(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象物までの距離を正確に測定することができる距離測定装置を提供する。【解決手段】縞模様の第１パルス光を照射する第１投光部１１ａと、第１パルス光の明部と暗部が反転した第２パルス光を照射する第２投光部１１ｂを備え、第１パルス光と第２パルス光を測定対象物に向けて交互に照射する。そして、撮像部１２にて撮像した画像から第１パルス光による輝度エッジ、及び第２パルス光による輝度エッジを抽出し、各輝度エッジが所定範囲内に存在する場合には、これを共役エッジとして検出する。この共役エッジを用いて、測定対象物までの距離を測定する。【選択図】図１
2014178245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、該移動体の周囲に、水平方向に広がる発光領域を有すると共に明部と暗部が交互に配置された矩形状となる、時間変調した第１投光パターンの第１パルス光、及び、前記第１パルス光に対して明部と暗部とを反転した矩形状となる、時間変調した第２投光パターンの第２パルス光を照射する投光手段と、
前記投光手段より照射されるパルス光に時間変調を加える投光制御手段と、
前記移動体に搭載され、前記投光手段より照射されて測定対象物にて反射したパルス光を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段にて撮像された画像から、前記第１パルス光を抽出する第１検波手段、及び前記第２パルス光を抽出する第２検波手段と、
前記第１パルス光の明部上下の輝度エッジを検出する第１エッジ検出手段、及び前記第２パルス光の明部上下の輝度エッジを検出する第２エッジ検出手段と、
前記第１エッジ検出手段で検出された輝度エッジと、前記第２エッジ検出手段で検出された輝度エッジが、所定範囲内で対をなす場合に、この輝度エッジの対を共役エッジとして検出する共役エッジ検出手段と、
前記共役エッジに基づいて、移動体から前記測定対象物までの距離を求める距離算出手段と、
を備えたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記共役エッジ検出手段は、前記所定範囲を、移動体と測定対象物との間の距離、及び移動体と測定対象物との相対速度の、少なくとも一方に応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記投光制御手段、第１検波手段、及び第２検波手段は、前記時間変調として、振幅変調、位相変調、及び周波数変調のうちの少なくとも１つを用いて、前記投光手段、及び撮像手段を制御することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記投光手段は、可視光、赤外光、及び紫外光のうちの少なくとも１つを照射する光源を有し、前記撮像手段は、前記光源に応じて、可視光領域、赤外領域、及び紫外領域のうちの少なくとも１つに感度を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記第１投光パターンは、水平方向を向く縞模様であり、該縞模様に対して交互に明部と暗部が配置されたパターンをなし、前記第２投光パターンは前記第１投光パターンの明部と暗部を反転させたパターンをなすことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記第１投光パターンは、格子形状に形成された複数の領域を有し、各領域に千鳥状に明部及び暗部が配置されたパターンをなし、前記第２投光パターンは、前記第１投光パターンの明部と暗部を反転させたパターンをなすことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記投光手段は、前記第１パルス光を照射する第１投光部と、第２パルス光を照射する第２投光部を有し、前記第１投光部と第２投光部は、互いに水平方向に並んで配置されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項８】
前記投光手段は、前記第１パルス光、及び第２パルス光を切り替えて照射するためのフォトマスクを有し、
前記フォトマスクの切り替えを制御するマスク制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項９】
前記撮像手段は、前記投光手段に対して鉛直方向に設けられ、撮影方向が所定の俯角を有することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等の移動体に設けられ、該移動体の周囲に存在する対象物までの距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の移動体の周辺に存在する対象物までの距離を測定する距離測定装置として、例えば、特開２００８−１５７７１８号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。該特許文献１では、基線長を有する一対の発光素子、及び受光素子を有し、測定対象物までの距離、及び方向を三角測量の原理を用いて検出する。また、トロイダルレンズにより集光されたシートビームを複数回パルス発光させ、発光のタイミングに同期して受光素子から受光位置を抽出し、シートビームの照射方向と反射光の受光素子への入射方向、及び発光素子と受光素子の基線長に基づいて対象までの距離を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５７７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、変調発光されたパルス光の照射領域の縦方向への拡がり角度に基づいて、対象物までの距離を測定する方式を採用しているため、測定対象となる物体が小さい場合や、２つの物体が上下方向にオフセットした位置に存在している場合には、パルス光が照射された照射領域に対して部分的にしか反射光を検出することができないことがある。このため、三角測量の原理を用いて測定される距離情報に誤差が生じてしまい、測定対象物までの距離を正確に測定することができなくなる虞があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、測定対象物までの距離を正確に測定することができる距離測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願発明は、明部と暗部が交互に配置された矩形状の第１パルス光、及び第１パルス光の明部と暗部を反転した第２パルス光、を交互に切り替えて測定対象物に照射する投光手段と、測定対象物にて反射した第１パルス光、及び第２パルス光を撮像する撮像手段を備える。また、第１パルス光を含む画像から明部となる領域の上下の輝度エッジを検出し、第２パルス光を含む画像から明部となる領域の上下の輝度エッジを検出する第１エッジ検出手段、及び第２エッジ検出手段と、各輝度エッジが所定範囲内で対をなす場合に、これを共役エッジとして検出する共役エッジ検出手段と、共役エッジに基づいて測定対象物までの距離を求める距離算出手段を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る距離測定装置では、共役エッジを用いて測定対象物までの距離を測定するので、測定対象物の上端エッジが輝度エッジとして検出されることを回避でき、高精度な距離測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置で用いられる同期検波処理部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置で用いられる同期検波処理部における各信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置で用いられる投光部１１の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置で用いられる第１投光パターン、及び第２投光パターンを示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置により測定対象物までの距離を測定する様子を示す説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置の、撮像部で撮像された画像を示す説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置の、撮像部で撮像されたパターン光から抽出される共役エッジを示す説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置により、測定対象物までの距離を測定する原理を示す説明図である。
【図１０】従来方式を採用した場合の、測定対象物までの距離測定の様子及び撮像された画像を示す説明図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置による距離測定手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置による同期検波処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置の、変形例で用いられる第１投光パターン、及び第２投光パターンを示す説明図である。
【図１４】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置の、変形例で用いられる撮像部で撮像された画像を示す説明図である。
【図１５】本発明の第１実施形態に係る距離測定装置の、変形例の撮像部で撮像されたパターン光から抽出される共役エッジを示す説明図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る距離測定装置による撮像部の俯角が０°の場合の、距離分解能を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る距離測定装置による撮像部の俯角がα°の場合の、距離分解能を示す説明図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る距離測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る距離測定装置１００は、車両等の移動体に搭載されるものであり、車両周囲の距離測定対象となる測定対象物に向けて領域光を照射する投光部１１（投光手段）と、投光部１１より照射する領域光を制御する投光制御部１４（投光制御手段）と、領域光が照射された測定対象物の映像を撮像する撮像部１２（撮像手段）と、を備えている。また、投光部１１は、第１投光パターンとなる第１パルス光を照射する第１投光部１１ａと、第２投光パターンとなる第２パルス光を照射する第２投光部１１ｂを備えている。そして、可視光領域、赤外領域、及び紫外領域のうちのいずれか、或いはその組み合わせの光を照射する。
【００１１】
撮像部１２は、投光部１１に対して鉛直方向に設けられている。また、該撮像部１２には、投光部１１より照射される波長を観測できる素子が使用されている。例えば、投光部１１より照射する光の波長としては、可視光領域、赤外領域、紫外領域等を使用することが考えられ、その場合には撮像部１２は、対応する波長を観測できるような素子を使用したものとすれば良い。
【００１２】
更に、撮像部１２で撮像された画像に基づいて、測定対象物までの距離を測定する距離測定部５０を備えている。
【００１３】
距離測定部５０は、撮像部１２で撮像された画像信号について、第１投光部１１ａより照射した領域光に対する同期検波処理を加えて第１パルス光を抽出する第１同期検波処理部１３ａ（第１検波手段）と、第２投光部１１ｂより照射した領域光に対する同期検波処理を加えて第２パルス光を抽出する第２同期検波処理部１３ｂ（第２検波手段）と、を備えている。
【００１４】
また、第１同期検波処理部１３ａで検波された画像から測定対象物の輝度エッジを検出する第１エッジ検出部１５ａ（第１エッジ検出手段）と、第２同期検波処理部１３ｂで検波された画像から測定対象物の輝度エッジを検出する第２エッジ検出部１５ｂ（第２エッジ検出手段）と、各エッジ検出部１５ａ，１５ｂで検出された輝度エッジから共役エッジを検出する共役エッジ検出部１６（共役エッジ検出手段）と、共役エッジ検出部１６で検出された共役エッジに基づいて測定対象物までの距離を求める距離算出部１７（距離算出手段）と、を備えている。
【００１５】
ここで、図１に示す距離測定部５０は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。
【００１６】
第１投光部１１ａ、及び第２投光部１１ｂは、ＬＥＤ等の発光素子、光学レンズ、及び、領域光の空間パターンを生成するフォトマスクを備えており、フォトマスクによって矩形状の空間パターンを生成し、この空間パターンを測定対象物に向けて照射する。
【００１７】
また、第２投光部１１ｂが備えるフォトマスクは、第１投光部１１ａが備えるフォトマスクをネガポジ反転させたものとしている。つまり、後述する図５に示すように、第１投光部１１ａにより照射される領域光の透過部と、第２投光部１１ｂにより照射される領域光の透過部は、互いに反転した領域となっている。
【００１８】
即ち、第１投光部１１ａは、水平方向に広がる発光領域を有すると共に、明部と暗部が交互に配置された矩形状となる、時間変調した第１投光パターンの第１パルス光を照射する。また、第２投光部１１ｂは、第１パルス光に対して、明部と暗部とを反転した矩形状となる、時間変調した第２投光パターンの第２パルス光を照射する。更に、第１投光部１１ａと第２投光部１１ｂは、水平方向に同一の高さとなるように並べて配置されている。
【００１９】
第１，第２投光部１１ａ，１１ｂは、図４に示すように、発光素子３１と、該発光素子３１の出射側に設けられた第１光学レンズ３２と、該第１光学レンズ３２の出射側に設けられたフォトマスク３３と、該フォトマスク３３の出射側に設けられた第２光学レンズ３４と、から構成されている。
【００２０】
そして、発光素子３１より照射される光を第１光学レンズ３２により平行光に整形し、フォトマスク３３により領域光パターンを生成し、更に、第２光学レンズ３４により所定角度範囲内に領域光を照射する。そして、各投光部１１ａ，１１ｂにより生成された領域光は、測定対象物に照射され、測定対象物上に照射領域と非照射領域の輝度境界を鮮明に映し出す配光を実現する。ここで、本実施形態では、フォトマスク３３を用いる例について説明するが、これ以外の例として回折格子を用いても良い。
【００２１】
図１に示す投光制御部１４は、第１投光部１１ａ、及び第２投光部１１ｂより照射するパルス光（第１パルス光、第２パルス光）の発光タイミングと発光強度を制御するものであり、第１投光部１１ａ、及び第２投光部１１ｂが撮像部１２の撮像タイミング毎に交互に照射するように、各投光部１１ａ，１１ｂにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を交互に送信する。また、第１パルス光、及び第２パルス光を時間変調する。ここで、時間変調として、振幅変調、位相変調、及び周波数変調のうちの少なくとも１つを用いることができる。
【００２２】
撮像部１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備えており、撮影領域の画像を取得すると共に、第１，第２投光部１１ａ，１１ｂにより照射された領域光が測定対象物で反射した反射光もあわせて取得する。  
第１，第２同期検波処理部１３ａ，１３ｂは、対応する投光部（第１投光部１１ａ、及び第２投光部１１ｂ）の発光タイミングに同期して、撮像部１２が予め設定した撮像周期で取得した複数の画像を用いて、その画像中の画素の輝度の時間変化から、各投光部１１ａ，１１ｂより照射されるパルス光に同期した反射光を検波抽出する。
【００２３】
第１，第２エッジ検出部１５ａ，１５ｂは、第１，第２同期検波処理部１３ａ，１３ｂで抽出された照射光の画像から、ｓｏｂｅｌフィルタ等の画像処理ロジックを用いて、輝度変化部分である輝度エッジ部を検出する。
【００２４】
共役エッジ検出部１６は、第１，第２エッジ検出部１５ａ，１５ｂより出力される輝度エッジ情報を用いて、双方で重複するか、或いは所定範囲内で対となる近傍エッジが存在する共役エッジ部を抽出し、共役エッジ画像を生成する。共役エッジとは、後述する図８に示す符号ｂ１〜ｂ５のことを示している。また、共役エッジ検出部１６は、上記の「所定範囲」を、移動体と測定対象物との間の距離、及び移動体と測定対象物との相対速度の大きさに応じて、所望の数値に設定する。即ち、距離が大きい場合には、輝度エッジどうしの間隔が大きくなる場合があるので、所定範囲を大きくし、反対に、距離が小さい場合には誤検出を防止するために所定範囲を小さくする。
【００２５】
また、相対速度が大きい場合には、輝度エッジどうしの間隔が大きくなる場合があるので、所定範囲を大きくし、反対に、相対速度が小さい場合には、誤検出を防止するために所定範囲を小さくする。こうすることにより、対象物までの距離、及び相対速度が変化した場合でも、共役エッジを高精度に抽出することができることとなる。また、急激な相対速度の変化が生じた場合でも、安定した距離測定が可能となる。
【００２６】
距離算出部１７は、共役エッジ検出部１６より出力される共役エッジ画像中の共役エッジ部について、投光部１１より照射される領域光（パルス光）の照射方向と、撮像部１２の撮像の視軸とがなす角度と、投光部１１と撮像部１２の設置位置等のレイアウトと、投光部１１から照射される複数の矩形状の発光パターンとから、三角測量の原理に基づき、共役エッジが計測されている測定対象物と撮像部１２との間の相対距離を算出する。
【００２７】
次に、第１，第２同期検波処理部１３ａ，１３ｂによる同期検波の基本原理を、図２に示すブロック図、及び図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。照射した領域光のみを頑健に検出する処理として、一般的に同期検波が用いられる。本実施形態では、撮像部１２により撮像された画像の全画素、或いは処理領域として設定された画像領域中の全画素について、この同期検波処理を施し、各画素にて照射光の抽出を行う。ここでは、同期検波として、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying：二位相偏移変調）を用いた場合の例を図２、図３を参照して説明する。
【００２８】
図２に示すように、送信信号をバイナリ信号とし、Ｓ(t)（ｔは時間）で示す。このバイナリ信号Ｓ(t)は、例えば、図３（ａ）に示すように、一定の時間間隔で「１」、「０」で変化する。このバイナリ信号Ｓ(t)を送出する際に、バイナリ信号Ｓ(t)に対して十分高い周波数ｆｃを有する搬送波sin（２πｆcｔ）をバイナリ信号Ｓ(t)で位相変調して、ＢＰＳＫ送信信号を生成する。その結果、図３（ｂ）に示す如くの波形が生成され、照射される（図２の符号Ｑ１参照）。上記の搬送波としては一般的には正弦波が用いられ、送出されるＢＰＳＫ変調信号は、次の（１）式で示される。
【００２９】
sin（２πｆcｔ＋（Ｓ(t)−１）×π）
＝（２×Ｓ(t)−１）×sin（２πｆcｔ）    …（１）
従って、送信信号Ｓ(t)は、図３（ｂ）に示すように変化する。投光部１１からは、このＢＰＳＫ変調信号をＤＣオフセットさせた信号で強度変調したパルス光を送出している。
【００３０】
送出されたパルス光は、測定対象物に照射されて反射し、撮像部１２で受光される（図２の符号Ｑ２参照）。撮像部１２により撮像された画像の各画素に搬送波が重畳され（符号Ｑ３参照）、図３（ｃ）に示す如くの時系列信号が得られる。その後、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）により時系列信号の高周波成分が除去され、高周波成分の除去後の時系列信号について正負の符号判定を行うことにより、図３（ｄ）に示す如くの復調した送信信号Ｓ(t)を得る。
【００３１】
受信側で、このＢＰＳＫ変調信号を受信し、この受信信号からＳ(t)を復調する処理を同期検波と称し、処理の内容を数式で記述すると、以下に示す通りとなる。
【００３２】
まず、次の（２）式に示すように、受信信号に搬送波であるsin（２πｆcｔ）を乗算する。
【００３３】
sin（２πｆcｔ＋（Ｓ(t)−１）π）×sin（２πｆcｔ）    …（２）
次いで、三角関数の積和公式より、（２）式を次の（３）式とする（図３（ｃ）参照）。
【００３４】
−（cos（４πｆcｔ＋（Ｓ(t)−１）π）−cos（（Ｓ(t)−１）π））／２  …（３）
そして、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を用いて、（３）式の第１項の周波数２ｆcの高周波成分を除去すると、第２項が残るので、受信信号は次の（４）式に示すように復調されることとなる。
【００３５】
cos（（Ｓ(t)−１）π）／２    …（４）
この復調信号の符合は、送信信号であるＳ(t)の「１」、「０」に同期しており、正負判定をすることにより、送信信号Ｓ(t)が復調できることがわかる（図３（ｄ）参照）。
【００３６】
なお、上記では搬送波sin（２πｆcｔ）をバイナリ信号Ｓ(t)で位相変調する例について説明したが、振幅変調、周波数変調等の他の変調方式を用いることも可能である。
【００３７】
次に、第１投光部１１ａ、及び第２投光部１１ｂより照射する領域光の投光パターンについて、図５に示す説明図を参照して説明する。図１に示した第１投光部１１ａより照射する投光パターンは、照射領域の矩形状の領域光が所定間隔で配置された明暗パターンを有する領域光を用いる。また、第２投光部１１ｂより照射する投光パターンは、第１投光部１１ａより照射される光の、明暗を反転させたパターンを有する領域光を用いる。
【００３８】
具体的には、第１投光部１１ａより照射される領域光の投光パターン（第１の投光パターン）は、領域ａ１，ａ３，ａ５が透過部（明部）とされ、領域ａ２，ａ４，ａ６が遮蔽部（暗部）とされる。つまり、透過部と遮蔽部が水平方向を向く縞模様を成して形成されている。一方、第２投光部１１ｂより照射される領域光のパターン（第２の投光パターン）は、第１投光部１１ａの場合と反対となり、領域ａ１，ａ３，ａ５が遮光部（暗部）とされ、領域ａ２，ａ４，ａ６が透過部（明部）とされる。つまり、第１投光パターンと同様に、透過部と遮光部が水平方向を向く縞模様を成して形成されている。
【００３９】
以下、各投光パターンを用いて輝度エッジを検出する手順について、図６〜図８に示す説明図を参照して説明する。図６は、車両４１（移動体）に搭載される投光部１１より、測定対象物４２ａ，４２ｂに向けて領域光を照射する様子を示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、領域光を測定対象物４２ａ，４２ｂに照射した際の、撮像部１２により撮像された画像を示す説明図である。
【００４０】
図６に示すように、投光部１１の第１投光部１１ａ、第２投光部１１ｂより、２つの測定対象物４２ａ，４２ｂに向けて第１，第２投光パターンの領域光を交互に照射すると、照射された光が撮像部１２にて撮像される。具体的には、第１の投光パターンの領域光が照射された場合には、図７（ａ）に示すように、領域ｐ１，ｐ２，ｐ３にて領域光が検出される。また、第２の投光パターンの領域光が照射された場合には、図７（ｂ）に示すように、領域ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４にて領域光が検出される。
【００４１】
そして、各領域ｐ１〜ｐ３、ｑ１〜ｑ４の輝度エッジを検出し、更に所定範囲内で対となる輝度エッジを検出すると、図８に示すようになる。即ち、図７（ａ）に示した領域ｐ１の下部エッジと、図７（ｂ）に示した領域ｑ１の上部エッジが対となり、共役エッジｂ１として検出される。また、領域ｐ２の上部エッジと領域ｑ１の下部エッジが対となり、共役エッジｂ２として検出され、領域ｐ２の下部エッジと領域ｑ２の上部エッジが対となり、共役エッジｂ３として検出される。
【００４２】
更に、測定対象物４２ｂに対して、領域ｐ３の上部エッジと領域ｑ３の下部エッジが対となり、共役エッジｂ４として検出され、領域ｐ３の下部エッジと領域ｑ４の上部エッジが対となり、共役エッジｂ５として検出される。
【００４３】
また、領域ｐ１の上部エッジは、第２投光パターンとの間で対とならないので、孤立エッジｃ１（図８参照）として検出され、領域ｑ３の上部エッジは、第１投光パターンとの間で対とならないので、孤立エッジｃ２として検出される。
【００４４】
ここで、共役エッジとは、第１投光パターンによる輝度エッジと第２投光パターンによる輝度エッジが重複、或いは所定範囲内に対となって存在する輝度エッジのことである。即ち、共役エッジは、測定対象物４２ａ，４２ｂに照射された投光パターンに起因する輝度エッジということになる。
【００４５】
これに対して、図８に示す孤立エッジｃ１は、投光パターンの上端部であり、孤立エッジｃ２は、測定対象物４２ｂの上端部のエッジである。従って、孤立エッジｃ１，ｃ２を除去し、共役エッジｂ１〜ｂ５を用いることにより、各測定対象物４２ａ，４２ｂまでの距離を測定することが可能となる。つまり、共役エッジｂ１とｂ２の間隔は、既定値であるから、前述した距離測定方法を適用することにより、車両４１から測定対象物４２ａ，４２ｂまでの距離を高精度に測定することが可能となる。
【００４６】
次に、上記の手順で検出した共役エッジに基づいて、測定対象物４２ａ，４２ｂまでの距離を測定する原理について、図９に示す模式図を参照して説明する。図９に示すように、投光部１１の上方に撮像部１２が配置される。即ち、投光部１１に設けられるＬＥＤ等の発光素子３１が照射する領域光の広がり方向（横方向）とは垂直な方向（縦方向）にオフセットした位置に撮像部１２が配置される。
【００４７】
そして、投光部１１より測定対象物４２に向けて領域光を照射すると、撮像部１２では、測定対象物４２の照射面で反射した領域光が観測される。ここで、投光部１１による領域光上端部の照射角度をγ、投光部１１と撮像部１２との上下距離をＤｙ、前後距離をＤｚ、撮像部１２の俯瞰角度をαとしてレイアウトを設定した場合、測定対象物４２までの距離Ｚに応じて、領域光の上端部が観測される上下方向の角度（図９に示す角度β）が変化する。
【００４８】
従って、撮像部１２の検出面で観測される照射領域の上端エッジの上下位置（図９の撮像部１２内に示す距離ｙ）を測定すれば、この上下位置に基づいて角度βを求めることができ、ひいては三角測量の原理により測定対象物４２までの距離Ｚを算出することができる。下端エッジについても同様に、照射角度を（γ＋σ）と変更し、撮像部１２の検出面で下端エッジが観測される画素上下位置から距離Ｚを算出することができる。
【００４９】
次に、本実施形態のように共役エッジを用いない場合に、距離測定の誤差が生じる場合について、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１０（ａ）は、車両４１から測定対象物４２ａ，４２ｂに向けて、上端エッジを有する領域光パターンを照射する様子を示す説明図であり、図１０（ｂ）は、撮像部１２で検出される輝度エッジを示している。
【００５０】
上記の測定原理で示したように、領域光の輝度エッジを用いて測定対象物４２ａ，４２ｂまでの距離を測定する場合には、領域光の輝度エッジを正確に検出する必要がある。また、投光部１１より照射した領域光のみを抽出するために、同期検波処理を使用しているので、検波時間内で安定した発光強度変化を観測する必要があるため、上下に幅を持った領域光を用いている。このため、領域光を照射する範囲内に、領域光の上下幅より低い対象物（図１０（ａ）に示す測定対象物４２ｂ）が存在する場合には、物体形状の端部を領域光の輝度エッジと誤検出してしまう。つまり、図１０（ｂ）の測定対象物４２ａでは、領域光による輝度エッジｄ１が検出されているので、高精度な距離測定が可能となるが、測定対象物４２ｂでは、物体の上端による輝度エッジｄ２が検出されているので、正確な距離測定ができなくなる。
【００５１】
本実施形態では、共役エッジを用いることにより、物体の上端エッジと領域光による輝度エッジを区分することにより、領域光による輝度エッジのみを抽出して、高精度な距離測定を可能としている。具体的には、本実施形態では、前述の図５にて説明したように、矩形状の領域光（第１投光パターン）と、その明暗を反転させた矩形状の領域光（第２投光パターン）とを交互に発光させて測定対象物４２に照射し、各々個別に検波画像を検出し、得られた輝度エッジの共役性を用いて距離測定を実施する。
【００５２】
例えば、図７（ｂ）に示した測定対象物４２ｂの、最上部の領域ｑ３の上端エッジは輝度境界ではなく、物体の形状エッジである。従って、従来の手法を用いた場合には、輝度エッジであるか、或いは形状エッジであるかを判定できないため、誤検出されてしまう場合がある。これに対して、本実施形態に係る距離測定装置では、明部と暗部を反転させた２つの投光パターンを用いており、これらの共役エッジを検出し、この共役エッジを用いて距離を測定している。従って、図８に示した孤立エッジｃ２は割愛され、距離測定に用いられないので、従来のような誤検出の発生を回避し、高精度な距離測定が可能となる。
【００５３】
次に、本実施形態に係る距離測定装置１００の処理動作を、図１１，図１２に示すフローチャートを参照して説明する。投光制御部１４の制御により、第１投光部１１ａ、及び第２投光部１１ｂより、測定対象物４２ａ，４２ｂに向けて領域光が照射される。この際、前述したように、第１投光部１１ａより照射される照射光は、図５（ａ）に示したように、縞模様を有するパターン光（第１のパターン光）である。また、第２投光部１１ｂより照射される照射光は、図５（ｂ）に示したように、第１のパターン光の明部と暗部を反転させた縞模様を有するパターン光（第２のパターン光）である。
【００５４】
そして、図１１のステップＳ１において、撮像部１２は、測定対象物４２ａ，４２ｂを含む画像を撮像する。ステップＳ２において、撮像部１２は、投光制御部１４による制御を参照して、撮影した画像に含まれる領域光が、第１投光部１１ａより照射された投光パターンであるか、或いは、第２投光部１１ｂより照射された投光パターンであるかを判断する。つまり、投光制御部１４により、第１投光パターンとなる領域光が照射されているときに撮像された画像には、第１投光パターンの領域光が含まれていると判断し、第２投光パターンとなる領域光が照射されているときに撮像された画像には、第２投光パターンの領域光が含まれていると判断する。そして、第１投光パターンの領域光が照射されている場合には、ステップＳ３に処理を進め、第２投光パターンの領域光が照射されている場合には、ステップＳ６に処理を進める。
【００５５】
ステップＳ３において、撮像部１２は、図示省略のメモリに画像データを記録する。ステップＳ４において、第１同期検波処理部１３ａは、記録した画像データに対して同期検波処理を実行し、画像データに含まれる領域光のデータを取得する。同期検波処理の詳細な手順については、後述する。
【００５６】
ステップＳ５において、第１エッジ検出部１５ａは、ステップＳ４の処理で検出された同期検波画像をｓｏｂｅｌフィルタ等の画像処理ロジックを用いて、横方向の輝度エッジを抽出する。その後、ステップＳ９に処理を進める。
【００５７】
一方、ステップＳ２の処理で第２投光パターンの領域光が照射されていると判断された場合には、ステップＳ６において、撮像部１２は、図示省略のメモリに画像データを記録する。ステップＳ７において、第２同期検波処理部１３ｂは、記録した画像データに対して同期検波処理を実行し、画像データに含まれる領域光のデータを取得する。その後、ステップＳ８において、第２エッジ検出部１５ｂは、ステップＳ７の処理で検出された同期検波画像をｓｏｂｅｌフィルタ等の画像処理ロジックを用いて、横方向の輝度エッジを抽出する。その後、ステップＳ９に処理を進める。
【００５８】
ステップＳ９において、共役エッジ検出部１６は、第１エッジ検出部１５ａで検出された輝度エッジ画像と、第２エッジ検出部１５ｂで検出された輝度エッジ画像に基づいて、重複、或いは所定範囲内で対となる輝度エッジを抽出し、これを共役エッジとする。即ち、第１エッジ検出部１５ａで検出された輝度エッジと、第２エッジ検出部１５ｂで検出された輝度エッジが、所定範囲内で対をなす場合に、この輝度エッジの対を共役エッジとして検出する。
【００５９】
具体的には、図８に示す共役エッジｂ１〜ｂ５を検出する。また、孤立エッジｃ１，ｃ２は、共役エッジとして検出されない。
【００６０】
ステップＳ１０において、距離算出部１７は、ステップＳ９の処理で検出された共役エッジに基づいて、図９に示した測定原理を用いて、測定対象物４２までの距離を測定する。
【００６１】
次に、図１２に示すフローチャートを参照して、図１１のステップＳ４，Ｓ７に示した同期検波処理の詳細な手順について説明する。この処理は、図１に示した第１同期検波処理部１３ａ、及び第２同期検波処理部１３ｂにより実行される。
【００６２】
初めに、ステップＳ１１において同期検波処理を開始し、ステップＳ１２において、取得された画像（撮像部１２で撮像された画像）に対して、投光制御部１４により規定される搬送波sin（２πｆcｔ）（図２参照）をミキシング（乗算）する。具体的には、画像中の処理領域に設定された全画素に対して、取得タイミングに応じた位相における正弦波を掛け合わせる。
【００６３】
ステップＳ１３において、搬送波sin（２πｆcｔ）をミキシングした画像を、各同期検波処理部１３ａ，１３ｂが有するフレームメモリ（図示省略）に蓄積する。同期検波処理を実施する際に、連続するｎフレームの画像が必要な場合には、ｎフレーム分のフレームメモリが確保され、例えば、リングバッファ構造により、最も古い画像データを最新の画像データにより更新する。
【００６４】
ステップＳ１４において、フレームメモリに蓄積された画像データより、所定アドレスの画素データの時系列データを読み出す。例えば、最新の時刻ｔに取得された画素位置(ｘｉ，ｙｊ)の画素データをＩ（ｘｉ，ｙｊ，ｔ）とすると、同期検波に用いる最新ｎ画素分のデータ、Ｉ（ｘｉ，ｙｊ，ｔ），Ｉ（ｘｉ，ｙｊ，ｔ−１），…，Ｉ（ｘｉ，ｙｊ，ｔ−ｎ＋１）を読み出す。
【００６５】
ステップＳ１５において、ローパスフィルタ（図２のＬＰＦ参照）を適用する。
【００６６】
ステップＳ１６において、ローパスフィルタを適用した画素の時系列データに対し、送信信号の正負判定を行う。例えば、画素値が正の値であれば「１」、負の値であれば「０」を割り当て、送信した信号列（ビット列）を復元する。
【００６７】
ステップＳ１７において、処理領域中のすべての画素について、検波が終了したか否かを判定し、処理領域中のすべての画素について検波処理が終了していなければ（ステップＳ１７でＮＯ）、ステップＳ１４に処理を戻し、次の画素位置（例えば、（ｘｉ＋１、ｙｊ））の時系列画素データを読み出し、ステップＳ１５以下の処理を繰り返す。
【００６８】
そして、全ての画素について検波処理が終了していれば（ステップＳ１７でＹＥＳ）、ステップＳ１８において、同期検波画像を出力して終了する。こうして、撮像部１２で撮像された画像から、第１発光パターン、及び第２発光パターンの領域光を抽出することができるのである。
【００６９】
そして、抽出した領域光に基づいて、図１１に示したステップＳ５，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０の処理を実行することにより、車両４１と測定対象物４２ａ，４２ｂとの間の距離を高精度に求めることができるのである。
【００７０】
このようにして、本実施形態に係る距離測定装置１００では、測定対象物４２ａ，４２ｂに向けて第１投光パターン、及び第２投光パターンとなる領域光を照射し、各投光パターンが照射された画像からそれぞれ輝度エッジを求める。即ち、第１投光パターンが照射されている場合には、図７（ａ）に示す如くの画像が得られるので、各領域ｐ１〜ｐ３の上下の輝度エッジをそれぞれ検出し、第２投光パターンが照射されている場合には、図７（ｂ）に示す如くの画像が得られるので、各領域ｑ１〜ｑ４の上下の輝度エッジをそれぞれ検出する。そして、両者の輝度エッジを対比して、所定範囲内に各投光パターンの輝度エッジの対が存在する場合には、これを共役エッジとしている。
【００７１】
従って、図８に示すように、共役エッジｂ１〜ｂ５が得られる。また、輝度エッジの対が存在しない孤立エッジｃ１，ｃ２は、距離測定の対象から除外している。従って、測定対象物４２ｂの上端部にて生じるエッジは、孤立エッジｃ２とされ、距離測定に使用されないので、物体の上端部により生じるエッジの影響により距離測定に誤差が生じるという問題を回避することができる。その結果、測定対象物４２ａ，４２ｂまでの距離を高精度に測定することができる。
【００７２】
また、第１投光部１１ａと第２投光部１１ｂを、水平方向に並べて配置することにより、横方向の輝度エッジ画像が位置ずれすることを防止でき、近接する輝度エッジを確実に共役エッジとして検出することが可能となる。
【００７３】
更に、共役エッジと判定するための、輝度エッジ間の距離である所定範囲を、車両４１と測定対象物４２ａ，４２ｂとの間の距離、及び相対速度の少なくとも一方に応じて設定するので、測定対象物４２ａ，４２ｂまでの距離、或いは相対速度が変化した場合でも、共役エッジを高精度に抽出することができることとなる。また、急激な相対速度の変化が生じた場合でも、安定した距離測定が可能となる。
【００７４】
また、領域光を同期検波するために使用する時間変調の方式は、振幅変調、位相変調、周波数変調のうちいずれか、或いはこれらの組み合わせを用いるので、外乱による影響を低減でき、より頑健なパターン光の抽出が可能となる。
【００７５】
更に、第１投光部１１ａ、及び第２投光部１１ｂより照射される投光パターンは、可視光、赤外光、及び紫外光のうちの少なくとも一つの光源を用いて照射するので、撮像部１２はこれらの光源の波長に感度を合わせることにより、高精度なパターン光の検出が可能となる。
【００７６】
また、第１投光部１１ａ、及び第２投光部１１ｂより照射される投光パターンは、水平方向を向く縞模様であるので、明部の上下エッジを高精度に検出することができ、共役エッジの検出精度を向上させることができる。
【００７７】
次に、撮像部１２の視軸（撮影方向）が、上端エッジが照射される方向に対して所定の俯角を有するように設定することにより、分解能を向上させることができることについて説明する。
【００７８】
１個の撮像部１２で広域を観測するためには、通常、広角レンズが用いられる。一般的な広角レンズは、射影方式として等距離射影レンズ（いわゆる、ｆθレンズ）を採用しており、周辺視野では中心視野に比べて分解能が劣る。このような広角レンズとの組み合わせにおいては、撮像部の視軸に俯角（或いは仰角）を持たせ、分解能が高い領域を監視したい領域に向けて適切に設定することが肝要となる。
【００７９】
以下、ｆθレンズとの組み合わせにおいて、簡単のために、照射光の上端エッジが路面に対して水平である場合を仮定し、撮像部の視軸の俯角がある場合に、被観測対象までの距離計測値の分解能が向上することを、図１６，図１７を参照して説明する。撮像部１２の視軸に俯角が無い場合を図１６に示し、俯角が有る場合を図１７に示す。
【００８０】
図１６，図１７で、視軸方向の画素位置をｙ（ｊ）とし、ｙ（ｊ）の下に隣接する画素位置をｙ（ｊ＋１）とする。このとき、図１６に示すように、俯角（仰角）が０度の場合において、画素位置ｙ（ｊ）とｙ（ｊ＋１）で決定される１画素の角度分解能は、実空間距離での距離分解能ｄＤ（０）であるとする。一方、図１７に示すように、俯角がα度の場合において、画素位置ｙ（ｊ）とｙ（ｊ＋１）で決定される１画素の角度分解能は、実空間距離での距離分解能ｄＤ（α）であるとする。この場合、ｄＤ（α）＜ｄＤ（０）が成立するので、撮像部１２の視軸に俯角（仰角）を持たせた場合、１画素の角度分解能に対する実空間分解能が高くなる。即ち、俯角αを設けることにより、上端エッジを抽出する際の実空間分解能を高くすることが可能となる。
【００８１】
このように、各投光部１１ａ，１１ｂにより照射される領域光の上端エッジは、撮像部１２に対して横方向に領域が形成され、撮像部１２は上端エッジ照射方向に対して鉛直な方向にオフセットして配置されると共に、上端エッジ照射方向と視軸が所定角度をなすようにすれば、一般的な広角レンズ（魚眼レンズ）を使用した際においても、三角測量の原理に基づき距離計測する際の計測精度が向上する。
【００８２】
次に、上述した第１実施形態の変形例について説明する。変形例では、前述した第１実施形態と対比して、第１投光パターン、及び第２投光パターンが相違する。即ち、第１投光パターンは、図１３（ａ）に示すように、格子形状に区切られた領域に千鳥状に明部が形成され、それ以外の領域が暗部とされたパターンとされている。所謂、市松模様に形成されている。また、第２投光パターンは、図１３（ｂ）に示すように、第１投光パターンに対して、明部と暗部が反転するように、明部と暗部が形成されたパターンとされている。
【００８３】
そして、このような投光パターンを測定対象物４２ａ，４２ｂに照射すると、第１投光パターンの照射時には、図１４（ａ）に示す領域ｐ１１〜ｐ１７が明部となる画像が照射され、撮像部１２で撮像される。一方、第２投光パターンの照射時には、図１４（ｂ）に示す領域ｑ１１〜ｑ１７が明部となる画像が照射され、撮像部１２で撮像される。
【００８４】
従って、前述した第１実施形態と同様に、第１投光パターンの領域光を照射した際に、各領域ｐ１１〜ｐ１７に対して輝度エッジを検出し、且つ、第２投光パターンの領域光を照射した際に、各領域ｑ１〜ｑ１７に対して輝度エッジを検出し、これらの輝度エッジが、互いに重複、或いは所定範囲内に存在するか否かを判断することにより、共役エッジを検出する。すると、図１５に示すように、共役エッジｂ１１〜ｂ１５が検出されることとなる。そして、これらの共役エッジｂ１１〜ｂ１５を用いることにより、前述した第１実施形態と同様に、車両４１から測定対象物４２ａ，４２ｂまでの距離を高精度に測定することが可能となる。つまり、孤立エッジｃ１１，ｃ１２が削除されるので、従来のように対象物の上端エッジにより検出誤差が生じるという問題を回避することができる。
【００８５】
［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態に係る距離測定装置について説明する。図１８は、第２実施形態に係る距離測定装置１０１の構成を示すブロック図である。図示のように、この距離測定装置１０１は、図１に示した距離測定装置１００に対して、第１投光部１１ａ及び第２投光部１１ｂの代わりに、可変投光部１８と、マスク切替制御部１９（マスク制御手段）、及び画像分配部２０を備えている点で相違している。それ以外の構成は、図１と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００８６】
可変投光部１８は、フォトマスクを内蔵しており、該フォトマスクは、マスク切替制御部１９により変更される。従って、可変投光部１８は、マスク切替制御部１９より出力される切替信号に基づいて、フォトマスクが切り替えられ、第１投光パターン、及び第２投光パターンを交互に照射する。即ち、図５（ａ）或いは図１３（ａ）に示した第１投光パターン、及び図５（ｂ）或いは図１３（ｂ）に示した第２投光パターンを切り替えて照射する。
【００８７】
画像分配部２０は、マスク切替制御部１９の制御信号に基づいて、撮像部１２で撮像された画像を、第１同期検波処理部１３ａ、または第２同期検波処理部１３ｂに出力する。具体的には、マスク切替制御部１９の制御により、第１投光パターンが照射されている場合には、撮像部１２で撮像された画像データを第１同期検波処理部１３ａに出力し、第２投光パターンが照射されている場合には、撮像部１２で撮像された画像データを第２同期検波処理部１３ｂに出力する。第１，第２同期検波処理部１３ａ，１３ｂでの処理以降の処理は、前述した第１実施形態と同様である。
【００８８】
そして、このような構成によれば、１つの投光手段（可変投光部１８）にて第１投光パターン、及び第２投光パターンを生成し、測定対象物４２ａ，４２ｂに向けて照射することができるので、各投光パターンに位置ずれが生じることを防止でき、より安定した距離測定を実現することが可能となる。
【００８９】
以上、本発明の距離測定装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。例えば、上記した各実施形態では、移動体として車両を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の移動体についても適用することができる。
【００９０】
また、上述した実施形態では、第１投光パターンと第２投光パターンは、明部と暗部が反転したパターンとする場合について説明したが、「反転」とは、各投光パターンの輝度エッジどうしの間隔がゼロである場合のみならず、若干距離の隙間がある場合や、若干距離だけ重複する場合も含む概念である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、移動体の周囲に存在する測定対象物までの距離を正確に測定することに利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１１  投光部
１１ａ  第１投光部
１１ｂ  第２投光部
１２  撮像部
１３ａ  第１同期検波処理部
１３ｂ  第２同期検波処理部
１４  投光制御部
１５ａ  第１エッジ検出部
１５ｂ  第２エッジ検出部
１６  共役エッジ検出部
１７  距離算出部
１８  可変投光部
１９  マスク切替制御部
２０  画像分配部
３１  発光素子
３２  第１光学レンズ
３３  フォトマスク
３４  第２光学レンズ
４１  車両
４２（４２ａ，４２ｂ）  測定対象物
５０  距離測定部
１００，１０１  距離測定装置
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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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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【図１４】
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【図１５】
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