(57)【要約】【課題】得られた強度及び距離データから強度データの誤検出データを除去し距離データ精度を向上させターゲットの高精度３次元画像を得るレーザ３次元画像計測装置の提供。【解決手段】レーザ送受信手段で基準クロック信号に同期させかつスキャンさせてレーザを照射しターゲットからの反射光を受信し、クロック信号に同期して反射光の電気信号を取り込み、取り込んだ電気信号からターゲットからの反射光の強度とターゲットまでの距離をそれぞれ演算し強度・距離データを出力し、強度・距離データから誤検出データ指標となる強度・距離フィルタリングデータを算出して、強度・距離フィルタリングデータからしきい値演算を行い条件を満たなさない誤検出データを除去した誤検出データ除去データを算出し、誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報からターゲットを含む３次元画像を算出する。【選択図】図１
2010164463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準となるクロック信号に同期させかつスキャンさせてレーザを照射しターゲットからの反射光を受信するレーザ送受信手段と、
受信した反射光を電気信号に変換する受光器と、
前記クロック信号に同期して前記受光器からの電気信号を取り込むデータ取得タイミング制御器と、
前記データ取得タイミング制御器で取り込んだ電気信号からターゲットからの反射光の強度を演算し強度データを出力する強度演算器と、
前記データ取得タイミング制御器で取り込んだ電気信号からターゲットまでの距離を演算し距離データを出力する距離演算器と、
前記強度データから誤検出データの指標となる強度に関する強度フィルタリングデータを算出する強度フィルタ演算器と、
前記距離データから誤検出データの指標となる距離に関する距離フィルタリングデータを算出する距離フィルタ演算器と、
前記強度および距離フィルタリングデータからしきい値演算を行い条件を満たなさない誤検出データを除去した誤検出データ除去データを算出する誤検出データ除去演算器と、
前記誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報から前記ターゲットを含む３次元画像を算出する３次元画像演算器と、
を備えたことを特徴とするレーザ３次元画像計測装置。
【請求項２】
基準となる前記クロックを発生する基準クロック発生器と、
前記強度演算器の強度データまたは強度フィルタ演算器の強度フィルタリングデータおよび誤検出データ除去演算器の誤検出データ除去データから誤検出部分のデータに関し、受信ＳＮ比を算出して所定の受信ＳＮ比となるよう再スキャンによるレーザ照射回数である積算回数を算出する受信強度演算器と、
誤検出部分に係る前記レーザ送受信手段におけるスキャンデータ、前記積算回数に対する同期条件を含む撮像条件を演算して前記レーザ送受信手段に出力する撮像条件演算器と、
前記撮像条件に従ったクロック信号を発生させるクロックの制御信号を前記基準クロック発生器に出力する基準クロック制御器と、
をさらに備え、
前記３次元画像演算器が再スキャンを行った前記誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報から３次元画像を算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ３次元画像計測装置。
【請求項３】
基準となる前記クロックを発生する基準クロック発生器と、
前記３次元画像演算器の距離データからスキャン範囲内の距離を算出しさらに該距離に対する受信ＳＮ比特性を概算し、また強度演算器の強度データからスキャン範囲内の反射率を算出し、これらに基づき誤検出部分のデータに関し次回以降の測定で所定の受信ＳＮ比が得られる、再スキャンによるレーザ照射回数である積算回数を算出する受信ＳＮ比予測演算器と、
誤検出部分に係る前記レーザ送受信手段におけるスキャンデータ、前記積算回数に対する同期条件を含む撮像条件を演算して前記レーザ送受信手段に出力する撮像条件演算器と、
前記撮像条件に従ったクロック信号を発生させるクロックの制御信号を前記基準クロック発生器に出力する基準クロック制御器と、
をさらに備え、
前記３次元画像演算器が再スキャンを行った前記誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報から３次元画像を算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ３次元画像計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザを用いた３次元画像生成装置に関するものであり、特に、誤検出データを除去することで、距離データの信頼性を向上させた装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザによる距離計測技術においては、レーザの発振時間と反射光の受光時間との時間差や位相差に基づいて距離を計測する装置が知られている。また３次元の画像計測では、ビームをスキャンして単素子の受光器で測定する構成や、扇型の形状のレーザビームを１軸スキャンし、１次元アレイ検出器で測定する構成や、レーザビームを広げ、２次元アレイ検出器によってスキャンレスで測定する構成など、３次元空間での距離画像を撮像する装置がある(例えば下記特許文献１，２参照)。
【０００３】
これらは、データ取得タイミング制御器などで距離ゲートをかけることにより、選択的な範囲のみのターゲットからの反射光を受光することができ、背景光や障害物の受信光を分離することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１７８８５３号公報
【特許文献２】特開平１０−３８５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術においては、反射光強度が低かった場合など、何らかの要因で測定した距離データが誤検出となった場合、ターゲット形状の計測精度が低下し、３次元画像に変換した際にターゲット形状のボケや画像全体の画質低下が生じるという課題があった。
【０００６】
この発明は、取得した距離データについて、強度データと距離データの両方を用いて誤検出データの選択と除去を行い、ターゲット形状の基となる距離データの精度を向上させたレーザ３次元画像計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、基準となるクロック信号に同期させかつスキャンさせてレーザを照射しターゲットからの反射光を受信するレーザ送受信手段と、受信した反射光を電気信号に変換する受光器と、前記クロック信号に同期して前記受光器からの電気信号を取り込むデータ取得タイミング制御器と、前記データ取得タイミング制御器で取り込んだ電気信号からターゲットからの反射光の強度を演算し強度データを出力する強度演算器と、前記データ取得タイミング制御器で取り込んだ電気信号からターゲットまでの距離を演算し距離データを出力する距離演算器と、前記強度データから誤検出データの指標となる強度に関する強度フィルタリングデータを算出する強度フィルタ演算器と、前記距離データから誤検出データの指標となる距離に関する距離フィルタリングデータを算出する距離フィルタ演算器と、前記強度および距離フィルタリングデータからしきい値演算を行い条件を満たなさない誤検出データを除去した誤検出データ除去データを算出する誤検出データ除去演算器と、前記誤検出データ除去データの距離データとレーザ照射角度情報から前記ターゲットを含む３次元画像を算出する３次元画像演算器と、を備えたことを特徴とするレーザ３次元画像計測装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、得られた強度データと距離データから、強度データの誤検出データを除去することができ、距離データの精度を向上させ、ターゲットの精度の高い３次元画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明における取得距離画像に対する孤立指数算出を説明するための図である。
【図３】この発明における強度と距離データに対するしきい値の設定の一例を示した図である。
【図４】この発明における強度・距離データを用いた誤検出データ除去効果を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明における強度画像における受信ＳＮ比と再スキャン範囲について説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明における取得距離画像から算出される想定受信ＳＮ比について説明するための図である。
【図９】この発明における想定受信ＳＮ比から算出される積算回数の一例を示す図である。
【図１０】この発明における想定受信ＳＮ比から算出される積算回数の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明によるレーザ３次元画像計測装置を好適な実施の形態に基づき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。図１において、基準クロック発生器１は、レーザ発振の繰り返し周波数などのクロック信号を発生する。パルスレーザ２は、基準クロック発生器１のクロック信号に同期したパルスレーザ光を発振する。送信光学系３は、発振したレーザ光を整形し、レーザ３次元画像計測装置の出射口まで導く。レーザ光の出射口と反射光の入射口になるスキャナミラー４は、レーザ光５をスキャンする。スキャナドライバ１１は、基準クロック発生器１のクロック信号に同期して、スキャナミラー４を駆動させ、またスキャンした角度に相当する電気信号を発生する。
【００１２】
受信光学系６は、ターゲットからの反射光を受光器７まで導く。受光器７は、受光した反射光を電気信号に変換する。データ取得タイミング制御器８は、基準クロック発生器１のクロック信号に同期して受光器７で得られた電気信号の取り込みタイミングを制御する。強度演算器９は、データ取得タイミング制御器８からの電気信号からターゲットの強度を演算する。距離演算器１０は、データ取得タイミング制御器８から得られるレーザの発振時間と反射光の受光時間の遅延時間に基づく電気信号からターゲットまでの距離を演算する。
【００１３】
強度フィルタ演算器１５は、強度演算器９で演算した強度データから誤検出データの指標となる強度に関するフィルタリングデータを算出する。距離フィルタ演算器１６は、距離演算器１０で演算した距離データから誤検出データの指標となる距離に関するフィルタリングデータを算出する。
【００１４】
誤検出データ除去演算器１７は、強度フィルタ演算器１５と距離フィルタ演算器１６で得られた強度と距離に関するフィルタリングデータからしきい値演算を行い、条件を満たさない誤検出データを除去し、信頼性の高いデータのみを算出する。
【００１５】
角度センサ１２は、レーザ３次元画像計測装置の方位角や仰角に相当する電気信号を発生する。３次元画像演算器１３は、角度センサ１２で得られたスキャナミラー４の方位角と仰角に関する電気信号(レーザ照射角度情報)、誤検出データ除去後の信頼性の高い距離データから、３次元画像を算出する。表示器１４は算出された３次元画像を表示する。
【００１６】
なお、パルスレーザ２、送信光学系３、スキャナミラー４、受信光学系６、スキャナドライバ１１、角度センサ１２がレーザ送受信手段を構成する。図中の矢印はデータの流れを概略的に示すもので、その他にもブロック間で種々のデータのやりとりが行われるが、図が煩雑になり分かり難くなるので詳細の図示は省略する。
【００１７】
次に、レーザ３次元画像計測装置の動作を説明する。パルスレーザ２は基準クロック発生器１の基準クロックに同期してパルスレーザを発生する。発生されたレーザは送信光学系３を通ってスキャナミラー４に送られてターゲットに照射される。ターゲットからの反射光はスキャナミラー４で受光された後、受信光学系６を通って受光器７で電気信号に変換される。このとき、スキャナドライバ１１により、スキャナ動作とパルスレーザ光の発振タイミングを同期させる。
【００１８】
データ取得タイミング制御器８は、受光器７の出力信号を基準クロック発生器１の基準クロックに同期させて強度演算器９と距離演算器１０に出力する。強度演算器９と距離演算器１０では、入力された受光器７の出力信号を用いて時間−受信信号特性からレーザ照射方向に対する強度データと距離データを算出する。
【００１９】
具体的には、パルスレーザを用いた場合、距離演算器１０ではレーザ発振時間とターゲットからの反射光を受光した時間の差分からターゲットまでの距離を導出する。強度演算器９では、ターゲットからの反射光のピーク値から強度を演算する。
【００２０】
その後、強度フィルタ演算器１５と距離フィルタ演算器１６によって、強度演算器９と距離演算器１０から得られた強度データと距離データに対してフィルタ処理を行い、強度と距離に対するフィルタリングデータを導出する。図２はこの発明における取得距離画像に対する孤立指数算出を説明するための図である。例えば、距離に対するフィルタリングデータは図２のように、測定画素Ｒｓと周辺画素の平均値Ｒａｖｅとの差である孤立指数(Ｒｓ−Ｒａｖｅ)を用いる。強度に対するフィルタリングデータは、受信電力とノイズ電力の比である受信ＳＮ比を用いる。ここで、孤立指数は、周囲の領域に比べて突出した距離データのときにその絶対値が大きな値を示し、誤検出データの可能性が高いことを意味する。
【００２１】
次に、誤検出データ除去演算器１７によって自動的に設定もしくは外部から設定したしきい値を用いてしきい値演算を行い、条件を満たさない誤検出データを除去し、信頼性の高いデータのみを算出する。ここでは、誤検出データ除去方法について図３を用いて説明する。図３はこの発明における強度と距離データに対するしきい値の設定の一例を示した図である。図３において、縦軸は孤立指数(距離データ)、横軸は受信ＳＮ比(強度データ)を示す。
【００２２】
図３の(ａ)は、受信ＳＮ比と孤立指数に対して一定値のしきい値を設定した例である。受信ＳＮ比しきい値１によって受信ＳＮ比の下限値を設定しており、一般的に信頼性が低いデータと考えられる受信ＳＮ比が低い強度データの距離データを除去する。受信ＳＮ比しきい値２は、受信ＳＮ比の上限値を設定しており、受信信号が飽和して受信パルス波形が歪むなどの信頼性の低い強度データの距離データを除去する。また、孤立指数しきい値１は、孤立指数の下限値を設定しており、周辺の領域に比べて近方に突出した距離データを除去している。孤立指数しきい値２は、孤立指数の上限値を設定しており、周辺に領域に比べて遠方に突出した距離データを除去している。しきい値の値は計算または実験により予め設定してもよいし、取得データの統計的性質から取得データ毎に設定してもよい。また、ここでは４つのしきい値を設定した例について説明したが、そのうちいずれかを使用してもよい。
【００２３】
図３の(ｂ)は、受信ＳＮ比に対して変化する孤立指数しきい値を設定した例である。一般的に、受信ＳＮ比は距離に対して二乗で変化し、反射率に対して線形に変化する。これら特性を利用し、孤立指数しきい値１では、受信ＳＮ比に対して線形に変化する孤立指数しきい値を設定、孤立指数しきい値２では、受信ＳＮ比に対して非線形で変化する孤立指数しきい値を設定しており、システムに依存する距離ばらつき以内のデータを選択する。孤立指数しきい値１と２のしきい値の変化度合は、このような異なる変化度合の孤立指数しきい値を設定してもよいし、孤立指数しきい値１と２共に、受信ＳＮ比に対して非線形または線形で変化する同じ変化度合の孤立指数しきい値を設定してもよいし、前記で示した一定値のしきい値を組み合わせて用いてもよい。また、図では受信ＳＮ比しきい値を一定としていたが、孤立指数しきい値と同様に、受信ＳＮ比しきい値も線形または非線形なしきい値曲線としてもよい。
【００２４】
図３の(ｃ)は、孤立指数のしきい値に関して複数のしきい値条件を組み合わせた例である。孤立指数しきい値１は、受信ＳＮ比に対して線形で変化する孤立指数しきい値に最大許容孤立指数(平坦部分)を設定した例であり、孤立指数しきい値２は、受信ＳＮ比に対して二乗で変化する孤立指数しきい値に最大許容孤立指数を設定した例である。このように、さらに最大許容孤立指数を定めることで、システムに依存する距離のばらつきが高い場合でも、距離のばらつきの低いデータのみ選択する。
【００２５】
なお、上述した受信ＳＮ比や孤立指数のしきい値例以外にも、線形又は非線形のしきい値線群の複合として表されるしきい値を設定してもよい。
【００２６】
なお、誤検出データ除去演算器１７でのしきい値の設定に関しては、自動的に設定する場合には、受信画像全体から得られる受信信号の例えば強度等の所定のファクタの値に基づいて予め格納されている複数種のしきい値パターンから選択する。また、外部から設定する場合には、画像取得環境の状態を示す信号を外部から入力して、これに対応するものを予め格納されている複数種のしきい値パターンから選択する。また外部からしきい値パターンを直接指示する信号を入力してもよい。
【００２７】
最後に、３次元画像演算器１３によって誤検出データを除去した距離データとビーム照射角度情報から、図４のようなターゲット形状の３次元画像を得て、表示器１４にて表示する。
【００２８】
図４はこの発明における強度・距離データを用いた誤検出データ除去効果を説明するための図である。図４に示すように、距離演算器１０で得られる距離画像データだけに基づいて３次元画像演算器１３で得られる３次元画像は図４の左下に示すノイズを含む画像になる。一方、距離演算器１０で得られる距離画像データと強度演算器９で得られる強度画像データを距離フィルタ演算器１６、強度フィルタ演算器１５でそれぞれフィルタ演算し、さらに誤検出データ除去演算器１７で誤検出データ除去演算を施したデータに基づいて３次元画像演算器１３で得られる３次元画像は、図４の右下に示す鮮明な画像になる。
【００２９】
強度フィルタ演算器１５に関し、強度に関するフィルタリングデータは、受信ＳＮ比だけでなく、受信強度をそのまま用いたものや、ターゲットの反射率など、強度情報に関する特性を表す指標(強度指標)であればよい。また、距離フィルタ演算器１６に関し、距離に関するフィルタリングデータは、孤立指数だけでなく、距離データをそのまま用い、距離ゲートをかけるようにしてもよく、距離情報に関する特性を表す指標(距離指標)であれば、別の指標を用いてもよい。
【００３０】
なお、この発明によるレーザ３次元計測装置は、受信信号の最大値を検出して距離を測定する手法、または多重ピークすべての距離を測定する手法の３次元画像計測装置に適用することができる。
【００３１】
また、この発明によるレーザ３次元計測装置は、レーザ距離測定法に関してパルス方式以外にもｃｗ方式のような位相差から距離を検出する方法にも適用することができる。例えば、レーザ光源がｃｗで変調がかかっていた場合、距離演算器はレーザ発振時の位相とターゲットからの反射光を受光した時の位相の差分からターゲットまでの距離を導出し、強度演算器はターゲットからの反射光の強度から導出する。
【００３２】
また、レーザビーム形状に関してライン状や扇型のビームをスキャンして測定する方法や、ビームを広げて全領域の距離を一度に測定するスキャンレスの測定方法にも適用することができる。
【００３３】
また、光検出器である受光器に関して単素子、アレイ検出器、２次元アレイ検出器などで動作するレーザ３次元画像計測装置にも適用することができる。
【００３４】
以上、実施の形態１におけるレーザ３次元画像計測装置において、誤検出データを除去することができ、信頼性の高い３次元画像を得ることができる。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１におけるレーザ３次元画像計測装置においては、誤検出データとなった領域では、ターゲットまでの距離が欠損となってしまう。そこで、この実施の形態では、誤検出となったターゲットの信号に対し、スキャン領域と積算回数を制御して誤検出部分のデータ取得を行う。図５はこの発明の実施の形態２によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明は省略する。
【００３６】
受信ＳＮ比演算器２０は、強度演算器９で得られた強度データと、誤検出データ除去演算器１７で算出されたデータを入力し、誤検出データ除去演算器１７で算出された十分な受信ＳＮ比が得られない誤検出データ部分では、再スキャン等によりレーザを照射する回数を増やすことで所要の受信ＳＮ比を得るようにする。積算回数とはこのレーザ照射回数のことであり、一般的に受信ＳＮ比の二乗に比例する。またここで、強度演算器９で得られた強度データの代わりに、強度フィルタ演算器１５で算出された受信ＳＮ比などの強度に関するフィルタリングデータを用いてもよい。
【００３７】
撮像条件演算器１９は、誤検出データで欠損となっている部分の方位角や仰角に相当するスキャン角度やステップ角(これをスキャンデータとする)、積算回数に対するスキャナミラー４の同期条件など、撮像条件を演算して出力する。
【００３８】
基準クロック制御器１８は、撮像条件演算器１９によって算出された条件に基づき、スキャナドライバ１１と基準クロック発生器１で発生するスキャナ動作タイミングとデータ取得タイミングのクロック信号を発生する。
【００３９】
次に、動作について説明する。誤検出データを抽出し除去するまでは、上記実施の形態１と同じである。実施の形態１と同様に、強度フィルタ演算器１５に関して、強度に関するフィルタリングデータは、受信ＳＮ比だけでなく、受信強度をそのまま用いたものや、距離に対する補正を行ったターゲットの反射率など、他の指標(強度指標)を用いてもよい。また、距離フィルタ演算器１６に関し、距離に関するフィルタリングデータは、孤立指数だけでなく、距離データをそのまま用いて距離ゲートをかけるといった他の指標(距離指標)も使用できる。
【００４０】
誤検出データ除去演算器１７によってしきい値演算を行い、条件を満たさない誤検出データを除去し、信頼性の高いデータのみを算出する。ここで、しきい値の設定は、実施の形態１と同様に、図３に示すように(ａ)受信ＳＮ比と孤立指数に対して一定値のしきい値を設けることや、(ｂ)非線形的に変化すること、(ｃ)最大許容孤立指数など複数のしきい値条件を組み合わせること、といったことを自動的に設定もしくは外部から設定する。
【００４１】
次に、受信ＳＮ比演算器２０において、強度演算器９で得られる強度データと、誤検出データ除去演算器１７で得られる誤検出データ除去データを用いて、誤検出となった部分のデータに関し、受信ＳＮ比を算出して所定の受信ＳＮ比となるよう積算回数を算出する。ここで、誤検出データ部分の受信ＳＮ比が０ｄＢなど、計算上積算しても受信ＳＮ比の改善が見込めない場合、積算回数に上限値を設定して積算してもよい。また、受信ＳＮ比演算器２０は取得したひとつの画像から算出してもよいし、複数の画像の平均値から受信ＳＮ比を算出してもよい。
【００４２】
次に、撮像条件演算器１９において、誤検出データ除去演算器１７において誤検出と判断され欠損となっている部分のスキャナミラー４のスキャン角度やステップ角、および該欠損部分での積算回数に対するパルスレーザ２、スキャナミラー４、データ取得タイミング制御器８の同期条件などの撮像条件を演算する。演算された撮像条件はスキャナドライバ１１および基準クロック制御器１８に送られる。
【００４３】
図６に、この発明における強度画像における受信ＳＮ比と再スキャン範囲の一例を示す。基準クロック制御器１８では、図６に示すように上記撮像条件に従った誤検出データで欠損となっている部分である、再スキャン範囲で示される領域を次回以降でデータ取得するための、スキャナミラー４のためのスキャナ動作タイミングとデータ取得タイミング制御器８でのデータ取得タイミングのクロックの制御信号を基準クロック発生器１に出力する。
【００４４】
最後に、３次元画像演算器１３によって、距離演算器１０で得られた距離データ、強度フィルタ演算器１５で得られた強度に関するフィルタリングデータ、距離フィルタ演算器１６で得られた距離に関するフィルタリングデータ、角度センサ１２、スキャナドライバ１１で得られたレーザ照射角度情報から、ターゲット形状の３次元画像を得て、表示器１４にて表示する。ここで、表示器１４は、再測定によって得られたデータのみ表示しても良いし、前回取得した誤検出データで欠損を持つ距離データと、再測定で得られた欠損部分の距離データを組み合わせて、新しく距離データを更新して表示してもよい。
【００４５】
以上のように実施の形態２におけるレーザ３次元画像計測装置においては、誤検出部分である受信ＳＮ比の低いターゲットに対し、レーザ照射の回数を増やして計測を行うことでデータ取得を行い、正確な３次元画像を得ることができる。
【００４６】
また上記実施の形態と同様に、レーザ距離測定法に関してパルス方式以外にもｃｗ方式のような位相差から距離を検出する方法にも適用することができる。
【００４７】
また、レーザビーム形状が扇型で１軸のスキャン方式、またはビームを広げて全領域の距離を一度に測定するスキャンレス方式の場合、誤検出データ部分にビームを絞って、送信光のパワー密度を上げて受信ＳＮ比を向上させるようにしてもよい。
【００４８】
また、光検出器である受光器に関して単素子、アレイ検出器、２次元アレイ検出器などで動作するレーザ３次元画像計測装置にも適用することができる。
【００４９】
実施の形態３．
この実施の形態３におけるレーザ３次元画像計測装置は、一度測定した距離データから、レーザレーダ方程式に基づいて距離に対する受信ＳＮ比を想定し、次回以降の測定において、距離に対して積算回数を制御し、取得画像画質を向上させたものである。図７はこの発明の実施の形態３によるレーザ３次元画像計測装置の構成を示すブロック図である。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明は省略する。
【００５０】
受信ＳＮ比予測演算器２１は、３次元画像演算器１３で算出された距離データからスキャン範囲内における近傍から遠方までの平均的な距離を算出する。また、レーザレーダ方程式に基づいて、強度演算器９で得られる強度データよりスキャン範囲内における近傍から遠方までの平均的な反射率を算出し、距離に対する受信ＳＮ比特性を概算する。さらに、所定の受信ＳＮ比が得られる積算回数を算出する。レーザレーダ方程式は、送信ビームパワーＰ、ターゲットの反射率Ｒ、ターゲットまでの距離ｚに対し、受信パワーＰｒを与える基本方程式であり、一般的に、Ｐｒ＝ｋＰＲＴ２／ｚ２となる。ここで、ｋは定数、Ｔは大透過率である。
【００５１】
撮像条件演算器１９は、受信ＳＮ比予測演算器２１で算出された積算回数を考慮した撮像条件を演算する。
【００５２】
基準クロック制御器１８は、撮像条件演算器１９によって算出された条件に基づき、スキャナドライバ１１と基準クロック発生器１で発生するスキャナ動作タイミングとデータ取得タイミングのクロック信号を発生する。
【００５３】
次に、動作について説明する。誤検出データの抽出し除去するまでは、上記実施の形態１、２と同じである。実施の形態１，２と同様に、強度フィルタ演算器１５に関して、強度に関するフィルタリングデータは、受信ＳＮ比だけでなく、受信強度をそのまま用いたものや、距離に対する補正を行ったターゲットの反射率など、他の指標(強度指標)を用いてもよい。また、距離フィルタ演算器１６に関し、距離に関するフィルタリングデータは、孤立指数だけでなく、距離データをそのまま用いて距離ゲートをかけるといった他の指標(距離指標)も使用することができる。
【００５４】
誤検出データ除去演算器１７によってしきい値演算を行い、条件を満たさない誤検出データを除去し、信頼性の高いデータのみを算出する。ここで、しきい値の設定は、上記各実施の形態と同様に、図３に例示したもの等が考えられる。
【００５５】
次に、受信ＳＮ比予測演算器２１において、強度演算器９と距離演算器１０から得られた３次元画像演算器１３の距離データから図８に示すようにスキャン範囲内における近傍から遠方までの(平均的な)距離を算出し、強度演算器９によって得られた強度データからスキャン範囲内における近傍から遠方までの反射率を導出する。さらに、図９に示すようにレーザレーダ方程式に基づいて距離に対する受信ＳＮ比特性を概算し、次回以降の再スキャンによる測定で所定の受信ＳＮ比が得られる積算回数を算出する。
【００５６】
図８はこの発明における取得距離画像から算出される想定受信ＳＮ比の一例を示し、(ａ)は取得距離画像、(ｂ)は予測受信強度を示す。図９、１０はこの発明における想定受信ＳＮ比から算出される積算回数の例を示し、それぞれ(ａ)は距離に対する反射率、(ｂ)は距離に対する受信ＳＮ比、(ｃ)は距離に対する積算回数の例、(ｄ)は距離に対する想定される受信ＳＮ比を示す。
【００５７】
図８の(ａ)に示すような３次元画像演算器１３で算出された距離データから、スキャン範囲内における近傍から遠方までの距離を算出し、レーザレーダ方程式に基づいて図９の(ｂ)に示すような距離に対する受信ＳＮ比特性を概算する。図８の(ｂ)は受信ＳＮ比特性による測定距離に対する受信強度(受信ＳＮ比)を示す。そして強度演算器９で得られる強度データより、図９の(ａ)に示すようなスキャン範囲内における反射率を算出する。以上のような反射率、受信ＳＮ比特性の状況から、積算回数を例えば図９の(ｃ)に示すような値に推移させれば、図９の(ｄ)に示すようなスキャン範囲内に渡って安定した所定の受信ＳＮ比が得られる。すなわち図９の(ｄ)に示すような安定した所定の受信ＳＮ比となる積算回数を算出する。実際には、図１０の(ｃ)に示すように測定回数毎に積算回数を設定することで、図１０の(ｄ)に示すような比較的安定した受信ＳＮ比が得られる。
【００５８】
次に、撮像条件演算器１９によって、受信ＳＮ比予測演算器２１によって算出した所定の受信ＳＮ比が得られる積算回数に対するスキャナミラー４の同期条件などの撮像条件を演算し、演算された撮像条件はスキャナドライバ１１および基準クロック制御器１８に送られる。基準クロック制御器１８は撮像条件に準じてデータ取得するようなスキャナ動作タイミングとデータ取得タイミングのクロックの制御信号を発生する。
【００５９】
ここで、撮像条件導出後の測定では、図１０のように積算回数毎に測定領域を分けて測定を行ってもよいし、積算回数に上限値を設定して積算してもよい。また、受信ＳＮ比演算は取得した１つの画像から算出してもよいし、複数の画像の平均値から受信ＳＮ比を算出してもよい。
【００６０】
最後に、３次元画像演算器１３によって、上記のようにして得られた距離データとビーム照射角度情報から、ターゲット形状の３次元画像を得て、表示器１４にて表示する。
【００６１】
以上のように実施の形態３におけるレーザ３次元画像計測装置においては、受信ＳＮ比が低くなると予測される遠方のターゲットに対して、受信ＳＮ比の低下を補うようにして効率よく撮像することができ、正確な３次元画像を得ることができる。
【００６２】
また上記実施の形態と同様に、レーザ距離測定法に関してパルス方式以外にもｃｗ方式のような位相差から距離を検出する方法にも適用することができる。例えば、レーザ光源がｃｗで変調がかかっていた場合、距離演算器はレーザ発振時の位相とターゲットからの反射光を受光した時の位相の差分からターゲットまでの距離を導出し、強度演算器はターゲットからの反射光の強度からターゲットの強度を導出する。
【００６３】
また、レーザビーム形状が扇型で１軸のスキャン方式、またはビームを広げて全領域の距離を一度に測定するスキャンレス方式の場合でも適用することができる。
【００６４】
また、光検出器である受光器に関して単素子、アレイ検出器、２次元アレイ検出器などで動作するレーザ３次元画像計測装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  基準クロック発生器、２  パルスレーザ、３  送信光学系、４  スキャナミラー、５  レーザ光、６  受信光学系、７  受光器、８  データ取得タイミング制御器、９  強度演算器、１０  距離演算器、１１  スキャナドライバ、１２  角度センサ、１３  次元画像演算器、１４  表示器、１５  強度フィルタ演算器、１６  距離フィルタ演算器、１７  誤検出データ除去演算器、１８  基準クロック制御器、１９  撮像条件演算器、２０  受信ＳＮ比演算器、２１  受信ＳＮ比予測演算器。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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