(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチパスの影響を考慮してより正確な物体監視を行う。【解決手段】物体監視システム１は、対象空間４６における外部物体４７の配置を外部物体４７の測距値に基づき求め、求めた配置に従って外部物体４７に起因する測距値のシフト量を推定する手段と、推定したシフト量に基づき判定を補正する手段と、を備える。【選択図】図３
2020071143.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、
前記対象空間における前記監視領域外の外部物体の配置を前記外部物体の前記測距値に基づき求め、求めた前記配置に従って前記外部物体に起因する前記測距値のシフト量を推定する手段と、
前記推定したシフト量に基づき、前記判定を補正する手段と、
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、前記シフト量は前記配置に加えて前記外部物体の前記光強度値から推定される、請求項１に記載の物体監視システム。
【請求項３】
前記シフト量は、前記監視領域の遠方側縁についてのみ推定される、請求項１又は２に記載の物体監視システム。
【請求項４】
前記判定の補正は、前記監視領域を補正することによって行われる、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】
前記判定は、前記測距装置の視線方向における前記監視領域の範囲を表す範囲値テーブルに基づき行われ、前記判定の補正は、前記範囲値テーブルを補正することによって行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の物体監視システム。
【請求項６】
前記判定の補正は、前記監視物体の前記測距値を補正することによって行われる、請求項１又は２に記載の物体監視システム。
【請求項７】
前記シフト量は、前記対象空間内で移動する前記監視物体についてのみ推定される、請求項１、２、又は６に記載の物体監視システム。
【請求項８】
前記監視物体は、前記監視領域を所定の拡張距離で拡張した領域内の物体として検出される、請求項１、２、６、又は７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、特にマルチパスの影響を考慮した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】
一方、監視領域近傍に外部物体が有っても、外部物体の配置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。
【０００９】
そこで、マルチパスの影響を考慮してより正確な物体監視を行う技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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物体監視システムであって、対象空間における監視領域外の外部物体の配置を外部物体の測距値に基づき求め、求めた配置に従って外部物体に起因する測距値のシフト量を推定する手段と、推定したシフト量に基づき、判定を補正する手段と、を備える、物体監視システムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一態様によれば、マルチパスの影響を考慮したより正確な物体監視を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】対象空間における外部物体の配置（ベクトルＡi、ベクトルＢi、及び法線ベクトルｓi）に従って対象空間（点Ｐｊ）における測距値のシフト量を推定する原理を示す概念図である。
【図５Ａ】外部物体の反射率（ρ）に従って対象空間（点Ｐｊ）における測距値のシフト量を推定する原理を示す概念図である。
【図５Ｂ】外部物体の反射率（ρ’）に従って対象空間（点Ｐｊ）における測距値のシフト量を推定する原理を示す概念図である。
【図６】測距値のシフト量の計算式を説明するための概念図である。
【図７】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８】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９】測距値のシフト量の簡易計算手法を示す概念図である。
【図１０】測距装置の視線方向における監視領域の範囲を示す平面図である。
【図１１】測距装置の視線方向における監視領域の範囲を表す範囲値テーブルを示す図である。
【図１２】外部物体に起因する測距値のシフト量を示す等高線図である。
【図１３】監視領域の補正を示す平面図である。
【図１４】補正した監視領域の拡大図である。
【図１５】物体監視システムの動作の一例を示す概略フローチャートである。
【図１６】外部物体に起因する測距値の補正量を示す等高線図である。
【図１７】監視領域に僅かに入った監視物体のマルチパスの影響を受けた測距点群を示す平面図である。
【図１８】測距値の補正量（シフト量）を推定する監視物体の検出領域を示す図である。
【図１９】監視物体の測距点群を補正する様子を示す拡大図である。
【図２０】物体監視システムの動作の一例を示す概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、ユーザによって設定された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１２を画像として表示する。
【００１７】
さらに、本実施形態における物体監視システム１は、監視領域外の外部物体に起因する測距値のシフト量を推定し、推定したシフト量に基づき監視領域内の物体有無判定を補正する機能を有している。ＣＰＵ２１は、対象空間における外部物体の配置を外部物体の測距値データ１１に基づき求め、求めた配置に従って外部物体に起因する測距値のシフト量データ３２を算出する。また、必要に応じてＣＰＵ２１は、外部物体の配置に加えて外部物体の光強度値データ１２から測距値のシフト量データ３２を算出する。測距値のシフト量データ３２は、物体監視ログとして外部物体データ３３と関連付けて不揮発性メモリ２５に記憶されてもよい。
【００１８】
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がユーザによって設定され、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の測距値データ等に基づき判定する。本例における監視領域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。
【００１９】
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。従って、マルチパスを誘発し得る外部物体４７は対象空間４６の中に複数存在していることもある。
【００２０】
図３に示す外部物体４７の影響により、作業者等の監視物体３６の測距値はシフトする（大きくなる）。このため、特に監視領域４４の遠方領域４８において、実際の監視物体３６’は監視領域４４内に存在している場合であっても、マルチパスの影響を受けた監視物体３６は監視領域４４内に存在していないと誤判定されてしまう。この測距値のシフト量は、下記の原理に基づき推定できる。
【００２１】
図４は、対象空間における外部物体の配置（ベクトルＡi、ベクトルＢi、及び法線ベクトルｓi（ｉは整数））に従って対象空間（点Ｐｊ（ｊは整数））における測距値のシフト量を推定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から点Ｐjを結ぶベクトルである。図４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。
【００２２】
測距装置１０は光の飛行時間に基づき測距するため、点Ｐjにおける物体測距は、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、点Ｐjにおける物体測距は、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が点Ｐjの方を向いている程、点Ｐjは強い影響を受ける。換言すれば、点Ｐjにおける物体測距は、対象空間における（即ち点Ｐjに対する）外部物体４７の微小面Δｓiの配置（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、外部物体４７に起因する測距値のシフト量は、対象空間における外部物体４７の配置を外部物体４７の測距値に基づき求め、求めた配置に従って推定することができる。
【００２３】
図５Ａ及び図５Ｂは、外部物体の反射率（ρ及びρ’（ρ＜ρ’））に従って対象空間（例えば点Ｐｊ）における測距値のシフト量を推定する原理を示す概念図である。図５Ａ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５Ｂ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、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、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、点Ｐjにおける物体測距は、外部物体４７を介して点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、外部物体４７に起因する測距値のシフト量は、は、前述の配置に加えて、必要に応じて外部物体４７の反射率（ρ及びρ’）に基づき推定する。これにより、測距値のシフト量の計算精度が向上する。なお、本願では詳細には触れないが、物体の反射率や配置関係によっては、物体間を複数回にわたって反射した参照光の影響が発生する場合もある。その影響は大きくないものの、これらまで加味して計算することで、更なる精度の向上が期待できる。以下では、斯かるシフト量の理論的な計算式又は簡易的な計算式を説明する。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。
【００２４】
図６は、測距値のシフト量の計算式を説明するための概念図である。図６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、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。
【００２５】
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。
【００２６】
【数１】
2020071143.tif 000003
【００２７】
さらに、式１を変形すると、下記式が得られる。
【００２８】
【数２】
2020071143.tif 000004
【００２９】
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。
【００３０】
【数３】
2020071143.tif 000005
【００３１】
前述の距離遅延同士の差分Ｔｄ’−Ｔｄは、往復路の距離遅延同士の差分であるため、下記式のように光速ｃを乗算して２で除算することにより、外部物体に起因する測距値の正味のシフト量Ｄｓが推定される。従って、式３の右辺が求まれば、測距値のシフト量Ｄｓを推定できることとなる。
【００３２】
【数４】
2020071143.tif 000006
【００３３】
式３において、単反射光（i）の距離遅延Ｔｄは、予め定めた点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、式３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、距離遅延同士の差分Ｔｄ’−Ｔｄ、ひいては測距値のシフト量Ｄｓを求めることが可能となる。
【００３４】
図７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。
【００３５】
【数５】
2020071143.tif 000007
【００３６】
【数６】
2020071143.tif 000008
【００３７】
ここで、式５、式６のΔＬi、ΔＴiについて検討する。図８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。
【００３８】
【数７】
2020071143.tif 000009
【００３９】
【数８】
2020071143.tif 000010
【００４０】
従って、式６におけるΔＴi・ΔＬiの関係式は、式７、式８から下記の通りとなる。
【００４１】
【数９】
2020071143.tif 000011
【００４２】
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。
【００４３】
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、点Ｐjの方向を向いていない面であるため、測距値のシフト量Ｄｓの計算から除外してもよい。
【００４４】
式７、式９を式５、式６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。
【００４５】
【数１０】
2020071143.tif 000012
【００４６】
【数１１】
2020071143.tif 000013
【００４７】
式１０、式１１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１０、式１１を下記式のように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、測距値のシフト量Ｄｓ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。
【００４８】
【数１２】
2020071143.tif 000014
【００４９】
【数１３】
2020071143.tif 000015
【００５０】
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。
【００５１】
【数１４】
2020071143.tif 000016
【００５２】
従って、式１４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。
【００５３】
【数１５】
2020071143.tif 000017
【００５４】
さらに、外部物体４７の反射面Ｓが複数個、即ちｍ個（ｍは２以上の整数）有る場合には、式１２、式１３で求めた個々のＬｆj、Ｔｆj（１≦ｊ≦ｍ）について、さらに下記式の計算を行い、複数の反射面Ｓに起因する測距値のシフト量Ｄｓを推定することもできる。下記式を応用すれば、外部物体４７が対象空間の中に複数存在している場合であっても測距値のシフト量を推定することも可能となる。なお、測距装置１０からの参照光が複数の外部物体４７を介して点Ｐｊから多重反射してくる場合の測距値のシフト量Ｄｓについては、複数の外部物体の配置と、必要に応じて複数の外部物体の反射率とを考慮して推定することになることに留意されたい。
【００５５】
【数１６】
2020071143.tif 000018
【００５６】
【数１７】
2020071143.tif 000019
【００５７】
図９は、測距値のシフト量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。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。
【００５８】
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。
【００５９】
【数１８】
2020071143.tif 000020
【００６０】
従って、式１８を式１０、式１１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。
【００６１】
【数１９】
2020071143.tif 000021
【００６２】
【数２０】
2020071143.tif 000022
【００６３】
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１９、式２０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。
【００６４】
【数２１】
2020071143.tif 000023
【００６５】
【数２２】
2020071143.tif 000024
【００６６】
式２１、式２２は、測距装置が出力する各画素の測距値のみで点Ｐｊにおける測距値のシフト量Ｄｓ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。
【００６７】
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１５を式１９、式２０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。
【００６８】
【数２３】
2020071143.tif 000025
【００６９】
【数２４】
2020071143.tif 000026
【００７０】
式２３、式２４は、式２１、式２２に対し、測距装置が出力する各画素の外部物体４７の光強度値も用いて点Ｐｊにおける測距値のシフト量Ｄｓ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、測距値のシフト量Ｄｓ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。
【００７１】
以下では、前述のように推定したシフト量Ｄｓに基づき、監視領域内の物体有無判定を補正する２つの実施例について説明する。
【００７２】
図１０は測距装置１０の視線方向における監視領域４４の範囲を示す図であり、図１１は図１０の監視領域４４の範囲を表す範囲値テーブル５２を示す図である。監視領域４４内の監視物体３６の有無を判定する手法の一つとして、ユーザが設定した監視領域４４に対し、測距装置１０のイメージセンサの各画素ｕ（ｉ，ｊ）の視線方向における監視領域４４の範囲を表す範囲値テーブル５２を予め作成しておき、画素ｕ（ｉ，ｊ）毎に測定された測距値が範囲値テーブル５２の近位値Ｄｎｅａｒと遠位値Ｄｆａｒとの範囲内か否かを判定することによって、監視領域４４の物体監視を行う手法がある。図１０に示す例では、監視物体３６の第１測距点群５３が範囲値テーブル５２の範囲外であるものの、監視物体３６の第２測距点群５４は範囲値テーブル５２の範囲内であるため、監視領域内に監視物体３６が存在すると判定される。なお、近位値Ｄｎｅａｒは使用せず、遠位値Ｄｆａｒ以内で監視領域内に監視物体３６が存在すると判定する物体監視システムもある。
【００７３】
＜実施例１（監視領域の補正）＞
図１２は、外部物体４７に起因する測距値のシフト量を示す等高線図である。理解を容易にするため、図１２では、監視領域４４及びその周辺領域についても測距値のシフト量の等高線が示されているが、本例における測距値のシフト量は、監視領域４４の遠方側縁５５についてのみ推定されることに留意されたい。なお、監視領域４４の遠方側縁５５とは、直方体形状の監視領域４４であれば、監視領域４４の背面、右側面、左側面、上面、及び下面として定義される。測距値のシフト量を監視領域４４の遠方側縁５５についてのみ推定することにより、コンピュータ装置の計算コストを抑制することができる。
【００７４】
図１３は監視領域４４の補正を示す平面図であり、図１４は補正した監視領域４４’の拡大図である。本例では、監視領域４４の遠方側縁５５についてのみ推定したシフト量分だけ監視領域４４を補正（拡張）し、補正した監視領域４４’を生成する。即ち、図１１の範囲値テーブル５２における遠位値Ｄｆａｒを補正することとなる。図１４に示す通り、監視領域４４’における第１遠位値５６は約２５ｍｍ分拡張されており、第２遠位値５７は約１００ｍｍ分拡張されている。監視領域４４の補正後は、補正した範囲値テーブル５２に基づき、補正した監視領域４４’内の物体有無判定を行う。これにより、マルチパスの影響を考慮した物体監視が可能となる。
【００７５】
図１５は、本例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。ステップＳ１０では、外部物体の測距値データを測距装置から取得する。ステップＳ１１では、必要に応じて外部物体の光強度値データを測距装置から取得する。ステップＳ１２では、対象空間における外部物体の配置（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。
【００７６】
ステップＳ１３では、求めた配置と、必要に応じて外部物体の光強度値（Ｌｉ）とに基づき、監視領域の遠方側縁についてのみ測距値のシフト量（Ｄｓ）を推定する。ステップＳ１４では、推定したシフト量に基づいて監視領域を補正する。ステップＳ１５では、監視物体が補正した監視領域内か否かを判定する。監視物体が補正した監視領域内に無い場合には（ステップＳ１５のＮＯ）、補正した監視領域に基づき物体有無判定（ステップＳ１５）を繰返す。監視物体が補正した監視領域内に有る場合には（ステップＳ１５のＹＥＳ）、ステップＳ１６において物体検知信号を出力する。
【００７７】
＜実施例２（監視物体の測距値の補正）＞
図１６は外部物体４７に起因する測距値の補正量を示す等高線図であり、図１７は監視領域に僅かに入った監視物体３６’のマルチパスの影響を受けた測距点群５８を示す平面図である。図１６及び図１７に示す補正量の等高線は、測距装置１０が測距した測距値、即ち測距値が示す測距点（位置）を基準に、測距値の補正量（シフト量）の分布を表しており、図１２及び図１３に示したシフト量の等高線とは分布及び符号が異なることに留意されたい。このように、測距装置１０が測距した測距値の補正量（シフト量）を推定し、測距値を補正した監視物体が監視領域内か否かを判定する。
【００７８】
理解を容易にするため、図１６及び図１７では、監視領域４４及びその周辺領域についても測距値の補正量の等高線が示されているが、本例における測距値の補正量（シフト量）は、測距装置１０の対象空間４６において監視領域４４に入る前の監視物体の測距点群５８についてのみ推定される。例えば一つの手法として、本例における物体監視システムは、測距装置１０の対象空間４６において移動する物体を監視物体として補正量（シフト量）の推定を行うことができる。これにより、コンピュータ装置の計算コストを抑制することができる。
【００７９】
また別の手法として、本例における測距値の補正量（シフト量）は、監視物体の測距点群５８のように監視領域４４の周辺領域の測距点についてのみ推定してもよい。図１８は、測距値の補正量（シフト量）を推定する監視物体の検出領域を示す図である。例えば監視物体は、図１８に示すように監視領域を所定の拡張距離ｒで拡張した領域内で測距される物体として検出することができる。拡張距離ｒは、予め実機による検証等に基づいて求めた一定の距離でもよく、又は、本例における外部物体４７により推定した等高線の最低値分の距離、即ち補正量の最大値としてもよい。これより、コンピュータ装置の計算コストを抑制することができる。
【００８０】
図１９は、監視物体の測距点群５８を補正する様子を示す拡大図である。測距点群５８の各測距点（位置）と測距値の補正量を示す等高線図とを照合することで、又は、測距点群５８から測距値の補正量（シフト量）を推定することで、測距点群５８の各測距点の補正量が得られ、補正された測距点群６１を得る。図１９に示す例では、監視物体の第１測距値５９が約５０ｍｍ補正（低減）されており、第２測距値６０が約６０ｍｍ補正（低減）されている。監視物体の測距値を補正した後は、補正した測距値に基づき、監視領域４４内の物体有無判定を行う。これにより、マルチパスの影響を考慮した物体監視が可能となる。
【００８１】
図１９は、本例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。ステップＳ２０では、外部物体の測距値データを測距装置から取得する。ステップＳ２１では、必要に応じて外部物体の光強度値データを測距装置から取得する。ステップＳ２２では、対象空間における外部物体の配置（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。
【００８２】
ステップＳ２３では、求めた配置と、必要に応じて外部物体の光強度値（Ｌｉ）とに基づき、監視領域に入る前の監視物体についてのみ測距値の補正量（シフト量）を推定する。ステップＳ２４では、推定した補正量（シフト量）に基づいて監視物体の測距値を補正する。ステップＳ２５では、測距値を補正した監視物体が監視領域内か否かを判定する。測距値を補正した監視物体が監視領域内に無い場合には（ステップＳ２５のＮＯ）、監視物体の測距値の補正量（シフト量）の推定（ステップＳ２３）に戻る。測距値を補正した監視物体が監視領域内に有る場合には（ステップＳ２５のＹＥＳ）、ステップＳ２６において物体検知信号を出力する。
【００８３】
以上の実施形態によれば、マルチパスの影響を考慮してより正確な物体監視を行うことが可能となる。
【００８４】
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。
【００８５】
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】
【００８６】
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    シフト量データ
３３    外部物体データ
３６    マルチパスの影響を受けた監視物体
３６’    実際の監視物体
４０    作業台
４１    ワーク
４２    ロボット
４３    作業者
４４    監視領域
４４’    補正した監視領域
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    範囲値テーブル
５３    第１測距点群
５４    第２測距点群
５５    遠方側縁
５６    第１遠位値
５７    第２遠位値
５８    測距点群
５９    第１測距値
６０    第２測距値
６１    補正した測距点群
【図１】
2020071143.tif 000027
【図２】
2020071143.tif 000028
【図３】
2020071143.tif 000029
【図４】
2020071143.tif 000030
【図５Ａ】
2020071143.tif 000031
【図５Ｂ】
2020071143.tif 000032
【図６】
2020071143.tif 000033
【図７】
2020071143.tif 000034
【図８】
2020071143.tif 000035
【図９】
2020071143.tif 000036
【図１０】
2020071143.tif 000037
【図１１】
2020071143.tif 000038
【図１２】
2020071143.tif 000039
【図１３】
2020071143.tif 000040
【図１４】
2020071143.tif 000041
【図１５】
2020071143.tif 000042
【図１６】
2020071143.tif 000043
【図１７】
2020071143.tif 000044
【図１８】
2020071143.tif 000045
【図１９】
2020071143.tif 000046
【図２０】
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