(57)【要約】【課題】監視対象領域の状況変化に応じて長期に亘って安定に所要とする監視性能を維持することのできる簡易な構成のレーザ監視装置を提供する。【解決手段】監視対象領域の全域に亘ってパルスレーザ光を走査しながら所定の周期で照射し、この走査に同期して前記監視対象領域における前記パルスレーザ光の反射光を受光して前記監対象領域における物体の有無を監視するレーザ監視装置において、前記監視対象領域における物体検出状況に応じて前記パルスレーザ光の出力強度を可変設定するレーザ光強度調整手段を備える。【選択図】図１
2008232800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象領域の全域に亘ってパルスレーザ光を走査しながら所定の周期で照射し、この走査に同期して前記監視対象領域における前記パルスレーザ光の反射光を受光して前記監視対象領域における物体の有無を監視するレーザ監視装置であって、
前記監視対象領域における物体検出状況に応じて前記パルスレーザ光の出力強度を可変設定するレーザ光強度調整手段を備えることを特徴とするレーザ監視装置。
【請求項２】
前記監視対象領域における物体の有無の監視は、前記パルスレーザ光の走査に同期して検出される前記反射光の受光データを解析して物体を検出すると共に、前記監視対象領域における固定物を監視対象から除外して行われるものであって、
前記レーザ光強度調整手段は、検出された物体からの反射光強度に応じて前記パルスレーザ光の出力強度を増減するものである請求項１に記載のレーザ監視装置。
【請求項３】
前記レーザ光強度調整手段は、検出された物体毎にその平均反射光強度と平均検出距離とを求め、最遠点の物体の平均反射光強度とその有効データ数とに従って前記パルスレーザ光の出力強度を増大させるか否かを判定し、前記パルスレーザ光の出力強度を増大させない場合には前記反射光強度が飽和しているデータ数に応じて前記パルスレーザ光の出力強度を減少させるものである請求項２に記載のレーザ監視装置。
【請求項４】
前記パルスレーザ光の出力強度の減少は、反射光強度が飽和しているデータ数が予め設定した閾値を超えるとき、反射光強度が飽和している検出データの平均距離に応じた強度まで前記パルスレーザ光の出力強度の減少させるものである請求項３に記載のレーザ監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザ光を走査して監視対象領域における物体の有無を監視するレーザ監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
踏切内における障害物の有無を検出する監視装置として、パルスレーザ光を用いたレーザ監視装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。この種のレーザ監視装置は、監視対象領域を見渡し得る所定高さの監視位置から上記監視対象領域の全域に亘ってパルスレーザ光を２次元走査しながら照射し、この走査に同期して上記パルスレーザ光の反射光を受光することで、その走査位置毎に障害物が存在するか否かを検出するものであり、レーザレーダとも称される。
【０００３】
尚、この種のレーザ監視装置（レーザレーダ）において、その計測の安定性を確保するべく、温度に応じてレーザ光の出力強度を調整したり、また外来ノイズの影響を除去してその測定可能距離を確保するべく、パルスレーザ光の出力停止期間における受光信号に応じて受光アンプのゲインを最適化調整することが提唱されている。（例えば特許文献２,３を参照）。
【特許文献１】特開２００６−７８１８号公報
【特許文献２】特開平９−３１８７４７号公報
【特許文献３】特開平９−３１８７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところでレーザ監視装置においては、所定の監視対象領域における物体の有無を確実に検出し得る性能を備えることは勿論のことではあるが、長期に亘ってその性能を安定に維持し得ることも重要である。しかしながらレーザ監視装置の構成部品、特にパルスレーザ光を生成するレーザ発振器、例えばレーザダイオードの寿命は、その出力強度や駆動時間に大きく依存する。しかも一般的には監視対象領域の状況は絶えず変化しており、常に安定した監視環境が確保されるとは限らない。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、監視対象領域の状況変化に応じて長期に亘って安定に所要とする監視性能を維持することのできる簡易な構成のレーザ監視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】
上述した目的を達成するべく本発明は、監視対象領域の全域に亘ってパルスレーザ光を走査しながら所定の周期で照射し、この走査に同期して前記監視対象領域における前記パルスレーザ光の反射光を受光して前記監対象領域における物体の有無を監視するレーザ監視装置に係り、
特に前記監視対象領域における物体検出状況に応じて前記パルスレーザ光の出力強度を可変設定するレーザ光強度調整手段を備えたことを特徴としている。
【０００７】
ちなみに前記監視対象領域における物体の有無の監視は、前記パルスレーザ光の走査に同期して検出される前記反射光の受光データを解析して物体を検出すると共に、前記監視対象領域における固定物を監視対象から除外して行われるものであって、特に前記レーザ光強度調整手段は、検出された物体からの反射光強度に応じて前記パルスレーザ光の出力強度を増減するように構成される。
【０００８】
好ましくは前記レーザ光強度調整手段は、例えば検出された物体毎にその平均反射光強度と平均検出距離とを求め、最遠点の物体の平均反射光強度とその有効データ数とに従って前記パルスレーザ光の出力強度を増大させるか否かを判定し、更には前記パルスレーザ光の出力強度を増大させない場合には前記反射光強度が飽和しているデータ数に応じて前記パルスレーザ光の出力強度を減少させるように構成される。
【０００９】
特に前記パルスレーザ光の出力強度を減少させる場合には、例えば反射光強度が飽和しているデータ数が予め設定した閾値を超えるとき、これらの反射光強度が飽和している検出データの平均距離を求める。そして予め求められている検出距離とその検出距離の物体を確実に検出するに必要なパルスレーザ光の出力強度との関係に基づき、上記平均距離に応じた強度まで前記パルスレーザ光の出力強度の減少させるようにすれば良い。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成のレーザ監視装置によれば監視対象領域における物体検出状況に応じてパルスレーザ光の出力強度を調整することができるので、例えば前記監視対象領域の最遠点での検出データが物体を認識するのに十分であるか否かを判定し、その判定結果に応じてパルスレーザ光の出力強度を調整して反射光の強度を最適化することができる。特に反射光の強度が物体を認識するのに十分であるような場合には、パルスレーザ光の出力強度を増大させることによりその計測性能を確保することが可能となる。
【００１１】
また上述した最遠点からの反射光の受光強度が十分に確保できる状況下においては、例えば近距離からの反射光の強度がその受光性能に比較して飽和していないか否かを判定することで前記パルスレーザ光の出力強度が過剰であるか否かを判断することができる。そしてパルスレーザ光の出力強度が過剰である場合には、その出力強度を低減することで反射光の受光強度の最適化を図ると共に、パルスレーザ光を生成するレーザ発振器、例えばレーザダイオードの駆動条件を緩和してその長寿命化を図ることができる。更にはパルスレーザ光の出力強度を低減した分、その駆動エネルギを抑えて省エネルギ化を図ることが可能となる等の効果が奏せられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るレーザ監視装置について説明する。
図１はレーザ監視装置の概略構成図で、１は所定の監視対象領域Ａを見渡し得る所定の高さ位置に設けられたセンサヘッドである。このセンサヘッド１には、パルスレーザ光を所定周期で生成して前記監視対象領域Ａに向けて出力する投光部２と、上記パルスレーザ光の前記監視対象領域Ａにおける反射光を受光する受光部３とが組み込まれている。尚、前記投光部２は、例えばレーザ光源としてのレーザダイオードと、このレーザダイオードから出力されたレーザ光を平行ビーム化するコリメータレンズ等を備えて構成されるものである。また前記受光部３は、例えば光センサとしてのフォトダイオードと、その前面に設けられた集光レンズ等を備えて構成される。
【００１３】
特に前記投光部２から出力されたパルスレーザ光は、例えば反射鏡４ａおよびハーフミラー４ｂからなる光学系を介して光学スキャナ５に導かれ、この光学スキャナ５にてその照射方向が一定の周期で２次元偏向制御されている。具体的には光学スキャナ５は、パルスレーザ光を角度θに亘って水平偏向制御（主走査）すると共に、この水平偏向制御に同期して角度φに亘って垂直偏向制御（副走査）し、これによって前記監視対象領域Ａの全域に亘って前記パルスレーザ光の照射位置を走査している。そしてパルスレーザ光が照射された物体において生じた反射光は、上記走査に同期して前記光学スキャナ５を介して前記受光部３に導かれて受光され、受光部３はその受光強度に応じたレベルの検出信号を出力する。
【００１４】
尚、前記投光部２は、センサ制御部６の制御の下で所定の周期Ｔ毎に発光駆動されると共に、その駆動電圧に応じた強度のパルスレーザ光を出力する。センサ制御部６は、その上位機器であり、パルスレーザ光に対する発光周期調整手段およびレーザ光強度調整手段としての機能を担う情報処理装置（例えばＰＣ）７からの指示に従い、前記パルスレーザ光の生成周期Ｔとその出力強度Ｐをそれぞれ可変調整する機能を備える。
【００１５】
また前記受光部３からの検出信号を入力する検出部８は、前記センサ制御部６の制御の下で前述したパルスレーザ光の生成タイミングに同期して前記検出信号のレベル（反射光の受光強度）を判定し、予め設定した閾値以上の検出信号を物体による前記パルスレーザ光の反射光であるとして検出している。同時に検出部８は上記反射光の検出タイミング（反射光の受光タイミング）と前記パルスレーザ光の出力タイミングとの時間差を求め、これを前記監視対象領域Ａにおける物体の検出距離として求めている。このようにして求められた反射波の受光強度Ｑと検出距離Ｄとからなる検出データ（Ｑ,Ｄ）は、前記光学スキャナ５によるパルスレーザ光の照射方向の情報、つまり偏向情報（θ,φ）と共に前記情報処理装置７に与えられる。そして情報処理装置７は、上記検出データに従って前記監視対象領域Ａにおける物体の検出処理を実行すると共に、後述するように検出データを解析して前記センサヘッド１の駆動を制御する。特に監視対象領域Ａにおける物体検出状況に応じて前記パルスレーザ光の出力強度Ｐを可変設定し、また必要に応じて前記前記パルスレーザ光の生成周期Ｔを可変設定するものとなっている。
【００１６】
ここで前述した検出データに基づく前記情報処理装置７での物体検出処理について簡単に説明すると、情報処理装置７は前記パルスレーザ光の偏向走査に同期して、その偏向方向である走査位置（θ,φ）毎に前記検出データ（Ｑ,Ｄ）を解析し、例えば同一物体による反射光であると認められる複数点からの検出データを統合してラベリングする。そして同一ラベルが付されて統合された複数の検出データの走査位置（θ,φ）からその大きさを推定して物体検出を行うと共に、前記監視対象領域Ａにおける物体の存在位置を検出する。
【００１７】
図２は上述した物体検出の手法を模式的に示している。例えば前記センサヘッド１から視野し得る監視対象領域Ａに図２(ａ)に示すように物体ａ１,ａ２,ａ３が存在している場合、上記監視対象領域Ａをパルスレーザ光によりスキャン（走査）することによって図２(ｂ)に示すように上記各物体ａ１,ａ２,ａ３による反射光が検出される。そしてこれらの反射光は、前記各物体ａ１,ａ２,ａ３の存在領域毎に或るまとまりをなし、それらの各まとまりの大きさは各物体ａ１,ａ２,ａ３の大きさをそれぞれ示すことになる。従ってこれらの反射光のまとまりｂ１,ｂ２,ｂ３を検出し、その大きさを判定すれば、所定の大きさをなす反射光（検出データ）のまとまりｂ１,ｂ２,ｂ３を、それぞれ物体として認識することが可能となる。
【００１８】
尚、上述した如くして検出される物体の検出位置は、前述したように所定の高さに設けられたセンサヘッド１から監視対象領域Ａを視野したときの［θ-φ］座標のものであるので、これを地表面での物体位置として検出する場合には、地表面を表す［ｘ-ｙ］座標との間で前記物体の検出位置を座標変換（投影変換）すれば良い。この座標変換により前記センサヘッド１からの俯瞰に起因する視差の問題を生じることなく、例えば図２(ｃ)に示すように監視対象領域Ａにおける物体ｃ１,ｃ２,ｃ３の存在位置を容易に理解することが可能となる。
【００１９】
ここで本装置における特徴的な処理機能について説明する。この実施形態に係るレーザ監視装置においては、前述したようにセンサ制御部６の制御の下でパルスレーザ光の出力強度Ｐを可変設定し得る機能（レーザ光強度調整手段）を備えている。このパルスレーザ光の出力強度Ｐの調整は、監視対象領域Ａにおける物体検出状況に応じて行われるものであって、概略的には前記監視対象領域Ａにて検出された物体からの反射光強度Ｑに応じて前記パルスレーザ光の出力強度Ｐを増減することにより実行される。
【００２０】
具体的にはこのレーザ光強度調整手段は、例えば前記情報処理装置７が備える処理機能９として実現される。例えばパルスレーザ光の出力強度Ｐの調整は、先ず監視対象領域Ａにて検出された物体（検出データのまとまり）毎にその平均反射光強度Ｑaveと平均検出距離Ｄaveとを求め、平均検出距離Ｄaveから求められる最遠点の物体の平均反射光強度Ｑaveとその物体（検出データのまとまり）を表す有効データ数Ｍとに従って前記パルスレーザ光の出力強度Ｐを増大させるか否かを判定することから開始される。そして、例えば最遠点の物体について、指標Ｋ
Ｋ＝［平均反射光強度Ｑave］×［有効データ数Ｍ］
を求め、この指標Ｋが予め設定した物体検出の最低条件Ｋminを満たしているか否かを判定し、少なくともこの最低条件Ｋminを満たすように前記平均反射光強度Ｑaveを高め、或いは前記有効データ数Ｍを増大させるべく前記パルスレーザ光の出力強度Ｐを増大させる。
【００２１】
また前記パルスレーザ光の出力強度Ｐを増大させる必要がない場合には、前記反射光強度Ｑが飽和しているデータ数Ｎを求め、そのデータ数Ｎに応じて前記パルスレーザ光の出力強度Ｐを減少させる。具体的には反射光強度Ｑが飽和しているデータ数Ｎが予め設定した閾値Ｎmaxを超えるとき、反射光強度Ｑが飽和している複数の検出データの平均距離Ｄaveに応じた強度まで前記パルスレーザ光の出力強度Ｐの減少させることで該パルスレーザ光が照射された物体による反射光の強度を全体的に低くし、反射光強度Ｑが飽和する検出データの数Ｎを減少させる。
【００２２】
このようにして監視対象領域Ａにおける物体の検出状況に応じてパルスレーザ光の出力強度Ｐを増減制御してその最適化を図れば、最遠点の物体を確実に検出し得る前述した最低条件Ｋminを満たしながら、検出距離Ｄが短いが故にその反射光強度Ｑが飽和してしまうような物体の数（データ数）を減らし、各物体による反射光の強度Ｑを全体的に抑えることができる。この結果、投光部２の駆動条件を緩和してその長寿命化を図り、更にはパルスレーザ光の出力強度Ｐを低減した分、その駆動エネルギを抑えて省エネルギ化を図ることができる等の効果が奏せられる。
【００２３】
図３は上述したパルスレーザ光の出力強度Ｐの増減制御手順の一例を示している。この制御は、先ず監視対象領域Ａにおける不変的な固定物に関するデータを取得し、背景データとして物体検出処理から除外するデータを得ることから開始される〈ステップＳ１〉。この背景データの除外処理は、例えば図４に示すように計測対象物が存在しない状況下において物体検出を行い〈ステップＳ２１〉、これによって検出された物体の位置座標を求める〈ステップＳ２２〉。そしてこれらの物体が前記監視対象領域Ａにおける不変的な固定物であるか否かを判定し〈ステップＳ２３〉、不変的な固定物であるならば背景データとして認識対象から除外する為の情報とする〈ステップＳ２４〉。具体的には背景データとして認識された位置からの反射光（検出データ）を監視対象として取り込まないようにマスクする為の情報を作成する。これに加えて地表面による反射光を除去するべく、地表面から高さに対する閾値を設定する〈ステップＳ２５〉。この閾値処理は、前述したパルスレーザ光のスキャン（走査）方向毎に、その最大計測距離を設定することに相当する。
【００２４】
以上の初期設定処理を終えたならば、前述した図３に示す処理手順に戻って通常の監視処理を開始する〈ステップＳ２〉。そしてその検出データを上位の情報処理装置（ＰＣ）７に送り、物体の検出処理を実行する〈ステップＳ３〉。この物体の検出処理については図２を参照して前述した通りである。そして所定のまとまりをなす検出データの集まり毎に、これを前記監視対象領域Ａにおいて検出された物体の情報として検出する。この際、前述した如く求められた背景データに従って監視対象領域Ａにおける固定物をその監視対象から除外したり、更には地表面からの不要な反射光に対する除去処理を実行する。
【００２５】
しかる後、検出された物体毎にその検出データからその平均検出距離Ｄaveと平均受光強度Ｑaveとをそれぞれ求める〈ステップＳ４〉。そして各物体毎に算出された平均検出距離Ｄaveを相互に比較し、前記監視対象領域Ａにおいて前記センサヘッド１が設けられた監視点から最遠点の物体を特定し、この最遠点の物体の検出データについて、その検出性能を評価する為の指標Ｋを前述したように
Ｋ＝［平均反射光強度Ｑave］×［有効データ数Ｍ］
として計算する〈ステップＳ５〉。ちなみに最遠点の物体について計測性能評価の為の指標Ｋを求めるのは、監視点からの距離が長くなるほど（検出距離Ｄが長くなるほど）パルスレーザ光およびその反射光が大気中を伝播するに際しての減衰量が多く、また外来ノイズの影響を受け易くなり、その計測条件が悪い為である。
【００２６】
そして上述した如く求めた指標Ｋについて予め定めた閾値Ｋminと比較し、その計測条件が最遠点の物体を確実に検出し得る最低条件を満たしているか否かを判定する〈ステップＳ６〉。指標Ｋが上記閾値Ｋminに満たない場合には、例えば平均受光強度Ｑaveと平均検出距離Ｄaveとの比［Ｑave／Ｄave］を評価値とし、図５に示すように予め実験データ等に基づいて設定された上記評価値に対するパルスレーザ光の最適な出力強度Ｐとの関係を満たすように前記パルスレーザ光の出力強度を増大させる〈ステップＳ７〉。このパルスレーザ光の出力強度の増大制御は、情報処理装置７からセンサ制御部６に対して出力制御指令を与えることにより実行される。
【００２７】
これに対して前述した指標Ｋが予め定めた閾値Ｋminを上回る場合には、少なくとも前記パルスレーザ光の出力強度Ｐが、最遠点の物体を確実に検出し得る最低の計測条件を満たしていると判断される。そしてこの場合には、逆に前記パルスレーザ光の出力強度Ｐが過大（過剰）でないかを判断するべく、前述した如く検出された物体の各検出データについてその受光強度Ｑが飽和しているものを抽出し、受光強度Ｑが飽和している検出データの総数Ｎを求める〈ステップＳ８〉。このようにして求めた受光強度飽和検出データの総数Ｎを予め設定した閾値Ｎsatと比較することで前記パルスレーザ光の出力強度Ｐが過大（過剰）であるか否かを判断する〈ステップＳ９〉。そしてパルスレーザ光の出力強度Ｐが過大（過剰）でない場合には、前述したステップＳ２からの処理に戻って監視対象領域Ａにおける物体の監視処理を継続して実行する。
【００２８】
しかしパルスレーザ光の出力強度Ｐが過大（過剰）であると判断した場合には、受光強度Ｑが飽和している全検出データについてその平均検出距離Ｄsatを計算し〈ステップＳ１０〉、例えば飽和検出データの総数Ｎsatとその平均検出距離Ｄsatとの積［Ｎsat×Ｄsat］を評価値とし、図６に示すように実験結果等に基づいて予め求められている上記評価値に対するパルスレーザ光の最適な出力強度Ｐとの関係を満たすように前記パルスレーザ光の出力強度Ｐを減少させる〈ステップＳ１１〉。
【００２９】
以上のようにして監視対象領域Ａにおける物体の検出状況に応じてパルスレーザ光の出力強度Ｐを増減制御することにより、最遠点の物体を確実に検出し得る計測条件を満たしながら上記パルスレーザ光の出力強度Ｐを抑えることが可能となり、これによって前記パルスレーザ光の出力強度Ｐの最適化を図ることができる。しかも物体として検出された反射光の受光強度Ｑに従ってその計測条件の適否を評価し、最遠点の物体を確実に検出するに必要な計測条件を満たすパルスレーザ光の最低の出力強度Ｐminを確保しながら、その出力強度Ｐを簡易に抑えることができる。従ってパルスレーザ光の出力強度Ｐを抑えた分、例えばレーザ光源としてレーザダイオードの駆動条件を緩和してその長寿命化を図ると共に、省エネルギ化を図ることが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００３０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは最遠点の物体に対する計測条件を評価する指標Ｋとして前述したように
Ｋ＝［平均反射光強度Ｑave］×［有効データ数Ｍ］
を定義したが、その他の指標を用いることも勿論可能である。同様に過大なパルスレーザ光の出力強度Ｐを評価する評価値として飽和検出データの総数Ｎsatとその平均検出距離Ｄsatとの積［Ｎsat×Ｄsat］を用いたが、その他の評価値を用いることも可能である。
【００３１】
またカメラを用いて監視対象領域Ａを撮像し、その画像を解析することでパルスレーザ光を用いて実施される物体検出状況を推定し、この推定結果に応じてパルスレーザ光の出力強度Ｐを調整することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】レーザ監視装置の概略構成図。
【図２】レーザ監視装置による物体検出の手法を模式的に示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザ監視装置におけるパルスレーザ光の出力強度制御の処理手順を示す図。
【図４】監視対象領域における固定物の検出処理手順を示す図。
【図５】パルスレーザ光の出力強度の増大制御に用いる、平均受光強度Ｑaveと平均検出距離Ｄaveとの比［Ｑave／Ｄave］に対するパルスレーザ光の最適な出力強度Ｐとの関係を示す図。
【図６】パルスレーザ光の出力強度の増大制御に用いる、飽和検出データの総数Ｎsatと平均検出距離Ｄsatとの積［Ｎsat×Ｄsat］に対するパルスレーザ光の最適な出力強度Ｐとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１  センサヘッド
２  投光部
３  受光部
５  光学スキャナ
６  センサ制御部
７  情報処理装置
８  検出部
９  レーザ光強度調整手段
【図１】
2008232800.tif 000003
【図２】
2008232800.tif 000004
【図３】
2008232800.tif 000005
【図４】
2008232800.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008232800.tif 000008