(57)【要約】【課題】発光タイミングから被検知物体の距離を検出する周期を短くする。【解決手段】被検知物体との距離検出を行う領域に向けて光を発光部１から発光して、被検知物体で反射した信号光及びこの信号光を含まない定常光を受光部２にて受光して自車両から被検知物体までの距離を演算部１３にて検知するに際して、演算部１３は、発光時刻から所定時間だけずれた時刻での信号光成分を読み取り、所定距離における被検知物体の有無と物体の動きを予測し、発光／受光コントローラ１１では、被検知物体の予測結果に基づき、受光タイミング又は発光タイミングを制御して発光タイミングから受光タイミングまでの時間間隔を制御して、演算部１３により自車両と被検知物体までの距離を計測する。【選択図】　　　図１
2004012338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知物体との距離検出を行う領域に向けて光を発光する発光手段と、
上記発光手段からの発光が被検知物体で反射した信号光及びこの信号光を含まない定常光を受光する受光手段と、
上記被検知物体から反射した信号光及び定常光の受光信号を保持する受信信号記憶手段と、
上記発光手段からの発光時刻から所定時間だけずれた時刻での信号光成分を読み取り、所定距離における被検知物体の有無と被検知物体物体の動きを予測する演算手段と、
上記演算装置の結果に基づき、受光タイミング又は発光タイミングを制御して発光タイミングから受光タイミングまでの時間間隔を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
上記演算手段は、定常光及び信号光を含む入射光と、定常光のみからなる入射光の輝度値差の変化量に基づいて発光タイミング又は受光タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項３】
上記受光手段は、受光素子を２次元配列して構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の物体検知装置。
【請求項４】
上記演算手段は、上記被検知物体の大きさに基づいて、発光タイミング又は受光タイミングを制御して、異なる受光タイミングにて受光して生成した画像領域を構成する被検知物体との距離を検知することを特徴とする請求項３に記載の物体検知装置。
【請求項５】
上記演算手段は、上記被検知物体の大きさに基づいて、上記被検知物体の探索方向を変更するように発光タイミング又は受光タイミングを制御することを特徴とする請求項３に記載の物体検知装置。
【請求項６】
被検知物体との距離検出を行う領域に向けて光を発光して、被検知物体で反射した信号光及びこの信号光を含まない定常光を受光して自車両から被検知物体までの距離を検知するに際して、
発光時刻から所定時間だけずれた時刻での信号光成分を読み取り、所定距離における被検知物体の有無と被検知物体物体の動きを予測し、
被検知物体の予測結果に基づき、受光タイミング又は発光タイミングを制御して発光タイミングから受光タイミングまでの時間間隔を制御して、自車両と被検知物体までの距離を計測すること
を特徴とする物体検知方法。
【請求項７】
定常光及び信号光を含む入射光と、定常光のみからなる入射光の輝度値差の変化量に基づいて発光タイミング又は受光タイミングを制御することを特徴とする請求項６に記載の物体検知方法。
【請求項８】
２次元配列した受光素子にて光を受光し、
上記被検知物体の大きさに基づいて、発光タイミング又は受光タイミングを制御して、異なる受光タイミングにて受光して生成した画像領域を構成する被検知物体との距離を検知することを特徴とする請求項６に記載の物体検知方法。
【請求項９】
２次元配列した受光素子にて光を受光し、
上記被検知物体の大きさに基づいて、上記被検知物体の探索方向を変更するように発光タイミング又は受光タイミングを制御することを特徴とする請求項６に記載の物体検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両前方に存在する被検知対象物体の有無及び被検知対象物体までの距離を検出する物体検知装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光を発光して被検知物体からの反射光を、発光時刻から時刻をずらして読み取って被検知物体の有無を検知し、被検知物体が有ると判断した場合に、発光時刻から読み取り時刻までのずれ時間から被検知物体までの距離を検知する物体検知装置としては、例えば特開平６−３１７６５６号公報にて開示されたものが知られている。
【０００３】
従来において被検知物体までの距離を検知するときには、発光タイミング及び受光タイミングをコントローラにて制御しながら、被検知物体の存在するであろう領域に光を投光する。そして、周囲の定常光及び反射光を含む入射光を受光して、受光量に応じた受光量に応じた電荷を蓄積して被検知物体の輝度及び被検知物体までの距離を求める。
【０００４】
このように被検知物体までの距離を検出する処理は、発光タイミング及び受光タイミングを制御するに際して、発光素子にて露光する前にシャッターを開けて露光し、定常光のみからなる入射光を受光した場合の輝度値Ｉ（ｒｅｆ）を取得する。次に、発光後に、所定時間ｔだけずらした露光（受光）タイミングにてシャッターを開き、入射光を受光した場合の輝度値Ｉ（ｔ）を得る。
【０００５】
そして、輝度値Ｉ（ｒｅｆ）と輝度値Ｉ（ｔ）との差分を計算して、露光の際における受光した光が入射光が定常光のみであるか、定常光及び反射光を含むかを判別する。入射光が定常光のみの場合は輝度値Ｉ（ｒｅｆ）と輝度値Ｉ（ｔ）との差分がなく、定常光及び反射光を含む場合は輝度値Ｉ（ｒｅｆ）と輝度値Ｉ（ｔ）との差分が発生する。
【０００６】
このような処理を、各発光タイミングに対する露光タイミングを少しずつずらしながら行うことで、発光した後にシャッターを開いて露光するまでの時間を少しずつずらして繰り返し行うことにより、輝度値Ｉ（ｒｅｆ）と輝度値Ｉ（ｔ）との差分が発生する時間を得る。この時間は、発光した光が被検知物体において反射して入射されるまでの光の伝搬遅延時間となる。従って、光速をＣとするとき、被検知物体までの距離Ｌを、
Ｌ＝Ｃ・ｔｄ／２
にて表現される計算式にて取得する。ここで、距離分解能を向上させる手法としては、発光タイミングと露光タイミングとの時間の分解能に比例し、ある距離範囲内に存在する被検知物体までの距離を得るときの分解能は、例えば露光タイミングを制御することで、発光タイミングから露光タイミングまでの時間を分解能の数だけずらすことにより実現していた。
【０００７】
このとき、近距離領域に存在する被検知物体との距離を取得するときには発光タイミングと露光タイミングとの時間を短くし、次第に遠方領域に存在する被検知物体との距離を取得するときには発光タイミングと露光タイミングとの時間を次第に長くして、定常光及び反射光が検出されたときの発光タイミングと露光タイミングとの時間から被検知物体との距離を測定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の距離検知処理では、例えば、２５ｍの検出範囲を１０ｃｍの分解能で被検知物体までの距離を得るためには、最低でも２５０回の発光及びシャッタ開閉が必要となり、発光周期を１ｍｓｅｃとした場合には全検出範囲をスキャンするために２５０ｍｓｅｃの処理時間を要し、検出周期が２５０ｍｓとなる。
【０００９】
したがって、従来の距離検知処理では、検知する距離分解能を高くしようとした際に、各露光時間を極めて短くしなくてはならないために、受信する光のＳ／Ｎが低下するという問題があった。これに対し、各検出周期ごとに複数回露光をして距離検知をする必要があった。
【００１０】
しかしながら、被検知物体を検知し、その動きを検出するためには、検出周期毎に異なる位置に検出される被検知物体が同一のものであると判定することが必要であり、この判定が被検知物体の同定精度に大きく関わる。したがって、被検知物体が移動体であり、その動きを検出する際には、検出周期を短くし、被検知物体の検出周期間での移動量を小さくして被検知物体の位置を判定することが望まれる。
【００１１】
このように光の伝搬遅延時間計測により対象までの距離を測定する方法では、時間分解能と被検知物体までの距離は比例するので、時間分解能が粗くなるほど距離分解能が粗くなる。例えば、時間分解能の最小単位である露光時間が１ｎｓｅｃの場合、距離分解能は約１５ｃｍとなる。一方、露光時間が２ｎｓｅｃの場合、距離分解能は約３０ｃｍとなる。第１検出周期と第２検出周期において、被検知物体の動きが小さい場合、第１検出周期と第２検出周期において、発光部から発光された光の受光タイミングが同じになる。したがって、従来の光の伝搬遅延時間から被検知物体までの距離を得る手法では、被検知物体が移動していても、被検知物体までの計測距離が変わらないこととなる。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、発光タイミングから被検知物体の距離を検出する周期を短くすることができる物体検知装置及び方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検知物体との距離検出を行う領域に向けて光を発光して、被検知物体で反射した信号光及びこの信号光を含まない定常光を受光して自車両から被検知物体までの距離を検知するに際して、発光時刻から所定時間だけずれた時刻での信号光成分を読み取り、所定距離における被検知物体の有無と物体の動きを予測し、被検知物体の予測結果に基づき、受光タイミング又は発光タイミングを制御して発光タイミングから受光タイミングまでの時間間隔を制御して、自車両と被検知物体までの距離を計測することで、上述の課題を解決する。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、被検知物体までの距離を予測して受光タイミングを制御するので、受光時間を長くとって受光信号のＳ／Ｎを向上させると共に、信号光の受光強度の変化と基準とする被検知物体までの距離とを用いることにより、同じ受発光のタイミング、すなわち発光が被検知物体に反射し、受信タイミングが連続する検出周期の間で同じであっても、被検知物体までの距離分解能を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明は、例えば図１に示すように構成された物体検出装置に適用される。なお、本例では、被検知物体として車両前方に存在する前方車両を検出する物体検出装置について説明する。
【００１７】
［物体検出装置の構成］
この物体検出装置は、車両前部に取り付けられた発光部１及び受光部２と、これらの発光部１及び受光部２と接続されて車両内部に備えられた物体検出処理部３とを備える。
【００１８】
この物体検出装置では、発光／受光コントローラ１１の制御に従った発光タイミングにて発光部１により自車両前方に投光する。ここで、発光部１は、自車両の前方であって、前方車両が存在するであろう領域に光を投光する。
【００１９】
受光部２は、発光／受光コントローラ１１の制御に従った受光タイミングにて入射した光を受光して輝度画像を生成する。この受光部２は、例えば開閉自在とされたシャッタ機構を備え、発光／受光コントローラ１１の制御に従ってシャッタを開閉動作させて入射した光を受光する。この受光部２は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子のように、複数の受光素子を配列したアレイ構造となっており、受光量に応じた電荷を蓄積する。この受光部２では、蓄積した電荷を被検知物体の輝度画像として、例えば電圧値にて画像記憶部１２に出力する。
【００２０】
この受光部２は、自車両周囲の定常光を少なくとも入射する。また、受光部２は、車両前方に前方車両が存在する場合に、発光部１にて発光した光が前方車両にて反射された反射光を信号光として入射する。したがって、この受光部２は、前方車両が存在する場合には、定常光と信号光とを合成した輝度画像を生成する。
【００２１】
画像記憶部１２では、受光部２にて生成された輝度画像を保持するフレームメモリからなり、その内部が輝度画像領域２１、距離画像領域２２に区分されている。この画像記憶部１２は、輝度画像領域２１に格納した輝度画像が演算部１３により読み込まれ、演算部１３により作成した距離画像が距離画像領域２２に格納される。
【００２２】
演算部１３は、画像記憶部１２に格納された輝度画像を読み出し、この輝度画像から距離を演算して距離画像を作成する。このとき、演算部１３は、被検知物体の移動量及び被検知物体の探索領域を算出する。
【００２３】
また、この演算部１３は、発光／受光コントローラ１１が制御する発光部１の発光タイミング及び受光部２の受光タイミングを制御する。このとき、演算部１３は、発光／受光コントローラ１１に制御情報を送り、発光／受光コントローラ１１にて発光部１及び受光部２に駆動信号を出力して発光タイミング及び受光タイミングを制御する。なお、この演算部１３による発光タイミング及び受光タイミングの制御などの詳細な処理については後述する。
【００２４】
このような物体検出装置では、発光／受光コントローラ１１により所定期間の検出周期Ｔごとに、発光部１を発光させて受光部２により受光して輝度画像を輝度画像領域２１に記憶する。また、演算部１３では、輝度画像領域２１に記憶された輝度画像を用いて自車両と前方車両との距離を演算して距離画像を作成する。このように作成された距離画像は、例えば車両運転者から目視可能な表示パネルなどに表示したり、車間距離の警告に使用したりする。なお、演算部１３により自車両と前方車両との距離を演算する処理や、発光タイミング及び受光タイミングを制御する処理については後述する。
【００２５】
［物体検出装置の処理内容］
つぎに、上述の物体検出装置の演算部１３にて実行する各種の処理内容について説明する。
【００２６】
「物体検出装置による基準距離設定処理」
先ず、物体検出装置により前方車両を検知するに際して使用する自車両から被検知物体までの基準距離を測定する処理について説明する。
【００２７】
この基準距離設定処理では、発光部１からの発光が被検知物体にて反射して受光部２に入射して受光する際に、受信信号のＳ／Ｎを向上させるように、受光部２が発光部１からの発光を受信するときの露光時間を決定する。
【００２８】
発光／受光コントローラ１１は、図２に示すように、各検出周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３において、検出周期の開始タイミングの直前にて受光部２により定常光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を受光させた後（図２（ｂ））、検出周期の開始タイミングにて発光部１から光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３発光させる（図２（ａ））。
【００２９】
そして、検出周期Ｔ１において、発光タイミングｔ１から時間ｔ１１を経過した後の時刻ｔ２１に信号光Ｌ２１を受光し、検出周期Ｔ２において、光Ｌ１２を発光タイミングｔ２から時間ｔ１２を経過した後の時刻ｔ２２に信号光Ｌ２２を受光した場合、信号光Ｌ２１，Ｌ２２が、異なる露光タイミングｔ１１，ｔ１２間で遷移した際における、発光部１の発光タイミングｔ１，ｔ２と受光部２の受光タイミングｔ２１，ｔ２２から、発光部１から発光された光の伝搬遅延時間より被検知物体までの基準とする距離Ｌｒｅｆを得る。
【００３０】
このとき、発光／受光コントローラ１１は、各検出周期Ｔの発光タイミングｔ１，ｔ２の直前に受光部２により自車両周囲の定常光を露光して、発光タイミングｔ１，ｔ２となったら発光部１から信号光を発光させる。これにより、受光部２では、発光部１から光を発した後に定常光と信号光とを加算した光強度が得られたときを受光タイミングｔ１１，ｔ１２としている。
【００３１】
そして、演算部１３では、被検知物体である前方車両までの距離Ｌｒｅｆを、下記式１に示すような
Ｌｒｅｆ＝Ｃ・ｔ１２／２　　　（式１）
なる演算式にて算出する。ここで、上記式１におけるＣは光速である。物体検出装置では、自車両と前方車両との距離を算出するに際して、初めに上記式１に従って、基準距離Ｌｒｅｆを求める。
【００３２】
「物体検出装置による距離演算処理」
つぎに、発光部１からの光が被検知物体にて反射され、受光部２に入射し検知されたときの受光強度及び基準距離Ｌｒｅｆに基づいて、被検知物体までの距離を細かい距離分解能で得る距離演算処理について説明する。
【００３３】
先ず、被検知物体までの基準距離Ｌｒｅｆが上述の基準距離設定処理にて得られた場合、続く検出周期Ｔ（図２の場合では、検出周期Ｔ２の後）において、演算部１３により、距離演算処理を行う。ここで、輝度値差ｄＩ（ｎ）（ｎ＝１，２）とは、信号光が被検知物体により反射され、発光タイミングからずれて定常光と共に受光部２により受光された際の輝度値Ｉ（ｔ）と定常光のみを受光した際の輝度値Ｉｒｅｆとの差であり、発光部１から発光された信号光の受信強度となる。この輝度値差ｄＩ（ｎ）は、下記式２に示すように、
ｄＩ（ｎ）＝Ｉ（ｔ）−Ｉｒｅｆ　　　　（式２）
にて表現される。
【００３４】
この距離演算処理の説明では、連続する２つの検出周期のうちの検出周期Ｔ１において、被検知物体までの距離Ｌ（１）と輝度値差ｄＩ（１）が得られており、続く検出周期Ｔ２において、検出周期Ｔ２における被検知物体までの距離Ｌ（２）を求める場合について説明する。ここで、検出周期Ｔ１にて求めた距離Ｌ（１）を基準距離Ｌｒｅｆとして説明する。
【００３５】
被検知物体の反射率等を含む係数をｋとし、検出周期ｎにおける発光強度をＩｔ（ｎ）とし、受光部２における受光強度の差、すなわち発光部１からの発光が被検知物体で反射した信号光と、信号光を含まない定常光との輝度値差をＩｒ（ｎ）とし、被検知物体までの距離をＬ（ｎ）とすると、輝度値差Ｉｒ（ｎ）は、下記式３に示すように、
Ｉｒ（ｎ）＝ｋ・Ｉｔ（ｎ）／｛Ｌ（ｎ）｝４（ｎ＝１，２）　　（式３）
Ｉｒ（ｎ）＝ｄＩ（ｎ）
なる関係式が成り立つ。検出周期Ｔ２にて信号光を受信した場合、発光部１の発光強度Ｉｔ（１）、Ｉｔ（２）及び受光強度ｄＩｒ（１），ｄＩｒ（２）は既知となり、各受光強度ｄＩｒ（１），ｄＩｒ（２）が下記式４及び式５に示すように、
ｄＩ（１）＝ｋ・Ｉｔ（１）／｛Ｌ（１）｝４（式４）
ｄＩ（２）＝ｋ・Ｉｔ（２）／｛Ｌ（２）｝４（式５）
なる演算式で表現されることから、下記式６に示すように、
｛Ｌ（２）｝４＝｛Ｌ（１）｝４・｛ｄＩ（１）・Ｉｔ（２）｝／｛ｄＩ（２）・Ｉｔ（１）｝（式６）
なる演算式を用いて演算部１３により距離Ｌ（２）を求める。
【００３６】
演算部１３は、特に、発光部１の発光強度が発光タイミングにより変わらない場合は、Ｉｔ（１）＝Ｉｔ（２）との関係を利用して、上記式６に代えて、下記式７に示すように、
｛Ｌ（２）｝４＝｛Ｌ（１）｝４・ｄＩ（１）／ｄＩ（２）　（式７）
なる演算式を利用して距離Ｌ（２）を求める。
【００３７】
したがって、被検知物体までの基準とする距離Ｌ（１）＝Ｌｒｅｆ及びｄＩ（１），ｄＩ（２）が計測より既知であるので、第２の検出周期における被検知物体までの正確な距離Ｌ（２）が得られる。
【００３８】
そして、検出周期Ｔ２に続く、検出周期Ｔ３における被検知物体までの距離を測定する時には、検出周期Ｔ１及び検出周期Ｔ２と同様に、
｛Ｌ（３）｝４＝｛Ｌ（２）｝４・ｄＩ（２）／ｄＩ（３）　（式８）
が成り立つので、輝度値差ｄＩ（３）を予測して検出周期Ｔ３における被検知物体までの距離Ｌ（３）を予測する。これにより、演算部１３では、連続する各検出周期にて距離Ｌ（ｎ）を求める。
【００３９】
なお、演算部１３では、予測する輝度値差ｄＩ（３）を、距離Ｌ（１）及び距離Ｌ（２）の変化より得ても、また信号光強度ｄＩ（１）及び信号光強度ｄＩ（２）の変化より得てもよく、すなわち、以前に光を受光した時の受光タイミングや輝度値差の時間的な変化より、検出周期における信号光の受光タイミングを推定しても良い。
【００４０】
このように連続して輝度値差ｄＩ（ｎ）及び距離Ｌ（ｎ）を求め、発光／受光コントローラ１１では、各検出周期Ｔの開始タイミングにて信号光を発光させて、この信号光を受光するように受光部２の受光タイミングを制御する。
【００４１】
例えば検出周期Ｔ３にて受光タイミングを制御するときには、発光／受光コントローラ１１は、検出周期Ｔ１及び検出周期Ｔ２にて距離Ｌ（１）及び距離Ｌ（２）を用いて距離Ｌ（３）を予測して受光タイミングを制御する。このとき、発光／受光コントローラ１１は、上記式８にて求めた距離Ｌ（３）を用いて、下記式９に示すように、
ｔｄ＝２・Ｌ（３）／Ｃ（式９）
にて表現される演算を行うことにより、発光タイミングからの受光タイミングｔｄを予測する。
【００４２】
このような処理を行う物体検出装置では、予測した距離から検出周期内での受光タイミングを求めるので、検出周期の全範囲をスキャンする必要が無くなり、各受光タイミングにおける露光時間を長くすることができ、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
【００４３】
すなわち、図３に示すように、検出周期Ｔ（１）の開始タイミングにて発光部１から発光をし（図３（ａ））、受光タイミングを逐次制御して信号光を受光するに際して、受光タイミングの時間分解能が粗い場合には（図３（ｂ））、信号光を受光タイミングにて受光しても距離分解能が粗くなるが、受光タイミングの時間分解能が細かい場合には（図３（ｃ））、信号光を受光したときの距離分解能が細かくなるが、受光信号のＳ／Ｎが悪くなる。
【００４４】
これに対し、本実施形態では、図４に示すように、受光タイミングの時間分解能を低くしても、検出周期Ｔ（１）にて信号光を受光した基準距離Ｌｒｅｆを得て、検出周期Ｔ（２）での距離を予測することで、検出周期Ｔ（２）における受光タイミングを限定することができる。図４に示す一例では、被検知物体の移動が少ない場合には検出周期Ｔ（１）と同じタイミングで検出周期Ｔ（２）にて信号光を受光することができるが、被検知物体の移動によって自車両と被検知物体との距離が変化するので輝度値差が変化した場合を示す（図４（ｃ））。
【００４５】
上述したように、連続する検出周期で被検知物体までの距離を予測し、露光タイミングを制御することにより、逐次制御が必要なくなるので、連続する検出周期で被検知物体までの距離が測定でき、逐次制御の冗長な測定周期を短くすることが可能となる。
【００４６】
「物体検出装置による基準距離検知処理」
つぎに、上述の物体検出装置により、新たな被検知物体が輝度画像上で得られたときにおける被検知物体までの基準距離を検知する処理を図５を参照して説明する。図５に示す一例では、輝度画像領域３１内に大きい被検知物体又は小さい被検知物体が存在する場合について説明する。
【００４７】
発光部１からの発光が被検知物体に反射して受光部２に入射して検知される際に、受光部２の受信信号が、異なる受光タイミング間で遷移した場合、発光タイミングと受光タイミング及び光の伝搬遅延時間より被検知物体までの基準距離Ｌｒｅｆを変更する。
【００４８】
このとき、演算部１３では、輝度画像上での被検知物体を構成する画素群３２の割合が大きい場合、被検知物体が自車両から近い位置に存在すると判定して、発光タイミングと受光タイミングとの時間間隔が短い方から被検知物体の探索を行う。これにより、受信信号が、異なる受光タイミング間で遷移したことを早期に検出し、基準距離Ｌｒｅｆを短時間にて得ることが可能となる。
【００４９】
逆に、演算部１３では、輝度画像上での被検知物体を構成する画素群３３が小さい場合、被検知物体が自車両から遠い位置に存在すると判定して、発光タイミングと受光タイミングとの時間間隔が長い方から被検知物体の探索を行う。これにより、受信信号が、異なる露光タイミング間で遷移したことを早期に検出し、被検知物体までの基準距離Ｌｒｅｆを短時間にて得ることが可能となる。
【００５０】
「物体検出装置による他の受光タイミング制御処理」
つぎに、上述の物体検出装置による受光タイミングを制御する他の処理について説明する。
【００５１】
この受光タイミング制御処理では、受光素子を２次元状に配列した受光素子アレイを受光部２として使用した場合に、輝度画像から複数の被検知物体を検出したときに、演算部１３により各被検知物体ごとに受光タイミングを制御する。
【００５２】
ここで、露光時間が短い場合又は発光強度が弱い場合、各受光素子の受光した信号成分を感度良く検出するためには、個々の受光素子において繰り返し計測を行い、信号成分を強調する手法が用いられる。このとき、繰り返して計測した受信信号を積分することにより、ランダムノイズ成分を平滑化して、信号成分を強調する。しかし、繰り返し計測を行うことは、同じ処理を繰り返すことになるので、発光部１から発光され、被検知物体で反射された信号光の信号成分を検出する検出周期が長くなるのと等価である一方、信号成分を良好なＳ／Ｎにて検出するためには、受光素子の受光面積を大きくすることが効果的である。
【００５３】
したがって、本実施形態では、受光素子を２次元状に配置した受光素子アレイとした受光部２を使用し、輝度画像から分類される被検知物体からの反射光を受光する受光素子毎に受光部２の受光タイミングを制御することで、受光部２を構成する複数の受光素子を受光素子群として使用する。そして、複数の受光素子群の受信信号を積算することにより、受光部面積を等価的に大きくすることが可能となるので、発光部１から発光され、被検知物体で反射された信号光の信号成分を感度良く検出することが可能となる。
【００５４】
すなわち、図６に示すように、受光部２が受光して取得した輝度画像３１内に大きさが異なる被検知物体３２，３３が存在する場合に、同一の被検知物体を構成する受光素子群の画素群４１についてはこの領域のみについて受光信号を積分し、異なる被検知物体を構成する受光素子群の画素群４２についてはこの領域のみについて受光信号を積分する。
【００５５】
このような処理をする物体検出装置によれば、被検知物体ごとに画素群を区分して受光信号を積分するので、受光素子の面積を大きくすることと等価の効果を得ることができ、受光信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００５６】
［物体検出装置による発光／受光タイミング制御処理］
つぎに、上述の物体検出装置において、発光タイミング及び受光タイミングを制御する処理を図７のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明では、現在の検出周期Ｔを第ｎの検出周期Ｔ（ｎ）とする。
【００５７】
先ず、ステップＳ１において、演算部１３により、検出周期Ｔ（ｎ）にて受光した受光信号から輝度画像を作成して、この輝度画像から被検知対象である被検知物体を構成する画素群を選択して抽出して、ステップＳ２に処理を進める。
【００５８】
ステップＳ２において、演算部１３により、検出周期Ｔ（ｎ−１）における被検知物体までの距離Ｌ（ｎ−１）が測定されているか否かを判定する。検出周期Ｔ（ｎ−１）の被検知物体までの距離が測定されている場合にはステップＳ３に処理を進めて、定常光のみを受光した際の受光強度と、定常光及び信号光を受光した際の受光強度の強度差、すなわち輝度値差ｄＩ（ｎ）を測定して、ステップＳ４に処理を進める。
【００５９】
ステップＳ４において、演算部１３により、測定した輝度値差ｄＩ（ｎ）がゼロか否かの判定をし、輝度値差ｄＩ（ｎ）がゼロでないの場合はステップＳ５に処理を進め、距離Ｌ（ｎ−１）、輝度値差ｄＩ（ｎ−１）及び輝度値差ｄＩ（ｎ）に基づいて距離Ｌ（ｎ）を算出してステップＳ６に処理を進めて、輝度値差ｄＩ（ｎ）及び距離Ｌ（ｎ）を記憶保持して、ステップＳ７に処理を進める。
【００６０】
ステップＳ７において、演算部１３により、距離Ｌ（ｎ）及び距離Ｌ（ｎ−１）に基づいて、続く検出周期Ｔにおける被検知物体の移動を予測し、発光タイミングと受光タイミングとの間隔を規定してステップＳ３に処理を戻し、被検知物体までの距離計測を繰り返す。
【００６１】
一方、ステップＳ４においてｄＩ（ｎ）がゼロと判定した場合にはステップＳ８に処理を進め、被検知物体までの基準距離Ｌｒｅｆ（＝Ｌ（ｎ））を規定して記憶する。
【００６２】
ステップＳ２において検出周期Ｔ（ｎ−１）における距離Ｌ（ｎ−１）が測定されていないと判定した場合には、ステップＳ９において、演算部１３により、被検知物体の大きさに基づき発光タイミングと受光タイミングとの間隔をどのように変化させるかを規定してステップＳ１０に処理を進める。
【００６３】
このとき、演算部１３では、図５を参照して説明したように、被検知物体が大きい場合は、最初の受発光間隔を短くし、続く後の検出周期Ｔで受発光の間隔を徐々に長くしていく。逆に、被検知物体が小さい場合は、最初の受発光間隔を長くし、続く検出周期Ｔで受発光間隔を徐々に短くしていく。
【００６４】
ステップＳ１０及びステップＳ１１ではそれぞれ、ステップＳ３及びステップＳ４と同様の処理を行い、定常光のみを受光した際の受光強度と、発光から所定間隔をあけて受光した際の受光強度の輝度値差ｄＩ（ｎ）を計測する。そして、輝度値差ｄＩ（ｎ）がゼロでない場合にはステップＳ８に処理を進めて、被検知物体までの基準距離Ｌｒｅｆ（＝Ｌ（ｎ））を規定して記憶してステップＳ２に処理を戻す。また、輝度値差ｄＩ（ｎ）がゼロとなった場合にはステップＳ１２に処理を進めて、受発光間隔を続く周期で少し変化させ、再びステップＳ１０にて輝度値差ｄＩ（ｎ）の計測を行う。
【００６５】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る物体検出装置によれば、被検知物体までの距離を予測して受光タイミングを制御するので、受光時間を長くとることができ、受光信号のＳ／Ｎを向上させると共に、反射光の受光強度の変化と基準とする被検知物体までの距離とを用いることにより、同じ受発光のタイミング、すなわち発光部１の発光が被検知物体に反射し、受光部２に入射して検知されるタイミングが連続する測定周期の間で同じであっても、被検知物体までの距離分解能を高めることができる。
【００６６】
また、この物体検出装置によれば、定常光及び信号光を含む入射光と、定常光のみからなる入射光の輝度値差の変化量に基づいて発光タイミング又は受光タイミングを制御するので、反射光を受光したときの輝度値差及び受光しないときの濃度値差の変化量より求められる被検知物体の相対移動量から、検出された被検知物体までの距離を基に、次の検出周期中における被検知物体までの距離を予測することが可能となり、求めた被検知物体の移動量から受光タイミングを制御することで、常に被検知物体を捕捉し続けることが可能となる。
【００６７】
更に、この物体検出装置によれば、受光素子を２次元アレイ状に配置するので、被検知対象の大きさを捉えて、各被検知物体ごとに受光タイミングを制御することが可能となる。
【００６８】
更にまた、この物体検出装置によれば、大きな被検知対象は近くにあり、小さな被検知対象は遠くにあることを利用して、探索方向を近傍から遠方又は遠方から近傍に設定するので、被検知対象の基準距離を短時間にて検出することが可能となる。
【００６９】
更にまた、この物体検出装置よれば、受光素子毎に受光のタイミングを制御するのではなく、被検知物体が検出されている画像領域毎に受光のタイミングを制御するので、被検知物体ごとの信号光の信号成分を感度良く検知することが可能となる。
【００７０】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００７１】
すなわち、上述した一例では、各検出周期Ｔにて受光タイミングを制御する一例について説明したが、これに限らず、発光タイミングを制御して、発光タイミングと受光タイミングとの時間間隔を制御しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した物体検出装置の発光タイミング及び受光タイミングを説明するための図である。
【図３】受光タイミングの時間分解能と距離分解能との関係を説明するための図である。
【図４】距離を予測して受光タイミングを制御した場合の輝度値差の変化について説明するための図である。
【図５】本発明を適用した物体検出装置において、被検知物体の画像領域に応じて探索方向を変更する処理について説明するための図である。
【図６】本発明を適用した物体検出装置において、被検知物体の画像領域に応じて発光タイミングを変更する処理について説明するための図である。
【図７】本発明を適用した物体検出装置の発光タイミング及び受光タイミングを制御するときのフローチャートである。
【符号の説明】
１　発光部
２　受光部
３　物体検出処理部
１１　発光／受光コントローラ
１２　画像記憶部
１３　演算部
２１　輝度画像領域
２２　距離画像領域
【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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