WO2019225416A1 - 測距装置及び測距方法 - Google Patents

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WO2019225416A1
WO2019225416A1 PCT/JP2019/019227 JP2019019227W WO2019225416A1 WO 2019225416 A1 WO2019225416 A1 WO 2019225416A1 JP 2019019227 W JP2019019227 W JP 2019019227W WO 2019225416 A1 WO2019225416 A1 WO 2019225416A1
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WO
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measurement point
image
signal
light
reflected light
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Application number
PCT/JP2019/019227
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English (en)
French (fr)
Inventor
尚和 迫田
圭太 尾崎
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication

Definitions

  • the present invention relates to a triangulation type ranging technique.
  • the thickness of the deposit can be monitored by repeating the measurement of the distance to the deposit.
  • One of the techniques for measuring this distance is a triangulation type distance measurement technique using a light beam.
  • a scatterer for example, dust
  • Patent Document 1 discloses light irradiation means for irradiating light toward a measurement object existing in a space including a scatterer, and reflected light reflected by the measurement object.
  • Light receiving means for receiving light, and based on the received light intensity information of the reflected light obtained by the light receiving means, the measurement distance of the measurement object existing in the space including the scatterer by triangulation method.
  • a method for measuring a distance of an object to be measured in a scatterer characterized by performing calculation.
  • Patent Document 1 The measurement object in Patent Document 1 is, for example, the above deposit.
  • the brightness in the piping is different in position and time. For example, a flame is generated when dust floating in a pipe burns. Thereby, the brightness differs depending on the position in the pipe even at the same time, and the brightness is different if the time is different at the same position in the pipe.
  • the present inventor has found that ranging accuracy is adversely affected if the brightness in the pipe is different in position and time during the ranging period. Although the description has been given by taking the deposit in which the measurement point adheres to the inside of the pipe as an example, if the brightness differs in position and time in the space where the measurement point exists, the distance measurement accuracy is adversely affected.
  • An object of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method that can prevent adversely affecting distance measuring accuracy even if brightness varies in position and time in a space where measurement points exist. .
  • a distance measuring apparatus is a distance measuring apparatus that measures the distance to the measurement point by a triangulation method using the position of the measurement point as a parameter, and irradiates the measurement point with a light beam.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining generation of a corrected image using the first method in Modification 2.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining generation of a corrected image using a second method in Modification 2. It is a graph which shows the luminance graph of the reflected light image copied on each of n difference images, and the luminance graph of the reflected light image copied on the correction image.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a distance measuring device 100-1 according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a relationship between the distance measuring device 100-1 according to the embodiment and the pipe 6 in which the distance measuring device 100-1 is disposed.
  • FIG. 2 shows a part of the pipe 6, and the pipe 6 communicates with a garbage incinerator (not shown). High-temperature air warmed by exhaust heat from garbage incineration passes through the pipe 6. Dust and the like generated by incineration of dust are floating in the pipe 6, and deposits 7 on which dust and the like are deposited adhere to the inner wall of the pipe 6.
  • the distance measuring device 100-1 includes a main body 1, a light emitting unit 2, an imaging unit 3, and a housing 4.
  • the main body 1, the light emitting unit 2, and the imaging unit 3 are disposed inside the housing 4.
  • a glass window 41 is formed on the front surface of the housing 4.
  • a port 61 through which the inside of the pipe 6 can be observed is formed in the pipe 6.
  • the distance measuring device 100-1 is attached to the port 61 with the glass window 41 facing the opening of the port 61. Since the inside of the pipe 6 is high temperature, the inside of the housing 4 is cooled by an air cooling method in order to prevent the light emitting unit 2, the imaging unit 3, and the main body unit 1 from being damaged by the high temperature.
  • the measurement point P is a point where the distance is measured by the distance measuring device 100-1 and is at a position facing the port 61. If there is no deposit 7 at this position, the inner wall (for example, point Q) of the pipe 6 becomes the measurement point P. If the deposit 7 adheres to the inner wall of the pipe 6, the deposit 7 becomes the measurement point P. . As the deposit 7 grows and the thickness of the deposit 7 increases, the distance between the distance measuring device 100-1 and the deposit 7 decreases.
  • the light emitting unit 2 irradiates the measurement point P with the light beam L.
  • the light emitting unit 2 is realized by, for example, a laser diode or a light emitting diode.
  • the light emitting unit 2 preferably has a high output (for example, 100 mW or more) and an output adjustment function.
  • the wavelength of the light beam L emitted from the light emitting unit 2 is preferably longer than the particle diameter of dust or the like floating in the pipe 6.
  • the optical axis 21 of the light emitting unit 2 is set obliquely with respect to the measurement point P.
  • the light beam L emitted from the light emitting unit 2 passes through the glass window 41 and is irradiated to the measurement point P from an oblique direction.
  • the measurement point P is irradiated with the light beam L from the light emitting unit 2
  • the light beam L is reflected at the measurement point P to generate reflected light RL.
  • the imaging unit 3 is arranged in the traveling direction of the reflected light RL.
  • the optical axis 31 of the imaging unit 3 is set in a direction perpendicular to the measurement point P.
  • the optical axis 21 of the light emitting unit 2 may be set in a direction perpendicular to the measurement point P, and the optical axis 31 of the imaging unit 3 may be set in an oblique direction with respect to the measurement point P.
  • the imaging unit 3 is realized by, for example, a digital camera or a line sensor.
  • the imaging unit 3 receives the reflected light RL through the glass window 41, thereby generating a first signal S1 indicating the brightness of the reflected light RL.
  • the first signal S1 may be a signal indicating a luminance value or a signal indicating a pixel value (for example, 256 gradations in the case of 8 bits).
  • the imaging unit 3 transmits the first signal S1 to the main body unit 1.
  • the imaging unit 3 In addition to the function of generating the first signal S1, the imaging unit 3 generates the second signal S2 indicating the brightness of the background (the background of the measurement point P and the background of the reflected light RL) by receiving the background light. It has the function to do.
  • the second signal S2 may be a signal indicating a luminance value or a signal indicating a pixel value.
  • the imaging unit 3 transmits the second signal S2 to the main body unit 1.
  • the light emitting unit 2 and the imaging unit 3 must have a relationship in which the imaging unit 3 has sensitivity to the light beam L irradiated by the light emitting unit 2 to the measurement point P.
  • the imaging unit 3 is a visible light camera
  • the light beam L emitted from the light emitting unit 2 must be visible light.
  • the imaging unit 3 is an infrared camera
  • the light beam L emitted from the light emitting unit 2 must be infrared light.
  • Dust or the like floating in the pipe 6 becomes a scatterer (light scatterer) that scatters the light beam L that the light emitting unit 2 irradiates the measurement point P.
  • the inside of the pipe 6 is an environment in which a scatterer that floats in the space between the glass window 41 and the measurement point P and scatters the light beam L irradiated to the measurement point P exists.
  • the inside of the pipe 6 is an environment in which the brightness differs in position and time during the distance measurement period due to a flame generated by burning floating dust or the like.
  • the main unit 1 is a computer device including a control processing unit 11, a communication unit 12, and a calculation unit 13 as functional blocks.
  • the control processing unit 11 and the calculation unit 13 are hardware processors. Specifically, these are hardware such as CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and HDD (Hard Disk Drive), and the like for executing the functions of the above functional blocks. Realized by programs and data. What has been described above also applies to the image generation unit 14 (FIG. 11) described later.
  • the control processing unit 11 is a device for controlling each unit (the communication unit 12 and the calculation unit 13) of the main body unit 1 according to the function of each unit.
  • the communication unit 12 is a communication circuit for performing communication according to the control of the control processing unit 11.
  • the communication unit 12 communicates with a computer device 51 disposed in the central control room 5 of the garbage disposal facility.
  • the communication unit 12 is realized by a communication interface circuit.
  • the garbage disposal facility includes an incinerator (not shown), a pipe 6 connected to the incinerator, and a central control room 5, and for example, treats household garbage.
  • the calculation unit 13 calculates the position of the measurement point P based on the difference between the first signal S1 and the second signal S2.
  • the calculation unit 13 calculates the distance to the measurement point P by the triangulation method (triangular distance measurement method) using the position of the measurement point P as one of the parameters.
  • the control processing unit 11 causes the communication unit 12 to transmit distance information indicating the distance calculated by the calculation unit 13 with the computer device 51 as a destination.
  • the computer device 51 displays the distance indicated by the received distance information on the display of the computer device 51.
  • the description of the embodiment will be continued on the assumption that the light emitting unit 2 is a laser diode that emits visible light, and the imaging unit 3 is a visible light camera.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a relationship between an image Im-1 captured by the imaging unit 3 and the luminance graph G-1 in a state where the light emitting unit 2 does not irradiate the measurement point P with the light beam L.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of the relationship between the image Im-2 captured by the imaging unit 3 and the luminance graph G-2 in a state where the light emitting unit 2 irradiates the measurement point P with the light beam L. 3 and 4, the background is shown in gray scale, and the density gradually decreases from the left to the right in the figure. The same applies to FIG. 7, FIG. 9, FIG. 12, and FIG.
  • the x-axis is displayed at the center of the image Im.
  • the x axis will be described.
  • the optical axis 21 of the light emitting unit 2 indicates the path of the light beam L emitted from the light emitting unit 2 toward the measurement point P.
  • the optical axis 21 of the light emitting unit 2 is an axis located in a three-dimensional space.
  • the x-axis is an axis obtained by converting the optical axis 21 of the light emitting unit 2 from three dimensions to two dimensions.
  • a line superimposed on the x-axis of the image Im-2 indicates an image of the reflected light RL (hereinafter referred to as a reflected light image im) copied to the image Im-2.
  • the reflected light RL is light generated when the light emitting unit 2 irradiates the measurement point P with the light beam L. If there is no dust or the like in the pipe 6, the reflected light image im is a single point image. If there is dust or the like in the pipe 6, the reflected light image im becomes a line-shaped image. This is because the light beam L emitted from the light emitting unit 2 toward the measurement point P is also reflected by dust or the like floating in the path of the light beam L, and the reflected light is received by the imaging unit 3. Because.
  • the position of the light beam L on the path becomes farther from the distance measuring device 100-1.
  • the right end (the other end) of the reflected light image im is the measurement point P.
  • the calculation unit 13 uses the position x0 of the pixel indicating the right end (the other end) of the reflected light image im among the pixels constituting the image Im-2 picked up by the image pickup unit 3 as the position of the measurement point P. The distance to is calculated.
  • the luminance graph G is a graph showing the luminance on the x-axis of the image Im.
  • a graph line g-1 indicates the luminance of the pixel on the x-axis when the light emitting unit 2 does not irradiate the measurement point P with the light beam L.
  • a graph line g-2 indicates the luminance of the pixel on the x-axis in a state where the light emitting unit 2 irradiates the measurement point P with the light beam L.
  • a graph line g-2 indicates the luminance of the reflected light RL (reflected light image im), and is generated using the first signal S1.
  • a graph line g-1 indicates the luminance of the background of the reflected light RL, and is generated using the second signal S2.
  • a pixel value may be used instead of the luminance.
  • the luminance is not uniform and varies depending on the position on the x-axis even when the light emitting unit 2 does not irradiate the measurement point P with the light beam L. This is because the brightness in the pipe 6 varies depending on the position in the pipe 6. For this reason, the luminance of the reflected light RL and the luminance of the background may be close to each other. In this case, it becomes difficult to specify the right end (the other end) of the reflected light image im from the graph line g-2.
  • FIG. 5 is a luminance graph G-3 showing a difference between the graph line g-2 and the graph line g-1 (difference between the first signal S1 and the second signal S2).
  • a graph line g-3 is a difference between the graph line g-2 and the graph line g-1.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining this.
  • the control processing unit 11 controls the light emitting unit 2 to emit the light beam L (step S1).
  • the light beam L is reflected at the measurement point P to generate reflected light RL.
  • the imaging unit 3 captures an image of the reflected light RL (step S2). That is, the imaging unit 3 captures an image in a state where the light beam L from the light emitting unit 2 is irradiated on the measurement point P.
  • This image includes the reflected light image im (first signal S1), and is, for example, an image Im-2 shown in FIG. Hereinafter, this image is referred to as a reflected light image.
  • the imaging unit 3 transmits the reflected light image to the main body unit 1.
  • the control processing unit 11 stores the transmitted reflected light image (step S3).
  • the control processing unit 11 controls the light emitting unit 2 to stop emitting the light beam L (step S4). As a result, the light emitting unit 2 is not irradiated with the light P at the measurement point P. Note that a shutter may be provided between the light emitting unit 2 and the glass window 41, and the control processing unit 11 may continue control to emit the light beam L to the light emitting unit 2 and perform control to close the shutter.
  • the imaging unit 3 captures an image (background light image) in a state where the light beam L from the light emitting unit 2 is not irradiated on the measurement point P (step S5).
  • This image includes the background (second signal S2) of the reflected light RL, and is, for example, an image Im-1 shown in FIG. Hereinafter, this image is referred to as a background light image.
  • the imaging unit 3 transmits a background light image to the main body unit 1.
  • the control processing unit 11 stores the transmitted background light image (step S6).
  • the calculation unit 13 extracts the reflected light image im (first signal S1) from the reflected light image stored in the control processing unit 11.
  • the computing unit 13 extracts an image (second signal S2) at the same position as the reflected light image im from the background light image stored in the control processing unit 11 (step S7).
  • the calculator 13 calculates the difference between the first signal S1 and the second signal S2, and uses this difference to calculate the position of the measurement point P (step S8).
  • the calculation unit 13 is generated by receiving the background light in the imaging unit 3 in a state where the light emitting unit 2 does not irradiate the measurement point P with the light beam L, and is at the same position as the reflected light image im.
  • the signal indicating brightness is regarded as the second signal S2, and the position of the measurement point P is calculated.
  • the calculation unit 13 calculates the distance to the measurement point P using the calculated position of the measurement point P as one of the parameters (step S9).
  • the brightness in the pipe 6 is the brightness of the background (the background can also be referred to as the background of the measurement point P or the background of the reflected light RL). Reflected.
  • the calculation unit 13 calculates the distance from the distance measuring device 100-1 to the measurement point P based on the difference between the first signal S1 indicating the brightness of the reflected light RL and the second signal S2 indicating the brightness of the background. taking measurement. Thereby, the brightness of the background in the pipe 6 can be canceled. Therefore, according to the embodiment, it is possible to prevent the distance measurement accuracy from being adversely affected even if the brightness varies in position and time in the pipe 6.
  • the position of the reflected light image im position of the measurement point P
  • the background position are the same.
  • the position of the reflected light image im is the same as the position of the background.
  • the embodiment extracts the first signal S1 from the reflected light image and extracts the second signal S2 from the background light image (step S7).
  • the first modification the first signal S1 and the second signal S2 are extracted from the reflected light image.
  • the functional block diagram of the distance measuring apparatus according to Modification 1 is the same as FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an example of an image Im-3 applied to the first modification.
  • the image Im-3 is a reflected light image, and there is a reflected light image im on the x-axis.
  • a region r at a position different from the reflected light image im is the background.
  • the calculation unit 13 sets the region r at the same position as the reflected light image im in the image Im-3.
  • the region r is preferably in the vicinity of the reflected light image im. This is because the brightness in the pipe 6 is similar when the distance is short.
  • the calculation unit 13 calculates an average value of the luminance of the pixels at the same position of the x coordinate (for example, the average value of the luminance of the pixel at the position of x1, the average of the luminance of the pixel at the position of x2) Value), which is the second signal S2.
  • the calculation unit 13 is a signal that is generated by receiving the background light in the imaging unit 3 in a state where the light emitting unit 2 irradiates the measurement point P, and indicates the brightness at a position different from the reflected light image im. Is regarded as the second signal S2.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the first modification.
  • Steps S1 to S3 are the same as steps S1 to S3 in FIG.
  • the calculation unit 13 reads the reflected light image (for example, the image Im-3) stored in the control processing unit 11 in step S3, and the first signal S1 from the reflected light image.
  • the second signal S2 is extracted (step S11).
  • the processing of step S8 and step S9 after step S11 is the same as the processing of step S8 and step S9 shown in FIG.
  • the brightness of the space where the measurement point P exists fluctuates in time series, it is preferable to measure the brightness of the reflected light RL and the brightness of the background at the same time. According to the modification 1, these brightnesses can be measured simultaneously.
  • the reflected light images im shown in FIGS. 4 and 7 are one line-shaped image.
  • the reflected light image im may be a discontinuous line image instead of a single line image. For example, if there is relatively large dust in the path of the light beam L shown in FIG. 2, the reflected light image im becomes a discontinuous line image due to the dust.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a relationship between an image Im-4 on which a discontinuous line-shaped reflected light image im is captured and a luminance graph G-4.
  • the reflected light image im is divided into two and is discontinuous. Although the reflected light image im has been described as an example of being divided into two, it may be divided into a larger number.
  • the graph line g-4 indicates the luminance of the reflected light RL (reflected light image im), similar to the graph line g-2 shown in FIG. 4, and is generated using the first signal S1.
  • the luminance of the graph line g-4 is greatly reduced at the location where the reflected light image im is divided.
  • a graph line g-5 indicates the luminance of the region r (background) described in the first modification.
  • FIG. 10 is a luminance graph G-5 showing a difference between the graph line g-4 and the graph line g-5 (difference between the first signal S1 and the second signal S2).
  • a graph line g-6 is a difference between the graph line g-4 and the graph line g-5.
  • the graph line g-6 there are a plurality of places where the luminance greatly decreases. For this reason, it becomes difficult to specify the right end position (position of the measurement point P) of the reflected light image im. Modification 2 can solve this.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a distance measuring device 100-2 according to the second modification. 11 is different from FIG. 1 in that an image generation unit 14 is added to the main body unit 1.
  • the image generation unit 14 generates a corrected image. There are a first method and a second method for generating a corrected image.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating generation of the corrected image Im-2 (c) using the first method in the second modification.
  • the imaging unit 3 continuously includes n images (image Im-2 (1), image Im-2 (2),... , Image Im-2 (n)).
  • n is 2 or more (plural). Thereby, n images arranged in time series are obtained.
  • the images Im-2 (1) to Im-2 (n) correspond to the image Im-2 shown in FIG. 4 and the reflected light image im is taken.
  • the reflected light image im has a discontinuous line shape like the reflected light image im shown in FIG.
  • the image generation unit 14 uses the image Im-2 (1) to the image Im-2 (n), and for each pixel coordinate, the value indicated by the pixel at the coordinate (the value may be a luminance or a pixel value) ) That is larger than the average value of) and that satisfies the requirements of the maximum value indicated by the pixel at the coordinate, and the value indicated by the pixel at the coordinate of the corrected image Im-2 (c) To generate a corrected image Im-2 (c).
  • the image generation unit 14 is larger than the average value of the values indicated by the pixels from the values indicated by the pixels located in the same order,
  • a value satisfying the requirement equal to or less than the maximum value indicated by the pixel is selected.
  • the image generation unit 14 sets the selected value to the value of the pixel located in the order of the corrected image Im-2 (c), and generates the corrected image Im-2 (c).
  • the value to be selected will be specifically described by taking the maximum value as an example.
  • the image generation unit 14 determines the maximum value indicated by the first pixel in the images Im-2 (1) to Im-2 (n), and uses this value for the corrected image Im-2 (c). The value of the first pixel is assumed.
  • the image generation unit 14 determines the maximum value indicated by the second pixel in the images Im-2 (1) to Im-2 (n), and uses this value for the corrected image Im-2 (c). The value of the second pixel is assumed.
  • the image generation unit 14 performs the same process for the third and subsequent pixels.
  • Any value that can achieve the purpose of the reflected light image im appearing in one line in the corrected image Im-2 (c) is not limited to the maximum value, and can be selected from values larger than the average value (for example, the second value). May be selected, or the third largest value may be selected).
  • the reason why the value is larger than the average value is that if the value is equal to or less than the average value, it is considered that the effect of correcting the reflected light image im into one line cannot be obtained. This is also true for the second method.
  • the calculation unit 13 sets a signal indicating the reflected light image im, which is copied in the corrected image Im-2 (c), as the first signal S1.
  • the distance measuring device 100-2 extracts the second signal S2 from the background light image after performing the processing of steps S4 to S6 in FIG.
  • the calculator 13 calculates the position of the measurement point P based on the difference between the first signal S1 and the second signal S2.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining generation of the corrected image Im-2 (c) using the second method in the second modification.
  • the images Im-2 (1) to Im-2 (n) are the same as the images Im-2 (1) to Im-2 (n) shown in FIG.
  • the image Im-1 is the same as the image Im-1 shown in FIG.
  • the image generation unit 14 generates n (plural) difference images indicating differences from the image Im-1 (background image) for each of the images Im-2 (1) to Im-2 (n).
  • the image generation unit 14 uses n difference images, and for each pixel coordinate, the image generation unit 14 is larger than the average value of the values indicated by the pixels at the coordinates (the value may be a luminance or a pixel value) and A value that satisfies the requirements below the maximum value indicated by the pixel at the coordinate is selected, and the selected value is set to a value indicated by the pixel at the coordinate of the corrected image Im-2 (c) to set the corrected image Im-2 ( c) is generated.
  • the image generation unit 14 is larger than the average value of the values indicated by the pixels from among the values indicated by the pixels located in the same order, and the maximum value of the values indicated by the pixels.
  • the image generation unit 14 sets the selected value to the value of the pixel located in the order of the corrected image Im-2 (c), and generates the corrected image Im-2 (c).
  • the value to be selected will be specifically described by taking the maximum value as an example.
  • the image generation unit 14 determines the maximum value indicated by the first pixel in the n difference images, and sets this value as the value of the first pixel of the corrected image Im-2 (c).
  • the image generation unit 14 determines the maximum value indicated by the second pixel in the n difference images, and sets this value as the value of the second pixel of the corrected image Im-2 (c).
  • the image generation unit 14 performs the same process for the third and subsequent pixels.
  • FIG. 14 is a graph showing the luminance graph of the reflected light image im copied to each of the n difference images and the luminance graph of the reflected light image im copied to the corrected image Im-2 (c). is there.
  • a graph line g-7 indicates the luminance of the reflected light image im shown in the difference image between the image Im-2 (1) and the image Im-1 shown in FIG.
  • a graph line g-8 indicates the luminance of the reflected light image im copied to the difference image between the image Im-2 (2) and the image Im-1.
  • a graph line g-9 indicates the luminance of the reflected light image im that is captured in the difference image between the image Im-2 (n) and the image Im-1.
  • a graph line g-10 indicates the luminance of the reflected light image im shown in the corrected image Im-2 (c). From these graph lines, it can be seen that the brightness of the background of the space where the measurement point P exists is canceled out.
  • the calculation unit 13 sets a signal indicating the reflected light image im copied to the corrected image Im-2 (c) as a difference between the first signal S1 and the second signal S2.
  • the calculator 13 calculates the position of the measurement point P based on this difference.
  • a distance measuring apparatus is a distance measuring apparatus that measures the distance to the measurement point by a triangulation method using the position of the measurement point as a parameter, and irradiates the measurement point with a light beam.
  • the brightness of the space where the measurement point exists is reflected in the brightness of the background (the background can be said to be the background of the measurement point or the background of the reflected light).
  • the calculation unit measures the distance from the distance measuring device to the measurement point based on the difference between the first signal indicating the brightness of the reflected light and the second signal indicating the brightness of the background. Thereby, the brightness of the background of the space where the measurement point exists can be canceled. Therefore, according to the distance measuring apparatus according to one aspect of the embodiment, it is possible to prevent the distance measurement accuracy from being adversely affected even if the brightness differs in position and time in the space where the measurement points exist.
  • the light emitting unit further includes a control unit configured to make the measurement point not irradiated with a light beam, and the calculation unit generates the background light received by the imaging unit under the state. Then, the signal indicating the brightness at the same position as the reflected light image is regarded as the second signal, and the position of the measurement point is calculated.
  • the position of the reflected light image (position of the measurement point) and the position of the background are the same. According to this configuration, the position of the reflected light image and the position of the background can be made the same.
  • the calculation unit is generated by receiving the background light in the imaging unit in a state where the light emitting unit irradiates the measurement point with a light beam, and brightness at a position different from the image of the reflected light. Is calculated as the second signal, and the position of the measurement point is calculated.
  • the brightness of the space where the measurement point exists fluctuates in time series
  • the range finder further includes a housing that houses the light emitting unit, the imaging unit, and the calculation unit, and includes a window that transmits the light beam and the reflected light that are applied to the measurement point.
  • the distance to the measurement point is measured in an environment where there is a scatterer that floats in the space between the window and the measurement point and scatters the light beam applied to the measurement point.
  • This environment is, for example, an environment in a pipe that communicates with a gas incinerator.
  • the distance measuring device according to one aspect of the embodiment can be applied to the measurement of the distance to the deposit (measurement point) attached in the pipe under this environment.
  • the image forming unit further includes an image generation unit that generates a correction image based on a plurality of images arranged in time series captured by the imaging unit in a state where the light emitting unit irradiates the measurement point with a light beam,
  • the calculation unit calculates a position of the measurement point by regarding a signal indicating the image of the reflected light, which is copied in the corrected image, as the first signal.
  • the image of the reflected light (hereinafter referred to as the reflected light image) It appears in a line on the captured image.
  • the reflected light image shows the path of the light beam irradiated to the measurement point by the light emitting unit in two dimensions. As it goes from one end of the reflected light image to the other end, the position of the light beam on the path becomes farther from the distance measuring device, and the other end becomes a measurement point.
  • the calculation unit calculates the distance using the position of the pixel indicating the other end of the reflected light image as the position of the measurement point.
  • the reflected light image may be lost, and the reflected light image may appear as a discontinuous line (the line may be in the middle) Separated by). In such a case, since the other end of the reflected light image cannot be specified, the measurement point cannot be specified.
  • the image generation unit generates a correction image using a plurality of images arranged in time series captured by the imaging unit in a state where the light emitting unit irradiates the measurement point with the light beam. Thereby, even if the reflected light image is copied in a discontinuous line shape in each of the plurality of images, the reflected light image is copied in one line shape in the corrected image.
  • the image generation unit indicates a value indicated by the pixel from values (values may be luminance or pixel value) indicated by pixels located in the same order in a plurality of images arranged in time series captured by the imaging unit. A value that is larger than the average value of the values and satisfies the requirement of not more than the maximum value indicated by the pixel is selected. The image generation unit sets the selected value to the value of the pixel located in that order of the corrected image, and generates a corrected image.
  • the value to be selected will be specifically described by taking the maximum value as an example.
  • the value of the first pixel is ⁇ 1 in a plurality of images arranged in time series
  • the value of the first pixel is ⁇ 1 in the corrected image
  • the maximum value in the value of the second pixel Is ⁇ 2
  • the value of the second pixel in the corrected image is ⁇ 2.
  • the values of the remaining pixels of the corrected image are determined in the same manner.
  • the calculation unit calculates the position of the measurement point by regarding the signal indicating the reflected light image copied in the corrected image as the first signal.
  • the image generation unit generates a plurality of difference images indicating differences from the background image for each of the plurality of images arranged in time series captured by the imaging unit.
  • the difference image is an image in which the fluctuation of the brightness of the background of the space where the measurement point exists is cancelled.
  • the image generation unit is greater than an average value of the values indicated by the pixels from among the values indicated by the pixels located in the same order in the plurality of difference images (the value may be a luminance or a pixel value), and Then, a value that satisfies the requirements below the maximum value indicated by the pixel is selected.
  • the image generation unit sets the selected value to the value of the pixel located in that order of the corrected image, and generates a corrected image.
  • the calculation unit calculates the position of the measurement point by regarding the signal indicating the reflected light image captured in the corrected image as the difference between the first signal and the second signal.
  • a distance measuring method is a distance measuring method in which the position of the measurement point is used as a parameter and the distance to the measurement point is measured by a triangulation method, and a light emitting unit is placed on the measurement point.
  • An irradiation step of irradiating the light beam, and the imaging unit receives the reflected light of the light beam irradiated to the measurement point and receives the first signal indicating the brightness of the reflected light and the background light to receive the background.
  • the distance measuring method according to another aspect of the embodiment defines the distance measuring apparatus according to one aspect of the embodiment from the viewpoint of the method, and has the same effects as the distance measuring apparatus according to one aspect of the embodiment. .

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Abstract

測距装置（１００‐１）は、測定点（Ｐ）の位置をパラメータにして、三角測量方式で測定点（Ｐ）までの距離を測定する。測距装置（１００‐１）は、測定点（Ｐ）に光ビーム（Ｌ）を照射する発光部（２）と、測定点（Ｐ）に照射された光ビーム（Ｌ）の反射光（ＲＬ）を受光して反射光（ＲＬ）の明るさを示す第１信号（Ｓ１）、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号（Ｓ２）を生成する撮像部（３）と、第１信号（Ｓ１）と第２信号（Ｓ２）との差分を基にして、測定点（Ｐ）の位置を演算する演算部（１３）と、を備える。

Description

測距装置及び測距方法
　本発明は、三角測量方式の測距技術に関する。
　ゴミ焼却施設において、ゴミ焼却炉と通じる配管には、ゴミ焼却によって発生した塵埃等が堆積した堆積物が付着し、堆積物が徐々に成長する。堆積物が成長すると、配管を通る気体（例えば、高温の空気）の流れが悪くなり、最悪、配管が詰まる。このため、配管の内壁に付着した堆積物の厚みを監視する必要がある。
　堆積物までの距離の測定を繰り返すことにより、堆積物の厚みを監視することができる。この距離を測定する技術の１つとして、光ビームを用いた三角測量方式の測距技術がある。しかし、三角測量方式の測距技術を用いた場合、配管内を浮遊し、光を散乱させる散乱体（例えば、塵埃）の存在が、測距精度を低下させる。
　これを解決するための技術として、例えば、特許文献１は、散乱体を含む空間内に存在する測定対象物に向けて光を照射する光照射手段と、前記測定対象物で反射した反射光を受光する受光手段とを備えておき、前記受光手段で得られた前記反射光の受光強度情報に基づいて、三角測量法で前記散乱体を含む空間内に存在する前記測定対象物の測定距離の算出を行うことを特徴とする散乱体中における測定対象物の距離計測方法を開示する。
　特許文献１の測定対象物とは、例えば、上記堆積物である。
　配管内は、位置的、時間的に明るさが異なる。例えば、配管内を浮遊する塵埃が燃焼することにより炎が発生する。これにより、同じ時刻でも配管内の位置に応じて明るさが異なり、配管内の同じ位置でも時刻が異なれば明るさが異なる。本発明者は、測距期間中に配管内が位置的、時間的に明るさが異なると、測距精度に悪影響を与えることを見出した。測定点が配管内に付着した堆積物を例にして説明したが、測定点が存在する空間において、位置的、時間的に明るさが異なると測距精度に悪影響を与えることになる。
特開２０１７－２１９４４０号公報
　本発明の目的は、測定点が存在する空間において、位置的、時間的に明るさが異なっても測距精度に悪影響を与えることを防止できる測距装置及び測距方法を提供することである。
　本発明の一態様に係る測距装置は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、前記測定点に光ビームを照射する発光部と、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、を備える。
実施形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る測距装置と、この測距装置が配置された配管との関係を示す模式図である。 発光部が光を測定点に照射していない状態で撮像部が撮像した画像と輝度グとの関係の例を示す模式図である。 発光部が光を測定点に照射している状態で撮像部が撮像した画像と輝度グラフとの関係の例を示す模式図である。 第１信号と第２信号との差分を示す輝度グラフを示すグラフ図である。 実施形態に係る測距装置の動作を説明するフローチャートである。 変形例に適用される画像の一例の模式図である。 変形例１の動作を説明するフローチャートである。 不連続なライン状の反射光像が写された画像と輝度グラフとの関係の例を示す模式図である。 第１信号と第２信号との差分を示す輝度グラフを示すグラフ図である。 変形例２に係る測距装置の構成を示すブロック図である。 変形例２において、第１方法を用いる補正画像の生成を説明する説明図である。 変形例２において、第２方法を用いる補正画像の生成を説明する説明図である。 ｎ枚の差分画像のそれぞれに写された反射光像の輝度グラフと、補正画像に写された反射光像の輝度グラフと、を示すグラフ図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合にはハイフンを省略した参照符号で示し（例えば、画像Ｉｍ）、個別の構成を指す場合にはハイフンを付した参照符号で示す（例えば、画像Ｉｍ‐１）。
　図１は、実施形態に係る測距装置１００‐１の構成を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る測距装置１００‐１と、測距装置１００‐１が配置された配管６との関係を示す模式図である。図２には、配管６の一部が示されており、配管６は、ゴミ焼却炉（不図示）と通じている。ゴミ焼却による排熱で暖められた高温の空気が、配管６を通る。配管６内には、ゴミ焼却によって発生した塵埃等が浮遊しており、配管６の内壁には、この塵埃等が堆積した堆積物７が付着する。
　図１及び図２を参照して、測距装置１００‐１は、本体部１と、発光部２と、撮像部３と、筐体４と、を備える。本体部１、発光部２及び撮像部３は、筐体４の内部に配置されている。筐体４の前面には、ガラス窓部４１が形成されている。配管６には、配管６の内部を観察できるポート６１が形成されている。ガラス窓部４１をポート６１の開口部と対向させて、測距装置１００‐１がポート６１に取り付けられている。配管６内は、高温なので、発光部２、撮像部３及び本体部１が高温によりダメージを受けることを防止するために、筐体４内は空冷式で冷却されている。
　測定点Ｐは、測距装置１００‐１によって距離が測定される点であり、ポート６１と対向した位置にある。この位置に堆積物７がなければ、配管６の内壁（例えば、点Ｑ）が測定点Ｐとなり、配管６の内壁に堆積物７が付着していれば、堆積物７が測定点Ｐとなる。堆積物７が成長し、堆積物７の厚みが大きくなるにしたがって、測距装置１００‐１と堆積物７との距離が短くなる。
　発光部２は、測定点Ｐに光ビームＬを照射する。発光部２は、例えば、レーザダイオード、発光ダイオードによって実現される。発光部２は、高出力（例えば、１００ｍＷ以上）、かつ、出力調整機能を有することが好ましい。発光部２が出射する光ビームＬの波長は、配管６内を浮遊する塵埃等の粒径より長い波長であることが好ましい。
　発光部２の光軸２１は、測定点Ｐに対して斜め方向に設定されている。発光部２が出射した光ビームＬは、ガラス窓部４１を透過し、斜め方向から測定点Ｐに照射される。測定点Ｐに発光部２からの光ビームＬが照射されると、光ビームＬは測定点Ｐで反射され、反射光ＲＬが生じる。反射光ＲＬの進行方向に撮像部３が配置されている。撮像部３の光軸３１は、測定点Ｐに対して垂直方向に設定されている。なお、発光部２の光軸２１が、測定点Ｐに対して垂直方向に設定され、撮像部３の光軸３１が、測定点Ｐに対して斜め方向に設定されていてもよい。撮像部３は、例えば、デジタルカメラ、ラインセンサによって実現される。
　撮像部３は、ガラス窓部４１を介して、反射光ＲＬを受光することにより、反射光ＲＬの明るさを示す第１信号Ｓ１を生成する。第１信号Ｓ１は、輝度値を示す信号でもよいし、画素値（例えば、８ビットの場合、２５６階調）を示す信号でもよい。撮像部３は、第１信号Ｓ１を本体部１へ送信する。
　撮像部３は、第１信号Ｓ１を生成する機能に加えて、背景光を受光することにより、背景（測定点Ｐの背景、反射光ＲＬの背景）の明るさを示す第２信号Ｓ２を生成する機能を有する。第２信号Ｓ２は、輝度値を示す信号でもよいし、画素値を示す信号でもよい。撮像部３は、第２信号Ｓ２を本体部１へ送信する。
　発光部２と撮像部３とは、発光部２が測定点Ｐに照射した光ビームＬに対して、撮像部３が感度を有する関係でなければならない。例えば、撮像部３が可視光カメラのとき、発光部２が出射する光ビームＬは、可視光でなければならない。例えば、撮像部３が赤外線カメラのとき、発光部２が出射する光ビームＬは、赤外光でなければならない。
　配管６内を浮遊する塵埃等は、発光部２が測定点Ｐに照射する光ビームＬを散乱させる散乱体（光散乱体）となる。このため、配管６内は、ガラス窓部４１と測定点Ｐとの間の空間中に浮遊し、測定点Ｐに照射する光ビームＬを散乱させる散乱体が存在する環境である。また、配管６内は、浮遊する塵埃等が燃焼して発生する炎により、測距期間中に位置的、時間的に明るさが異なる環境である。
　本体部１は、機能ブロックとして、制御処理部１１と、通信部１２と、演算部１３と、を備えるコンピュータ装置である。制御処理部１１及び演算部１３は、ハードウェアプロセッサである。詳しくは、これらは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等のハードウェア、上記機能ブロックの機能を実行するためのプログラム及びデータ等によって実現される。以上説明したことは、後述する画像生成部１４（図１１）についても同様である。
　制御処理部１１は、本体部１の各部（通信部１２、演算部１３）を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するための装置である。
　通信部１２は、制御処理部１１の制御に従って通信を行うための通信回路である。通信部１２は、ゴミ処理施設の中央制御室５に配置されたコンピュータ装置５１と通信する。通信部１２は、通信インターフェース回路によって実現される。ゴミ処理施設は、焼却炉（不図示）と、これと接続されている配管６と、中央制御室５と、を備え、例えば、家庭用のゴミを処理する。
　演算部１３は、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分を基にして、測定点Ｐの位置を演算する。演算部１３は、測定点Ｐの位置をパラメータの１つとして、三角測量方式（三角測距方式）によって、測定点Ｐまでの距離を演算する。制御処理部１１は、コンピュータ装置５１を宛先として、演算部１３が演算した距離を示す距離情報を、通信部１２に送信させる。コンピュータ装置５１は、受信した距離情報が示す距離を、コンピュータ装置５１のディスプレイに表示させる。
　以下からは、発光部２が、可視光を出射するレーザダイオードであり、撮像部３が、可視光カメラであるとして実施形態の説明を続ける。
　図３は、発光部２が光ビームＬを測定点Ｐに照射していない状態で撮像部３が撮像した画像Ｉｍ‐１と輝度グラフＧ‐１との関係の例を示す模式図である。図４は、発光部２が光ビームＬを測定点Ｐに照射している状態で撮像部３が撮像した画像Ｉｍ‐２と輝度グラフＧ‐２との関係の例を示す模式図である。図３および図４において、背景は、グレースケールで示されており、図の左から右へ向かって、濃度が徐々に小さくなっている。図７、図９、図１２および図１３も同様である。
　図２、図３及び図４を参照して、画像Ｉｍの中央には、ｘ軸が表示されている。ｘ軸について説明する。発光部２の光軸２１は、発光部２が測定点Ｐへ向けて出射する光ビームＬの経路を示している。発光部２の光軸２１は、三次元空間に位置する軸である。ｘ軸は、発光部２の光軸２１を三次元から二次元に変換した軸である。
　画像Ｉｍ‐２のｘ軸上に重ねられているラインは、画像Ｉｍ‐２に写された反射光ＲＬの像（以下、反射光像ｉｍ）を示している。上述したように、反射光ＲＬは、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射することにより発生する光である。配管６内に塵埃等がなければ、反射光像ｉｍは一点の像となる。配管６内に塵埃等があれば、反射光像ｉｍはライン状の像となる。この理由は、発光部２が測定点Ｐへ向けて出射した光ビームＬは、光ビームＬの経路に浮遊している塵埃等によっても反射され、反射された光が撮像部３で受光されるからである。
　反射光像ｉｍの左端から右端（一方の端から他方の端）に向かうに従って、光ビームＬの経路上の位置は、測距装置１００‐１から遠くなる。反射光像ｉｍの右端（他方の端）が測定点Ｐとなる。堆積物７の厚みを大きくなるに従って、反射光像ｉｍの右端（他方の端）は、ｘ軸上において、左側へ移動する。演算部１３は、撮像部３が撮像した画像Ｉｍ‐２を構成する画素のうち、反射光像ｉｍの右端（他方の端）を示す画素の位置ｘ０を測定点Ｐの位置として、測定点Ｐまでの距離を演算する。
　輝度グラフＧは、画像Ｉｍのｘ軸上の輝度を示すグラフである。グラフ線ｇ‐１は、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射していない状態において、ｘ軸上の画素の輝度を示す。グラフ線ｇ‐２は、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射している状態において、ｘ軸上の画素の輝度を示す。グラフ線ｇ‐２は、反射光ＲＬ（反射光像ｉｍ）の輝度を示しており、第１信号Ｓ１を用いて生成される。グラフ線ｇ‐１は、反射光ＲＬの背景の輝度を示しており、第２信号Ｓ２を用いて生成される。なお、輝度の替わりにに画素値でもよい。
　グラフ線ｇ‐１が示すように、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射していない状態でも、輝度は、一様でなく、ｘ軸上の位置に応じて異なる。これは、配管６内の明るさが、配管６内の位置に応じて異なるからである。このため、反射光ＲＬの輝度と背景の輝度とが近い値になることがある。この場合、グラフ線ｇ‐２から反射光像ｉｍの右端（他方の端）を特定することが難しくなる。
　本発明者らは、グラフ線ｇ‐２とグラフ線ｇ‐１との差分（第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分）によれば、反射光像ｉｍの右端（他方の端）を特定できることを見出した。図５は、グラフ線ｇ‐２とグラフ線ｇ‐１との差分（第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分）を示す輝度グラフＧ‐３である。グラフ線ｇ‐３が、グラフ線ｇ‐２とグラフ線ｇ‐１との差分である。これにより、配管６内の背景の明るさが打ち消されるので、反射光像ｉｍの右端（他方の端）、すなわち、測定点Ｐを特定することが可能となる。
　実施形態に係る測距装置１００‐１の動作について説明する。図６は、これを説明するフローチャートである。図１、図２及び図６を参照して、制御処理部１１は、発光部２に光ビームＬを出射させる制御をする（ステップＳ１）。光ビームＬは、測定点Ｐで反射されて反射光ＲＬが生じる。
　撮像部３は、反射光ＲＬの画像を撮像する（ステップＳ２）。すなわち、撮像部３は、発光部２からの光ビームＬが測定点Ｐに照射されている状態の画像を撮像する。この画像は、反射光像ｉｍ（第１信号Ｓ１）を含み、例えば、図４に示す画像Ｉｍ‐２である。以下、この画像を反射光画像と記載する。撮像部３は、反射光画像を本体部１に送信する。制御処理部１１は、送信されてきた反射光画像を記憶する（ステップＳ３）。
　制御処理部１１（制御部）は、発光部２に光ビームＬの出射を停止させる制御をする（ステップＳ４）。これにより、発光部２が測定点Ｐに光Ｐを照射していない状態にする。なお、発光部２とガラス窓部４１との間にシャッタが設けられ、制御処理部１１は、発光部２に光ビームＬを出射させる制御を継続し、シャッタを閉じる制御をしてもよい。
　撮像部３は、発光部２からの光ビームＬが測定点Ｐに照射されていない状態の画像（背景光の画像）を撮像する（ステップＳ５）。この画像は、反射光ＲＬの背景（第２信号Ｓ２）を含み、例えば、図３に示す画像Ｉｍ‐１である。以下、この画像を背景光画像と記載する。撮像部３は、背景光画像を本体部１に送信する。制御処理部１１は、送信されてきた背景光画像を記憶する（ステップＳ６）。
　演算部１３は、制御処理部１１に記憶されている反射光画像から反射光像ｉｍ（第１信号Ｓ１）を抽出する。演算部１３は、制御処理部１１に記憶されている背景光画像のうち、反射光像ｉｍと同じ位置にある像（第２信号Ｓ２）を抽出する（ステップＳ７）。演算部１３は、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分を演算し、この差分を用いて、測定点Ｐの位置を演算する（ステップＳ８）。このように、演算部１３は、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射していない状態下で、撮像部３で背景光が受光されて生成され、反射光像ｉｍと同じ位置の明るさを示す信号を第２信号Ｓ２と見なして、測定点Ｐの位置を演算する。演算部１３は、演算した測定点Ｐの位置をパラメータの１つとして、測定点Ｐまでの距離を演算する（ステップＳ９）。
　実施形態の主な効果を説明する。図１及び図２を参照して、配管６内の明るさは、背景（背景は、測定点Ｐの背景と言うこともできるし、反射光ＲＬの背景と言うこともできる）の明るさに反映される。演算部１３は、反射光ＲＬの明るさを示す第１信号Ｓ１と背景の明るさを示す第２信号Ｓ２との差分を基にして、測距装置１００‐１から測定点Ｐまでの距離を測定する。これにより、配管６内の背景の明るさを打ち消すことができる。従って、実施形態によれば、配管６内において、位置的、時間的に明るさが異なっても測距精度に悪影響を与えることを防止できる。
　配管６内の明るさは、配管６内の位置に応じて異なるので、反射光像ｉｍの位置（測定点Ｐの位置）と背景の位置とが同じであることが好ましい。図３及び図４に示すように、実施形態では、反射光像ｉｍの位置と背景の位置とを同じにしている。
　実施形態の変形例を説明する。図６で説明したように、実施形態は、反射光画像から第１信号Ｓ１を抽出し、背景光画像から第２信号Ｓ２を抽出する（ステップＳ７）。これに対して、変形例１は、反射光画像から第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２を抽出する。変形例１に係る測距装置の機能ブロック図は、図１と同じである。
　図７は、変形例１に適用される画像Ｉｍ‐３の一例の模式図である。画像Ｉｍ‐３は、反射光画像であり、ｘ軸上に反射光像ｉｍがある。画像Ｉｍ‐３において、反射光像ｉｍと異なる位置の領域ｒが背景となる。
　演算部１３は、画像Ｉｍ‐３において、ｘ座標が反射光像ｉｍと同じ位置に、領域ｒを設定する。領域ｒは、反射光像ｉｍの近傍であることが好ましい。配管６内の明るさは、距離が近いと似ているからである。演算部１３は、領域ｒにおいて、ｘ座標が同じ位置にある画素の輝度の平均値を算出し（例えば、ｘ１の位置にある画素の輝度の平均値、ｘ２の位置にある画素の輝度の平均値、・・・）、これを第２信号Ｓ２とする。このように、演算部１３は、発光部２が測定点Ｐに光を照射した状態において、撮像部３で背景光が受光されて生成され、反射光像ｉｍと異なる位置の明るさを示す信号を第２信号Ｓ２と見なす。
　変形例１の動作を説明する。図８は、変形例１の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１～ステップＳ３までは、図６のステップＳ１～ステップ３と同じである。図１、図７及び図８を参照して、演算部１３は、ステップＳ３で制御処理部１１が記憶した反射光画像（例えば、画像Ｉｍ‐３）を読み出し、反射光画像から第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２を抽出する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１後のステップＳ８及びステップＳ９の処理は、図６に示すステップＳ８及びステップＳ９の処理と同じである。
　測定点Ｐが存在する空間の明るさは、時系列で変動するので、反射光ＲＬの明るさと背景の明るさとは同時に測定することが好ましい。変形例１によれば、これらの明るさを同時に測定することができる。
　変形例２を説明する。図４及び図７に示す反射光像ｉｍは、１つのライン状の像である。しかし、反射光像ｉｍが１つのライン状の像でなく、不連続なライン状の像となる場合がある。例えば、図２に示す光ビームＬの経路に比較的大きな塵埃があると、この塵埃により反射光像ｉｍが不連続なライン状の像となる。
　図９は、不連続なライン状の反射光像ｉｍが写された画像Ｉｍ‐４と輝度グラフＧ‐４との関係の例を示す模式図である。反射光像ｉｍは、２つに分断され、不連続になっている。反射光像ｉｍが、２つに分断される例で説明したが、これより多い数に分断されることもある。
　グラフ線ｇ‐４は、図４に示すグラフ線ｇ‐２と同じく、反射光ＲＬ（反射光像ｉｍ）の輝度を示しており、第１信号Ｓ１を用いて生成される。グラフ線ｇ‐４は、反射光像ｉｍが分断されている箇所において、輝度が大きく低下している。グラフ線ｇ‐５は、変形例１で説明した領域ｒ（背景）の輝度を示す。
　図１０は、グラフ線ｇ‐４とグラフ線ｇ‐５との差分（第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分）を示す輝度グラフＧ‐５である。グラフ線ｇ‐６が、グラフ線ｇ‐４とグラフ線ｇ‐５との差分である。グラフ線ｇ‐６の場合、輝度が大きく低下する箇所が複数ある。このため、反射光像ｉｍの右端の位置（測定点Ｐの位置）を特定することが難しくなる。変形例２は、これを解決することができる。
　図１１は、変形例２に係る測距装置１００‐２の構成を示すブロック図である。図１１は、図１と比較して、本体部１に画像生成部１４が追加されている。画像生成部１４は、補正画像を生成する。補正画像の生成方法には、第１方法と第２方法とがある。
　第１方法を説明する。図１２は、変形例２において、第１方法を用いる補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）の生成を説明する説明図である。撮像部３は、発光部２が測定点Ｐに光ビームＬを照射した状態で、連続して、ｎ枚の画像（画像Ｉｍ‐２（１）、画像Ｉｍ‐２（２）、・・・、画像Ｉｍ‐２（ｎ））を撮像する。ｎは、２以上（複数）である。これにより、時系列に並ぶｎ枚の画像が得られる。
　画像Ｉｍ‐２（１）～画像Ｉｍ‐２（ｎ）は、図４に示す画像Ｉｍ‐２と対応し、反射光像ｉｍが写されている。但し、反射光像ｉｍは、図９に示す反射光像ｉｍのように、不連続なライン状となっている。
　画像生成部１４は、画像Ｉｍ‐２（１）～画像Ｉｍ‐２（ｎ）を用いて、画素座標ごとに、当該座標における画素が示す値（値は、輝度でもよいし、画素値でもよい）の平均値より大きく、かつ、当該座標における画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択し、選択した値を、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）の当該座標における画素が示す値に設定して補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）を生成する。言い換えれば、画像生成部１４は、画像Ｉｍ‐２（１）～画像Ｉｍ‐２（ｎ）において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択する。画像生成部１４は、この選択した値を、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）のその順番に位置する画素の値に設定して補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）を生成する。選択する値が最大値を例にして、具体的に説明する。画像生成部１４は、画像Ｉｍ‐２（１）～画像Ｉｍ‐２（ｎ）において、１番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）の１番目の画素の値とする。画像生成部１４は、画像Ｉｍ‐２（１）～画像Ｉｍ‐２（ｎ）において、２番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）の２番目の画素の値とする。画像生成部１４は、３番目以降の画素についても同様の処理をする。
　補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）に反射光像ｉｍが１つのライン状に写る目的を達成できる値であれば、最大値に限らず、平均値より大きな値の中から選択できる（例えば、２番目に大きな値が選択されてもよいし、３番目に大きな値が選択されてもよい）。平均値より大きな値としたのは、平均値以下の値だと、反射光像ｉｍを１つのライン状にする補正の効果が得られないと考えられるからである。これは、第２方法でも言えることである。
　第１方法で生成された補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）に写された反射光像ｉｍは、測定点Ｐが存在する空間の背景の明るさが打ち消されていない。演算部１３は、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）に写された、反射光像ｉｍを示す信号を第１信号Ｓ１とする。測距装置１００‐２は、図６のステップＳ４～ステップＳ６の処理をした後、背景光画像から第２信号Ｓ２を抽出する。演算部１３は、この第１信号Ｓ１とこの第２信号Ｓ２との差分を基にして、測定点Ｐの位置を演算する。
　第２方法を説明する。図１３は、変形例２において、第２方法を用いる補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）の生成を説明する説明図である。画像Ｉｍ‐２（１）～画像Ｉｍ‐２（ｎ）は、図１２に示す画像Ｉｍ‐２（１）～画像Ｉｍ‐２（ｎ）と同じである。画像Ｉｍ‐１は、図３に示す画像Ｉｍ‐１と同じである。
　画像生成部１４は、画像Ｉｍ‐２（１）～画像Ｉｍ‐２（ｎ）のそれぞれについて、画像Ｉｍ‐１（背景画像）との差分を示すｎ枚（複数）の差分画像を生成する。
　画像生成部１４は、ｎ枚の差分画像を用いて、画素座標ごとに、当該座標における画素が示す値（値は、輝度でもよいし、画素値でもよい）の平均値より大きく、かつ、当該座標における画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択し、選択した値を、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）の当該座標における画素が示す値に設定して補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）を生成する。言い換えれば、画像生成部１４は、ｎ枚の差分画像において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択する。画像生成部１４は、この選択した値を、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）のその順番に位置する画素の値に設定して補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）を生成する。選択する値が最大値を例にして、具体的に説明する。画像生成部１４は、ｎ枚の差分画像において、１番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）の１番目の画素の値とする。画像生成部１４は、ｎ枚の差分画像において、２番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）の２番目の画素の値とする。画像生成部１４は、３番目以降の画素についても同様の処理をする。
　図１４は、ｎ枚の差分画像のそれぞれに写された反射光像ｉｍの輝度グラフと、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）に写された反射光像ｉｍの輝度グラフと、を示すグラフ図である。グラフ線ｇ‐７は、図１３に示す画像Ｉｍ‐２（１）と画像Ｉｍ‐１との差分画像に写された反射光像ｉｍの輝度を示す。グラフ線ｇ‐８は、画像Ｉｍ‐２（２）と画像Ｉｍ‐１との差分画像に写された反射光像ｉｍの輝度を示す。グラフ線ｇ‐９は、画像Ｉｍ‐２（ｎ）と画像Ｉｍ‐１との差分画像に写された反射光像ｉｍの輝度を示す。グラフ線ｇ‐１０は、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）に写された反射光像ｉｍの輝度を示す。これらのグラフ線から、測定点Ｐが存在する空間の背景の明るさが打ち消されていることが分かる。
　第２方法で生成された補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）に写された反射光像ｉｍは、測定点Ｐが存在する空間の背景の明るさが打ち消されている。よって、演算部１３は、補正画像Ｉｍ‐２（ｃ）に写された反射光像ｉｍを示す信号を第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差分とする。演算部１３は、この差分を基にして、測定点Ｐの位置を演算する。
（実施形態の纏め）
　実施形態の一態様に係る測距装置は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、前記測定点に光ビームを照射する発光部と、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、を備える。
　測定点が存在する空間の明るさは、背景（背景は、測定点の背景と言うこともできるし、反射光の背景と言うこともできる）の明るさに反映される。演算部は、反射光の明るさを示す第１信号と背景の明るさを示す第２信号との差分を基にして、測距装置から測定点までの距離を測定する。これにより、測定点が存在する空間の背景の明るさを打ち消すことができる。従って、実施形態の一態様に係る測距装置によれば、測定点が存在する空間において、位置的、時間的に明るさが異なっても測距精度に悪影響を与えることを防止できる。
　上記構成において、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射していない状態にする制御部をさらに備え、前記演算部は、前記状態下で、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と同じ位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する。
　測定点が存在する空間の明るさは、空間上の位置に応じて異なるので、反射光の像の位置（測定点の位置）と背景の位置とが同じであることが好ましい。この構成によれば、反射光の像の位置と背景の位置とを同じにすることができる。
　上記構成において、前記演算部は、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態において、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と異なる位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして　前記測定点の位置を演算する。
　測定点が存在する空間の明るさは、時系列で変動するので、反射光の明るさと背景の明るさとは同時に測定することが好ましい。この構成によれば、これらの明るさを同時に測定することができる。
　上記構成において、前記発光部、前記撮像部及び前記演算部を収容し、前記測定点に照射される光ビーム及び前記反射光を透過する窓部を有する筐体をさらに備え、前記測距装置は、前記窓部と前記測定点との間の空間中に浮遊し、前記測定点に照射される光ビームを散乱させる散乱体が存在する環境下で、前記測定点までの距離を測定する。
　この環境は、例えば、ガス焼却炉と通じる配管内の環境である。実施形態の一態様に係る測距装置は、この環境下で、配管内に付着した堆積物（測定点）までの距離の測定に適用することができる。
　上記構成において、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態で、前記撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像を基にして、補正画像を生成する画像生成部をさらに備え、前記演算部は、前記補正画像に写された、前記反射光の像を示す信号を前記第１信号と見なして、前記測定点の位置を演算する。
　測距装置と測定点との間の空間中に浮遊し、測定点に照射する光ビームを散乱させる散乱体が存在する環境下、反射光の像（以下、反射光像）は、撮像部が撮像した画像にライン状に写る。反射光像は、発光部が測定点に照射した光ビームの経路を二次元で示している。反射光像の一方の端から他方の端に向かうに従って、光ビームの経路上の位置は、測距装置から遠くなり、他方の端が測定点となる。演算部は、反射光像の他方の端を示す画素の位置を測定点の位置として、距離を演算する。
　測距装置と測定点との間の空間中に浮遊する散乱体のサイズ等が原因で、反射光像に欠損が生じ、反射光像が不連続なライン状に写ることがある（ラインが途中で分断されている）。このような場合、反射光像の他方の端を特定できないので、測定点を特定することができない。
　そこで、画像生成部は、発光部が測定点に光ビームを照射した状態で、撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像を用いて補正画像を生成する。これにより、複数の画像のそれぞれでは、反射光像が不連続なライン状に写されていても、補正画像では、反射光像が１つのライン状に写される。
　補正画像の生成方法として、第１方法と第２方法とがある。第１方法から説明する。画像生成部は、撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像において、同じ順番に位置する画素が示す値（値は、輝度でもよいし、画素値でもよい）の中から、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択する。画像生成部は、選択した値を、補正画像のその順番に位置する画素の値に設定して補正画像を生成する。選択する値が、最大値を例にして、具体的に説明する。この場合、時系列に並ぶ複数の画像において、１番目の画素の値における最大値がα１のとき、補正画像において、１番目の画素の値がα１とされ、２番目の画素の値における最大値がα２のとき、補正画像において、２番目の画素の値がα２とされる。補正画像の残りの画素の値についても同様にして決められる。
　第１方法で生成された補正画像に写された反射光像は、測定点が存在する空間の背景の明るさが打ち消されていない。よって、演算部は、補正画像に写された反射光像を示す信号を第１信号と見なして、測定点の位置を演算する。
　第２方法を説明する。画像生成部は、撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像のそれぞれについて、背景の画像との差分を示す複数の差分画像を生成する。差分画像は、測定点が存在する空間の背景の明るさの変動が打ち消された画像である。
　画像生成部は、複数の差分画像において、同じ順番に位置する画素が示す値の中から（値は、輝度でもよいし、画素値でもよい）、当該画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択する。画像生成部は、選択した値を、補正画像のその順番に位置する画素の値に設定して補正画像を生成する。
　第２方法で生成された補正画像に写された反射光像は、測定点が存在する空間の背景の明るさが打ち消されている。よって、演算部は、補正画像に写された反射光像を示す信号を第１信号と第２信号との差分と見なして、測定点の位置を演算する。
　実施形態の他の態様に係る測距方法は、測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距方法であって、発光部が、前記測定点に光ビームを照射する照射ステップと、撮像部が、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する生成ステップと、演算部が、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算ステップと、を備える。
　実施形態の他の態様に係る測距方法は、実施形態の一態様に係る測距装置を方法の観点から規定しており、実施形態の一態様に係る測距装置と同様の作用効果を有する。

Claims (7)

  1. 　測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距装置であって、
    　前記測定点に光ビームを照射する発光部と、
    　前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する撮像部と、
    　前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算部と、を備える測距装置。
  2. 　前記発光部が前記測定点に光ビームを照射していない状態にする制御部をさらに備え、
    　前記演算部は、前記状態下で、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と同じ位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして、前記測定点の位置を演算する、請求項１に記載の測距装置。
  3. 　前記演算部は、前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態において、前記撮像部で前記背景光が受光されて生成され、前記反射光の像と異なる位置の明るさを示す信号を前記第２信号と見なして　前記測定点の位置を演算する、請求項１に記載の測距装置。
  4. 　前記発光部、前記撮像部及び前記演算部を収容し、前記測定点に照射される光ビーム及び前記反射光を透過する窓部を有する筐体をさらに備え、
    　前記測距装置は、前記窓部と前記測定点との間の空間中に浮遊し、前記測定点に照射される光ビームを散乱させる散乱体が存在する環境下で、前記測定点までの距離を測定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の測距装置。
  5. 　前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態で、前記撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像を用いて、画素座標ごとに、当該座標における画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該座標における画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択し、選択した値を、補正画像の当該座標における画素が示す値に設定して前記補正画像を生成する画像生成部をさらに備え、
    　前記演算部は、前記補正画像に写された、前記反射光の像を示す信号を前記第１信号と見なして、前記測定点の位置を演算する、請求項４に記載の測距装置。
  6. 　前記発光部が前記測定点に光ビームを照射した状態で、前記撮像部が撮像した時系列に並ぶ複数の画像のそれぞれについて、前記背景の画像との差分を示す複数の差分画像を生成し、複数の前記差分画像を用いて、画素座標ごとに、当該座標における画素が示す値の平均値より大きく、かつ、当該座標における画素が示す値の最大値以下の要件を満たす値を選択し、選択した値を、補正画像の当該座標における画素が示す値に設定して前記補正画像を生成する画像生成部をさらに備え、
    　前記演算部は、前記補正画像に写された、前記反射光の像を示す信号を前記第１信号と前記第２信号との差分と見なして、前記測定点の位置を演算する、請求項４に記載の測距装置。
  7. 　測定点の位置をパラメータにして、三角測量方式で前記測定点までの距離を測定する測距方法であって、
    　発光部が、前記測定点に光ビームを照射する照射ステップと、
    　撮像部が、前記測定点に照射された光ビームの反射光を受光して前記反射光の明るさを示す第１信号、及び、背景光を受光して背景の明るさを示す第２信号を生成する生成ステップと、
    　演算部が、前記第１信号と前記第２信号との差分を基にして、前記測定点の位置を演算する演算ステップと、を備える測距方法。
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