レーザレーダ用設置位置検証装置、レーザレーダ用設置位置の検証方法及びレーザレーダ用設置位置検証装置用プログラム
【課題】所定領域に向けてレーザを走査照射して所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、レーザレーダの設置位置の検証を、安全、迅速、確実に行うことができる検証装置、検証方法及びプログラムを提案する。
【解決手段】レーザレーダ用設置位置検証装置１００は、レーザレーダの設置候補位置Ｐに配置されると共にレーザレーダの画角と同一以上の画角を有して所定領域ＡＲを含む画像を取得する撮像部１１０と、所定領域ＡＲのうち設置候補位置Ｐからの最遠位置５０Ｂと最近位置５０Ｔのそれぞれにおいて撮像部１１０により撮像される矩形基準板１２０と、撮像部１１０により取得した検証用取得画像と矩形基準板１２０の形状情報に基づいて設置候補位置Ｐから最遠位置５０Ｂまでの第一距離Ｌ１及び最近位置５０Ｔまでの第二距離Ｌ２を求める距離演算部と、を備える。
【解決手段】レーザレーダ用設置位置検証装置１００は、レーザレーダの設置候補位置Ｐに配置されると共にレーザレーダの画角と同一以上の画角を有して所定領域ＡＲを含む画像を取得する撮像部１１０と、所定領域ＡＲのうち設置候補位置Ｐからの最遠位置５０Ｂと最近位置５０Ｔのそれぞれにおいて撮像部１１０により撮像される矩形基準板１２０と、撮像部１１０により取得した検証用取得画像と矩形基準板１２０の形状情報に基づいて設置候補位置Ｐから最遠位置５０Ｂまでの第一距離Ｌ１及び最近位置５０Ｔまでの第二距離Ｌ２を求める距離演算部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定領域に存在する物体を検知するレーザレーダの設置位置の検証を行うレーザレーダ用設置位置検証装置、検証方法及びプログラムに関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、踏切内を通過する物体を検知して、検知された物体が列車であるか否かを検知する検知装置及び検知方法が知られている。
この検知装置としては、光学方式、ループコイル方式、カメラ画像処理方式、水中走査レーザ方式が提案されている。
しかし、これらの方式に対しては、様々な問題点が挙げられている。すなわち、学方式の検知装置は、細い光軸を遮断するものは全て障害物として検知してしまう。ループコイル方式の検知装置は、ループコイル上の金属で発振周波数を所定値以上に変化させるものは全て障害物として検知してしまう。カメラ画像処理方式の検知装置は周囲の環境に影響されやすく、常時十分な性能を維持することができない。水平走査レーザ方式の検知装置では、凹凸の大きい踏切等での適用が困難である、等の問題が指摘されている。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決するために、特許文献１，２等に開示されるように、空中を伝搬するレーザを踏切内の物体に放射して、反射信号に基づいてその物体の方位情報と距離情報とを収集することによってその物体が踏切内の障害物であるか否かを判定するレーザレーダ装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１１８２４号公報
【特許文献２】特許第３８１２６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したレーザレーダ装置を踏切等に設置する場合には、レーザレーダ装置の画角（水平画角、垂直画角）内に踏切等の監視エリアが納まるような設置位置を選定する必要がある。
踏切がレーザレーダ装置の水平画角内に納まるか否かについては、踏切の地図情報に基づいて事前確認することができる。一方、垂直画角に納まるか否かについては、地図情報等が存在しないため事前確認ができず、現地確認を行っている。
【０００５】
現地確認は、レーザレーダ装置の設置候補位置から踏切（監視エリア）までの距離を巻尺等を用いて測定しているのが現状である。このため、交通量が多い踏切では、距離測定自体が困難であったり、危険を伴ったり、或いは夜間に測定しなければならない等の制約があるという問題がある。また、木の枝などの障害物で遮られるかどうかもわからない。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、所定領域に向けてレーザを走査照射して所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、レーザレーダの設置位置の検証を、安全、迅速、確実に行うことができる検証装置、検証方法及びプログラムを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザレーダ用設置位置検証装置、レーザレーダ用設置位置の検証方法及びレーザレーダ用設置位置検証装置用プログラムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【０００８】
第１の発明は、所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、前記レーザレーダの設置位置の検証を行う検証装置であって、前記レーザレーダの設置候補位置に配置されると共に前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部と、前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれにおいて前記撮像部に対して所定姿勢に配置されて前記撮像部により撮像される矩形基準板と、前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの第一距離（最長距離）・第二距離（最短距離）がそれぞれ求められるので、所定領域がレーザレーダの検出領域内に納まっているか否かを判断することが可能となる。
【００１０】
また、前記撮像部により撮像された画像を表示すると同時に、前記画像に前記３次元レーザレーダの画角を示す画角枠を重ねて表示する画像表示部を備えることを特徴とする。
これにより、撮像部により取得される画像内に、所定領域が納まっているか否かを、容易かつ確実に確認することができる。
【００１１】
また、前記距離演算部は、前記所定姿勢情報に基づいて前記撮像部と前記矩形基準板の相対位置姿勢関係を求めることを特徴とする。
これにより、レーザレーダの設置位置姿勢を求めることができる。
【００１２】
また、前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の四隅を選択する入力部を備え、前記距離演算部は、前記入力部からの入力情報に基づいて前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の各辺長さを求めることを特徴とする。
これにより、検証用取得画像上における矩形基準板を容易に特定することができ、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの最長距離・最短距離を確実に求めることができる。
【００１３】
また、前記距離演算部は、前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の四隅を、画像処理を含む演算処理により求める機能を有し、その演算結果に基づいて前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の各辺長さを求めることを特徴とする。
これにより、検証用取得画像上における矩形基準板を容易・確実・正確に特定することができ、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの最長距離・最短距離を求めることができる。
【００１４】
また、前記距離演算部は、前記検証用取得画像上において特定された前記矩形基準板の位置姿勢を検証する姿勢検証機能を有することを特徴とする。
これにより、矩形基準板の撮像部に対する姿勢（所定姿勢）が傾いていたり、検証用取得画像上における矩形基準板の四隅の選択位置にずれがあったりしても、これを検証するので、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの最長距離・最短距離をより正確に求めることができる。
【００１５】
また、前記距離演算部は、前記撮像部のレンズに起因する前記検証用取得画像の歪みを補正する歪み補正機能を有することを特徴とする。
これにより、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの最長距離・最短距離をより正確に求めることができる。
【００１６】
第２の発明は、所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、前記レーザレーダの設置位置の検証を行う検証方法であって、前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部を前記レーザレーダの設置候補位置に配置する工程と、前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれに、矩形基準板を前記撮像部に対して所定姿勢に配置して前記撮像部により撮像する工程と、前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの第一距離（最長距離）・第二距離（最短距離）がそれぞれ求められるので、所定領域がレーザレーダの検出領域内に納まっているか否かを判断することが可能となる。
【００１８】
第３の発明は、所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダの設置候補位置に配置されると共に前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部と、前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれにおいて前記撮像部に対して所定姿勢に配置されて前記撮像部により撮像される矩形基準板と、前記撮像部に接続された演算処理端末と、を備えるレーザレーダ用設置位置検証装置に、前記レーザレーダの設置位置の検証処理を実行させるためのプログラムであって、前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算処理を、前記演算処理端末に実行させることを特徴とする。
これにより、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの第一距離（最長距離）・第二距離（最短距離）がそれぞれ求められるので、所定領域がレーザレーダの検出領域内に納まっているか否かを判断することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明は、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの第一距離（最長距離）・第二距離（最短距離）をそれぞれ求めて、所定領域がレーザレーダの検出領域内に納まっているか否かを判断するので、設置候補位置の適否検証を容易かつ確実に行うことができる。
この際、現地においては、所定領域のうち設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれに矩形基準板を配置するだけなので、巻尺等を用いる場合に比べて、安全、迅速に距離測定（検証作業）を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るレーザレーダ用設置位置検証装置、レーザレーダ用設置位置の検証方法及びレーザレーダ用設置位置検証装置用プログラムの実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、３次元レーザレーダ式監視装置１の概略構成を示す模式図である。
図２は、３次元レーザレーダ式監視装置１の設置例及び検知可能エリアを示す平面図である。
【００２１】
図１に示すように、３次元レーザレーダ式監視装置１は、レーザレーダ部１０と監視装置本体２０とから構成される。
レーザレーダ部１０は、多面体ミラー１１、多面体ミラー１１を一定速度で回転駆動する主走査モータ１２、多面体ミラー１１を主走査モータ１２の回転軸に直交する方向に所定速度で揺動させる副走査モータ１３、レーザ光源１４、ハーフミラー１５、集光レンズ１６、受光器１７等を備える。
そして、レーザ光源１４から発せられたレーザパルス光を、ハーフミラー１５を介して多面体ミラー１１に照射することで、レーザパルス光を多面体ミラー１１の回転と傾きとに応じて監視エリアＡＲに照射する。また、監視エリアからのレーザパルス光の反射光を多面体ミラー１１から集光レンズ１６を介して受光器１７により受光検知するように構成されている。
【００２２】
すなわち、レーザレーダ部１０は、多面体ミラー１１の回転とその揺動とによってレーザパルス光の照射方向を主走査方向（ｘ１方向）に高速に偏向走査しながら、その走査面を副走査方向（ｙ方向）に偏向走査し、これによって図２に示すような監視エリアＡＲの全域を走査している。
そして、監視エリアＡＲに存在する種々の物体による反射光を、レーザパルス光の照射に同期して受光し、その受光タイミング（レーザパルス光の照射タイミングからその反射光の受光タイミングまでの経過時間）から物体（反射点）までの距離情報を求めることが可能となっている。
【００２３】
なお、レーザレーダ部１０による走査範囲は、例えば主走査（水平）方向に６０度（±３０度）、副走査（垂直）方向に３０度（±１５度）に設定されている。
またレーザレーダ部１０は、例えばその走査方向が０.１度変化する都度、レーザパルス光を照射し、その反射光を受光することで、合計［６００×３００］方位からの反射光の情報を順次検出するように設定されている。
【００２４】
監視装置本体２０は、例えばパーソナルコンピュータからなり、レーザレーダ部１０を用いて検出される反射光情報から、その反射点の空間座標を示す３次元レーダ情報を求める。
レーダ情報は、レーザ光源１４を駆動するレーザパルス走査回路（不図示）からの同期信号を受けてレーザパルス光の物体による反射光の受光タイミングを計測し、この計測時間を距離情報に変換し、更にこの距離情報を濃淡情報に変換する機能を備える。
【００２５】
なお、計測時間を直接的に濃淡情報に変換することも可能である。また、距離に応じて濃度を段階的に変化させる場合の他、距離に応じて色が段階的に変化させるようにしてもよい。
また、３次元レーダ情報をレーザレーダ画像として可視化する必要がない場合には、上述した濃淡変換等を行うことなく、反射光の受光タイミングの計測時間をそのままレーザパルス光の反射点の情報として用いることも可能である。
【００２６】
そして、３次元レーダ情報としてのレーザレーダ画像は、上述したようにして求められる濃淡情報（距離情報）をレーザパルス走査回路から求められる主走査角度および副走査角度の情報に従って、画像メモリ（不図示）上に順次マッピングしていくことにより作成される。
【００２７】
監視装置本体２０は、更に、３次元レーダ情報（レーザレーダ画像）から監視エリアＡＲ内に存在する物体を検出する物体検出機能を備える。
物体検出機能は、３次元レーダ情報からその空間座標が連続する所定数以上の反射点のまとまりを、或る大きさを有する１つの物体として認識し、その重心を物体位置として検出するものである。
【００２８】
そして、このような検出結果は、例えば、３次元レーダ情報を平面座標変換し、監視エリアＡＲを天空から見下ろした状態を示す平面監視画像として、モニタ２５上に画像表示される。
【００２９】
図２に示すように、３次元レーザレーダ式監視装置１（レーザレーダ部１０）は、踏切５０の近傍に設置される。
踏切５０（所定領域）は、鉄道線路５２と道路５４が地上（同一平面）で交わっている領域であって、道路の侵入口の両側にそれぞれ遮断機５６（計４台）が設けられている。
そして、レーザレーダ部１０は、踏切５０の四隅のいずれか近傍に配置されて、踏切５０を斜め方向から視野することで、踏切５０の全域を監視するように設定されている。つまり、踏切５０の全域（監視エリアＡＲ）がレーザレーダ部１０の検知可能エリアＡＰに含まれるように設置される。
【００３０】
上述したように、レーザレーダ部１０の監視可能エリア、すなわち画角は、水平方向（主走査方向）に６０度、垂直方向（副走査方向）に３０度に設定されている。
したがって、レーザレーダ部１０の水平画角（６０度）内に、踏切５０（監視エリアＡＲ）の四隅のうちレーザレーダ部１０から見て左右の隅５０Ｌ，５０Ｒが納まるように、レーザレーダ部１０を配置する必要がある。
また、レーザレーダ部１０の垂直画角（３０度）内に、踏切５０（監視エリアＡＲ）の四隅のうちレーザレーダ部１０から見て前後（前奥）の隅５０Ｔ，５０Ｂが納まるように、レーザレーダ部１０を配置する必要がある。
【００３１】
更に、レーザレーダ部１０は、地上から約５ｍの位置に配置された上で、測定距離が５ｍ〜３０ｍに設定されている。したがって、レーザレーダ部１０から前側の隅５０Ｔまでの距離（最短距離）が５ｍ以上、奥側の隅５０Ｂまでの距離（最長距離）が３０ｍ以内に納まるに、レーザレーダ部１０を配置する必要がある。
【００３２】
このように、レーザレーダ部１０の検知可能エリアＡＰ（画角、測定距離）を考慮して、レーザレーダ部１０の適切な位置姿勢を決定した上で、現地にて設置する必要がある。
レーザレーダ部１０の設置候補位置としては、踏切５０の地図情報に基づいて、予め机上にて検討することができる。しかし、机上検討できるのは、レーザレーダ部１０の水平画角内に、踏切５０（監視エリアＡＲ）が納まるか否かを大まかに行えるに過ぎない。また、木の枝などの障害物で遮られるかどうかもわからない。
【００３３】
したがって、レーザレーダ部１０の設置に先立って、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐと踏切５０（監視エリアＡＲ）との位置姿勢関係を、予め計測する必要がある。つまり、踏切５０の現地にて、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐと踏切５０（監視エリアＡＲ：隅５０Ｔ，５０Ｂ，５０Ｌ，５０Ｒ）との位置姿勢関係（水平画角、垂直画角、測定距離）を計測する。
【００３４】
以下、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐと踏切５０（監視エリアＡＲ）との位置姿勢関係を計測して、設置候補位置Ｐが適切な設置位置であるかを検証する装置及び方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の概略構成を示す模式図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は距離計測用基準板１２０を示す。
図４は、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の機能ブロック図である。
【００３５】
図３に示すように、レーザレーダ用設置位置検証装置１００は、広角カメラ１１０、距離計測用基準板１２０及び距離演算部１３０から構成される。
広角カメラ１１０は、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐに配置されると共にレーザレーダ部１０の画角と同一以上の画角を有して設置候補位置Ｐを含む画像を取得するものである。
広角カメラ１１０としては、いわゆるデジタルスチルカメラが用いられる。広角カメラ１１０は、例えば、水平方向に１５００画素以上、垂直方向に１０００画素以上の記録画素数を有している。
なお、ビデオカメラは用いることも可能である。ビデオカメラは、動画を撮影でき、画像の更新速度の点で適しているが、画素数が少なく、計測精度が不十分となってしまう虞がある。
また、広角カメラ１１０には、広角レンズが装着される。これにより、広角カメラ１１０の画角は、水平方向に６０度以上、垂直方法に３０度以上に設定されている。
そして、広角カメラ１１０は、不図示の三脚等を用いて、設置候補位置Ｐに配置される。
【００３６】
距離計測用基準板１２０（矩形基準板）は、監視エリアＡＲ（踏切５０）内に配置されて、監視エリアＡＲと共に広角カメラ１１０により撮像されるものである。
距離計測用基準板１２０は矩形の板状部材であって、その外縁（枠）に黒色の較正パターンＱが描かれている。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、距離計測用基準板１２０（較正パターンＱ）は、垂直長さが１２０５ｍｍ（１１６５ｍｍ）、水平長さが８５０ｍｍ（８１０ｍｍ）のＡ０サイズの長方形である。そして、距離計測用基準板１２０の上端（辺）が地上から１５００ｍｍに位置するようにスタンド１２５により支持可能となっている。
【００３７】
なお、距離計測用基準板１２０のサイズは、任意であって、例えば、垂直長さが８５０ｍｍ（８１０ｍｍ）、水平長さが６０５ｍｍ（５６５ｍｍ）のＡ１サイズの長方形であってもよい。この場合であっても、距離計測用基準板１２０の上端（辺）が地上から１５００ｍｍに位置するように支持可能となっている。監視エリアＡＲは、踏切５０の地上０ｍｍから１５００ｍｍの範囲内の立体的領域であって、この最大高さに内に距離計測用基準板１２０を納めるためである。
【００３８】
距離演算部１３０は、広角カメラ１１０により取得した距離計測用基準板１２０を含む画像（検証用取得画像）と距離計測用基準板１２０の形状（各辺の長さ）情報等とに基づいて、設置候補位置Ｐから監視エリアＡＲ（踏切５０）の隅５０Ｂまでの距離Ｌ１（最長距離：第一距離）と、隅５０Ｔまでの距離Ｌ２（最短距離：第二距離）を演算処理により求めるものである。
つまり、距離演算部１３０は、設置候補位置Ｐが適切な設置位置であるかを検証するために、監視エリアＡＲ（踏切５０）内に配置した距離計測用基準板１２０の画像（検証用取得画像）に基づいて、各種演算処理を行って、設置候補位置Ｐと監視エリアＡＲ（踏切５０）との位置姿勢関係を計測する。
【００３９】
距離演算部１３０としては、例えばパーソナルコンピュータが用いられ、広角カメラ１１０とＵＳＢケーブル等により接続される。
これにより、距離演算部１３０は、広角カメラ１１０を遠隔操作したり、広角カメラ１１０により撮影された設置候補位置Ｐを含む画像（検証用取得画像）を取得したりすることが可能となっている。
【００４０】
図４に示すように、レーザレーダ用設置位置検証装置１００は、距離演算部１３０内に格納されたカメラ遠隔操作ソフトウエア、画角確認・測距ソフトウエア、測距計算ライブラリを備えている。
【００４１】
カメラ遠隔操作ソフトウエアは、広角カメラ１１０を遠隔操作する機能を有する。また、広角カメラ１１０から連続的に撮影した画像データを取り込み、画像ファイルとして、パーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）の上のハードディスクに保存する。
【００４２】
画角確認・測距ソフトウエアは、画角判定および距離測定（測距）を行う機能を有する。また、ハードディスク上の画像ファイルを読み出し、パーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）上の液晶画面１３５（画像表示部）に表示する機能を有する。
更に、検知可能エリアＡＰの画像上への重畳表示、距離計測用基準板１２０までの距離Ｌ１,Ｌ２、および広角カメラ１１０の位置、姿勢を液晶画面１３５上に表示する。
【００４３】
測距計算ライブラリは、画角確認・測距ソフトウエア内に組み込まれるライブラリとして提供され、画像の歪み除去、距離計測用基準板１２０の画面上での位置から距離計測用基準板１２０までの距離、広角カメラ１１０の位置・姿勢を算出する機能を有する。
【００４４】
図５は、レーザレーダ用設置位置検証装置１００で用いられる座標系を示す図である。
画像座標系は、画像平面上での２次元の座標系を表す。
カメラローカル座標系は、広角カメラ１１０の仮想中心を原点とする３次元の直行座標系を表す。広角カメラ１１０にとっての右手方向をＸｃ、下向き方向をＹｃ、奥行き方向をＺｃとする。Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ軸を中心とした回転角度をそれぞれ、ロール角，ピッチ角，ヨー角と呼ぶ。
地上座標系は、広角カメラ１１０の設置候補位置Ｐの足元（地上）を原点とする３次元の直交座標系を表す。広角カメラ１１０にとっての右手方向をｘｃ、奥行き方向をｙｃ、鉛直上向き方向をｚｃで表す。
較正パターン座標系は、距離計測用基準板１２０上の既知寸法の長方形を較正パターンＱとして用いる。較正パターン座標系は、較正パターンＱの中心を原点とし、較正パターンＱの水平の辺の方向をＸｍ、垂直の辺の方向をＹｍおよび較正パターンの平面に直交する方向をＺｍとした座標系を表す。
【００４５】
長方形平板をカメラで撮影した場合、カメラと長方形平板との距離や配置に応じて、カメラで撮影した長方形の画像上での見かけの形状、大きさが変化する。長方形平板の大きさが既知であれば、カメラから長方形平板までの距離を求めることができる。
レーザレーダ用設置位置検証装置１００では、この計測原理を利用して、広角カメラ１１０（設置候補位置Ｐ）から距離計測用基準板１２０までの距離を演算処理により求める。なお、距離計測用基準板１２０の形状・各辺長さは、上述したように、既知である。
【００４６】
以下に、計測原理の詳細を説明する。
距離計測用基準板１２０の頂点ｋ （ｋ＝１〜４）の画像平面上（画像座標系）の座標値（ｘｉ[ｋ]）と、三次元空間（較正パターン座標系）での座標値（Ｘｍ[ｋ]）との関係は、式（１）により表される。
【００４７】
【数１】
【００４８】
ここで、行列Ｐは広角カメラ１１０の射影変換行列であり、事前に広角カメラ１１０のキャリブレーションを行うことによって求まる既知の３×３行列である。
スカラー値ｈ[ｋ]は、広角カメラ１１０の光軸方向の距離である奥行き情報を表す未知数である。
回転行列Ｒと並進ベクトルｔは、それぞれ広角カメラ１１０に対する長方形の位置と姿勢を表すものであり、回転行列Ｒは３つの回転角θｘ，θｙ，θｚで各成分を表すことができ、並進ベクトルｔは３つの成分ｔｘ，ｔｙ，ｔｚで表すことができるので、計６つの未知数からなる。
【００４９】
三次元空間での座標値（Ｘｍ[ｋ]，（ｋ＝１〜４））は、距離計測用基準板１２０の各辺長さ（幅・高さ）が既知の値である。
また、画像平面上の座標値（ｘｉ[ｋ]，（ｋ＝１〜４））は、計測によって求められる既知の値である。
よって、未知数は、ｈ[ｋ] （ｋ＝１〜４）、θｘ、θｙ、θｚ、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚの計１０個であり、式（１）の計１２個（４頂点のそれぞれに対して、３つの座標に関する方程式がある。）の方程式を使用した収束計算によって、これらの未知数を求めることができる。
既知の寸法の長方形平板（距離計測用基準板１２０）を用いることによって、最終的に、奥行き情報（ｈ[ｋ] （ｋ＝１〜４））から、広角カメラ１１０と距離計測用基準板１２０との間の距離が求まる。
【００５０】
なお、未知数が１０個に対して方程式の個数が１２個と冗長であるため、画像平面上の座標値（ｘｉ[ｋ] （ｋ＝１〜４））の計測値に誤差が含まれている場合、１２個の方程式全てを満たす未知数を求めることができないが、近似解は得られるので支障はない。
【００５１】
レーザレーダ用設置位置検証装置１００では、広角カメラ１１０に広角レンズを使用しているため、レンズ歪が大きく、広角カメラ１１０で撮影した生画像は、歪んだものとなる。そこで、計測精度を向上させるためにレンズ歪みの補正が必要となる。
【００５２】
以下に、レンズ歪みの補正方法について示す。
レンズの歪み補正前および歪み補正後の画像上（画像座標系）での位置をそれぞれ（ｘ，ｙ）、（ｘ’，ｙ’）とし、ｘ方向およびｙ方向の歪みの大きさを△ｘ、△ｙとすると、歪補正前後の座標値は、行列Ｐの成分を用いて、式（２）で与えられる。
【００５３】
【数２】
【００５４】
このとき、△ｘ、△ｙを歪み係数ｐ１，ｐ２，ｋ１，ｋ２を用いて、式（３）で表す。
【００５５】
【数３】
【００５６】
レンズ歪を補正するためには、事前に既知寸法の格子パターン（例えば市松模様）を撮影し、各格子の頂点の位置を上述の（ｘ，ｙ）とみなし、式（２）、（３）で得られる（ｘ’，ｙ’）が格子状になるように、最小２乗法によって未知数である行列Ｐの各成分、および歪み係数ｐ１，ｐ２，ｋ１，ｋ２を求める。
このようにして、レンズの歪み補正後の画像上（画像座標系）での位置（ｘ’，ｙ’）を求める。
【００５７】
図６は、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証方法の手順を示す図である。
図７は、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の設置状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図８は、広角カメラ１１０の取得画像を示す図である。
図９は、広角カメラ１１０の取得画像（検証用取得画像）を示す図であって、（ａ）は踏切の奥側の隅に配置した距離計測用基準板を撮像した画像、（ｂ）は踏切の手前側の隅に配置した距離計測用基準板を撮像した画像を示す。
図１０は、検証用取得画像上の距離計測用基準板を特定する方法を説明する図である。
【００５８】
図６に示すように、レーザレーダ用設置位置検証方法は、広角カメラ１１０をレーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐに配置する第一工程（ステップＳ１）、監視エリアＡＲのうち設置候補位置Ｐからの最遠位置と最近位置のそれぞれに距離計測用基準板１２０を配置して広角カメラ１１０により撮像して検証用取得画像を取得する第二工程（ステップＳ２）、検証用取得画像のレンズ歪みを補正する第三工程（ステップＳ３）、検証用取得画像上において距離計測用基準板１２０を特定する第四工程（ステップＳ４）、検証用取得画像と距離計測用基準板１２０の形状（各辺長さ）情報基づいて設置候補位置Ｐから最遠位置までの距離及び最近位置までの距離を求める第五工程（ステップＳ５）を行うものである。
以下、工程順に説明する。
【００５９】
（第一工程）
上述したように、広角カメラ１１０は、レーザレーダ部１０よりも広い画角（水平方向６０度以上、垂直方法３０度以上）に設定されている。このため、図７に示すように、予め机上検討にて選定されたレーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐに、広角カメラ１１０を配置すると、広角カメラ１１０により、レーザレーダ部１０の監視エリアＡＲである踏切５０の全領域は勿論、更に検知可能エリアＡＰを含む画像を取得することが可能である。
【００６０】
図８に示すように、距離演算部１３０の液晶画面１３５に表示される広角カメラ１１０の画像（動画等）には、画角確認・測距ソフトウエアの処理により、検知可能エリアＡＰを示す枠（すなわちレーザレーダ部１０の画角を示す画角枠Ｗ）が重ねて表示される。
なお、広角カメラ１１０の画角（画像）とレーザレーダ部１０の画角（画角枠Ｗ）との相対関係は、上述したキャリブレーションにより予め求められている。そして、画角枠Ｗは、広角カメラ１１０の画角（画像）とレーザレーダ部１０の画角のそれぞれの中心が一致する位置に表示される。
【００６１】
このため、レーザレーダ用設置位置検証装置１００の操作者は、まず、設置候補位置Ｐに配置された広角カメラ１１０の取得画像から、レーザレーダ部１０の検知可能エリアＡＰ（つまり画角枠Ｗ）内に、監視エリアＡＲである踏切５０の全領域が含まれているか否かを目視判断する。
広角カメラ１１０が設置候補位置Ｐに正しく配置されていれば、画角枠Ｗ内に踏切５０の全領域（監視エリアＡＲ）が含まれているはずである。したがって、もし、画角枠Ｗ内に踏切５０の全領域が含まれていない場合には、広角カメラ１１０の設置高さ、姿勢の調整を行う。
【００６２】
（第二工程）
次に、広角カメラ１１０から踏切５０までの距離計測を行うための、検証用取得画像Ｖを取得する。
具体的には、監視エリアＡＲである踏切５０の四隅（隅５０Ｔ，５０Ｂ，５０Ｌ，５０Ｒ）のうち、手前側の隅５０Ｔと奥側の隅５０Ｂに、それぞれ距離計測用基準板１２０に配置して、距離計測用基準板１２０を含む静止画像（検証用取得画像Ｖ）を広角カメラ１１０により取得（撮像）する。
【００６３】
なお、隅５０Ｔ，５０Ｂに配置される距離計測用基準板１２０は、広角カメラ１１０に対して、正対する（真正面を向く）ように配置される。また、距離計測用基準板１２０は、垂直（地面（水平面）に対して直角）に配置される。上述した計測原理に基づく演算処理の誤差を小さくするためである。
【００６４】
距離計測用基準板１２０を含む検証用取得画像Ｖとして、２つの画像を取得する。
まず、図９（ａ）に示すように、踏切５０の奥側の隅５０Ｂに距離計測用基準板１２０が配置した上で、広角カメラ１１０により静止画像を撮像する。これにより、設置候補位置Ｐから踏切５０の奥側の隅５０Ｂまでの距離Ｌ１（最長距離）を計測するため画像（検証用取得画像Ｖ１）が取得される。
次いで、図９（ｂ）に示すように、踏切５０の手前側の隅５０Ｔに距離計測用基準板１２０が配置した上で、広角カメラ１１０により静止画像を撮像する。これにより、設置候補位置Ｐから踏切５０の手前側の隅５０Ｔまでの距離Ｌ２（最短距離）を計測するため画像（検証用取得画像Ｖ２）が取得される。
そして、検証用取得画像Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）は、一旦、パーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）のメモリに、画像ファイルとして保存される。
【００６５】
（第三工程）
なお、検証用取得画像Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）をパーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）のメモリに保存する際に、検証用取得画像Ｖのレンズ歪み補正を行うのが好ましい。レンズ歪み補正の原理・方法は、上述した通りである。
【００６６】
（第四工程）
次に、検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２における距離計測用基準板１２０の位置（画像座標系）を特定する。
具体的には、図１０（ａ）に示すように、検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ液晶画面１３５上に拡大表示し、液晶画面１３５上に重ねて表示されたカーソル（ポインタ）を検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２上の距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤに移動し、不図示のマウス（入力部）をクリック（操作）することで、四隅ＱＡ〜ＱＤ（４箇所）を選択する。
こうして、検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２における距離計測用基準板１２０の位置（画像座標系）が特定される。
【００６７】
（第五工程）
そして、距離計測用基準板１２０（四隅ＱＡ〜ＱＤ）の位置が特定されると、距離演算部１３０は、距離演算部１３０の画角確認・測距ソフトウエアを用いて、検証用取得画像Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）に基づいて、設置候補位置Ｐから隅５０Ｂまでの距離Ｌ１と手前側の隅５０Ｔまでの距離Ｌ２をそれぞれ求める。
この演算結果（距離Ｌ１，Ｌ２）は、図１０（ｂ）に示すように、液晶画面１３５上に表示される。
【００６８】
距離Ｌ１を求める演算処理と、距離Ｌ２を求める演算処理は、別々に行われる。
まず、液晶画面１３５上に検証用取得画像Ｖ１を表示した上で、距離Ｌ１を求め、その演算結果をメモリに保存する。次いで、液晶画面１３５上に検証用取得画像Ｖ２を表示した上で、距離Ｌ２を求め、その演算結果をメモリに保存する。
なお、距離Ｌ１，Ｌ２の演算の順序は、任意である。
【００６９】
また、Ｌ１，Ｌ２の演算処理により、広角カメラ１１０からみた距離計測用基準板１２０の位置姿勢も併せて求められる。言い換えると、隅５０Ｂ，隅５０Ｔのそれぞれから見た広角カメラ１１０の位置姿勢が併せて求められる。
この演算結果は、距離Ｌ１，Ｌ２と同時に、液晶画面１３５上に表示される。
【００７０】
このように、レーザレーダ用設置位置検証装置１００により、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐから監視エリアＡＲの奥側の隅５０Ｂ（最遠位置）までの距離Ｌ１（最長距離）と手前側の隅５０Ｔまでの距離Ｌ２（最短距離）を求めることで、レーザレーダ部１０により監視エリアＡＲに存在する物体の検出が可能であるか否かを確認することが可能となる。
言い換えれば、レーザレーダ部１０により監視エリアＡＲの監視を行うために、レーザレーダ部１０の設置位置として設置候補位置Ｐが適しているか否かを確認することができる
【００７１】
すなわち、パーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）の液晶画面１３５に、設置候補位置Ｐに配置した広角カメラ１１０の画像が表示され、この画像に対して検知可能エリアＡＰを示す枠（すなわちレーザレーダ部１０の画角を示す画角枠Ｗ）を重ねて表示しているので、監視エリアＡＲがレーダレーザ部１０の画角内に納まるか否かを目視により簡単に確認することができる。
更に、監視エリアＡＲのうち設置候補位置Ｐからの最遠位置（隅５０Ｂ）までの距離Ｌ１と最近位置（隅５０Ｔ）までの距離Ｌ２とを求めることで、監視エリアＡＲがレーダレーザ部１０の測定可能距離（５ｍ〜３０ｍ）内に納まっているか否かを簡単に確認することができる。
このように、監視エリアＡＲがレーダレーザ部１０の画角内で、かつ測定可能距離内に納まっていれば、この時の設置候補位置Ｐは、レーザレーダ部１０の設置位置として適していると判断される。
【００７２】
そして、設置候補位置Ｐがレーザレーダ部１０の設置位置として適していると判断した場合には、設置候補位置Ｐにレーザレーダ部１０を広角カメラ１１０と同一姿勢で設置すればよい。これにより、レーザレーダ部１０により、踏切５０（監視エリアＡＲ）の物体を確実に検出することができる。
一方、設置候補位置Ｐがレーザレーダ部１０の設置位置として適していないと判断した場合には、他の設置候補位置Ｐ２，Ｐ３等に広角カメラ１１０を配置して、上述したのと同一の検証方法を再び実施して、最適な設置位置を選定する。
【００７３】
なお、第四工程では、レーザレーダ用設置位置検証装置１００の操作者が、液晶画面１３５に表示された検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２上に重ねて表示されたカーソル（ポインタ）を距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤに移動して選択（マウスをクリック）しているので、特定した位置（四隅ＱＡ〜ＱＤ）に誤差が生じやすい。
そこで、以下の方法により、距離計測用基準板１２０の姿勢を検証するようにしてもよい。
【００７４】
図１１は、距離計測用基準板１２０の姿勢検証方法を示す図である。
図１１（ａ）に示すように、距離計測用基準板１２０の画像上（画像座標系）の座標をａ，ｂ，ｃ，ｄと表す。また広角カメラ１１０の位置をｅと表す。
三角形ａｂｅの法線ｎ１は、ベクトルｅａとベクトルｅｂの外積により求めることができる。三角形ｃｄｅの法線ｎ２も同様に求めることができる。
【００７５】
図１１（ｂ）に示すように、距離計測用基準板１２０の辺を表すベクトルｕ１，ｕ２と表す。
このとき、法線ｎ１とベクトルｕ１は垂直、かつ、法線ｎ２とベクトルｕ１は垂直である。よって、法線ｎ１と法線ｎ２の外積からベクトルｕ１を求めることができる。ベクトルｕ２についても同様に求めることができる。
【００７６】
距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤの特定が正確であれば、ベクトルｕ１とベクトルｕ１のなす角は、９０°となるはずである。しかし、特定に誤差が含まれていれば、なす角は９０°とはならない。
したがって、ベクトルｕ１とベクトルｕ１のなす角が９０°であるか否かを確認することで、距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤを正確に特定できたか否かを検証することができる。
【００７７】
距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤの特定が不正確（誤差が含まれる）と判断した場合には、再度、四隅ＱＡ〜ＱＤの特定を行えばよい。検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２の距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤにカーソル（ポインタ）移動して選択し直せばよい。
また、複数回繰り返しても、四隅ＱＡ〜ＱＤの特定が不正確な場合には、距離計測用基準板１２０の設置姿勢がそもそも不正確（広角カメラ１１０に対して正対していない）な場合がある。そこで、距離計測用基準板１２０の姿勢を修正して、再度、検証用取得画像Ｖを取得すればよい。
【００７８】
または、検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２上の距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤを画像処理により抽出し、その四隅ＱＡ〜ＱＤに対して最小自乗法等を用いて４つの直線をフィッティングする。そして、４つの直線の交点から、計算上の四隅ＱＡ〜ＱＤを求める。
この方法によれば、マウス等を用いて特定した四隅ＱＡ〜ＱＤの位置のいずれかに、大きな誤差が含まれている場合に、その誤差を好適に補正することができる。
【００７９】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００によれば、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐの適否検証を容易かつ確実に行うことができる。
この際、現地においては、踏切５０（監視エリアＡＲ）のうち設置候補位置Ｐからの最遠位置（隅５０Ｂ）と最近位置（隅５０Ｔ）のそれぞれに距離計測用基準板１２０を配置するだけなので、巻尺等を用いて距離測定を行う場合に比べて、安全、迅速、確実に検証作業を行うことができる。
【００８０】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００８１】
例えば、上述した実施形態では、検証用取得画像Ｖとして、２つの画像（Ｖ１，Ｖ２）を取得する場合について説明したが、これに限らない。
１つに検証用取得画像Ｖ内に、２つの距離計測用基準板１２０がふくまれていればよい。つまり、距離計測用基準板１２０を２つ用意して、踏切５０（監視エリアＡＲ）の最遠位置（隅５０Ｂ）と最近位置（隅５０Ｔ）のそれぞれに同時に距離計測用基準板１２０を配置する。そして、この状態を広角カメラ１１０で撮像するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】３次元レーザレーダ式監視装置１の概略構成を示す模式図である。
【図２】３次元レーザレーダ式監視装置１の設置例及び検知可能エリアを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の概略構成を示す模式図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は距離計測用基準板１２０を示す。
【図４】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００で用いられる座標系を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証方法の手順を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の設置状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】広角カメラ１１０の取得画像を示す図である。
【図９】広角カメラ１１０の取得画像（検証用取得画像）を示す図であって、（ａ）は踏切の奥側の隅に配置した距離計測用基準板を撮像した画像、（ｂ）は踏切の手前側の隅に配置した距離計測用基準板を撮像した画像を示す。
【図１０】検証用取得画像上の距離計測用基準板を特定する方法を説明する図である。
【図１１】距離計測用基準板１２０の姿勢検証方法を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…３次元レーザレーダ式監視装置
１０…レーザレーダ部
２０・・・監視装置本体
５０…踏切（所定領域）
５０Ｔ…隅（最近位置）
５０Ｂ…隅（最遠位置）
１００…レーザレーダ用設置位置検証装置
１１０…広角カメラ（撮像部）
１２０…距離計測用基準板（矩形基準板）
１３０…距離演算部（演算処理端末）
１３５…液晶画面（画像表示部）
Ｐ…設置候補位置
ＡＰ…検知可能エリア
ＡＲ…監視エリア（所定領域）
Ｗ…画角枠
Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）…検証用取得画像
Ｌ１…距離（第一距離）
Ｌ２…距離（第二距離）
Ｑ…較正パターン
ＱＡ〜ＱＤ…四隅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定領域に存在する物体を検知するレーザレーダの設置位置の検証を行うレーザレーダ用設置位置検証装置、検証方法及びプログラムに関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、踏切内を通過する物体を検知して、検知された物体が列車であるか否かを検知する検知装置及び検知方法が知られている。
この検知装置としては、光学方式、ループコイル方式、カメラ画像処理方式、水中走査レーザ方式が提案されている。
しかし、これらの方式に対しては、様々な問題点が挙げられている。すなわち、学方式の検知装置は、細い光軸を遮断するものは全て障害物として検知してしまう。ループコイル方式の検知装置は、ループコイル上の金属で発振周波数を所定値以上に変化させるものは全て障害物として検知してしまう。カメラ画像処理方式の検知装置は周囲の環境に影響されやすく、常時十分な性能を維持することができない。水平走査レーザ方式の検知装置では、凹凸の大きい踏切等での適用が困難である、等の問題が指摘されている。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決するために、特許文献１，２等に開示されるように、空中を伝搬するレーザを踏切内の物体に放射して、反射信号に基づいてその物体の方位情報と距離情報とを収集することによってその物体が踏切内の障害物であるか否かを判定するレーザレーダ装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１１８２４号公報
【特許文献２】特許第３８１２６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したレーザレーダ装置を踏切等に設置する場合には、レーザレーダ装置の画角（水平画角、垂直画角）内に踏切等の監視エリアが納まるような設置位置を選定する必要がある。
踏切がレーザレーダ装置の水平画角内に納まるか否かについては、踏切の地図情報に基づいて事前確認することができる。一方、垂直画角に納まるか否かについては、地図情報等が存在しないため事前確認ができず、現地確認を行っている。
【０００５】
現地確認は、レーザレーダ装置の設置候補位置から踏切（監視エリア）までの距離を巻尺等を用いて測定しているのが現状である。このため、交通量が多い踏切では、距離測定自体が困難であったり、危険を伴ったり、或いは夜間に測定しなければならない等の制約があるという問題がある。また、木の枝などの障害物で遮られるかどうかもわからない。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、所定領域に向けてレーザを走査照射して所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、レーザレーダの設置位置の検証を、安全、迅速、確実に行うことができる検証装置、検証方法及びプログラムを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザレーダ用設置位置検証装置、レーザレーダ用設置位置の検証方法及びレーザレーダ用設置位置検証装置用プログラムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【０００８】
第１の発明は、所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、前記レーザレーダの設置位置の検証を行う検証装置であって、前記レーザレーダの設置候補位置に配置されると共に前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部と、前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれにおいて前記撮像部に対して所定姿勢に配置されて前記撮像部により撮像される矩形基準板と、前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの第一距離（最長距離）・第二距離（最短距離）がそれぞれ求められるので、所定領域がレーザレーダの検出領域内に納まっているか否かを判断することが可能となる。
【００１０】
また、前記撮像部により撮像された画像を表示すると同時に、前記画像に前記３次元レーザレーダの画角を示す画角枠を重ねて表示する画像表示部を備えることを特徴とする。
これにより、撮像部により取得される画像内に、所定領域が納まっているか否かを、容易かつ確実に確認することができる。
【００１１】
また、前記距離演算部は、前記所定姿勢情報に基づいて前記撮像部と前記矩形基準板の相対位置姿勢関係を求めることを特徴とする。
これにより、レーザレーダの設置位置姿勢を求めることができる。
【００１２】
また、前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の四隅を選択する入力部を備え、前記距離演算部は、前記入力部からの入力情報に基づいて前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の各辺長さを求めることを特徴とする。
これにより、検証用取得画像上における矩形基準板を容易に特定することができ、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの最長距離・最短距離を確実に求めることができる。
【００１３】
また、前記距離演算部は、前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の四隅を、画像処理を含む演算処理により求める機能を有し、その演算結果に基づいて前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の各辺長さを求めることを特徴とする。
これにより、検証用取得画像上における矩形基準板を容易・確実・正確に特定することができ、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの最長距離・最短距離を求めることができる。
【００１４】
また、前記距離演算部は、前記検証用取得画像上において特定された前記矩形基準板の位置姿勢を検証する姿勢検証機能を有することを特徴とする。
これにより、矩形基準板の撮像部に対する姿勢（所定姿勢）が傾いていたり、検証用取得画像上における矩形基準板の四隅の選択位置にずれがあったりしても、これを検証するので、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの最長距離・最短距離をより正確に求めることができる。
【００１５】
また、前記距離演算部は、前記撮像部のレンズに起因する前記検証用取得画像の歪みを補正する歪み補正機能を有することを特徴とする。
これにより、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの最長距離・最短距離をより正確に求めることができる。
【００１６】
第２の発明は、所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、前記レーザレーダの設置位置の検証を行う検証方法であって、前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部を前記レーザレーダの設置候補位置に配置する工程と、前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれに、矩形基準板を前記撮像部に対して所定姿勢に配置して前記撮像部により撮像する工程と、前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの第一距離（最長距離）・第二距離（最短距離）がそれぞれ求められるので、所定領域がレーザレーダの検出領域内に納まっているか否かを判断することが可能となる。
【００１８】
第３の発明は、所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダの設置候補位置に配置されると共に前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部と、前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれにおいて前記撮像部に対して所定姿勢に配置されて前記撮像部により撮像される矩形基準板と、前記撮像部に接続された演算処理端末と、を備えるレーザレーダ用設置位置検証装置に、前記レーザレーダの設置位置の検証処理を実行させるためのプログラムであって、前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算処理を、前記演算処理端末に実行させることを特徴とする。
これにより、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの第一距離（最長距離）・第二距離（最短距離）がそれぞれ求められるので、所定領域がレーザレーダの検出領域内に納まっているか否かを判断することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明は、レーザレーダの設置候補位置から所定領域までの第一距離（最長距離）・第二距離（最短距離）をそれぞれ求めて、所定領域がレーザレーダの検出領域内に納まっているか否かを判断するので、設置候補位置の適否検証を容易かつ確実に行うことができる。
この際、現地においては、所定領域のうち設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれに矩形基準板を配置するだけなので、巻尺等を用いる場合に比べて、安全、迅速に距離測定（検証作業）を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るレーザレーダ用設置位置検証装置、レーザレーダ用設置位置の検証方法及びレーザレーダ用設置位置検証装置用プログラムの実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、３次元レーザレーダ式監視装置１の概略構成を示す模式図である。
図２は、３次元レーザレーダ式監視装置１の設置例及び検知可能エリアを示す平面図である。
【００２１】
図１に示すように、３次元レーザレーダ式監視装置１は、レーザレーダ部１０と監視装置本体２０とから構成される。
レーザレーダ部１０は、多面体ミラー１１、多面体ミラー１１を一定速度で回転駆動する主走査モータ１２、多面体ミラー１１を主走査モータ１２の回転軸に直交する方向に所定速度で揺動させる副走査モータ１３、レーザ光源１４、ハーフミラー１５、集光レンズ１６、受光器１７等を備える。
そして、レーザ光源１４から発せられたレーザパルス光を、ハーフミラー１５を介して多面体ミラー１１に照射することで、レーザパルス光を多面体ミラー１１の回転と傾きとに応じて監視エリアＡＲに照射する。また、監視エリアからのレーザパルス光の反射光を多面体ミラー１１から集光レンズ１６を介して受光器１７により受光検知するように構成されている。
【００２２】
すなわち、レーザレーダ部１０は、多面体ミラー１１の回転とその揺動とによってレーザパルス光の照射方向を主走査方向（ｘ１方向）に高速に偏向走査しながら、その走査面を副走査方向（ｙ方向）に偏向走査し、これによって図２に示すような監視エリアＡＲの全域を走査している。
そして、監視エリアＡＲに存在する種々の物体による反射光を、レーザパルス光の照射に同期して受光し、その受光タイミング（レーザパルス光の照射タイミングからその反射光の受光タイミングまでの経過時間）から物体（反射点）までの距離情報を求めることが可能となっている。
【００２３】
なお、レーザレーダ部１０による走査範囲は、例えば主走査（水平）方向に６０度（±３０度）、副走査（垂直）方向に３０度（±１５度）に設定されている。
またレーザレーダ部１０は、例えばその走査方向が０.１度変化する都度、レーザパルス光を照射し、その反射光を受光することで、合計［６００×３００］方位からの反射光の情報を順次検出するように設定されている。
【００２４】
監視装置本体２０は、例えばパーソナルコンピュータからなり、レーザレーダ部１０を用いて検出される反射光情報から、その反射点の空間座標を示す３次元レーダ情報を求める。
レーダ情報は、レーザ光源１４を駆動するレーザパルス走査回路（不図示）からの同期信号を受けてレーザパルス光の物体による反射光の受光タイミングを計測し、この計測時間を距離情報に変換し、更にこの距離情報を濃淡情報に変換する機能を備える。
【００２５】
なお、計測時間を直接的に濃淡情報に変換することも可能である。また、距離に応じて濃度を段階的に変化させる場合の他、距離に応じて色が段階的に変化させるようにしてもよい。
また、３次元レーダ情報をレーザレーダ画像として可視化する必要がない場合には、上述した濃淡変換等を行うことなく、反射光の受光タイミングの計測時間をそのままレーザパルス光の反射点の情報として用いることも可能である。
【００２６】
そして、３次元レーダ情報としてのレーザレーダ画像は、上述したようにして求められる濃淡情報（距離情報）をレーザパルス走査回路から求められる主走査角度および副走査角度の情報に従って、画像メモリ（不図示）上に順次マッピングしていくことにより作成される。
【００２７】
監視装置本体２０は、更に、３次元レーダ情報（レーザレーダ画像）から監視エリアＡＲ内に存在する物体を検出する物体検出機能を備える。
物体検出機能は、３次元レーダ情報からその空間座標が連続する所定数以上の反射点のまとまりを、或る大きさを有する１つの物体として認識し、その重心を物体位置として検出するものである。
【００２８】
そして、このような検出結果は、例えば、３次元レーダ情報を平面座標変換し、監視エリアＡＲを天空から見下ろした状態を示す平面監視画像として、モニタ２５上に画像表示される。
【００２９】
図２に示すように、３次元レーザレーダ式監視装置１（レーザレーダ部１０）は、踏切５０の近傍に設置される。
踏切５０（所定領域）は、鉄道線路５２と道路５４が地上（同一平面）で交わっている領域であって、道路の侵入口の両側にそれぞれ遮断機５６（計４台）が設けられている。
そして、レーザレーダ部１０は、踏切５０の四隅のいずれか近傍に配置されて、踏切５０を斜め方向から視野することで、踏切５０の全域を監視するように設定されている。つまり、踏切５０の全域（監視エリアＡＲ）がレーザレーダ部１０の検知可能エリアＡＰに含まれるように設置される。
【００３０】
上述したように、レーザレーダ部１０の監視可能エリア、すなわち画角は、水平方向（主走査方向）に６０度、垂直方向（副走査方向）に３０度に設定されている。
したがって、レーザレーダ部１０の水平画角（６０度）内に、踏切５０（監視エリアＡＲ）の四隅のうちレーザレーダ部１０から見て左右の隅５０Ｌ，５０Ｒが納まるように、レーザレーダ部１０を配置する必要がある。
また、レーザレーダ部１０の垂直画角（３０度）内に、踏切５０（監視エリアＡＲ）の四隅のうちレーザレーダ部１０から見て前後（前奥）の隅５０Ｔ，５０Ｂが納まるように、レーザレーダ部１０を配置する必要がある。
【００３１】
更に、レーザレーダ部１０は、地上から約５ｍの位置に配置された上で、測定距離が５ｍ〜３０ｍに設定されている。したがって、レーザレーダ部１０から前側の隅５０Ｔまでの距離（最短距離）が５ｍ以上、奥側の隅５０Ｂまでの距離（最長距離）が３０ｍ以内に納まるに、レーザレーダ部１０を配置する必要がある。
【００３２】
このように、レーザレーダ部１０の検知可能エリアＡＰ（画角、測定距離）を考慮して、レーザレーダ部１０の適切な位置姿勢を決定した上で、現地にて設置する必要がある。
レーザレーダ部１０の設置候補位置としては、踏切５０の地図情報に基づいて、予め机上にて検討することができる。しかし、机上検討できるのは、レーザレーダ部１０の水平画角内に、踏切５０（監視エリアＡＲ）が納まるか否かを大まかに行えるに過ぎない。また、木の枝などの障害物で遮られるかどうかもわからない。
【００３３】
したがって、レーザレーダ部１０の設置に先立って、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐと踏切５０（監視エリアＡＲ）との位置姿勢関係を、予め計測する必要がある。つまり、踏切５０の現地にて、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐと踏切５０（監視エリアＡＲ：隅５０Ｔ，５０Ｂ，５０Ｌ，５０Ｒ）との位置姿勢関係（水平画角、垂直画角、測定距離）を計測する。
【００３４】
以下、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐと踏切５０（監視エリアＡＲ）との位置姿勢関係を計測して、設置候補位置Ｐが適切な設置位置であるかを検証する装置及び方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の概略構成を示す模式図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は距離計測用基準板１２０を示す。
図４は、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の機能ブロック図である。
【００３５】
図３に示すように、レーザレーダ用設置位置検証装置１００は、広角カメラ１１０、距離計測用基準板１２０及び距離演算部１３０から構成される。
広角カメラ１１０は、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐに配置されると共にレーザレーダ部１０の画角と同一以上の画角を有して設置候補位置Ｐを含む画像を取得するものである。
広角カメラ１１０としては、いわゆるデジタルスチルカメラが用いられる。広角カメラ１１０は、例えば、水平方向に１５００画素以上、垂直方向に１０００画素以上の記録画素数を有している。
なお、ビデオカメラは用いることも可能である。ビデオカメラは、動画を撮影でき、画像の更新速度の点で適しているが、画素数が少なく、計測精度が不十分となってしまう虞がある。
また、広角カメラ１１０には、広角レンズが装着される。これにより、広角カメラ１１０の画角は、水平方向に６０度以上、垂直方法に３０度以上に設定されている。
そして、広角カメラ１１０は、不図示の三脚等を用いて、設置候補位置Ｐに配置される。
【００３６】
距離計測用基準板１２０（矩形基準板）は、監視エリアＡＲ（踏切５０）内に配置されて、監視エリアＡＲと共に広角カメラ１１０により撮像されるものである。
距離計測用基準板１２０は矩形の板状部材であって、その外縁（枠）に黒色の較正パターンＱが描かれている。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、距離計測用基準板１２０（較正パターンＱ）は、垂直長さが１２０５ｍｍ（１１６５ｍｍ）、水平長さが８５０ｍｍ（８１０ｍｍ）のＡ０サイズの長方形である。そして、距離計測用基準板１２０の上端（辺）が地上から１５００ｍｍに位置するようにスタンド１２５により支持可能となっている。
【００３７】
なお、距離計測用基準板１２０のサイズは、任意であって、例えば、垂直長さが８５０ｍｍ（８１０ｍｍ）、水平長さが６０５ｍｍ（５６５ｍｍ）のＡ１サイズの長方形であってもよい。この場合であっても、距離計測用基準板１２０の上端（辺）が地上から１５００ｍｍに位置するように支持可能となっている。監視エリアＡＲは、踏切５０の地上０ｍｍから１５００ｍｍの範囲内の立体的領域であって、この最大高さに内に距離計測用基準板１２０を納めるためである。
【００３８】
距離演算部１３０は、広角カメラ１１０により取得した距離計測用基準板１２０を含む画像（検証用取得画像）と距離計測用基準板１２０の形状（各辺の長さ）情報等とに基づいて、設置候補位置Ｐから監視エリアＡＲ（踏切５０）の隅５０Ｂまでの距離Ｌ１（最長距離：第一距離）と、隅５０Ｔまでの距離Ｌ２（最短距離：第二距離）を演算処理により求めるものである。
つまり、距離演算部１３０は、設置候補位置Ｐが適切な設置位置であるかを検証するために、監視エリアＡＲ（踏切５０）内に配置した距離計測用基準板１２０の画像（検証用取得画像）に基づいて、各種演算処理を行って、設置候補位置Ｐと監視エリアＡＲ（踏切５０）との位置姿勢関係を計測する。
【００３９】
距離演算部１３０としては、例えばパーソナルコンピュータが用いられ、広角カメラ１１０とＵＳＢケーブル等により接続される。
これにより、距離演算部１３０は、広角カメラ１１０を遠隔操作したり、広角カメラ１１０により撮影された設置候補位置Ｐを含む画像（検証用取得画像）を取得したりすることが可能となっている。
【００４０】
図４に示すように、レーザレーダ用設置位置検証装置１００は、距離演算部１３０内に格納されたカメラ遠隔操作ソフトウエア、画角確認・測距ソフトウエア、測距計算ライブラリを備えている。
【００４１】
カメラ遠隔操作ソフトウエアは、広角カメラ１１０を遠隔操作する機能を有する。また、広角カメラ１１０から連続的に撮影した画像データを取り込み、画像ファイルとして、パーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）の上のハードディスクに保存する。
【００４２】
画角確認・測距ソフトウエアは、画角判定および距離測定（測距）を行う機能を有する。また、ハードディスク上の画像ファイルを読み出し、パーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）上の液晶画面１３５（画像表示部）に表示する機能を有する。
更に、検知可能エリアＡＰの画像上への重畳表示、距離計測用基準板１２０までの距離Ｌ１,Ｌ２、および広角カメラ１１０の位置、姿勢を液晶画面１３５上に表示する。
【００４３】
測距計算ライブラリは、画角確認・測距ソフトウエア内に組み込まれるライブラリとして提供され、画像の歪み除去、距離計測用基準板１２０の画面上での位置から距離計測用基準板１２０までの距離、広角カメラ１１０の位置・姿勢を算出する機能を有する。
【００４４】
図５は、レーザレーダ用設置位置検証装置１００で用いられる座標系を示す図である。
画像座標系は、画像平面上での２次元の座標系を表す。
カメラローカル座標系は、広角カメラ１１０の仮想中心を原点とする３次元の直行座標系を表す。広角カメラ１１０にとっての右手方向をＸｃ、下向き方向をＹｃ、奥行き方向をＺｃとする。Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ軸を中心とした回転角度をそれぞれ、ロール角，ピッチ角，ヨー角と呼ぶ。
地上座標系は、広角カメラ１１０の設置候補位置Ｐの足元（地上）を原点とする３次元の直交座標系を表す。広角カメラ１１０にとっての右手方向をｘｃ、奥行き方向をｙｃ、鉛直上向き方向をｚｃで表す。
較正パターン座標系は、距離計測用基準板１２０上の既知寸法の長方形を較正パターンＱとして用いる。較正パターン座標系は、較正パターンＱの中心を原点とし、較正パターンＱの水平の辺の方向をＸｍ、垂直の辺の方向をＹｍおよび較正パターンの平面に直交する方向をＺｍとした座標系を表す。
【００４５】
長方形平板をカメラで撮影した場合、カメラと長方形平板との距離や配置に応じて、カメラで撮影した長方形の画像上での見かけの形状、大きさが変化する。長方形平板の大きさが既知であれば、カメラから長方形平板までの距離を求めることができる。
レーザレーダ用設置位置検証装置１００では、この計測原理を利用して、広角カメラ１１０（設置候補位置Ｐ）から距離計測用基準板１２０までの距離を演算処理により求める。なお、距離計測用基準板１２０の形状・各辺長さは、上述したように、既知である。
【００４６】
以下に、計測原理の詳細を説明する。
距離計測用基準板１２０の頂点ｋ （ｋ＝１〜４）の画像平面上（画像座標系）の座標値（ｘｉ[ｋ]）と、三次元空間（較正パターン座標系）での座標値（Ｘｍ[ｋ]）との関係は、式（１）により表される。
【００４７】
【数１】
【００４８】
ここで、行列Ｐは広角カメラ１１０の射影変換行列であり、事前に広角カメラ１１０のキャリブレーションを行うことによって求まる既知の３×３行列である。
スカラー値ｈ[ｋ]は、広角カメラ１１０の光軸方向の距離である奥行き情報を表す未知数である。
回転行列Ｒと並進ベクトルｔは、それぞれ広角カメラ１１０に対する長方形の位置と姿勢を表すものであり、回転行列Ｒは３つの回転角θｘ，θｙ，θｚで各成分を表すことができ、並進ベクトルｔは３つの成分ｔｘ，ｔｙ，ｔｚで表すことができるので、計６つの未知数からなる。
【００４９】
三次元空間での座標値（Ｘｍ[ｋ]，（ｋ＝１〜４））は、距離計測用基準板１２０の各辺長さ（幅・高さ）が既知の値である。
また、画像平面上の座標値（ｘｉ[ｋ]，（ｋ＝１〜４））は、計測によって求められる既知の値である。
よって、未知数は、ｈ[ｋ] （ｋ＝１〜４）、θｘ、θｙ、θｚ、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚの計１０個であり、式（１）の計１２個（４頂点のそれぞれに対して、３つの座標に関する方程式がある。）の方程式を使用した収束計算によって、これらの未知数を求めることができる。
既知の寸法の長方形平板（距離計測用基準板１２０）を用いることによって、最終的に、奥行き情報（ｈ[ｋ] （ｋ＝１〜４））から、広角カメラ１１０と距離計測用基準板１２０との間の距離が求まる。
【００５０】
なお、未知数が１０個に対して方程式の個数が１２個と冗長であるため、画像平面上の座標値（ｘｉ[ｋ] （ｋ＝１〜４））の計測値に誤差が含まれている場合、１２個の方程式全てを満たす未知数を求めることができないが、近似解は得られるので支障はない。
【００５１】
レーザレーダ用設置位置検証装置１００では、広角カメラ１１０に広角レンズを使用しているため、レンズ歪が大きく、広角カメラ１１０で撮影した生画像は、歪んだものとなる。そこで、計測精度を向上させるためにレンズ歪みの補正が必要となる。
【００５２】
以下に、レンズ歪みの補正方法について示す。
レンズの歪み補正前および歪み補正後の画像上（画像座標系）での位置をそれぞれ（ｘ，ｙ）、（ｘ’，ｙ’）とし、ｘ方向およびｙ方向の歪みの大きさを△ｘ、△ｙとすると、歪補正前後の座標値は、行列Ｐの成分を用いて、式（２）で与えられる。
【００５３】
【数２】
【００５４】
このとき、△ｘ、△ｙを歪み係数ｐ１，ｐ２，ｋ１，ｋ２を用いて、式（３）で表す。
【００５５】
【数３】
【００５６】
レンズ歪を補正するためには、事前に既知寸法の格子パターン（例えば市松模様）を撮影し、各格子の頂点の位置を上述の（ｘ，ｙ）とみなし、式（２）、（３）で得られる（ｘ’，ｙ’）が格子状になるように、最小２乗法によって未知数である行列Ｐの各成分、および歪み係数ｐ１，ｐ２，ｋ１，ｋ２を求める。
このようにして、レンズの歪み補正後の画像上（画像座標系）での位置（ｘ’，ｙ’）を求める。
【００５７】
図６は、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証方法の手順を示す図である。
図７は、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の設置状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図８は、広角カメラ１１０の取得画像を示す図である。
図９は、広角カメラ１１０の取得画像（検証用取得画像）を示す図であって、（ａ）は踏切の奥側の隅に配置した距離計測用基準板を撮像した画像、（ｂ）は踏切の手前側の隅に配置した距離計測用基準板を撮像した画像を示す。
図１０は、検証用取得画像上の距離計測用基準板を特定する方法を説明する図である。
【００５８】
図６に示すように、レーザレーダ用設置位置検証方法は、広角カメラ１１０をレーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐに配置する第一工程（ステップＳ１）、監視エリアＡＲのうち設置候補位置Ｐからの最遠位置と最近位置のそれぞれに距離計測用基準板１２０を配置して広角カメラ１１０により撮像して検証用取得画像を取得する第二工程（ステップＳ２）、検証用取得画像のレンズ歪みを補正する第三工程（ステップＳ３）、検証用取得画像上において距離計測用基準板１２０を特定する第四工程（ステップＳ４）、検証用取得画像と距離計測用基準板１２０の形状（各辺長さ）情報基づいて設置候補位置Ｐから最遠位置までの距離及び最近位置までの距離を求める第五工程（ステップＳ５）を行うものである。
以下、工程順に説明する。
【００５９】
（第一工程）
上述したように、広角カメラ１１０は、レーザレーダ部１０よりも広い画角（水平方向６０度以上、垂直方法３０度以上）に設定されている。このため、図７に示すように、予め机上検討にて選定されたレーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐに、広角カメラ１１０を配置すると、広角カメラ１１０により、レーザレーダ部１０の監視エリアＡＲである踏切５０の全領域は勿論、更に検知可能エリアＡＰを含む画像を取得することが可能である。
【００６０】
図８に示すように、距離演算部１３０の液晶画面１３５に表示される広角カメラ１１０の画像（動画等）には、画角確認・測距ソフトウエアの処理により、検知可能エリアＡＰを示す枠（すなわちレーザレーダ部１０の画角を示す画角枠Ｗ）が重ねて表示される。
なお、広角カメラ１１０の画角（画像）とレーザレーダ部１０の画角（画角枠Ｗ）との相対関係は、上述したキャリブレーションにより予め求められている。そして、画角枠Ｗは、広角カメラ１１０の画角（画像）とレーザレーダ部１０の画角のそれぞれの中心が一致する位置に表示される。
【００６１】
このため、レーザレーダ用設置位置検証装置１００の操作者は、まず、設置候補位置Ｐに配置された広角カメラ１１０の取得画像から、レーザレーダ部１０の検知可能エリアＡＰ（つまり画角枠Ｗ）内に、監視エリアＡＲである踏切５０の全領域が含まれているか否かを目視判断する。
広角カメラ１１０が設置候補位置Ｐに正しく配置されていれば、画角枠Ｗ内に踏切５０の全領域（監視エリアＡＲ）が含まれているはずである。したがって、もし、画角枠Ｗ内に踏切５０の全領域が含まれていない場合には、広角カメラ１１０の設置高さ、姿勢の調整を行う。
【００６２】
（第二工程）
次に、広角カメラ１１０から踏切５０までの距離計測を行うための、検証用取得画像Ｖを取得する。
具体的には、監視エリアＡＲである踏切５０の四隅（隅５０Ｔ，５０Ｂ，５０Ｌ，５０Ｒ）のうち、手前側の隅５０Ｔと奥側の隅５０Ｂに、それぞれ距離計測用基準板１２０に配置して、距離計測用基準板１２０を含む静止画像（検証用取得画像Ｖ）を広角カメラ１１０により取得（撮像）する。
【００６３】
なお、隅５０Ｔ，５０Ｂに配置される距離計測用基準板１２０は、広角カメラ１１０に対して、正対する（真正面を向く）ように配置される。また、距離計測用基準板１２０は、垂直（地面（水平面）に対して直角）に配置される。上述した計測原理に基づく演算処理の誤差を小さくするためである。
【００６４】
距離計測用基準板１２０を含む検証用取得画像Ｖとして、２つの画像を取得する。
まず、図９（ａ）に示すように、踏切５０の奥側の隅５０Ｂに距離計測用基準板１２０が配置した上で、広角カメラ１１０により静止画像を撮像する。これにより、設置候補位置Ｐから踏切５０の奥側の隅５０Ｂまでの距離Ｌ１（最長距離）を計測するため画像（検証用取得画像Ｖ１）が取得される。
次いで、図９（ｂ）に示すように、踏切５０の手前側の隅５０Ｔに距離計測用基準板１２０が配置した上で、広角カメラ１１０により静止画像を撮像する。これにより、設置候補位置Ｐから踏切５０の手前側の隅５０Ｔまでの距離Ｌ２（最短距離）を計測するため画像（検証用取得画像Ｖ２）が取得される。
そして、検証用取得画像Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）は、一旦、パーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）のメモリに、画像ファイルとして保存される。
【００６５】
（第三工程）
なお、検証用取得画像Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）をパーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）のメモリに保存する際に、検証用取得画像Ｖのレンズ歪み補正を行うのが好ましい。レンズ歪み補正の原理・方法は、上述した通りである。
【００６６】
（第四工程）
次に、検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２における距離計測用基準板１２０の位置（画像座標系）を特定する。
具体的には、図１０（ａ）に示すように、検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ液晶画面１３５上に拡大表示し、液晶画面１３５上に重ねて表示されたカーソル（ポインタ）を検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２上の距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤに移動し、不図示のマウス（入力部）をクリック（操作）することで、四隅ＱＡ〜ＱＤ（４箇所）を選択する。
こうして、検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２における距離計測用基準板１２０の位置（画像座標系）が特定される。
【００６７】
（第五工程）
そして、距離計測用基準板１２０（四隅ＱＡ〜ＱＤ）の位置が特定されると、距離演算部１３０は、距離演算部１３０の画角確認・測距ソフトウエアを用いて、検証用取得画像Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）に基づいて、設置候補位置Ｐから隅５０Ｂまでの距離Ｌ１と手前側の隅５０Ｔまでの距離Ｌ２をそれぞれ求める。
この演算結果（距離Ｌ１，Ｌ２）は、図１０（ｂ）に示すように、液晶画面１３５上に表示される。
【００６８】
距離Ｌ１を求める演算処理と、距離Ｌ２を求める演算処理は、別々に行われる。
まず、液晶画面１３５上に検証用取得画像Ｖ１を表示した上で、距離Ｌ１を求め、その演算結果をメモリに保存する。次いで、液晶画面１３５上に検証用取得画像Ｖ２を表示した上で、距離Ｌ２を求め、その演算結果をメモリに保存する。
なお、距離Ｌ１，Ｌ２の演算の順序は、任意である。
【００６９】
また、Ｌ１，Ｌ２の演算処理により、広角カメラ１１０からみた距離計測用基準板１２０の位置姿勢も併せて求められる。言い換えると、隅５０Ｂ，隅５０Ｔのそれぞれから見た広角カメラ１１０の位置姿勢が併せて求められる。
この演算結果は、距離Ｌ１，Ｌ２と同時に、液晶画面１３５上に表示される。
【００７０】
このように、レーザレーダ用設置位置検証装置１００により、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐから監視エリアＡＲの奥側の隅５０Ｂ（最遠位置）までの距離Ｌ１（最長距離）と手前側の隅５０Ｔまでの距離Ｌ２（最短距離）を求めることで、レーザレーダ部１０により監視エリアＡＲに存在する物体の検出が可能であるか否かを確認することが可能となる。
言い換えれば、レーザレーダ部１０により監視エリアＡＲの監視を行うために、レーザレーダ部１０の設置位置として設置候補位置Ｐが適しているか否かを確認することができる
【００７１】
すなわち、パーソナルコンピュータ（距離演算部１３０）の液晶画面１３５に、設置候補位置Ｐに配置した広角カメラ１１０の画像が表示され、この画像に対して検知可能エリアＡＰを示す枠（すなわちレーザレーダ部１０の画角を示す画角枠Ｗ）を重ねて表示しているので、監視エリアＡＲがレーダレーザ部１０の画角内に納まるか否かを目視により簡単に確認することができる。
更に、監視エリアＡＲのうち設置候補位置Ｐからの最遠位置（隅５０Ｂ）までの距離Ｌ１と最近位置（隅５０Ｔ）までの距離Ｌ２とを求めることで、監視エリアＡＲがレーダレーザ部１０の測定可能距離（５ｍ〜３０ｍ）内に納まっているか否かを簡単に確認することができる。
このように、監視エリアＡＲがレーダレーザ部１０の画角内で、かつ測定可能距離内に納まっていれば、この時の設置候補位置Ｐは、レーザレーダ部１０の設置位置として適していると判断される。
【００７２】
そして、設置候補位置Ｐがレーザレーダ部１０の設置位置として適していると判断した場合には、設置候補位置Ｐにレーザレーダ部１０を広角カメラ１１０と同一姿勢で設置すればよい。これにより、レーザレーダ部１０により、踏切５０（監視エリアＡＲ）の物体を確実に検出することができる。
一方、設置候補位置Ｐがレーザレーダ部１０の設置位置として適していないと判断した場合には、他の設置候補位置Ｐ２，Ｐ３等に広角カメラ１１０を配置して、上述したのと同一の検証方法を再び実施して、最適な設置位置を選定する。
【００７３】
なお、第四工程では、レーザレーダ用設置位置検証装置１００の操作者が、液晶画面１３５に表示された検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２上に重ねて表示されたカーソル（ポインタ）を距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤに移動して選択（マウスをクリック）しているので、特定した位置（四隅ＱＡ〜ＱＤ）に誤差が生じやすい。
そこで、以下の方法により、距離計測用基準板１２０の姿勢を検証するようにしてもよい。
【００７４】
図１１は、距離計測用基準板１２０の姿勢検証方法を示す図である。
図１１（ａ）に示すように、距離計測用基準板１２０の画像上（画像座標系）の座標をａ，ｂ，ｃ，ｄと表す。また広角カメラ１１０の位置をｅと表す。
三角形ａｂｅの法線ｎ１は、ベクトルｅａとベクトルｅｂの外積により求めることができる。三角形ｃｄｅの法線ｎ２も同様に求めることができる。
【００７５】
図１１（ｂ）に示すように、距離計測用基準板１２０の辺を表すベクトルｕ１，ｕ２と表す。
このとき、法線ｎ１とベクトルｕ１は垂直、かつ、法線ｎ２とベクトルｕ１は垂直である。よって、法線ｎ１と法線ｎ２の外積からベクトルｕ１を求めることができる。ベクトルｕ２についても同様に求めることができる。
【００７６】
距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤの特定が正確であれば、ベクトルｕ１とベクトルｕ１のなす角は、９０°となるはずである。しかし、特定に誤差が含まれていれば、なす角は９０°とはならない。
したがって、ベクトルｕ１とベクトルｕ１のなす角が９０°であるか否かを確認することで、距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤを正確に特定できたか否かを検証することができる。
【００７７】
距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤの特定が不正確（誤差が含まれる）と判断した場合には、再度、四隅ＱＡ〜ＱＤの特定を行えばよい。検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２の距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤにカーソル（ポインタ）移動して選択し直せばよい。
また、複数回繰り返しても、四隅ＱＡ〜ＱＤの特定が不正確な場合には、距離計測用基準板１２０の設置姿勢がそもそも不正確（広角カメラ１１０に対して正対していない）な場合がある。そこで、距離計測用基準板１２０の姿勢を修正して、再度、検証用取得画像Ｖを取得すればよい。
【００７８】
または、検証用取得画像Ｖ１，Ｖ２上の距離計測用基準板１２０の四隅ＱＡ〜ＱＤを画像処理により抽出し、その四隅ＱＡ〜ＱＤに対して最小自乗法等を用いて４つの直線をフィッティングする。そして、４つの直線の交点から、計算上の四隅ＱＡ〜ＱＤを求める。
この方法によれば、マウス等を用いて特定した四隅ＱＡ〜ＱＤの位置のいずれかに、大きな誤差が含まれている場合に、その誤差を好適に補正することができる。
【００７９】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００によれば、レーザレーダ部１０の設置候補位置Ｐの適否検証を容易かつ確実に行うことができる。
この際、現地においては、踏切５０（監視エリアＡＲ）のうち設置候補位置Ｐからの最遠位置（隅５０Ｂ）と最近位置（隅５０Ｔ）のそれぞれに距離計測用基準板１２０を配置するだけなので、巻尺等を用いて距離測定を行う場合に比べて、安全、迅速、確実に検証作業を行うことができる。
【００８０】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００８１】
例えば、上述した実施形態では、検証用取得画像Ｖとして、２つの画像（Ｖ１，Ｖ２）を取得する場合について説明したが、これに限らない。
１つに検証用取得画像Ｖ内に、２つの距離計測用基準板１２０がふくまれていればよい。つまり、距離計測用基準板１２０を２つ用意して、踏切５０（監視エリアＡＲ）の最遠位置（隅５０Ｂ）と最近位置（隅５０Ｔ）のそれぞれに同時に距離計測用基準板１２０を配置する。そして、この状態を広角カメラ１１０で撮像するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】３次元レーザレーダ式監視装置１の概略構成を示す模式図である。
【図２】３次元レーザレーダ式監視装置１の設置例及び検知可能エリアを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の概略構成を示す模式図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は距離計測用基準板１２０を示す。
【図４】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００で用いられる座標系を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証方法の手順を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るレーザレーダ用設置位置検証装置１００の設置状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】広角カメラ１１０の取得画像を示す図である。
【図９】広角カメラ１１０の取得画像（検証用取得画像）を示す図であって、（ａ）は踏切の奥側の隅に配置した距離計測用基準板を撮像した画像、（ｂ）は踏切の手前側の隅に配置した距離計測用基準板を撮像した画像を示す。
【図１０】検証用取得画像上の距離計測用基準板を特定する方法を説明する図である。
【図１１】距離計測用基準板１２０の姿勢検証方法を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…３次元レーザレーダ式監視装置
１０…レーザレーダ部
２０・・・監視装置本体
５０…踏切（所定領域）
５０Ｔ…隅（最近位置）
５０Ｂ…隅（最遠位置）
１００…レーザレーダ用設置位置検証装置
１１０…広角カメラ（撮像部）
１２０…距離計測用基準板（矩形基準板）
１３０…距離演算部（演算処理端末）
１３５…液晶画面（画像表示部）
Ｐ…設置候補位置
ＡＰ…検知可能エリア
ＡＲ…監視エリア（所定領域）
Ｗ…画角枠
Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）…検証用取得画像
Ｌ１…距離（第一距離）
Ｌ２…距離（第二距離）
Ｑ…較正パターン
ＱＡ〜ＱＤ…四隅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、前記レーザレーダの設置位置の検証を行う検証装置であって、
前記レーザレーダの設置候補位置に配置されると共に前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部と、
前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれにおいて前記撮像部に対して所定姿勢に配置されて前記撮像部により撮像される矩形基準板と、
前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算部と、
を備えることを特徴とするレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項２】
前記撮像部により撮像された画像を表示すると同時に、前記画像に前記３次元レーザレーダの画角を示す画角枠を重ねて表示する画像表示部を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項３】
前記距離演算部は、前記所定姿勢情報に基づいて前記撮像部と前記矩形基準板の相対位置姿勢関係を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項４】
前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の四隅を選択する入力部を備え、
前記距離演算部は、前記入力部からの入力情報に基づいて前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の各辺長さを求めることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項５】
前記距離演算部は、前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の四隅を、画像処理を含む演算処理により求める機能を有し、その演算結果に基づいて前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の各辺長さを求めることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項６】
前記距離演算部は、前記検証用取得画像上において特定された前記矩形基準板の位置姿勢を検証する姿勢検証機能を有することを特徴とする請求項３から請求項５のうちいずれか一項に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項７】
前記距離演算部は、前記撮像部のレンズに起因する前記検証用取得画像の歪みを補正する歪み補正機能を有することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項８】
所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、前記レーザレーダの設置位置の検証を行う検証方法であって、
前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部を前記レーザレーダの設置候補位置に配置する工程と、
前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれに、矩形基準板を前記撮像部に対して所定姿勢に配置して前記撮像部により撮像する工程と、
前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算工程と、
を有することを特徴とするレーザレーダ用設置位置の検証方法。
【請求項９】
所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダの設置候補位置に配置されると共に前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部と、
前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれにおいて前記撮像部に対して所定姿勢に配置されて前記撮像部により撮像される矩形基準板と、
前記撮像部に接続された演算処理端末と、
を備えるレーザレーダ用設置位置検証装置に、前記レーザレーダの設置位置の検証処理を実行させるためのプログラムであって、
前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算処理を、
前記演算処理端末に実行させることを特徴とするレーザレーダ用設置位置検証装置用プログラム。
【請求項１】
所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、前記レーザレーダの設置位置の検証を行う検証装置であって、
前記レーザレーダの設置候補位置に配置されると共に前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部と、
前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれにおいて前記撮像部に対して所定姿勢に配置されて前記撮像部により撮像される矩形基準板と、
前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算部と、
を備えることを特徴とするレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項２】
前記撮像部により撮像された画像を表示すると同時に、前記画像に前記３次元レーザレーダの画角を示す画角枠を重ねて表示する画像表示部を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項３】
前記距離演算部は、前記所定姿勢情報に基づいて前記撮像部と前記矩形基準板の相対位置姿勢関係を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項４】
前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の四隅を選択する入力部を備え、
前記距離演算部は、前記入力部からの入力情報に基づいて前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の各辺長さを求めることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項５】
前記距離演算部は、前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の四隅を、画像処理を含む演算処理により求める機能を有し、その演算結果に基づいて前記検証用取得画像上における前記矩形基準板の各辺長さを求めることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項６】
前記距離演算部は、前記検証用取得画像上において特定された前記矩形基準板の位置姿勢を検証する姿勢検証機能を有することを特徴とする請求項３から請求項５のうちいずれか一項に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項７】
前記距離演算部は、前記撮像部のレンズに起因する前記検証用取得画像の歪みを補正する歪み補正機能を有することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のレーザレーダ用設置位置検証装置。
【請求項８】
所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダを設置するに先立って、前記レーザレーダの設置位置の検証を行う検証方法であって、
前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部を前記レーザレーダの設置候補位置に配置する工程と、
前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれに、矩形基準板を前記撮像部に対して所定姿勢に配置して前記撮像部により撮像する工程と、
前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算工程と、
を有することを特徴とするレーザレーダ用設置位置の検証方法。
【請求項９】
所定領域に向けてレーザを走査照射して検知される距離情報とその走査情報とから前記所定領域に存在する物体を検知する３次元レーザレーダの設置候補位置に配置されると共に前記レーザレーダの画角と同一以上の画角を有して前記所定領域を含む画像を取得する撮像部と、
前記所定領域のうち前記設置候補位置からの最遠位置と最近位置のそれぞれにおいて前記撮像部に対して所定姿勢に配置されて前記撮像部により撮像される矩形基準板と、
前記撮像部に接続された演算処理端末と、
を備えるレーザレーダ用設置位置検証装置に、前記レーザレーダの設置位置の検証処理を実行させるためのプログラムであって、
前記撮像部により取得した前記矩形基準板を含む検証用取得画像と前記矩形基準板の形状情報に基づいて前記設置候補位置から前記最遠位置までの第一距離及び前記設置候補位置から前記最近位置までの第二距離を求める距離演算処理を、
前記演算処理端末に実行させることを特徴とするレーザレーダ用設置位置検証装置用プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１１７２１１（Ｐ２０１０−１１７２１１Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８９７８１（Ｐ２００８−２８９７８１）
【出願日】平成２０年１１月１２日（２００８．１１．１２）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１２日（２００８．１１．１２）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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