走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置
【課題】ノイズ源となる物体の背後に存在する監視対象物を適正に検出することができる走査式測距装置の信号処理装置を提供する。
【解決手段】
所定の走査角度毎に出力される測定光に基づいて走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部２３０と、距離算出部２３０により算出された距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの最大値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部２３ｉと、生成されたグループに含まれる距離データの個数で定義される物体検出幅が、代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部２３ｊと、監視対象物検知信号を出力する信号出力部２４とを備えている。
【解決手段】
所定の走査角度毎に出力される測定光に基づいて走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部２３０と、距離算出部２３０により算出された距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの最大値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部２３ｉと、生成されたグループに含まれる距離データの個数で定義される物体検出幅が、代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部２３ｊと、監視対象物検知信号を出力する信号出力部２４とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともＴＯＦ（Time of Flight）方式及びＡＭ（amplitude modulation）方式の何れかが採用された走査式測距装置が、ロボットや無人搬送車の視覚センサ、或いは、ドアの開閉センサや監視対象領域への侵入者の有無を検出する監視センサ、さらには、危険な装置に人や物が近づくのを検出し、機械を安全に停止する安全センサ等に利用されている。
【０００３】
ＴＯＦ方式は、特許文献１に開示されているように、監視対象領域に向けて出力したパルス状の測定光と、測定光に対する物体からの反射光との検出時間差Δｔに基づいて、走査式測距装置から監視対象領域内に存在する物体までの距離Ｄを算出する方式で、以下の数式を用いて距離Ｄが算出される。尚、式中、Ｃは光速である。
Ｄ＝Δｔ・Ｃ／２
【０００４】
ＡＭ方式は、特許文献２に開示されているように、測定光が振幅変調され、監視対象領域に向けて出力した測定光と、測定光に対する物体からの反射光との位相差Δφに基づいて、走査式測距装置から監視対象領域内に存在する物体までの距離Ｄを算出する方式で、以下の数式を用いて距離Ｄが算出される。尚、式中、Ｃは光速、ｆは変調周波数である。
Ｄ＝Δφ・Ｃ／（４π・ｆ）
【０００５】
また、ＴＯＦ方式とＡＭ方式の双方を採用して、振幅変調した測定光をパルス状に出力することにより、振幅変調光の一波長以上の長い距離をＴＯＦ方式で算出し、振幅変調光の一波長よりも短い距離をＡＭ方式で算出するバースト変調方式の走査式測距装置も提案されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、レーザセンサを用いて対象の領域を照射し、得られた測距データを処理装置で処理することによって物体の位置を検知する物体検知システムであって、該レーザセンサによって該領域の背景に相当する物体の情報を取得する背景データ取得手段と、該レーザセンサによって該領域内にある物体の経時的な測距データを取得して該物体の位置を検知する位置検知手段と、該領域における該物体の存在位置を検知する物体検知手段とを備えた物体検知システムが提案されている。
【０００７】
何れの場合にも、走査式測距装置の信号処理装置には、測定光と反射光との間の所定の相関関係、例えば両者の遅延時間または位相差と距離との間に見られる相関関係に基づいて、所定の走査角度毎に走査式測距装置から監視対象領域内に存在する物体までの距離を算出する距離算出部を備えている。
【０００８】
更に特許文献４には、一定の周波数でパルス変調された照射光を対象物に照射し、その反射光をＰＳＤ(Position Sensing Device)等の受光素子で受光し、その受光位置に応じて生じる光電変換信号に基づいて、対象物までの距離を測距する三角測距の原理を用いた測距装置が提案されている。ＰＳＤ(Position Sensing Device)に替えて二次元の撮像デバイスを用いることも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２５６１９１号公報
【特許文献２】特開２００２−９０４５４号公報
【特許文献３】特開２００９−８５９２７号公報
【特許文献４】特開平０６−２８８７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、何れの方式を採用する走査式測距装置であっても、物体からの反射光に基づいて監視対象領域内に監視対象物が存在するか否かを正確に判定するのは容易ではなく、誤検知する虞があるという問題があった。
【００１１】
例えば、監視対象領域内で浮遊する微小な埃や、監視対象領域内で飛び回る微小な虫等からの反射光を監視対象物からの反射光と誤認する場合や、監視対象領域内に設置された他の走査式測距装置からの測定光を監視対象物からの反射光と誤認する虞がある。
【００１２】
更に、監視対象領域が野外に区画される場合には、木の葉や雨滴等からの反射光を監視対象物からの反射光と誤認する虞もある。
【００１３】
そこで、物体が測定光の走査方向に沿って所定幅以上、言い換えると所定角度以上連続して検出される場合に、その物体が監視対象物であると判定し、所定幅未満、言い換えると所定角度未満の物体をノイズと認識して監視対象物の有無の判定対象から排除することが考えられる。
【００１４】
しかし、走査式測距装置の近傍に小さな虫等のノイズ源が存在する場合には、その背後に存在するかも知れない監視対象物の一部または全部がノイズ源に隠されて、所定幅以上の物体として認識できない場合が発生するという問題があった。
【００１５】
具体的に説明する。図１１（ａ），（ｂ）の上段には、走査式測距装置１から所定の距離に設定された扇形の監視対象領域に向けて、所定周期で測定光を繰り返し走査し、走査角度θ毎に測定光に対する物体からの反射光を検知することにより、人間の腕程度の大きさの監視対象物を検出する場合の説明図が示されている。図中、ハッチングされた大きな円が監視対象物Ｔ、黒く塗り潰された小さな円がノイズとなる微小物であり、符号１ｌ，２ｌ，３ｌ，・・・，１０ｌ，１１ｌは走査角度方向（「ステップ」とも記す。）を示している。
【００１６】
図１１（ａ），（ｂ）の下段には、遠方側で走査角度方向に２回連続して同等の距離が算出されると監視対象物「有」と判定し、近傍側で走査角度方向に３回連続して同等の距離が算出されると監視対象物「有」と判定する場合の判定結果がテーブル表示されている。
【００１７】
テーブルには、各走査角度方向に対する「計測結果」、「連続数」、「監視対象物判定結果」の各欄が設けられている。「計測結果」の欄には、物体までの距離が監視対象領域内の距離であり、走査式測距装置の近傍側に位置する微小物体に対する距離である場合に「近」、走査式測距装置の遠方側に位置する監視対象物Ｔに対する距離である場合に「遠」、監視対象領域外の距離であるか距離が算出されなかった場合に「無」と記されている。「連続数」の欄には、走査方向に沿って連続する「遠」の数、または「近」の数が記されている。「監視対象物判定結果」の欄には「有」「無」の何れかの判定結果が記されている。
【００１８】
図１１（ａ）に示す状況では、走査式測距装置の遠方側に監視対象物Ｔが存在すると判定することができるが、図１１（ｂ）に示す状況では、走査式測距装置の遠方側に監視対象物Ｔが存在すると判定することができない。近傍側に位置する微小物体によって遠方側の監視対象物Ｔの連続性が損なわれるためである。
【００１９】
走査式測距装置を安全センサとして使用する場合には、機械の制御装置が、当該走査式測距装置から出力される監視対象物検知信号に基づいて、監視対象領域に監視対象物が検出されたと判断すると、安全のために機械を自動停止させる必要がある。しかし、このような誤認識によって走査式測距装置から監視対象物検知信号が出力されない場合があるという不都合な事態が発生する。
【００２０】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、ノイズ源となる物体の背後に存在する監視対象物を適正に検出することができる走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述の目的を達成するため、本発明による走査式測距装置の信号処理装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、を備えている点にある。
【００２２】
監視対象領域内を走査する測定光に対応する反射光が走査式測距装置で検知されると、当該測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて、距離算出部によって走査角度毎に距離が算出される。尚、或る走査角度方向に物体が存在しない場合には、反射光が検知されないため、その走査角度で距離は算出されない。
【００２３】
距離算出部によって算出された距離が監視対象領域内を示す値であれば、対応する物体が監視対象領域内に存在することになる。そして、このような距離が隣接する複数の走査角度方向に存在すると、ある程度のサイズの物体が存在すると仮定することができる。当然のことであるが、同じサイズの物体であっても、走査式測距装置の近傍では連続して検出される走査角度の数が多く、走査式測距装置の遠方では連続して検出される走査角度の数が少なくなる。
【００２４】
そこで、グループ生成処理部によって、このような関係を示す複数の距離データが一纏めにグループ化され、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値がそのグループの代表距離に設定される。
【００２５】
そして、監視対象物判定部によって、グループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅、つまり走査方向に沿った物体のサイズが、その代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定される。尚、物体検出最小幅を示す個数未満または走査角度未満の距離データが纏められたグループは、監視対象物ではなくノイズであると判定されることになる。
【００２６】
監視対象領域内に存在する物体が微小な埃や虫、或は雨滴であれば、隣接する走査角度方向で連続して距離が算出される確率は非常に小さくなる。そこで、或る程度の幅で連続する走査角度方向に、略等しい距離データが連続して算出される場合に、監視対象物が存在すると判定することも可能である。しかし、この場合、走査式測距装置から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体の背後に何らかの別の物体が存在すると、当該背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれるため、背後の別の物体が監視対象物であると判定されない虞がある。
【００２７】
上述の第一の特徴構成を備えた信号処理装置では、走査方向に沿って連続する走査角度で連続して算出された距離データが、その値に関係なくグループ化されるので、背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれるような不都合な事態が生じることが無い。しかも、監視対象物であるか否かを判定するためのグループの代表距離が、グループ内の複数の距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値に設定されるので、走査式測距装置から見て近傍側よりも遠方側を重視した物体検出最小幅の判定ができるようになる。
【００２８】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、各グループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されず、複数のグループが隣接する場合に、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループを生成し、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値を新たなグループの代表距離に設定するグループ統合処理部と、前記グループ生成処理部または前記グループ統合処理部で生成されたグループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、を備えている点にある。
【００２９】
第二の特徴構成を備えた信号処理装置では、距離算出部により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であること、隣接する複数の走査角度方向に存在すること、そして隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となること、という三つの条件を満たす場合に、グループ生成処理部によって複数の距離データがグループ化される。そして、第一の特徴構成と同様にして監視対象物判定部によって監視対象物が存在するか否かが判定される。
【００３０】
しかし、走査式測距装置から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体の背後に何らかの別の物体が存在すると、当該背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれるため、グループ生成処理部によって背後の別の物体が複数のグループとして生成されることになる。そして、監視対象物判定部によってグループ毎に物体検出最小幅の判定が行なわれると、背後の別の物体が監視対象物であると判定されない虞がある。
【００３１】
そこで、このような場合に、グループ統合処理部によって、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループが生成され、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値が新たなグループの代表距離に設定される。監視対象物判定部によって、このように統合されたグループに対する物体検出最小幅の判定が行なわれることで、適正に監視対象物の有無が判定されるようになる。
【００３２】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記グループ統合処理部は、距離データの数が最大となる二つの隣接グループを纏めて一つの新たなグループを生成する点にある。
【００３３】
グループ生成処理部で生成された複数のグループのうち、或るグループに隣接するグループが走査方向に沿って両隣に存在する場合、隣接する２グループを構成する距離データの数の和が最大となるグループを統合して一つの新たなグループを生成することで、安全サイドで適正に監視対象物の有無が判定されるようになる。
【００３４】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記グループ統合処理部は、代表距離が短いグループと当該代表距離が短いグループに隣接する代表距離が長いグループとを纏めて一つの新たなグループを生成する点にある。
【００３５】
走査式測距装置から見て近傍に位置するグループと当該グループに隣接する遠方側のグループを統合して一つの新たなグループを生成することで、遠方側のグループに対する物体検出最小幅の判定が適正に行なわれるようになる。
【００３６】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記グループ統合処理部は、代表距離が短いグループの両側に代表距離が長いグループが隣接する場合に、両側の代表距離が長いグループの距離データから得られる統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、当該代表距離が短いグループと両側の代表距離が長いグループを纏めて一つの新たなグループを生成する点にある。
【００３７】
両側の代表距離が長いグループの統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、これらのグループに属する距離データが同一の物体に対する距離データであると判断して、これらのグループを統合することによって、遠方側のグループに対する物体検出最小幅の判定が適正に行なわれるようになる。統合基準距離とは、両側の代表距離が長い２グループが同一の物体に対する距離であることの確からしさを判定するための距離であり、代表距離が短いグループに最も近い走査角度方向の距離データ、代表距離、グループ内の距離データの平均値、中央値等の何れかを採用することができる。
【００３８】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの一または複数の距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、を備えている点にある。
【００３９】
走査式測距装置から走査される測定光の光芒、つまり測定光を形成する光線束の径が近傍に存在する微小物体のサイズよりも大きい場合に、当該微小物体より遠方に測定光の一部が走査される。そのときに微小物体の背景に少なくとも一つの他の物体が存在していると、微小物体からの反射光とその背景に存在する物体からの反射光の二つの反射光が走査式測距装置によって検知され、距離算出部によって少なくとも二つの距離が算出される場合がある。
【００４０】
第六の特徴構成によれば、距離算出部により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であること、隣接する複数の走査角度方向に存在すること、そして隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となること、という三つの条件を満たす場合に、グループ生成処理部によって複数の距離データがグループ化される。
【００４１】
例えば、走査式測距装置から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体の背後に何らかの別の物体が存在する場合であっても、当該背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれることが無いため、グループ生成処理部によって背後の別の物体が一つのグループとして生成されることになる。
従って、微小なノイズ物体や他の測距装置からのノイズ光が存在する環境であっても、監視対象物を適正に検知することができるのである。
【００４２】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記代表距離に、前記グループに含まれる距離データの最大値が設定される点にある。
【００４３】
グループに含まれる距離データの最大値を代表距離に設定すれば、或る走査角度で、走査式測距装置の遠方側に位置する物体への測定光の照射が近傍側の微小物体で遮られる場合に、遠方に位置する物体の距離に対応した適切な物体検出最小幅の判定ができるようになる。
【００４４】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記物体検出最小幅を示す値は、代表距離が長くなるほど小さくなるように設定されている点にある。
【００４５】
既に説明したように、同じサイズの物体であっても、走査式測距装置の近傍では連続して検出される走査角度の数が多く、または最大走査角度が大きく、走査式測距装置の遠方では連続して検出される走査角度の数が少なく、または最大走査角度が小さくなる。そこで、グループの代表距離が長くなるほど物体検出最小幅を示す値を小さくすれば、走査式測距装置を基準に遠近何れの位置に存在する物体であっても、適正に監視対象物であるか否かを判定できるようになる。
【００４６】
本発明による走査式測距装置の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述した第一から第八の何れかの特徴構成を備えた走査式測距装置の信号処理装置が組み込まれている点にあり、真に検出すべき監視対象物を適正に検知できる走査式測距装置を実現することができるようになる。
【００４７】
本発明による走査式測距装置の信号処理方法の第一の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出ステップと、前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、を備えている点にある。
【００４８】
同第二の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出ステップと、前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、各グループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されず、複数のグループが隣接する場合に、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループを生成し、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値を新たなグループの代表距離に設定するグループ統合処理ステップと、前記グループ生成処理ステップまたは前記グループ統合処理ステップで生成されたグループに対する前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、を備えている点にある。
【００４９】
同第三の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの一または複数の距離を算出する距離算出ステップと、前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、を備えている点にある。
【発明の効果】
【００５０】
以上説明した通り、本発明によれば、ノイズ源となる物体の背後に存在する監視対象物を適正に検出することができる走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による走査式測距装置の全体構成を示す概略縦断面図
【図２】走査式測距装置に組み込まれる信号処理装置を含む全体の機能ブロック構成図
【図３】信号処理部とシステム制御部とで構成される信号処理装置の第一及び第三の態様を示す機能ブロック構成図
【図４】信号処理装置で実行される全体の処理を説明するフローチャート
【図５】信号処理装置の第一の態様を示し、グループ生成処理部による処理内容を示す説明図
【図６】信号処理装置の第二の態様を示す機能ブロック構成図
【図７】信号処理装置の第二の態様を示し、グループ生成処理部及びグループ統合処理部による処理内容を示す説明図
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、信号処理装置の第二の態様を示し、グループ生成処理部及びグループ統合処理部による処理内容を示す説明、（ｄ）は信号処理装置の第三の態様を示し、グループ生成処理部による処理内容を示す説明図
【図９】信号処理装置の第三の態様の前提事項である同一の操作角度方向に複数の距離が算出可能な原理の説明図
【図１０】別実施形態を示す第一及び第二偏光ミラーの説明図
【図１１】従来技術の説明図
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明による走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置を図面に基づいて説明する。以下の例では、測定光の光源に赤外半導体レーザが用いられ、ＴＯＦ方式によって物体までの距離を算出する距離算出部等を備えた信号処理装置が組み込まれ、安全センサとして用いられる走査式測距装置について説明する。
【００５３】
当該走査式測距装置によって、予め設定された監視対象領域に侵入者や搬送車両等のある程度のサイズの障害物が監視対象として検知されると、その旨の信号が外部装置に出力される。外部装置は、当該信号に基づいて、例えば安全のために機器を停止する等の所定の制御を行なう。
【００５４】
尚、半導体レーザ以外の種類のレーザやＬＥＤ等の他の種類の光源を用いた走査式測距装置にも本発明を適用することができる。また、距離算出方式としてＴＯＦ方式以外の方式、例えばＡＭ方式や、ＴＯＦ方式とＡＭ方式の双方を採用したバースト変調方式を採用する距離算出部にも本発明を適用することができる。さらには、ＰＳＤ(Position Sensing Device)やＣＭＯＳタイプの二次元撮像素子等の受光素子で反射光を受光し、その受光位置に応じて生じる光電変換信号に基づいて、対象物までの距離を測距する三角測距の原理を用いた測距装置にも本発明を適用することができる。
【００５５】
図１にはこのような走査式測距装置が例示されている。走査式測距装置１は、一対の投光部３及び受光部５を収容する円筒状のケーシング２と、ケーシング２の周方向に沿って配置された弧状の光学窓２ａを備え、投光部３から出力された測定光を円筒状ケーシングの軸心Ｐと直交する方向に偏向反射する第一偏向ミラー９、及び、被測定物Ｔからの反射光を受光部５に向けて偏向反射する第二偏向ミラー１０を軸心Ｐ周りに回転して、測定光を軸心Ｐと直交する平面上で回転走査する偏向光学系４を備えている。
【００５６】
ケーシング２の内壁面は迷光を吸収する暗幕等の吸光部材で被覆され、軸心Ｐに沿って対向配置された投光部３と受光部５の間に、偏向光学系４が配置されている。
【００５７】
投光部３は、赤外半導体レーザでなる発光素子と、発光素子から出力された光ビームを平行光に形成する光学レンズを備えて構成され、ケーシング２の上壁内側に固定されている。
【００５８】
受光部５は、反射光を検出するアバランシェフォトダイオードでなる受光素子を備えて構成され、ケーシング２に固定された中空軸１３上の支持板上に固定されている。
【００５９】
偏向光学系４は、第一偏向ミラー９及び第二偏向ミラー１０が取り付けられた天面８ｂと、反射光を受光部５で集光する受光レンズ１４が取り付けられた周壁部８ａを備えた円筒状の回転体８と、回転体８を一方向に回転駆動するモータ１１を備えている。
【００６０】
下端部が縮径された回転体８は、その内周面に備えた軸受１２を介して中空軸１３に回転可能に支承され、縮径部の外周面にモータ１１の回転子となるマグネット１１ｂが取り付けられている。当該回転子と、当該回転子に対向配置されたコイル１１ａでなる固定子によりモータ１１が構成され、固定子のカバーがケーシング２に固定された中空軸１３に取り付けられている。
【００６１】
投光部３から光軸Ｌ１に沿って出射された測定光が、第一偏向ミラー９で光軸Ｌ１と直交する光軸Ｌ２に偏向され、光学窓２ａを通過して測定対象空間に向けて照射される。測定対象空間に存在する被測定物Ｔからの反射光が、光軸Ｌ２と平行な光軸Ｌ３に沿って光学窓２ａを通過して受光レンズ１４に入光し、第二偏向ミラー１０で光軸Ｌ３と直交する光軸Ｌ４に偏向され、受光部５に集光される。
【００６２】
第一偏向ミラー９で偏向された測定光が光学窓２ａの上方領域を透過し、被測定物Ｔからの反射光が光学窓２ｂの下方領域を透過する。
【００６３】
モータ１１で回転駆動される偏向光学系４により、測定光が光学窓２ａを介して測定対象空間に走査される範囲、具体的には上述した軸心Ｐを基準とする約２７０度の角度範囲が計測用走査角度領域となり、測定光がケーシング２に遮られて測定対象空間に出射されない角度領域が非計測用走査角度領域となる。
【００６４】
つまり、偏向光学系４により、投光部３から出力された測定光を、光学窓２ａを介して測定対象空間に周期的に偏向走査する走査部が構成されている。
【００６５】
図１０に示すように、第一偏光ミラー９と第二偏光ミラー１０を樹脂または光学ガラスで一体成形してもよい。この例では、第一偏向面９１により光軸Ｌ１に対して測定光を測定対象領域に向けて９０度偏向させる第一偏向ミラー９が構成され、第二偏向面９２により反射光を光軸Ｌ４に沿った受光部５に向けて９０度偏向させる第二偏向ミラー１０が構成されている。
【００６６】
そして、第二偏向面９２の上端側中央部が切り欠かれ、当該切欠部９５に第一偏向ミラー９が延出形成されている。このような構成を採用することによって、装置の小型化を図ることができる。
【００６７】
周方向に複数のスリットが形成された円盤状のスリット板１５ａが、回転体８の周壁部８ａに取り付けられるとともに、当該スリットを検出するフォトインタラプタ１５ｂがケーシング２の内壁に取り付けられ、これらにより偏向光学系４の走査角度を検出する走査角度検出部１５が構成されている。
【００６８】
スリット板１５ａに形成されるスリットは、測定光が非走査角度領域の中心に向けて照射される基準位置を除いて均等間隔で形成され、基準位置ではスリット間隔が他の間隔より狭い間隔に形成されている。従って、偏向光学系４の回転に伴なって走査角度検出部１５から出力されるパルスのパルス幅に基づいて、基準位置から偏向光学系４の回転角度位置が把握できるように構成されている。
【００６９】
非走査角度領域の中心には、距離補正用の基準光学系としてのプリズム１６が設けられ、当該プリズム１６を介して受光部５で検知される反射光に基づいて、補正用の基準距離が求められる。
【００７０】
ケーシング２の底部には、装置を駆動して被測定物Ｔまでの距離を算出する信号処理回路２０を備えた制御基板１７が収容されている。
【００７１】
図２に示すように、信号処理回路２０には、発光素子３ａを駆動する駆動回路３ｂ、反射光が受光素子５ａで光電変換された反射信号を増幅する増幅回路５ｂ、モータ制御回路２１、Ａ／Ｄ変換部２２、信号処理部２３、システム制御部２４を備えている。信号処理部２３及びシステム制御部２４によって、本発明による信号処理装置が構成されている。
【００７２】
システム制御部２４には、所定の制御プログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータが設けられ、当該マイクロコンピュータによって信号処理部２３、モータ制御回路２１等が制御される。
【００７３】
システム制御部２４は、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに基づいて、走査角度つまり測定光の照射方向を検出するとともに、偏向光学系４によって測定光が所定の一定速度で周期的に測定対象空間に走査されるようにモータ制御回路２１を制御する。
【００７４】
そして、信号処理部２３から入力される距離と、走査角度検出部１５を介して検出した走査角度等の測定情報、或いは、監視対象領域に障害物が存在することを表す障害物検知信号を、インタフェースを介して接続された外部装置に出力する。
【００７５】
尚、信号処理装置は、ケーシング２の内部に収容され、走査式測距装置1と一体で構成される以外に、ケーシング２の外部に設置され、走査式測距装置1と別体で構成されていてもよい。後者の場合には、信号処理装置はＡ／Ｄ変換部２２等が搭載されたケーシング２内部の制御基板１７と信号線を介して接続され、或は無線通信部を介して接続される。
【００７６】
走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに同期して、信号処理部２３から駆動回路３ｂに出力される駆動パルス信号Ｓ１により赤外半導体レーザ３ａがパルス駆動され、測定対象空間にパルス状の測定光Ｓ２が照射される。
【００７７】
当該測定光Ｓ２が被測定物Ｔに照射され、被測定物Ｔからの反射光Ｓ３がアバランシェフォトダイオード５ａで光電変換され、さらに増幅回路５ｂで増幅された反射信号Ｓ４がＡ／Ｄ変換部２２に入力される。
【００７８】
Ａ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換されたデジタルの反射信号が信号処理部２３に入力され、信号処理部２３で駆動パルス信号Ｓ１と反射信号の時間差Δｔが求められ、以下の式に基づいて被測定物Ｔ迄の仮の距離Ｄ１が算出される。
Ｄ１＝Δｔ・Ｃ／２ （但し、Ｃは光速である。）
【００７９】
ここで、時間差Δｔとは測定光に対する反射光の遅延時間をいい、上述の例では測定光の照射時期を駆動パルス信号Ｓ１の立ち上がり時期で代用しているが、測定光を検知する光電センサを用いて測定光そのものの立ち上がり時期を検知してもよい。
【００８０】
一方、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスが基準位置を示すときに、測定光がプリズム１６に照射され、アバランシェフォトダイオード５ａで検出されたプリズム１６からの反射光Ｓ３に基づく時間差Δｔ´に対応する基準距離Ｄ２が以下の式に基づいて算出される。
Ｄ２＝Δｔ´・Ｃ／２ （但し、Ｃは光速である。）
【００８１】
被測定物迄の距離Ｄが、Ｄ１−Ｄ２によって算出される。当該基準距離Ｄ２は、走査式測距装置１に組み込まれた赤外半導体レーザ３ａ、駆動回路３ｂ、アバランシェフォトダイオード５ａ等の特性ばらつきや、光学系の機差による計測距離のばらつきを吸収して、被測定物迄の正確な距離を算出するための補正値となる。
【００８２】
ところで、反射信号Ｓ４の立上り時期を検知するために所定の閾値電圧と比較する比較器を設ける場合、同じ時期に発生する反射信号Ｓ４であっても、その信号強度によって立ち上がり波形の傾きが異なるために、比較器からの出力時期が変動して、反射信号Ｓ４の立上り時期を正確に検知できない虞がある。
【００８３】
そのため、信号処理部２３は、反射信号Ｓ４を一次微分し、一次微分反射信号の立上り時期を基準に当該一次微分反射信号の正領域の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を反射光Ｓ３の検出時期として求めるように構成されている。
【００８４】
以下、本願発明の信号処理装置の第一から第三の三つの態様を説明する。
先ず、第一の態様について詳述する。
【００８５】
図３に示すように、信号処理部２３は信号処理用のゲートアレイやデジタルシグナルプロセッサ、さらには各種の演算のためのデータ記憶部となる複数のレジスタ等を備えたＡＳＩＣ等の集積回路で構成されている。
【００８６】
これら集積回路によって、上述した被測定物迄の距離Ｄを算出する距離算出部２３０と、距離算出部２３０で算出された距離情報等に基づいて障害となる監視対象物を検出する監視対象物検出部２３１と、駆動回路３ｂや距離算出部２３０等を駆動するためのクロック信号を生成するパルス信号生成部２３２の各機能ブロックが構成されている。
【００８７】
距離算出部２３０は、上述した距離Ｄ１，Ｄ２を算出する測距演算部２３ａと、算出された補正距離Ｄ２を記憶する補正データ記憶部２３ｃと、上述した距離補正演算を行なう補正処理部２３ｂを備えた機能ブロックである。
【００８８】
距離算出部２３０は、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて、所定の走査角度毎に当該走査式測距装置１から監視対象領域内に存在する物体までの距離を算出する処理を測定光の走査周期で繰り返す。所定の相関関係とは、ＴＯＦ方式では測定光に対する反射光の遅延時間と距離との相関関係、ＡＭ方式では測定光に対する反射光の位相差と距離との相関関係をいう。
【００８９】
監視対象物検出部２３１は、監視対象領域設定部２３ｇと、領域判定部２３ｈと、グループ生成処理部２３ｉと、監視対象物判定部２３ｊと、走査角度／距離記憶部２３ｄと、グループ記憶部２３ｅと、最小検出幅設定部２３ｆを備えた機能ブロックである。
【００９０】
監視対象物検出部２３１は、走査式測距装置１で検知された物体からの反射光が、監視対象物以外の微小な埃や虫等から反射したノイズ光であるか、監視対象領域内に進入または侵入した監視対象物から反射した信号光であるか否かを判定して、適正に監視対象物を検出するために設けられている。
【００９１】
監視対象領域設定部２３ｇは、走査式測距装置１により監視すべき監視対象領域の境界を規定する領域データが記憶されたメモリを備えている。当該領域データは、システム制御部２４に接続されたコンピュータ等の外部装置から入力され、システム制御部２４を介して当該メモリに予め記憶されている。
【００９２】
走査角度／距離記憶部２３ｄには、距離算出部２３０で算出された物体の走査角度と距離が走査周期毎に記憶される。領域判定部２３ｈは、走査角度／距離記憶部２３ｄに記憶された走査周期毎の物体の距離が、監視対象領域設定部２３ｇのメモリに記憶された監視対象領域の内部に位置する距離であるか否かを判定し、監視対象領域の内部に位置する場合にのみ、その距離と走査角度をグループ生成処理部２３ｉに引き渡す。
【００９３】
グループ生成処理部２３ｉは、測定光の走査方向に沿って連続する複数の走査角度方向に存在する距離データを一つに纏めたグループを生成し、各距離データにグループの識別子を付与するとともに当該グループの代表距離を設定して、それらのデータをグループ記憶部２３ｅに記憶する。
【００９４】
最小検出幅記憶部２３ｆには、走査式測距装置１からの距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す距離データの個数が記憶されている。物体検出最小幅とは、物体が監視対象物であるかノイズであるかを判定するための測定光の走査方向に沿った物体のサイズであり、それを示す距離データの個数は走査式測距装置１からの距離が長くなるほど小さくなるように設定されている。物体検出最小幅を示す距離データの個数は、システム制御部２４に接続された外部装置から予め入力されて記憶される。
【００９５】
グループの代表距離とは、最小検出幅記憶部２３ｆに記憶されている複数の物体検出最小幅の一つを特定するための値で、グループに含まれる距離データの平均値または中央値の何れか、または、その値から当該距離データの最大値迄の何れかの値が設定される。
【００９６】
尚、最小検出幅記憶部２３ｆに記憶される物体検出最小幅を示す値が、最大走査角度で定義された角度データであってもよい。この場合にも、走査式測距装置１からの距離が長くなるほど小さくなるように設定される。以下の説明では物体検出最小幅が距離データの個数である場合を説明するが、角度データであっても同様の処理が適用できる。
【００９７】
グループ生成処理部２３ｉによって走査周期毎にグループ化処理が行なわれると監視対象物判定部２３ｊが起動される。監視対象物判定部２３ｊは、各グループの表距離に応じて最小検出幅記憶部２３ｆから物体検出最小幅を示す個数を読み出して、各グループの物体検出幅である距離データの個数が、物体検出最小幅を示す個数以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定し、各グループの物体検出幅である距離データの個数が、物体検出最小幅を示す個数未満となる場合に、監視対象物が存在しないと判定する。
【００９８】
監視対象物検出部２３１によって、監視対象物が存在することが検出されると、その旨の信号がシステム制御部２４に出力され、システム制御部２４から外部装置にオン状態の監視対象物検知信号が出力される。
【００９９】
監視対象物検出部２３１によって、監視対象物が存在しないことが検出されると、その旨の信号がシステム制御部２４に出力され、システム制御部２４から外部装置にオフ状態の監視対象物検知信号が出力される。つまり、システム制御部２４が監視対象物検知信号を外部に出力する信号出力部となる。
【０１００】
外部装置は、システム制御部２４から監視対象物検知信号が入力されると、監視対象領域内に設置されている装置を安全のために停止制御する等の予め設定された所定の処理を実行する。
【０１０１】
図４には、上述した信号処理装置２３，２４で実行される監視対象物検出処理のフローチャートが示されている。距離算出部２３０によって物体に対する距離算出処理が実行され、その値が走査角度／距離記憶部２３ｄに記憶される（Ｓ１）。領域判定処理部２３ｈによって領域判定処理が実行され（Ｓ３）、監視対象領域内の走査角度／距離データがグループ生成処理部２３ｉに引き渡される。
【０１０２】
グループ生成処理部２３ｉによってグループ生成処理が実行され（Ｓ３）、監視対象物判定処理部２３ｊによって監視対象物判定処理が実行され（Ｓ４）、システム制御部２４によって障害物検知信号出力処理が実行される（Ｓ５）。
【０１０３】
図５には、走査式測距装置１から最大距離が１０ｍの値に設定された扇形の監視対象領域に向けて、走査周期３０ｍｓｅｃ．で測定光を繰り返し走査し、走査角度θ（＝０．２５°）毎に測定光に対する物体からの反射光を検知することにより、人間の腕程度の大きさの監視対象物を検出する場合の説明図が示されている。図中、ハッチングされた大きな長円が監視対象物Ｔ、黒く塗り潰された小さな円がノイズとなる微小物である。
【０１０４】
この例では、走査式測距装置１から１０ｍ離れた位置で、走査角度θが０．２５°の幅が約４．３６ｃｍとなる。つまり、隣接する走査角度で連続して距離１０ｍの位置に物体Ｔが検知されると少なくとも人間の腕程度の物体が存在することが判定できる。
【０１０５】
図５の上段には、走査式測距装置１から反時計周りに測定光が回転走査されたときの状態が示されている。符号１ｌ，２ｌ，３ｌ，・・・，１０ｌ，１１ｌは走査角度方向（「ステップ」とも記す。）を示している。
【０１０６】
図５の下段には、走査角度方向と算出距離のテーブルが示されている。この例では、走査角度方向２ｌ，３ｌで微小物体（図中、黒丸で示す）に対する距離が算出され、走査角度方向５ｌ，６ｌ，８ｌ，９ｌで監視対象物Ｔに対する距離が算出され、走査角度方向７ｌで他の微小物体（図中、黒丸で示す）に対する距離が算出されている。
【０１０７】
また、距離算出部２３０によって算出された距離が監視対象外であるか、或は距離が算出されなかった場合に、算出距離の枠がハッチングされている。当該枠内の数値は監視対象領域の最大距離である。
【０１０８】
この例では、グループ生成処理部２３ｉによって、距離データがグループＧ１とグループＧ２の二つのグループに分けられ、グループＧ１またはグループＧ２の識別子が付与された各距離データと代表距離がグループ記憶部２３ｅに記憶される。代表距離はグループに含まれる距離データの最大値に設定され、グループＧ１の代表距離が２．５ｍに、グループＧ２の代表距離が３．６ｍに設定される。
【０１０９】
最小検出幅記憶部２３ｆには、走査式測距装置１からの距離に応じた物体検出最小幅が記憶されている。この例では、物体検出最小幅の値は、走査式測距装置１からの距離が３．０ｍ未満で３に設定され、走査式測距装置１からの距離が３．０ｍ以上で２に設定されている。
【０１１０】
監視対象物判定部２３ｊは、グループＧ１の距離データの数２が、グループＧ１の代表距離２．５ｍに対応する物体検出最小幅３よりも小となるために、グループＧ１が監視対象物ではなくノイズであると判定する。
【０１１１】
さらに、監視対象物判定部２３ｊは、グループＧ２の距離データの数５が、グループＧ２の代表距離３．６ｍに対応する物体検出最小幅２よりも大となるために、グループＧ２が監視対象物であると判定する。
【０１１２】
このように、信号処理装置２３，２４では、走査方向に沿って連続する走査角度で連続して算出された距離データが、その値に関係なくグループ化されるので、背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれるような不都合な事態が生じることが無い。
【０１１３】
尚、監視対象物であるか否かを判定するためのグループの代表距離を、グループ内の複数の距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値に設定すれば、走査式測距装置から見て近傍側に位置する物体よりも遠方側に位置する物体を重視した判定ができるようになる。
【０１１４】
以下、本願発明の信号処理装置の第二の態様を説明する。
図６には、第二の態様の信号処理部２３のブロック構成図が示されている。図３で示した信号処理部２３と比較すると、グループ生成処理部２３ｉによるグループの生成基準が異なり、グループ生成処理部２３ｉに加えてグループ統合処理部２３ｋを備えている点が異なる。
【０１１５】
第一の態様では、グループ生成処理部２３ｉは、距離算出部２３０により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であり、且つ、当該距離データが測定光の走査方向に沿って連続する複数の走査角度方向に存在するときに、各距離データの値に関わらず一律にグループを生成するように構成されているが、第二の態様では、各距離データの値に基づいてグループを生成するように構成されている。
【０１１６】
以下、具体的に説明する。グループ生成処理部２３ｉは、距離算出部２３０により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であり、且つ、当該距離データが測定光の走査方向に沿って連続する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成するように構成されている。
【０１１７】
そして、グループ生成処理部２３ｉは、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するように構成されている。
【０１１８】
第一の閾値は、物体が同一物と推定可能な閾値であり、監視対象物の表面の凹凸形状等に基づいて予め設定される値である。この例では、０．２ｍに設定されている。
【０１１９】
図７に示すように、グループ生成処理部２３ｉによって、距離データがグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の四つのグループに分けられ、各グループに識別子が付与された各距離データと代表距離がグループ記憶部２３ｅに記憶される。代表距離はグループに含まれる距離データの最大値に設定される。
【０１２０】
この例でも、最小検出幅記憶部２３ｆに記憶された物体検出最小幅の値は、走査式測距装置１からの距離が３．０ｍ未満で３に設定され、走査式測距装置１からの距離が３．０ｍ以上で２に設定されている。
【０１２１】
このような場合、監視対象物判定部２３ｊは、グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の何れのグループも監視対象物が存在すると判定することができないため、当該判定結果をシステム制御部２４に出力することなく、グループ統合処理部２３ｋを起動する。
【０１２２】
グループ統合処理部２３ｋは、隣接する三つのグループＧ２，Ｇ３，Ｇ４のうち、グループＧ２，Ｇ３を纏めた一つの新たなグループＧ（２＋３）を生成し、当該新たなグループＧ（２＋３）に含まれる距離データの最大値を新たなグループの代表距離に設定し、再度監視対象物判定部２３ｊによる判定を起動するように構成されている。
【０１２３】
監視対象物判定部２３ｊは、グループＧ（２＋３）の距離データの数３が、グループＧ（２＋３）の代表距離３．６ｍに対応する物体検出最小幅２よりも大となるために、グループＧ（２＋３）が監視対象物であると判定する。
【０１２４】
第二の態様による信号処理装置２３，２４では、走査式測距装置１から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体の背後に何らかの別の物体が存在し、当該背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれる場合であっても、背後の別の物体を監視対象物であると判定できるようになる。
【０１２５】
走査方向に沿って三つ以上のグループが隣接する場合には、グループ統合処理部２３ｋは、以下に示す何れかの態様を好適に採用してグループを統合することができる。
【０１２６】
グループ生成処理部２３ｉで生成された複数のグループのうち、或るグループに隣接するグループが走査方向に沿って両隣に存在する場合、隣接する２グループを構成する距離データの数の和が最大となるグループを統合して一つの新たなグループを生成することで、安全サイドで適正に監視対象物の有無が判定されるようになる。
【０１２７】
つまり、グループ統合処理部２３ｋは、距離データの数が最大となる二つの隣接グループを纏めて一つの新たなグループを生成することが好ましい。
【０１２８】
図８（ａ）に示す場合、グループＧ２とグループＧ３を統合すると距離データの数の和が４になり、グループＧ３とグループＧ４を統合したときの距離データの数の和３よりも大きくなるので、グループＧ２とグループＧ３を新たなグループＧ（２＋３）に統合するのである。尚、図７に示したように、何れに隣接するグループと統合しても、距離データの数の和が等しい場合には、何れか一方のグループと統合すればよい。
【０１２９】
また、グループ統合処理部２３ｋは、走査方向に沿って複数のグループが隣接する場合、代表距離が短いグループと当該代表距離が短いグループに隣接する代表距離が長いグループとを纏めて一つの新たなグループを生成することが好ましい。
【０１３０】
このように代表距離が短いグループを基準にグループを統合すれば、走査式測距装置１から見て近傍に位置するグループと当該グループに隣接する遠方側のグループを統合して一つの新たなグループを生成されるので、遠方側のグループに対する物体検出最小幅の判定が適正に行なわれるようになる。
【０１３１】
さらに、グループ統合処理部２３ｋは、代表距離が短いグループの両側に代表距離が長いグループが隣接する場合に、両側に位置する代表距離が長いグループの距離データから得られる統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、当該代表距離が短いグループと両側の代表距離が長い方のグループを纏めて一つの新たなグループを生成することが好ましい。
【０１３２】
統合基準距離とは、両側に位置する代表距離が長い二つのグループが同一の物体に対する距離であることの確からしさを判定するための距離である。統合基準距離として、代表距離が短いグループに最も近い走査角度方向の距離データ、代表距離、グループ内の距離データの平均値、中央値等の何れかを採用することができる。
【０１３３】
第二の閾値も、同一物と推定可能な閾値であり、監視対象物の表面の凹凸形状等に基づいて予め設定される値である。第二の閾値は上述した第一の閾値よりも大きな値に設定されることが好ましい。
【０１３４】
両側の代表距離が長いグループの統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、これらのグループに属する距離データが同一の物体に対する距離データであると判断して、これらのグループを統合することによって、遠方側のグループに対する物体検出最小幅の判定が適正に行なわれるようになる。
【０１３５】
図８（ｂ）には、統合基準距離として、代表距離が短いグループに最も近い走査角度方向の距離データを採用する場合の例が示されている。グループＧ２の統合基準距離が３．３ｍ、グループＧ４の統合基準距離が３．２ｍとなり、その差分が０．１ｍとなる。
【０１３６】
この例では、第二の閾値が０．３ｍに設定されている。従って、グループＧ２，Ｇ３，Ｇ４が新たなグループＧ（２＋３＋４）に統合される。
【０１３７】
図８（ｃ）は、さらに他の例が示されている。この例では、走査方向に沿ってグループＧ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５が隣接している。グループＧ２の統合基準距離が２．５ｍ、グループＧ３の統合基準距離が３．３ｍ、グループＧ５の統合基準距離が３．２ｍとなる。グループＧ３，Ｇ５の統合基準距離の差分が０．１ｍ、グループＧ２，Ｇ３の統合基準距離の差分が０．８ｍとなるので、当該差分が第二の閾値０．３ｍ以下となるグループＧ３，Ｇ５を含めたグループＧ３，Ｇ４，Ｇ５が統合されて、新たなグループＧ（３＋４＋５）が生成される。
【０１３８】
以下に第三の態様を説明する。
第三の態様は、例えばＴＯＦ方式などのように、距離算出部２３０によって、同一の走査角度方向に複数の距離が算出可能な走査式測距装置に適用される態様である。機能ブロック構成は図３がベースになる。
【０１３９】
グループ生成処理部２３ｉは、距離算出部２３０により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であり、且つ、当該距離データが測定光の走査方向に沿って連続する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成するように構成されている。
【０１４０】
そして、グループ生成処理部２３ｉは、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定し、監視対象物判定部２３ｊを起動するように構成されている。
【０１４１】
図９に示すように、投光部３から出力された測定光の光芒Ｌｗが微小な物体Ｏ１よりも広い場合には、当該微小な物体Ｏ１よりも遠方の物体Ｏ２にも測定光が照射されるので、遠近双方の物体Ｏ１，Ｏ２からの反射光が受光部５で検出されるようになる。
【０１４２】
図８（ｄ）には、図９に対応して距離算出部２３０によって同一の走査角度方向７ｌで二つの距離が算出される場合が示されている。つまり、距離算出部２３０によって、走査角度方向７ｌで物体Ｏ１に対応する距離１．２ｍと、物体Ｏ２に対応する距離３．２ｍが算出されている。
【０１４３】
例えば、第一の閾値が０．２ｍに設定されている場合、グループ生成処理部２３ｉはグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３の三つのグループを生成する。グループＧ２は走査角度方向５ｌ〜９ｌで隣接する距離データの差分が第一の閾値以下となる距離データのグループである。
【０１４４】
このようにグループを生成すれば、走査式測距装置１から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体Ｏ１の背後に何らかの別の物体Ｏ２が存在する場合であっても、当該背後の別の物体Ｏ２の連続性が近傍の小さな物体によって断たれることが無いため、グループ生成処理部２３ｉによって背後の別の物体Ｏ２が一つのグループとして生成され、監視対象物を適正に検知することができるようになる。
【０１４５】
尚、遠近双方の物体からの反射光の一部が重畳する場合には、反射信号の二次微分信号の二回目の立ち上がりタイミングの前後で反射信号を分離し、それぞれの反射信号の立ち上がり時期を反射光の検出タイミングとして距離を算出すればよい。
【０１４６】
以上説明した何れの態様であっても、グループの代表距離として、そのグループに含まれる距離データの最大値を設定することが好ましい。グループに含まれる距離データの最大値を代表距離に設定すれば、或る走査角度で、走査式測距装置の遠方側に位置する物体への測定光の照射が近傍側の微小物体で遮られる場合に、遠方に位置する物体の距離に対応した適切な物体検出最小幅の判定ができるようになる。
【０１４７】
また、物体検出最小幅は、代表距離が長くなるほど小さくなるように設定されていることが好ましい。同じサイズの物体であっても、走査式測距装置の近傍では連続して検出される走査角度の数が多く、または最大走査角度が大きく、走査式測距装置の遠方では連続して検出される走査角度の数が少なく、または最大走査角度が小さくなる。そこで、グループの代表距離が長くなるほど物体検出最小幅を小さくすれば、走査式測距装置を基準に遠近何れの位置に存在する物体であっても、適正に監視対象物であるか否かを判定できるようになる。
【０１４８】
上述した実施形態では、走査式測距装置１が、偏向光学系４によって固定軸心Ｐと直交する平面に沿って測定光が一次元的に走査される構成について説明したが、本発明は、測定光が二次元的に走査され、物体までの距離が三次元で測定可能な走査式測距装置にも適用可能である。
【０１４９】
例えば、上述した走査式測距装置１に、軸心Ｐを揺動させる機構を組み込むことにより、測定光を二次元的に走査可能な偏向光学系を実現することができる。
【０１５０】
また、測定光をＸＹ平面上で二次元に走査する測距装置や、ランダムに２次元走査する測距装置、またＣＣＤを２個使用した三角法による走査など複数走査角を同時に測距可能な測距装置にも本発明の技術思想を適用することができる。
【０１５１】
上述した第一の態様を採用して測定光を二次元的に走査する場合にも、距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、測定光の走査方向を問わずに、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成すればよい。
【０１５２】
そして、グループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定すればよい。この場合、物体検出最小幅を、一定の二次元の領域を占める距離データの個数として設定することも可能である。
【０１５３】
上述した実施形態は、本発明による走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置の一例であり、走査式測距装置の具体的構造、信号処理装置の具体的な回路構成、信号処理方法を実現するソフトウェアの具体的な手順等は、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計できることはいうまでもなく、本発明の技術的範囲が上述の例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１５４】
１：走査式測距装置
３：投光部
５：受光部
４：走査部
２３：信号処理部（信号処理装置）
２３ａ：測距演算部
２３ｂ：補正処理部
２３ｃ：補正データ記憶部
２３ｄ：走査角度／距離記憶部
２３ｅ：グループ記憶部
２３ｆ：最小検出幅設定部
２３ｇ：監視対象領域設定部
２３ｈ：領域判定処理部
２３ｉ：グループ生成処理部
２３ｊ：監視対象物判定部
２３ｋ：グループ統合処理部
２３０：距離算出部（信号処理装置）
２３１：監視対象物検出（信号処理装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともＴＯＦ（Time of Flight）方式及びＡＭ（amplitude modulation）方式の何れかが採用された走査式測距装置が、ロボットや無人搬送車の視覚センサ、或いは、ドアの開閉センサや監視対象領域への侵入者の有無を検出する監視センサ、さらには、危険な装置に人や物が近づくのを検出し、機械を安全に停止する安全センサ等に利用されている。
【０００３】
ＴＯＦ方式は、特許文献１に開示されているように、監視対象領域に向けて出力したパルス状の測定光と、測定光に対する物体からの反射光との検出時間差Δｔに基づいて、走査式測距装置から監視対象領域内に存在する物体までの距離Ｄを算出する方式で、以下の数式を用いて距離Ｄが算出される。尚、式中、Ｃは光速である。
Ｄ＝Δｔ・Ｃ／２
【０００４】
ＡＭ方式は、特許文献２に開示されているように、測定光が振幅変調され、監視対象領域に向けて出力した測定光と、測定光に対する物体からの反射光との位相差Δφに基づいて、走査式測距装置から監視対象領域内に存在する物体までの距離Ｄを算出する方式で、以下の数式を用いて距離Ｄが算出される。尚、式中、Ｃは光速、ｆは変調周波数である。
Ｄ＝Δφ・Ｃ／（４π・ｆ）
【０００５】
また、ＴＯＦ方式とＡＭ方式の双方を採用して、振幅変調した測定光をパルス状に出力することにより、振幅変調光の一波長以上の長い距離をＴＯＦ方式で算出し、振幅変調光の一波長よりも短い距離をＡＭ方式で算出するバースト変調方式の走査式測距装置も提案されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、レーザセンサを用いて対象の領域を照射し、得られた測距データを処理装置で処理することによって物体の位置を検知する物体検知システムであって、該レーザセンサによって該領域の背景に相当する物体の情報を取得する背景データ取得手段と、該レーザセンサによって該領域内にある物体の経時的な測距データを取得して該物体の位置を検知する位置検知手段と、該領域における該物体の存在位置を検知する物体検知手段とを備えた物体検知システムが提案されている。
【０００７】
何れの場合にも、走査式測距装置の信号処理装置には、測定光と反射光との間の所定の相関関係、例えば両者の遅延時間または位相差と距離との間に見られる相関関係に基づいて、所定の走査角度毎に走査式測距装置から監視対象領域内に存在する物体までの距離を算出する距離算出部を備えている。
【０００８】
更に特許文献４には、一定の周波数でパルス変調された照射光を対象物に照射し、その反射光をＰＳＤ(Position Sensing Device)等の受光素子で受光し、その受光位置に応じて生じる光電変換信号に基づいて、対象物までの距離を測距する三角測距の原理を用いた測距装置が提案されている。ＰＳＤ(Position Sensing Device)に替えて二次元の撮像デバイスを用いることも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２５６１９１号公報
【特許文献２】特開２００２−９０４５４号公報
【特許文献３】特開２００９−８５９２７号公報
【特許文献４】特開平０６−２８８７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、何れの方式を採用する走査式測距装置であっても、物体からの反射光に基づいて監視対象領域内に監視対象物が存在するか否かを正確に判定するのは容易ではなく、誤検知する虞があるという問題があった。
【００１１】
例えば、監視対象領域内で浮遊する微小な埃や、監視対象領域内で飛び回る微小な虫等からの反射光を監視対象物からの反射光と誤認する場合や、監視対象領域内に設置された他の走査式測距装置からの測定光を監視対象物からの反射光と誤認する虞がある。
【００１２】
更に、監視対象領域が野外に区画される場合には、木の葉や雨滴等からの反射光を監視対象物からの反射光と誤認する虞もある。
【００１３】
そこで、物体が測定光の走査方向に沿って所定幅以上、言い換えると所定角度以上連続して検出される場合に、その物体が監視対象物であると判定し、所定幅未満、言い換えると所定角度未満の物体をノイズと認識して監視対象物の有無の判定対象から排除することが考えられる。
【００１４】
しかし、走査式測距装置の近傍に小さな虫等のノイズ源が存在する場合には、その背後に存在するかも知れない監視対象物の一部または全部がノイズ源に隠されて、所定幅以上の物体として認識できない場合が発生するという問題があった。
【００１５】
具体的に説明する。図１１（ａ），（ｂ）の上段には、走査式測距装置１から所定の距離に設定された扇形の監視対象領域に向けて、所定周期で測定光を繰り返し走査し、走査角度θ毎に測定光に対する物体からの反射光を検知することにより、人間の腕程度の大きさの監視対象物を検出する場合の説明図が示されている。図中、ハッチングされた大きな円が監視対象物Ｔ、黒く塗り潰された小さな円がノイズとなる微小物であり、符号１ｌ，２ｌ，３ｌ，・・・，１０ｌ，１１ｌは走査角度方向（「ステップ」とも記す。）を示している。
【００１６】
図１１（ａ），（ｂ）の下段には、遠方側で走査角度方向に２回連続して同等の距離が算出されると監視対象物「有」と判定し、近傍側で走査角度方向に３回連続して同等の距離が算出されると監視対象物「有」と判定する場合の判定結果がテーブル表示されている。
【００１７】
テーブルには、各走査角度方向に対する「計測結果」、「連続数」、「監視対象物判定結果」の各欄が設けられている。「計測結果」の欄には、物体までの距離が監視対象領域内の距離であり、走査式測距装置の近傍側に位置する微小物体に対する距離である場合に「近」、走査式測距装置の遠方側に位置する監視対象物Ｔに対する距離である場合に「遠」、監視対象領域外の距離であるか距離が算出されなかった場合に「無」と記されている。「連続数」の欄には、走査方向に沿って連続する「遠」の数、または「近」の数が記されている。「監視対象物判定結果」の欄には「有」「無」の何れかの判定結果が記されている。
【００１８】
図１１（ａ）に示す状況では、走査式測距装置の遠方側に監視対象物Ｔが存在すると判定することができるが、図１１（ｂ）に示す状況では、走査式測距装置の遠方側に監視対象物Ｔが存在すると判定することができない。近傍側に位置する微小物体によって遠方側の監視対象物Ｔの連続性が損なわれるためである。
【００１９】
走査式測距装置を安全センサとして使用する場合には、機械の制御装置が、当該走査式測距装置から出力される監視対象物検知信号に基づいて、監視対象領域に監視対象物が検出されたと判断すると、安全のために機械を自動停止させる必要がある。しかし、このような誤認識によって走査式測距装置から監視対象物検知信号が出力されない場合があるという不都合な事態が発生する。
【００２０】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、ノイズ源となる物体の背後に存在する監視対象物を適正に検出することができる走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述の目的を達成するため、本発明による走査式測距装置の信号処理装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、を備えている点にある。
【００２２】
監視対象領域内を走査する測定光に対応する反射光が走査式測距装置で検知されると、当該測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて、距離算出部によって走査角度毎に距離が算出される。尚、或る走査角度方向に物体が存在しない場合には、反射光が検知されないため、その走査角度で距離は算出されない。
【００２３】
距離算出部によって算出された距離が監視対象領域内を示す値であれば、対応する物体が監視対象領域内に存在することになる。そして、このような距離が隣接する複数の走査角度方向に存在すると、ある程度のサイズの物体が存在すると仮定することができる。当然のことであるが、同じサイズの物体であっても、走査式測距装置の近傍では連続して検出される走査角度の数が多く、走査式測距装置の遠方では連続して検出される走査角度の数が少なくなる。
【００２４】
そこで、グループ生成処理部によって、このような関係を示す複数の距離データが一纏めにグループ化され、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値がそのグループの代表距離に設定される。
【００２５】
そして、監視対象物判定部によって、グループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅、つまり走査方向に沿った物体のサイズが、その代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定される。尚、物体検出最小幅を示す個数未満または走査角度未満の距離データが纏められたグループは、監視対象物ではなくノイズであると判定されることになる。
【００２６】
監視対象領域内に存在する物体が微小な埃や虫、或は雨滴であれば、隣接する走査角度方向で連続して距離が算出される確率は非常に小さくなる。そこで、或る程度の幅で連続する走査角度方向に、略等しい距離データが連続して算出される場合に、監視対象物が存在すると判定することも可能である。しかし、この場合、走査式測距装置から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体の背後に何らかの別の物体が存在すると、当該背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれるため、背後の別の物体が監視対象物であると判定されない虞がある。
【００２７】
上述の第一の特徴構成を備えた信号処理装置では、走査方向に沿って連続する走査角度で連続して算出された距離データが、その値に関係なくグループ化されるので、背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれるような不都合な事態が生じることが無い。しかも、監視対象物であるか否かを判定するためのグループの代表距離が、グループ内の複数の距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値に設定されるので、走査式測距装置から見て近傍側よりも遠方側を重視した物体検出最小幅の判定ができるようになる。
【００２８】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、各グループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されず、複数のグループが隣接する場合に、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループを生成し、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値を新たなグループの代表距離に設定するグループ統合処理部と、前記グループ生成処理部または前記グループ統合処理部で生成されたグループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、を備えている点にある。
【００２９】
第二の特徴構成を備えた信号処理装置では、距離算出部により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であること、隣接する複数の走査角度方向に存在すること、そして隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となること、という三つの条件を満たす場合に、グループ生成処理部によって複数の距離データがグループ化される。そして、第一の特徴構成と同様にして監視対象物判定部によって監視対象物が存在するか否かが判定される。
【００３０】
しかし、走査式測距装置から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体の背後に何らかの別の物体が存在すると、当該背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれるため、グループ生成処理部によって背後の別の物体が複数のグループとして生成されることになる。そして、監視対象物判定部によってグループ毎に物体検出最小幅の判定が行なわれると、背後の別の物体が監視対象物であると判定されない虞がある。
【００３１】
そこで、このような場合に、グループ統合処理部によって、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループが生成され、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値が新たなグループの代表距離に設定される。監視対象物判定部によって、このように統合されたグループに対する物体検出最小幅の判定が行なわれることで、適正に監視対象物の有無が判定されるようになる。
【００３２】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記グループ統合処理部は、距離データの数が最大となる二つの隣接グループを纏めて一つの新たなグループを生成する点にある。
【００３３】
グループ生成処理部で生成された複数のグループのうち、或るグループに隣接するグループが走査方向に沿って両隣に存在する場合、隣接する２グループを構成する距離データの数の和が最大となるグループを統合して一つの新たなグループを生成することで、安全サイドで適正に監視対象物の有無が判定されるようになる。
【００３４】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記グループ統合処理部は、代表距離が短いグループと当該代表距離が短いグループに隣接する代表距離が長いグループとを纏めて一つの新たなグループを生成する点にある。
【００３５】
走査式測距装置から見て近傍に位置するグループと当該グループに隣接する遠方側のグループを統合して一つの新たなグループを生成することで、遠方側のグループに対する物体検出最小幅の判定が適正に行なわれるようになる。
【００３６】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記グループ統合処理部は、代表距離が短いグループの両側に代表距離が長いグループが隣接する場合に、両側の代表距離が長いグループの距離データから得られる統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、当該代表距離が短いグループと両側の代表距離が長いグループを纏めて一つの新たなグループを生成する点にある。
【００３７】
両側の代表距離が長いグループの統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、これらのグループに属する距離データが同一の物体に対する距離データであると判断して、これらのグループを統合することによって、遠方側のグループに対する物体検出最小幅の判定が適正に行なわれるようになる。統合基準距離とは、両側の代表距離が長い２グループが同一の物体に対する距離であることの確からしさを判定するための距離であり、代表距離が短いグループに最も近い走査角度方向の距離データ、代表距離、グループ内の距離データの平均値、中央値等の何れかを採用することができる。
【００３８】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの一または複数の距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、を備えている点にある。
【００３９】
走査式測距装置から走査される測定光の光芒、つまり測定光を形成する光線束の径が近傍に存在する微小物体のサイズよりも大きい場合に、当該微小物体より遠方に測定光の一部が走査される。そのときに微小物体の背景に少なくとも一つの他の物体が存在していると、微小物体からの反射光とその背景に存在する物体からの反射光の二つの反射光が走査式測距装置によって検知され、距離算出部によって少なくとも二つの距離が算出される場合がある。
【００４０】
第六の特徴構成によれば、距離算出部により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であること、隣接する複数の走査角度方向に存在すること、そして隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となること、という三つの条件を満たす場合に、グループ生成処理部によって複数の距離データがグループ化される。
【００４１】
例えば、走査式測距装置から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体の背後に何らかの別の物体が存在する場合であっても、当該背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれることが無いため、グループ生成処理部によって背後の別の物体が一つのグループとして生成されることになる。
従って、微小なノイズ物体や他の測距装置からのノイズ光が存在する環境であっても、監視対象物を適正に検知することができるのである。
【００４２】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記代表距離に、前記グループに含まれる距離データの最大値が設定される点にある。
【００４３】
グループに含まれる距離データの最大値を代表距離に設定すれば、或る走査角度で、走査式測距装置の遠方側に位置する物体への測定光の照射が近傍側の微小物体で遮られる場合に、遠方に位置する物体の距離に対応した適切な物体検出最小幅の判定ができるようになる。
【００４４】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記物体検出最小幅を示す値は、代表距離が長くなるほど小さくなるように設定されている点にある。
【００４５】
既に説明したように、同じサイズの物体であっても、走査式測距装置の近傍では連続して検出される走査角度の数が多く、または最大走査角度が大きく、走査式測距装置の遠方では連続して検出される走査角度の数が少なく、または最大走査角度が小さくなる。そこで、グループの代表距離が長くなるほど物体検出最小幅を示す値を小さくすれば、走査式測距装置を基準に遠近何れの位置に存在する物体であっても、適正に監視対象物であるか否かを判定できるようになる。
【００４６】
本発明による走査式測距装置の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述した第一から第八の何れかの特徴構成を備えた走査式測距装置の信号処理装置が組み込まれている点にあり、真に検出すべき監視対象物を適正に検知できる走査式測距装置を実現することができるようになる。
【００４７】
本発明による走査式測距装置の信号処理方法の第一の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出ステップと、前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、を備えている点にある。
【００４８】
同第二の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出ステップと、前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、各グループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されず、複数のグループが隣接する場合に、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループを生成し、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値を新たなグループの代表距離に設定するグループ統合処理ステップと、前記グループ生成処理ステップまたは前記グループ統合処理ステップで生成されたグループに対する前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、を備えている点にある。
【００４９】
同第三の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの一または複数の距離を算出する距離算出ステップと、前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、を備えている点にある。
【発明の効果】
【００５０】
以上説明した通り、本発明によれば、ノイズ源となる物体の背後に存在する監視対象物を適正に検出することができる走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による走査式測距装置の全体構成を示す概略縦断面図
【図２】走査式測距装置に組み込まれる信号処理装置を含む全体の機能ブロック構成図
【図３】信号処理部とシステム制御部とで構成される信号処理装置の第一及び第三の態様を示す機能ブロック構成図
【図４】信号処理装置で実行される全体の処理を説明するフローチャート
【図５】信号処理装置の第一の態様を示し、グループ生成処理部による処理内容を示す説明図
【図６】信号処理装置の第二の態様を示す機能ブロック構成図
【図７】信号処理装置の第二の態様を示し、グループ生成処理部及びグループ統合処理部による処理内容を示す説明図
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、信号処理装置の第二の態様を示し、グループ生成処理部及びグループ統合処理部による処理内容を示す説明、（ｄ）は信号処理装置の第三の態様を示し、グループ生成処理部による処理内容を示す説明図
【図９】信号処理装置の第三の態様の前提事項である同一の操作角度方向に複数の距離が算出可能な原理の説明図
【図１０】別実施形態を示す第一及び第二偏光ミラーの説明図
【図１１】従来技術の説明図
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明による走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置を図面に基づいて説明する。以下の例では、測定光の光源に赤外半導体レーザが用いられ、ＴＯＦ方式によって物体までの距離を算出する距離算出部等を備えた信号処理装置が組み込まれ、安全センサとして用いられる走査式測距装置について説明する。
【００５３】
当該走査式測距装置によって、予め設定された監視対象領域に侵入者や搬送車両等のある程度のサイズの障害物が監視対象として検知されると、その旨の信号が外部装置に出力される。外部装置は、当該信号に基づいて、例えば安全のために機器を停止する等の所定の制御を行なう。
【００５４】
尚、半導体レーザ以外の種類のレーザやＬＥＤ等の他の種類の光源を用いた走査式測距装置にも本発明を適用することができる。また、距離算出方式としてＴＯＦ方式以外の方式、例えばＡＭ方式や、ＴＯＦ方式とＡＭ方式の双方を採用したバースト変調方式を採用する距離算出部にも本発明を適用することができる。さらには、ＰＳＤ(Position Sensing Device)やＣＭＯＳタイプの二次元撮像素子等の受光素子で反射光を受光し、その受光位置に応じて生じる光電変換信号に基づいて、対象物までの距離を測距する三角測距の原理を用いた測距装置にも本発明を適用することができる。
【００５５】
図１にはこのような走査式測距装置が例示されている。走査式測距装置１は、一対の投光部３及び受光部５を収容する円筒状のケーシング２と、ケーシング２の周方向に沿って配置された弧状の光学窓２ａを備え、投光部３から出力された測定光を円筒状ケーシングの軸心Ｐと直交する方向に偏向反射する第一偏向ミラー９、及び、被測定物Ｔからの反射光を受光部５に向けて偏向反射する第二偏向ミラー１０を軸心Ｐ周りに回転して、測定光を軸心Ｐと直交する平面上で回転走査する偏向光学系４を備えている。
【００５６】
ケーシング２の内壁面は迷光を吸収する暗幕等の吸光部材で被覆され、軸心Ｐに沿って対向配置された投光部３と受光部５の間に、偏向光学系４が配置されている。
【００５７】
投光部３は、赤外半導体レーザでなる発光素子と、発光素子から出力された光ビームを平行光に形成する光学レンズを備えて構成され、ケーシング２の上壁内側に固定されている。
【００５８】
受光部５は、反射光を検出するアバランシェフォトダイオードでなる受光素子を備えて構成され、ケーシング２に固定された中空軸１３上の支持板上に固定されている。
【００５９】
偏向光学系４は、第一偏向ミラー９及び第二偏向ミラー１０が取り付けられた天面８ｂと、反射光を受光部５で集光する受光レンズ１４が取り付けられた周壁部８ａを備えた円筒状の回転体８と、回転体８を一方向に回転駆動するモータ１１を備えている。
【００６０】
下端部が縮径された回転体８は、その内周面に備えた軸受１２を介して中空軸１３に回転可能に支承され、縮径部の外周面にモータ１１の回転子となるマグネット１１ｂが取り付けられている。当該回転子と、当該回転子に対向配置されたコイル１１ａでなる固定子によりモータ１１が構成され、固定子のカバーがケーシング２に固定された中空軸１３に取り付けられている。
【００６１】
投光部３から光軸Ｌ１に沿って出射された測定光が、第一偏向ミラー９で光軸Ｌ１と直交する光軸Ｌ２に偏向され、光学窓２ａを通過して測定対象空間に向けて照射される。測定対象空間に存在する被測定物Ｔからの反射光が、光軸Ｌ２と平行な光軸Ｌ３に沿って光学窓２ａを通過して受光レンズ１４に入光し、第二偏向ミラー１０で光軸Ｌ３と直交する光軸Ｌ４に偏向され、受光部５に集光される。
【００６２】
第一偏向ミラー９で偏向された測定光が光学窓２ａの上方領域を透過し、被測定物Ｔからの反射光が光学窓２ｂの下方領域を透過する。
【００６３】
モータ１１で回転駆動される偏向光学系４により、測定光が光学窓２ａを介して測定対象空間に走査される範囲、具体的には上述した軸心Ｐを基準とする約２７０度の角度範囲が計測用走査角度領域となり、測定光がケーシング２に遮られて測定対象空間に出射されない角度領域が非計測用走査角度領域となる。
【００６４】
つまり、偏向光学系４により、投光部３から出力された測定光を、光学窓２ａを介して測定対象空間に周期的に偏向走査する走査部が構成されている。
【００６５】
図１０に示すように、第一偏光ミラー９と第二偏光ミラー１０を樹脂または光学ガラスで一体成形してもよい。この例では、第一偏向面９１により光軸Ｌ１に対して測定光を測定対象領域に向けて９０度偏向させる第一偏向ミラー９が構成され、第二偏向面９２により反射光を光軸Ｌ４に沿った受光部５に向けて９０度偏向させる第二偏向ミラー１０が構成されている。
【００６６】
そして、第二偏向面９２の上端側中央部が切り欠かれ、当該切欠部９５に第一偏向ミラー９が延出形成されている。このような構成を採用することによって、装置の小型化を図ることができる。
【００６７】
周方向に複数のスリットが形成された円盤状のスリット板１５ａが、回転体８の周壁部８ａに取り付けられるとともに、当該スリットを検出するフォトインタラプタ１５ｂがケーシング２の内壁に取り付けられ、これらにより偏向光学系４の走査角度を検出する走査角度検出部１５が構成されている。
【００６８】
スリット板１５ａに形成されるスリットは、測定光が非走査角度領域の中心に向けて照射される基準位置を除いて均等間隔で形成され、基準位置ではスリット間隔が他の間隔より狭い間隔に形成されている。従って、偏向光学系４の回転に伴なって走査角度検出部１５から出力されるパルスのパルス幅に基づいて、基準位置から偏向光学系４の回転角度位置が把握できるように構成されている。
【００６９】
非走査角度領域の中心には、距離補正用の基準光学系としてのプリズム１６が設けられ、当該プリズム１６を介して受光部５で検知される反射光に基づいて、補正用の基準距離が求められる。
【００７０】
ケーシング２の底部には、装置を駆動して被測定物Ｔまでの距離を算出する信号処理回路２０を備えた制御基板１７が収容されている。
【００７１】
図２に示すように、信号処理回路２０には、発光素子３ａを駆動する駆動回路３ｂ、反射光が受光素子５ａで光電変換された反射信号を増幅する増幅回路５ｂ、モータ制御回路２１、Ａ／Ｄ変換部２２、信号処理部２３、システム制御部２４を備えている。信号処理部２３及びシステム制御部２４によって、本発明による信号処理装置が構成されている。
【００７２】
システム制御部２４には、所定の制御プログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータが設けられ、当該マイクロコンピュータによって信号処理部２３、モータ制御回路２１等が制御される。
【００７３】
システム制御部２４は、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに基づいて、走査角度つまり測定光の照射方向を検出するとともに、偏向光学系４によって測定光が所定の一定速度で周期的に測定対象空間に走査されるようにモータ制御回路２１を制御する。
【００７４】
そして、信号処理部２３から入力される距離と、走査角度検出部１５を介して検出した走査角度等の測定情報、或いは、監視対象領域に障害物が存在することを表す障害物検知信号を、インタフェースを介して接続された外部装置に出力する。
【００７５】
尚、信号処理装置は、ケーシング２の内部に収容され、走査式測距装置1と一体で構成される以外に、ケーシング２の外部に設置され、走査式測距装置1と別体で構成されていてもよい。後者の場合には、信号処理装置はＡ／Ｄ変換部２２等が搭載されたケーシング２内部の制御基板１７と信号線を介して接続され、或は無線通信部を介して接続される。
【００７６】
走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに同期して、信号処理部２３から駆動回路３ｂに出力される駆動パルス信号Ｓ１により赤外半導体レーザ３ａがパルス駆動され、測定対象空間にパルス状の測定光Ｓ２が照射される。
【００７７】
当該測定光Ｓ２が被測定物Ｔに照射され、被測定物Ｔからの反射光Ｓ３がアバランシェフォトダイオード５ａで光電変換され、さらに増幅回路５ｂで増幅された反射信号Ｓ４がＡ／Ｄ変換部２２に入力される。
【００７８】
Ａ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換されたデジタルの反射信号が信号処理部２３に入力され、信号処理部２３で駆動パルス信号Ｓ１と反射信号の時間差Δｔが求められ、以下の式に基づいて被測定物Ｔ迄の仮の距離Ｄ１が算出される。
Ｄ１＝Δｔ・Ｃ／２ （但し、Ｃは光速である。）
【００７９】
ここで、時間差Δｔとは測定光に対する反射光の遅延時間をいい、上述の例では測定光の照射時期を駆動パルス信号Ｓ１の立ち上がり時期で代用しているが、測定光を検知する光電センサを用いて測定光そのものの立ち上がり時期を検知してもよい。
【００８０】
一方、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスが基準位置を示すときに、測定光がプリズム１６に照射され、アバランシェフォトダイオード５ａで検出されたプリズム１６からの反射光Ｓ３に基づく時間差Δｔ´に対応する基準距離Ｄ２が以下の式に基づいて算出される。
Ｄ２＝Δｔ´・Ｃ／２ （但し、Ｃは光速である。）
【００８１】
被測定物迄の距離Ｄが、Ｄ１−Ｄ２によって算出される。当該基準距離Ｄ２は、走査式測距装置１に組み込まれた赤外半導体レーザ３ａ、駆動回路３ｂ、アバランシェフォトダイオード５ａ等の特性ばらつきや、光学系の機差による計測距離のばらつきを吸収して、被測定物迄の正確な距離を算出するための補正値となる。
【００８２】
ところで、反射信号Ｓ４の立上り時期を検知するために所定の閾値電圧と比較する比較器を設ける場合、同じ時期に発生する反射信号Ｓ４であっても、その信号強度によって立ち上がり波形の傾きが異なるために、比較器からの出力時期が変動して、反射信号Ｓ４の立上り時期を正確に検知できない虞がある。
【００８３】
そのため、信号処理部２３は、反射信号Ｓ４を一次微分し、一次微分反射信号の立上り時期を基準に当該一次微分反射信号の正領域の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を反射光Ｓ３の検出時期として求めるように構成されている。
【００８４】
以下、本願発明の信号処理装置の第一から第三の三つの態様を説明する。
先ず、第一の態様について詳述する。
【００８５】
図３に示すように、信号処理部２３は信号処理用のゲートアレイやデジタルシグナルプロセッサ、さらには各種の演算のためのデータ記憶部となる複数のレジスタ等を備えたＡＳＩＣ等の集積回路で構成されている。
【００８６】
これら集積回路によって、上述した被測定物迄の距離Ｄを算出する距離算出部２３０と、距離算出部２３０で算出された距離情報等に基づいて障害となる監視対象物を検出する監視対象物検出部２３１と、駆動回路３ｂや距離算出部２３０等を駆動するためのクロック信号を生成するパルス信号生成部２３２の各機能ブロックが構成されている。
【００８７】
距離算出部２３０は、上述した距離Ｄ１，Ｄ２を算出する測距演算部２３ａと、算出された補正距離Ｄ２を記憶する補正データ記憶部２３ｃと、上述した距離補正演算を行なう補正処理部２３ｂを備えた機能ブロックである。
【００８８】
距離算出部２３０は、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて、所定の走査角度毎に当該走査式測距装置１から監視対象領域内に存在する物体までの距離を算出する処理を測定光の走査周期で繰り返す。所定の相関関係とは、ＴＯＦ方式では測定光に対する反射光の遅延時間と距離との相関関係、ＡＭ方式では測定光に対する反射光の位相差と距離との相関関係をいう。
【００８９】
監視対象物検出部２３１は、監視対象領域設定部２３ｇと、領域判定部２３ｈと、グループ生成処理部２３ｉと、監視対象物判定部２３ｊと、走査角度／距離記憶部２３ｄと、グループ記憶部２３ｅと、最小検出幅設定部２３ｆを備えた機能ブロックである。
【００９０】
監視対象物検出部２３１は、走査式測距装置１で検知された物体からの反射光が、監視対象物以外の微小な埃や虫等から反射したノイズ光であるか、監視対象領域内に進入または侵入した監視対象物から反射した信号光であるか否かを判定して、適正に監視対象物を検出するために設けられている。
【００９１】
監視対象領域設定部２３ｇは、走査式測距装置１により監視すべき監視対象領域の境界を規定する領域データが記憶されたメモリを備えている。当該領域データは、システム制御部２４に接続されたコンピュータ等の外部装置から入力され、システム制御部２４を介して当該メモリに予め記憶されている。
【００９２】
走査角度／距離記憶部２３ｄには、距離算出部２３０で算出された物体の走査角度と距離が走査周期毎に記憶される。領域判定部２３ｈは、走査角度／距離記憶部２３ｄに記憶された走査周期毎の物体の距離が、監視対象領域設定部２３ｇのメモリに記憶された監視対象領域の内部に位置する距離であるか否かを判定し、監視対象領域の内部に位置する場合にのみ、その距離と走査角度をグループ生成処理部２３ｉに引き渡す。
【００９３】
グループ生成処理部２３ｉは、測定光の走査方向に沿って連続する複数の走査角度方向に存在する距離データを一つに纏めたグループを生成し、各距離データにグループの識別子を付与するとともに当該グループの代表距離を設定して、それらのデータをグループ記憶部２３ｅに記憶する。
【００９４】
最小検出幅記憶部２３ｆには、走査式測距装置１からの距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す距離データの個数が記憶されている。物体検出最小幅とは、物体が監視対象物であるかノイズであるかを判定するための測定光の走査方向に沿った物体のサイズであり、それを示す距離データの個数は走査式測距装置１からの距離が長くなるほど小さくなるように設定されている。物体検出最小幅を示す距離データの個数は、システム制御部２４に接続された外部装置から予め入力されて記憶される。
【００９５】
グループの代表距離とは、最小検出幅記憶部２３ｆに記憶されている複数の物体検出最小幅の一つを特定するための値で、グループに含まれる距離データの平均値または中央値の何れか、または、その値から当該距離データの最大値迄の何れかの値が設定される。
【００９６】
尚、最小検出幅記憶部２３ｆに記憶される物体検出最小幅を示す値が、最大走査角度で定義された角度データであってもよい。この場合にも、走査式測距装置１からの距離が長くなるほど小さくなるように設定される。以下の説明では物体検出最小幅が距離データの個数である場合を説明するが、角度データであっても同様の処理が適用できる。
【００９７】
グループ生成処理部２３ｉによって走査周期毎にグループ化処理が行なわれると監視対象物判定部２３ｊが起動される。監視対象物判定部２３ｊは、各グループの表距離に応じて最小検出幅記憶部２３ｆから物体検出最小幅を示す個数を読み出して、各グループの物体検出幅である距離データの個数が、物体検出最小幅を示す個数以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定し、各グループの物体検出幅である距離データの個数が、物体検出最小幅を示す個数未満となる場合に、監視対象物が存在しないと判定する。
【００９８】
監視対象物検出部２３１によって、監視対象物が存在することが検出されると、その旨の信号がシステム制御部２４に出力され、システム制御部２４から外部装置にオン状態の監視対象物検知信号が出力される。
【００９９】
監視対象物検出部２３１によって、監視対象物が存在しないことが検出されると、その旨の信号がシステム制御部２４に出力され、システム制御部２４から外部装置にオフ状態の監視対象物検知信号が出力される。つまり、システム制御部２４が監視対象物検知信号を外部に出力する信号出力部となる。
【０１００】
外部装置は、システム制御部２４から監視対象物検知信号が入力されると、監視対象領域内に設置されている装置を安全のために停止制御する等の予め設定された所定の処理を実行する。
【０１０１】
図４には、上述した信号処理装置２３，２４で実行される監視対象物検出処理のフローチャートが示されている。距離算出部２３０によって物体に対する距離算出処理が実行され、その値が走査角度／距離記憶部２３ｄに記憶される（Ｓ１）。領域判定処理部２３ｈによって領域判定処理が実行され（Ｓ３）、監視対象領域内の走査角度／距離データがグループ生成処理部２３ｉに引き渡される。
【０１０２】
グループ生成処理部２３ｉによってグループ生成処理が実行され（Ｓ３）、監視対象物判定処理部２３ｊによって監視対象物判定処理が実行され（Ｓ４）、システム制御部２４によって障害物検知信号出力処理が実行される（Ｓ５）。
【０１０３】
図５には、走査式測距装置１から最大距離が１０ｍの値に設定された扇形の監視対象領域に向けて、走査周期３０ｍｓｅｃ．で測定光を繰り返し走査し、走査角度θ（＝０．２５°）毎に測定光に対する物体からの反射光を検知することにより、人間の腕程度の大きさの監視対象物を検出する場合の説明図が示されている。図中、ハッチングされた大きな長円が監視対象物Ｔ、黒く塗り潰された小さな円がノイズとなる微小物である。
【０１０４】
この例では、走査式測距装置１から１０ｍ離れた位置で、走査角度θが０．２５°の幅が約４．３６ｃｍとなる。つまり、隣接する走査角度で連続して距離１０ｍの位置に物体Ｔが検知されると少なくとも人間の腕程度の物体が存在することが判定できる。
【０１０５】
図５の上段には、走査式測距装置１から反時計周りに測定光が回転走査されたときの状態が示されている。符号１ｌ，２ｌ，３ｌ，・・・，１０ｌ，１１ｌは走査角度方向（「ステップ」とも記す。）を示している。
【０１０６】
図５の下段には、走査角度方向と算出距離のテーブルが示されている。この例では、走査角度方向２ｌ，３ｌで微小物体（図中、黒丸で示す）に対する距離が算出され、走査角度方向５ｌ，６ｌ，８ｌ，９ｌで監視対象物Ｔに対する距離が算出され、走査角度方向７ｌで他の微小物体（図中、黒丸で示す）に対する距離が算出されている。
【０１０７】
また、距離算出部２３０によって算出された距離が監視対象外であるか、或は距離が算出されなかった場合に、算出距離の枠がハッチングされている。当該枠内の数値は監視対象領域の最大距離である。
【０１０８】
この例では、グループ生成処理部２３ｉによって、距離データがグループＧ１とグループＧ２の二つのグループに分けられ、グループＧ１またはグループＧ２の識別子が付与された各距離データと代表距離がグループ記憶部２３ｅに記憶される。代表距離はグループに含まれる距離データの最大値に設定され、グループＧ１の代表距離が２．５ｍに、グループＧ２の代表距離が３．６ｍに設定される。
【０１０９】
最小検出幅記憶部２３ｆには、走査式測距装置１からの距離に応じた物体検出最小幅が記憶されている。この例では、物体検出最小幅の値は、走査式測距装置１からの距離が３．０ｍ未満で３に設定され、走査式測距装置１からの距離が３．０ｍ以上で２に設定されている。
【０１１０】
監視対象物判定部２３ｊは、グループＧ１の距離データの数２が、グループＧ１の代表距離２．５ｍに対応する物体検出最小幅３よりも小となるために、グループＧ１が監視対象物ではなくノイズであると判定する。
【０１１１】
さらに、監視対象物判定部２３ｊは、グループＧ２の距離データの数５が、グループＧ２の代表距離３．６ｍに対応する物体検出最小幅２よりも大となるために、グループＧ２が監視対象物であると判定する。
【０１１２】
このように、信号処理装置２３，２４では、走査方向に沿って連続する走査角度で連続して算出された距離データが、その値に関係なくグループ化されるので、背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれるような不都合な事態が生じることが無い。
【０１１３】
尚、監視対象物であるか否かを判定するためのグループの代表距離を、グループ内の複数の距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値に設定すれば、走査式測距装置から見て近傍側に位置する物体よりも遠方側に位置する物体を重視した判定ができるようになる。
【０１１４】
以下、本願発明の信号処理装置の第二の態様を説明する。
図６には、第二の態様の信号処理部２３のブロック構成図が示されている。図３で示した信号処理部２３と比較すると、グループ生成処理部２３ｉによるグループの生成基準が異なり、グループ生成処理部２３ｉに加えてグループ統合処理部２３ｋを備えている点が異なる。
【０１１５】
第一の態様では、グループ生成処理部２３ｉは、距離算出部２３０により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であり、且つ、当該距離データが測定光の走査方向に沿って連続する複数の走査角度方向に存在するときに、各距離データの値に関わらず一律にグループを生成するように構成されているが、第二の態様では、各距離データの値に基づいてグループを生成するように構成されている。
【０１１６】
以下、具体的に説明する。グループ生成処理部２３ｉは、距離算出部２３０により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であり、且つ、当該距離データが測定光の走査方向に沿って連続する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成するように構成されている。
【０１１７】
そして、グループ生成処理部２３ｉは、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するように構成されている。
【０１１８】
第一の閾値は、物体が同一物と推定可能な閾値であり、監視対象物の表面の凹凸形状等に基づいて予め設定される値である。この例では、０．２ｍに設定されている。
【０１１９】
図７に示すように、グループ生成処理部２３ｉによって、距離データがグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の四つのグループに分けられ、各グループに識別子が付与された各距離データと代表距離がグループ記憶部２３ｅに記憶される。代表距離はグループに含まれる距離データの最大値に設定される。
【０１２０】
この例でも、最小検出幅記憶部２３ｆに記憶された物体検出最小幅の値は、走査式測距装置１からの距離が３．０ｍ未満で３に設定され、走査式測距装置１からの距離が３．０ｍ以上で２に設定されている。
【０１２１】
このような場合、監視対象物判定部２３ｊは、グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の何れのグループも監視対象物が存在すると判定することができないため、当該判定結果をシステム制御部２４に出力することなく、グループ統合処理部２３ｋを起動する。
【０１２２】
グループ統合処理部２３ｋは、隣接する三つのグループＧ２，Ｇ３，Ｇ４のうち、グループＧ２，Ｇ３を纏めた一つの新たなグループＧ（２＋３）を生成し、当該新たなグループＧ（２＋３）に含まれる距離データの最大値を新たなグループの代表距離に設定し、再度監視対象物判定部２３ｊによる判定を起動するように構成されている。
【０１２３】
監視対象物判定部２３ｊは、グループＧ（２＋３）の距離データの数３が、グループＧ（２＋３）の代表距離３．６ｍに対応する物体検出最小幅２よりも大となるために、グループＧ（２＋３）が監視対象物であると判定する。
【０１２４】
第二の態様による信号処理装置２３，２４では、走査式測距装置１から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体の背後に何らかの別の物体が存在し、当該背後の別の物体の連続性が近傍の小さな物体によって断たれる場合であっても、背後の別の物体を監視対象物であると判定できるようになる。
【０１２５】
走査方向に沿って三つ以上のグループが隣接する場合には、グループ統合処理部２３ｋは、以下に示す何れかの態様を好適に採用してグループを統合することができる。
【０１２６】
グループ生成処理部２３ｉで生成された複数のグループのうち、或るグループに隣接するグループが走査方向に沿って両隣に存在する場合、隣接する２グループを構成する距離データの数の和が最大となるグループを統合して一つの新たなグループを生成することで、安全サイドで適正に監視対象物の有無が判定されるようになる。
【０１２７】
つまり、グループ統合処理部２３ｋは、距離データの数が最大となる二つの隣接グループを纏めて一つの新たなグループを生成することが好ましい。
【０１２８】
図８（ａ）に示す場合、グループＧ２とグループＧ３を統合すると距離データの数の和が４になり、グループＧ３とグループＧ４を統合したときの距離データの数の和３よりも大きくなるので、グループＧ２とグループＧ３を新たなグループＧ（２＋３）に統合するのである。尚、図７に示したように、何れに隣接するグループと統合しても、距離データの数の和が等しい場合には、何れか一方のグループと統合すればよい。
【０１２９】
また、グループ統合処理部２３ｋは、走査方向に沿って複数のグループが隣接する場合、代表距離が短いグループと当該代表距離が短いグループに隣接する代表距離が長いグループとを纏めて一つの新たなグループを生成することが好ましい。
【０１３０】
このように代表距離が短いグループを基準にグループを統合すれば、走査式測距装置１から見て近傍に位置するグループと当該グループに隣接する遠方側のグループを統合して一つの新たなグループを生成されるので、遠方側のグループに対する物体検出最小幅の判定が適正に行なわれるようになる。
【０１３１】
さらに、グループ統合処理部２３ｋは、代表距離が短いグループの両側に代表距離が長いグループが隣接する場合に、両側に位置する代表距離が長いグループの距離データから得られる統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、当該代表距離が短いグループと両側の代表距離が長い方のグループを纏めて一つの新たなグループを生成することが好ましい。
【０１３２】
統合基準距離とは、両側に位置する代表距離が長い二つのグループが同一の物体に対する距離であることの確からしさを判定するための距離である。統合基準距離として、代表距離が短いグループに最も近い走査角度方向の距離データ、代表距離、グループ内の距離データの平均値、中央値等の何れかを採用することができる。
【０１３３】
第二の閾値も、同一物と推定可能な閾値であり、監視対象物の表面の凹凸形状等に基づいて予め設定される値である。第二の閾値は上述した第一の閾値よりも大きな値に設定されることが好ましい。
【０１３４】
両側の代表距離が長いグループの統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、これらのグループに属する距離データが同一の物体に対する距離データであると判断して、これらのグループを統合することによって、遠方側のグループに対する物体検出最小幅の判定が適正に行なわれるようになる。
【０１３５】
図８（ｂ）には、統合基準距離として、代表距離が短いグループに最も近い走査角度方向の距離データを採用する場合の例が示されている。グループＧ２の統合基準距離が３．３ｍ、グループＧ４の統合基準距離が３．２ｍとなり、その差分が０．１ｍとなる。
【０１３６】
この例では、第二の閾値が０．３ｍに設定されている。従って、グループＧ２，Ｇ３，Ｇ４が新たなグループＧ（２＋３＋４）に統合される。
【０１３７】
図８（ｃ）は、さらに他の例が示されている。この例では、走査方向に沿ってグループＧ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５が隣接している。グループＧ２の統合基準距離が２．５ｍ、グループＧ３の統合基準距離が３．３ｍ、グループＧ５の統合基準距離が３．２ｍとなる。グループＧ３，Ｇ５の統合基準距離の差分が０．１ｍ、グループＧ２，Ｇ３の統合基準距離の差分が０．８ｍとなるので、当該差分が第二の閾値０．３ｍ以下となるグループＧ３，Ｇ５を含めたグループＧ３，Ｇ４，Ｇ５が統合されて、新たなグループＧ（３＋４＋５）が生成される。
【０１３８】
以下に第三の態様を説明する。
第三の態様は、例えばＴＯＦ方式などのように、距離算出部２３０によって、同一の走査角度方向に複数の距離が算出可能な走査式測距装置に適用される態様である。機能ブロック構成は図３がベースになる。
【０１３９】
グループ生成処理部２３ｉは、距離算出部２３０により算出された距離データが、監視対象領域内を示す値であり、且つ、当該距離データが測定光の走査方向に沿って連続する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成するように構成されている。
【０１４０】
そして、グループ生成処理部２３ｉは、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定し、監視対象物判定部２３ｊを起動するように構成されている。
【０１４１】
図９に示すように、投光部３から出力された測定光の光芒Ｌｗが微小な物体Ｏ１よりも広い場合には、当該微小な物体Ｏ１よりも遠方の物体Ｏ２にも測定光が照射されるので、遠近双方の物体Ｏ１，Ｏ２からの反射光が受光部５で検出されるようになる。
【０１４２】
図８（ｄ）には、図９に対応して距離算出部２３０によって同一の走査角度方向７ｌで二つの距離が算出される場合が示されている。つまり、距離算出部２３０によって、走査角度方向７ｌで物体Ｏ１に対応する距離１．２ｍと、物体Ｏ２に対応する距離３．２ｍが算出されている。
【０１４３】
例えば、第一の閾値が０．２ｍに設定されている場合、グループ生成処理部２３ｉはグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３の三つのグループを生成する。グループＧ２は走査角度方向５ｌ〜９ｌで隣接する距離データの差分が第一の閾値以下となる距離データのグループである。
【０１４４】
このようにグループを生成すれば、走査式測距装置１から見て近傍に位置するノイズ源としての小さな物体Ｏ１の背後に何らかの別の物体Ｏ２が存在する場合であっても、当該背後の別の物体Ｏ２の連続性が近傍の小さな物体によって断たれることが無いため、グループ生成処理部２３ｉによって背後の別の物体Ｏ２が一つのグループとして生成され、監視対象物を適正に検知することができるようになる。
【０１４５】
尚、遠近双方の物体からの反射光の一部が重畳する場合には、反射信号の二次微分信号の二回目の立ち上がりタイミングの前後で反射信号を分離し、それぞれの反射信号の立ち上がり時期を反射光の検出タイミングとして距離を算出すればよい。
【０１４６】
以上説明した何れの態様であっても、グループの代表距離として、そのグループに含まれる距離データの最大値を設定することが好ましい。グループに含まれる距離データの最大値を代表距離に設定すれば、或る走査角度で、走査式測距装置の遠方側に位置する物体への測定光の照射が近傍側の微小物体で遮られる場合に、遠方に位置する物体の距離に対応した適切な物体検出最小幅の判定ができるようになる。
【０１４７】
また、物体検出最小幅は、代表距離が長くなるほど小さくなるように設定されていることが好ましい。同じサイズの物体であっても、走査式測距装置の近傍では連続して検出される走査角度の数が多く、または最大走査角度が大きく、走査式測距装置の遠方では連続して検出される走査角度の数が少なく、または最大走査角度が小さくなる。そこで、グループの代表距離が長くなるほど物体検出最小幅を小さくすれば、走査式測距装置を基準に遠近何れの位置に存在する物体であっても、適正に監視対象物であるか否かを判定できるようになる。
【０１４８】
上述した実施形態では、走査式測距装置１が、偏向光学系４によって固定軸心Ｐと直交する平面に沿って測定光が一次元的に走査される構成について説明したが、本発明は、測定光が二次元的に走査され、物体までの距離が三次元で測定可能な走査式測距装置にも適用可能である。
【０１４９】
例えば、上述した走査式測距装置１に、軸心Ｐを揺動させる機構を組み込むことにより、測定光を二次元的に走査可能な偏向光学系を実現することができる。
【０１５０】
また、測定光をＸＹ平面上で二次元に走査する測距装置や、ランダムに２次元走査する測距装置、またＣＣＤを２個使用した三角法による走査など複数走査角を同時に測距可能な測距装置にも本発明の技術思想を適用することができる。
【０１５１】
上述した第一の態様を採用して測定光を二次元的に走査する場合にも、距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、測定光の走査方向を問わずに、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成すればよい。
【０１５２】
そして、グループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定すればよい。この場合、物体検出最小幅を、一定の二次元の領域を占める距離データの個数として設定することも可能である。
【０１５３】
上述した実施形態は、本発明による走査式測距装置の信号処理装置、信号処理方法、及び走査式測距装置の一例であり、走査式測距装置の具体的構造、信号処理装置の具体的な回路構成、信号処理方法を実現するソフトウェアの具体的な手順等は、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計できることはいうまでもなく、本発明の技術的範囲が上述の例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１５４】
１：走査式測距装置
３：投光部
５：受光部
４：走査部
２３：信号処理部（信号処理装置）
２３ａ：測距演算部
２３ｂ：補正処理部
２３ｃ：補正データ記憶部
２３ｄ：走査角度／距離記憶部
２３ｅ：グループ記憶部
２３ｆ：最小検出幅設定部
２３ｇ：監視対象領域設定部
２３ｈ：領域判定処理部
２３ｉ：グループ生成処理部
２３ｊ：監視対象物判定部
２３ｋ：グループ統合処理部
２３０：距離算出部（信号処理装置）
２３１：監視対象物検出（信号処理装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、
前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、
前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、
を備えている走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項２】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、
前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、
隣接する複数のグループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されなかった場合に、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループを生成し、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値を新たなグループの代表距離に設定するグループ統合処理部と、
前記グループ生成処理部または前記グループ統合処理部で生成されたグループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、
を備えている走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項３】
前記グループ統合処理部は、距離データの数が最大となる二つの隣接グループを纏めて一つの新たなグループを生成する請求項２記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項４】
前記グループ統合処理部は、代表距離が短いグループと当該代表距離が短いグループに隣接する代表距離が長いグループとを纏めて一つの新たなグループを生成する請求項２記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項５】
前記グループ統合処理部は、代表距離が短いグループの両側に代表距離が長いグループが隣接する場合に、両側の代表距離が長いグループの距離データから得られる統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、当該代表距離が短いグループと両側の代表距離が長いグループを纏めて一つの新たなグループを生成する請求項２記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項６】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの一または複数の距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、
前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、
前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、
を備えている走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項７】
前記代表距離に、前記グループに含まれる距離データの最大値が設定される請求項１から６の何れかに記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項８】
前記物体検出最小幅を示す値は、代表距離が長くなるほど小さくなるように設定されている請求項１から７の何れかに記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れかに記載の走査式測距装置の信号処理装置が組み込まれている走査式測距装置。
【請求項１０】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、
前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、
前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、
を備えている走査式測距装置の信号処理方法。
【請求項１１】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、
前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、
隣接する複数のグループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されなかった場合に、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループを生成し、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値を新たなグループの代表距離に設定するグループ統合処理ステップと、
前記グループ生成処理ステップまたは前記グループ統合処理ステップで生成されたグループに対する前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、
を備えている走査式測距装置の信号処理方法。
【請求項１２】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの一または複数の距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、
前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、
前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、
を備えている走査式測距装置の信号処理方法。
【請求項１】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、
前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、
前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、
を備えている走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項２】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、
前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、
隣接する複数のグループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されなかった場合に、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループを生成し、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値を新たなグループの代表距離に設定するグループ統合処理部と、
前記グループ生成処理部または前記グループ統合処理部で生成されたグループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、
を備えている走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項３】
前記グループ統合処理部は、距離データの数が最大となる二つの隣接グループを纏めて一つの新たなグループを生成する請求項２記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項４】
前記グループ統合処理部は、代表距離が短いグループと当該代表距離が短いグループに隣接する代表距離が長いグループとを纏めて一つの新たなグループを生成する請求項２記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項５】
前記グループ統合処理部は、代表距離が短いグループの両側に代表距離が長いグループが隣接する場合に、両側の代表距離が長いグループの距離データから得られる統合基準距離の差分が第二の閾値以下の場合に、当該代表距離が短いグループと両側の代表距離が長いグループを纏めて一つの新たなグループを生成する請求項２記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項６】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理装置であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの一または複数の距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理部と、
前記グループ生成処理部で生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定部と、
前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力部と、
を備えている走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項７】
前記代表距離に、前記グループに含まれる距離データの最大値が設定される請求項１から６の何れかに記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項８】
前記物体検出最小幅を示す値は、代表距離が長くなるほど小さくなるように設定されている請求項１から７の何れかに記載の走査式測距装置の信号処理装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れかに記載の走査式測距装置の信号処理装置が組み込まれている走査式測距装置。
【請求項１０】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、当該複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、
前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、
前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、
を備えている走査式測距装置の信号処理方法。
【請求項１１】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、
前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、
隣接する複数のグループに対する前記監視対象物判定部の判定の結果、監視対象物が存在すると判定されなかった場合に、隣接する二つのグループを纏めた一つの新たなグループを生成し、当該新たなグループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値を新たなグループの代表距離に設定するグループ統合処理ステップと、
前記グループ生成処理ステップまたは前記グループ統合処理ステップで生成されたグループに対する前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、
を備えている走査式測距装置の信号処理方法。
【請求項１２】
監視対象領域に向けて測定光を走査し、所定の走査角度毎に測定光に対する物体からの反射光を検知する走査式測距装置の信号処理方法であって、
前記所定の走査角度毎に、測定光と反射光との間の所定の相関関係に基づいて当該走査式測距装置から物体までの一または複数の距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出され、且つ、監視対象領域内を示す距離データが、隣接する複数の走査角度方向に存在するときに、隣接する走査角度方向の距離データの差分が第一の閾値以下となる複数の距離データを纏めたグループを生成し、当該グループに含まれる距離データの平均値または中央値から当該距離データの最大値迄の何れかの値をそのグループの代表距離に設定するグループ生成処理ステップと、
前記グループ生成処理ステップで生成されたグループに含まれる距離データの個数または最大走査角度で定義される物体検出幅が、前記代表距離に応じて予め設定された物体検出最小幅を示す個数以上または走査角度以上となる場合に、監視対象物が存在すると判定する監視対象物判定ステップと、
前記監視対象物判定ステップの判定の結果、監視対象物が存在すると判定されたときに、その旨を示す監視対象物検知信号を出力する信号出力ステップと、
を備えている走査式測距装置の信号処理方法。
【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２０１２−２４２１８９（Ｐ２０１２−２４２１８９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０９５２（Ｐ２０１１−１１０９５２）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００２４２６００）北陽電機株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００２４２６００）北陽電機株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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