(57)【要約】【課題】外部物体が監視領域内の物体測距に与える影響度を認識できる物体監視システムを提供する。【解決手段】物体監視システム１は、監視領域４４と外部物体４７との間の配置関係を外部物体４７の測距値に基づき求め、求めた配置関係に従って監視領域４４内の物体測距に対する外部物体４７の影響度を算出する手段を備える。【選択図】図３
2020046296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象空間に照射した参照光と前記対象空間からの反射光との位相差に基づき前記対象空間の測距値を出力する測距装置を備え、前記対象空間の中に定めた監視領域内に監視物体が存在するか否かを前記測距値に基づき判定する物体監視システムであって、
前記監視領域と前記監視領域外の外部物体との間の配置関係を前記外部物体の前記測距値に基づき求め、求めた前記配置関係に従って前記監視領域内の物体測距に対する前記外部物体の影響度を算出する手段を備えることを特徴とする物体監視システム。
【請求項２】
前記測距装置は前記対象空間の光強度値をさらに出力し、前記影響度は前記配置関係に加えて前記外部物体の前記光強度値から算出される、請求項１に記載の物体監視システム。
【請求項３】
前記影響度は、前記外部物体の前記測距値から推定した形状と、前記外部物体の前記光強度値から推定した反射率とに基づき算出される、請求項２に記載の物体監視システム。
【請求項４】
第１閾値以上の前記影響度が検知された場合に警告信号を出力する手段をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の物体監視システム。
【請求項５】
第２閾値以上の前記影響度と、前記第２閾値以上の前記影響度を与える前記外部物体とを表示する手段をさらに備える、請求項４に記載の物体監視システム。
【請求項６】
前記第１閾値及び前記第２閾値の少なくとも一方の設定値を変更する手段をさらに備える、請求項５に記載の物体監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置を有する物体監視システムに関し、特に監視領域外の外部物体の影響を検知する物体監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体までの距離を測定する測距装置として、光の飛行時間に基づき距離を出力するＴＯＦ（time of flight）カメラが公知である。ＴＯＦカメラは、所定周期で強度変調した参照光を対象空間に照射し、参照光と対象空間からの反射光との間の位相差に基づき対象空間の測距値を出力する位相差方式を採用するものが多い。
【０００３】
斯かるＴＯＦカメラは、参照光の経路長を位相差に基づき間接的に測定し測距するため、ある測距点に対し、他の物体を介して多重反射した参照光が強く影響する場合には、測距値が誤って大きくなる現象（所謂、マルチパス）が知られている。マルチパスの影響の抑制又は低減に関する技術としては、例えば下記の特許文献が公知である。
【０００４】
特許文献１には、少なくとも２つの照射領域毎に照射光量を調節可能に構成した光源部を備えた３次元測定装置が開示されている。３次元測定装置は、各照射領域ａ、ｂ、ｃにおいて所定の基本光量を照射光量として設定した照射パターンＡの露光量の総和と、各照射領域の中の少なくとも１つである照射領域ｂの照射光量が基本光量より小さい照射パターンＢの露光量の総和とを差分し、差分を２倍することにより、照射パターンＡに混入する不要反射光の露光成分を算出している。
【０００５】
特許文献２には、撮像センサの視野のうち任意の領域のみを照明する照明モジュール（ストライプ照明）を備えた飛行時間型カメラが開示されている。ピクセル領域ごとに互いに独立して照明及び測定を行う構成は、直接でない光路や多重反射を減らせると同時に、より直接的な光をピクセル領域が受光できるので、多重反射（マルチパス反射）に関して有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】再公表特許２０１４／０９７５３９号
【特許文献２】特表２０１５−５１３８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＴＯＦカメラを利用し、対象空間の中に定めた監視領域内に監視物体が存在するか否かを測距値に基づき判定する物体監視システムにおいて、監視領域近傍にマルチパスを引き起す外部物体が有る場合には、ＴＯＦカメラから出力される測距値が誤って大きくなることがある。この場合、特に監視領域の遠方位置においては、監視領域の中に監視物体が存在していても監視物体が無いと誤判定されてしまう。
【０００８】
また、物体監視システムの設置時には監視領域近傍に外部物体が無い場合であっても、設置後に作業者が外部物体を監視領域近傍に配置することにより、測距値が大きくなって判定を誤ることもある。従って、設置時だけでなく、設置後においても監視領域近傍の外部物体の有無を常時確認できることが望まれる。
【０００９】
一方、監視領域近傍に外部物体が有っても、監視領域と外部物体との間の配置関係や外部物体の反射率に依存して、外部物体が監視領域内の物体測距に大きな影響を及ぼさないこともある。
【００１０】
そこで、外部物体が監視領域内の物体測距に与える影響度を認識できる物体監視システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一態様は、対象空間に照射した参照光と対象空間からの反射光との位相差に基づき対象空間の測距値を出力する測距装置を備え、対象空間の中に定めた監視領域内に監視物体が存在するか否かを測距値に基づき判定する物体監視システムであって、監視領域と監視領域外の外部物体との間の配置関係を外部物体の測距値に基づき求め、求めた配置関係に従って監視領域内の物体測距に対する前記外部物体の影響度を算出する手段を備える、物体監視システムを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の一態様によれば、外部物体が監視領域内の物体測距に与える影響度を認識できる物体監視システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態における物体監視システムの構成を示すブロック図である。
【図２】物体監視システムの適用例を示す平面図である。
【図３】マルチパスを誘発し得る外部物体の一例を示す平面図である。
【図４】影響度確認点（Ｐj）への外部物体を介した参照光の様子を示す平面図である。
【図５】影響度確認点Ｐｊと外部物体との間の配置関係（ベクトルＡi、ベクトルＢi、及び法線ベクトルｓi）に従って外部物体の影響度を算出する原理を示す概念図である。
【図６Ａ】外部物体の反射率（ρ）に従って外部物体の影響度を算出する原理を示す概念図である。
【図６Ｂ】外部物体の反射率（ρ’）に従って外部物体の影響度を算出する原理を示す概念図である。
【図７】外部物体の影響度（Ｔｄ’−Ｔｄ）の計算式を説明するための概念図である。
【図８】多重反射光の光強度値（Ｌｆ）及び往路遅延（Ｔｆ）の算出式を説明するための概念図である。
【図９】外部物体の微小面（Δｓi）からの反射光成分の光強度値（ΔＬi）及び往路遅延（ΔＴi）の算出式を説明するための概念図である。
【図１０】測距装置のイメージセンサを構成する画素単位に注目した影響度の簡易計算手法を示す概念図である。
【図１１】一実施形態における物体監視システムの動作を示す概略フローチャートである。
【図１２】第２閾値以上の影響度と、第２閾値以上の影響度を与える外部物体とを表示する表示画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号が付与されている。また、以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。
【００１５】
図１は、一実施形態における物体監視システム１の構成を示すブロック図である。物体監視システム１は、測距装置１０、コンピュータ装置２０、及び信号出力部２７を備え、監視領域内の物体有無を監視するよう構成されている。測距装置１０、コンピュータ装置２０、及び信号出力部２７は、有線、無線などのネットワーク等を介して接続され、相互に通信可能に構成される。他の実施形態では、測距装置１０、信号出力部２７、及びコンピュータ装置２０の少なくとも一部は、バス接続等で一体化されていてもよい。信号出力部２７は、外部機器への１つ又は複数の信号出力機能を有し、また１つ又は複数の信号入力機能を有している場合もある。ネットワークの通信制御としては、例えばイーサネット（登録商標）、ＵＳＢ等の通信制御がある。
【００１６】
測距装置１０は、例えばＴＯＦカメラであり、対象空間に照射した参照光と対象空間からの反射光との間の位相差に基づき対象空間の測距値データ１１を出力する。さらに、測距装置１０は、対象空間から反射される参照光の光強度値データ１２を出力する場合がある。
【００１７】
コンピュータ装置２０は、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３、入出力部２４、不揮発性メモリ２５、及び表示部２６を備えている。不揮発性メモリ２５は、監視領域の三次元情報を含む監視領域データ３１を記憶している。ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２２をワークＲＡＭとしてＲＯＭ２３に記憶された物体監視プログラム３０を実行すると、監視領域データ３１を不揮発性メモリ２５から読出すと共に、入出力部２４を介して測距値データ１１、光強度値データ１２等を測距装置１０から読出す。ＣＰＵ２１は、監視領域内の物体有無を測距値データ１１及び監視領域データ３１に基づき判定し、監視領域内に監視物体が存在する場合には、信号出力部２７に作用して物体検知信号を出力する。また、表示部２６は、測距装置１０からの測距値データ１１又は光強度値データを画像として表示する。
【００１８】
本実施形態における物体監視システム１は、監視領域内の物体測距に対する外部物体の影響度を算出する。ＣＰＵ２１は、監視領域と外部物体との間の配置関係を外部物体の測距値データ１１及び監視領域データ３１に基づき求め、求めた配置関係に従って監視領域内の物体測距に対する外部物体の影響度３２を算出する。また、必要に応じてＣＰＵ２１は、配置関係に加えて外部物体の光強度値データ１２から影響度３２を算出する。影響度３２は、外部物体データ３３と関連付けて不揮発性メモリ２５に記憶されてもよい。
【００１９】
また、本実施形態における物体監視システム１は、影響度３２が第１閾値３４を超えているのか否かを検知することもできる。第１閾値３４は、不揮発性メモリ２５に記憶される。ＣＰＵ２１は、第１閾値３４以上の影響度３２を検知した場合に信号出力部２７に作用して警告信号を出力する。警告信号が物体監視システム１から出力されることで、例えば監視領域内の監視物体の判定を危うくする物体を配置した作業者は、誤判定を生じる可能性を認識することができ、配置した外部物体の排除又は移動といった対応を行うことができる。
【００２０】
また、本実施形態における物体監視システム１は、監視領域への影響度３２が第１閾値３４を超える箇所、その影響度３２、及びその影響度３２の主たる要因として特定した外部物体又はその部位を、測距値データ１１又は光強度値データ１２の画像に重ねた画像に変換して表示部２６に表示することもできる。さらに本実施形態における物体監視システム１は、ユーザによって容易に設定値の変更が可能な第２閾値３５を有し、第１閾値３４と同様に監視領域への影響度３２が設定された第２閾値３５を超える箇所、その影響度３２、及びその影響度３２の主たる要因として特定した外部物体又はその部位を、測距値データ１１又は光強度値データ１２の画像に重ねた画像に変換して表示部２６に表示することもできる。なお、第１閾値３４に対する表示なのか、第２閾値３５に対する表示なのかは、フォント、色分け等によって区別される。これら機能によって、第１閾値３４を超える原因を容易に確認できる。さらに第２閾値３５の設定値を変更しながら表示を確認することにより、例えば警告信号が出力されない影響度３２の状況であっても、その影響度３２の確認又は比較的影響度が大きい外部物体の特定が可能になり、改善の検討が可能になる。
【００２１】
さらに、本実施形態における物体監視システム１は、第１閾値３４の設定値の変更手段を備えていてもよい。これにより、例えば物体監視システム１の設置時に、最初に設定した監視領域に対し、床、壁、既設の設備等の排除又は移動が困難な外部物体により、既に第１閾値３４を超える状況が発生している場合に、第１閾値３４及び監視領域を再検討する、といった対応が可能となる。なお、第１閾値３４の設定値の変更については、設置状況又は必要となる監視領域の安全性について熟知した設置者のみが行えるようにパスワードロック等による保護が施されてもよい。
【００２２】
図２は、物体監視システム１の適用例を示す平面図である。本例では、作業台４０に載置したワーク４１を搬送するロボット４２と作業者４３との間の干渉を回避するため、監視領域４４が設定され、物体監視システム１は監視領域４４内に作業者４３が存在するか否かを測距装置１０の測距値データに基づき判定する。本例では、監視領域４４は、安全柵４５の開口部近傍に直方体形状として定められているが、測距装置１０の対象空間４６の中であれば任意の場所に任意の形状で設定できる。また、物体監視システム１が出力する物体検知信号は、一般には安全を配慮して監視領域４４の監視によって作業者４３から隔離されるロボット、工作機械等の危険源の動力を停止する信号として使用される。一方、物体監視システム１が出力する警告信号は、危険源の出力の低減、又は、ロボット、工作機械等であれば動作速度に制限を掛ける信号として用いることができる。
【００２３】
図３は、マルチパスを誘発し得る外部物体４７の一例を示す平面図である。外部物体４７は、測距装置１０の対象空間４６の中にあり、且つ、監視領域４４の外部に存在する物体として定義される。外部物体４７は、壁、柱等の不動体でもよく、図３に示すような段ボール、椅子等の動体でもよい。
【００２４】
測距装置１０は、対象空間４６に照射した参照光と対象空間４６からの反射光との間の位相差に基づき測距する測定原理上、外部物体４７を介して多重反射した参照光が強く影響する場合には、測距値が誤って大きくなることがある。このため、図３に示す通り、特に監視領域４４の遠方位置４８において、実際には監視物体の位置３６が監視領域４４内に存在している場合であっても、測距装置１０の測距値データの位置３６’が監視領域４４外となり、監視物体が監視領域４４内に存在していないと誤判定されてしまう。従って、外部物体４７は、排除すべきものであり、配置した時点で物体監視システムから警告されることが望ましいこととなる。
【００２５】
図４は、影響度確認点Ｐj（ｊは整数）への外部物体４７を介した参照光の様子を示す平面図である。本実施形態における物体監視システム１は、監視領域４４の遠方側縁４９において１又は複数の影響度確認点Ｐjを定め、外部物体４７の影響度を算出する。本例では、直方体形状の監視領域４４の背面、右側面、及び左側面の遠方側縁４９に影響度確認点Ｐjを定めているが、監視領域４４の上面及び下面にも影響度確認点Ｐjを定めることができることに留意されたい。また、監視システムとしての性格上、影響度確認点Ｐjには、物体監視システム１で規定される監視物体の大きさ、反射率等の仕様上、影響が最大となる物体が存在すると想定して影響度の算出を行うのが一般的である。さらに、外部物体４７における光の反射は、理想的な拡散反射、即ち反射面の輝度がどの角度から見ても概ね均一になるランバート反射であることを前提とする。
【００２６】
図５は、影響度確認点Ｐｊに想定した物体と外部物体との間の配置関係（ベクトルＡi、ベクトルＢi、及び法線ベクトルｓi（ｉは整数））に従って外部物体４７の影響度を算出する原理を示す概念図である。ベクトルＡiは、測距装置１０の光源から外部物体４７の微小面Δｓiを結ぶベクトルであり、ベクトルＢiは、外部物体４７の微小面Δｓiから影響度確認点Ｐjを結ぶベクトルである。図５では、概略的にＡ点−Ｄ点の４点の微小面を代表的に示しているが、実際には外部物体４７の面全体から反射した光が影響度確認点Ｐjを照らすことに留意されたい。また、法線ベクトルｓiは、外部物体４７の微小面Δｓiに対して垂直なベクトルである。
【００２７】
測距装置１０は光の飛行時間に基づき測距するため、影響度確認点Ｐjにおける物体測距は、影響度確認点Ｐjから直接反射してくる単反射光の距離遅延Ｔｄだけでなく、外部物体４７を介して影響度確認点Ｐjから反射してくる多重反射光の往路遅延Ｔｆの影響を受ける。従って、多重反射光の往路遅延Ｔｆは、ベクトルＡiの大きさ及びベクトルＢiの大きさの和に依存する。また、影響度確認点Ｐjにおける物体測距は、影響度確認点Ｐjから直接反射してくる単反射光の光強度Ｌｏだけでなく、外部物体４７を介して影響度確認点Ｐjから反射してくる多重反射光の光強度値Ｌｆの影響も受ける。外部物体４７の微小面Δｓiを考えた場合、微小面Δｓiの法線ベクトルｓiが測距装置１０の方を向いている程、測距装置１０の参照光は微小面Δｓiに強く照射される。また、微小面Δｓiの法線ベクトルｓiが影響度確認点Ｐjの方を向いている程、影響度確認点Ｐjは強い影響を受ける。換言すれば、外部物体４７の微小面Δｓiからの影響度は、影響度確認点Ｐj（即ち、監視領域）と外部物体４７の微小面Δｓiとの間の配置関係（ベクトルＡi、ベクトルＢi、及び法線ベクトルｓi）に依存することとなる。従って、本実施形態における物体監視システム１では、監視領域と外部物体４７との間の配置関係を外部物体４７の測距値に基づき求め、求めた配置関係に従って監視領域内の物体測距に対する外部物体４７の影響度を算出する。
【００２８】
図６Ａ及び図６Ｂは、外部物体の反射率（ρ及びρ’（ρ＜ρ’））に従って外部物体４７の影響度を算出する原理を示す概念図である。図６Ａには、黒色等の低反射率ρの外部物体４７が示されており、図６Ｂには、白色等の高反射率ρ’の外部物体４７が示されている。低反射率ρの外部物体４７の場合、影響度確認点Ｐjにおける物体測距は、外部物体４７の影響を殆ど受けず、影響度確認点Ｐjから直接反射してくる単反射光の光強度値Ｌｏのみに概ね依存する。しかし、高反射率ρ’の外部物体４７の場合、影響度確認点Ｐjにおける物体測距は、外部物体４７を介して影響度確認点Ｐjから反射してくる多重反射光の光強度値Ｌｆにも依存することとなる。従って、本実施形態における物体監視システム１は、前述の配置関係に加えて、必要に応じて外部物体４７の光強度値と距離値との関係から推定した外部物体４７の反射率（ρ及びρ’）に基づき影響度を算出することにより、影響度の計算精度が向上する。以下では、外部物体４７の影響度の理論的な計算式又は簡易的な計算式を説明する。但し、これら計算式は、コンピュータ装置２０の計算性能等を顧みて、実機での検証に基づき係数等を補正して使用することに留意されたい。
【００２９】
図７は、外部物体の影響度の計算式を説明するための概念図である。図７のグラフは、測距装置で受光した光のパルス波を示している。グラフの縦軸は光強度を表し、横軸は時間を表す。参照光は、周期Ｔｐで強度変調され、影響度確認点Ｐjから直接反射してくる単反射光（i）は、パルス幅Ｔｐ／２、光強度値Ｌｏ、及び距離遅延Ｔｄを有するものとする。この本来の単反射光に加え、外部物体を介して影響度確認点Ｐjから反射してくる多重反射光（ii）は、外部物体の微小面Δｓiで反射し、遅延した位相を持つ反射光成分の和で構成される。図７では、図５に示すＡ点−Ｄ点の４点の反射光成分の和を代表的に示している。実際には、単反射光（i）及び多重反射光（ii）を複合した歪んだ複合反射光（iv）を受光することとなる。
【００３０】
測距装置１０は、歪んだ複合反射光（iv）を受光した場合、その測距原理から矩形状の等価光（vi）として測距を行うこととなる。多重反射光（ii）を、往路遅延Ｔｆ、光強度値Ｌｆ、時間幅Ｔｐ／２の矩形状の等価光（iii）として考えても、実際に受光する歪んだ複合反射光（iv）に対する等価光（iii）の影響は、（v）及び（vi）に示す通り、等価となる。このとき、陰影部ａ及び陰影部ｂの面積が等しいという関係から、陰影部ａの時間幅をｔとすると、下記式が得られる。
【００３１】
【数１】
2020046296.tif 000003
【００３２】
さらに、上記式を変形すると、下記式が得られる。
【００３３】
【数２】
2020046296.tif 000004
【００３４】
ここで、陰影部ａの時間幅ｔは、外部物体の影響を受けた複合反射光の等価光（vi）の距離遅延Ｔｄ’と、外部物体の影響を受けていない単反射光（i）の距離遅延Ｔｄとの差分に等しいため、下記式が得られる。
【００３５】
【数３】
2020046296.tif 000005
【００３６】
ここで、差分Ｔｄ’−Ｔｄは外部物体の影響度に等しいため、外部物体の影響度（Ｔｄ’−Ｔｄ）は上記式から算出できることとなる。上記式において、単反射光（i）の距離遅延Ｔｄは、予め定めた影響度確認点Ｐjの位置から求められる。また、単反射光（i）の光強度値Ｌｏは、予め定めた影響度確認点Ｐjの位置と物体監視システム１で規定される監視物体の反射率から影響が最大となる反射率を想定して計算することが可能である。従って、上記式における多重反射光の光強度値Ｌｆ及び往路遅延Ｔｆを求めることにより、外部物体の影響度（Ｔｄ’−Ｔｄ）を求めることが可能となる。
【００３７】
図８は、多重反射光の光強度値Ｌｆ及び往路遅延Ｔｆの算出式を説明するための概念図である。外部物体の微小面Δｓiからの反射光成分は、パルス幅Ｔｐ／２、光強度ΔＬi、及び往路遅延ΔＴiを有するものとする。これら反射光成分を、パルス幅Ｔｐ／２、光強度Ｌｆ、往路遅延Ｔｆの等価光として考えた場合、Ｌｆ、Ｔｆは下記式の通りとなる。
【００３８】
【数４】
2020046296.tif 000006
【００３９】
【数５】
2020046296.tif 000007
【００４０】
ここで、上記式のΔＬi、ΔＴiについて検討する。図９は、外部物体４７の微小面Δｓiからの反射光成分の光強度値ΔＬi及び往路遅延ΔＴiの算出式を説明するための概念図である。外部物体４７の微小面Δｓiの面積をΔｓi、各微小面Δｓiの反射率をρi、ベクトルＡiと法線ベクトルｓiとの成す角をθi、ベクトルＢiと法線ベクトルｓiとの成す角をαiとする。微小面Δｓiを介して影響度確認点Ｐjから反射してくる反射光成分の光強度値ΔＬiは、反射率ρiに応じて変化し、距離の二乗に反比例し、θi、αiの各々の余弦に応じて変化する。また、微小面Δｓiを介して影響度確認点Ｐjから反射してくる反射光成分の往路遅延ΔＴiは、ベクトルＡi及びベクトルＢiの大きさと、光速ｃとから求められる。従って、ΔＬi、ΔＴiは、下記式から求められることとなる。ここで、ｋは比例係数である。
【００４１】
【数６】
2020046296.tif 000008
【００４２】
【数７】
2020046296.tif 000009
【００４３】
従って、式５におけるΔＴi・ΔＬiの関係式は、式６、式７から下記の通りとなる。
【００４４】
【数８】
2020046296.tif 000010
【００４５】
ここで、法線ベクトルｓiは、測距装置が出力した微小面Δｓiの周辺の複数の距離情報を使用して推定することが可能である。従って、法線ベクトルｓiが求まれば、ベクトルＡiとの成す角θiも、ベクトルＢiとの成す角αiも求められることとなる。
【００４６】
また、外部物体４７の微小面Δｓiは、測距装置が出力する測距値に基づき検出されるため、微小面Δｓiの法線ベクトルｓiは必ず測距装置側を向く。従って、０°≦θi≦９０°となる。また、０°＜αi＜９０°の範囲外となる外部物体４７の微小面Δｓiは、影響度確認点Ｐjの方向を向いていない面であるため、影響度の計算から除外してもよい。
【００４７】
上記の式７、式８を式４、式５に代入すると、多重反射光の光強度値Ｌｆ及び往路遅延Ｔｆは、下記式から求められることとなる。
【００４８】
【数９】
2020046296.tif 000011
【００４９】
【数１０】
2020046296.tif 000012
【００５０】
上記の式９、式１０におけるｉは整数であるため、これら式は、多重反射光の光強度値Ｌｆ及び往路遅延Ｔｆを離散的な値で計算したものといえる。さらに、式９、式１０を下記の積分式として表現すると、Ｌｆ、Ｔｆを連続的な値で計算したものとなる。即ち、下記の積分式は、外部物体４７の反射面Ｓの全てを介して影響度確認点Ｐjから反射してくる多重反射光の光強度値Ｌｆ、往路遅延Ｔｆをより精密に計算したものといえる。換言すれば、外部物体４７の影響度（Ｔｄ’−Ｔｄ）は、外部物体４７の測距値から推定した形状に基づき算出されることとなる。なお、下記の積分式ではさらに、反射面Ｓの反射率を一定値ρsとしていることに留意されたい。また、下記式におけるcosθs、cosαs、ベクトルＡs、及びベクトルＢsは、反射面Ｓにおける任意の位置によって定まるものである。
【００５１】
【数１１】
2020046296.tif 000013
【００５２】
【数１２】
2020046296.tif 000014
【００５３】
また、前述した通り、外部物体４７における光の反射がランバート反射であると仮定すると、反射面Ｓにおける反射率ρs、光強度値データＬs、及び測距値データＡs（即ち、ベクトルＡsの大きさ）との間には、下記の関係式が成り立つこととなる。ここで、ｋsは比例係数である。
【００５４】
【数１３】
2020046296.tif 000015
【００５５】
従って、式１３を変形すると、反射面Ｓの反射率ρsは、下記式に示す通り、反射面Ｓの代表点の光強度値データＬi及び測距値データＡiから求めることもできる。
【００５６】
【数１４】
2020046296.tif 000016
【００５７】
さらに、反射面Ｓが複数個、即ちｍ個（ｍは２以上の整数）有る場合には、式１１、式１２で求めた個々のＬｆj、Ｔｆj（１≦ｊ≦ｍ）について、下記式の計算を行い、複数の反射面Ｓの影響度を算出することもできる。
【００５８】
【数１５】
2020046296.tif 000017
【００５９】
【数１６】
2020046296.tif 000018
【００６０】
図１０は、測距装置１０のイメージセンサを構成する画素単位に注目した影響度の簡易計算手法を示す概念図である。以下では、コンピュータ装置の計算性能等を顧みて、測距装置のイメージセンサ５０の画素単位に注目した簡易計算手法を説明する。測距装置のイメージセンサ５０の各画素には、視線方向に伴う視野範囲が其々ある。従って、前述した微小面Δｓiは、画素ｕiの視野範囲に存在する外部物体の一部の面に相当すると考えることができる。
【００６１】
各画素の視野範囲において、測距装置のレンズ５１の中心から単位距離に位置し、且つ、イメージセンサ５０に対して正対した平面の単位面積をｓ0とした場合、任意の画素ｕiの測距値Ａiが示す位置にある外部物体４７の一部の面の面積Δｓiは、距離の二乗に比例し、法線ベクトルｓiとの成す角θiの余弦に概ね反比例するため、下記の近似式から求めることができる。なお、ｋは比例係数である。
【００６２】
【数１７】
2020046296.tif 000019
【００６３】
従って、式１７を式９、式１０に代入し、新たな比例係数ｋpを使用すると、多重反射光の光強度値Ｌｆ、往路遅延Ｔｆは、外部物体４７を構成する各画素を単位として簡易化した下記式から求めることができる。
【００６４】
【数１８】
2020046296.tif 000020
【００６５】
【数１９】
2020046296.tif 000021
【００６６】
測距装置１０が光強度値データを出力できない場合、又は、さらに計算式を簡易化する方法として、式１８、式１９において、反射率ρiを一定値とし、新たな比例係数ｋp1を使用すると、多重反射光の光強度値Ｌｆ、往路遅延Ｔｆは、さらに簡易化した下記式から求めることもできる。
【００６７】
【数２０】
2020046296.tif 000022
【００６８】
【数２１】
2020046296.tif 000023
【００６９】
式２０、式２１は、測距装置が出力する各画素の測距値のみで外部物体の影響度を計算する手法となる。なお、比例係数ｋp1は、実測に基づき実用を踏まえて定めていく。
【００７０】
また、前述した通り、外部物体４７における光の反射がランバート反射であると仮定すると、各画素の光強度値Ｉiは、各画素が担当する外部物体４７の一部の面の反射率を反映する。そこで、式１４を式１８、式１９に代入し、新たな比例係数ｋp2を使用すると、下記式が得られる。
【００７１】
【数２２】
2020046296.tif 000024
【００７２】
【数２３】
2020046296.tif 000025
【００７３】
式２２、式２３は、式２０、式２１に対し、測距装置が出力する各画素の光強度値も用いて外部物体の影響度を計算する手法となる。これにより、外部物体の反射率による影響を加味できるため、影響度の計算精度が向上する。なお、比例係数ｋp2は、実測に基づき実用を踏まえて定めていく。また、法線ベクトルｓiは、注目画素ｕiに隣接する複数の画素の測距値から求められる。さらに計算式を簡易化するため、cosαiを最大値の１としてもよい。
【００７４】
以下、図１１の概略フローチャートを参照して、本実施形態における物体監視システムの動作を説明する。以下のステップは、図１に示した物体監視プログラムによって実行されてもよい。先ず、ステップＳ１０では、必要に応じて影響度の閾値（第１閾値、第２閾値）を予め設定する。ステップＳ１１では、外部物体の測距値を測距装置から取得する。ステップＳ１２では、必要に応じて外部物体の光強度値を測距装置から取得する。ステップＳ１３では、監視領域と外部物体との間の配置関係（ベクトルＡi、ベクトルＢi、及び法線ベクトルｓi）を外部物体の測距値に基づき求める。ステップＳ１４では、求めた配置関係と、必要に応じて取得した外部物体の光強度値（Ｉi）とに基づき、監視領域内の物体測距に対する外部物体の影響度（Ｔｄ’−Ｔｄ）を算出する。これにより、外部物体が監視領域内の物体測距に与える影響度を認識することができる。
【００７５】
ステップＳ１５では、第１閾値以上の影響度が検知されたか否かを判定する。第１閾値以上の影響度が検知された場合には（ステップＳ１５のＹＥＳ）、ステップＳ１６において信号出力部に作用して警告信号を出力する。警告信号によって警報することにより、監視領域内の物体測距に影響を及ぼす外部物体が有るか否かを確認することができる。
【００７６】
ステップＳ１７では必要に応じて、ステップＳ１７において、第２閾値以上の影響度と、第２閾値以上の影響度を与える外部物体とを表示部に表示する。これにより、外部物体の配置及びその影響度を視覚的に確認することができる。また、外部物体の配置変更又は監視領域の変更を行った場合に、外部物体の影響度に対するこれら変更の効果を視覚的に確認することができる。また、第２閾値はユーザによって容易に設定値の変更が可能とすることで、例えば警告信号が出力されない影響度の状況であっても、その影響度の確認、又は、比較的影響度が大きい外部物体の特定が可能になり、改善の検討が可能になる。
【００７７】
図１２は、第２閾値以上の影響度（＋２３ｍｍ、＋６５ｍｍ）と、第２閾値以上の影響度を与える外部物体４７とを表示した表示画面５２の一例を示す図である。監視領域４４の遠方側縁にある影響度確認点Ｐj、Ｐj+1ごとに、第２閾値以上の影響度（＋２３ｍｍ、＋６５ｍｍ）が表示画面５２に表示される。また、第２閾値以上の影響度を与える外部物体４７は、他の物体とは色分けされて表示画面５２に表示されることが望ましい。影響度及び外部物体４７は、測距装置が出力する距離画像、光強度画像、又はカラー画像上に重畳されて表示される。外部物体の配置変更又は監視領域の変更を行った場合に、外部物体の影響度に対するこれら変更の効果を視覚的に確認することができる。
【００７８】
前述したフローチャートを実行するプログラムは、コンピュータ読取り可能な非一時的記録媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ等に記録して提供してもよい。
【００７９】
本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。
【符号の説明】
【００８０】
１  物体監視システム
１０  測距装置
１１  測距値データ
１２  光強度値データ
２０  コンピュータ装置
２１  ＣＰＵ
２２  ＲＡＭ
２３  ＲＯＭ
２４  入出力部
２５  不揮発性メモリ
２６  表示部
２７  信号出力部
３０  物体監視プログラム
３１  監視領域データ
３２  影響度
３３  外部物体データ
３４  第１閾値
３５  第２閾値
３６  実際の監視物体の位置
３６’  測距値データの位置
４０  作業台
４１  ワーク
４２  ロボット
４３  作業者
４４  監視領域
４５  安全柵
４６  対象空間
４７  外部物体
４８  監視領域の遠方位置
５０  イメージセンサ
５１  レンズ
５２  表示画面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2020046296.tif 000032
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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