象物までの距離を示す第２情報を生成して出力する。ここで、出力部は、第２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２情報を出力してもよい。また、「第２情報」には、対象物までの距離の情報に加えて、受光強度を示す情報等が含まれていてもよい。例えば、第２情報が点群で出力された場合には、受光強度の情報は、距離補正して反射強度に変換され白線検出等に用いられる。

この態様により、情報処理装置は、受光強度が所定値以上となる比較的近距離の対象物の情報については第２情報として出力しつつ、他の対象物の情報についても第１情報として出力することができる。

上記情報処理装置の一態様では、前記出力部は、所定時間幅にわたり生成した複数の第１情報に基づいて、時間軸上で平均化された第１情報を出力する。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１情報を生成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、前記出力部は、前記第２情報を生成した照射方向の前記受光信号から、第３情報を生成し、前記受光部が出力する受光信号から前記第３情報の信号成分を減算させることで、前記第１情報を生成する。これにより、情報処理装置は、第２情報の生成に用いた照射方向の受光信号から生成した第３情報を、第１情報から除外することができる。

上記情報処理装置の他の一態様では、前記出力部は、前記照射方向ごとに、前記第２情報を生成した照射方向の前記受光信号の波形と前記所定値以上の振幅となるピークの位置及び振幅が同一となる信号を、前記第３情報として生成し、対象の照射方向の前記受光信号から前記第３情報の信号成分を減算させる。この態様により、情報処理装置は、第２情報として検出した対象物の点群の情報を、第１情報から好適に除外することができる。

上記情報処理装置の他の一態様では、前記出力部は、対応する前記照射方向に対する前記ピークが複数存在する場合、前記ピークごとに前記第３情報を生成し、当該照射方向の前記受光信号から前記第３情報の各々の信号成分を減算させる。この態様により、情報処理装置は、マルチパスにより照射方向ごとの受光信号から複数のピークを検出した場合であっても、当該ピークの情報を的確に除外した第１情報を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、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４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、前記第４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４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、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、を備え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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２情報を生成して出力する出力工程を備える。情報処理装置は、この制御方法を実行することで、受光強度が所定値以上となる比較的近距離の対象物の情報については第２情報として出力しつつ、他の対象物の情報についても第１情報として出力することができる。

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、を備える情報処理装置の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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２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。情報処理装置は、このプログラムを実行することで、受光強度が所定値以上となる比較的近距離の対象物の情報については第２情報として出力しつつ、他の対象物の情報についても第１情報として出力することができる。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う。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、点群処理部５とを有する。ライダユニット１００は、本発明における「情報処理装置」の一例である。

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の波形からピーク位置をそれぞれ検出し、検出したピーク位置に基づきレーザが照射された対象物の照射位置（「計測点」とも呼ぶ。）までの距離を算出する。そして、信号処理部２は、セグメントごとに算出した距離と、当該セグメントに対応するスキャン角度との組み合わせを、計測点の情報（「計測点情報Ｉｐ」とも呼ぶ。）として点群処理部５へ供給する。

また、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。このとき、後述するように、信号処理部２は、極座標空間フレームＦｐを生成する前の各セグメントのセグメント信号Ｓｓｅｇに対し、検出した計測点の点群（単に「点群」とも呼ぶ。）に対応する情報を除外する処理を行う。これにより、信号処理部２は、点群として検出した比較的近距離の対象物が直交座標空間フレームＦｏに表示されないようにする。

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。点群処理部５は、信号処理部２から受信した計測点情報Ｉｐに基づく処理を行う。例えば、点群処理部５は、ライダの出力を用いた公知の周辺環境認識処理、自己位置推定処理、又は／及びディスプレイ４への表示処理などを行う。

［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（＝２^１７）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、電気的及び光学的な遅れにより１７０．５５ｍよりも若干短くなる。

ここで、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（「遅延時間Ｔｄ」とも呼ぶ。）と、対象物までの距離（「ターゲット距離Ｌｔａｇ」とも呼ぶ。）との関係について補足説明する。

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を「ｓ」（ｓ＝０〜８９９）、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を「ｋ」（ｋ＝０〜２０４７）とすると、サンプルのインデックスｋの大きさは、ターゲット距離Ｌｔａｇに対応する。具体的には、サンプルのインデックスｋと、遅延時間Ｔｄの関係は、クロック周波数を「ｆｓｍｐ」（＝１．８ＧＨｚ）とすると、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、遅れ等を考慮しない場合、
Ｌｔａｇ＝Ｔｄ・（ｃ／２）＝（ｋ／ｆｓｍｐ）・（ｃ／２）
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。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、ターゲット距離Ｌｔａｇは、以下の式により表される。
Ｌｔａｇ＝｛（ｋ−ｋ０）／ｆｓｍｐ｝・（ｃ／２）

［信号処理部の詳細］
（１）ブロック構成
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、セグメント信号処理部２１と、点検出部２２と、基準パルス記憶部２３と、レプリカパルス生成部２４と、演算部２５と、フレーム方向フィルタリング部２６と、を有する。

セグメント信号処理部２１は、セグメント信号Ｓｓｅｇに対して雑音抑圧を行うための信号処理を行う。例えば、セグメント信号処理部２１は、マッチドフィルタ等を適用してセグメント信号Ｓｓｅｇに対してＳＮの最大化を行う。

点検出部２２は、セグメント信号処理部２１による処理後のセグメント信号Ｓｓｅｇの波形からピークを検出し、検出したピークに対応する振幅（「振幅Ａｐ」とも呼ぶ。）及び遅延時間Ｔｄの推定を行う。そして、点検出部２２は、セグメント信号Ｓｓｅｇが示す波形のピークのうち、推定した振幅Ａｐが所定の閾値（「閾値Ａｐｔｈ」とも呼ぶ。）以上となるピークが存在する場合に、当該ピークの振幅Ａｐ及び遅延時間Ｔｄの情報をレプリカパルス生成部２４に供給する。また、点検出部２２は、推定した振幅Ａｐが閾値Ａｐｔｈ以上となるピークごとに、遅延時間Ｔｄに対応する距離と、対象のセグメントに対応するスキャン角度との組み合わせを示す計測点情報Ｉｐを生成し、点群処理部５へ供給する。なお、計測点情報Ｉｐには、遅延時間Ｔｄに対応する距離に加えて、受光強度を示す情報（即ち振幅Ａｐに相当する情報）が含まれていてもよい。この場合、例えば、点群処理部５は、計測点情報Ｉｐに含まれる受光強度の情報を、距離補正して反射強度に変換することで、白線検出等の処理に用いる。閾値Ａｐｔｈは、本発明における「所定値」の一例であり、計測点情報Ｉｐは、本発明における「第２情報」の一例である。

基準パルス記憶部２３は、反射光を受光素子１６が理想的に受信した場合のセグメント信号Ｓｓｅｇの波形（「基準パルス」とも呼ぶ。）を予め記憶する。本実施例では、基準パルスは、ライダユニット１００に近づけた対象物に対してレーザ光を出射させた場合の反射光を受光素子１６が理想的に受信した場合のセグメント信号Ｓｓｅｇの波形を示すものとし、例えば実験等に基づき予め生成される。基準パルスは、レプリカパルス生成部２４により読み出される。

レプリカパルス生成部２４は、点検出部２２によって検出されたピークの波形を示す信号（「レプリカパルスＳｒｅｐ」とも呼ぶ。）を生成する。具体的には、レプリカパルス生成部２４は、点検出部２２から供給された振幅Ａｐ及び遅延時間Ｔｄの推定値に基づき、基準パルス記憶部２３から読み出した基準パルスを補正することで、レプリカパルスＳｒｅｐを生成する。レプリカパルスＳｒｅｐの生成方法の具体例については、図５を参照して後述する。レプリカパルスＳｒｅｐは、本発明における「第３情報」の一例である。

レプリカパルス生成部２４は、セグメント信号処理部２１から供給されるセグメント信号Ｓｓｅｇに対し、レプリカパルス生成部２４から供給されるレプリカパルスＳｒｅｐの減算処理を行う。そして、レプリカパルス生成部２４は、レプリカパルスＳｒｅｐを減算した後のセグメント信号Ｓｓｅｇ（「ピーク除去信号Ｓｓｕｂ」とも呼ぶ。）を、フレーム方向フィルタリング部２６へ供給する。

フレーム方向フィルタリング部２６は、９００セグメント分のセグメント信号Ｓｓｅｇの各々から抽出されたピーク除去信号Ｓｓｕｂから１つの極座標空間フレームＦｐを生成し、さらにフレーム方向でのフィルタリングを行うことで、直交座標空間フレームＦｏを生成する。フレーム方向フィルタリング部２６が実行する処理については、図６を参照して後述する。なお、点検出部２２及びフレーム方向フィルタリング部２６は、本発明における「出力部」の一例である。

（２）レプリカパルスの生成及び減算処理
次に、レプリカパルス生成部２４が実行するレプリカパルスＳｒｅｐの生成処理及び演算部２５が実行するレプリカパルスＳｒｅｐの減算処理の具体例について、図５及び図６を参照して説明する。

図５（Ａ）は、あるセグメントに対してセグメント信号処理部２１が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇの波形の一例を示す。図５（Ａ）の縦軸の受光強度は、受光素子１６が理想的に反射光を受光したときが「１」となる。

この場合、点検出部２２は、閾値Ａｐｔｈ以上の振幅Ａｐを有するピーク（枠９０参照）を検出し、当該ピークの振幅Ａｐが「０．２３３」、遅延時間Ｔｄに相当するサンプルインデックスｋが「２３１．１」であると推定する。

図５（Ｂ）は、基準パルスの波形の一例を示す。図５（Ｂ）に示すように、この場合、遅延時間Ｔｄに相当するサンプルインデックスｋが「０」付近となり、振幅Ａｐは「１」となっている。基準パルス記憶部２３は、図５（Ｂ）に示すような基準パルスを予め記憶しておき、レプリカパルス生成部２４に供給する。

図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示すセグメント信号Ｓｓｅｇから推定した振幅Ａｐ及び遅延時間Ｔｄと図５（Ｂ）に示す基準パルスとに基づき生成したレプリカパルスＳｒｅｐを示す。この場合、レプリカパルス生成部２４は、図５（Ｂ）の基準パルスを、図５（Ａ）の例で推定した振幅Ａｐ及び遅延時間Ｔｄに基づき補正することで、図５（Ｃ）のレプリカパルスＳｒｅｐを生成する。具体的には、レプリカパルス生成部２４は、基準パルスの振幅Ａｐを、点検出部２２から取得した振幅Ａｐの推定値「０．２３３」に変更すると共に、基準パルスのピーク位置のサンプルインデックスｋを、点検出部２２から取得したサンプルインデックスｋの推定値「２３１．１」に変更する。

図６は、演算部２５が実行するレプリカパルスＳｒｅｐの減算処理の概要を示す図である。図６に示すように、演算部２５は、図５（Ａ）のセグメント信号Ｓｓｅｇ（図６の左上参照）に対し、図５（Ｃ）のレプリカパルスＳｒｅｐ（図６の右上参照）を減算することで、図５（Ａ）のセグメント信号Ｓｓｅｇから閾値Ａｐｔｈ以上のピークが除去されたピーク除去信号Ｓｓｕｂ（図６の中央下参照）を生成する。このように、演算部２５は、レプリカパルスＳｒｅｐに基づき、点検出部２２が検出した点群の情報をセグメント信号Ｓｓｅｇから除外したピーク除去信号Ｓｓｕｂを生成することができる。

（３）フレームフィルタリング
図７は、フレーム方向フィルタリング部２６の機能的な構成を示すブロック図である。フレーム方向フィルタリング部２６は、主に、フレーム生成部３１と、バッファ部３２と、フレームフィルタ３３と、直交空間変換部３４とを有する。

フレーム生成部３１は、９００セグメント分のセグメント信号Ｓｓｅｇの各々から抽出されたピーク除去信号Ｓｓｕｂから１つの極座標空間フレームＦｐを生成し、バッファ部３２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３１は、極座標空間フレームＦｐとして、９００×２０４８の画像を生成する。このように、フレーム生成部３１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ピーク除去信号Ｓｓｕｂを演算部２５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３２に蓄積する。ここで、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。極座標空間フレームＦｐは、本発明における「第１情報」の一例である。

バッファ部３２は、フレーム生成部３１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３３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３２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３３は、バッファ部３２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３３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３３は、バッファ部３２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。

直交空間変換部３４は、フレームフィルタ３３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３４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。そして、直交空間変換部３４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３４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４情報」の一例である。

（４）具体例
次に、図８〜図１２を参照し、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。

図８は、実験時のライダユニット１００の周辺を模式的に描いた俯瞰図である。図８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、複数の壁、樹木、樹木群、金網１と金網２、及び移動中である走行車両などが存在する。以後では、スキャナ１４の回転速度に応じたフレーム周波数に基づき、信号処理部２が０番目から１５番目までの１６個分のフレーム処理を行う場合について説明する。

図９（Ａ）は、０番目のフレーム処理で点検出部２２が検出した点群を直交座標系でプロットした図であり、図９（Ｂ）は、５番目のフレーム処理で点検出部２２が検出した点群を直交座標系でプロットした図である。また、図１０（Ａ）は、１０番目のフレーム処理で点検出部２２が検出した点群を直交座標系でプロットした図であり、図１０（Ｂ）は、１５番目のフレーム処理で点検出部２２が検出した点群を直交座標系でプロットした図である。ここで、枠８０は、走行車両の位置を示し、枠８１は、図８の枠７９内の壁の位置を示す。なお、各計測点に対応する画素を白に設定し、他の画素を黒に設定している。

この場合、枠８０内の走行車両については、図９（Ａ）、（Ｂ）、図１０（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、ライダユニット１００から比較的近距離に存在するため、精度良く検出されている。ここで、走行車両の移動により、走行車両に対応する点群（枠８０参照）は、フレームの番号が大きくなるにつれて左に移動している。

一方、枠８１内の壁については、ライダユニット１００から比較的遠方にあり、かつ、ライダユニット１００との間に樹木群が存在するため、点検出部２２により点群として検出されず、点検出部２２の検出結果によっては対象の壁の存在を認識することができない。

図１１は、レプリカパルスＳｒｅｐによる減算処理を行わないセグメント信号Ｓｓｅｇに基づき生成した直交座標空間フレームＦｏの表示例である。図１１の例では、フレーム方向フィルタリング部２６は、０番目から１５番目までのフレーム処理でレプリカパルスＳｒｅｐによる減算を行わないセグメント信号Ｓｓｅｇに基づき極座標空間フレームＦｐを生成した後、これらの１６個の極座標空間フレームＦｐから生成した平均化フレームＦａを直交座標空間に変換することで、図１１に示す直交座標空間フレームＦｏを生成している。図１１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っている。ここで、枠８０Ａは、走行車両の位置を示し、枠８１Ａは、図８の枠７９内の壁の位置を示す。

図１１の直交座標空間フレームＦｏでは、１６フレームにわたる平均化処理により、図９及び図１０に示す各フレームでは確認できなかった壁（枠８１Ａ参照）などの比較的遠方の対象物が表示されている。一方、図１１の例では、走行車両に対応する受光強度が高い部分が計測期間での移動軌跡に従い尾を引いている。このように、レプリカパルスＳｒｅｐによる減算処理を行わない場合、移動物体の点群が直交座標空間フレームＦｏ内で尾を引いてしまい、実際の形状よりも移動方向に長い形状として検出される。

図１２は、本実施例に従いレプリカパルスＳｒｅｐによる減算後のピーク除去信号Ｓｓｕｂに基づき生成した直交座標空間フレームＦｏの表示例である。この場合、走行車両に対応する点群を含め、図９及び図１０に示す各フレームにおいて表示されていた点群の情報が除去されている。一方、図１２では、図１１の例と同様、図９及び図１０に示す各フレームでは確認できなかった壁（枠８１Ａ参照）などの比較的遠方の対象物が表示されている。このように、ライダユニット１００は、レプリカパルスＳｒｅｐによる減算処理を行うことで、点検出部２２が検出できなかった比較的遠方に存在する対象物を好適に直交座標空間フレームＦｏにより表示することができる。なお、仮に点検出部２２が点群として検出できない遠方の移動物体が存在する場合であっても、直交座標空間フレームＦｏ上での当該移動物体の移動距離は、点検出部２２が検出可能な近傍の移動物体と比べて短くなる傾向があるため、尾を引く長さは許容できる程度に短くなることが想定される。

以上説明したように、本実施例に係るライダユニット１００の信号処理部２は、コア部１が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇに基づいて、レーザ光の照射方向を示すスキャン角度と、ターゲット距離Ｌｔａｇと、におけるレーザ光の受光強度を示す極座標空間フレームＦｐを生成し、直交座標空間フレームＦｏに変換して表示制御部３に出力する。また、信号処理部２は、コア部１が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇが閾値Ａｐｔｈ以上の受光強度を示す照射方向については、当該セグメント信号Ｓｓｅｇに基づいて計測点情報Ｉｐを生成して点群処理部５に出力する。この態様により、ライダユニット１００は、比較的近距離に存在する対象物の点群については計測点情報Ｉｐとして出力しつつ、遠方に存在する対象物を直交座標空間フレームＦｏにより表示することができる。換言すれば、例えばライダユニット１００を周辺環境認識用として車両に搭載した場合、比較的近距離に存在する対象物（例えば他の移動物体等）については、点群処理を行うことにより高速に対象物を検出し、遠方に存在する対象物については、直交座標空間フレームを例えば時間軸上で平均化処理を行うことにより精度良く対象物を検出することが可能となる。

［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）
一般に、レーザ光の対象物への一部照射等に起因したマルチパスにより、１つのセグメントのセグメント信号Ｓｓｅｇに複数の閾値Ａｐｔｈ以上となるピークが存在する場合がある。この場合、信号処理部２は、ピーク除去信号Ｓｓｕｂに閾値Ａｐｔｈ以上のピークがなくなるまで、レプリカパルスＳｒｅｐによる減算処理を繰り返して実行してもよい。

図１３は、本変形例における信号処理部２Ａのブロック構成図を示す。図１３の例では、信号処理部２Ａは、複数の点検出部２２（２２Ａ、２２Ｂ、…）と、複数のレプリカパルス生成部２４（２４Ａ、２４Ｂ、…）と、複数の演算部２５（２５Ａ、２５Ｂ、…）とを有する。

そして、点検出部２２Ａは、セグメント信号処理部２１が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇから最も振幅Ａｐが大きいピークを検出する。そして、点検出部２２Ａは、振幅Ａｐが閾値Ａｐｔｈ以上の場合、対応する振幅Ａｐ及び遅延時間Ｔｄに相当するサンプルインデックスｋをレプリカパルス生成部２４Ａに供給すると共に、検出したピークに対応する計測点情報Ｉｐを点群処理部５へ供給する。その後、レプリカパルス生成部２４Ａは、点検出部２２Ａから受信した振幅Ａｐ及びサンプルインデックスｋに基づきレプリカパルスＳｒｅｐを生成し、演算部２５Ａは、レプリカパルス生成部２４Ａが生成したレプリカパルスＳｒｅｐを、セグメント信号処理部２１が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇから減算する。

同様に、点検出部２２Ｂは、演算部２５が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇから最も振幅Ａｐが大きいピークを検出する。そして、点検出部２２Ｂは、振幅Ａｐが閾値Ａｐｔｈ以上の場合、対応する振幅Ａｐ及び遅延時間Ｔｄに相当するサンプルインデックスｋをレプリカパルス生成部２４Ｂに供給すると共に、検出したピークに対応する計測点情報Ｉｐを点群処理部５へ供給する。その後、レプリカパルス生成部２４Ｂは、点検出部２２Ｂから受信した振幅Ａｐ及びサンプルインデックスｋに基づきレプリカパルスＳｒｅｐを生成し、演算部２５Ｂは、レプリカパルス生成部２４Ｂが生成したレプリカパルスＳｒｅｐを、演算部２５Ａが出力する信号から減算する。なお、点検出部２２Ｂは、検出したピークの振幅Ａｐが閾値Ａｐｔｈ未満の場合、レプリカパルス生成部２４ＢにレプリカパルスＳｒｅｐの生成を実行させることなく、演算部２５Ａが出力した信号をピーク除去信号Ｓｓｕｂとしてフレーム方向フィルタリング部２６に入力させる。

このように、図１３の構成例では、信号処理部２Ａは、１つのセグメントから複数個の計測点を検出可能であり、これらの計測点に関する計測点情報Ｉｐを点群処理部５へ供給すると共に、これらの計測点の情報を全て除去したピーク除去信号Ｓｓｕｂを生成して直交座標空間フレームＦｏを生成することができる。

図１４（Ａ）は、あるセグメントに対してセグメント信号処理部２１が出力するセグメント信号Ｓｓｅｇの波形の一例を示す。この例では、レーザ光のマルチパスにより、閾値Ａｐｔｈ以上の振幅Ａｐとなるピークが２つ存在する。この場合、まず、点検出部２２Ａは、振幅Ａｐが１番大きなピーク（枠９１参照）を検出し、当該ピークの振幅Ａｐ及び遅延時間Ｔｄに相当するサンプルインデックスｋを、レプリカパルス生成部２４Ａに供給する。これにより、レプリカパルス生成部２４Ａは、レプリカパルスＳｒｅｐを生成する。

図１４（Ｂ）は、レプリカパルス生成部２４Ａが生成したレプリカパルスＳｒｅｐにより演算部２５Ａがセグメント信号Ｓｓｅｇを減算した後の波形を示す。図１４（Ｂ）の波形では、図１４（Ａ）の枠９１が示すピークが除去されている。そして、点検出部２２Ｂは、図１４（Ｂ）に示す信号から、振幅Ａｐが１番大きなピーク（枠９２参照）を検出し、当該ピークの振幅Ａｐ及び遅延時間Ｔｄに相当するサンプルインデックスｋをレプリカパルス生成部２４Ｂに供給する。これにより、レプリカパルス生成部２４Ｂは、レプリカパルスＳｒｅｐを生成する。

図１４（Ｃ）は、演算部２５Ｂが出力する信号の波形を示す。図１４（Ｃ）では、演算部２５Ｂは、演算部２５Ａが出力する信号に対し、レプリカパルス生成部２４Ｂが生成したレプリカパルスＳｒｅｐを減算することで、枠９２が示すピークを除去している。そして、図１４（Ｃ）に示す信号は、ピーク除去信号Ｓｓｕｂとしてフレーム方向フィルタリング部２６へ入力される。このように、振幅Ａｐが閾値Ａｐｔｈ以上となるピークが存在しないピーク除去信号Ｓｓｕｂが好適に生成される。

（変形例２）
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、レイヤごとに点検出部２２による計測点情報Ｉｐの生成及びフレーム方向フィルタリング部２６による直交座標空間フレームＦｏの生成を行ってもよい。

（変形例３）
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。

（変形例４）
ライダユニット１００は、レプリカパルスＳｒｅｐによる減算処理を行わないセグメント信号Ｓｓｅｇに基づき直交座標空間フレームＦｏを生成し、ディスプレイ４に表示させてもよい。

この場合、フレーム方向フィルタリング部２６は、レプリカパルスＳｒｅｐによる減算を行わないセグメント信号Ｓｓｅｇに基づき極座標空間フレームＦｐを生成した後、当該極座標空間フレームＦｐから生成した平均化フレームＦａを直交座標空間に変換することで、直交座標空間フレームＦｏを生成する。

（変形例５）
ライダユニット１００が車両に搭載される場合、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。この場合、ライダユニット１００は、車両の走行時では、極座標空間フレームＦｐを直交座標空間に変換して直交座標空間フレームＦｏを生成する。これにより、尾を引いた線が直交座標空間フレームＦｏ上に表示されるのを防ぐことができる。

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、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。この例によっても、尾を引いた線が直交座標空間フレームＦｏ上に表示されるのを低減することができる。

なお、上述の（変形例４）では、レプリカパルスＳｒｅｐによる減算処理を行わないため、ライダユニット１００に対して相対的に移動する近傍の対象物の点群が直交座標空間フレームＦｏ上で尾を引いて表示される。よって、本変形例は、（変形例４）と組み合わせると好適である。

１ コア部
２、２Ａ 信号処理部
３ 表示制御部
４ ディスプレイ
５ 点群処理部
１００ ライダユニット

Claims (10)

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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２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. 前記出力部は、所定時間幅にわたり生成した複数の第１情報に基づいて、時間軸上で平均化された第１情報を出力する請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記出力部は、前記第２情報を生成した照射方向の前記受光信号から、第３情報を生成し、前記受光部が出力する受光信号から前記第３情報の信号成分を減算させることで、前記第１情報を生成する請求項１または２に記載の情報処理装置。
4. 前記出力部は、前記照射方向ごとに、前記第２情報を生成した照射方向の前記受光信号の波形と前記所定値以上の振幅となるピークの位置及び振幅が同一となる信号を、前記第３情報として生成し、対応する前記照射方向の前記受光信号から前記第３情報の信号成分を減算させる請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記出力部は、対応する前記照射方向に対する前記ピークが複数存在する場合、前記ピークごとに前記第３情報を生成し、当該照射方向の前記受光信号から前記第３情報の各々の信号成分を減算させる請求項４に記載の情報処理装置。
6. 前記出力部が出力する前記第１情報を、照射平面に対する直交座標系における受光強度を示す第４情報に変換する変換部をさらに有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の情報処理装置。
7. 前記第４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４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６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、を備え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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２情報を生成して出力する出力工程
   を備える制御方法。
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、を備える情報処理装置の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、（ｉ）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し、（ｉｉ）前記受光信号が所定値以上の受光強度を示す照射方向については、前記受光信号に基づいて前記対象物までの距離を示す第２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。
10. 請求項９に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。

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