WO2023095197A1 - 光センシングシステム及び光センシング方法 - Google Patents

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WO2023095197A1
WO2023095197A1 PCT/JP2021/042956 JP2021042956W WO2023095197A1 WO 2023095197 A1 WO2023095197 A1 WO 2023095197A1 JP 2021042956 W JP2021042956 W JP 2021042956W WO 2023095197 A1 WO2023095197 A1 WO 2023095197A1
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WO
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optical
scanner
scanner devices
signal processing
optical sensing
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Application number
PCT/JP2021/042956
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English (en)
French (fr)
Inventor
大祐 武井
Original Assignee
日本電気株式会社
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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
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Definitions

  • the present invention relates to optical sensing systems and the like.
  • a system that performs optical sensing based on the principle of LiDAR (Light Detection and Ranging) is known. Also, in such a system, a method is known in which a scanner unit for LiDAR and a signal processing unit for LiDAR are connected using an optical fiber cable (see Patent Document 1, for example).
  • Patent Document 1 discloses an in-vehicle LiDAR system. As shown in FIGS. 1A and 1B of US Pat. No. 6,200,001, such a LiDAR system comprises multiple scanner units (lidar scanners 110A-110F) and one signal processing unit (centralized laser delivery system 101). The individual scanner sections are connected to the signal processing section using fiber optic cables (fiber optic channels 112A-112F). A plurality of scanner units, a single signal processing unit, and a plurality of optical fiber cables are mounted on one vehicle (vehicle 100).
  • one vehicle is equipped with a plurality of scanner units, and the plurality of scanner units scan different spatial ranges (for example, Patent Document 1 See paragraphs [0036] to [0038]). That is, only one scanner unit scans from one direction for a specific spatial range. Therefore, in the LiDAR system described in Patent Document 1, for an object existing in the specific spatial range, although the shape of the object can be recognized in the range scanned from the one direction, the object in the range other than that can be recognized. Unable to recognize the shape of objects. That is, it is not possible to recognize the shape of the part of the shape of the object that corresponds to the back side viewed from the corresponding scanner unit. As a result, there is a problem that it is difficult to grasp the overall shape of the object.
  • an object of the present invention is to make it possible to recognize the overall shape of a target object in a system in which a signal processing unit and individual scanner units are connected using optical fiber cables. be.
  • An optical sensing system of the present invention includes a plurality of scanner devices installed at mutually different locations, and a signal processing device connected to the plurality of scanner devices using a plurality of optical fiber cables.
  • the scanner device emits laser light toward an object and receives reflected light reflected by the object, and the signal processing device receives a first light corresponding to the laser light emitted by the plurality of scanner devices.
  • Signals are output to a plurality of scanner devices via a plurality of optical fiber cables, and second optical signals corresponding to reflected light received by the plurality of scanner devices are output to the plurality of scanner devices via a plurality of optical fiber cables. obtained from the scanner device.
  • a plurality of scanner devices installed at mutually different points emit laser light toward an object, receive reflected light reflected by the object,
  • a signal processing device connected to a plurality of scanner devices using cables transmits first optical signals corresponding to laser beams emitted by the plurality of scanner devices to the plurality of scanner devices via a plurality of optical fiber cables.
  • a second optical signal corresponding to the reflected light output to the device and received by the plurality of scanner devices is obtained from the plurality of scanner devices via the plurality of optical fiber cables.
  • the present invention it is possible to recognize the overall shape of a target object in a system in which the signal processing unit and individual scanner units are connected using optical fiber cables.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing individual scanner devices in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the hardware configuration of each scanner device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the signal processing section of the signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the hardware configuration of the signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing another hardware configuration of the signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing another hardware configuration of the signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flow chart showing the operation of the signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a flow chart showing the operation of the signal processing section of the signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a specific example of the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing a specific example of an optical sensing system for comparison with the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a modification of the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing individual scanner devices in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the hardware configuration of each scanner device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the signal processing section of the signal processing device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • a light sensing system according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing individual scanner devices in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the hardware configuration of each scanner device in the optical sensing system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a signal processing
  • the optical sensing system 100 includes multiple scanner devices 1 and one signal processing device 2 .
  • a plurality of scanner devices 1 are connected to a signal processing device 2 using a plurality of optical fiber cables 3 .
  • the optical sensing system 100 comprises N scanner devices 1_1 to 1_N.
  • Each of the scanner devices 1_1 to 1_N is connected to the signal processing device 2 using a corresponding one optical fiber cable 3 out of N optical fiber cables 3_1 to 3_N. That is, in the example shown in FIG. 1, the optical fiber cables 3_1 to 3_N and the scanner devices 1_1 to 1_N are in one-to-one correspondence.
  • N is any integer equal to or greater than 2. However, as will be described later, such correspondence is not limited to one-to-one.
  • Each scanner device 1 is installed in a space (hereinafter sometimes referred to as "target space") that includes an object to be sensed by the optical sensing system 100 (hereinafter sometimes referred to as “target object”). Also, each scanner device 1 is installed facing an object.
  • the plurality of scanner devices 1 are installed independently of each other. That is, the plurality of scanner devices 1 are installed at different points in the target space. As a result, the plurality of scanner devices 1 are directed at the object from different positions. In other words, the plurality of scanner devices 1 are aimed at the object from different directions.
  • multiple scanner devices 1 are arranged around the object. That is, a plurality of scanner devices 1 are arranged so as to surround the object. For example, one scanner device 1 out of the N scanner devices 1 is arranged at a position corresponding to each vertex of an N-sided area including the object.
  • the entire or substantially the entire object is irradiated with the laser light for sensing.
  • the whole or substantially the whole may be simply referred to as "whole".
  • the object is, for example, a pile of raw materials in a raw material yard.
  • the raw material yard is the target space.
  • a plurality of piles of raw materials are arranged in a row or in multiple rows in a raw material yard.
  • the area of the raw material yard is usually several tens of meters to several hundred meters square. That is, the area of the target space is, for example, several tens of meters to several hundred meters square.
  • a plurality of scanner devices 1 are arranged so as to surround these piles of raw materials.
  • the signal processing device 2 is connected to a host system 200 using an electric communication line 4. Thereby, the signal processing device 2 can freely communicate with the host system 200 .
  • a host system 200 is a host system for the optical sensing system 100 .
  • the host system 200 is provided outside the optical sensing system 100 .
  • the electric communication line 4 is configured by, for example, a cable for electric communication.
  • the electric communication line 4 is configured by a LAN (Local Area Network) cable.
  • each scanner device 1 has a light emitting section 11 and a light receiving section 12 .
  • the light emitting unit 11 emits laser light for sensing toward an object.
  • the emitted laser light is applied to an object.
  • the direction in which the laser beam is emitted by the light emitting portion 11 is variable.
  • the light emitting unit 11 sequentially emits laser light in multiple directions. Thereby, the laser light is irradiated so as to scan the object.
  • the irradiated laser light is reflected by the object.
  • a backscattered component of the reflected light (hereinafter sometimes referred to as “reflected light”) is received by the light receiving section 12 .
  • the light received by the light receiving unit 12 out of the reflected light may be referred to as "received light”.
  • each scanner device 1 does not have the function of generating laser light. Further, each scanner device 1 does not have a function of converting received light into an electrical signal. These functions are provided in the signal processing device 2, as will be described later with reference to FIG.
  • each scanner device 1 has an optical system 21 corresponding to the light emitting section 11 and the light receiving section 12 .
  • the optical system 21 may include a first optical system (not shown) corresponding to the light emitting section 11 and a second optical system (not shown) corresponding to the light receiving section 12 .
  • the signal processing device 2 generates an optical signal composed of laser light (hereinafter sometimes referred to as a "first optical signal"), and converts the generated first Optical signals are output to individual optical fiber cables 3 .
  • the output first optical signal propagates through the optical fiber cable 3 and is input to the corresponding scanner device 1 .
  • the optical system 21 emits the input first optical signal (that is, laser light) as laser light for sensing.
  • the function of the light emitting section 11 is realized.
  • each scanner device 1 receives reflected light and outputs the received reflected light (that is, received light) to the corresponding optical fiber cable 3 .
  • the output received light propagates through the optical fiber cable 3 as an optical signal (hereinafter sometimes referred to as a “second optical signal”) and is input to the signal processing device 2 .
  • the input second optical signal is converted into an electrical signal in the signal processing device 2, as will be described later with reference to FIG.
  • the signal processing device 2 includes an optical signal output unit 31, an optical signal acquisition unit 32, an optical switch unit 33, a signal processing unit 34 and a communication unit 35.
  • the optical switch section 33 is provided between the optical signal output section 31 and the optical signal acquisition section 32 and the plurality of optical fiber cables 3 .
  • the optical signal output unit 31 generates a first optical signal and outputs the generated first optical signal.
  • the first optical signal is composed of laser light.
  • the output first optical signal is output to each optical fiber cable 3 via the optical switch section 33 .
  • the optical signal output unit 31 is configured by, for example, an optical transmitter for LiDAR.
  • the second optical signal input to the signal processing device 2 via each optical fiber cable 3 is input to the optical signal acquisition section 32 via the optical switch section 33 .
  • the optical signal acquisition unit 32 acquires the second optical signal and converts the acquired second optical signal into an electrical signal.
  • the optical signal acquisition unit 32 is configured by, for example, an optical receiver for LiDAR.
  • the optical switch unit 33 is a switch for switching the output destination of the first optical signal and the acquisition source of the second optical signal.
  • the optical switch section 33 is composed of one or more optical switches.
  • the optical switch section 33 can switch between the following first connection state, second connection state and third connection state. That is, the first connection state is a state in which the optical signal output unit 31 and the optical signal acquisition unit 32 are optically connected to the first optical fiber cable 3_1.
  • the second connection state is a state in which the optical signal output section 31 and the optical signal acquisition section 32 are optically connected to the second optical fiber cable 3_2.
  • the third connection state is a state in which the optical signal output section 31 and the optical signal acquisition section 32 are optically connected to the third optical fiber cable 3_3.
  • the first optical signal output by the optical signal output section 31 is input to the first scanner device 1_1 via the optical switch section 33 and the first optical fiber cable 3_1. Also, the second optical signal output by the first scanner device 1_1 is input to the optical signal acquisition section 32 via the first optical fiber cable 3_1 and the optical switch section 33 .
  • the first optical signal output by the optical signal output section 31 is input to the second scanner device 1_2 via the optical switch section 33 and the second optical fiber cable 3_2. Also, the second optical signal output by the second scanner device 1_2 is input to the optical signal acquisition section 32 via the second optical fiber cable 3_2 and the optical switch section 33 .
  • the first optical signal output by the optical signal output section 31 is input to the third scanner device 1_3 via the optical switch section 33 and the third optical fiber cable 3_3.
  • the second optical signal output by the third scanner device 1_3 is input to the optical signal acquisition section 32 via the third optical fiber cable 3_3 and the optical switch section 33 .
  • the first optical signal is output to each of the scanner devices 1_1 to 1_3.
  • the plurality of first optical signals are respectively (respectively) output to the plurality of scanner devices 1 .
  • the second optical signal is acquired from each of the scanner devices 1_1 to 1_3.
  • a plurality of second optical signals are respectively (respectively) obtained from the plurality of scanner devices 1 .
  • the optical switch unit 33 sequentially switches between the first connection state, the second connection state, and the third connection state. As a result, emission of the laser light for sensing and reception of the corresponding reflected light are sequentially performed by the first scanner device 1_1, the second scanner device 1_2, and the third scanner device 1_3.
  • the optical signal acquisition unit 32 sequentially acquires second optical signals corresponding to these received lights, and sequentially converts these second optical signals into electrical signals.
  • the optical signal acquisition unit 32 outputs the converted electric signal to the signal processing unit 34 .
  • the signal processing unit 34 uses the electrical signal output by the optical signal acquisition unit 32 to perform predetermined signal processing.
  • the signal processing performed by the signal processing unit 34 includes, for example, measurement of the distance D based on the principle of LiDAR and generation of point cloud data based on the measured distance D.
  • the signal processing section 34 includes a distance measuring section 41 and a point cloud data generating section 42 .
  • the distance measurement unit 41 measures the distance D based on the principle of LiDAR. Such measurement uses, for example, the ToF (Time of Flight) method or the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method.
  • ToF Time of Flight
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • the optical signal output unit 31 outputs a pulsed first optical signal.
  • Individual pulses that is, individual first optical signals
  • the switching of the connection in the optical switch section 33 and the change in the emission direction of the laser light in each scanner device 1 are set so as to realize such a correspondence relationship.
  • the distance measurement unit 41 acquires information indicating the timing T1' at which the optical signal output unit 31 outputs the first optical signal. Such information is acquired from the optical signal output unit 31, for example. Further, the distance measurement unit 41 uses the electrical signal output by the optical signal acquisition unit 32 to determine the timing T2′ at which the optical signal acquisition unit 32 acquires the second optical signal corresponding to the output first optical signal. to detect Specifically, for example, the distance measurement unit 41 compares the amplitude of the time waveform of the output electrical signal with a predetermined threshold value, and detects the timing when the amplitude exceeds the threshold value, thereby determining the timing T2′. to detect
  • the time difference ⁇ T′ between the timings T1′ and T2′ corresponds to the timing T1 at which the sensing laser beam corresponding to the output first optical signal is emitted and the input second optical signal. It is equivalent to the time difference ⁇ T from the timing T2 at which the reflected light is received.
  • the time difference ⁇ T' is equivalent to the round-trip propagation time of these lights (that is, the corresponding sensing laser light and the corresponding reflected light). Therefore, the distance measuring unit 41 calculates the one-way propagation distance (that is, the distance D) corresponding to the round-trip propagation time using a predetermined mathematical formula relating to ToF. Thus, the distance D is measured.
  • the optical signal output unit 31 outputs a chirp-shaped first optical signal by executing a predetermined frequency modulation process for FMCW. As a result, the laser beam emitted in each direction by each scanner device 1 also becomes chirped. Also, the optical signal acquisition unit 32 performs coherent detection on the second optical signal (that is, received light). As a result, the electrical signal output by the optical signal acquisition unit 32 contains the frequency and phase of the corresponding second optical signal (that is, the received light).
  • the distance measurement unit 41 acquires information indicating the frequency of the first optical signal. Such information is acquired from the optical signal output unit 31, for example. Also, the distance measurement unit 41 uses the electrical signal output by the optical signal acquisition unit 32 to detect the frequency of the corresponding second optical signal. The distance measuring unit 41 calculates a difference value (so-called "beat frequency") between these frequencies. Based on the calculated beat frequency, the distance measuring unit 41 calculates the distance D using a predetermined formula relating to FMCW. Thus, the distance D is measured.
  • the method for measuring the distance D is not limited to these specific examples. Various known techniques can be used to measure the distance D. A detailed description of these techniques is omitted.
  • the distance measuring unit 41 calculates the distance D based on the phase difference between the first optical signal and the corresponding second optical signal (that is, the phase difference between the sensing laser light and the corresponding received light). (so-called “indirect ToF”).
  • the distance measurement unit 41 generates information indicating the distance D thus measured (hereinafter sometimes referred to as “distance information").
  • the distance measurement unit 41 outputs the generated distance information to the point cloud data generation unit 42 .
  • the distance information is output in association with information indicating the installation position of the scanner device 1 that emitted the laser beam corresponding to each distance D (hereinafter sometimes referred to as “emission position information”).
  • the distance information is output in association with information indicating the emission direction of the laser light corresponding to each distance D (hereinafter sometimes referred to as “emission direction information").
  • each scanner device 1 is installed and before the light sensing system 100 is started to be used, information indicating the installation position and installation direction of each scanner device 1 is provided by a person (for example, the user) inputs to the signal processing device 2 .
  • the order in which the plurality of scanner devices 1 emit laser light and the order in which each scanner device 1 emits laser light in a plurality of directions are set in advance. Information indicating the order of these is stored in the signal processing device 2 . Note that the timing at which the optical signal output unit 31 outputs the first optical signal, the timing and order in which the optical switch unit 33 switches the connection state, and the change in the emission direction of the laser light in each scanner device 1 are in the order. controlled to be realized.
  • the point cloud data generation unit 42 generates point cloud data using the distance information output by the distance measurement unit 41 and the emission position information and emission direction information linked to the distance information. That is, the point cloud data generator 42 uses these pieces of information to calculate the positions of the points where the laser beams corresponding to the individual distances D are reflected (hereinafter referred to as "reflection points"). As a result, data representing point clouds corresponding to the positions of these reflection points, that is, point cloud data is generated.
  • the distance information includes the distance D corresponding to the laser light emitted by each of the plurality of scanner devices 1.
  • the point cloud in the point cloud data generated by the point cloud data generation unit 42 indicates the positions of reflection points corresponding to the plurality of scanner devices 1 . That is, the generation of point cloud data by the point cloud data generator 42 is based on so-called "point cloud synthesis". In other words, the point cloud data generation unit 42 generates point cloud data by performing point cloud synthesis for a plurality of scanner devices 1 .
  • points corresponding to the other object Clouds can be included in the point cloud data.
  • the point cloud data generation unit 42 extracts the point cloud corresponding to the object from among these point clouds by grouping the point clouds based on the distance between points or the result of plane detection. It can be anything. Thereby, the point cloud data generation unit 42 may exclude the point cloud corresponding to the other object from the point cloud data.
  • the communication unit 35 (see FIG. 4) transmits information indicating the result of signal processing by the signal processing unit 34 (hereinafter sometimes referred to as "result information") to the outside. More specifically, the communication unit 35 transmits result information to the host system 200 .
  • the electric communication line 4 is used for transmission of the result information.
  • the optical sensing system 100 is configured in this way. That is, the optical sensing system 100 is a system that performs optical sensing based on the principle of LiDAR.
  • the result information can be used by the host system 200 for various applications.
  • the host system 200 uses the point cloud data included in the result information to generate a three-dimensional model of the object.
  • the host system 200 uses the generated three-dimensional model to estimate the volume of the object (for example, a pile of raw materials).
  • the host system 200 detects the occurrence of an abnormality in the object (for example, a state in which a pile of raw materials is collapsing) based on the shape of the generated three-dimensional model.
  • the host system 200 may generate the following images and display the generated images on a display device (for example, a display) not shown.
  • the host system 200 uses the point cloud data included in the result information to generate an image (hereinafter referred to as “point cloud (sometimes referred to as "image”).
  • the host system 200 generates a three-dimensional model as described above and generates an image including the generated three-dimensional model (hereinafter sometimes referred to as a "three-dimensional model image").
  • a person for example, a user of the host system 200
  • the host system 200 can easily visually recognize the shape of the object.
  • FIG. 6 the hardware configuration of the signal processing device 2 will be described with reference to FIGS. 6 to 8.
  • FIG. 6 the hardware configuration of the signal processing device 2 will be described with reference to FIGS. 6 to 8.
  • the signal processing device 2 includes an optical transmitter 51, an optical receiver 52, an optical switch 53, a transmitter 54 and a receiver 55.
  • the function of the optical signal output section 31 is implemented by the optical transmitter 51 .
  • the function of the optical signal acquisition unit 32 is implemented by the optical receiver 52 .
  • the function of the optical switch section 33 is implemented by the optical switch 53 .
  • Functions of the communication unit 35 are realized by the transmitter 54 and the receiver 55 .
  • the signal processing device 2 includes a processor 56 and a memory 57 .
  • the memory 57 stores programs corresponding to the functions of the signal processing section 34 .
  • the processor 56 reads and executes programs stored in the memory 57 . Thereby, the function of the signal processing unit 34 is realized.
  • the signal processing device 2 includes a processing circuit 58 as shown in FIG.
  • the processing circuit 58 executes processing corresponding to the function of the signal processing section 34 .
  • the function of the signal processing unit 34 is realized.
  • the signal processing device 2 includes a processor 56, a memory 57 and a processing circuit 58, as shown in FIG.
  • part of the functions of the signal processing section 34 are implemented by the processor 56 and the memory 57
  • the rest of the functions of the signal processing section 34 are implemented by the processing circuit 58 .
  • the processor 56 is composed of one or more processors.
  • the individual processors use, for example, CPUs (Central Processing Units), GPUs (Graphics Processing Units), microprocessors, microcontrollers, or DSPs (Digital Signal Processors).
  • CPUs Central Processing Units
  • GPUs Graphics Processing Units
  • microprocessors microcontrollers
  • DSPs Digital Signal Processors
  • the memory 57 is composed of one or more memories. Individual memories are those using volatile memory or non-volatile memory. That is, the individual memories are, for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), solid state drive, hard disk It uses a drive, flexible disc, compact disc, DVD (Digital Versatile Disc), Blu-ray disc, MO (Magneto Optical) disc, or mini disc.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
  • EEPROM Electrical Erasable Programmable Read Only Memory
  • solid state drive hard disk It uses a drive, flexible disc, compact disc, DVD (Digital Versatile Disc), Blu-ray disc, MO (Magneto Optical) disc, or mini disc.
  • the processing circuit 58 is composed of one or more processing circuits. Individual processing circuits are, for example, ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array), SoC (System a Chip), or system LSI (Lar ge Scale Integration) is.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • PLD Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • SoC System a Chip
  • system LSI Long ge Scale Integration
  • the optical signal output unit 31 outputs the first optical signal (step ST1).
  • the optical signal acquisition unit 32 acquires the corresponding second optical signal and converts the acquired second optical signal into an electrical signal (step ST2). These processes are repeatedly performed until, for example, all scanner devices 1 included in the optical sensing system 100 emit sensing laser light in all preset directions. In the flow chart shown in FIG. 9, such repetition conditions are omitted.
  • the signal processing section 34 uses the converted electrical signal to perform predetermined signal processing (step ST3).
  • predetermined signal processing A specific example of the signal processing executed by the signal processing unit 34 has already been described. Therefore, detailed description is omitted.
  • the communication unit 35 transmits information indicating the result of the signal processing in step ST3 (that is, result information) to the outside (step ST4). More specifically, the communication unit 35 uses the electric communication line 4 to transmit the result information to the host system 200 .
  • step ST3 the operation of the signal processing section 34 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. That is, a specific example of the signal processing executed in step ST3 will be described.
  • the distance measurement unit 41 measures the distance D based on the principle of LiDAR (step ST11). Distance information is thereby generated. A specific example of such a measuring method has already been described. Therefore, detailed description is omitted.
  • the point cloud data generation unit 42 generates point cloud data using the distance information generated in step ST11 and the associated emission position information and emission direction information (step ST12). That is, the point cloud data generation unit 42 generates point cloud data by performing point cloud synthesis.
  • the result information transmitted in step ST4 is information including the generated point cloud data.
  • O indicates the object.
  • the object is, for example, a pile of raw materials in a raw material yard.
  • three raw material piles are arranged in a line.
  • the target space (“S” in the figure) in this case is the raw material yard.
  • the optical sensing system 100 includes three scanner devices 1_1 to 1_3. Each of the scanner devices 1_1 to 1_3 is connected to the signal processing device 2 using a corresponding optical fiber cable 3 out of the three optical fiber cables 3_1 to 3_3. As described above, the scanner devices 1_1 to 1_3 are installed in the target space. In addition to this, in the example shown in FIG. 11, the signal processing device 2 is also installed in the target space. A host system 200 is also installed in the target space.
  • Each of the scanner devices 1_1 to 1_3 is installed facing the target object.
  • the scanner devices 1_1 to 1_3 are installed independently of each other. That is, the scanner devices 1_1 to 1_3 are installed at different points in the target space. More specifically, the scanner devices 1_1 to 1_3 are arranged around the object. That is, the scanner devices 1_1 to 1_3 are arranged so as to surround the object. In the example shown in FIG. 11, the scanner devices 1_1 to 1_3 are arranged at positions corresponding to respective vertices in a triangular area (not shown) containing the object. As a result, the entire object is irradiated with the laser beam for sensing.
  • FIG. 12 an optical sensing system 100 ′ for comparison with the optical sensing system 100 will be described with reference to FIG. 12 .
  • elements similar to those shown in FIG. 11 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the optical sensing system 100' includes a plurality of optical sensing devices 6'.
  • Each light sensing device 6' is composed of a LiDAR device. That is, each optical sensing device 6' comprises a scanner section 1' and a signal processing section 2'.
  • the scanner unit 1 ′ corresponds to the scanner device 1 in the optical sensing system 100 .
  • the signal processor 2 ′ corresponds to the signal processor 2 in the optical sensing system 100 .
  • the scanner unit 1' emits laser light for sensing toward the object and receives the corresponding reflected light.
  • the scanner unit 1' has a function of generating laser light for sensing and a function of converting received light into an electrical signal. That is, the scanner unit 1' is composed of, for example, an optical transmitter for LiDAR, an optical receiver, and an optical system.
  • the signal processing unit 2' measures the distance D based on the principle of LiDAR. Distance information is thereby generated. In addition, the signal processing unit 2' may generate point cloud data using the generated distance information. As a result, point cloud data representing the point cloud obtained by each optical sensing device 6' is generated.
  • Each signal processing unit 2' is connected to a host system 200' using an electric communication line 4'. As a result, each signal processing unit 2' can freely communicate with the host system 200'. That is, the electrical communication line 4 ′ corresponds to the electrical communication line 4 in the optical sensing system 100 . Each signal processing unit 2' transmits the generated point cloud data to the host system 200'. The host system 200' generates a three-dimensional model of the object by synthesizing these point cloud data (that is, by performing point cloud synthesis).
  • Each telecommunication line 4' is composed of a telecommunication cable.
  • each electric communication line 4' is configured by a LAN cable.
  • the distance over which a signal can be transmitted using a single wired telecommunication line is shorter than the distance over which a signal can be transmitted using a single optical fiber cable. Therefore, especially when the area of the target space is large, the transmission of such signals may become difficult due to the length of one wired telecommunication line. Therefore, a repeater 5' is installed to amplify such signals.
  • the optical sensing system 100' includes three optical sensing devices 6'_1 to 6'_3.
  • the optical sensing devices 6'_1 to 6'_3 include scanner units 1'_1 to 1'_3, respectively.
  • the optical sensing devices 6'_1 to 6'_3 are provided with signal processing units 2'_1 to 2'_3, respectively.
  • the signal processing units 2′_1 to 2′_3 are connected to the host system 200′ using a corresponding one of the three electric communication lines 4′_1 to 4′_3.
  • an amplifying repeater 5'_1 is provided in the middle of the electric communication line 4'_1.
  • one electric communication line 4'_1 is divided into two electric communication lines 4'_1_1 and 4'_1_2.
  • the distance over which signals can be transmitted using a single optical fiber cable is longer than the distance over which signals can be transmitted using a single wired telecommunication line.
  • the distance over which signals can be transmitted using a single optical fiber cable is sufficiently long relative to the area of the target space. Therefore, in principle, the optical sensing system 100 does not require an optical repeater corresponding to the repeater 5'.
  • the installation length of the individual optical fiber cables 3 may exceed the distance over which the signal can be transmitted.
  • the optical sensing system 100 may include an optical repeater 5 corresponding to the repeater 5'. That is, the optical repeater 5 is provided in the middle of at least one optical fiber cable 3 among the plurality of optical fiber cables 3 .
  • the optical repeater 5 is composed of, for example, an optical amplifier.
  • an optical repeater 5_1 for amplification is provided in the middle of the optical fiber cable 3_1.
  • one optical fiber cable 3_1 is divided into two optical fiber cables 3_1_1 and 3_1_2.
  • the object is not limited to the pile of raw materials in the raw material yard.
  • the object may be any object as long as it is an object for which point cloud data is to be obtained (that is, an object for which a three-dimensional model is to be generated).
  • the object may be an aircraft parked at an airport. In this case, such an airport is the target space.
  • the signal processing executed by the signal processing unit 34 is not limited to the above specific example as long as it uses an electrical signal corresponding to the second optical signal.
  • the signal processing unit 34 may generate a three-dimensional model of the object using the generated point cloud data. good. That is, the three-dimensional model generation may be performed by the signal processing unit 34 instead of being performed by the host system 200 .
  • the signal processing unit 34 includes a three-dimensional model generation unit (not shown) in addition to the distance measurement unit 41 and the point cloud data generation unit 42 .
  • the result information transmitted by the communication unit 35 includes the 3D model generated by the 3D model generation unit.
  • the host system 200 uses the generated three-dimensional model to estimate the volume of the object or detect the occurrence of an abnormality in the object.
  • the signal processing unit 34 may perform only the measurement of the distance D among the measurement of the distance D and the generation of the point cloud data. That is, the signal processing unit 34 may include only the distance measuring unit 41 out of the distance measuring unit 41 and the point cloud data generating unit 42 .
  • the result information transmitted by the communication unit 35 includes distance information indicating the measured distance D, and the associated emission position information and emission direction information.
  • the host system 200 generates point cloud data by performing point cloud synthesis using these pieces of information.
  • the host system 200 uses the generated point cloud data to generate a three-dimensional model of the object.
  • the signal processing device 2 may not have the signal processing unit 34 .
  • the communication section 35 instead of transmitting result information to the host system 200 , transmits information indicating the electrical signal output by the optical signal acquisition section 32 to the host system 200 .
  • the communication unit 35 also transmits the emission position information and the emission direction information corresponding to each second optical signal to the host system 200 .
  • the host system 200 uses these pieces of information to measure the distance D and generate point cloud data.
  • the host system 200 uses the generated point cloud data to generate a three-dimensional model of the object.
  • At least one scanner device 1 out of the plurality of scanner devices 1 may be of a mobile type.
  • the mobile scanner device 1 is movable independently of other scanner devices 1 .
  • the mobile scanner device 1 emits laser light for sensing toward an object from each of a plurality of mutually different positions by moving.
  • the generation and display of the point cloud image may be performed by the signal processing device 2 instead of being performed by the host system 200 .
  • the generation and display of the three-dimensional model image may be performed by the signal processing device 2 instead of being performed by the host system 200 . That is, the signal processing device 2 generates a point cloud image or a three-dimensional model image, and displays the generated image on a display unit (for example, display) (not shown). A person (for example, a user of the optical sensing system 100) can easily visually recognize the shape of the object by displaying the point cloud image or the three-dimensional model image.
  • the correspondence between the plurality of optical fiber cables 3 and the plurality of scanner devices 1 is not limited to one-to-one.
  • one optical fiber cable 3 out of the plurality of optical fiber cables 3 is configured by a branch cable, and the one optical fiber cable 3 is connected to two or more of the plurality of scanner devices 1. It may be connected to the scanner device 1 .
  • the optical sensing system 100 includes a plurality of scanner devices 1 installed at mutually different locations, and a signal processing device 2 connected to the plurality of scanner devices 1 using a plurality of optical fiber cables 3. , provided.
  • a plurality of scanner devices 1 emit laser light toward an object and receive reflected light reflected by the object.
  • the signal processing device 2 outputs first optical signals corresponding to the laser beams emitted by the plurality of scanner devices 1 to the plurality of scanner devices 1 via the plurality of optical fiber cables 3, and outputs the first optical signals to the plurality of scanner devices 1.
  • a second optical signal corresponding to the reflected light received by the device 1 is obtained from the plurality of scanner devices 1 via the plurality of optical fiber cables 3 .
  • these scanner devices 1 can be arranged around the object (see FIG. 11).
  • the same target is irradiated with the laser light for sensing from a plurality of mutually different positions.
  • the same object is irradiated with the laser light for sensing from a plurality of mutually different directions.
  • a three-dimensional model of such an object it is possible to suppress the occurrence of missing portions due to non-irradiation of laser light for sensing.
  • the plurality of scanner devices 1 can be arranged so as to surround the target object (see FIG. 11). As a result, the entire object is irradiated with the laser beam for sensing. As a result, it is possible to avoid the occurrence of missing portions in the three-dimensional model.
  • the optical sensing system 100 in which the signal processing device 2 and the individual scanner devices 1 are connected using the optical fiber cables 3, the overall shape of the object can be recognized.
  • the number of signal processing devices 2 in the optical sensing system 100 can be reduced compared to the number of signal processing units 2' in the optical sensing system 100'. (See FIGS. 11 and 12). Accordingly, the configuration of the optical sensing system 100 can be simplified compared to the configuration of the optical sensing system 100'. Also, the signal processing device 2 is usually more expensive than the individual scanner device 1 . That is, each signal processing section 2' is more expensive than each scanner section 1'. Therefore, by reducing the number of signal processing devices 2 compared to the number of signal processing units 2', the optical sensing system 100 can be realized at a lower cost than the optical sensing system 100'.
  • the distance attenuation of signals in optical fiber cables is generally smaller than the distance attenuation of signals in wired telecommunication lines (for example, LAN cables). Therefore, the number of optical repeaters 5 in the optical sensing system 100 can be reduced compared to the number of repeaters 5' in the optical sensing system 100' (see FIGS. 11 and 12). In particular, when the target space has a large area and the target objects are arranged over a wide range, the number of optical repeaters 5 can be greatly reduced compared to the number of repeaters 5'. This makes it possible to further simplify the configuration of the optical sensing system 100 compared to the configuration of the optical sensing system 100'.
  • a plurality of scanner devices 1 are arranged around the object. Thereby, as described above, the same target is irradiated with the laser light for sensing from a plurality of mutually different positions. In other words, the same target is irradiated with the laser light for sensing from a plurality of mutually different directions. As a result, it is possible to suppress occurrence of a portion of the object that is not irradiated with the laser beam for sensing.
  • the plurality of scanner devices 1 emit laser beams toward the same object from different directions. As a result, as described above, it is possible to suppress the occurrence of regions not irradiated with the laser light for sensing in such an object. As a result, when a three-dimensional model of such an object is generated, it is possible to suppress the occurrence of missing portions due to non-irradiation of laser light for sensing.
  • At least one scanner device 1 out of the plurality of scanner devices 1 is movable independently of the other scanner devices 1 out of the plurality of scanner devices 1 .
  • the mobile scanner device 1 can emit laser light for sensing toward the same object from each of a plurality of mutually different positions by moving. Therefore, by using the mobile scanner device 1, the number of required scanner devices 1 can be reduced in order to irradiate the entire object with the laser light for sensing. That is, the number of scanner devices 1 included in the optical sensing system 100 can be reduced. As a result, the configuration of the optical sensing system 100 can be further simplified.
  • the optical sensing system 100 also includes an optical repeater 5 provided in at least one optical fiber cable 3 out of the plurality of optical fiber cables 3 . As a result, the optical sensing system 100 can be realized even when the installation length of one optical fiber cable 3 is long.
  • the signal processing device 2 also includes an optical switch 53 for switching between the output destination of the first optical signal and the acquisition source of the second optical signal.
  • an optical switch 53 for switching between the output destination of the first optical signal and the acquisition source of the second optical signal.
  • the object is the pile of raw materials in the raw material yard.
  • a plurality of scanner devices 1 are installed in a raw material yard. This allows the optical sensing system 100 to be used, for example, to estimate the volume of a pile of raw materials or to detect the occurrence of an anomaly in a pile of raw materials.
  • the object is an aircraft that is stationary at the airport.
  • a plurality of scanner devices 1 are installed at an airport. This allows the optical sensing system 100 to be used, for example, to detect the occurrence of anomalies in stationary aircraft.
  • [Appendix] A plurality of scanner devices installed at different points from each other, and a signal processing device connected to the plurality of scanner devices using a plurality of optical fiber cables, The plurality of scanner devices emit laser light toward an object and receive reflected light reflected by the object, The signal processing device outputs a first optical signal corresponding to the laser light emitted by the plurality of scanner devices to the plurality of scanner devices via the plurality of optical fiber cables, a second optical signal corresponding to the reflected light received by the scanner device from the plurality of scanner devices via the plurality of optical fiber cables.
  • [Appendix 2] The optical sensing system according to appendix 1, wherein the plurality of scanner devices are arranged around the object.
  • the signal processing device includes an optical switch for switching between an output destination of the first optical signal and an acquisition source of the second optical signal.
  • optical sensing system [Appendix 7] The object is a pile of raw materials in a raw material yard, The optical sensing system according to any one of appendices 1 to 6, wherein the plurality of scanner devices are installed in the raw material yard. [Appendix 8] the object is an aircraft parked at an airport; The optical sensing system according to any one of appendices 1 to 6, wherein the plurality of scanner devices are installed at the airport.
  • a plurality of scanner devices installed at different points from each other emit laser light toward an object and receive reflected light reflected by the object, A signal processing device connected to the plurality of scanner devices using a plurality of optical fiber cables converts a first optical signal corresponding to the laser light emitted by the plurality of scanner devices to the plurality of light beams. a second optical signal corresponding to the reflected light received by the plurality of scanner devices through the plurality of optical fiber cables; A light sensing method obtained from a scanner device. [Appendix 10] The optical sensing method according to appendix 9, wherein the plurality of scanner devices are arranged around the object. [Appendix 11] 11.
  • Appendix 12 Any one of appendices 9 to 11, wherein at least one scanner device among the plurality of scanner devices moves independently of other scanner devices among the plurality of scanner devices. 1.
  • the optical sensing method according to claim 1. [Appendix 13] 13.
  • Appendix 14] 14 14. The optical sensing according to any one of appendices 9 to 13, wherein an optical switch of the signal processing device switches between an output destination of the first optical signal and an acquisition source of the second optical signal.
  • the object is a pile of raw materials in a raw material yard, The optical sensing method according to any one of appendices 9 to 14, wherein the plurality of scanner devices are installed in the raw material yard.
  • the object is an aircraft parked at an airport; The optical sensing method according to any one of appendices 9 to 14, wherein the plurality of scanner devices are installed at the airport.

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Abstract

信号処理部と個々のスキャナ部とが光ファイバケーブルを用いて接続される方式のシステムにおいて、対象となる物体の全体形状を認識可能とする。光センシングシステム（１００）は、互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置（１）と、複数本の光ファイバケーブル（３）を用いて複数台のスキャナ装置（１）と接続される信号処理装置（２）と、を備え、複数台のスキャナ装置（１）は、対象物に向けてレーザ光を出射し、対象物により反射された反射光を受信し、信号処理装置（２）は、複数台のスキャナ装置（１）により出射されるレーザ光に対応する第１光信号を複数本の光ファイバケーブル（３）を介して複数台のスキャナ装置（１）に出力し、複数台のスキャナ装置（１）により受信された反射光に対応する第２光信号を複数本の光ファイバケーブル（３）を介して複数台のスキャナ装置（１）から取得する。

Description

光センシングシステム及び光センシング方法
　本発明は、光センシングシステム等に関する。
　ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）の原理に基づく光センシングを実行するシステムが知られている。また、かかるシステムにおいて、ＬｉＤＡＲ用のスキャナ部とＬｉＤＡＲ用の信号処理部とを光ファイバケーブルを用いて接続する方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１には、車載用のＬｉＤＡＲシステムが開示されている。特許文献１の図１Ａ及び図１Ｂに示す如く、かかるＬｉＤＡＲシステムは、複数個のスキャナ部（ライダースキャナ１１０Ａ～１１０Ｆ）及び１個の信号処理部（集中型レーザ送達システム１０１）を備える。個々のスキャナ部は、光ファイバケーブル（光ファイバチャネル１１２Ａ～１１２Ｆ）を用いて信号処理部と接続されている。複数個のスキャナ部、１個の信号処理部及び複数本の光ファイバケーブルは、１台の車両（車両１００）に搭載されている。
特表２０２０－５０４３０１号公報
　特許文献１に記載のＬｉＤＡＲシステムにおいては、１台の車両に複数個のスキャナ部が搭載されており、当該複数個のスキャナ部が互いに異なる空間範囲を走査している（例えば、特許文献１の段落［００３６］～［００３８］参照）。すなわち、ある特定の空間範囲に対しては、１個のスキャナ部が１方向から走査しているのみである。したがって、特許文献１に記載のＬｉＤＡＲシステムでは、当該特定の空間範囲に存在する物体について、当該１方向から走査される範囲における当該物体の形状を認識することができるものの、それ以外の範囲における当該物体の形状を認識することができない。すなわち、当該物体の形状のうちの対応する１個のスキャナ部から見た裏側に対応する部位の形状を認識することができない。この結果、当該物体の全体形状を把握することが困難であるという問題があった。
　本発明の目的は、上述した課題を鑑み、信号処理部と個々のスキャナ部とが光ファイバケーブルを用いて接続される方式のシステムにおいて、対象となる物体の全体形状を認識可能とすることにある。
　本発明の光センシングシステムは、互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置と、複数本の光ファイバケーブルを用いて複数台のスキャナ装置と接続される信号処理装置と、を備え、複数台のスキャナ装置は、対象物に向けてレーザ光を出射し、対象物により反射された反射光を受信し、信号処理装置は、複数台のスキャナ装置により出射されるレーザ光に対応する第１光信号を複数本の光ファイバケーブルを介して複数台のスキャナ装置に出力し、複数台のスキャナ装置により受信された反射光に対応する第２光信号を複数本の光ファイバケーブルを介して複数台のスキャナ装置から取得する。
　本発明の光センシング方法は、互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置が、対象物に向けてレーザ光を出射し、対象物により反射された反射光を受信し、複数本の光ファイバケーブルを用いて複数台のスキャナ装置と接続される信号処理装置が、複数台のスキャナ装置により出射されるレーザ光に対応する第１光信号を複数本の光ファイバケーブルを介して複数台のスキャナ装置に出力し、複数台のスキャナ装置により受信された反射光に対応する第２光信号を複数本の光ファイバケーブルを介して複数台のスキャナ装置から取得する。
　本発明よれば、信号処理部と個々のスキャナ部とが光ファイバケーブルを用いて接続される方式のシステムにおいて、対象となる物体の全体形状を認識可能とすることができる。
図１は、第１実施形態に係る光センシングシステムを示すブロック図である。 図２は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける個々のスキャナ装置を示すブロック図である。 図３は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける個々のスキャナ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図４は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置を示すブロック図である。 図５は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置の信号処理部を示すブロック図である。 図６は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図７は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置の他のハードウェア構成を示すブロック図である。 図８は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置の他のハードウェア構成を示すブロック図である。 図９は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 図１０は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置の信号処理部の動作を示すフローチャートである。 図１１は、第１実施形態に係る光センシングシステムの具体例を示す説明図である。 図１２は、第１実施形態に係る光センシングシステムに対する比較用の光センシングシステムの具体例を示す説明図である。 図１３は、第１実施形態に係る光センシングシステムの変形例を示す説明図である。
　以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態に係る光センシングシステムを示すブロック図である。図２は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける個々のスキャナ装置を示すブロック図である。図３は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける個々のスキャナ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図４は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置を示すブロック図である。図５は、第１実施形態に係る光センシングシステムにおける信号処理装置の信号処理部を示すブロック図である。図１～図５を参照して、第１実施形態に係る光センシングシステムについて説明する。
　図１に示す如く、光センシングシステム１００は、複数台のスキャナ装置１及び１台の信号処理装置２を備える。複数台のスキャナ装置１は、複数本の光ファイバケーブル３を用いて信号処理装置２と接続されている。図１に示す例において、光センシングシステム１００は、Ｎ台のスキャナ装置１＿１～１＿Ｎを備える。スキャナ装置１＿１～１＿Ｎの各々は、Ｎ本の光ファイバケーブル３＿１～３＿Ｎのうちの対応する１本の光ファイバケーブル３を用いて信号処理装置２と接続されている。すなわち、図１に示す例においては、光ファイバケーブル３＿１～３＿Ｎとスキャナ装置１＿１～１＿Ｎとが一対一に対応している。ここで、Ｎは、２以上の任意の整数である。ただし、後述するとおり、かかる対応関係は、一対一に限定されるものではない。
　個々のスキャナ装置１は、光センシングシステム１００によるセンシングの対象となる物体（以下「対象物」ということがある。）を含む空間（以下「対象空間」ということがある。）に設置される。また、個々のスキャナ装置１は、対象物に向けて設置される。ここで、複数台のスキャナ装置１は、互いに独立して設置される。すなわち、複数台のスキャナ装置１は、対象空間における互いに異なる地点に設置される。これにより、複数台のスキャナ装置１は、互いに異なる位置から対象物に向けられる。換言すれば、複数台のスキャナ装置１は、互いに異なる方向から対象物に向けられる。
　より具体的には、複数台のスキャナ装置１は、対象物の周囲に配置される。すなわち、複数台のスキャナ装置１は、対象物を囲むように配置される。例えば、対象物を含むＮ角形状の領域の各頂点に対応する位置に、Ｎ台のスキャナ装置１のうちの対応する１台のスキャナ装置１が配置される。これにより、図１１を参照して後述するとおり、センシング用のレーザ光が対象物の全体又は略全体に照射される。以下、全体又は略全体を総称して単に「全体」ということがある。
　対象物は、例えば、原料ヤードにおける複数個の原料の山である。この場合、原料ヤードが対象空間である。通常、複数個の原料の山は、原料ヤードにおいて、一列に又は複数列に配列されている。また、通常、原料ヤードの面積は、数十メートル～数百メートル四方である。すなわち、対象空間の面積は、例えば、数十メートル～数百メートル四方である。
　具体的には、例えば、製鉄所の原料ヤードにおいて、製鉄用の複数種類の原料が保管されている。このとき、かかる製鉄所の原料ヤードにおいて、これらの原料の山を囲むように複数台のスキャナ装置１が配置される。
　図１に示す如く、信号処理装置２は、電気通信回線４を用いて上位システム２００と接続されている。これにより、信号処理装置２は、上位システム２００と通信自在である。上位システム２００は、光センシングシステム１００に対する上位のシステムである。上位システム２００は、光センシングシステム１００の外部に設けられている。電気通信回線４は、例えば、電気通信用のケーブルにより構成されている。具体的には、例えば、電気通信回線４は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブルにより構成されている。
　図２に示す如く、個々のスキャナ装置１は、光出射部１１及び受光部１２を備える。光出射部１１は、対象物に向けてセンシング用のレーザ光を出射する。当該出射されたレーザ光は、対象物に照射される。ここで、個々のスキャナ装置１においては、光出射部１１によるレーザ光の出射方向が可変である。光出射部１１は、複数方向にレーザ光を順次出射する。これにより、対象物をスキャンするようにレーザ光が照射される。当該照射されたレーザ光は、対象物により反射される。当該反射された光（以下「反射光」ということがある。）のうちの後方散乱成分は、受光部１２により受信される。以下、反射光のうちの受光部１２により受信された光を「受信光」ということがある。
　ここで、個々のスキャナ装置１は、レーザ光を生成する機能を有しない。また、個々のスキャナ装置１は、受信光を電気信号に変換する機能を有しない。図４を参照して後述するとおり、これらの機能は、信号処理装置２に設けられている。
　すなわち、図３に示す如く、個々のスキャナ装置１は、光出射部１１及び受光部１２に対応する光学系２１を備える。換言すれば、光出射部１１及び受光部１２の機能は、光学系２１により実現される。なお、光学系２１は、光出射部１１に対応する第１の光学系（不図示）及び受光部１２に対応する第２の光学系（不図示）を含むものであっても良い。
　図４を参照して後述するとおり、信号処理装置２は、レーザ光により構成されている光信号（以下「第１光信号」ということがある。）を生成して、当該生成された第１光信号を個々の光ファイバケーブル３に出力する。当該出力された第１光信号は、かかる光ファイバケーブル３の内部を伝搬して、対応するスキャナ装置１に入力される。光学系２１は、当該入力された第１光信号（すなわちレーザ光）をセンシング用のレーザ光として出射する。このようにして、光出射部１１の機能が実現される。
　また、個々のスキャナ装置１の光学系２１は、反射光を受信して、対応する光ファイバケーブル３に当該受信された反射光（すなわち受信光）を出力する。このようにして、受光部１２の機能が実現される。当該出力された受信光は、かかる光ファイバケーブル３の内部を光信号（以下「第２光信号」ということがある。）として伝搬して、信号処理装置２に入力される。当該入力された第２光信号は、図４を参照して後述するとおり、信号処理装置２において電気信号に変換される。
　図４に示す如く、信号処理装置２は、光信号出力部３１、光信号取得部３２、光スイッチ部３３、信号処理部３４及び通信部３５を備える。光スイッチ部３３は、光信号出力部３１及び光信号取得部３２と、複数本の光ファイバケーブル３との間に設けられている。
　光信号出力部３１は、第１光信号を生成して、当該生成された第１光信号を出力する。上記のとおり、第１光信号は、レーザ光により構成されている。当該出力された第１光信号は、光スイッチ部３３を介して個々の光ファイバケーブル３に出力される。光信号出力部３１は、例えば、ＬｉＤＡＲ用の光送信機により構成されている。
　他方、個々の光ファイバケーブル３を介して信号処理装置２に入力された第２光信号は、光スイッチ部３３を介して光信号取得部３２に入力される。光信号取得部３２は、第２光信号を取得して、当該取得された第２光信号を電気信号に変換する。光信号取得部３２は、例えば、ＬｉＤＡＲ用の光受信機により構成されている。
　光スイッチ部３３は、第１光信号の出力先及び第２光信号の取得元を切り替えるためのスイッチである。光スイッチ部３３は、１個以上の光スイッチにより構成されている。
　例えば、３台のスキャナ装置１＿１～１＿３が３本の光ファイバケーブル３＿１～３＿３を用いて信号処理装置２とそれぞれ接続されているものとする。この場合、光スイッチ部３３は、以下の第１接続状態、第２接続状態及び第３接続状態を切り替え自在である。すなわち、第１接続状態は、光信号出力部３１及び光信号取得部３２が第１の光ファイバケーブル３＿１と光学的に接続された状態である。第２接続状態は、光信号出力部３１及び光信号取得部３２が第２の光ファイバケーブル３＿２と光学的に接続された状態である。第３接続状態は、光信号出力部３１及び光信号取得部３２が第３の光ファイバケーブル３＿３と光学的に接続された状態である。
　第１接続状態においては、光信号出力部３１により出力された第１光信号が光スイッチ部３３及び第１の光ファイバケーブル３＿１を介して第１のスキャナ装置１＿１に入力される。また、第１のスキャナ装置１＿１により出力された第２光信号が第１の光ファイバケーブル３＿１及び光スイッチ部３３を介して光信号取得部３２に入力される。
　第２接続状態においては、光信号出力部３１により出力された第１光信号が光スイッチ部３３及び第２の光ファイバケーブル３＿２を介して第２のスキャナ装置１＿２に入力される。また、第２のスキャナ装置１＿２により出力された第２光信号が第２の光ファイバケーブル３＿２及び光スイッチ部３３を介して光信号取得部３２に入力される。
　第３接続状態においては、光信号出力部３１により出力された第１光信号が光スイッチ部３３及び第３の光ファイバケーブル３＿３を介して第３のスキャナ装置１＿３に入力される。また、第３のスキャナ装置１＿３により出力された第２光信号が第３の光ファイバケーブル３＿３及び光スイッチ部３３を介して光信号取得部３２に入力される。
　このように、第１光信号は、スキャナ装置１＿１～１＿３の各々に出力される。換言すれば、複数個の第１光信号が複数台のスキャナ装置１にそれぞれ（ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ）出力される。また、第２光信号は、スキャナ装置１＿１～１＿３の各々から取得される。換言すれば、複数個の第２光信号が複数台のスキャナ装置１からそれぞれ（ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ）取得される。
　光スイッチ部３３は、第１接続状態、第２接続状態及び第３接続状態を順次切り替える。これにより、センシング用のレーザ光の出射及び対応する反射光の受信は、第１のスキャナ装置１＿１、第２のスキャナ装置１＿２及び第３のスキャナ装置１＿３により順次実行される。光信号取得部３２においては、これらの受信光に対応する第２光信号が順次取得されて、これらの第２光信号が電気信号に順次変換される。光信号取得部３２は、当該変換された電気信号を信号処理部３４に出力する。
　信号処理部３４は、光信号取得部３２により出力された電気信号を用いて、所定の信号処理を実行する。信号処理部３４により実行される信号処理は、例えば、ＬｉＤＡＲの原理に基づく距離Ｄの測定、及び当該測定された距離Ｄに基づく点群データの生成を含む。この場合、図６に示す如く、信号処理部３４は、距離測定部４１及び点群データ生成部４２を備える。
　距離測定部４１は、ＬｉＤＡＲの原理に基づく距離Ｄの測定を実行する。かかる測定は、例えば、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式又はＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）方式を用いる。
〈ＴｏＦを用いる場合〉
　ＴｏＦを用いる場合、光信号出力部３１は、パルス状の第１光信号を出力する。個々のパルス（すなわち個々の第１光信号）は、個々のスキャナ装置１により各方向に出射されるレーザ光に対応するものとなる。換言すれば、光スイッチ部３３における接続の切替え、及び個々のスキャナ装置１におけるレーザ光の出射方向の変更は、かかる対応関係が実現されるように設定されている。
　距離測定部４１は、光信号出力部３１が第１光信号を出力したタイミングＴ１’を示す情報を取得する。かかる情報は、例えば、光信号出力部３１から取得される。また、距離測定部４１は、光信号取得部３２により出力された電気信号を用いて、上記出力された第１光信号に対応する第２光信号を光信号取得部３２が取得したタイミングＴ２’を検出する。具体的には、例えば、距離測定部４１は、当該出力された電気信号の時間波形における振幅を所定の閾値と比較して、かかる振幅が閾値を超えたタイミングを検出することにより、タイミングＴ２’を検出する。
　ここで、タイミングＴ１’，Ｔ２’の時間差ΔＴ’は、上記出力された第１光信号に対応するセンシング用のレーザ光が出射されたタイミングＴ１と、上記入力された第２光信号に対応する反射光が受信されたタイミングＴ２との時間差ΔＴと同等である。換言すれば、時間差ΔＴ’は、これらの光（すなわち対応するセンシング用のレーザ光及び対応する反射光）の往復伝搬時間と同等である。そこで、距離測定部４１は、ＴｏＦに係る所定の数式を用いて、かかる往復伝搬時間に対応する片道伝搬距離（すなわち距離Ｄ）を算出する。このようにして、距離Ｄが測定される。
〈ＦＭＣＷを用いる場合〉
　ＦＭＣＷを用いる場合、光信号出力部３１は、ＦＭＣＷ用の所定の周波数変調処理を実行することにより、チャープ状の第１光信号を出力する。これにより、個々のスキャナ装置１により各方向に出射されるレーザ光もチャープ状となる。また、光信号取得部３２は、第２光信号（すなわち受信光）に対するコヒーレント検波を実行する。これにより、光信号取得部３２により出力される電気信号は、対応する第２光信号（すなわち受信光）における周波数及び位相を含むものとなる。
　距離測定部４１は、第１光信号の周波数を示す情報を取得する。かかる情報は、例えば、光信号出力部３１から取得される。また、距離測定部４１は、光信号取得部３２により出力された電気信号を用いて、対応する第２光信号の周波数を検出する。距離測定部４１は、これらの周波数の差分値（いわゆる「ビート周波数」）を算出する。距離測定部４１は、当該算出されたビート周波数に基づき、ＦＭＣＷに係る所定の数式を用いて距離Ｄを算出する。このようにして、距離Ｄが測定される。
　なお、距離Ｄの測定方法は、これらの具体例に限定されるものではない。距離Ｄの測定には、公知の種々の技術を用いることができる。これらの技術についての詳細な説明は省略する。例えば、距離測定部４１は、第１光信号と対応する第２光信号との位相差（すなわちセンシング用のレーザ光と対応する受信光との位相差）に基づき距離Ｄを算出するものであっても良い（いわゆる「間接ＴｏＦ」）。
　距離測定部４１は、このようにして測定された距離Ｄを示す情報（以下「距離情報」ということがある。）を生成する。距離測定部４１は、当該生成された距離情報を点群データ生成部４２に出力する。ここで、距離情報は、個々の距離Ｄに対応するレーザ光を出射したスキャナ装置１の設置位置を示す情報（以下「出射位置情報」ということがある。）と紐付けて出力される。また、距離情報は、個々の距離Ｄに対応するレーザ光の出射方向を示す情報（以下「出射方向情報」ということがある。）と紐付けて出力される。これらの紐付けは、例えば、以下のようにして実現される。
　すなわち、個々のスキャナ装置１が設置された後において、光センシングシステム１００の使用が開始される前に、個々のスキャナ装置１の設置位置及び設置方向を示す情報を人（例えば光センシングシステム１００のユーザ）が信号処理装置２に入力する。
　また、光センシングシステム１００においては、複数台のスキャナ装置１がレーザ光を出射する順番、及び個々のスキャナ装置１が複数方向にレーザ光を出射する順番が予め設定されている。これらの順番を示す情報が信号処理装置２に記憶されている。なお、光信号出力部３１が第１光信号を出力するタイミング、光スイッチ部３３が接続状態を切り替えるタイミング及び順番、並びに個々のスキャナ装置１におけるレーザ光の出射方向の変更は、これらの順番が実現されるように制御される。
　これらの情報を用いることにより、個々の距離Ｄに対応するレーザ光が、いずれの位置にあるスキャナ装置１により、いずれの方向に出射されたものであるのかが特定される。このようにして、距離情報と出射位置情報及び出射方向情報との紐付けが実現される。かかる紐付けは、信号処理装置２（例えば距離測定部４１）により実行される。
　点群データ生成部４２は、距離測定部４１により出力された距離情報、並びに当該距離情報に紐付けられた出射位置情報及び出射方向情報を用いて、点群データを生成する。すなわち、点群データ生成部４２は、これらの情報を用いて、個々の距離Ｄに対応するレーザ光が反射された地点（以下「反射点」という。）の位置を算出する。これにより、これらの反射点の位置に対応する点群を示すデータ、すなわち点群データが生成される。
　ここで、上記のとおり、距離情報は、複数台のスキャナ装置１の各々が出射したレーザ光に対応する距離Ｄを含む。点群データ生成部４２により生成される点群データにおける点群は、かかる複数台のスキャナ装置１に対応する反射点の位置を示す。すなわち、点群データ生成部４２による点群データの生成は、いわゆる「点群合成」によるものである。換言すれば、点群データ生成部４２は、複数台のスキャナ装置１について、点群合成を実行することにより点群データを生成する。
　なお、センシング用のレーザ光が対象物と異なる他の物体（例えば対象物の周囲の地面）に照射されることにより、対象物に対応する点群に加えて、当該他の物体に対応する点群が点群データに含まれ得る。このような場合、点群データ生成部４２は、点間距離又は平面検出の結果などに基づき点群をグループ化することにより、これらの点群のうちの対象物に対応する点群を抽出するものであっても良い。これにより、点群データ生成部４２は、当該他の物体に対応する点群を点群データから除外するものであっても良い。
　通信部３５（図４参照）は、信号処理部３４による信号処理の結果を示す情報（以下「結果情報」ということがある。）を外部に送信する。より具体的には、通信部３５は、結果情報を上位システム２００に送信する。結果情報の送信には、電気通信回線４が用いられる。
　このようにして、光センシングシステム１００が構成されている。すなわち、光センシングシステム１００は、ＬｉＤＡＲの原理に基づく光センシングを実行するシステムである。
　結果情報は、上位システム２００により種々のアプリケーションに用いられ得る。具体的には、例えば、上位システム２００は、結果情報に含まれる点群データを用いて、対象物の三次元モデルを生成する。上位システム２００は、当該生成された三次元モデルを用いて、対象物（例えば原料の山）の体積を推定する。または、例えば、上位システム２００は、当該生成された三次元モデルの形状に基づき、対象物における異常（例えば原料の山が崩れている状態）の発生を検出する。
　ここで、上位システム２００は、以下のような画像を生成して、当該生成された画像を図示しない表示装置（例えばディスプレイ）に表示するものであっても良い。具体的には、例えば、上位システム２００は、結果情報に含まれる点群データを用いて、点群データに含まれる点群を仮想的な三次元空間に配置してなる画像（以下「点群画像」ということがある。）を生成する。または、例えば、上位システム２００は、上記のとおり三次元モデルを生成して、当該生成された三次元モデルを含む画像（以下「三次元モデル画像」ということがある。）を生成する。点群画像又は三次元モデル画像がディスプレイに表示されることにより、人（例えば上位システム２００のユーザ）は、対象物の形状を視覚的に容易に認識することができる。
　次に、図６～図８を参照して、信号処理装置２のハードウェア構成について説明する。
　図６～図８の各々に示す如く、信号処理装置２は、光送信機５１、光受信機５２、光スイッチ５３、送信機５４及び受信機５５を備える。光信号出力部３１の機能は、光送信機５１により実現される。光信号取得部３２の機能は、光受信機５２により実現される。光スイッチ部３３の機能は、光スイッチ５３により実現される。通信部３５の機能は、送信機５４及び受信機５５により実現される。
　また、図６に示す如く、信号処理装置２は、プロセッサ５６及びメモリ５７を備える。この場合、メモリ５７は、信号処理部３４の機能に対応するプログラムを記憶する。プロセッサ５６は、メモリ５７に記憶されたプログラムを読み出して実行する。これにより、信号処理部３４の機能が実現される。
　または、図７に示す如く、信号処理装置２は、処理回路５８を備える。この場合、処理回路５８は、信号処理部３４の機能に対応する処理を実行する。これにより、信号処理部３４の機能が実現される。
　または、図８に示す如く、信号処理装置２は、プロセッサ５６、メモリ５７及び処理回路５８を備える。この場合、信号処理部３４の機能のうちの一部の機能がプロセッサ５６及びメモリ５７により実現されるとともに、信号処理部３４の機能のうちの残余の機能が処理回路５８により実現される。
　プロセッサ５６は、１個以上のプロセッサにより構成されている。個々のプロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いたものである。
　メモリ５７は、１個以上のメモリにより構成されている。個々のメモリは、揮発性メモリ又は不揮発性メモリを用いたものである。すなわち、個々のメモリは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、ブルーレイディスク、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク又はミニディスクを用いたものである。
　処理回路５８は、１個以上の処理回路により構成されている。個々の処理回路は、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ａ　Ｃｈｉｐ）又はシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を用いたものである。
　次に、光センシングシステム１００の動作について説明する。より具体的には、図９に示すフローチャートを参照して、信号処理装置２の動作について説明する。
　まず、光信号出力部３１が第１光信号を出力する（ステップＳＴ１）。次いで、光信号取得部３２は、対応する第２光信号を取得して、当該取得された第２光信号を電気信号に変換する（ステップＳＴ２）。これらの処理は、例えば、光センシングシステム１００に含まれる全てのスキャナ装置１により、予め設定された全ての方向にセンシング用のレーザ光が出射されるまで、繰り返し実行される。図９に示すフローチャートにおいて、かかる繰り返しの条件は図示を省略している。
　次いで、信号処理部３４は、上記変換された電気信号を用いて、所定の信号処理を実行する（ステップＳＴ３）。信号処理部３４により実行される信号処理の具体例については、既に説明したとおりである。このため、詳細な説明は省略する。
　次いで、通信部３５は、ステップＳＴ３における信号処理の結果を示す情報（すなわち結果情報）を外部に送信する（ステップＳＴ４）。より具体的には、通信部３５は、電気通信回線４を用いて、上位システム２００に結果情報を送信する。
　次に、図１０に示すフローチャートを参照して、信号処理部３４の動作について説明する。すなわち、ステップＳＴ３にて実行される信号処理の具体例について説明する。
　まず、距離測定部４１は、ＬｉＤＡＲの原理に基づく距離Ｄの測定を実行する（ステップＳＴ１１）。これにより、距離情報が生成される。かかる測定方法の具体例は、既に説明したとおりである。このため、詳細な説明は省略する。
　次いで、点群データ生成部４２は、ステップＳＴ１１にて生成された距離情報並びに紐付けられた出射位置情報及び出射方向情報を用いて、点群データを生成する（ステップＳＴ１２）。すなわち、点群データ生成部４２は、点群合成を実行することにより点群データを生成する。この場合、ステップＳＴ４にて送信される結果情報は、当該生成された点群データを含む情報である。
　次に、図１１を参照して、光センシングシステム１００の具体例について説明する。
　図中、Ｏは、対象物を示している。上記のとおり、対象物は、例えば、原料ヤードにおける複数個の原料の山である。図１１に示す例においては、３個の原料の山が一列に配列されている。この場合における対象空間（図中「Ｓ」）は、原料ヤードである。
　図１１に示す例において、光センシングシステム１００は、３個のスキャナ装置１＿１～１＿３を備える。スキャナ装置１＿１～１＿３の各々は、３本の光ファイバケーブル３＿１～３＿３のうちの対応する１本の光ファイバケーブル３を用いて信号処理装置２と接続されている。上記のとおり、スキャナ装置１＿１～１＿３は、対象空間に設置されている。これに加えて、図１１に示す例においては、信号処理装置２も対象空間に設置されている。また、上位システム２００も対象空間に設置されている。
　スキャナ装置１＿１～１＿３の各々は、対象物に向けて設置されている。ここで、スキャナ装置１＿１～１＿３は、互いに独立して設置されている。すなわち、スキャナ装置１＿１～１＿３は、対象空間における互いに異なる地点に設置されている。より具体的には、スキャナ装置１＿１～１＿３は、対象物の周囲に配置されている。すなわち、スキャナ装置１＿１～１＿３は、対象物を囲むように配置されている。図１１に示す例において、スキャナ装置１＿１～１＿３は、対象物を含む三角形状の領域（不図示）における各頂点に対応する位置に配置されている。これにより、対象物の全体にセンシング用のレーザ光が照射される。
　次に、図１２を参照して、光センシングシステム１００に対する比較用の光センシングシステム１００’について説明する。なお、図１２において、図１１に示す要素と同様の要素には同一符号を付して説明を省略する。
　図１２に示す如く、光センシングシステム１００’は、複数台の光センシング装置６’を備える。個々の光センシング装置６’は、ＬｉＤＡＲ装置により構成されている。すなわち、個々の光センシング装置６’は、スキャナ部１’及び信号処理部２’を備える。スキャナ部１’は、光センシングシステム１００におけるスキャナ装置１に相当する。信号処理部２’は、光センシングシステム１００における信号処理装置２に相当する。
　スキャナ部１’は、対象物に向けてセンシング用のレーザ光を出射して、対応する反射光を受信する。ただし、スキャナ部１’は、センシング用のレーザ光を生成する機能、及び受信光を電気信号に変換する機能を有する。すなわち、スキャナ部１’は、例えば、ＬｉＤＡＲ用の光送信機、光受信機及び光学系により構成されている。
　信号処理部２’は、ＬｉＤＡＲの原理に基づく距離Ｄの測定を実行する。これにより、距離情報が生成される。これに加えて、信号処理部２’は、当該生成された距離情報を用いて、点群データを生成するものであっても良い。これにより、個々の光センシング装置６’により得られる点群を示す点群データが生成される。
　個々の信号処理部２’は、電気通信回線４’を用いて上位システム２００’と接続されている。これにより、個々の信号処理部２’は、上位システム２００’と通信自在である。すなわち、電気通信回線４’は、光センシングシステム１００における電気通信回線４に相当する。個々の信号処理部２’は、上記生成された点群データを上位システム２００’に送信する。上位システム２００’は、これらの点群データを合成することにより（すなわち点群合成を実行することにより）、対象物の三次元モデルを生成する。
　個々の電気通信回線４’は、電気通信用のケーブルにより構成されている。具体的には、例えば、個々の電気通信回線４’は、ＬＡＮケーブルにより構成されている。通常、１本の有線の電気通信回線を用いて信号を伝送可能な距離は、１本の光ファイバケーブルを用いて信号を伝送可能な距離に比して短い。このため、特に対象空間の面積が大きいとき、１本の有線の電気通信回線の長さが長くなることにより、かかる信号の伝送が困難となることがある。そこで、かかる信号を増幅するための中継器５’が設置される。
　図１２に示す例において、光センシングシステム１００’は、３台の光センシング装置６’＿１～６’＿３を備える。光センシング装置６’＿１～６’＿３は、スキャナ部１’＿１～１’＿３をそれぞれ備える。また、光センシング装置６’＿１～６’＿３は、信号処理部２’＿１～２’＿３をそれぞれ備える。信号処理部２’＿１～２’＿３は、３本の電気通信回線４’＿１～４’＿３のうちの対応する１本の電気通信回線４’を用いて上位システム２００’と接続されている。ただし、電気通信回線４’＿１の途中に増幅用の中継器５’＿１が設けられている。これにより、１本の電気通信回線４’＿１が２本の電気通信回線４’＿１＿１，４’＿１＿２に分割されている。
　次に、図１３を参照して、光センシングシステム１００の変形例について説明する。
　通常、１本の光ファイバケーブルを用いて信号を伝送可能な距離は、１本の有線の電気通信回線を用いて信号を伝送可能な距離に比して長い。特に、１本の光ファイバケーブルを用いて信号を伝送可能な距離は、対象空間の面積に対して十分に長い。このため、原則、光センシングシステム１００において、中継器５’に相当する光中継器は不要である。
　ただし、個々の光ファイバケーブル３の敷設態様によっては、個々の光ファイバケーブル３の敷設長が、上記信号を伝送可能な距離を超えて長くなり得る。例えば、かかる光ファイバケーブル３が蛇行するように配設されたり、障害物を大きく迂回するように配設されたりすることにより、かかる光ファイバケーブル３の敷設長が長くなり得る。このような場合、例外的に、光センシングシステム１００は、中継器５’に相当する光中継器５を備えるものであっても良い。すなわち、光中継器５は、複数本の光ファイバケーブル３のうちの少なくとも１本の光ファイバケーブル３の途中に設けられる。光中継器５は、例えば、光増幅器により構成されている。
　図１３に示す例においては、光ファイバケーブル３＿１の途中に増幅用の光中継器５＿１が設けられている。これにより、１本の光ファイバケーブル３＿１が２本の光ファイバケーブル３＿１＿１，３＿１＿２に分割されている。
　次に、光センシングシステム１００の他の変形例について説明する。
　対象物は、原料ヤードにおける原料の山に限定されるものではない。対象物は、点群データの取得の対象（すなわち三次元モデルの生成の対象）となる物体であれば、如何なる物体であっても良い。例えば、対象物は、空港における停留中の航空機であっても良い。この場合、かかる空港が対象空間である。
　また、信号処理部３４により実行される信号処理は、第２光信号に対応する電気信号を用いるものであれば良く、上記の具体例に限定されるものではない。
　例えば、信号処理部３４は、距離Ｄの測定及び点群データの生成を実行するのに加えて、当該生成された点群データを用いて対象物の三次元モデルを生成するものであっても良い。すなわち、三次元モデルの生成は、上位システム２００により実行されるのに代えて、信号処理部３４により実行されるものであっても良い。この場合、信号処理部３４は、距離測定部４１及び点群データ生成部４２に加えて、三次元モデル生成部（不図示）を備える。通信部３５により送信される結果情報は、三次元モデル生成部により生成された三次元モデルを含む。上位システム２００は、当該生成された三次元モデルを用いて、対象物の体積を推定したり、又は対象物における異常の発生を検出したりする。
　または、例えば、信号処理部３４は、距離Ｄの測定及び点群データの生成のうち、距離Ｄの測定のみを実行するものであっても良い。すなわち、信号処理部３４は、距離測定部４１及び点群データ生成部４２のうちの距離測定部４１のみを備えるものであっても良い。この場合、通信部３５により送信される結果情報は、当該測定された距離Ｄを示す距離情報、並びに紐付けられた出射位置情報及び出射方向情報を含む。上位システム２００は、これらの情報を用いて、点群合成を実行することにより点群データを生成する。上位システム２００は、当該生成された点群データを用いて、対象物の三次元モデルを生成する。
　また、信号処理装置２は、信号処理部３４を有しないものであっても良い。この場合、通信部３５は、結果情報を上位システム２００に送信するのに代えて、光信号取得部３２により出力された電気信号を示す情報を上位システム２００に送信する。また、通信部３５は、個々の第２光信号に対応する出射位置情報及び出射方向情報を上位システム２００に送信する。上位システム２００は、これらの情報を用いて、距離Ｄの測定及び点群データの生成を実行する。上位システム２００は、当該生成された点群データを用いて、対象物の三次元モデルを生成する。
　また、複数台のスキャナ装置１のうちの少なくとも１台のスキャナ装置１は、移動型であっても良い。移動型のスキャナ装置１は、他のスキャナ装置１と独立して移動自在である。移動型のスキャナ装置１は、移動することにより、互いに異なる複数個の位置の各々から対象物に向けてセンシング用のレーザ光を出射する。
　また、点群画像の生成及び表示は、上位システム２００により実行されるのに代えて、信号処理装置２により実行されるものであっても良い。また、三次元モデル画像の生成及び表示は、上位システム２００により実行されるのに代えて、信号処理装置２により実行されるものであっても良い。すなわち、信号処理装置２は、点群画像又は三次元モデル画像を生成して、当該生成された画像を図示しない表示部（例えばディスプレイ）に表示する。点群画像又は三次元モデル画像が表示されることにより、人（例えば光センシングシステム１００のユーザ）は、対象物の形状を視覚的に容易に認識することができる。
　また、複数本の光ファイバケーブル３と複数台のスキャナ装置１との対応関係は、一対一に限定されるものではない。例えば、複数本の光ファイバケーブル３のうちの１本の光ファイバケーブル３が分岐ケーブルにより構成されており、当該１本の光ファイバケーブル３が複数台のスキャナ装置１のうちの２台以上のスキャナ装置１と接続されているものであっても良い。
　次に、光センシングシステム１００の効果について説明する。
　上記のとおり、光センシングシステム１００は、互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置１と、複数本の光ファイバケーブル３を用いて複数台のスキャナ装置１と接続される信号処理装置２と、を備える。複数台のスキャナ装置１は、対象物に向けてレーザ光を出射し、対象物により反射された反射光を受信する。信号処理装置２は、複数台のスキャナ装置１により出射されるレーザ光に対応する第１光信号を複数本の光ファイバケーブル３を介して複数台のスキャナ装置１に出力し、複数台のスキャナ装置１により受信された反射光に対応する第２光信号を複数本の光ファイバケーブル３を介して複数台のスキャナ装置１から取得する。これにより、以下のような効果を奏する。
　第一に、互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置１を用いることにより、特許文献１に記載のＬｉＤＡＲシステムに比して、以下のような有利な効果を奏する。
　すなわち、互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置１を用いることにより、これらのスキャナ装置１を対象物の周囲に配置することができる（図１１参照）。これにより、互いに異なる複数個の位置から、同一の対象物にセンシング用のレーザ光が照射される。換言すれば、互いに異なる複数個の方向から同一の対象物にセンシング用のレーザ光が照射される。この結果、かかる対象物において、センシング用のレーザ光が照射されない部位が発生するのを抑制することができる。これにより、かかる対象物の三次元モデルを生成するとき、センシング用のレーザ光が照射されないことに起因する欠落部の発生を抑制することができる。
　より具体的には、互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置１を用いることにより、対象物を囲むように当該複数台のスキャナ装置１を配置することができる（図１１参照）。これにより、対象物の全体にセンシング用のレーザ光が照射される。この結果、三次元モデルにおける欠落部の発生を回避することができる。このように、信号処理装置２と個々のスキャナ装置１とが光ファイバケーブル３を用いて接続される方式の光センシングシステム１００において、対象物の全体形状を認識可能とすることができる。
　第二に、信号処理装置２と個々のスキャナ装置１とが光ファイバケーブル３を用いて接続される方式を用いることにより、比較用の光センシングシステム１００’に比して、以下のような有利な効果を奏する。
　すなわち、上記のような欠落部の発生を抑制するにあたり、光センシングシステム１００’における信号処理部２’の個数に比して、光センシングシステム１００における信号処理装置２の個数を低減することができる（図１１及び図１２参照）。これにより、光センシングシステム１００’の構成に比して、光センシングシステム１００の構成を簡単にすることができる。また、通常、信号処理装置２は、個々のスキャナ装置１に比して高価である。すなわち、個々の信号処理部２’は、個々のスキャナ部１’に比して高価である。このため、信号処理部２’の個数に比して信号処理装置２の個数を低減することにより、光センシングシステム１００’に比して光センシングシステム１００を安価に実現することができる。
　また、通常、光ファイバケーブルにおける信号の距離減衰は、有線の電気通信回線（例えばＬＡＮケーブル）における信号の距離減衰に比して小さい。このため、光センシングシステム１００’における中継器５’の個数に比して、光センシングシステム１００における光中継器５の個数を低減することができる（図１１及び図１２参照）。特に、対象空間の面積が大きく、対象物が広い範囲に亘り配置されているとき、中継器５’の個数に比して、光中継器５の個数を大きく低減することができる。これにより、光センシングシステム１００’の構成に比して、光センシングシステム１００の構成を更に簡単にすることができる。
　次に、光センシングシステム１００の他の効果について説明する。
　複数台のスキャナ装置１は、対象物の周囲に配置される。これにより、上記のとおり、互いに異なる複数個の位置から、同一の対象物にセンシング用のレーザ光が照射される。換言すれば、互いに異なる複数個の方向から、同一の対象物にセンシング用のレーザ光が照射される。この結果、かかる対象物において、センシング用のレーザ光が照射されない部位が発生するのを抑制することができる。
　また、複数台のスキャナ装置１は、互いに異なる方向から同一の対象物に向けてレーザ光を出射する。これにより、上記のとおり、かかる対象物において、センシング用のレーザ光が照射されない領域が発生するのを抑制することができる。この結果、かかる対象物の三次元モデルを生成するとき、センシング用のレーザ光が照射されないことに起因する欠落部の発生を抑制することができる。
　また、複数台のスキャナ装置１のうちの少なくとも１台のスキャナ装置１は、複数台のスキャナ装置１のうちの他のスキャナ装置１と独立して移動自在である。移動型のスキャナ装置１は、移動することにより、互いに異なる複数個の位置の各々から同一の対象物に向けてセンシング用のレーザ光を出射することができる。このため、移動型のスキャナ装置１を用いることにより、対象物の全体にセンシング用のレーザ光を照射するにあたり、要求されるスキャナ装置１の台数を低減することができる。すなわち、光センシングシステム１００に含まれるスキャナ装置１の台数を低減することができる。この結果、光センシングシステム１００の構成を更に簡単にすることができる。
　また、光センシングシステム１００は、複数本の光ファイバケーブル３のうちの少なくとも１本の光ファイバケーブル３に設けられた光中継器５を備える。これにより、かかる１本の光ファイバケーブル３の敷設長が長くなる場合であっても、光センシングシステム１００を実現することができる。
　また、信号処理装置２は、第１光信号の出力先及び第２光信号の取得元を切り替えるための光スイッチ５３を備える。これにより、信号処理装置２において、スキャナ装置１間の光信号の混合が発生するのを回避することができる。
　また、対象物は、原料ヤードにおける原料の山である。複数台のスキャナ装置１は、原料ヤードに設置される。これにより、例えば、原料の山の体積の推定、又は原料の山における異常の発生の検出に光センシングシステム１００を用いることができる。
　また、対象物は、空港における停留中の航空機である。複数台のスキャナ装置１は、空港に設置される。これにより、例えば、停留中の航空機における異常の発生の検出に光センシングシステム１００を用いることができる。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
［付記］
　　［付記１］
　互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置と、複数本の光ファイバケーブルを用いて前記複数台のスキャナ装置と接続される信号処理装置と、を備え、
　前記複数台のスキャナ装置は、対象物に向けてレーザ光を出射し、前記対象物により反射された反射光を受信し、
　前記信号処理装置は、前記複数台のスキャナ装置により出射される前記レーザ光に対応する第１光信号を前記複数本の光ファイバケーブルを介して前記複数台のスキャナ装置に出力し、前記複数台のスキャナ装置により受信された前記反射光に対応する第２光信号を前記複数本の光ファイバケーブルを介して前記複数台のスキャナ装置から取得する
　ことを特徴とする光センシングシステム。
　　［付記２］
　前記複数台のスキャナ装置は、前記対象物の周囲に配置されることを特徴とする付記１に記載の光センシングシステム。
　　［付記３］
　前記複数台のスキャナ装置は、互いに異なる方向から同一の前記対象物に向けて前記レーザ光を出射することを特徴とする付記１又は付記２に記載の光センシングシステム。
　　［付記４］
　前記複数台のスキャナ装置のうちの少なくとも１台のスキャナ装置は、前記複数台のスキャナ装置のうちの他のスキャナ装置と独立して移動自在であることを特徴とする付記１から付記３のうちのいずれか一つに記載の光センシングシステム。
　　［付記５］
　前記複数本の光ファイバケーブルのうちの少なくとも１本の光ファイバケーブルに設けられた光中継器を備えることを特徴とする付記１から付記４のうちのいずれか一つに記載の光センシングシステム。
　　［付記６］
　前記信号処理装置は、前記第１光信号の出力先及び前記第２光信号の取得元を切り替えるための光スイッチを備えることを特徴とする付記１から付記５のうちのいずれか一つに記載の光センシングシステム。
　　［付記７］
　前記対象物は、原料ヤードにおける原料の山であり、
　前記複数台のスキャナ装置は、前記原料ヤードに設置される
　ことを特徴とする付記１から付記６のうちのいずれか一つに記載の光センシングシステム。
　　［付記８］
　前記対象物は、空港における停留中の航空機であり、
　前記複数台のスキャナ装置は、前記空港に設置される
　ことを特徴とする付記１から付記６のうちのいずれか一つに記載の光センシングシステム。
　　［付記９］
　互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置が、対象物に向けてレーザ光を出射し、前記対象物により反射された反射光を受信し、
　複数本の光ファイバケーブルを用いて前記複数台のスキャナ装置と接続される信号処理装置が、前記複数台のスキャナ装置により出射される前記レーザ光に対応する第１光信号を前記複数本の光ファイバケーブルを介して前記複数台のスキャナ装置に出力し、前記複数台のスキャナ装置により受信された前記反射光に対応する第２光信号を前記複数本の光ファイバケーブルを介して前記複数台のスキャナ装置から取得する
　光センシング方法。
　　［付記１０］
　前記複数台のスキャナ装置は、前記対象物の周囲に配置されることを特徴とする付記９に記載の光センシング方法。
　　［付記１１］
　前記複数台のスキャナ装置は、互いに異なる方向から同一の前記対象物に向けて前記レーザ光を出射することを特徴とする付記９又は付記１０に記載の光センシング方法。
　　［付記１２］
　前記複数台のスキャナ装置のうちの少なくとも１台のスキャナ装置は、前記複数台のスキャナ装置のうちの他のスキャナ装置と独立して移動することを特徴とする付記９から付記１１のうちのいずれか一つに記載の光センシング方法。
　　［付記１３］
　前記複数本の光ファイバケーブルのうちの少なくとも１本の光ファイバケーブルに光中継器が設けられることを特徴とする付記９から付記１２のうちのいずれか一つに記載の光センシング方法。
　　［付記１４］
　前記信号処理装置の光スイッチが、前記第１光信号の出力先及び前記第２光信号の取得元を切り替えることを特徴とする付記９から付記１３のうちのいずれか一つに記載の光センシング方法。
　　［付記１５］
　前記対象物は、原料ヤードにおける原料の山であり、
　前記複数台のスキャナ装置は、前記原料ヤードに設置される
　ことを特徴とする付記９から付記１４のうちのいずれか一つに記載の光センシング方法。
　　［付記１６］
　前記対象物は、空港における停留中の航空機であり、
　前記複数台のスキャナ装置は、前記空港に設置される
　ことを特徴とする付記９から付記１４のうちのいずれか一つに記載の光センシング方法。
１　スキャナ装置
２　信号処理装置
３　光ファイバケーブル
４　電気通信回線
５　光中継器
１１　光出射部
１２　受光部
２１　光学系
３１　光信号出力部
３２　光信号取得部
３３　光スイッチ部
３４　信号処理部
３５　通信部
４１　距離測定部
４２　点群データ生成部
５１　光送信機
５２　光受信機
５３　光スイッチ
５４　送信機
５５　受信機
５６　プロセッサ
５７　メモリ
５８　処理回路
１００　光センシングシステム
２００　上位システム

Claims (16)

  1. 　互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置と、複数本の光ファイバケーブルを用いて前記複数台のスキャナ装置と接続される信号処理装置と、を備え、
    　前記複数台のスキャナ装置は、対象物に向けてレーザ光を出射し、前記対象物により反射された反射光を受信し、
    　前記信号処理装置は、前記複数台のスキャナ装置により出射される前記レーザ光に対応する第１光信号を前記複数本の光ファイバケーブルを介して前記複数台のスキャナ装置に出力し、前記複数台のスキャナ装置により受信された前記反射光に対応する第２光信号を前記複数本の光ファイバケーブルを介して前記複数台のスキャナ装置から取得する
    　ことを特徴とする光センシングシステム。
  2. 　前記複数台のスキャナ装置は、前記対象物の周囲に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光センシングシステム。
  3. 　前記複数台のスキャナ装置は、互いに異なる方向から同一の前記対象物に向けて前記レーザ光を出射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光センシングシステム。
  4. 　前記複数台のスキャナ装置のうちの少なくとも１台のスキャナ装置は、前記複数台のスキャナ装置のうちの他のスキャナ装置と独立して移動自在であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の光センシングシステム。
  5. 　前記複数本の光ファイバケーブルのうちの少なくとも１本の光ファイバケーブルに設けられた光中継器を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の光センシングシステム。
  6. 　前記信号処理装置は、前記第１光信号の出力先及び前記第２光信号の取得元を切り替えるための光スイッチを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の光センシングシステム。
  7. 　前記対象物は、原料ヤードにおける原料の山であり、
    　前記複数台のスキャナ装置は、前記原料ヤードに設置される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の光センシングシステム。
  8. 　前記対象物は、空港における停留中の航空機であり、
    　前記複数台のスキャナ装置は、前記空港に設置される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の光センシングシステム。
  9. 　互いに異なる地点に設置される複数台のスキャナ装置が、対象物に向けてレーザ光を出射し、前記対象物により反射された反射光を受信し、
    　複数本の光ファイバケーブルを用いて前記複数台のスキャナ装置と接続される信号処理装置が、前記複数台のスキャナ装置により出射される前記レーザ光に対応する第１光信号を前記複数本の光ファイバケーブルを介して前記複数台のスキャナ装置に出力し、前記複数台のスキャナ装置により受信された前記反射光に対応する第２光信号を前記複数本の光ファイバケーブルを介して前記複数台のスキャナ装置から取得する
    　光センシング方法。
  10. 　前記複数台のスキャナ装置は、前記対象物の周囲に配置されることを特徴とする請求項９に記載の光センシング方法。
  11. 　前記複数台のスキャナ装置は、互いに異なる方向から同一の前記対象物に向けて前記レーザ光を出射することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の光センシング方法。
  12. 　前記複数台のスキャナ装置のうちの少なくとも１台のスキャナ装置は、前記複数台のスキャナ装置のうちの他のスキャナ装置と独立して移動することを特徴とする請求項９から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の光センシング方法。
  13. 　前記複数本の光ファイバケーブルのうちの少なくとも１本の光ファイバケーブルに光中継器が設けられることを特徴とする請求項９から請求項１２のうちのいずれか１項に記載の光センシング方法。
  14. 　前記信号処理装置の光スイッチが、前記第１光信号の出力先及び前記第２光信号の取得元を切り替えることを特徴とする請求項９から請求項１３のうちのいずれか１項に記載の光センシング方法。
  15. 　前記対象物は、原料ヤードにおける原料の山であり、
    　前記複数台のスキャナ装置は、前記原料ヤードに設置される
    　ことを特徴とする請求項９から請求項１４のうちのいずれか１項に記載の光センシング方法。
  16. 　前記対象物は、空港における停留中の航空機であり、
    　前記複数台のスキャナ装置は、前記空港に設置される
    　ことを特徴とする請求項９から請求項１４のうちのいずれか１項に記載の光センシング方法。
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