(57)【要約】【課題】監視領域上における走査光の走査位置を基準にしなくても、監視領域の全体分に応じた走査光の反射光に関するデータを用いた正確な物体検出を実現すること。【解決手段】信号処理部３で生成された計測データＤを制御装置６がパケット通信により受信して、その計測データＤを計測データ記憶領域６４ａの対応するアドレス箇所に記憶させる度に、受信した所定本数分の走査線に対応する計測データＤからそれらの走査線上に存在する物体の検出を行い、さらに、解析結果記憶領域６４ｂに記憶された最新の１フレーム分の物体検出データを用いて、走査範囲Ｅに存在する物体の検出を行う。１回のパケット通信により制御装置６が信号処理部３から受信する計測データＤのデータ量は、走査線の１本分の計測データＤと一致するデータ量とすることができる。【選択図】図１
2011122851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の走査線上を順次走査する走査光により監視領域の全体を走査し、各走査光の反射光により前記監視領域に存在する物体を検出する方法において、
前記監視領域上に位置する走査線の本数とは異なる所定本数の走査線上を前記走査光が走査する度に、前記各走査線の最新の走査光の反射光に基づいて、前記監視領域に存在する物体を検出する、
ことを特徴とする物体検出方法。
【請求項２】
前記所定本数は１本であることを特徴とする請求項１記載の物体検出方法。
【請求項３】
複数本の走査線上を順次走査する走査光により監視領域の全体を走査するレーザレーダと、
前記監視領域上に位置する前記各走査線上をそれぞれ走査した前記各走査光の反射光に基づいて、前記監視領域に存在する物体を検出する物体検出手段と、
前記監視領域上に位置する前記各走査線上をそれぞれ走査した最新の前記走査光の反射光のデータを記憶する反射光データ記憶手段と、
前記監視領域上に位置する走査線の本数とは異なる所定本数の走査線上を前記走査光が走査する度に、前記反射光データ記憶手段に記憶された前記各走査線上を走査した最新の前記各走査光の反射光のデータに基づいて、前記物体検出手段により前記監視領域に存在する物体を検出させる制御手段と、
を備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項４】
前記所定本数は１本であることを特徴とする請求項３記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば踏切内のような監視領域に存在する物体を検出する方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測距用の走査光により３次元空間を主走査方向及び副走査方向に走査させ、その反射光を解析することで、監視領域に存在する物体を検出する技術は、踏切内の障害物検出の分野でも利用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
走査光を主走査方向及び副走査方向に走査させるには、一般的に、ポリゴンミラーとガルバノミラーが組み合わせて用いられる。その場合は、例えばレーザ光源等の光源から出射された走査光をポリゴンミラーで主走査方向に走査させ、さらに、この主走査方向への走査光をガルバノミラーで副走査方向に走査させることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２７９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した走査光の反射光を解析して物体検出を行うには、走査光の反射光に関するデータが監視領域の全体分必要となる。そこで、副走査方向における走査光の走査端を区切りとして、走査光の反射光に関するデータを監視領域の全体分取得することが考えられる。
【０００６】
副走査方向における走査光の走査端は、ガルバノミラーの揺動端をセンサにより物理的に検出したり、モータの駆動信号から算出される制御上のガルバノミラーの揺動位置が変化しなくなったことを検出することで、認識することができる。しかし、モータがサーボ制御によりガルバノミラーの揺動端付近で回転速度を落とすと、ガルバノミラーが軸受の摩擦により揺動端付近で瞬間的に停止し、その後、本来の揺動端まで再び僅かに揺動することがある。このような、揺動端の手前におけるガルバノミラーの瞬間的な停止が発生すると、ガルバノミラーが揺動端に達したとの誤検出が発生し、走査光が副走査方向における走査端に達したものと誤って認識されてしまう場合がある。
【０００７】
したがって、走査光の副走査方向における走査端を、走査光の反射光による物体検出の区切りに用いるには、上述したような誤検出の可能性に備えた対策を講じる必要がある。そのような対策を講じることは、副走査方向における走査光の走査端を認識するための構成を複雑なものとしてしまうことにつながる。
【０００８】
このように、監視領域上における走査光の位置を検出して、それを基準に、監視領域の全体分に応じた走査光の反射光に関するデータを取得するようにすると、監視領域上における走査光の位置検出精度の影響を受けないようにする対策が不可欠となる。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、監視領域上における走査光の走査位置を基準にしなくても、監視領域の全体分に応じた走査光の反射光に関するデータを用いた正確な物体検出を実現することができる物体検出方法とその装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の物体検出方法は、複数本の走査線上を順次走査する走査光により監視領域の全体を走査し、各走査光の反射光により前記監視領域に存在する物体を検出する方法において、前記監視領域上に位置する走査線の本数よりも少ない所定本数の走査線上を前記走査光が走査する度に、前記各走査線の最新の走査光の反射光に基づいて、前記監視領域に存在する物体を検出することを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、請求項３に記載した本発明の物体検出装置は、複数本の走査線上を順次走査する走査光により監視領域の全体を走査するレーザレーダと、前記監視領域上に位置する前記各走査線上をそれぞれ走査した前記各走査光の反射光に基づいて、前記監視領域に存在する物体を検出する物体検出手段と、前記監視領域上に位置する前記各走査線上をそれぞれ走査した最新の前記走査光の反射光のデータを記憶する反射光データ記憶手段と、前記監視領域上に位置する走査線の本数よりも少ない所定本数の走査線上を前記走査光が走査する度に、前記反射光データ記憶手段に記憶された前記各走査線上を走査した最新の前記各走査光の反射光のデータに基づいて、前記物体検出手段により前記監視領域に存在する物体を検出させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載した本発明の物体検出方法と、請求項３に記載した本発明の物体検出装置とによれば、所定本数の走査線上を走査光が走査する度に、その所定本数の走査線を含む監視領域上の複数の走査線上をそれぞれ走査した最新の各走査光の反射光に基づいて、監視領域に存在する物体の検出が行われる。ここで、所定本数は監視領域上に位置する走査線の数よりも少ないことから、各走査光の反射光に基づいて監視領域の物体検出が行われる周期は、走査光が監視領域の端から端まで全ての走査線上を走査し終える周期とは同期しない。
【００１３】
したがって、監視領域の端から端まで全ての走査線上を走査光が走査し終えるタイミングを認識するために、走査線の延在方向と直交する列設方向における監視領域の端部に走査光が達したことを検出する必要がない。このため、監視領域上における走査光の高精度な走査位置検出が困難な場合であっても、その影響を受けることなく、監視領域の全体分に応じた走査光の反射光に関するデータを用いた正確な物体検出を実現することができる。
【００１４】
さらに、請求項２に記載した本発明の物体検出方法は、請求項１に記載した本発明の物体検出方法において、前記所定本数が１本であることを特徴とする。また、請求項４に記載した本発明の物体検出装置は、請求項３に記載した本発明の物体検出装置において、前記所定本数が１本であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載した本発明の物体検出方法と、請求項４に記載した本発明の物体検出装置とによれば、請求項１に記載した本発明の物体検出方法と、請求項３に記載した本発明の物体検出装置とにおいて、監視領域上の各走査線上を走査光が走査する度に、監視領域の全体分の走査光の反射光に基づいた物体検出が行われることになる。このため、走査光が監視領域の端から端まで全ての走査線上を走査し終える周期に対して高速で移動する物体についても、監視領域上における走査光の走査位置検出精度の影響を受けることなく、監視領域の全体分に応じた走査光の反射光に関するデータを用いた物体検出を実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、監視領域上における走査光の走査位置を基準にしなくても、監視領域の全体分に応じた走査光の反射光に関するデータを取得できる。このため、監視領域上における走査光の高精度な走査位置検出が困難な場合であっても、その影響を受けることなく、監視領域の全体分に応じた走査光の反射光に関するデータを用いた正確な物体検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による物体検出方法を適用した本発明の一実施形態に係る物体検出装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の物体検出装置を踏切の障害物検出に用いる場合におけるレーザレーダヘッドの設置環境を鳥瞰して説明する斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は図１のレーザレーダヘッドから出射される走査光の走査線を示す説明図である。
【図４】間欠発光される走査光が図３（ｂ）の走査線上を走査する場合の走査光の照射ポイントを模式的に示す説明図である。
【図５】複数ポイントにおいて受光された走査光の反射光が同一物体からのものであるか否かの判定方法を示す説明図である。
【図６】走査光の反射光に基づいた物体の検出方法を示す説明図である。
【図７】検出された物体の異同を判断する方法を示す説明図である。
【図８】図１の制御装置が実行する処理のフローチャートである。
【図９】図２の箇所に設置されたレーザレーダヘッドからの走査光による踏切の走査範囲と障害物の監視エリアとの関係を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明による物体検出方法を適用した本発明の一実施形態に係る物体検出装置を示す概略構成図である。
【００２０】
図１に示す物体検出装置は、監視対象のエリアを走査光により走査してその反射光によりエリア内の物体を検出するもので、走査光を出力しその反射光を受光するレーザレーダヘッド５と、走査光及び反射光に基づいてエリア内の物体の検出処理を行う制御装置６とを有している。
【００２１】
図１の物体検出装置を例えば踏切の障害物検出に用いる場合、前記レーザレーダヘッド５は、図２の斜視図に鳥瞰状態で示すように、踏切Ａの近傍に立設した支柱Ｂの上端付近に取り付け設置される。このような高所にレーザレーダヘッド５を設置することで、レーザレーダヘッド５からの走査光を踏切Ａの車両Ｃや通行人（図示せず）が立ち入るエリアを走査光で走査することができる。なお、図２中の破線は、レーザレーダヘッド５からの走査光による走査範囲Ｅを模式的に示している。
【００２２】
そして、レーザレーダヘッド５は、図１に示すように、レーザ光Ｌを出力する投光部１と、レーザ光Ｌを水平及び垂直方向に走査させて走査光Ｌ１とするポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２と、物体に照射された走査光Ｌ１の反射光Ｌ２をガルバノミラー１２及びポリゴンミラー１１による反射後に受光する受光部２と、走査光Ｌ１及び反射光Ｌ２が通過する投光窓Ｗと、投光部１及び受光部２から得られる走査光Ｌ１及び反射光Ｌ２に関する情報から物体検出に必要な計測データＤを生成する信号処理部３とを有している。この信号処理部３は、主信号処理部３１と時間計測部３２とを有する。
【００２３】
前記投光部１は、光源となるレーザダイオード１ａと、レーザ光Ｌをコリメートする投光レンズ１ｂと、レーザダイオード１ａを操作するＬＤドライバ１ｃとを有している。ＬＤドライバ１ｃは、信号処理部３からのトリガー信号Ｓｔに基づいてレーザ光Ｌを間欠発光させるようにレーザダイオード１ａを操作し、レーザ光Ｌの間欠発光と同期するパルス状の投光同期信号Ｓｓを信号処理部３に発信する。なお、投光同期信号Ｓｓは、トリガー信号Ｓｔにより代用するようにしてもよい。
【００２４】
前記ポリゴンミラー１１は、高速回転する６面体を有しており、鏡面化された４側面を除く対峙する２面（上下面）の中心を回転軸としてモータ１１ａにより回転されるように構成されている。モータ１１ａは、モータドライバ１１ｂにより操作される。このポリゴンミラー１１の４側面のいずれかでレーザ光Ｌが反射されることで、レーザ光Ｌは主走査方向（水平走査方向）に走査される。
【００２５】
前記ガルバノミラー１２は、モータ１２ａにより限られた角度範囲で往復回動される回動軸の側面に接続されており、この回動軸の往復回動により往復揺動される。モータ１２ａは、モータドライバ１２ｂにより操作される。このガルバノミラー１２の一面でレーザ光Ｌが反射されることで、レーザ光Ｌは副走査方向（垂直走査方向）に走査される。
【００２６】
なお、ポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２のモータドライバ１１ｂ，１２ｂは、信号処理部３からの制御信号Ｓｍにより制御される。また、モータドライバ１１ｂ，１２ｂは、ポリゴンミラー１１の回転角度やガルバノミラー１２の揺動角度等の投光条件信号Ｓｃを信号処理部３に発信する。なお、上述したポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２は単なる一例であり、レーザ光Ｌの走査光学系は図示した構成に限定されるものではない。
【００２７】
ちなみに、上述したポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２によりレーザ光Ｌが水平及び垂直方向に走査されると、図３（ａ），（ｂ）に示すような走査線上を走査する走査光Ｌ１となる。具体的には、ガルバノミラー１２が仰角側から俯角側に揺動する際には、図３（ａ）に示すように、左上から右下に向かう斜めの走査線上を走査する走査光Ｌ１となる。反対に、ガルバノミラー１２が俯角側から仰角側に揺動する際には、図３（ｂ）に示すように、左下から右上に向かう斜めの走査線上を走査する走査光Ｌ１となる。以後、便宜的に、図３（ａ）を往路の走査線、図３（ｂ）を復路の走査線と呼ぶことがある。
【００２８】
往路の走査線も復路の走査線も、水平に対する傾きは僅かなものであるから、運用上は、往路の各走査線と復路の各走査線は同じ箇所を走査するものと見倣している。そして、垂直走査範囲の上端から下端までの全走査線（本実施形態では５０本）を一組として、走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線が構成される。
【００２９】
なお、往路及び復路のいずれの場合にも、垂直走査範囲の上端付近及び下端付近では、走査線の間隔が他の部分における間隔よりも短くなる。これは、ガルバノミラー１２のモータドライバ１２ｂがモータ１２ａをサーボ制御するので、垂直走査範囲の上端付近及び下端付近においてモータ１２ａの回転速度乃至ガルバノミラー１２の揺動速度が下がることに起因するものである。
【００３０】
そして、走査光Ｌ１の元となるレーザ光Ｌは、先に説明したとおり、トリガー信号Ｓｔに基づいてＬＤドライバ１ｃが間欠的に発光させるので、上述した走査線上を走査光Ｌ１が走査する際には、走査線上の一定間隔毎の箇所で走査光Ｌ１が照射されることになる。例えば、図３（ｂ）に示す復路の走査線上を走査光Ｌ１が走査する場合は、図４の説明図中の白丸によって模式的に示すように、走査線上の一定間隔おきのポイントＰ０〜Ｐｎにおいて、走査範囲Ｅ（図２参照）に向けて走査光Ｌ１が照射されることになる。そして、走査範囲Ｅにおいて走査光Ｌ１が物体に照射されると、その物体からの反射光Ｌ２（の一部）が、レーザレーダヘッド５の投光窓Ｗに向かう。
【００３１】
図１に示すように、前記受光部２は、投光窓Ｗを通過しガルバノミラー１２及びポリゴンミラー１１による反射で受光部２に導かれた反射光Ｌ２を集光する受光レンズ２ａと、集光された反射光Ｌ２を受光して電圧に変換するフォトダイオード等の光電変換素子や増幅器等を有する受光部本体２ｂとを有している。そして、反射光Ｌ２を受光した受光部本体２ｂは、電圧値に変換された受光信号Ｓｒを信号処理部３に発信する。
【００３２】
前記信号処理部３の時間計測部３２は、時間を計測する時計機能を有しており、投光部１のＬＤドライバ１ｃからの投光同期信号Ｓｓの受信により時間の計測を開始し、受光部２の受光部本体２ｂからの受光信号Ｓｒを受信した時間を把握する。したがって、時間計測部３２では、走査光Ｌ１が投光部１から出射されてから、物体に照射された反射光Ｌ２が受光部２で受光されるまでの所要時間を計測することができる。また、時間計測部３２は、受光信号Ｓｒから所望の受光強度を有する受光信号Ｓｒを選択する弁別機能や、受光信号Ｓｒのうち所要時間の短いものを除外するゲート機能を有していてもよい。かかる弁別機能やゲート機能により、ノイズを効率よく排除することができる。そして、時間計測部３２は、弁別機能やゲート機能を通過した受光信号Ｓｒの受光強度信号Ｓｑ及び所要時間信号Ｓｄを主信号処理部３１に発信する。
【００３３】
前記信号処理部３の主信号処理部３１は、投光部１のＬＤドライバ１ｃに対するトリガー信号Ｓｔの発信、ポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２のモータドライバ１１ｂ，１２ｂに対する制御信号Ｓｍの発信、モータドライバ１１ｂ，１２ｂからの投光条件信号Ｓｃの受信、時間計測部３２からの信号（受光強度信号Ｓｑ及び所要時間信号Ｓｄ）の受信、計測データＤの生成及び制御装置６に対する発信等の処理を行う。
【００３４】
前記計測データＤ（請求項中の反射光のデータに相当）は、走査光Ｌ１及び反射光Ｌ２から得られたデータを含んでいる。具体的には、計測データＤは、所要時間信号Ｓｄを（光の速度）×（所要時間）／２の計算式により変換して得た、レーザレーダヘッド５から走査光Ｌ１の反射点までの距離を示す距離データと、時間計測部３２からの受光強度信号Ｓｑと、モータドライバ１１ｂ，１２ｂからの投光条件信号Ｓｃ等を含んでいる。この計測データＤは、各走査線上の各ポイントＰ０〜Ｐｎについてそれぞれ生成される。主信号処理部３１で生成された計測データＤは、信号処理部３の不図示のバッファメモリに蓄積される。
【００３５】
計測データＤは、上述した不図示のバッファメモリに所定量蓄積される度に、例えばパケット通信によって制御装置６に出力される。このパケット通信１回で、図３（ａ），（ｂ）に示す往路又は復路の走査線の１本分の走査光Ｌ１及び反射光Ｌ２から得られる計測データＤか、それに近いデータ量の計測データＤが、制御装置６に送信される。なお、計測データＤは、どの走査線のどのポイントＰ０〜Ｐｎについてのデータであるかを示すアドレス情報を含んでいる。
【００３６】
前記制御装置６は、画像処理部６１、故障診断部６２、誤差補正部６３等を有するコンピュータである。画像処理部６１は、投光部１、ポリゴンミラー１１、及び、ガルバノミラー１２の制御条件Ｓｈを信号処理部３に発信している。この制御条件Ｓｈでは、ポリゴンミラー１１の回転角度や回転速度、ガルバノミラー１２の揺動角度や揺動速度、信号処理部３の主信号処理部３１から投光部１のＬＤドライバ１ｃに対するレーザ光Ｌのトリガー信号Ｓｔの発信タイミング、等の条件が設定される。したがって、信号処理部３の主信号処理部３１が発信する、ＬＤドライバ１ｃのトリガー信号Ｓｔやモータドライバ１１ｂ，１２ｂの制御信号Ｓｍの内容は、この制御条件Ｓｈに基づいて決定される。
【００３７】
また、画像処理部６１は、信号処理部３から制御装置６が受信した走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線に関する計測データＤを解析し、その解析結果から、走査範囲Ｅに存在する物体を検出する。また、画像処理部６１は、上述した解析結果を最新の過去複数フレーム分についての解析結果と照合して、走査範囲Ｅに存在する物体の静止又は移動状態を判定する。そして、制御装置６は物体の検出結果やその静止又は移動状態の判定結果を、ディスプレイ、プリンタ、警報機等の出力機器７に出力する。
【００３８】
画像処理部６１の上記の処理を実現するために、制御装置６はＲＡＭ６４を内蔵している。このＲＡＭ６４には、走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線について、最新の計測データＤをそれぞれ記憶する計測データ記憶領域６４ａ（請求項中の反射光データ記憶手段に相当）と、過去の解析結果を記憶する解析結果記憶領域６４ｂとが設けられている。
【００３９】
計測データ記憶領域６４ａは、走査範囲Ｅの各走査線及び各ポイントＰ０〜Ｐｎに対応するアドレスを有している。したがって、パケット通信により信号処理部３から制御装置６が計測データＤを受信すると、受信した計測データＤが、そのアドレス情報に示された走査線及びポイントＰ０〜Ｐｎに対応する計測データ記憶領域６４ａのアドレス箇所に記憶される。なお、記憶先のアドレス箇所に既に計測データＤが記憶されている場合は、受信した計測データＤが最新のデータとして上書き記憶される。これにより、計測データ記憶領域６４ａには、走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線に関する最新の計測データＤが記憶されることになる。
【００４０】
解析結果記憶領域６４ｂには、画像処理部６１が計測データＤの受信の度に受信した計測データＤを解析して検出した走査線上に存在する物体のデータが、少なくとも最新の過去２フレーム分記憶される。
【００４１】
また、故障診断部６２では、信号処理部３の主信号処理部３１が所要時間信号Ｓｄから得た距離データの誤差を、レーザレーダヘッド５に設けた誤差検出用の装備（図示せず）を用いて算出し、その誤差が一定値を超えると故障信号を出力機器７に出力する。なお、故障診断部６２には、上述した不図示の装備を用いて、信号処理部３の時間計測部３２からの受光強度信号Ｓｑが示す反射光Ｌ２の受光強度の誤差を検出し、その誤差が一定値を超えると故障信号を出力機器７に出力する機能を持たせることもできる。誤差補正部６３では、故障診断部６２による距離データの誤差を補正する補正値が算出される。この補正値は画像処理部６１にフィードバックされ、画像処理部６１による計測データＤ中の距離データの補正に用いられる。なお、誤差値を画像処理部６１にフィードバックする代わりに、制御条件Ｓｈによって信号処理部３に通知して、制御装置６に出力する前の計測データＤ中の距離データを信号処理部３が補正するのに利用させるように構成してもよい。
【００４２】
以上に説明した構成を有する制御装置６の画像処理部６１は、往路又は復路の走査線上を走査範囲Ｅの全体に亘って走査する走査光Ｌ１とその反射光Ｌ２とから生成される計測データＤを、走査範囲Ｅの１フレーム分単位で解析することで、走査範囲Ｅに存在する物体を検出する。そして、この検出を繰り返すことで、走査範囲Ｅに存在する物体の静止又は移動状態を判定する。
【００４３】
ここで、画像処理部６１は、信号処理部３からのパケット通信１回分の計測データＤに基づいて、その計測データＤに対応する走査線上に存在する物体の検出を次のようにして行う。即ち、走査線の各ポイントＰ０〜Ｐｎにおいて走査範囲Ｅに照射された走査光Ｌ１が、走査範囲Ｅの物体で反射されて、物体からの反射光Ｌ２が受光部２（図１参照）で受光された場合、連続するポイントＰ０〜Ｐｎで照射された走査光Ｌ１の反射光Ｌ２が受光部２で受光されたらば、画像処理部６１は、連続する前後の各ポイントＰ０〜Ｐｎにおいて走査光Ｌ１が同一の物体で反射されたか否かを判定する。
【００４４】
この判定に当たり、画像処理部６１は、前後の各ポイントＰ０〜Ｐｎで走査光Ｌ１がそれぞれ反射された位置を、各走査光Ｌ１とそれに対応する各反射光Ｌ２とから生成された計測データＤを用いて特定する。そして、特定した前後の各ポイントＰ０〜Ｐｎに関する走査光Ｌ１の反射位置間の距離が、図５の説明図に示すように、Ｘ−Ｙの各方向（水平走査方向、垂直走査方向）において、いずれもそれぞれの閾値内である場合に、画像処理部６１は、連続する前後の各ポイントＰ０〜Ｐｎにおいて、走査光Ｌ１が同一の物体により反射されたものと判定する。反対に、Ｘ，Ｙの各方向のいずれかにおいて、各ポイントＰ０〜Ｐｎに関する走査光Ｌ１の反射位置間の距離が、対応する方向の閾値を越えている場合に、画像処理部６１は、連続する前後の各ポイントＰ０〜Ｐｎにおいて、走査光Ｌ１が別々の物体によりそれぞれ反射されたものと判定する。
【００４５】
このような判定を行うのは、連続する前後の各ポイントＰ０〜Ｐｎにそれぞれ照射された走査光Ｌ１が、降雪時に別々の雪片で反射されて、受光部２１に連続して受光された場合に、同一物体による反射光Ｌ２であると誤判定するのを防ぐためである。また、レーザレーダヘッド５から離れるほど、隣り合うポイントＰ０〜Ｐｎ間の距離が遠くなることから、上述したＸ，Ｙ各方向の閾値は、計測データＤの距離データによって示される、レーザレーダヘッド５から走査光Ｌ１の反射点までの距離に応じて、異なる値に設定される。
【００４６】
具体的には、レーザレーダヘッド５から走査光Ｌ１の反射点までの距離λを雪計測最大距離の２倍で除した定数α（α＝λ÷（２×雪計測最大距離））が、雪片による走査光Ｌ１の反射光Ｌ２を受光部２で受光できる「１」未満であるか、それとも、受光できない「１」以上であるかによって、上述したＸ，Ｙ各方向の閾値を異なる値に設定する。なお、雪計測最大距離とは、雪片で反射された走査光Ｌ１の反射光Ｌ２を受光部２で受光できる最大距離のことである。この雪計測最大距離は、雪片の反射率や受光部２の受光感度に依存して定まるが、定量的に決定できない場合は、経験的又は実験的に定めた値に設定することができる。
【００４７】
そして、上述した定数αが１未満である場合は、Ｘ方向の閾値を、大きさ補正値［幅］の２倍に定数αを乗じた値とし、Ｙ方向の閾値を、近距離検出長さに設定する。一方、定数αが１以上である場合は、Ｘ方向の閾値を、大きさ補正値［幅］の２倍の値とし、Ｙ方向の閾値を、大きさ補正値［長さ］とする。
【００４８】
ここで、Ｘ方向の閾値に用いられる大きさ補正値［幅］は、走査光Ｌ１及び反射光Ｌ２による物体の検出が可能な最大距離（本実施形態では３０ｍ）における、隣り合うポイントＰ０〜Ｐｎ間の距離（本実施形態では０．２ｍ）に設定される。
【００４９】
また、Ｙ方向の閾値に用いられる近距離検出長さは、検出対象の物体が車両である場合を想定して、車両の平均的なフロントガラスやリアガラスの高さ方向の寸法（本実施形態では０．５ｍ）に設定される。この近距離検出長さは、車両のボンネットやトランク部分とルーフ部分とが別々の物体であると誤判定されないようにするために用いられる。即ち、車両のボンネットやトランク部分では走査光Ｌ１の反射光Ｌ２が受光部２で受光されるが、フロントガラスやリアガラス部分では走査光Ｌ１が反射されないので反射光Ｌ２が受光部２で受光されず、その後、ルーフ部分では再び走査光Ｌ１の反射光Ｌ２が受光部２で受光された時に、ボンネットやトランク部分とルーフ部分とが別々の物体であると誤認識されてしまうからである。
【００５０】
さらに、Ｙ方向の閾値に用いられる大きさ補正値［長さ］は、検出対象の物体の奥行きに関する基準値（本実施形態では１ｍ）の２倍の値に設定される。この大きさ補正値［長さ］は、計測データＤによって検出対象の物体の奥行きを計測できないために用いられるもので、上述した定数αが、雪片による走査光Ｌ１の反射光Ｌ２を受光部２で受光できない「１」以上の時に使用される。
【００５１】
上述した閾値を用いて、連続して受光部２により受光された反射光Ｌ２が、走査線上に存在する同一の物体からの反射光Ｌ２である否かを判定する。そして、図６の説明図に示すように、反射光Ｌ２が１回以上間をおいて、複数回ずつ連続して（グループ１、グループ２）受光部２でそれぞれ受光され、それぞれの複数回連続して受光部２で受光された反射光Ｌ２が、それぞれ同一の物体からの反射光Ｌ２であると判定された場合は、反射光Ｌ２が受光部２で受光されなかったポイントを挟んで、その前後に複数回ずつ連続してそれぞれ受光部２で受光された反射光Ｌ２が、別々の物体からの反射光Ｌ２であると認識する。
【００５２】
このようにして、走査線上の同一の物体からの反射光Ｌ２であるか否かの判別を行った後、画像処理部６１は、走査線上の物体の平面形状を特定する。物体の平面形状の特定に当たり、走査線上の同一の物体からの反射光Ｌ２であると認識されたポイントＰ０〜Ｐｎが１点である場合に、画像処理部６１は、そのポイントＰ０〜Ｐｎを中心としてＸ方向（水平走査方向）にそれぞれ大きさ補正値［幅］の幅を有し、Ｙ方向（垂直走査方向）に大きさ補正値［長さ］の奥行きを有し、Ｚ方向（天地方向）にそのポイントＰ０〜Ｐｎを頂点とする高さを有する物体としてデータ化される。また、走査線上の同一の物体からの反射光Ｌ２であると認識されたポイントＰ０〜Ｐｎが複数点である場合に、画像処理部６１は、Ｘ方向（水平走査方向）の両端のポイントＰ０〜Ｐｎ間の幅を有し、Ｙ方向（垂直走査方向）における最もレーザレーダヘッド５寄りのポイントポイントＰ０〜Ｐｎから大きさ補正値［長さ］分の奥行きを有し、Ｚ方向（天地方向）における最も高い位置のポイントＰ０〜Ｐｎを頂点とする高さを有する物体としてデータ化される。
【００５３】
また、画像処理部６１は、前回のパケット通信で信号処理部３から受信した計測データＤに基づいて特定した物体（前回特定した物体）と、今回のパケット通信で信号処理部３から受信した計測データＤに基づいて特定した物体（今回特定した物体）との異同を、次のようにして判断する。即ち、図７に示すように、前回特定した物体と今回特定した物体とがＸ−Ｙの各方向で一部でも重なる場合は、それら２つの物体を合成して１つの物体として認識する。さらに、合成後の物体が、今回特定した物体又は前回特定した物体と、Ｘ−Ｙの各方向で一部でも重なる場合は、それら２つの物体をさらに合成して１つの物体として認識する。このようにして２つの物体を合成する場合、１つに合成した後の物体は、合成する前の２つの物体のポイントＰ０〜Ｐｎのうち、Ｘ方向（水平走査方向）における最も両端のポイントＰ０〜Ｐｎ間の幅を有し、Ｙ方向（垂直走査方向）における最も両端のポイントＰ０〜Ｐｎ間の奥行きを有し、Ｚ方向（天地方向）における最も高い位置のポイントＰ０〜Ｐｎを頂点とする高さを有する物体としてデータ化される。
【００５４】
そして、画像処理部６１は、走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線に関する計測データＤについて上述の処理を行う解析を実行することで、走査範囲Ｅに存在する物体を検出することができる。さらに、画像処理部６１は、このような解析を周期的に繰り返し、かつ、前回の解析で検出した物体と今回の解析で検出した物体との異同を、図７に示す方法と同じような方法を用いて判断する。即ち、前回の解析で検出した物体の周囲に、その物体が移動しそうな範囲を示す領域を加え、この領域に、今回の解析で検出した物体が、Ｘ−Ｙの各方向で一部でも重なる場合は、同一の物体として認識する。万一、前回の解析で検出した複数の物体が今回の解析で検出した物体に重なる場合は、今回の解析で検出した物体に近い方の物体と合成したり、より以前の解析から検出されていた物体と優先して合成したり、何らかの条件に基づいて合成する相手の物体を決めるようにすればよい。
【００５５】
ところで、計測データＤの解析による走査範囲Ｅの物体の検出は、上述したように走査範囲Ｅの１フレーム分の計測データＤを用いて行われる。そこで、走査範囲Ｅの全走査線上を走査光Ｌ１が往路又は復路で走査し終える垂直走査範囲の上端又は下端を、走査範囲Ｅの１フレーム分の計測データＤが得られる区切りとし、その度に物体検出を行うことが考えられる。
【００５６】
しかし、走査光Ｌ１が走査する走査線が垂直走査範囲の上端又は下端に達するガルバノミラー１２の揺動端付近では、揺動用のモータ１２ａがサーボ制御されることに起因して不安定な動作が発生することがある。そして、この不安定動作により、ガルバノミラー１２の揺動端や走査光Ｌ１の垂直走査範囲における上端又は下端をセンサ等で検出する際に、誤検出する可能性が生じる。このような誤検出が生じると、走査範囲Ｅの１フレーム分の計測データＤを正確に取得して、走査範囲Ｅに存在する物体の検出を正しく行うことができない。
【００５７】
そこで、本実施形態の制御装置６の画像処理部６１では、走査範囲Ｅに存在する走査線の数（本実施形態では、往路復路とも５０本）よりも少ない本数の走査線を走査光Ｌ１が走査する度に、最後に走査光Ｌ１が走査した走査線を含めて最新の過去５０本（１フレーム分）の走査線上を走査した走査光Ｌ１の反射光Ｌ２に基づいて、走査範囲Ｅに存在する物体の検出を行う。
【００５８】
詳しくは、画像処理部６１は、往路又は復路の走査線の１本分の走査光Ｌ１及び反射光Ｌ２から得られる計測データＤか、それに近いデータ量の計測データＤを、信号処理部３から制御装置６が１回のパケット通信で受信する度に、その計測データＤを含む、ＲＡＭ６４の計測データ記憶領域６４ａに記憶された走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線に関する最新の計測データＤを用いて、走査範囲Ｅに存在する物体の検出を行う。
【００５９】
なお、１回のパケット通信により制御装置６が信号処理部３から受信する計測データＤのデータ量が、走査線の１本分の計測データＤのデータ量と一致しない場合は、１回のパケット通信によって受信された最新の計測データＤが、計測データ記憶領域６４ａの２つの走査線に跨るアドレス箇所に記憶されたり、１つの走査線の一部のアドレス箇所のみに記憶される場合がある。
【００６０】
このような場合は、走査線の水平走査方向における終端に対応するアドレス箇所に最新の計測データＤが記憶された走査線を含む、ＲＡＭ６４の計測データ記憶領域６４ａに記憶された走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線に関する最新の計測データＤを用いて、走査範囲Ｅに存在する物体の検出を行う。
【００６１】
次に、制御装置６が行う走査範囲Ｅの物体検出及び検出物体の静止又は移動状態の判定に関する処理を、図８のフローチャートを参照して説明する。
【００６２】
まず、制御装置６は、パケット通信により制御装置６が信号処理部３からの計測データＤを受信したか否かを確認する（ステップＳ１１）。受信していない場合は（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１１をリピートする。受信した場合は（ステップＳ１１でＹＥＳ）、受信した計測データＤを、その計測データＤのアドレス情報に示された走査線及びポイントＰ０〜Ｐｎに対応する計測データ記憶領域６４ａのアドレス箇所に記憶させる（ステップＳ１２）。
【００６３】
次に、制御装置６は、ステップＳ１１で受信した計測データＤのアドレス情報に示された走査線上に存在する物体を検出させる（ステップＳ１３）。この物体検出は、ステップＳ１１で受信した計測データＤに対して図５乃至図７を参照して説明した処理を画像処理部６１に行わせることで行う。また、この物体検出の際に画像処理部６１は、以前に受信した計測データＤのアドレス情報に示された走査線上に存在することを既に検出した物体との異同の判断も行う。そして、制御装置６は、画像処理部６１が検出した物体の位置や大きさのデータを、解析結果記憶領域６４ｂに最新の物体検出データとして記憶させる（ステップＳ１４）。このとき同時に、解析結果記憶領域６４ｂの最も古い物体検出データが削除される。さらに、制御装置６は、解析結果記憶領域６４ｂに記憶された最新の１フレーム分の物体検出データと、その直前の１フレーム分の物体検出データとの照合により、検出した物体の静止又は移動状態を画像処理部６１に判定させる（ステップＳ１５）。
【００６４】
そして、制御装置６は、画像処理部６１による物体の検出結果やその静止又は移動状態の判定結果を出力機器７に出力する（ステップＳ１６）。以上で一連の処理を終了し、以後、制御装置６は、上述したステップＳ１１乃至ステップＳ１６の処理を繰り返し実行する。
【００６５】
以上の説明からも明らかなように、本実施形態の物体検出装置では、図８のフローチャートにおけるステップＳ１３が、請求項中の制御手段に対応する処理となっている。また、本実施形態の物体検出装置では、制御装置６の画像処理部６１が、請求項中の物体検出手段に相当している。
【００６６】
ちなみに、上述した構成の物体検出装置のレーザレーダヘッド５を、図２に示すように踏切Ａの近傍の支柱Ｂに設置すると、図９の平面図に示すように、走査光Ｌ１の走査範囲Ｅが踏切Ａの車両や通行人（いずれも図示せず）が立ち入るエリアの全体をカバーすることになる。そして、本実施形態の物体検出装置では、走査光Ｌ１の走査範囲Ｅのうち不図示の車両や通行人の通行可能なエリアを、走査光Ｌ１（の反射光Ｌ２）によって障害物の存在を監視する監視領域Ｆとしている。したがって、制御装置６は、上述した図８のフローチャートによる処理を実行することで、実際には、監視領域Ｆに存在する障害物の検出と、その障害物の静止又は移動状態の判定とを行うことになる。
【００６７】
なお、上述した監視領域Ｆは線路面に沿った平面をＸＹ座標面とする直交座標系における領域である。これに対して、走査光Ｌ１の反射光Ｌ２によって測定される物体の位置は、レーザレーダヘッド５を原点とし走査光Ｌ１の走査範囲Ｅを含む空間の極座標系における位置である。そのため、上述した制御装置６の画像処理部６１は、計測データＤの解析結果から検出した物体の位置を、レーザレーダヘッド５を原点とする極座標系上の位置から、監視領域Ｆを含む直交座標系上の位置に変換する。これにより、走査光Ｌ１の反射光Ｌ２に基づいて生成された計測データＤから、監視領域Ｆにおける障害物の位置及び高さを検出し、また、障害物の静止又は移動状態を判定することができる。
【００６８】
そして、上述した構成による本実施形態の物体検出装置では、信号処理部３で生成された計測データＤを制御装置６がパケット通信により受信して、その計測データＤを計測データ記憶領域６４ａの対応するアドレス箇所に記憶させる度に、解析結果記憶領域６４ｂに記憶された物体検出データを用いて、監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体の検出）の検出を行う。但し、この検出には、走査線単位で計測データＤが必要となる。したがって、最新の計測データＤを計測データ記憶領域６４ａに記憶させた後の段階で、水平走査方向における終端のアドレス箇所にまで計測データＤが記憶され終えていない走査線の計測データＤは、監視領域Ｆの障害物検出に使用しない。
【００６９】
なお、１回のパケット通信により制御装置６が信号処理部３から受信する計測データＤのデータ量が、走査線の１本分の計測データＤのデータ量と一致する場合は、計測データＤが受信される度に、計測データ記憶領域６４ａの各走査線の計測データＤが１本ずつ順次最新のデータに更新されることになる。このため、制御装置６の画像処理部６１は、最新の計測データＤが走査線単位で受信される度に、監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体）の検出を行うことになる。
【００７０】
したがって、ガルバノミラー１２の揺動端や走査光Ｌ１の垂直走査範囲における上端又は下端をセンサ等で検出して、その検出タイミングを、走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線に関する最新の計測データＤが信号処理部３から入力される区切りとして利用する必要がない。そのため、ガルバノミラー１２の揺動端や走査光Ｌ１の垂直走査範囲における上端又は下端の誤検出の可能性を考慮することなく、走査範囲Ｅの１フレーム分の走査線に関する最新の計測データＤから検出した物体のデータを正確に利用して、監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体）の検出を正しく行うことができる。
【００７１】
なお、本発明の物体検出方法を実施するための構成は、本実施形態で説明した物体検出装置の構成に限定されない。例えば、制御装置６が受信する計測データＤや、計測データＤを用いて検出した物体のデータは、必ずしもＲＡＭ６４の計測データ記憶領域６４ａや解析結果記憶領域６４ｂのような構成のメモリに記憶させなくてもよい。さらに、監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体）の検出手順は、図８のフローチャートに示した手順に限定されない。
【００７２】
例えば、本実施形態では、制御装置６の画像処理部６１が監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体）の検出を行う周期を、信号処理部３からの計測データＤをパケット通信により受信する度（計測データ記憶領域６４ａの各走査線の計測データＤが１本ずつ順次最新のデータに更新される度）とした。
【００７３】
しかし、信号処理部３からの計測データＤが、パケット通信の所定回数分受信される度（計測データ記憶領域６４ａの各走査線の計測データＤが所定本数分ずつ最新のデータに更新される度）に、制御装置６の画像処理部６１が、受信した所定本数分の走査線に対応する計測データＤからそれらの走査線上に存在する物体の検出を行い、さらに、最新の１フレーム分の物体検出データを用いて、監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体）の検出を行うように構成してもよい。
【００７４】
このように構成すれば、本実施形態の物体検出装置と同様の効果が得られる他、監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体）の検出頻度が下がるので、制御装置６の処理的な負担を軽減できるという効果を得ることもできる。一方、本実施形態の物体検出装置のような構成とすれば、監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体）の検出頻度が高い分、障害物（物体）の静止又は移動状態を高い分解能で判定することができる。
【００７５】
いずれにせよ、監視領域Ｆに存在する障害物（走査範囲Ｅに存在する物体）の検出を行う周期は、以上に説明した周期に限らず、ガルバノミラー１２が揺動端に達するタイミング（走査光Ｌ１が垂直走査範囲における上端又は下端の走査線を走査し終えるタイミング）と無関係である限り、任意の周期とすることができる。
【００７６】
また、本実施形態では、踏切Ａの近傍の支柱Ｂにレーザレーダヘッド５を設置して、踏切Ａの車両Ｃや通行人（図示せず）の通行可能な監視領域Ｆにおける障害物の存在を検出する場合について説明した。しかし、本発明は、踏切Ａに限らず、物体の存在を監視する必要のある種々の監視領域を走査光の反射光によって監視する場合に、広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  投光部
１ａ  レーザダイオード
１ｂ  投光レンズ
１ｃ  ＬＤドライバ
２  受光部
２ａ  受光レンズ
２ｂ  受光部本体
３  信号処理部
５  レーザレーダヘッド
６  制御装置
７  出力機器
１１  ポリゴンミラー
１１ａ  モータ
１１ｂ  モータドライバ
１２  ガルバノミラー
１２ａ  モータ
１２ｂ  モータドライバ
３１  主信号処理部
３２  時間計測部
６１  画像処理部
６２  故障診断部
６３  誤差補正部
６４  ＲＡＭ
６４ａ  計測データ記憶領域
６４ｂ  解析結果記憶領域
Ａ  踏切
Ｂ  支柱
Ｃ  車両
Ｄ  計測データ
Ｅ  走査範囲
Ｆ  監視領域
Ｌ  レーザ光
Ｌ１  走査光
Ｌ２  反射光
Ｐ０〜Ｐｎ  ポイント
Ｓｃ  投光条件信号
Ｓｄ  所要時間信号
Ｓｈ  制御条件
Ｓｍ  制御信号
Ｓｑ  受光強度信号
Ｓｒ  受光信号
Ｓｓ  投光同期信号
Ｓｔ  トリガー信号
Ｗ  投光窓
【図１】
2011122851.tif 000003
【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】
2011122851.tif 000008
【図７】
2011122851.tif 000009
【図８】
2011122851.tif 000010
【図９】
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