WO2021130824A1 - 障害物検出装置および障害物検出方法 - Google Patents

障害物検出装置および障害物検出方法 Download PDF

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obstacle
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obstacle detection
monitoring area
camera
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将司 冨田
行俊 稲葉
敬太 望月
康人 橋場
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an obstacle detection device for detecting an obstacle and an obstacle detection method.
  • Patent Document 1 an obstacle detection device for a railroad vehicle accurately determines the presence or absence of an obstacle and measures the distance to the obstacle by using the detection result by a sensor such as an infrared camera or a laser ranging sensor.
  • a sensor such as an infrared camera or a laser ranging sensor.
  • the technology to be used is disclosed.
  • the field of view of the infrared camera is fixed and the angle of view cannot be narrowed. Therefore, there is a problem that the detection accuracy of the obstacle detected by the infrared camera deteriorates as the distance increases.
  • a method of mechanically moving the field of view of the infrared camera is conceivable for such a problem, but this method complicates the calculation of the laser irradiation direction of the laser ranging sensor with respect to the field of view of the infrared camera, and the laser irradiation direction and It causes a deviation from the monitoring direction of the infrared camera.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an obstacle detection device capable of improving the detection accuracy when detecting an obstacle using a camera and a laser ranging device.
  • the present invention is an obstacle detection device mounted on a train in order to solve the above-mentioned problems and achieve the object.
  • the obstacle detection device includes a camera, a laser ranging device, and an optical element, and a sensor unit that uses an optical element to set the optical axis of the camera and the optical axis of the laser ranging device in the same direction.
  • the monitoring area by the sensor unit is calculated using the position of the train, the map information stored in the map data storage unit that indicates the position of the track on which the train runs, and the attitude angle of the train, and the optical axis of the sensor unit is used by the drive mirror.
  • Detects obstacles in the course of the train based on the monitoring results of the monitoring area control unit that controls the direction of the axis on the course of the train and the camera and laser ranging device, and avoids collisions with obstacles in the train. It is characterized by including an obstacle determination unit for determining whether or not a collision avoidance action is necessary.
  • the obstacle detection device has an effect that the detection accuracy when detecting an obstacle by using a camera and a laser ranging device can be improved.
  • the obstacle detection device and the obstacle detection method according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an obstacle detection device 2 according to a first embodiment of the present invention.
  • the obstacle detection device 2 is mounted on the train 10 together with the train control device 1 and the output device 3.
  • the train control device 1 detects the position of the train 10 and the speed of the train 10.
  • the train control device 1 includes, for example, a speed generator and a calculation unit that calculates the speed of the train 10 and the position of the train 10 from a signal acquired from the speed generator.
  • the obstacle detection device 2 detects an obstacle (not shown) in the course of the train 10. In the example of FIG. 1, the traveling direction of the train 10 is the right direction.
  • the output device 3 indicates the obstacle detection information output from the obstacle detection device 2 to a user such as a train driver. It is a device.
  • the collision avoidance action is, for example, an action in which the driver stops the train 10 or an action in which the driver sounds a horn in order to avoid a collision between the train 10 and an obstacle.
  • the output device 3 is, for example, a monitor installed in the driver's cab of the train 10, an indicator light, and the like, but is not limited thereto.
  • the output device 3 may output the obstacle detection information from the obstacle detection device 2 by voice or as a printed matter.
  • the train 10 may be a train composed of a plurality of vehicles, or may be a single train composed of one vehicle as shown in FIG.
  • the obstacle detection device 2 includes a monitoring area control unit 20, a sensor unit 23, and an obstacle determination unit 24.
  • the monitoring area control unit 20 includes a monitoring area determination unit 21 and a sensor optical axis control unit 22.
  • the monitoring area determination unit 21 includes a position / velocity acquisition unit 211, a map data storage unit 212, and a monitoring area calculation unit 213.
  • the position / speed acquisition unit 211 acquires the position of the train 10 and the speed of the train 10 from the train control device 1.
  • the map data storage unit 212 stores map information indicating the positions of tracks (not shown) on which the train 10 travels.
  • the map data storage unit 212 stores, that is, stores map information in the form of a database.
  • the map information stored in the map data storage unit 212 is map information that can specify the position of the track in three dimensions.
  • the monitoring area calculation unit 213 uses the position of the train 10 acquired by the position / speed acquisition unit 211, the speed of the train 10, and the map information stored in the map data storage unit 212 to train the train by the obstacle detection device 2.
  • the monitoring area in front of 10, that is, on the course of the train 10 is calculated.
  • the monitoring area is an area in which the sensor unit 23 detects an obstacle in the course of the train 10, that is, a target area for monitoring the presence or absence of an obstacle.
  • the monitoring area calculation unit 213 searches the map data storage unit 212 based on the position of the train 10 acquired by the position / speed acquisition unit 211 and the speed of the train 10, and calculates the monitoring area.
  • the monitoring area calculation unit 213 is on the track, for example, based on the position of the train 10 at the time when the monitoring area is actually monitored from the current position of the train 10, and the alignment of the line stored in the map data storage unit 212.
  • the position 300 m ahead of the train 10 in the above is specified, and the area including the specified position is set as the monitoring area.
  • the line alignment indicates the curvature, slope, etc. of the line.
  • the monitoring area determination unit 21 determines the monitoring area by the sensor unit 23 using the position of the train 10, the speed of the train 10, and the map information. When the monitoring area determination unit 21 determines the monitoring area without considering the braking distance of the train 10, it is not necessary to use the speed information of the train 10.
  • the monitoring area determination unit 21 does not require information on the speed of the train 10 when determining the monitoring area.
  • the information on the speed of the train 10 may be used.
  • the monitoring area determination unit 21 determines the monitoring area in consideration of the braking distance of the train 10 will be described.
  • the sensor unit 23 includes a camera 231, a laser ranging device 232, and an optical element 233.
  • the camera 231 monitors the monitoring area in front of the train 10, that is, on the course of the train 10, and specifically captures the monitoring area.
  • the camera 231 outputs a camera image obtained by capturing the monitoring area to the obstacle determination unit 24 as a monitoring result.
  • the laser ranging device 232 monitors the monitoring area in front of the train 10, that is, on the course of the train 10, and specifically, the laser is used to scan the monitoring area.
  • the laser ranging device 232 outputs the scanning result, which is the result of scanning the monitoring area with the laser, to the obstacle determination unit 24 as the monitoring result.
  • the optical element 233 sets the optical axis of the camera 231 and the optical axis of the laser ranging device 232 to the optical axis 4 in the same direction. Specifically, as shown in FIG. 1, the optical element 233 divides the incident light, which is the light incident from the outside of the train 10 via the sensor optical axis control unit 22 along the optical axis 4, into two. To do. The optical element 233 reflects one of the divided incident light toward the camera 231 and transmits the other of the divided incident light toward the laser ranging device 232. Further, the optical element 233 transmits the laser emitted from the laser ranging device 232 and outputs the laser to the sensor optical axis control unit 22.
  • the optical element 233 is, for example, a beam splitter, a dichroic mirror, and the like, but is not limited thereto. In this way, the sensor unit 23 sets the optical axis of the camera 231 and the optical axis of the laser ranging device 232 to the optical axis 4 in the same direction by using the optical element 233.
  • the sensor optical axis control unit 22 includes an attitude angle measuring device 221, an attitude angle calculation unit 222, an optical axis direction calculation unit 223, a mirror driver 224, and a drive mirror 225.
  • the attitude angle measuring device 221 detects the angular velocity of the train 10.
  • the posture angle measuring device 221 is, for example, a gyro sensor.
  • the attitude angle calculation unit 222 calculates the attitude angle of the train 10 from the detection result of the attitude angle measuring device 221.
  • the attitude angle measuring device 221 or the attitude angle measuring device 221 and the attitude angle calculating unit 222 may be provided outside the sensor optical axis control unit 22.
  • the optical axis direction calculation unit 223 acquires information on the monitoring area from the monitoring area calculation unit 213 of the monitoring area determination unit 21, and acquires information on the attitude angle of the train 10 from the attitude angle calculation unit 222.
  • the optical axis direction calculation unit 223 corrects the monitoring area determined by the monitoring area calculation unit 213 based on the attitude angle of the train 10 acquired from the attitude angle calculation unit 222, and the obstacle detection device 2 drives the front of the train 10. That is, the monitoring area on the course of the train 10 is determined.
  • the optical axis direction calculation unit 223 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 based on the determined monitoring area.
  • the optical axis direction calculation unit 223 controls the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23 on the course of the train 10 by using the drive mirror 225.
  • the mirror driver 224 generates a drive signal for adjusting the direction of the drive mirror 225 under the control of the optical axis direction calculation unit 223, and outputs the drive signal to the drive mirror 225.
  • the orientation of the drive mirror 225 is adjusted by the control of the optical axis direction calculation unit 223 via the mirror driver 224, and the orientation of the optical axis 4 of the sensor unit 23 is adjusted.
  • the obstacle determination unit 24 includes an obstacle detection unit 241 and a collision avoidance determination unit 242.
  • the obstacle detection unit 241 acquires a camera image as a monitoring result from the camera 231 and a scanning result as a monitoring result from the laser ranging device 232.
  • the obstacle detection unit 241 detects an obstacle in the course of the train 10 based on the camera image of the camera 231 and the scanning result of the laser ranging device 232. That is, the obstacle detection unit 241 determines whether or not there is an obstacle in the course of the train 10 by using the camera image and the scanning result.
  • the obstacle detection unit 241 outputs the position information of the obstacle to the collision avoidance determination unit 242 together with the determination result.
  • the collision avoidance determination unit 242 determines whether or not a collision avoidance action is required to avoid a collision with the obstacle in the train 10. To judge. When the collision avoidance determination unit 242 determines that the collision avoidance action is necessary on the train 10, the collision avoidance determination unit 242 outputs an instruction prompting the collision avoidance action together with the obstacle information to the output device 3 as the obstacle detection information by the obstacle detection device 2. ..
  • the obstacle information is, for example, information indicating the position of the obstacle, the size of the obstacle, the type of the obstacle, and the like, but is not limited thereto.
  • FIG. 2 is a diagram showing an image of a monitoring area on the course of the train 10 for which the obstacle detection device 2 according to the first embodiment detects an obstacle.
  • the optical axis of the camera 231 and the optical axis of the laser ranging device 232 are the same optical axis 4 due to the optical element 233. Therefore, in FIG. 2, the center of the photographing range of the camera 231, that is, the center of the field of view of the camera coincides with the center of the scanning range of the laser ranging device 232.
  • the center of the camera field of view shown in FIG. 2 corresponds to the position of the optical axis 4 shown in FIG. 1 with respect to the monitoring area.
  • the scanning range of the laser ranging device 232 includes a monitoring area.
  • the imaging range of the camera 231 includes the scanning range of the laser ranging device 232.
  • the monitoring area is a range including the building limit for the train 10.
  • the construction limit is the range where the installation of buildings and the like is prohibited, and in order to ensure the safety of the operation of the train 10, there is a margin for the range through which the train 10 passes when the train 10 runs on the railroad track. It is the range that I had.
  • the scanning start point of the laser ranging device 232 is set to the upper left of the scanning range, and the scanning end point of the laser ranging device 232 is set to the lower right of the scanning range, but this is an example and is not limited thereto.
  • the sensor optical axis control unit 22 of the obstacle detection device 2 determines the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23. To control. As a result, the obstacle detection device 2 can direct the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23 to the monitoring area, and can accurately detect obstacles in the course of the train 10.
  • the obstacle detection unit 241 first detects the obstacle on the camera image taken by the camera 231 and then detects the obstacle in the monitoring area based on the scanning result of the laser ranging device 232. The case of detection will be described.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an operation in which the obstacle detection device 2 according to the first embodiment detects an obstacle.
  • the monitoring area calculation unit 213 of the monitoring area determination unit 21 calculates the monitoring area on the course of the train 10 by the sensor unit 23 (step S101).
  • the monitoring area calculation unit 213 continuously executes the operation of calculating the monitoring area regardless of the operation of the obstacle determination unit 24 described later.
  • the optical axis direction calculation unit 223 of the sensor optical axis control unit 22 corrects the monitoring area calculated by the monitoring area calculation unit 213 based on the attitude angle of the train 10 calculated by the attitude angle calculation unit 222, and corrects the camera 231.
  • the viewing direction of is calculated (step S102). Specifically, the optical axis direction calculation unit 223 calculates the field of view direction of the camera 231 so that the optical axis 4 comes to the center of the camera field of view shown in FIG.
  • the optical axis direction calculation unit 223 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 to set the viewing direction of the camera 231 (step S103).
  • the camera 231 photographs the monitoring area via the optical element 233 and the drive mirror 225 (step S104), and acquires a camera image (step S105).
  • the camera 231 outputs the camera image to the obstacle detection unit 241 of the obstacle determination unit 24.
  • step S106: No the obstacle detection unit 241 notifies the optical axis direction calculation unit 223 that the obstacle has not been detected on the camera image.
  • the obstacle detection device 2 returns to step S101 and performs the same operation as described above.
  • step S106: Yes the obstacle detection unit 241 notifies the optical axis direction calculation unit 223 that the obstacle is detected on the camera image.
  • the optical axis direction calculation unit 223 corrects the monitoring area calculated by the monitoring area calculation unit 213 based on the attitude angle of the train 10 calculated by the attitude angle calculation unit 222, and corrects the laser emission direction of the laser ranging device 232. Is calculated (step S107). Specifically, the optical axis direction calculation unit 223 calculates the laser emission direction so that the laser is emitted in the direction in which an obstacle is detected in the camera image. The optical axis direction calculation unit 223 may calculate the laser emission direction so as to scan the scanning range shown in FIG. 2, regardless of the direction in which the obstacle is detected in the camera image.
  • the optical axis direction calculation unit 223 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 and sets the laser emission direction of the laser ranging device 232 (step S108).
  • the laser ranging device 232 uses a laser to measure the distance of an object in the monitoring region via the optical element 233 and the drive mirror 225, that is, to measure the distance (step S109) and acquire the ranging result (step S110). ..
  • the distance measurement result is a scanning result in which the laser distance measurement device 232 emits a laser to a specific object and measures the distance from the obstacle detection device 2 to the object. That is, the distance measurement result is also the monitoring result by the laser distance measurement device 232.
  • the laser ranging device 232 outputs the ranging result to the obstacle detection unit 241 of the obstacle determination unit 24.
  • step S111 the optical axis direction calculation unit 223 informs that the obstacle has not been detected in the monitoring area. Notice.
  • the obstacle detection device 2 returns to step S101 and performs the same operation as described above.
  • the obstacle detection unit 241 detects an object based on the distance measurement result, if the detected object is not in the monitoring area, that is, the distance of the detected object is the distance of the monitoring area, in the above-mentioned example. If it is not 300 m ahead of the train 10, it is determined that no obstacle has been detected in the monitoring area.
  • the obstacle detection unit 241 detects an obstacle in the monitoring area based on the distance measurement result (step S111: Yes)
  • the obstacle detection unit 241 outputs the camera image and the distance measurement result to the collision avoidance determination unit 242.
  • the collision avoidance determination unit 242 determines whether or not a collision avoidance action for avoiding a collision with an obstacle is necessary in the train 10 based on the camera image and the distance measurement result (step S112).
  • the collision avoidance determination unit 242 determines that the obstacle detected by the obstacle detection unit 241 is, for example, a bird, a small animal, or the like based on the camera image and the distance measurement result
  • the collision avoidance determination unit 242 monitors the train 10 by moving forward. In view of the nature of birds, small animals, etc.
  • step S112 No
  • the obstacle detection device 2 returns to step S101 and performs the same operation as described above.
  • the collision avoidance determination unit 242 determines that a collision avoidance action is necessary when the obstacle detected by the obstacle detection unit 241 is determined to be, for example, a rock fall, a fallen tree, etc., based on the camera image and the distance measurement result ( Step S112: Yes).
  • the collision avoidance determination unit 242 outputs an instruction for prompting a collision avoidance action together with the obstacle information to the output device 3 as obstacle detection information by the obstacle detection device 2 (step S113).
  • the optical axis direction calculation unit 223 is driven via the mirror driver 224 while performing blur correction in consideration of vibration, shaking, etc. of the train 10 when shooting with the camera 231. Controls the orientation of the mirror 225. Further, when scanning by the laser ranging device 232, the optical axis direction calculation unit 223 performs blur correction in consideration of vibration, shaking, etc. of the train 10, and the laser ranging device 232 further increases the size as shown in FIG.
  • the orientation of the drive mirror 225 is controlled via the mirror driver 224 so that the scanning range including the monitoring area can be scanned.
  • FIG. 4 is a diagram showing an image of an operation in which the obstacle detection device 2 according to the first embodiment detects an obstacle.
  • the obstacle detection device 2 first takes a picture with the camera 231 and performs an obstacle detection process using the obtained camera image.
  • the obstacle detection device 2 takes a picture with the camera 231 until an obstacle is detected in the camera image.
  • the obstacle detection device 2 detects an obstacle in the camera image
  • the obstacle detection device 2 then performs distance measurement using a laser by the laser distance measurement device 232, and uses the obtained distance measurement result to perform an obstacle in the monitoring area. Detection processing is performed.
  • the obstacle detection device 2 determines whether or not the detected obstacle is an obstacle that requires a collision avoidance action on the train 10.
  • FIG. 5 is a first flowchart showing an operation in which the obstacle detection device 2 according to the first embodiment controls the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23.
  • the position / speed acquisition unit 211 acquires the position of the train 10 and the speed of the train 10 from the train control device 1 (step S201).
  • the monitoring area calculation unit 213 searches the map data storage unit 212 based on the position of the train 10 and the speed of the train 10 acquired by the position / speed acquisition unit 211, and calculates the monitoring area (step S202).
  • the attitude angle calculation unit 222 calculates the attitude angle of the train 10 from the detection result of the attitude angle measuring device 221 (step S203).
  • the optical axis direction calculation unit 223 corrects the monitoring area acquired from the monitoring area calculation unit 213 based on the attitude angle of the train 10 acquired from the attitude angle calculation unit 222 (step S204).
  • the optical axis direction calculation unit 223 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 based on the corrected monitoring area, and the drive mirror 225 is used to drive the train 10 in the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23. Control up (step S205).
  • the optical axis direction calculation unit 223 corrects the monitoring area calculated by the monitoring area calculation unit 213 based on the posture angle of the train 10 calculated by the posture angle calculation unit 222.
  • the monitoring area calculation unit 213 is deleted, and the optical axis direction calculation unit 223 uses the position of the train 10, the speed of the train 10, the map information stored in the map data storage unit 212, and the train.
  • the monitoring area may be calculated based on the attitude angle of 10. Looking at the unit of the monitoring area control unit 20, the operation when the monitoring area calculation unit 213 is deleted is the same as the operation when the monitoring area calculation unit 213 is present.
  • FIG. 6 is a second flowchart showing an operation in which the obstacle detection device 2 according to the first embodiment controls the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23.
  • the monitoring area control unit 20 acquires the position of the train 10 and the speed of the train 10 from the train control device 1 (step S301).
  • the monitoring area control unit 20 calculates the attitude angle of the train 10 from the detection result of the attitude angle measuring device 221 (step S302).
  • the monitoring area control unit 20 calculates the monitoring area by the sensor unit 23 based on the position of the train 10, the speed of the train 10, the map information stored in the map data storage unit 212, and the attitude angle of the train 10 ( Step S303).
  • the monitoring area control unit 20 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 based on the calculated monitoring area, and uses the drive mirror 225 to move the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23 on the course of the train 10. Control (step S304).
  • the map data storage unit 212 is a memory.
  • the attitude angle measuring device 221 and the camera 231 and the laser ranging device 232 are sensors.
  • the drive mirror 225 and the optical element 233 are elements including a mirror, a lens, a prism, and the like.
  • other components are realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processor and memory for executing a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which the processing circuit included in the obstacle detection device 2 according to the first embodiment is configured by a processor and a memory.
  • the processing circuit is composed of the processor 91 and the memory 92, each function of the processing circuit of the obstacle detection device 2 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is written as a program and stored in the memory 92.
  • each function is realized by the processor 91 reading and executing the program stored in the memory 92. That is, the processing circuit includes a memory 92 for storing a program in which the processing of the obstacle detection device 2 is eventually executed. It can also be said that these programs cause the computer to execute the procedure and method of the obstacle detection device 2.
  • the processor 91 may be a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or the like.
  • the memory 92 includes, for example, non-volatile or volatile such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), and EPROM (registered trademark) (Electrically EPROM).
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory EPROM (Erasable Programmable ROM), and EPROM (registered trademark) (Electrically EPROM).
  • Semiconductor memory magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc. are applicable.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example in which the processing circuit included in the obstacle detection device 2 according to the first embodiment is configured by dedicated hardware.
  • the processing circuit is composed of dedicated hardware
  • the processing circuit 93 shown in FIG. 8 includes, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and the like. FPGA (Field Programmable Gate Array) or a combination of these is applicable.
  • Each function of the obstacle detection device 2 may be realized by the processing circuit 93 for each function, or each function may be collectively realized by the processing circuit 93.
  • a part may be realized by dedicated hardware and a part may be realized by software or firmware.
  • the processing circuit can realize each of the above-mentioned functions by the dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the sensor unit 23 uses the optical element 233 to align the optical axis of the camera 231 and the optical axis of the laser ranging device 232 in the same direction.
  • the optical axis of is set to 4.
  • the monitoring area calculation unit 213 calculates the monitoring area by the sensor unit 23 by using the position of the train 10, the speed of the train 10, and the map information of the track stored in the map data storage unit 212.
  • the optical axis direction calculation unit 223 corrects the monitoring area based on the attitude angle of the train 10, drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224, and controls the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23.
  • the monitoring area control unit 20 calculates the monitoring area based on the position of the train 10, the speed of the train 10, the map information of the track stored in the map data storage unit 212, and the attitude angle of the train 10, and mirrors the area.
  • the drive mirror 225 is driven via the driver 224 to control the direction of the optical axis 4 of the sensor unit 23.
  • the obstacle detection device 2 detects an obstacle using the camera 231 and the laser range measuring device 232
  • the train 10 shakes and vibrates in the direction of the optical axis 4 of the camera 231 and the laser range measuring device 232. It can be corrected according to the above and controlled in the direction of the monitoring area.
  • the obstacle detection device 2 can improve the accuracy of detecting obstacles in the course of the train 10 on which the obstacle detection device 2 is mounted.
  • the obstacle determination unit 24 determines the presence or absence of an obstacle based on the camera image which is the monitoring result of the camera 231 and determines that there is an obstacle. Further, the presence or absence of an obstacle is determined based on the distance measurement result which is the monitoring result of the laser distance measurement device 232. As a result, it is difficult for the obstacle detection device 2 to estimate the distance of the obstacle only from the camera image of the camera 231. Therefore, the distance to the obstacle is measured by the laser of the laser range measuring device 232 to enter the monitoring area. It is possible to accurately determine whether or not there is an obstacle.
  • the obstacle detection device 2 is, for example, a moving body other than the train 10, and can be mounted on a moving body traveling on a specified route to detect an obstacle in the path of the moving body.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, the obstacle detection device 2 first detects the obstacle using the camera image, and then detects the obstacle using the distance measurement result. In the second embodiment, the operation of the obstacle detection device 2 first detecting the obstacle using the monitoring result of the laser ranging device 232 and then detecting the obstacle using the camera image will be described.
  • the configuration of the obstacle detection device 2 in the second embodiment is the same as the configuration of the obstacle detection device 2 in the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an operation in which the obstacle detection device 2 according to the second embodiment detects an obstacle.
  • the monitoring area calculation unit 213 of the monitoring area determination unit 21 calculates the monitoring area on the course of the train 10 by the sensor unit 23 (step S401).
  • the monitoring area calculation unit 213 continuously executes the operation of calculating the monitoring area regardless of the operation of the obstacle determination unit 24 described later.
  • the optical axis direction calculation unit 223 of the sensor optical axis control unit 22 corrects the monitoring area calculated by the monitoring area calculation unit 213 based on the attitude angle of the train 10 calculated by the attitude angle calculation unit 222, and performs laser measurement.
  • the scanning direction of the distance device 232 is calculated (step S402). Specifically, the optical axis direction calculation unit 223 calculates the scanning direction of the laser ranging device 232 so that the monitoring region shown in FIG. 2 is included in the scanning range.
  • the laser ranging device 232 emits a laser via the optical element 233 and the drive mirror 225, scans the monitoring area using the laser (step S403), and acquires the scanning result (step S404).
  • the optical axis direction calculation unit 223 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 to control the laser emission direction of the laser ranging device 232.
  • the laser ranging device 232 outputs the scanning result to the obstacle detection unit 241 of the obstacle determination unit 24.
  • step S405: No When the obstacle detection unit 241 does not detect an obstacle in the monitoring area based on the scanning result (step S405: No), the obstacle detection unit 241 notifies the optical axis direction calculation unit 223 that no obstacle is detected in the monitoring area. To do.
  • the obstacle detection device 2 returns to step S401 and performs the same operation as described above.
  • step S405: Yes the obstacle detection unit 241 notifies the optical axis direction calculation unit 223 that the obstacle is detected in the monitoring area.
  • the optical axis direction calculation unit 223 calculates the direction in which the camera 231 shoots (step S406). Specifically, the optical axis direction calculation unit 223 calculates the direction of the camera 231 so that the camera 231 faces the direction in which the obstacle is detected in the scanning result of the laser ranging device 232.
  • the optical axis direction calculation unit 223 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 and sets the direction of the camera 231 (step S407).
  • the camera 231 photographs the monitoring area via the optical element 233 and the drive mirror 225 (step S408), and acquires a camera image (step S409).
  • the camera 231 outputs the camera image to the obstacle detection unit 241 of the obstacle determination unit 24.
  • step S410: No When the obstacle detection unit 241 does not detect an obstacle on the camera image (step S410: No), the obstacle detection unit 241 notifies the optical axis direction calculation unit 223 that the obstacle has not been detected on the camera image. The obstacle detection device 2 returns to step S401 and performs the same operation as described above.
  • step S410: Yes the obstacle detection unit 241 detects an obstacle on the camera image (step S410: Yes)
  • the obstacle detection unit 241 outputs the camera image and the scanning result to the collision avoidance determination unit 242.
  • the collision avoidance determination unit 242 determines whether or not a collision avoidance action for avoiding a collision with an obstacle is necessary in the train 10 based on the camera image and the scanning result (step S411).
  • the collision avoidance determination unit 242 determines that the obstacle detected by the obstacle detection unit 241 is, for example, a bird, a small animal, or the like based on the camera image and the scanning result, the train 10 moves forward to monitor the area. In view of the nature of birds, small animals, etc. escaping from the area, it is determined that the collision avoidance action is unnecessary (step S411: No).
  • the obstacle detection device 2 returns to step S401 and performs the same operation as described above.
  • the collision avoidance determination unit 242 determines that the obstacle detected by the obstacle detection unit 241 is, for example, a rock fall or a fallen tree based on the camera image and the scanning result, the collision avoidance determination unit 242 determines that a collision avoidance action is necessary (step). S411: Yes).
  • the collision avoidance determination unit 242 outputs an instruction for prompting a collision avoidance action together with the obstacle information to the output device 3 as obstacle detection information by the obstacle detection device 2 (step S412).
  • FIG. 10 is a diagram showing an image of an operation in which the obstacle detection device 2 according to the second embodiment detects an obstacle.
  • the obstacle detection device 2 first performs laser scanning by the laser ranging device 232, and uses the obtained scanning result to perform an obstacle detection process in the monitoring area.
  • the obstacle detection device 2 performs laser scanning by the laser ranging device 232 until an obstacle is detected in the scanning result.
  • the obstacle detection device 2 then takes a picture with the camera 231 and performs an obstacle detection process using the obtained camera image.
  • the obstacle detection device 2 determines whether or not the detected obstacle is an obstacle that requires a collision avoidance action on the train 10.
  • the obstacle detection device 2 can improve the accuracy of detecting obstacles in the course of the train 10 on which the obstacle detection device 2 is mounted, as in the first embodiment.
  • the obstacle determination unit 24 determines the presence or absence of an obstacle based on the scanning result which is the monitoring result of the laser ranging device 232, and determines that there is an obstacle.
  • the presence or absence of an obstacle is further determined based on the camera image which is the monitoring result of the camera 231.
  • the obstacle detection device 2 has a low resolution of the horizontal position or a large error only with the laser. Therefore, by using the camera image taken by the camera 231, it is possible to accurately determine whether or not there is an obstacle in the monitoring area. It can be judged well.
  • the laser ranging device 232 can detect obstacles even when it is difficult for the camera 231 to detect obstacles. It is effective in comparison.
  • Embodiment 3 the obstacle detection device 2 separately detects the obstacle with respect to the camera image of the camera 231 and the monitoring result of the laser ranging device 232. In the third embodiment, the obstacle detection device 2 detects an obstacle by using both the camera image of the camera 231 and the scanning result of the laser ranging device 232.
  • the configuration of the obstacle detection device 2 in the third embodiment is the same as the configuration of the obstacle detection device 2 in the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an operation in which the obstacle detection device 2 according to the third embodiment detects an obstacle.
  • the monitoring area calculation unit 213 of the monitoring area determination unit 21 calculates the monitoring area on the course of the train 10 by the sensor unit 23 (step S501).
  • the monitoring area calculation unit 213 continuously executes the operation of calculating the monitoring area regardless of the operation of the obstacle determination unit 24 described later.
  • the optical axis direction calculation unit 223 of the sensor optical axis control unit 22 corrects the monitoring area calculated by the monitoring area calculation unit 213 based on the attitude angle of the train 10 calculated by the attitude angle calculation unit 222, and corrects the camera 231.
  • the viewing direction of is calculated (step S502).
  • the optical axis direction calculation unit 223 calculates the field of view direction of the camera 231 so that the optical axis 4 comes to the center of the camera field of view shown in FIG.
  • the optical axis direction calculation unit 223 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 to set the viewing direction of the camera 231 (step S503).
  • the camera 231 photographs the monitoring area via the optical element 233 and the drive mirror 225 (step S504), and acquires a camera image (step S505).
  • the camera 231 outputs the camera image to the obstacle detection unit 241 of the obstacle determination unit 24.
  • the optical axis direction calculation unit 223 of the sensor optical axis control unit 22 corrects the monitoring area calculated by the monitoring area calculation unit 213 based on the attitude angle of the train 10 calculated by the attitude angle calculation unit 222, and performs laser measurement.
  • the scanning direction of the distance device 232 is calculated (step S506). Specifically, the optical axis direction calculation unit 223 calculates the scanning direction of the laser ranging device 232 so that the monitoring region shown in FIG. 2 is included in the scanning range.
  • the laser ranging device 232 emits a laser via the optical element 233 and the drive mirror 225, scans the monitoring region using the laser (step S507), and acquires the scanning result (step S508).
  • the optical axis direction calculation unit 223 drives the drive mirror 225 via the mirror driver 224 to control the laser emission direction of the laser ranging device 232.
  • the laser ranging device 232 outputs the scanning result to the obstacle detection unit 241 of the obstacle determination unit 24.
  • the optical axis direction calculation unit indicates that the obstacle was not detected in the monitoring area. Notify 223.
  • the obstacle detection device 2 returns to step S501 and performs the same operation as described above.
  • the obstacle detection unit 241 detects an obstacle in the monitoring area based on the camera image and the scanning result (step S509: Yes)
  • the obstacle detection unit 241 outputs the camera image and the scanning result to the collision avoidance determination unit 242.
  • the collision avoidance determination unit 242 determines whether or not a collision avoidance action for avoiding a collision with an obstacle is necessary in the train 10 based on the camera image and the scanning result (step S510).
  • the collision avoidance determination unit 242 determines that the obstacle detected by the obstacle detection unit 241 is, for example, a bird, a small animal, or the like based on the camera image and the scanning result, the train 10 moves forward to monitor the area. In view of the nature of birds, small animals, etc. escaping from the area, it is determined that the collision avoidance action is unnecessary (step S510: No).
  • the obstacle detection device 2 returns to step S501 and performs the same operation as described above.
  • the collision avoidance determination unit 242 determines that the obstacle detected by the obstacle detection unit 241 is, for example, a rock fall or a fallen tree based on the camera image and the scanning result, the collision avoidance determination unit 242 determines that a collision avoidance action is necessary (step). S510: Yes).
  • the collision avoidance determination unit 242 outputs an instruction for prompting a collision avoidance action together with the obstacle information to the output device 3 as obstacle detection information by the obstacle detection device 2 (step S511).
  • FIG. 12 is a diagram showing an image of an operation in which the obstacle detection device 2 according to the third embodiment detects an obstacle.
  • the obstacle detection device 2 takes a picture with the camera 231 to obtain a camera image, and performs laser scanning with the laser ranging device 232 to obtain a scanning result.
  • the obstacle detection device 2 determines whether or not the detected obstacle is an obstacle that requires a collision avoidance action in the train 10.
  • the obstacle detection device 2 first takes a picture with the camera 231 to acquire the camera image, and then obtains the scanning result by scanning with the laser ranging device 232. Not limited to.
  • the obstacle detection device 2 may first acquire the scanning result by scanning with the laser ranging device 232, and then take a picture with the camera 231 to acquire the camera image.
  • the obstacle detection device 2 can improve the accuracy of detecting obstacles in the course of the train 10 on which the obstacle detection device 2 is mounted, as in the first and second embodiments.
  • the sensor optical axis control unit 22 alternately performs the photographing by the camera 231 and the scanning by the laser ranging device 232 in a time-division manner. Toggle control of.
  • the obstacle determination unit 24 determines the presence or absence of an obstacle based on the camera image which is the monitoring result of the camera 231 and the scanning result which is the monitoring result of the laser ranging device 232.
  • the obstacle detection device 2 can efficiently determine the presence or absence of an obstacle, and can accurately determine whether or not there is an obstacle in the monitoring area. Further, the obstacle detection device 2 can improve the real-time property in detecting obstacles as compared with the first and second embodiments.
  • the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

列車（１０）に搭載される障害物検出装置（２）であって、カメラ（２３１）、レーザ測距装置（２３２）、および光学素子（２３３）を有し、カメラ（２３１）およびレーザ測距装置（２３２）の光軸を、光学素子（２３３）を用いて同一方向の光軸（４）にするセンサ部（２３）と、列車（１０）の位置、列車（１０）が走行する線路の位置を示す地図情報、および列車（１０）の姿勢角を用いて、センサ部（２３）による監視領域を算出し、駆動ミラー（２２５）を用いてセンサ部（２３）の光軸（４）の方向を列車（１０）の進路上に制御する監視領域制御部（２０）と、カメラ（２３１）およびレーザ測距装置（２３２）の監視結果に基づいて、列車（１０）の進路上の障害物を検出し、列車（１０）において衝突回避行動が必要か否かを判定する障害物判定部（２４）と、を備える。

Description

障害物検出装置および障害物検出方法
　本発明は、障害物を検出する障害物検出装置および障害物検出方法に関する。
　従来、列車では、各種センサを用いて前方を監視し、進路上の障害物を検出することが行われている。特許文献１には、鉄道車両用支障物検知装置が、赤外線カメラ、レーザ測距センサなどのセンサによる検出結果を用いて、支障物の有無を正確に判定するとともに、支障物までの距離を計測する技術が開示されている。
特開平５－１１６６２６号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、赤外線カメラの視野は固定され、画角を絞ることができない。そのため、赤外線カメラで検出される支障物は、遠方になるほど検出精度が劣化する、という問題があった。このような問題に対して赤外線カメラの視野を機械的に動かす手法が考えられるが、この手法では赤外線カメラの視野に対するレーザ測距センサのレーザの照射方向の算出が複雑化し、レーザの照射方向と赤外線カメラによる監視方向とがずれる要因になる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カメラおよびレーザ測距装置を用いて障害物を検出する際の検出精度を向上可能な障害物検出装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、列車に搭載される障害物検出装置である。障害物検出装置は、カメラ、レーザ測距装置、および光学素子を有し、カメラの光軸およびレーザ測距装置の光軸を、光学素子を用いて同一方向の光軸にするセンサ部と、列車の位置、地図データ記憶部に記憶され列車が走行する線路の位置を示す地図情報、および列車の姿勢角を用いて、センサ部による監視領域を算出し、駆動ミラーを用いてセンサ部の光軸の方向を列車の進路上に制御する監視領域制御部と、カメラおよびレーザ測距装置の監視結果に基づいて、列車の進路上の障害物を検出し、列車において障害物との衝突を回避するための衝突回避行動が必要か否かを判定する障害物判定部と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、障害物検出装置は、カメラおよびレーザ測距装置を用いて障害物を検出する際の検出精度を向上できる、という効果を奏する。
実施の形態１に係る障害物検出装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る障害物検出装置が障害物を検出する対象となる列車の進路上の監視領域のイメージを示す図 実施の形態１に係る障害物検出装置が障害物を検出する動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る障害物検出装置が障害物を検出する動作のイメージを示す図 実施の形態１に係る障害物検出装置がセンサ部の光軸の方向を制御する動作を示す第１のフローチャート 実施の形態１に係る障害物検出装置がセンサ部の光軸の方向を制御する動作を示す第２のフローチャート 実施の形態１に係る障害物検出装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 実施の形態１に係る障害物検出装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 実施の形態２に係る障害物検出装置が障害物を検出する動作を示すフローチャート 実施の形態２に係る障害物検出装置が障害物を検出する動作のイメージを示す図 実施の形態３に係る障害物検出装置が障害物を検出する動作を示すフローチャート 実施の形態３に係る障害物検出装置が障害物を検出する動作のイメージを示す図
　以下に、本発明の実施の形態に係る障害物検出装置および障害物検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る障害物検出装置２の構成例を示す図である。障害物検出装置２は、列車制御装置１および出力装置３とともに、列車１０に搭載される。
　列車制御装置１は、列車１０の位置および列車１０の速度を検出する。列車制御装置１は、例えば、速度発電機と、速度発電機から取得した信号によって列車１０の速度および列車１０の位置を算出する演算部と、を備える。障害物検出装置２は、列車１０の進路上にある図示しない障害物を検出する。図１の例では、列車１０の進行方向を右方向とする。出力装置３は、障害物検出装置２において衝突回避行動が必要な障害物が検出された場合、障害物検出装置２から出力された障害物の検出情報を列車１０の運転士などのユーザに示す装置である。衝突回避行動とは、列車１０と障害物との衝突を回避するため、例えば、運転士が列車１０を停止させる行動、運転士が警笛を鳴らす行動などである。出力装置３は、例えば、列車１０の運転台に設置されたモニタ、表示灯などであるが、これらに限定されない。出力装置３は、障害物検出装置２からの障害物の検出情報を、音声で出力してもよいし、印刷物で出力してもよい。なお、列車１０については、複数の車両から成る編成であってもよいし、図１に示すように１つの車両から成る単行であってもよい。
　障害物検出装置２の構成および動作について説明する。障害物検出装置２は、監視領域制御部２０と、センサ部２３と、障害物判定部２４と、を備える。監視領域制御部２０は、監視領域決定部２１と、センサ光軸制御部２２と、を備える。
　監視領域決定部２１は、位置速度取得部２１１と、地図データ記憶部２１２と、監視領域算出部２１３と、を備える。位置速度取得部２１１は、列車制御装置１から列車１０の位置および列車１０の速度を取得する。地図データ記憶部２１２は、列車１０が走行する図示しない線路の位置を示す地図情報を記憶している。地図データ記憶部２１２は、データベースの形式で地図情報を格納、すなわち記憶している。地図データ記憶部２１２に記憶されている地図情報は、線路の位置を３次元で特定可能な地図情報である。
　監視領域算出部２１３は、位置速度取得部２１１で取得された列車１０の位置、列車１０の速度、および地図データ記憶部２１２に記憶されている地図情報を用いて、障害物検出装置２による列車１０の前方、すなわち列車１０の進路上の監視領域を算出する。監視領域は、センサ部２３が列車１０の進路上の障害物を検出する、すなわち障害物の有無を監視する対象となる領域である。具体的には、監視領域算出部２１３は、位置速度取得部２１１で取得された列車１０の位置および列車１０の速度に基づいて地図データ記憶部２１２を検索し、監視領域を算出する。監視領域算出部２１３は、例えば、現在の列車１０の位置から実際に監視領域を監視する時点の列車１０の位置、および地図データ記憶部２１２に記憶されている線路の線形に基づいて、線路上での列車１０の前方３００ｍの位置を特定し、特定した位置を含む領域を監視領域とする。線路の線形とは、線路の曲率、勾配などを示すものである。このように、監視領域決定部２１は、列車１０の位置、列車１０の速度、および地図情報を用いて、センサ部２３による監視領域を決定する。なお、監視領域決定部２１は、列車１０の制動距離を考慮しないで監視領域を決定する場合、列車１０の速度の情報を用いなくてもよい。すなわち、監視領域決定部２１では、監視領域を決定する際に列車１０の速度の情報は必須ではない。監視領域決定部２１は、列車１０の制動距離を考慮して監視領域を決定する場合、列車１０の速度の情報を用いるようにすればよい。以降では、監視領域決定部２１が、列車１０の制動距離を考慮して監視領域を決定する場合について説明する。
　センサ部２３は、カメラ２３１と、レーザ測距装置２３２と、光学素子２３３と、を備える。カメラ２３１は、列車１０の前方、すなわち列車１０の進路上の監視領域を監視、具体的には監視領域を撮影する。カメラ２３１は、監視領域を撮影したカメラ画像を監視結果として障害物判定部２４に出力する。レーザ測距装置２３２は、列車１０の前方、すなわち列車１０の進路上の監視領域を監視、具体的にはレーザを用いて監視領域を走査する。レーザ測距装置２３２は、監視領域をレーザで走査した結果である走査結果を監視結果として障害物判定部２４に出力する。
　光学素子２３３は、カメラ２３１の光軸およびレーザ測距装置２３２の光軸を同一方向の光軸４にする。具体的には、光学素子２３３は、図１に示すように、光軸４に沿ってセンサ光軸制御部２２を介して列車１０の外部から入射された光である入射光を２つに分割する。光学素子２３３は、分割された入射光の一方をカメラ２３１に向けて反射し、分割された入射光の他方をレーザ測距装置２３２に向けて透過する。また、光学素子２３３は、レーザ測距装置２３２から出射されたレーザを透過して、センサ光軸制御部２２に出力する。光学素子２３３は、例えば、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラーなどであるが、これらに限定されない。このように、センサ部２３は、カメラ２３１の光軸およびレーザ測距装置２３２の光軸を、光学素子２３３を用いて同一方向の光軸４にする。
　センサ光軸制御部２２は、姿勢角測定装置２２１と、姿勢角算出部２２２と、光軸方向算出部２２３と、ミラードライバ２２４と、駆動ミラー２２５と、を備える。姿勢角測定装置２２１は、列車１０の角速度を検出する。姿勢角測定装置２２１は、例えば、ジャイロセンサである。姿勢角算出部２２２は、姿勢角測定装置２２１の検出結果から列車１０の姿勢角を算出する。なお、姿勢角測定装置２２１、または姿勢角測定装置２２１および姿勢角算出部２２２については、センサ光軸制御部２２の外部に設けられていてもよい。
　光軸方向算出部２２３は、監視領域決定部２１の監視領域算出部２１３から監視領域の情報を取得し、姿勢角算出部２２２から列車１０の姿勢角の情報を取得する。光軸方向算出部２２３は、監視領域算出部２１３で決定された監視領域を、姿勢角算出部２２２から取得した列車１０の姿勢角に基づいて補正し、障害物検出装置２による列車１０の前方、すなわち列車１０の進路上の監視領域を決定する。光軸方向算出部２２３は、決定した監視領域に基づいて、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動する。光軸方向算出部２２３は、駆動ミラー２２５を用いてセンサ部２３の光軸４の方向を列車１０の進路上に制御する。ミラードライバ２２４は、光軸方向算出部２２３の制御によって、駆動ミラー２２５の向きを調整するための駆動信号を生成し、駆動ミラー２２５に出力する。駆動ミラー２２５は、ミラードライバ２２４を介して光軸方向算出部２２３の制御によって向きが調整され、センサ部２３の光軸４の向きを調整する。
　障害物判定部２４は、障害物検出部２４１と、衝突回避判定部２４２と、を備える。障害物検出部２４１は、カメラ２３１から監視結果としてカメラ画像を取得し、レーザ測距装置２３２から監視結果として走査結果を取得する。障害物検出部２４１は、カメラ２３１のカメラ画像およびレーザ測距装置２３２の走査結果に基づいて、列車１０の進路上の障害物を検出する。すなわち、障害物検出部２４１は、カメラ画像および走査結果を用いて、列車１０の進路上に障害物が有るか否かを判定する。障害物検出部２４１は、列車１０の進路上に障害物が有ると判定した場合、判定結果とともに障害物の位置情報を衝突回避判定部２４２に出力する。衝突回避判定部２４２は、障害物検出部２４１において列車１０の進路上に障害物が有ると判定された場合、列車１０において障害物との衝突を回避するための衝突回避行動が必要か否かを判定する。衝突回避判定部２４２は、列車１０において衝突回避行動が必要と判定した場合、障害物の情報とともに衝突回避行動を促す指示を、障害物検出装置２による障害物検出情報として出力装置３に出力する。障害物の情報は、例えば、障害物の位置、障害物の大きさ、障害物の種別などを示す情報であるが、これらに限定されない。
　図２は、実施の形態１に係る障害物検出装置２が障害物を検出する対象となる列車１０の進路上の監視領域のイメージを示す図である。前述のように、カメラ２３１の光軸およびレーザ測距装置２３２の光軸は光学素子２３３によって同一の光軸４になっている。そのため、図２において、カメラ２３１の撮影範囲の中心、すなわちカメラ視野中心と、レーザ測距装置２３２の走査範囲の中心とが一致している。図２に示すカメラ視野中心が、監視領域に対する図１に示す光軸４の位置に相当する。図２では、レーザ測距装置２３２の走査範囲は、監視領域を含む。また、カメラ２３１の撮影範囲は、レーザ測距装置２３２の走査範囲を含む。監視領域は、具体的には、列車１０に対する建築限界を含む範囲である。建築限界とは、建築物などの設置が禁止された範囲であって、列車１０の運行の安全を確保するため、列車１０が線路を走行する際に列車１０が通過する範囲に対して余裕を持たせた範囲である。
　図２では、レーザ測距装置２３２の走査開始点を走査範囲の左上、レーザ測距装置２３２の走査終了点を走査範囲の右下としているが、一例であり、これに限定されない。本実施の形態では、列車１０の進路にカーブがある、列車１０で揺れが発生したなどの場合において、障害物検出装置２のセンサ光軸制御部２２は、センサ部２３の光軸４の方向を制御する。これにより、障害物検出装置２は、センサ部２３の光軸４の方向を監視領域に向けることができ、列車１０の進路上の障害物を精度良く検出することができる。
　つづいて、障害物検出装置２において、障害物判定部２４が障害物を検出し、障害物に対する衝突回避行動が必要か否かを判定する動作について説明する。本実施の形態では、障害物検出部２４１が、先にカメラ２３１で撮影されたカメラ画像上で障害物を検出し、つぎにレーザ測距装置２３２の走査結果に基づいて監視領域で障害物を検出する場合について説明する。
　図３は、実施の形態１に係る障害物検出装置２が障害物を検出する動作を示すフローチャートである。障害物検出装置２において、監視領域決定部２１の監視領域算出部２１３は、センサ部２３による列車１０の進路上の監視領域を算出する（ステップＳ１０１）。監視領域算出部２１３は、後述する障害物判定部２４の動作に係わらず、監視領域を算出する動作を継続して実施する。
　センサ光軸制御部２２の光軸方向算出部２２３は、監視領域算出部２１３で算出された監視領域を、姿勢角算出部２２２で算出された列車１０の姿勢角に基づいて補正し、カメラ２３１の視野方向を算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、光軸方向算出部２２３は、光軸４が図２に示すカメラ視野中心にくるようにカメラ２３１の視野方向を算出する。光軸方向算出部２２３は、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動させ、カメラ２３１の視野方向を設定する（ステップＳ１０３）。カメラ２３１は、光学素子２３３および駆動ミラー２２５を介して監視領域を撮影し（ステップＳ１０４）、カメラ画像を取得する（ステップＳ１０５）。カメラ２３１は、カメラ画像を障害物判定部２４の障害物検出部２４１に出力する。
　障害物検出部２４１は、カメラ画像上で障害物を検出しなかった場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、カメラ画像上で障害物を検出しなかった旨を光軸方向算出部２２３に通知する。障害物検出装置２は、ステップＳ１０１に戻って前述と同様の動作を行う。障害物検出部２４１は、カメラ画像上で障害物を検出した場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、カメラ画像上で障害物を検出した旨を光軸方向算出部２２３に通知する。
　光軸方向算出部２２３は、監視領域算出部２１３で算出された監視領域を、姿勢角算出部２２２で算出された列車１０の姿勢角に基づいて補正し、レーザ測距装置２３２のレーザ出射方向を算出する（ステップＳ１０７）。具体的には、光軸方向算出部２２３は、カメラ画像で障害物が検出された方向にレーザが出射されるように、レーザ出射方向を算出する。なお、光軸方向算出部２２３は、カメラ画像で障害物が検出された方向に係わらず、図２に示す走査範囲を走査するようにレーザ出射方向を算出してもよい。光軸方向算出部２２３は、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動させ、レーザ測距装置２３２のレーザ出射方向を設定する（ステップＳ１０８）。レーザ測距装置２３２は、レーザを用いて、光学素子２３３および駆動ミラー２２５を介して監視領域の物体の距離を測定、すなわち測距し（ステップＳ１０９）、測距結果を取得する（ステップＳ１１０）。測距結果は、レーザ測距装置２３２が、特定の物体に対してレーザを出射して、障害物検出装置２から物体までの距離を測定した走査結果である。すなわち、測距結果も、レーザ測距装置２３２による監視結果である。レーザ測距装置２３２は、測距結果を障害物判定部２４の障害物検出部２４１に出力する。
　障害物検出部２４１は、測距結果に基づいて監視領域で障害物を検出しなかった場合（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、監視領域で障害物を検出しなかった旨を光軸方向算出部２２３に通知する。障害物検出装置２は、ステップＳ１０１に戻って前述と同様の動作を行う。ここで、障害物検出部２４１は、測距結果に基づいて物体を検出しても、検出した物体が監視領域にない場合、すなわち検出された物体の距離が監視領域の距離、前述の例では列車１０の前方３００ｍではない場合、監視領域で障害物を検出しなかったと判定する。
　障害物検出部２４１は、測距結果に基づいて監視領域で障害物を検出した場合（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、カメラ画像および測距結果を衝突回避判定部２４２に出力する。衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および測距結果に基づいて、列車１０において障害物との衝突を回避するための衝突回避行動が必要か否かを判定する（ステップＳ１１２）。衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および測距結果に基づいて、障害物検出部２４１で検出された障害物が、例えば、鳥類、小動物などと判定した場合、列車１０が前方に進むことによって監視領域から逃げていく鳥類、小動物などの性質に鑑みて、衝突回避行動は不要と判定する（ステップＳ１１２：Ｎｏ）。障害物検出装置２は、ステップＳ１０１に戻って前述と同様の動作を行う。衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および測距結果に基づいて、障害物検出部２４１で検出された障害物が、例えば、落石、倒木などと判定した場合、衝突回避行動が必要と判定する（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）。衝突回避判定部２４２は、障害物の情報とともに衝突回避行動を促す指示を、障害物検出装置２による障害物検出情報として出力装置３に出力する（ステップＳ１１３）。
　このように、障害物検出装置２において、光軸方向算出部２２３は、カメラ２３１による撮影のときは、列車１０の振動、ゆれなどを考慮したブレ補正を行いつつ、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５の向きを制御する。また、光軸方向算出部２２３は、レーザ測距装置２３２による走査のときは、列車１０の振動、ゆれなどを考慮したブレ補正を行いつつ、さらにレーザ測距装置２３２が図２に示すように監視領域を含む走査範囲を走査できるように、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５の向きを制御する。
　図４は、実施の形態１に係る障害物検出装置２が障害物を検出する動作のイメージを示す図である。障害物検出装置２は、まずカメラ２３１による撮影を行って、得られたカメラ画像を用いて障害物の検出処理を行う。障害物検出装置２は、カメラ画像で障害物が検出されるまで、カメラ２３１による撮影を行う。障害物検出装置２は、カメラ画像で障害物が検出されると、つぎにレーザ測距装置２３２によるレーザを用いた測距を行って、得られた測距結果を用いて監視領域において障害物の検出処理を行う。障害物検出装置２は、測距結果から監視領域で障害物が検出されると、検出された障害物が、列車１０において衝突回避行動が必要な障害物か否かを判定する。
　ここで、障害物検出装置２がセンサ部２３の光軸４の方向を制御する動作について説明する。図５は、実施の形態１に係る障害物検出装置２がセンサ部２３の光軸４の方向を制御する動作を示す第１のフローチャートである。障害物検出装置２において、位置速度取得部２１１は、列車制御装置１から列車１０の位置および列車１０の速度を取得する（ステップＳ２０１）。監視領域算出部２１３は、位置速度取得部２１１で取得された列車１０の位置および列車１０の速度に基づいて地図データ記憶部２１２を検索し、監視領域を算出する（ステップＳ２０２）。姿勢角算出部２２２は、姿勢角測定装置２２１の検出結果から列車１０の姿勢角を算出する（ステップＳ２０３）。光軸方向算出部２２３は、監視領域算出部２１３から取得した監視領域を、姿勢角算出部２２２から取得した列車１０の姿勢角に基づいて補正する（ステップＳ２０４）。光軸方向算出部２２３は、補正後の監視領域に基づいて、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動し、駆動ミラー２２５を用いてセンサ部２３の光軸４の方向を列車１０の進路上に制御する（ステップＳ２０５）。
　なお、本実施の形態では、光軸方向算出部２２３が、監視領域算出部２１３で算出された監視領域を、姿勢角算出部２２２で算出された列車１０の姿勢角に基づいて補正していたが、これに限定されない。例えば、障害物検出装置２において監視領域算出部２１３を削除し、光軸方向算出部２２３が、列車１０の位置、列車１０の速度、地図データ記憶部２１２に記憶されている地図情報、および列車１０の姿勢角に基づいて監視領域を算出してもよい。監視領域制御部２０の単位で見ると、監視領域算出部２１３を削除した場合の動作は、監視領域算出部２１３がある場合の動作と同様となる。
　図６は、実施の形態１に係る障害物検出装置２がセンサ部２３の光軸４の方向を制御する動作を示す第２のフローチャートである。障害物検出装置２において、監視領域制御部２０は、列車制御装置１から列車１０の位置および列車１０の速度を取得する（ステップＳ３０１）。監視領域制御部２０は、姿勢角測定装置２２１の検出結果から列車１０の姿勢角を算出する（ステップＳ３０２）。監視領域制御部２０は、列車１０の位置、列車１０の速度、地図データ記憶部２１２に記憶されている地図情報、および列車１０の姿勢角に基づいて、センサ部２３による監視領域を算出する（ステップＳ３０３）。監視領域制御部２０は、算出した監視領域に基づいて、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動し、駆動ミラー２２５を用いてセンサ部２３の光軸４の方向を列車１０の進路上に制御する（ステップＳ３０４）。
　つづいて、障害物検出装置２のハードウェア構成について説明する。障害物検出装置２において、地図データ記憶部２１２はメモリである。姿勢角測定装置２２１、カメラ２３１、およびレーザ測距装置２３２はセンサである。駆動ミラー２２５、および光学素子２３３はミラー、レンズ、プリズムなどを含む素子である。障害物検出装置２において、その他の構成要素は処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　図７は、実施の形態１に係る障害物検出装置２が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、障害物検出装置２の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、障害物検出装置２の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、障害物検出装置２の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
　ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。
　図８は、実施の形態１に係る障害物検出装置２が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図８に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。障害物検出装置２の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。
　なお、障害物検出装置２の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、障害物検出装置２において、センサ部２３は、光学素子２３３を用いて、カメラ２３１の光軸およびレーザ測距装置２３２の光軸を同一方向の光軸４にする。監視領域算出部２１３は、列車１０の位置、列車１０の速度、地図データ記憶部２１２に記憶されている線路の地図情報を用いて、センサ部２３による監視領域を算出する。光軸方向算出部２２３は、列車１０の姿勢角に基づいて監視領域を補正し、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動し、センサ部２３の光軸４の方向を制御する。すなわち、監視領域制御部２０は、列車１０の位置、列車１０の速度、地図データ記憶部２１２に記憶されている線路の地図情報、および列車１０の姿勢角に基づいて監視領域を算出し、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動し、センサ部２３の光軸４の方向を制御する。これにより、障害物検出装置２は、カメラ２３１およびレーザ測距装置２３２を用いて障害物を検出する際、カメラ２３１およびレーザ測距装置２３２の光軸４の方向を、列車１０のゆれ、振動などに応じて補正して、監視領域の方向に制御することができる。この結果、障害物検出装置２は、障害物検出装置２が搭載される列車１０の進路上の障害物の検出精度を向上させることができる。
　また、本実施の形態では、障害物検出装置２において、障害物判定部２４は、カメラ２３１の監視結果であるカメラ画像に基づいて障害物の有無を判定し、障害物が有ると判定した場合、さらにレーザ測距装置２３２の監視結果である測距結果に基づいて障害物の有無を判定する。これにより、障害物検出装置２は、カメラ２３１のカメラ画像のみでは障害物の距離の推定が困難なため、レーザ測距装置２３２によるレーザによって障害物までの距離を測定することで、監視領域に障害物が有るか否かを精度良く判定することができる。
　なお、本実施の形態では、障害物検出装置２が列車１０に搭載される場合について説明したが、これに限定されない。障害物検出装置２は、例えば、列車１０以外の移動体であって、規定された経路を走行する移動体に搭載され、移動体の進路上の障害物を検出することも可能である。
実施の形態２．
　実施の形態１では、障害物検出装置２は、先にカメラ画像を用いて障害物を検出し、つぎに測距結果を用いて障害物を検出していた。実施の形態２では、障害物検出装置２は、先にレーザ測距装置２３２の監視結果を用いて障害物を検出し、つぎにカメラ画像を用いて障害物を検出する動作について説明する。
　実施の形態２において障害物検出装置２の構成は、図１に示す実施の形態１のときの障害物検出装置２の構成と同様である。
　図９は、実施の形態２に係る障害物検出装置２が障害物を検出する動作を示すフローチャートである。障害物検出装置２において、監視領域決定部２１の監視領域算出部２１３は、センサ部２３による列車１０の進路上の監視領域を算出する（ステップＳ４０１）。監視領域算出部２１３は、後述する障害物判定部２４の動作に係わらず、監視領域を算出する動作を継続して実施する。
　センサ光軸制御部２２の光軸方向算出部２２３は、監視領域算出部２１３で算出された監視領域を、姿勢角算出部２２２で算出された列車１０の姿勢角に基づいて補正し、レーザ測距装置２３２の走査方向を算出する（ステップＳ４０２）。具体的には、光軸方向算出部２２３は、図２に示す監視領域が走査範囲に含まれるようにレーザ測距装置２３２の走査方向を算出する。レーザ測距装置２３２は、光学素子２３３および駆動ミラー２２５を介してレーザを出射し、レーザを用いて監視領域を走査し（ステップＳ４０３）、走査結果を取得する（ステップＳ４０４）。このとき、光軸方向算出部２２３は、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動させ、レーザ測距装置２３２のレーザ出射方向を制御する。レーザ測距装置２３２は、走査結果を障害物判定部２４の障害物検出部２４１に出力する。
　障害物検出部２４１は、走査結果に基づいて監視領域で障害物を検出しなかった場合（ステップＳ４０５：Ｎｏ）、監視領域で障害物を検出しなかった旨を光軸方向算出部２２３に通知する。障害物検出装置２は、ステップＳ４０１に戻って前述と同様の動作を行う。障害物検出部２４１は、走査結果に基づいて監視領域で障害物を検出した場合（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、監視領域で障害物を検出した旨を光軸方向算出部２２３に通知する。
　光軸方向算出部２２３は、カメラ２３１が撮影する方向を算出する（ステップＳ４０６）。具体的には、光軸方向算出部２２３は、レーザ測距装置２３２の走査結果において障害物が検出された方向にカメラ２３１が向くようにカメラ２３１の方向を算出する。光軸方向算出部２２３は、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動させ、カメラ２３１の方向を設定する（ステップＳ４０７）。カメラ２３１は、光学素子２３３および駆動ミラー２２５を介して監視領域を撮影し（ステップＳ４０８）、カメラ画像を取得する（ステップＳ４０９）。カメラ２３１は、カメラ画像を障害物判定部２４の障害物検出部２４１に出力する。
　障害物検出部２４１は、カメラ画像上で障害物を検出しなかった場合（ステップＳ４１０：Ｎｏ）、カメラ画像上で障害物を検出しなかった旨を光軸方向算出部２２３に通知する。障害物検出装置２は、ステップＳ４０１に戻って前述と同様の動作を行う。障害物検出部２４１は、カメラ画像上で障害物を検出した場合（ステップＳ４１０：Ｙｅｓ）、カメラ画像および走査結果を衝突回避判定部２４２に出力する。衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および走査結果に基づいて、列車１０において障害物との衝突を回避するための衝突回避行動が必要か否かを判定する（ステップＳ４１１）。衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および走査結果に基づいて、障害物検出部２４１で検出された障害物が、例えば、鳥類、小動物などと判定した場合、列車１０が前方に進むことによって監視領域から逃げていく鳥類、小動物などの性質に鑑みて、衝突回避行動は不要と判定する（ステップＳ４１１：Ｎｏ）。障害物検出装置２は、ステップＳ４０１に戻って前述と同様の動作を行う。衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および走査結果に基づいて、障害物検出部２４１で検出された障害物が、例えば、落石、倒木などと判定した場合、衝突回避行動が必要と判定する（ステップＳ４１１：Ｙｅｓ）。衝突回避判定部２４２は、障害物の情報とともに衝突回避行動を促す指示を、障害物検出装置２による障害物検出情報として出力装置３に出力する（ステップＳ４１２）。
　図１０は、実施の形態２に係る障害物検出装置２が障害物を検出する動作のイメージを示す図である。障害物検出装置２は、まずレーザ測距装置２３２によるレーザ走査を行って、得られた走査結果を用いて監視領域において障害物の検出処理を行う。障害物検出装置２は、走査結果で障害物が検出されるまで、レーザ測距装置２３２によるレーザ走査を行う。障害物検出装置２は、走査結果で障害物が検出されると、つぎにカメラ２３１による撮影を行って、得られたカメラ画像を用いて障害物の検出処理を行う。障害物検出装置２は、カメラ画像で障害物が検出されると、検出された障害物が、列車１０において衝突回避行動が必要な障害物か否かを判定する。
　以上説明したように、障害物検出装置２は、実施の形態１と同様、障害物検出装置２が搭載される列車１０の進路上の障害物の検出精度を向上させることができる。
　また、本実施の形態では、障害物検出装置２において、障害物判定部２４は、レーザ測距装置２３２の監視結果である走査結果に基づいて障害物の有無を判定し、障害物が有ると判定した場合、さらにカメラ２３１の監視結果であるカメラ画像に基づいて障害物の有無を判定する。これにより、障害物検出装置２は、レーザのみでは水平方向の位置の分解能が低い、または誤差が大きいため、カメラ２３１によるカメラ画像を用いることで、監視領域に障害物が有るか否かを精度良く判定することができる。また、雨、霧などの悪天候時、および夜間などの見通しが悪い状況において、レーザ測距装置２３２は、カメラ２３１による障害物検知が難しい場合でも障害物の検知が可能であるので、カメラ２３１と比較して有効である。
実施の形態３．
　実施の形態１，２では、障害物検出装置２は、カメラ２３１のカメラ画像およびレーザ測距装置２３２の監視結果に対して別々に障害物の検出を行っていた。実施の形態３では、障害物検出装置２は、カメラ２３１のカメラ画像およびレーザ測距装置２３２の走査結果の両方を用いて、障害物の検出を行う。
　実施の形態３において障害物検出装置２の構成は、図１に示す実施の形態１のときの障害物検出装置２の構成と同様である。
　図１１は、実施の形態３に係る障害物検出装置２が障害物を検出する動作を示すフローチャートである。障害物検出装置２において、監視領域決定部２１の監視領域算出部２１３は、センサ部２３による列車１０の進路上の監視領域を算出する（ステップＳ５０１）。監視領域算出部２１３は、後述する障害物判定部２４の動作に係わらず、監視領域を算出する動作を継続して実施する。
　センサ光軸制御部２２の光軸方向算出部２２３は、監視領域算出部２１３で算出された監視領域を、姿勢角算出部２２２で算出された列車１０の姿勢角に基づいて補正し、カメラ２３１の視野方向を算出する（ステップＳ５０２）。具体的には、光軸方向算出部２２３は、光軸４が図２に示すカメラ視野中心にくるようにカメラ２３１の視野方向を算出する。光軸方向算出部２２３は、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動させ、カメラ２３１の視野方向を設定する（ステップＳ５０３）。カメラ２３１は、光学素子２３３および駆動ミラー２２５を介して監視領域を撮影し（ステップＳ５０４）、カメラ画像を取得する（ステップＳ５０５）。カメラ２３１は、カメラ画像を障害物判定部２４の障害物検出部２４１に出力する。
　センサ光軸制御部２２の光軸方向算出部２２３は、監視領域算出部２１３で算出された監視領域を、姿勢角算出部２２２で算出された列車１０の姿勢角に基づいて補正し、レーザ測距装置２３２の走査方向を算出する（ステップＳ５０６）。具体的には、光軸方向算出部２２３は、図２に示す監視領域が走査範囲に含まれるようにレーザ測距装置２３２の走査方向を算出する。レーザ測距装置２３２は、光学素子２３３および駆動ミラー２２５を介してレーザを出射し、レーザを用いて監視領域を走査し（ステップＳ５０７）、走査結果を取得する（ステップＳ５０８）。このとき、光軸方向算出部２２３は、ミラードライバ２２４を介して駆動ミラー２２５を駆動させ、レーザ測距装置２３２のレーザ出射方向を制御する。レーザ測距装置２３２は、走査結果を障害物判定部２４の障害物検出部２４１に出力する。
　障害物検出部２４１は、カメラ画像および走査結果に基づいて監視領域で障害物を検出しなかった場合（ステップＳ５０９：Ｎｏ）、監視領域で障害物を検出しなかった旨を光軸方向算出部２２３に通知する。障害物検出装置２は、ステップＳ５０１に戻って前述と同様の動作を行う。障害物検出部２４１は、カメラ画像および走査結果に基づいて監視領域で障害物を検出した場合（ステップＳ５０９：Ｙｅｓ）、カメラ画像および走査結果を衝突回避判定部２４２に出力する。
　衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および走査結果に基づいて、列車１０において障害物との衝突を回避するための衝突回避行動が必要か否かを判定する（ステップＳ５１０）。衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および走査結果に基づいて、障害物検出部２４１で検出された障害物が、例えば、鳥類、小動物などと判定した場合、列車１０が前方に進むことによって監視領域から逃げていく鳥類、小動物などの性質に鑑みて、衝突回避行動は不要と判定する（ステップＳ５１０：Ｎｏ）。障害物検出装置２は、ステップＳ５０１に戻って前述と同様の動作を行う。衝突回避判定部２４２は、カメラ画像および走査結果に基づいて、障害物検出部２４１で検出された障害物が、例えば、落石、倒木などと判定した場合、衝突回避行動が必要と判定する（ステップＳ５１０：Ｙｅｓ）。衝突回避判定部２４２は、障害物の情報とともに衝突回避行動を促す指示を、障害物検出装置２による障害物検出情報として出力装置３に出力する（ステップＳ５１１）。
　図１２は、実施の形態３に係る障害物検出装置２が障害物を検出する動作のイメージを示す図である。障害物検出装置２は、カメラ２３１による撮影を行ってカメラ画像を得て、レーザ測距装置２３２によるレーザ走査を行って走査結果を得る。障害物検出装置２は、カメラ画像および走査結果で障害物が検出されると、検出された障害物が、列車１０において衝突回避行動が必要な障害物か否かを判定する。
　なお、本実施の形態では、障害物検出装置２は、先にカメラ２３１による撮影を行ってカメラ画像を取得し、つぎにレーザ測距装置２３２による走査によって走査結果を取得していたが、これに限定されない。障害物検出装置２は、先にレーザ測距装置２３２による走査によって走査結果を取得し、つぎにカメラ２３１による撮影を行ってカメラ画像を取得してもよい。
　以上説明したように、障害物検出装置２は、実施の形態１，２と同様、障害物検出装置２が搭載される列車１０の進路上の障害物の検出精度を向上させることができる。
　また、本実施の形態では、障害物検出装置２において、センサ光軸制御部２２は、カメラ２３１による撮影とレーザ測距装置２３２による走査とが交互に時分割で行われるように、駆動ミラー２２５の制御を切り替える。障害物判定部２４は、カメラ２３１の監視結果であるカメラ画像およびレーザ測距装置２３２の監視結果である走査結果に基づいて障害物の有無を判定する。これにより、障害物検出装置２は、効率良く障害物の有無を判定できるとともに、監視領域に障害物が有るか否かを精度良く判定することができる。また、障害物検出装置２は、実施の形態１，２と比較して、障害物の検出においてリアルタイム性を向上させることができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　列車制御装置、２　障害物検出装置、３　出力装置、４　光軸、１０　列車、２０　監視領域制御部、２１　監視領域決定部、２２　センサ光軸制御部、２３　センサ部、２４　障害物判定部、２１１　位置速度取得部、２１２　地図データ記憶部、２１３　監視領域算出部、２２１　姿勢角測定装置、２２２　姿勢角算出部、２２３　光軸方向算出部、２２４　ミラードライバ、２２５　駆動ミラー、２３１　カメラ、２３２　レーザ測距装置、２３３　光学素子、２４１　障害物検出部、２４２　衝突回避判定部。

Claims (14)

  1. 　列車に搭載される障害物検出装置であって、
    　カメラ、レーザ測距装置、および光学素子を有し、前記カメラの光軸および前記レーザ測距装置の光軸を、前記光学素子を用いて同一方向の光軸にするセンサ部と、
    　前記列車の位置、地図データ記憶部に記憶され前記列車が走行する線路の位置を示す地図情報、および前記列車の姿勢角を用いて、前記センサ部による監視領域を算出し、駆動ミラーを用いて前記センサ部の前記光軸の方向を前記列車の進路上に制御する監視領域制御部と、
    　前記カメラおよび前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて、前記列車の進路上の障害物を検出し、前記列車において前記障害物との衝突を回避するための衝突回避行動が必要か否かを判定する障害物判定部と、
    　を備えることを特徴とする障害物検出装置。
  2. 　前記障害物判定部は、前記カメラの監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定し、前記障害物が有ると判定した場合、さらに前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
  3. 　前記障害物判定部は、前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定し、前記障害物が有ると判定した場合、さらに前記カメラの監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
  4. 　前記監視領域制御部は、前記カメラによる撮影と前記レーザ測距装置による走査とが交互に時分割で行われるように、前記駆動ミラーの制御を切り替え、
    　前記障害物判定部は、前記カメラの監視結果および前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
  5. 　前記障害物判定部は、前記カメラの監視結果および前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて前記障害物が有ると判定した場合、前記衝突回避行動が必要か否かを判定し、前記衝突回避行動が必要と判定した場合、前記障害物の検出情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の障害物検出装置。
  6. 　前記監視領域制御部は、前記カメラによる撮影のときはブレ補正を行いつつ、前記駆動ミラーの向きを制御し、前記レーザ測距装置による走査のときはブレ補正を行いつつ、前記監視領域を含む走査範囲を走査できるように前記駆動ミラーの向きを制御する、
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の障害物検出装置。
  7. 　前記監視領域制御部は、
    　前記列車の位置、前記列車の速度、および前記地図情報を用いて、前記センサ部による監視領域を決定する監視領域決定部と、
    　前記監視領域決定部で決定された前記監視領域を前記列車の姿勢角に基づいて補正し、駆動ミラーを用いて前記センサ部の前記光軸の方向を前記列車の進路上に制御するセンサ光軸制御部と、
    　を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の障害物検出装置。
  8. 　列車に搭載され、カメラ、レーザ測距装置、および光学素子を有し、前記カメラの光軸および前記レーザ測距装置の光軸を、前記光学素子を用いて同一方向の光軸にするセンサ部を備える障害物検出装置の障害物検出方法であって、
    　監視領域制御部が、前記列車の位置、地図データ記憶部に記憶され前記列車が走行する線路の位置を示す地図情報、および前記列車の姿勢角を用いて、前記センサ部による監視領域を算出し、駆動ミラーを用いて前記センサ部の前記光軸の方向を前記列車の進路上に制御する第１のステップと、
    　障害物判定部が、前記カメラおよび前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて、前記列車の進路上の障害物を検出し、前記列車において前記障害物との衝突を回避するための衝突回避行動が必要か否かを判定する第２のステップと、
    　を含むことを特徴とする障害物検出方法。
  9. 　前記第２のステップにおいて、前記障害物判定部は、前記カメラの監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定し、前記障害物が有ると判定した場合、さらに前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の障害物検出方法。
  10. 　前記第２のステップにおいて、前記障害物判定部は、前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定し、前記障害物が有ると判定した場合、さらに前記カメラの監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の障害物検出方法。
  11. 　前記第１のステップにおいて、前記監視領域制御部は、前記カメラによる撮影と前記レーザ測距装置による走査とが交互に時分割で行われるように、前記駆動ミラーの制御を切り替え、
    　前記第２のステップにおいて、前記障害物判定部は、前記カメラの監視結果および前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の障害物検出方法。
  12. 　前記第２のステップにおいて、前記障害物判定部は、前記カメラの監視結果および前記レーザ測距装置の監視結果に基づいて前記障害物が有ると判定した場合、前記衝突回避行動が必要か否かを判定し、前記衝突回避行動が必要と判定した場合、前記障害物の検出情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１つに記載の障害物検出方法。
  13. 　前記第１のステップにおいて、前記監視領域制御部は、前記カメラによる撮影のときはブレ補正を行いつつ、前記駆動ミラーの向きを制御し、前記レーザ測距装置による走査のときはブレ補正を行いつつ、前記監視領域を含む走査範囲を走査できるように前記駆動ミラーの向きを制御する、
    　ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１つに記載の障害物検出方法。
  14. 　前記監視領域制御部は、監視領域決定部およびセンサ光軸制御部を備え、
    　前記第１のステップは、
    　前記監視領域決定部が、前記列車の位置、前記列車の速度、および前記地図情報を用いて、前記センサ部による監視領域を決定する第３のステップと、
    　前記センサ光軸制御部が、前記監視領域決定部で決定された前記監視領域を前記列車の姿勢角に基づいて補正し、駆動ミラーを用いて前記センサ部の前記光軸の方向を前記列車の進路上に制御する第４のステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項８から１３のいずれか１つに記載の障害物検出方法。
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