植生検出装置及び植生検出方法
【課題】座標変換などのシステムの統合を容易にし、またコストや物理的サイズも抑え、夜間など暗い環境にも対応する植生検出装置を提供する。
【解決手段】植物の葉で吸収されにくい波長の第１の３次元レーザレーダ２１と、吸収されやすい波長の第２の３次元レーザレーダ２２とから出力された計測値（距離、角度、反射率）を取得する第１及び第２の３次元点群取得部１１及び１２と、第１の３次元レーザレーダ２１による第１の計測点と、その第１の計測点に最も近い第２の３次元レーザレーダ２２による第２の計測点とを対応づける対応付け部１６と、対応づけられた第１及び第２の計測点について、第１の計測点の反射率と第２の計測点の反射率との比を求める反射率比算出部１５と、反射率の比に基づいて互いに対応づけられた計測点が植物か否かを判定する判定部１７とを備えている。
【解決手段】植物の葉で吸収されにくい波長の第１の３次元レーザレーダ２１と、吸収されやすい波長の第２の３次元レーザレーダ２２とから出力された計測値（距離、角度、反射率）を取得する第１及び第２の３次元点群取得部１１及び１２と、第１の３次元レーザレーダ２１による第１の計測点と、その第１の計測点に最も近い第２の３次元レーザレーダ２２による第２の計測点とを対応づける対応付け部１６と、対応づけられた第１及び第２の計測点について、第１の計測点の反射率と第２の計測点の反射率との比を求める反射率比算出部１５と、反射率の比に基づいて互いに対応づけられた計測点が植物か否かを判定する判定部１７とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上用無人車などに搭載して走行領域における植生の有無を検出する際などに用いて好適な植生検出装置及び植生検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上用無人車などに未舗装路を走行させる場合、走行可能領域を自動で検出させる際には、例えばカメラ撮影などで立体物を検知したときに、その立体物が植物であるか否かを検出することが必要となることがある。それが植物であれば、踏み分けて進むことができる場合があるからである。
【０００３】
植物を検出する方法の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されている植生検出装置では、２つのカメラで、植物の葉で吸収される波長の光と吸収されない波長の光とを用いて撮像対象を撮像し、その２つの波長の輝度（反射率）の比から植物であるか否かを判別するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４４６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている検出方法では、対象となる植物の画像上での位置を知ることはできる。しかし、その植物までの距離は分からない。そのため、例えば背の高い植物が立っている場合と、画像の奥方向に植物が伸びている場合などとの見分けがつきにくい。
【０００６】
一方、例えば、植物までの距離を計測するために、３次元レーザレーダを追加することが考えられる。しかし、その場合、レーザレーダとカメラ２台の計３台のセンサが必要になるため、座標変換などのためにシステムの統合が難しく、またコストや物理的サイズも増大する。また、カメラを使った方法では夜間など暗い環境での計測が難しい。
【０００７】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、座標変換などの処理負担を軽減することでシステムの統合を容易にし、またコストや物理的サイズも抑えることができ、さらに夜間など暗い環境にも対応することができる植生検出装置及び植生検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを用いる第１の３次元レーザレーダと、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを用いる第２の３次元レーザレーダとから出力された計測値であって、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された複数の計測値に基づいて、前記第１の３次元レーザレーダによる第１の計測点と、該第１の計測点に最も近い位置を持つ前記第２の３次元レーザレーダによる第２の計測点とを対応づける対応付け手段と、前記対応付け手段によって互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点について、該第１の計測点の反射率と該第２の計測点の反射率との比を求める反射率比算出手段と、前記反射率比算出手段によって算出された反射率の比に基づいて、前記対応付け手段によって互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点が植物か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の植生検出装置では、植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを用いる第１の３次元レーザレーダと、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを用いる第２の３次元レーザレーダとから出力された計測値を用いて植生検出を行うようにした。そのため、植物か否かの検出と植物までの距離とを、２台の３次元レーザレーダ、つまり２台のセンサを用いて知ることができる。すなわち、植物か否かの検出と植物までの距離の把握とが、２台のセンサで行うことができるのであり、３台のセンサを使う場合に比べてシステムの統合が容易になる。よって、コストやサイズを抑えることができる。また、自ら投光するレーザレーダを使うため、暗い環境でも問題なく使える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１の植生検出装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ２における処理を説明するための模式図である。
【図４】図２のステップＳ３における処理を説明するための模式図である。
【図５】図２のステップＳ４における処理を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態としての植生検出装置１の構成を示すブロック図である。図１に示す植生検出装置１は、第１の３次元点群取得部１１、第２の３次元点群取得部１２、位置検出部１３、座標算出部１４、反射率比算出部１５、対応付け部１６、判定部１７及び記憶部１８を備えている。図１に示す植生検出装置１は、地上用無人車１００に搭載されていて、同じく地上用無人車１００に搭載されている第１の３次元レーザレーダ２１と第２の３次元レーザレーダ２２とに接続されている。
【００１２】
第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、所定の波長のレーザを利用して、対象物までの距離及び３次元の方向を計測する装置である。なお、以下では、対象物においてレーザの反射点となる点を、計測点と呼ぶこととする。第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、所定の時間間隔で、方向（すなわち水平方向の角度と垂直方向の角度）を所定間隔で変化させながら所定の波長のレーザをパルス状に送信する。そして、計測点からの反射波を受信することで、計測点までの距離及び３次元の方向と、計測点での電磁波の反射率を検知する。第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、検知した各計測点までの距離と角度と反射率とを表すデータを、計測値として計測点毎に順次出力する。
【００１３】
本実施形態では、第１の３次元レーザレーダ２１が、植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを使用し、第２の３次元レーザレーダ２２が、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを使用する。第１の３次元レーザレーダ２１が使用する植物の葉で吸収されにくい波長のレーザは、例えば近赤外レーザであり、具体的には８００〜１３００ｎｍのうちの幅５０ｎｍ以上の帯域を有するものであるとする。第２の３次元レーザレーダ２２が使用する植物の葉で吸収されやすい波長のレーザは、例えば赤色レーザであり、具体的にはクロロフィル吸収波長帯６００〜７００ｎｍのうちの幅５０ｎｍ以上の帯域を有するものであるとする。
【００１４】
第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、ともに地上用無人車１００の前方を向いて、互いに近接するように地上用無人車１００に搭載されているものとする。また、第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、所定の同期用の信号を用いることで、レーザの送信方向及び送信時刻が互いに一致するように動作するものとする。
【００１５】
植生検出装置１は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、主記憶装置、補助記憶装置、周辺装置や周辺装置の制御装置などを備えて構成されていて、補助記憶装置に格納されている所定のプログラムを実行することで所定の機能を実現する。図１では、植生検出装置１を表すブロック内に、植生検出装置１が実現する各機能をブロックに分けて表している。以下、図２〜図５を参照して、図１に示す植生検出装置１の各ブロックに係る構成や動作について説明する。
【００１６】
第１の３次元点群取得部１１は、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を第１の３次元レーザレーダ２１から順次、取得する。第１の３次元点群取得部１１は、取得した計測値を所定の形式のデータに変換した後、座標算出部１４に対して出力する。
【００１７】
第２の３次元点群取得部１２は、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を第２の３次元レーザレーダ２２から順次、取得する。第２の３次元点群取得部１２は、取得した計測値を所定の形式のデータに変換した後、座標算出部１４に対して出力する。
【００１８】
すなわち、第１の３次元点群取得部１１及び第２の３次元点群取得部１２は、第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測値（距離、角度、反射率を表すもの）をそれぞれ取得する（図２のステップＳ１）。
【００１９】
座標算出部１４は、以下のようにして、第１の３次元点群取得部１１及び第２の３次元点群取得部１２が取得した各計測点の３次元極座標における各座標値を、共通の３次元直交座標における各座標値に変換する（図２のステップＳ２）。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、座標算出部１４が、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂの３次元極座標における各座標値（ｒａ、φａ、θａ）及び（ｒｂ、φｂ、θｂ）を、共通の３次元直交座標Ｃにおける座標値（ｘｃａ、ｙｃａ、ｚｃａ）及び（ｘｃｂ、ｙｃｂ、ｚｃｂ）に変換する例について説明する。
【００２１】
図３（ａ）は、地上用無人車１００並びに第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２と、第１の３次元レーザレーダ２１による計測点Ｐａ及び第２の３次元レーザレーダ２２による計測点Ｐｂとの位置関係を模式的に示した図である。図３（ｂ）及び（ｃ）は、計測点Ｐａ及び計測点Ｐｂの位置を表すための３次元極座標と、３次元直交座標Ｃａ及び３次元直交座標Ｃｂとの関係を模式的に示した図である。なお、図３（ａ）において、第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、それぞれの前方方向を地上用無人車１００の直進方向に一致させ、直進方向と直角の水平方向に、左右に並ぶように近接して設置されている。
【００２２】
また、図３（ｂ）に示すように、計測点Ｐａを表す３次元極座標値（ｒａ、φａ、θａ）は、第１の３次元レーザレーダ２１におけるレーザの送信点を原点Ｏａとして、原点Ｏａから計測点Ｐａまでの距離（動径）ｒａ、原点Ｏａから計測点Ｐａに対する水平角φａ（偏角）、原点Ｏａから計測点Ｐａに対する垂直角θａ（偏角）を用いて３次元極座標値を表したものである。この３次元極座標値（ｒａ、φａ、θａ）を、点Ｏａを原点とする３次元直交座標Ｃａの３次元座標値（ｘａ、ｙａ、ｚａ）に変換する場合、各座標値ｘａ、ｙａ、ｚａは、式ｘａ＝ｒａ・ｓｉｎθａ・ｃｏｓφａ、ｙａ＝ｒａ・ｓｉｎθａ・ｓｉｎφａ、ｚａ＝ｒａ・ｃｏｓθａを用いて算出することができる。ただし、３次元直交座標Ｃａは、点Ｏａを原点とし、ｙ軸を地上用無人車１００の直進方向、ｘ軸を水平方向、ｚ軸を垂直方向とする３次元直交座標である。
【００２３】
同様に、図３（ｃ）に示すように、計測点Ｐｂを表す３次元極座標値（ｒｂ、φｂ、θｂ）は、第２の３次元レーザレーダ２２におけるレーザの送信点を原点Ｏｂとして、原点Ｏｂから計測点Ｐｂまでの距離ｒｂ、原点Ｏｂから計測点Ｐｂに対する水平角φｂ、原点Ｏｂから計測点Ｐｂに対する垂直角θｂを用いて３次元極座標値を表したものである。この３次元極座標値（ｒｂ、φｂ、θｂ）を、点Ｏｂを原点とする３次元直交座標Ｃｂの３次元座標値（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）に変換する場合、各座標値ｘｂ、ｙｂ、ｚｂは、式ｘｂ＝ｒｂ・ｓｉｎθｂ・ｃｏｓφｂ、ｙｂ＝ｒｂ・ｓｉｎθｂ・ｓｉｎφｂ、ｚｂ＝ｒｂ・ｃｏｓθｂを用いて算出することができる。ただし、３次元直交座標Ｃｂは、点Ｏｂを原点とし、ｙ軸を地上用無人車１００の直進方向、ｘ軸を水平方向、ｚ軸を垂直方向とする３次元直交座標である。
【００２４】
そして、点Ｏａを原点とする３次元直交座標Ｃａの３次元座標値（ｘａ、ｙａ、ｚａ）及び点Ｏｂを原点とする３次元直交座標Ｃｂの３次元座標値（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）は、次のようにして、点Ｏｃを原点とする共通の３次元直交座標Ｃにおける３次元座標値（ｘｃａ、ｙｃａ、ｚｃａ）及び（ｘｃｂ、ｙｃｂ、ｚｃｂ）に変換することができる。ただし、３次元直交座標Ｃは、点Ｏｃを原点とし、ｙ軸を地上用無人車１００の直進方向、ｘ軸を水平方向、ｚ軸を垂直方向とする３次元直交座標である。また、原点Ｏｃは、地上用無人車１００に対して固定された点であり、計測点Ｐａ及びＰｂの位置を表す際の基準となる点である。この原点Ｏｃは、地上からみた場合、地上用無人車１００の移動とともに移動する点である。
【００２５】
すなわち、３次元座標値（ｘａ、ｙａ、ｚａ）は、式ｘｃａ＝ｘａ＋ｏｘａ、ｙｃａ＝ｙａ＋ｏｙａ、ｚｃａ＝ｚａ＋ｏｚａを用いて３次元座標値（ｘｃａ、ｙｃａ、ｚｃａ）に変換することができる。ここで、ｏｘａは、原点Ｏｃと原点Ｏａとの間のｘ軸方向の差分の値である。また、ｏｙａは、原点Ｏｃと原点Ｏａとの間のｙ軸方向の差分の値である。そして、ｏｚａは、原点Ｏｃと原点Ｏａとの間のｚ軸方向の差分の値である。
【００２６】
同様に、３次元座標値（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）は、式ｘｃｂ＝ｘｂ＋ｏｘｂ、ｙｃｂ＝ｙｂ＋ｏｙｂ、ｚｃｂ＝ｚｂ＋ｏｚｂを用いて３次元座標値（ｘｃｂ、ｙｃｂ、ｚｃｂ）に変換することができる。ここで、ｏｘｂは、原点Ｏｃと原点Ｏｂとの間のｘ軸方向の差分の値である。また、ｏｙａは、原点Ｏｃと原点Ｏｂとの間のｙ軸方向の差分の値である。そして、ｏｚａは、原点Ｏｃと原点Ｏｂとの間のｚ軸方向の差分の値である。
【００２７】
次に、座標算出部１４は、各計測点の過去の３次元直交座標における座標値を、現在の３次元直交座標における座標値に変換する（図２のステップＳ３）。この処理は、地上用無人車１００が移動している場合に、例えば時刻ｔ１における３次元直交座標における座標値を、時刻ｔ１よりも後の現在の時刻ｔ２における３次元直交座標における座標値に変換する処理である。
【００２８】
第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、各１本のレーザ光を送信し、仕様上の水平画角及び垂直画角とで決定される検知範囲２１０及び２２０内を所定の周期で水平及び垂直方向に繰り返し走査する。そのため、１走査期間の全ての計測点を取得するには、一定の時間（すなわち上記の所定の周期）が掛かることになる。一方、地上用無人車１００が移動している場合、図３（ａ）に示す３次元直交座標Ｃも同様に移動することになる。そのため、各計測値を取得した時点の３次元直交座標Ｃは、地上から見ると異なる場所に位置することになる。したがって、上述したステップＳ２での固定された各座標間での変換処理だけでは、１走査期間の全ての計測点の極座標値を、同一の３次元直交座標の直交座標値へと変換することができないことになる。そこで、ステップＳ３では、各計測点の過去の３次元直交座標における座標値を、現在の３次元直交座標における座標値に変換することで、全ての計測点の極座標値を、同一の３次元直交座標の直交座標値へと変換している。
【００２９】
図４を参照して、ステップＳ３の処理内容について説明する。図４は、現在（時刻ｔ２とする）の３次元直交座標Ｃ２と過去のある一時点（時刻ｔ１とする）における３次元直交座標Ｃ１との位置関係を模式的に示している。ここで、３次元直交座標Ｃ２と３次元直交座標Ｃ１は、図３（ａ）に示す３次元直交座標Ｃに対応するものである。また、図４は、時刻ｔ１での第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ１及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂ１と、時刻ｔ２での第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ２及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂ２と、各計測点Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐｂ１及びＰｂ２に対応する３次元座標Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃｂ１及びＣｂ２との間の位置関係も示している。
【００３０】
図４において、点Ｏｃ１、点Ｏｃ２、点Ｏａ１、点Ｏａ２、点Ｏｂ１及び点Ｏｂ２は、それぞれ、座標Ｃ１、座標Ｃ２、座標Ｃａ１、座標Ｃａ２、座標Ｃｂ１及び座標Ｃｂ２の原点である。ｒａ１、φａ１及びθａ１は、点Ｏａ１を原点として計測点Ｐａ１の位置を極座標で表した場合の動径、水平方向の偏角及び垂直方向の偏角である。ｒａ２、φａ２及びθａ２は、点Ｏａ２を原点として計測点Ｐａ２の位置を極座標で表した場合の動径、水平方向の偏角及び垂直方向の偏角である。ｒｂ１、φｂ１及びθｂ１は、点Ｏｂ１を原点として計測点Ｐｂ１の位置を極座標で表した場合の動径、水平方向の偏角及び垂直方向の偏角である。そして、ｒｂ２、φｂ２及びθｂ２は、点Ｏｂ２を原点として計測点Ｐｂ２の位置を極座標で表した場合の動径、水平方向の偏角及び垂直方向の偏角である。
【００３１】
図４に示す例で、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの各座標（すなわち各原点）の移動が３次元ベクトル（ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ）で表されるとすると、時刻ｔ１での３次元座標Ｃ１上の計測点Ｐａ１及びＰｂ１の３次元座標値（ｘｃａ１、ｙｃａ１、ｚｃａ１）及び（ｘｃｂ１、ｙｃｂ１、ｚｃｂ１）は、次のようにして現在の３次元座標Ｃ２上の座標値に変換することができる。すなわち、３次元座標値（ｘｃａ１、ｙｃａ１、ｚｃａ１）の時刻ｔ１の３次元座標Ｃ１上の座標値を（ｘｃａ１（ｔ１）、ｙｃａ１（ｔ１）、ｚｃａ１（ｔ１））とし、時刻ｔ２の３次元座標Ｃ２上の座標値を（ｘｃａ１（ｔ２）、ｙｃａ１（ｔ２）、ｚｃａ１（ｔ２））とすると、式（ｘｃａ１（ｔ２）、ｙｃａ１（ｔ２）、ｚｃａ１（ｔ２））＝（ｘｃａ１（ｔ１）−ｄｘ、ｙｃａ１（ｔ１）−ｄｙ、ｚｃａ１（ｔ１）−ｄｚ）によって、３次元座標Ｃ１上の座標値を３次元座標Ｃ２上の座標値に変換することができる。同様に、３次元座標値（ｘｃｂ１、ｙｃｂ１、ｚｃｂ１）の時刻ｔ１の３次元座標Ｃ１上の座標値を（ｘｃｂ１（ｔ１）、ｙｃｂ１（ｔ１）、ｚｃｂ１（ｔ１））とし、時刻ｔ２の３次元座標Ｃ２上の座標値を（ｘｃｂ１（ｔ２）、ｙｃｂ１（ｔ２）、ｚｃｂ１（ｔ２））とすると、式（ｘｃｂ１（ｔ２）、ｙｃｂ１（ｔ２）、ｚｃｂ１（ｔ２））＝（ｘｃｂ１（ｔ１）−ｄｘ、ｙｃｂ１（ｔ１）−ｄｙ、ｚｃｂ１（ｔ１）−ｄｚ）によって、３次元座標Ｃ１上の座標値を３次元座標Ｃ２上の座標値に変換することができる。
【００３２】
なお、座標算出部１４は、位置検出部１３の出力に基づいて３次元ベクトル（ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ）を取得することができる。
【００３３】
位置検出部１３は、車速センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機などを備えて、あるいはそれらの入力手段を備えて構成されていて、地上用無人車１００の位置情報（緯度、経度、高度や、それらの変化量や移動量などの情報）を取得する。位置検出部１３は、地上用無人車１００の位置情報や、その変化量などを、所定形式のデータとして出力する。
【００３４】
次に、対応付け部１６は、以下のようにして、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点群及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測点群から、同じ位置を計測したもの同士の対応付けを行なう（図２のステップＳ４）。第１の３次元レーザレーダ２１と第２の３次元レーザレーダ２２とは、例えば図３（ａ）に示すように、レーザの送信点が左右にずれて設置されている。そのため、第１の３次元レーザレーダ２１によって取得された計測点の位置と第２の３次元レーザレーダ２２によって取得された計測点の位置とは完全には一致しない。また、対象物の形状や距離によっては、視差による影響が大きくなる場合がある。一方、後述する反射比率算出部１５では、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点が示す反射率と、第２の３次元レーザレーダ２２の計測点が示す反射率との比を、算出する処理が行われる。この処理では、波長による反射率の違いによって対象物が植物であるのか否かが検出されるため、比較される計測点の組は同一の対象物での反射波を計測したものでなければならない。したがって、反射率の比の算出対象となる、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点と第２の３次元レーザレーダ２２の計測点との組を決定するにあたっては、できるだけ近い位置の計測点同士を選択することがのぞましい。そこで、対応付け部１６は、計測点間の距離が最小となる計測点の組を抽出して、その情報を反射率比算出部１５に対して提供する処理を行う。
【００３５】
すなわち、対応付け部１６は、例えば図５に示すように、同一の３次元直交座標Ｃ２上で、第１の３次元レーザレーダ２１の各計測点と、第２の３次元レーザレーダ２２の各計測点との距離（すなわち３次元空間で２点間を結ぶ直線の長さ）を求め、距離が最小となる組み合わせとなる第１の３次元レーザレーダ２１の計測点と第２の３次元レーザレーダ２２の計測点とを対応づける。図５に示す例では、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ−１〜Ｐａ−４と、第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂ−１〜Ｐｂ−４とのうち、Ｐａ−１とＰｂ−１、Ｐａ−２とＰｂ−２、Ｐａ−３とＰｂ−３、そしてＰａ−４とＰｂ−４が互いに対応づけられている。
【００３６】
次に、反射比率算出部１５は、対応付け部１６によって対応付けされた各計測点の反射率の比を求める処理を行う（図２のステップＳ５）。本実施形態では、第１の３次元レーザレーダ２１が、植物の葉で吸収されにくい波長のレーザ（例えば近赤外の帯域すなわち８００〜１３００ｎｍのうちの幅５０ｎｍ以上の帯域の波長のレーザ）を使用し、第２の３次元レーザレーダ２２が、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザ（例えば可視光赤の帯域すなわちクロロフィル吸収波長帯６００〜７００ｎｍのうちの幅５０ｎｍ以上の帯域の波長のレーザ）を使用する。そのため、第１の３次元レーザレーダ２１による計測点の反射率と、第２の３次元レーザレーダ２２による計測点の反射率とを比較することで、２種類の波長に対する各計測点での反射率の違いをみることができる。特許文献１に記載されているように、このような２種類の波長の光に対する反射率は、特に植物であるか否かによって大きな違いがみられる。
【００３７】
表１は、屋外に一般的に存在する材質の近赤外（ＮＩＲ；８００〜１０００ｎｍで計測）及び可視光赤（ＶＩＳＲ；６００〜７００ｎｍで計測）の反射率及び反射率の比を示している。表１に示すように、植物の葉は、近赤外の帯域に対して大きい反射率を有している。そして、近赤外の反射率と可視光赤の反射率の比である反射率比の値は、植物の場合に３以上値を示しており、植物以外の場合に２未満の値を示している。
【００３８】
【表１】
【００３９】
反射比率算出部１５は、例えば図５に示す例の場合、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ−１〜Ｐａ−４と、第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂ−１〜Ｐｂ−４とのうち、計測点Ｐａ−１の反射率と計測点Ｐｂ−１の反射率との比、計測点Ｐａ−２の反射率と計測点Ｐｂ−２の反射率との比、計測点Ｐａ−３の反射率と計測点Ｐｂ−３の反射率との比、及び計測点Ｐａ−４の反射率と計測点Ｐｂ−４の反射率との比を算出する。
【００４０】
次に、判定部１７が、反射率比算出部１５で算出された反射率の比に基づいて各計測点が植物かどうかを判定する（図２のステップＳ６）。判定部１７は、反射率比算出部１５で算出された反射率の比と、記憶部１８に格納されている閾値１８１とを比較することで、各計測点が植物であるのか否かを判定する。表１に示す計測結果によれば、閾値の値を「２」前後に設定することで、反射率の比が閾値より大きいときに、当該計測点が植物であると判定することができる。
【００４１】
判定部１７は、計測点毎に、植物であるか否かの判定結果と、各計測点の位置情報とを組み合わせたデータを出力する。この判定部１７の出力は、例えば自律走行制御をおこなうための他のプログラムなどに渡される。
【００４２】
なお、記憶部１８には、上述した閾値１８１のほか、所定時間内において計測された各計測値のデータ１８２なども記憶されるようになっている。
【００４３】
本実施形態では、異なる波長のレーザを用いる２台の３次元レーザレーダを用いて、対象物の反射率と方向及び距離を計測するようにしている。したがって、３台以上のカメラやレーザレーダなどのセンサを用いるシステムに比べてシステムの統合が容易になる。また、コストやサイズを抑えることができる。さらに、自ら投光するレーザレーダを使うため、暗い環境でも問題なく使える。
【００４４】
なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されない。例えば図１に示す各ブロックを統合したり、分離したりする変更を適宜行うことができる。また、図１の座標算出部１４では、図３（ａ）に示すように座標Ｃａ及び座標Ｃｂとは別の座標Ｃを共通の座標として用いて座標変換を行うこととしているが、例えば座標Ｃを用いずに座標Ｃａ又は座標Ｃｂのどちらか一方を共通の座標として用いて座標変換を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 植生検出装置
１１ 第１の３次元点群取得部
１２ 第２の３次元点群取得部
１３ 位置検出部
１４ 座標算出部
１５ 反射率比算出部
１６ 対応付け部
１７ 判定部
１８ 記憶部
１８１ 閾値
１８２ 計測値
２１ 第１の３次元レーザレーダ
２２ 第２の３次元レーザレーダ
１００ 地上用無人車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上用無人車などに搭載して走行領域における植生の有無を検出する際などに用いて好適な植生検出装置及び植生検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上用無人車などに未舗装路を走行させる場合、走行可能領域を自動で検出させる際には、例えばカメラ撮影などで立体物を検知したときに、その立体物が植物であるか否かを検出することが必要となることがある。それが植物であれば、踏み分けて進むことができる場合があるからである。
【０００３】
植物を検出する方法の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されている植生検出装置では、２つのカメラで、植物の葉で吸収される波長の光と吸収されない波長の光とを用いて撮像対象を撮像し、その２つの波長の輝度（反射率）の比から植物であるか否かを判別するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４４６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている検出方法では、対象となる植物の画像上での位置を知ることはできる。しかし、その植物までの距離は分からない。そのため、例えば背の高い植物が立っている場合と、画像の奥方向に植物が伸びている場合などとの見分けがつきにくい。
【０００６】
一方、例えば、植物までの距離を計測するために、３次元レーザレーダを追加することが考えられる。しかし、その場合、レーザレーダとカメラ２台の計３台のセンサが必要になるため、座標変換などのためにシステムの統合が難しく、またコストや物理的サイズも増大する。また、カメラを使った方法では夜間など暗い環境での計測が難しい。
【０００７】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、座標変換などの処理負担を軽減することでシステムの統合を容易にし、またコストや物理的サイズも抑えることができ、さらに夜間など暗い環境にも対応することができる植生検出装置及び植生検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを用いる第１の３次元レーザレーダと、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを用いる第２の３次元レーザレーダとから出力された計測値であって、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された複数の計測値に基づいて、前記第１の３次元レーザレーダによる第１の計測点と、該第１の計測点に最も近い位置を持つ前記第２の３次元レーザレーダによる第２の計測点とを対応づける対応付け手段と、前記対応付け手段によって互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点について、該第１の計測点の反射率と該第２の計測点の反射率との比を求める反射率比算出手段と、前記反射率比算出手段によって算出された反射率の比に基づいて、前記対応付け手段によって互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点が植物か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の植生検出装置では、植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを用いる第１の３次元レーザレーダと、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを用いる第２の３次元レーザレーダとから出力された計測値を用いて植生検出を行うようにした。そのため、植物か否かの検出と植物までの距離とを、２台の３次元レーザレーダ、つまり２台のセンサを用いて知ることができる。すなわち、植物か否かの検出と植物までの距離の把握とが、２台のセンサで行うことができるのであり、３台のセンサを使う場合に比べてシステムの統合が容易になる。よって、コストやサイズを抑えることができる。また、自ら投光するレーザレーダを使うため、暗い環境でも問題なく使える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１の植生検出装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ２における処理を説明するための模式図である。
【図４】図２のステップＳ３における処理を説明するための模式図である。
【図５】図２のステップＳ４における処理を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態としての植生検出装置１の構成を示すブロック図である。図１に示す植生検出装置１は、第１の３次元点群取得部１１、第２の３次元点群取得部１２、位置検出部１３、座標算出部１４、反射率比算出部１５、対応付け部１６、判定部１７及び記憶部１８を備えている。図１に示す植生検出装置１は、地上用無人車１００に搭載されていて、同じく地上用無人車１００に搭載されている第１の３次元レーザレーダ２１と第２の３次元レーザレーダ２２とに接続されている。
【００１２】
第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、所定の波長のレーザを利用して、対象物までの距離及び３次元の方向を計測する装置である。なお、以下では、対象物においてレーザの反射点となる点を、計測点と呼ぶこととする。第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、所定の時間間隔で、方向（すなわち水平方向の角度と垂直方向の角度）を所定間隔で変化させながら所定の波長のレーザをパルス状に送信する。そして、計測点からの反射波を受信することで、計測点までの距離及び３次元の方向と、計測点での電磁波の反射率を検知する。第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、検知した各計測点までの距離と角度と反射率とを表すデータを、計測値として計測点毎に順次出力する。
【００１３】
本実施形態では、第１の３次元レーザレーダ２１が、植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを使用し、第２の３次元レーザレーダ２２が、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを使用する。第１の３次元レーザレーダ２１が使用する植物の葉で吸収されにくい波長のレーザは、例えば近赤外レーザであり、具体的には８００〜１３００ｎｍのうちの幅５０ｎｍ以上の帯域を有するものであるとする。第２の３次元レーザレーダ２２が使用する植物の葉で吸収されやすい波長のレーザは、例えば赤色レーザであり、具体的にはクロロフィル吸収波長帯６００〜７００ｎｍのうちの幅５０ｎｍ以上の帯域を有するものであるとする。
【００１４】
第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、ともに地上用無人車１００の前方を向いて、互いに近接するように地上用無人車１００に搭載されているものとする。また、第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、所定の同期用の信号を用いることで、レーザの送信方向及び送信時刻が互いに一致するように動作するものとする。
【００１５】
植生検出装置１は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、主記憶装置、補助記憶装置、周辺装置や周辺装置の制御装置などを備えて構成されていて、補助記憶装置に格納されている所定のプログラムを実行することで所定の機能を実現する。図１では、植生検出装置１を表すブロック内に、植生検出装置１が実現する各機能をブロックに分けて表している。以下、図２〜図５を参照して、図１に示す植生検出装置１の各ブロックに係る構成や動作について説明する。
【００１６】
第１の３次元点群取得部１１は、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を第１の３次元レーザレーダ２１から順次、取得する。第１の３次元点群取得部１１は、取得した計測値を所定の形式のデータに変換した後、座標算出部１４に対して出力する。
【００１７】
第２の３次元点群取得部１２は、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を第２の３次元レーザレーダ２２から順次、取得する。第２の３次元点群取得部１２は、取得した計測値を所定の形式のデータに変換した後、座標算出部１４に対して出力する。
【００１８】
すなわち、第１の３次元点群取得部１１及び第２の３次元点群取得部１２は、第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測値（距離、角度、反射率を表すもの）をそれぞれ取得する（図２のステップＳ１）。
【００１９】
座標算出部１４は、以下のようにして、第１の３次元点群取得部１１及び第２の３次元点群取得部１２が取得した各計測点の３次元極座標における各座標値を、共通の３次元直交座標における各座標値に変換する（図２のステップＳ２）。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、座標算出部１４が、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂの３次元極座標における各座標値（ｒａ、φａ、θａ）及び（ｒｂ、φｂ、θｂ）を、共通の３次元直交座標Ｃにおける座標値（ｘｃａ、ｙｃａ、ｚｃａ）及び（ｘｃｂ、ｙｃｂ、ｚｃｂ）に変換する例について説明する。
【００２１】
図３（ａ）は、地上用無人車１００並びに第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２と、第１の３次元レーザレーダ２１による計測点Ｐａ及び第２の３次元レーザレーダ２２による計測点Ｐｂとの位置関係を模式的に示した図である。図３（ｂ）及び（ｃ）は、計測点Ｐａ及び計測点Ｐｂの位置を表すための３次元極座標と、３次元直交座標Ｃａ及び３次元直交座標Ｃｂとの関係を模式的に示した図である。なお、図３（ａ）において、第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、それぞれの前方方向を地上用無人車１００の直進方向に一致させ、直進方向と直角の水平方向に、左右に並ぶように近接して設置されている。
【００２２】
また、図３（ｂ）に示すように、計測点Ｐａを表す３次元極座標値（ｒａ、φａ、θａ）は、第１の３次元レーザレーダ２１におけるレーザの送信点を原点Ｏａとして、原点Ｏａから計測点Ｐａまでの距離（動径）ｒａ、原点Ｏａから計測点Ｐａに対する水平角φａ（偏角）、原点Ｏａから計測点Ｐａに対する垂直角θａ（偏角）を用いて３次元極座標値を表したものである。この３次元極座標値（ｒａ、φａ、θａ）を、点Ｏａを原点とする３次元直交座標Ｃａの３次元座標値（ｘａ、ｙａ、ｚａ）に変換する場合、各座標値ｘａ、ｙａ、ｚａは、式ｘａ＝ｒａ・ｓｉｎθａ・ｃｏｓφａ、ｙａ＝ｒａ・ｓｉｎθａ・ｓｉｎφａ、ｚａ＝ｒａ・ｃｏｓθａを用いて算出することができる。ただし、３次元直交座標Ｃａは、点Ｏａを原点とし、ｙ軸を地上用無人車１００の直進方向、ｘ軸を水平方向、ｚ軸を垂直方向とする３次元直交座標である。
【００２３】
同様に、図３（ｃ）に示すように、計測点Ｐｂを表す３次元極座標値（ｒｂ、φｂ、θｂ）は、第２の３次元レーザレーダ２２におけるレーザの送信点を原点Ｏｂとして、原点Ｏｂから計測点Ｐｂまでの距離ｒｂ、原点Ｏｂから計測点Ｐｂに対する水平角φｂ、原点Ｏｂから計測点Ｐｂに対する垂直角θｂを用いて３次元極座標値を表したものである。この３次元極座標値（ｒｂ、φｂ、θｂ）を、点Ｏｂを原点とする３次元直交座標Ｃｂの３次元座標値（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）に変換する場合、各座標値ｘｂ、ｙｂ、ｚｂは、式ｘｂ＝ｒｂ・ｓｉｎθｂ・ｃｏｓφｂ、ｙｂ＝ｒｂ・ｓｉｎθｂ・ｓｉｎφｂ、ｚｂ＝ｒｂ・ｃｏｓθｂを用いて算出することができる。ただし、３次元直交座標Ｃｂは、点Ｏｂを原点とし、ｙ軸を地上用無人車１００の直進方向、ｘ軸を水平方向、ｚ軸を垂直方向とする３次元直交座標である。
【００２４】
そして、点Ｏａを原点とする３次元直交座標Ｃａの３次元座標値（ｘａ、ｙａ、ｚａ）及び点Ｏｂを原点とする３次元直交座標Ｃｂの３次元座標値（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）は、次のようにして、点Ｏｃを原点とする共通の３次元直交座標Ｃにおける３次元座標値（ｘｃａ、ｙｃａ、ｚｃａ）及び（ｘｃｂ、ｙｃｂ、ｚｃｂ）に変換することができる。ただし、３次元直交座標Ｃは、点Ｏｃを原点とし、ｙ軸を地上用無人車１００の直進方向、ｘ軸を水平方向、ｚ軸を垂直方向とする３次元直交座標である。また、原点Ｏｃは、地上用無人車１００に対して固定された点であり、計測点Ｐａ及びＰｂの位置を表す際の基準となる点である。この原点Ｏｃは、地上からみた場合、地上用無人車１００の移動とともに移動する点である。
【００２５】
すなわち、３次元座標値（ｘａ、ｙａ、ｚａ）は、式ｘｃａ＝ｘａ＋ｏｘａ、ｙｃａ＝ｙａ＋ｏｙａ、ｚｃａ＝ｚａ＋ｏｚａを用いて３次元座標値（ｘｃａ、ｙｃａ、ｚｃａ）に変換することができる。ここで、ｏｘａは、原点Ｏｃと原点Ｏａとの間のｘ軸方向の差分の値である。また、ｏｙａは、原点Ｏｃと原点Ｏａとの間のｙ軸方向の差分の値である。そして、ｏｚａは、原点Ｏｃと原点Ｏａとの間のｚ軸方向の差分の値である。
【００２６】
同様に、３次元座標値（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）は、式ｘｃｂ＝ｘｂ＋ｏｘｂ、ｙｃｂ＝ｙｂ＋ｏｙｂ、ｚｃｂ＝ｚｂ＋ｏｚｂを用いて３次元座標値（ｘｃｂ、ｙｃｂ、ｚｃｂ）に変換することができる。ここで、ｏｘｂは、原点Ｏｃと原点Ｏｂとの間のｘ軸方向の差分の値である。また、ｏｙａは、原点Ｏｃと原点Ｏｂとの間のｙ軸方向の差分の値である。そして、ｏｚａは、原点Ｏｃと原点Ｏｂとの間のｚ軸方向の差分の値である。
【００２７】
次に、座標算出部１４は、各計測点の過去の３次元直交座標における座標値を、現在の３次元直交座標における座標値に変換する（図２のステップＳ３）。この処理は、地上用無人車１００が移動している場合に、例えば時刻ｔ１における３次元直交座標における座標値を、時刻ｔ１よりも後の現在の時刻ｔ２における３次元直交座標における座標値に変換する処理である。
【００２８】
第１の３次元レーザレーダ２１及び第２の３次元レーザレーダ２２は、各１本のレーザ光を送信し、仕様上の水平画角及び垂直画角とで決定される検知範囲２１０及び２２０内を所定の周期で水平及び垂直方向に繰り返し走査する。そのため、１走査期間の全ての計測点を取得するには、一定の時間（すなわち上記の所定の周期）が掛かることになる。一方、地上用無人車１００が移動している場合、図３（ａ）に示す３次元直交座標Ｃも同様に移動することになる。そのため、各計測値を取得した時点の３次元直交座標Ｃは、地上から見ると異なる場所に位置することになる。したがって、上述したステップＳ２での固定された各座標間での変換処理だけでは、１走査期間の全ての計測点の極座標値を、同一の３次元直交座標の直交座標値へと変換することができないことになる。そこで、ステップＳ３では、各計測点の過去の３次元直交座標における座標値を、現在の３次元直交座標における座標値に変換することで、全ての計測点の極座標値を、同一の３次元直交座標の直交座標値へと変換している。
【００２９】
図４を参照して、ステップＳ３の処理内容について説明する。図４は、現在（時刻ｔ２とする）の３次元直交座標Ｃ２と過去のある一時点（時刻ｔ１とする）における３次元直交座標Ｃ１との位置関係を模式的に示している。ここで、３次元直交座標Ｃ２と３次元直交座標Ｃ１は、図３（ａ）に示す３次元直交座標Ｃに対応するものである。また、図４は、時刻ｔ１での第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ１及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂ１と、時刻ｔ２での第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ２及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂ２と、各計測点Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐｂ１及びＰｂ２に対応する３次元座標Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃｂ１及びＣｂ２との間の位置関係も示している。
【００３０】
図４において、点Ｏｃ１、点Ｏｃ２、点Ｏａ１、点Ｏａ２、点Ｏｂ１及び点Ｏｂ２は、それぞれ、座標Ｃ１、座標Ｃ２、座標Ｃａ１、座標Ｃａ２、座標Ｃｂ１及び座標Ｃｂ２の原点である。ｒａ１、φａ１及びθａ１は、点Ｏａ１を原点として計測点Ｐａ１の位置を極座標で表した場合の動径、水平方向の偏角及び垂直方向の偏角である。ｒａ２、φａ２及びθａ２は、点Ｏａ２を原点として計測点Ｐａ２の位置を極座標で表した場合の動径、水平方向の偏角及び垂直方向の偏角である。ｒｂ１、φｂ１及びθｂ１は、点Ｏｂ１を原点として計測点Ｐｂ１の位置を極座標で表した場合の動径、水平方向の偏角及び垂直方向の偏角である。そして、ｒｂ２、φｂ２及びθｂ２は、点Ｏｂ２を原点として計測点Ｐｂ２の位置を極座標で表した場合の動径、水平方向の偏角及び垂直方向の偏角である。
【００３１】
図４に示す例で、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの各座標（すなわち各原点）の移動が３次元ベクトル（ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ）で表されるとすると、時刻ｔ１での３次元座標Ｃ１上の計測点Ｐａ１及びＰｂ１の３次元座標値（ｘｃａ１、ｙｃａ１、ｚｃａ１）及び（ｘｃｂ１、ｙｃｂ１、ｚｃｂ１）は、次のようにして現在の３次元座標Ｃ２上の座標値に変換することができる。すなわち、３次元座標値（ｘｃａ１、ｙｃａ１、ｚｃａ１）の時刻ｔ１の３次元座標Ｃ１上の座標値を（ｘｃａ１（ｔ１）、ｙｃａ１（ｔ１）、ｚｃａ１（ｔ１））とし、時刻ｔ２の３次元座標Ｃ２上の座標値を（ｘｃａ１（ｔ２）、ｙｃａ１（ｔ２）、ｚｃａ１（ｔ２））とすると、式（ｘｃａ１（ｔ２）、ｙｃａ１（ｔ２）、ｚｃａ１（ｔ２））＝（ｘｃａ１（ｔ１）−ｄｘ、ｙｃａ１（ｔ１）−ｄｙ、ｚｃａ１（ｔ１）−ｄｚ）によって、３次元座標Ｃ１上の座標値を３次元座標Ｃ２上の座標値に変換することができる。同様に、３次元座標値（ｘｃｂ１、ｙｃｂ１、ｚｃｂ１）の時刻ｔ１の３次元座標Ｃ１上の座標値を（ｘｃｂ１（ｔ１）、ｙｃｂ１（ｔ１）、ｚｃｂ１（ｔ１））とし、時刻ｔ２の３次元座標Ｃ２上の座標値を（ｘｃｂ１（ｔ２）、ｙｃｂ１（ｔ２）、ｚｃｂ１（ｔ２））とすると、式（ｘｃｂ１（ｔ２）、ｙｃｂ１（ｔ２）、ｚｃｂ１（ｔ２））＝（ｘｃｂ１（ｔ１）−ｄｘ、ｙｃｂ１（ｔ１）−ｄｙ、ｚｃｂ１（ｔ１）−ｄｚ）によって、３次元座標Ｃ１上の座標値を３次元座標Ｃ２上の座標値に変換することができる。
【００３２】
なお、座標算出部１４は、位置検出部１３の出力に基づいて３次元ベクトル（ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ）を取得することができる。
【００３３】
位置検出部１３は、車速センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機などを備えて、あるいはそれらの入力手段を備えて構成されていて、地上用無人車１００の位置情報（緯度、経度、高度や、それらの変化量や移動量などの情報）を取得する。位置検出部１３は、地上用無人車１００の位置情報や、その変化量などを、所定形式のデータとして出力する。
【００３４】
次に、対応付け部１６は、以下のようにして、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点群及び第２の３次元レーザレーダ２２の計測点群から、同じ位置を計測したもの同士の対応付けを行なう（図２のステップＳ４）。第１の３次元レーザレーダ２１と第２の３次元レーザレーダ２２とは、例えば図３（ａ）に示すように、レーザの送信点が左右にずれて設置されている。そのため、第１の３次元レーザレーダ２１によって取得された計測点の位置と第２の３次元レーザレーダ２２によって取得された計測点の位置とは完全には一致しない。また、対象物の形状や距離によっては、視差による影響が大きくなる場合がある。一方、後述する反射比率算出部１５では、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点が示す反射率と、第２の３次元レーザレーダ２２の計測点が示す反射率との比を、算出する処理が行われる。この処理では、波長による反射率の違いによって対象物が植物であるのか否かが検出されるため、比較される計測点の組は同一の対象物での反射波を計測したものでなければならない。したがって、反射率の比の算出対象となる、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点と第２の３次元レーザレーダ２２の計測点との組を決定するにあたっては、できるだけ近い位置の計測点同士を選択することがのぞましい。そこで、対応付け部１６は、計測点間の距離が最小となる計測点の組を抽出して、その情報を反射率比算出部１５に対して提供する処理を行う。
【００３５】
すなわち、対応付け部１６は、例えば図５に示すように、同一の３次元直交座標Ｃ２上で、第１の３次元レーザレーダ２１の各計測点と、第２の３次元レーザレーダ２２の各計測点との距離（すなわち３次元空間で２点間を結ぶ直線の長さ）を求め、距離が最小となる組み合わせとなる第１の３次元レーザレーダ２１の計測点と第２の３次元レーザレーダ２２の計測点とを対応づける。図５に示す例では、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ−１〜Ｐａ−４と、第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂ−１〜Ｐｂ−４とのうち、Ｐａ−１とＰｂ−１、Ｐａ−２とＰｂ−２、Ｐａ−３とＰｂ−３、そしてＰａ−４とＰｂ−４が互いに対応づけられている。
【００３６】
次に、反射比率算出部１５は、対応付け部１６によって対応付けされた各計測点の反射率の比を求める処理を行う（図２のステップＳ５）。本実施形態では、第１の３次元レーザレーダ２１が、植物の葉で吸収されにくい波長のレーザ（例えば近赤外の帯域すなわち８００〜１３００ｎｍのうちの幅５０ｎｍ以上の帯域の波長のレーザ）を使用し、第２の３次元レーザレーダ２２が、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザ（例えば可視光赤の帯域すなわちクロロフィル吸収波長帯６００〜７００ｎｍのうちの幅５０ｎｍ以上の帯域の波長のレーザ）を使用する。そのため、第１の３次元レーザレーダ２１による計測点の反射率と、第２の３次元レーザレーダ２２による計測点の反射率とを比較することで、２種類の波長に対する各計測点での反射率の違いをみることができる。特許文献１に記載されているように、このような２種類の波長の光に対する反射率は、特に植物であるか否かによって大きな違いがみられる。
【００３７】
表１は、屋外に一般的に存在する材質の近赤外（ＮＩＲ；８００〜１０００ｎｍで計測）及び可視光赤（ＶＩＳＲ；６００〜７００ｎｍで計測）の反射率及び反射率の比を示している。表１に示すように、植物の葉は、近赤外の帯域に対して大きい反射率を有している。そして、近赤外の反射率と可視光赤の反射率の比である反射率比の値は、植物の場合に３以上値を示しており、植物以外の場合に２未満の値を示している。
【００３８】
【表１】
【００３９】
反射比率算出部１５は、例えば図５に示す例の場合、第１の３次元レーザレーダ２１の計測点Ｐａ−１〜Ｐａ−４と、第２の３次元レーザレーダ２２の計測点Ｐｂ−１〜Ｐｂ−４とのうち、計測点Ｐａ−１の反射率と計測点Ｐｂ−１の反射率との比、計測点Ｐａ−２の反射率と計測点Ｐｂ−２の反射率との比、計測点Ｐａ−３の反射率と計測点Ｐｂ−３の反射率との比、及び計測点Ｐａ−４の反射率と計測点Ｐｂ−４の反射率との比を算出する。
【００４０】
次に、判定部１７が、反射率比算出部１５で算出された反射率の比に基づいて各計測点が植物かどうかを判定する（図２のステップＳ６）。判定部１７は、反射率比算出部１５で算出された反射率の比と、記憶部１８に格納されている閾値１８１とを比較することで、各計測点が植物であるのか否かを判定する。表１に示す計測結果によれば、閾値の値を「２」前後に設定することで、反射率の比が閾値より大きいときに、当該計測点が植物であると判定することができる。
【００４１】
判定部１７は、計測点毎に、植物であるか否かの判定結果と、各計測点の位置情報とを組み合わせたデータを出力する。この判定部１７の出力は、例えば自律走行制御をおこなうための他のプログラムなどに渡される。
【００４２】
なお、記憶部１８には、上述した閾値１８１のほか、所定時間内において計測された各計測値のデータ１８２なども記憶されるようになっている。
【００４３】
本実施形態では、異なる波長のレーザを用いる２台の３次元レーザレーダを用いて、対象物の反射率と方向及び距離を計測するようにしている。したがって、３台以上のカメラやレーザレーダなどのセンサを用いるシステムに比べてシステムの統合が容易になる。また、コストやサイズを抑えることができる。さらに、自ら投光するレーザレーダを使うため、暗い環境でも問題なく使える。
【００４４】
なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されない。例えば図１に示す各ブロックを統合したり、分離したりする変更を適宜行うことができる。また、図１の座標算出部１４では、図３（ａ）に示すように座標Ｃａ及び座標Ｃｂとは別の座標Ｃを共通の座標として用いて座標変換を行うこととしているが、例えば座標Ｃを用いずに座標Ｃａ又は座標Ｃｂのどちらか一方を共通の座標として用いて座標変換を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 植生検出装置
１１ 第１の３次元点群取得部
１２ 第２の３次元点群取得部
１３ 位置検出部
１４ 座標算出部
１５ 反射率比算出部
１６ 対応付け部
１７ 判定部
１８ 記憶部
１８１ 閾値
１８２ 計測値
２１ 第１の３次元レーザレーダ
２２ 第２の３次元レーザレーダ
１００ 地上用無人車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを用いる第１の３次元レーザレーダと、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを用いる第２の３次元レーザレーダとから出力された計測値であって、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された複数の計測値に基づいて、前記第１の３次元レーザレーダによる第１の計測点と、該第１の計測点に最も近い位置を持つ前記第２の３次元レーザレーダによる第２の計測点とを対応づける対応付け手段と、
前記対応付け手段によって互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点について、該第１の計測点の反射率と該第２の計測点の反射率との比を求める反射率比算出手段と、
前記反射率比算出手段によって算出された反射率の比に基づいて、前記対応付け手段によって互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点が植物か否かを判定する判定手段と
を備えることを特徴とする植生検出装置。
【請求項２】
前記反射率の比が植物を表す場合と植物以外を表す場合の閾値を記憶した記憶手段をさらに備え、
前記判定手段が、前記反射率比算出手段によって算出された反射率の比と、前記記憶手段に記憶されている閾値との比較結果に基づいて、前記第１の計測点及び前記第２の計測点が植物か否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の植生検出装置。
【請求項３】
前記植物の葉で吸収されやすい波長が８００〜１３００ｎｍであり、
前記植物の葉で吸収されにくい波長が６００〜７００ｎｍである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の植生検出装置。
【請求項４】
植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを用いる第１の３次元レーザレーダと、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを用いる第２の３次元レーザレーダとから出力された計測値であって、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を取得する取得過程と、
前記取得過程で取得された複数の計測値に基づいて、前記第１の３次元レーザレーダによる第１の計測点と、該第１の計測点に最も近い位置を持つ前記第２の３次元レーザレーダによる第２の計測点とを対応づける対応付け過程と、
前記対応付け過程で互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点について、該第１の計測点の反射率と該第２の計測点の反射率との比を求める反射率比算出過程と、
前記反射率比算出過程で算出された反射率の比に基づいて、前記対応付け過程で互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点が植物か否かを判定する判定過程と
を含むことを特徴とする植生検出方法。
【請求項１】
植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを用いる第１の３次元レーザレーダと、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを用いる第２の３次元レーザレーダとから出力された計測値であって、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された複数の計測値に基づいて、前記第１の３次元レーザレーダによる第１の計測点と、該第１の計測点に最も近い位置を持つ前記第２の３次元レーザレーダによる第２の計測点とを対応づける対応付け手段と、
前記対応付け手段によって互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点について、該第１の計測点の反射率と該第２の計測点の反射率との比を求める反射率比算出手段と、
前記反射率比算出手段によって算出された反射率の比に基づいて、前記対応付け手段によって互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点が植物か否かを判定する判定手段と
を備えることを特徴とする植生検出装置。
【請求項２】
前記反射率の比が植物を表す場合と植物以外を表す場合の閾値を記憶した記憶手段をさらに備え、
前記判定手段が、前記反射率比算出手段によって算出された反射率の比と、前記記憶手段に記憶されている閾値との比較結果に基づいて、前記第１の計測点及び前記第２の計測点が植物か否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の植生検出装置。
【請求項３】
前記植物の葉で吸収されやすい波長が８００〜１３００ｎｍであり、
前記植物の葉で吸収されにくい波長が６００〜７００ｎｍである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の植生検出装置。
【請求項４】
植物の葉で吸収されにくい波長のレーザを用いる第１の３次元レーザレーダと、植物の葉で吸収されやすい波長のレーザを用いる第２の３次元レーザレーダとから出力された計測値であって、各計測点の距離と角度と反射率とを表す複数の計測値を取得する取得過程と、
前記取得過程で取得された複数の計測値に基づいて、前記第１の３次元レーザレーダによる第１の計測点と、該第１の計測点に最も近い位置を持つ前記第２の３次元レーザレーダによる第２の計測点とを対応づける対応付け過程と、
前記対応付け過程で互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点について、該第１の計測点の反射率と該第２の計測点の反射率との比を求める反射率比算出過程と、
前記反射率比算出過程で算出された反射率の比に基づいて、前記対応付け過程で互いに対応づけられた前記第１の計測点及び前記第２の計測点が植物か否かを判定する判定過程と
を含むことを特徴とする植生検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８９５３５（Ｐ２０１２−１８９５３５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５２６９（Ｐ２０１１−５５２６９）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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