(57)【要約】【課題】高精度性と低廉性を同時に実現すること。【解決手段】空間形状計算対象物体Ｘが反射するパルスレーザー光を検出する光検出アレイ１６は、パルスレーザー光を受光して複数の電気信号に変換する複数の光電変換要素１８−ｊの２次元分散位置配列として形成されている。２次元分散配列は、空間形状計算対象物体Ｘの相対速度の向きに平行に配列されない１次元配列を基本的に形成している。複数の電気信号は、幾何学的配列が固有に持つ配列の空間的位置情報を本質的に有し、更に、その複数の光電変換要素がパルスレーザー光を検出する時刻に対応する時間的位置情報を有している。４次元点列の相対的速度のうち最大速度を推定的に計算する第１計算器２６と、４次元距離空間の中に空間形状計算対象物体Ｘの３次元形状を相対的速度の関数として計算する第２計算器２７とから構成されている。１次元写像化と速度推定により高精度性と低廉性とを同時に実現することができる。【選択図】          図４
2005127959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザー光を時系列点に発出する発出器と、
空間形状計算対象物体に対して相対的に移動し前記空間形状計算対象物体が反射する前記パルスレーザー光を検出する光検出アレイとを構成し、
前記光検出アレイは、前記パルスレーザー光を受光して複数の電気信号に変換する複数の光電変換要素の２次元分散位置配列として形成され、
前記複数の電気信号は、
前記配列の空間的位置情報と、
前記複数の光電変換要素が前記パルスレーザー光を検出する時刻に対応する時間的位置情報とを有し、
計算器を更に構成し、
前記計算器は、
前記２次元分散位置配列に対応する幾何学情報と前記時系列点の上の２つの前記時間的位置情報とを変数とする４次元距離空間を形成する４次元距離集合を形成するメモリと、
前記４次元距離空間の中に前記空間形状計算対象物体と前記光検出アレイの間の４次元点列の相対的速度のうち最大速度を推定的に計算する第１計算器と、
前記４次元距離空間の中に前記空間形状計算対象物体の３次元形状を前記相対的速度の関数として計算する第２計算器とを形成し、
前記光検出アレイは前記２次元分散位置配列を１次元位置配列に変換する幾何学的写像配列を形成している
移動体認識装置。
【請求項２】
前記２次元分散位置配列は、前記複数の光電変換要素のうちの２つの光電変換要素の有効中心点を結ぶ直線の直線集合を含み、前記直線集合は前記相対速度の向きに平行でない直線を含む
請求項１の移動体認識装置。
【請求項３】
前記２次元分散位置配列は、前記複数の光電変換要素のうちの２つの光電変換の有効中心点を結ぶ直線の直線集合を含み、前記直線集合には互いに平行ではない２つの直線が含まれている
請求項１の移動体認識装置。
【請求項４】
前記２つの直線は互いに直交する
請求項３の移動体認識装置。
【請求項５】
多様な物体モデルの幾何学形状を保存するモデル保存器と、
前記空間形状計算対象物体の幾何学形状と前記物体モデルの幾何学形状とを対比する対比器を更に構成し、
前記対比器は、前記対比器により前記物体モデルの幾何学形状に対して同定される前記空間形状計算対象物体に固有である物体信号を出力する
請求項１〜４から選択される１請求項の移動体認識装置。
【請求項６】
前記２次元分散位置配列を１次元分散位置配列に変換する写像器を更に構成し、
前記写像器は、
前記電気信号を検出する検出時刻を同定する時刻判定器と、
前記２次元分散配列の１次元配列を前記電気信号に付加する付加器とを形成する
請求項１〜４から選択される１請求項の移動体認識装置。
【請求項７】
統一基体を更に構成し、
前記光電変換要素は前記統一基体に集積的に配列され、
１つの前記光電変換要素は、１つの前記時刻判定器と１つの前記付加器とに位置対応して配列され、時刻判定器と前記付加器とは前記光電変換要素の近傍で前記統一基体に同体に形成されている
請求項６の移動体認識装置。
【請求項８】
前記第１計算器と前記第２計算器は、前記統一基体に同体に形成されている
請求項６の移動体認識装置。
【請求項９】
ＣＰＵを更に構成し、前記第１計算器と前記第２計算器は前記ＣＰＵの一部分として形成され、
前記ＣＰＵは前記統一基体に実装されている
請求項６の移動体認識装置。
【請求項１０】
前記光検出アレイは、地球固定座標系に対して移動する移動体に搭載され、前記光検出アレイは前記移動体に対して回転自在に支持されている
請求項１〜９から選択される１請求項の移動体認識装置。
【請求項１１】
前記移動体は自己移動型ロボットである
請求項１〜１０から選択される１請求項の移動体認識装置。
【請求項１２】
前記発出器と光検出アレイとは道路の近傍に固定的に配置され、前記空間形状計算対象物体は前記道路上を停止しないで走行する車輌である
請求項１〜１０から選択される１請求項の移動体認識装置。
【請求項１３】
パルスレーザー光投射器から前記パルスレーザー光投射器に対して相対的に移動する移動体にパルスレーザー光を時系列点で投射するステップと、
線分上に互いに位置決めされて配列される複数の光電変換要素で前記移動体から反射するパルスレーザー光を検出するステップと、
前記パルスレーザー光を検出する複数の時刻を前記複数の光電変換要素でそれぞれに個別に同定するステップと、
前記複数の時刻のうち前記時系列点の１点に対応する前記複数の第１時刻と、前記複数の時刻のうち前記時系列点の他の１点の前記複数の第２時刻とを変数とする速度関数により前記第１時刻と前記第２時刻とに対応する複数の速度を計算し、前記複数の速度のうち最大速度を前記移動体の相対速度として推定するステップ
とを構成する移動体認識方法。
【請求項１４】
前記複数の前記第１時刻ｔ−１に対応する第１距離ｘｉ（ｔ−１）と前記複数の前記第２時刻ｔに対応する第２距離ｘｉ（ｔ）との差分が著しく大きい複数の仮想的移動距離ｘｉは、
ｘｉ（ｔ）＝ｘｉ（ｔ−１）＋ｖ
ｔ，ｔ−１：前記時系列点の上の２点
ｖ：前記相対速度
で表され、
下記の式：
ｅ2＝Σi（ｘｉ（ｔ）−ｘｉ（ｔ−１）−ｖ）2
の二乗誤差ｅ2が最小になるｖが前記相対速度として推定される
請求項１３の移動体認識方法。
【請求項１５】
空間形状計算対象物体に対して相対的に移動し前記空間形状計算対象物体が反射する前記パルスレーザー光を検出する光検出アレイを単一基体の上に同体に形成する工程と、
前記光検出アレイの複数の光電変換要素がそれぞれに受光する前記パルスレーザー光に対応する電気信号をそれぞれに伝送する電気配線を前記単一基体の上に同体に形成する工程とを構成し、
前記光検出アレイと前記電気配線は前記単一基体が形成する面の上で２次元的に配置される
移動体認識アレイの製造方法
【請求項１６】
光電変換要素が前記パルスレーザー光をそれぞれに受光する受光時刻を同定する同定回路を前記単一基体の上に同体に形成する工程を更に構成し、前記同定回路は前記面の上で２次元的に配置され、前記電気配線は前記光電変換要素を前記同定回路に接続する
請求項１５の移動体認識アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体認識装置、移動体認識方法、及び、移動体認識アレイの製造方法に関し、特に、反射面からスキャナレスに時刻情報を得て物体の形状を計算により求める移動体認識装置、移動体認識方法、及び、移動体認識アレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像認識の技術は、多様な分野で利用されている。ＩＴＳ、ＥＴＣ、ＥＲＰ、交通監視のような分野では、車輌の種別の認識が重要である。高速道路の料金自動収受システムでは、通行料金額に対応する車種の認識が行われる。車種の認識には、動体の画像認識が含まれる。無人機どうしの衝突防止、ロボットの周囲環境の把握のためには、動体認識の技術が必要である。そのような動体認識の技術の要素技術として、レーザー測距が知られている。認識対象物体の多点から反射するレーザー光の光路通過時間は、その光路の距離に等価である。その距離は、認識対象物体の幾何情報を有している。このような幾何情報から車輌の車高、車幅、車長を求める技術は、後掲特許文献１で知られている。
【０００３】
公知の技術では、レーザー光の照射は走査により行われている。走査時間が必要である走査方式は、データの取得の高速化を阻んでいる。
【０００４】
無走査型レーザーレーダー（scannerless laser rader）は、後掲特許文献２の米国特許５，８９２，５７５号で開示されている。無走査型レーザーレーダーは、認識対象物体が存在する空間領域にパルスレーザーを一斉に（同時的に）照射し、認識対象物体の任意の点で乱反射する反射光を集積型多点受光素子（モノリシックアレイ型光検出器：a monolithic arrey of light detector）で検出する構造を有している。集積型多点受光素子は、冷却性（非発熱性）、軽量性、小型性、高精度性を有し、今後のレーザーレーダとして大いに期待されている。
【０００５】
このように優れた集積型多点受光素子の本質的特性は、量産される普通のＴＶ受像器に用いられるＣＣＤ受光面を形成する多数の画素の配列の順序の通りに受光対応電気信号を出力する順次送出レジスタ的構造と異なる電気的出力構造を有していて、その高速性にある。ＴＶ用ＣＣＤ受光面を形成する多数の画素が光を受ける受光時間点（時刻）は、本質的に検出され得ない。集積型多点受光素子の複数の受光画素は、それぞれに独立に受光対応電気信号を出力する。従って、１つの画素には１つの出力端子又は出力線が存在し、１つの画素が光を受ける受光時刻情報が知られ得る。
【０００６】
このように優れた集積型多点受光素子の重要な問題点は、量産性がよくなく、製造コストが極めて高いことである。このような問題点が度外視されて重宝される理由は、既述の高速性にある。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１８５１９５号
【特許文献２】米国特許第５，８９２，５７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、高速性と低廉性を同時に実現する移動体認識装置、移動体認識方法、及び、移動体認識アレイの製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、高速性と低廉性を同時に実現することにより多様な分野で汎用性を得る移動体認識装置、移動体認識方法、及び、移動体認識アレイの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による移動体認識装置は、パルスレーザー光を時系列点に発出する発出器を備えていて、スキャナレス・レーザー・レーダーを構成している。認識速度が速く、移動体の形状を高速に解析することができる。空間形状計算対象物体（Ｘ）に対して相対的に移動し空間形状計算対象物体（Ｘ）が反射するパルスレーザー光を検出する光検出アレイ（１６）は、パルスレーザー光を受光して複数の電気信号に変換する複数の光電変換要素（１８−ｊ）の２次元分散位置配列として形成されている。２次元分散配列は、空間形状計算対象物体（Ｘ）の相対速度の向きに平行に配列されない１次元配列を基本的に形成している。複数の電気信号は、幾何学的配列が固有に持つ配列の空間的位置情報を本質的に有し、更に、その複数の光電変換要素がパルスレーザー光を検出する時刻に対応する時間的位置情報を有している。時間的位置情報は、各配列に対応する空間形状計算対象物体（Ｘ）の位置点の距離に対応している。計算器は、２次元分散位置配列に対応する幾何学情報と時系列点の上の２つの時間的位置情報とを変数とする４次元距離空間を形成する４次元距離集合を形成するメモリ（２４）と、４次元距離空間の中に空間形状計算対象物体（Ｘ）と光検出アレイ（１６）の間の４次元点列の相対的速度のうち最大速度を推定的に計算する第１計算器（２６）と、４次元距離空間の中に空間形状計算対象物体（Ｘ）の３次元形状を相対的速度の関数として計算する第２計算器（２７）とから構成されている。本発明では、光検出アレイが２次元分散位置配列を１次元位置配列に変換する幾何学的写像配列を形成していることが本質的である。ここで、２次元分散配列は、２次元配列格子点の全てでなく２次元直交格子点の一部に時間測定光伝変換要素が配列されていることとして定義される。２次元配列格子点は、直交座標系で定義され、又は、２次元曲線座標系で定義され得る。
【００１０】
そのような幾何学的写像配列は、完全な２次元配列が有する時間的情報を完全には有していないが、パルス発生の時間間隔を技術的に可能である範囲で最短化することと、４次元点列の相対的速度のうちの最大速度の推定計算を統計的に処理することとにより、十分によい近似で相対速度を算出することができる。このように推定精度を確保することにより、１つ当たりのコストが非常に高い光電変換要素の数を小さくすることができ、アレイのコストを格段に削減することができる。更に、複数の読出回路、それらの読出回路を計算器に接続する配線の複雑さが緩和され、全体の回路のコストが大幅に削減される。
【００１１】
２次元分散位置配列は、複数の光電変換要素（１８）のうちの２つの光電変換要素の有効中心点を結ぶ直線の直線集合を含み、その直線集合は相対速度の向きに平行でない直線を含んでいる。このような斜線配置と直線配置とは、幾何学的距離に関して写像関係を形成する。
【００１２】
２次元分散位置配列は、複数の光電変換要素のうちの２つの光電変換要素の有効中心点を結ぶ直線の直線集合を含み、その直線集合には互いに平行ではない２つの直線が含まれている。このような直線又は線分の複数化は、推定精度を高くすることができる。線分の多様な傾斜は、推定対象の多様な形状と推定精度に適合するように選択されて設計される。そのような多様性の１つとして、２つの直線の直交性が好適に例示される。
【００１３】
多様な物体モデルの幾何学形状を保存するモデル保存器（３１）と、空間形状計算対象物体（Ｘ）の幾何学形状とその物体モデルの幾何学形状とを対比する対比器（３１）が追加される。対比器（３１）は、対比器（３１）により物体モデルの幾何学形状に対して同定される空間形状計算対象物体（Ｘ）に固有である物体信号を出力する。そのような物体信号として、車種コードが例示される。本発明の適用対象がロボットであれば、商品コード、機器コードが例示される。
【００１４】
２次元分散位置配列を１次元分散位置配列に変換する写像器が設けられている。その写像器は、電気信号を検出する検出時刻を同定する時刻判定器（２２）と、２次元分散配列の１次元配列を電気信号に付加する付加器（図示されず）とから形成されている。付加器は、それぞれの光電変換要素の光電変換起電力をデジタル信号に変換する場合に、そのデジタル信号の先頭に付加する光電変換要素のＩＤ番号に相当する２値コードを生成して電気信号部分に追加するコード付加機能を有している。
【００１５】
統一基体（１５）が設けられる。光電変換要素（１８）は統一基体（１５）に集積的に配列される。１つの光電変換要素（１８）は、１つの時刻判定器（２２）と１つの付加器とに位置対応して配列され、時刻判定器（２２）と付加器とは光電変換要素（１８）の近傍で統一基体（１５）に同体に形成されていることは好ましい。共通の時刻判定器と共通の付加器が用いられる場合に、複数の光電変要素を共通の時刻判定器と共通の付加器に接続するそれぞれ配線の長さは、極めて短くその配線長に起因する時間的遅延は無視される。遅延が無視され得ない場合には、配線長を光速度で割った時間が補正的に時刻判定のために考慮される。
【００１６】
第１計算器（２６）と第２計算器（２７）は、統一基体（１５）に同体に形成されることは特に効果的である。そのような回路は、狭い面領域で小さい基板に集積され、計算器（２６，２７）と光電変換要素の間の接続回路系が同じ環境特に同じ温度環境に置かれ、温度差に起因する時刻信号の誤差を少なくし、且つ、ノイズ信号の発生を少なくする。第１計算器（２６）と第２計算器（２７）はＣＰＵの一部分として形成され得る。そのＣＰＵも統一基体に実装されることが好ましい。
【００１７】
光検出アレイ（１６）は、地球固定座標系に対して移動する移動体（例示：ロボット本体）に搭載され得る。光検出アレイ（１６）はその移動体に対して回転自在に支持されていることは有益である。光検出アレイ（１６）の回転変位は、２次元配列の１次元配列への投影の角度を変更することができ、速度推定精度を制御的に向上させることができる。
【００１８】
本発明は、車輌の車種の判定に利用されて好都合である。この場合には、発出器（７）と光検出アレイ（１６）とは道路の近傍に固定的に配置され、空間形状計算対象物体（Ｘ）は道路上を無停止的に走行する車輌である。
【００１９】
本発明による移動体認識方法は、パルスレーザー光投射器（７）からパルスレーザー光投射器（７）に対して相対的に移動する移動体（Ｘ）にパルスレーザー光を時系列点で投射するステップと、線分上に互いに位置決めされて配列される複数の光電変換要素（１８）で移動体（Ｘ）から反射するパルスレーザー光を検出するステップと、パルスレーザー光を検出する複数の時刻を複数の光電変換要素（１８）でそれぞれに個別に同定するステップと、複数の時刻のうち時系列点の１点に対応する複数の第１時刻と、複数の時刻のうち時系列点の他の１点の複数の第２時刻とを変数とする速度関数により第１時刻と第２時刻とに対応する複数の速度を計算し、その複数の速度のうち最大速度を移動体（Ｘ）の相対速度として推定するステップとから構成される。複数の第１時刻ｔ−１に対応する第１距離ｘｉ（ｔ−１）と複数の第２時刻ｔに対応する第２距離ｘｉ（ｔ）との差分が著しく大きい複数の仮想的移動距離ｘｉは、無次元化表現で、
ｘｉ（ｔ）＝ｘｉ（ｔ−１）＋ｖ
ｔ，ｔ−１：時系列点の上の２点
ｖ：相対速度
で表され、下記の式：
ｅ2＝Σi（ｘｉ（ｔ）−ｘｉ（ｔ−１）−ｖ）2
の二乗誤差ｅ2が最小になるｖが相対速度として推定される。
【００２０】
本発明による移動体認識アレイの製造方法は、空間形状計算対象物体（Ｘ）に対して相対的に移動し空間形状計算対象物体（Ｘ）が反射するパルスレーザー光を検出する光検出アレイ（１６）を単一基体（１５）の上に同体に形成する工程と、光検出アレイ（１６）の複数の光電変換要素（１８）がそれぞれに受光するパルスレーザー光に対応する電気信号をそれぞれに伝送する電気配線を単一基体（１５）の上に同体に形成する工程とから構成されている。光検出アレイ（１６）と電気配線は単一基体（１６）が形成する面の上で２次元的に配置される。光電変換要素（１８）がパルスレーザー光をそれぞれに受光する受光時刻を同定する同定回路（２２）を単一基体（１５）の上に同体に形成する工程の追加が好ましい。同定回路（２２）は１つの面の上で２次元的に配置され、その電気配線は光電変換要素（１８）を同定回路（２２）に接続する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による移動体認識装置、移動体認識方法、及び、移動体認識アレイの製造方法は、高精度性と低廉性とを同時に実現することができる。更に、本発明による移動体認識装置、移動体認識方法、及び、移動体認識アレイの製造方法は、高精度性と低廉性とを同時に実現し、多様な分野で汎用性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図に対応して、本発明による移動体認識装置の実施の形態は、光学的画像形成器が３次元物体幾何情報復元器とともに設けられている。そのレーザーレーダー１０は、図１に示されるように、フラッシュレーザー光投射器１と、光学的画像形成器２と、３次元物体幾何情報復元計算器３とから構成されている。光学的画像形成器２は、空間情報計算対象物体Ｘに対向して配置されている。空間情報計算対象物体Ｘとして、光学的画像形成器２に対して相対的に移動する移動体であり、高速道路の自動料金収受ゲートを停止せずに通過する一般車両が図示されている。光学的画像形成器２は、今の場合には図２に示されるように、ゲート近傍のゲート侵入路４に跨って支持されている機器支持桁５に固定されている。フラッシュレーザー光投射器１は、光学的画像形成器２の近傍に固定されている。フラッシュレーザー光投射器１と光学的画像形成器２は、空間情報計算対象物体Ｘに対して同体的に配置されている。フラッシュレーザー光投射器１は、パルスレーザービームを設定されているレーザー光照射領域６にコーン状に照射する。レーザー光照射領域６は、空間情報計算対象物体Ｘの全景を含む。そのパルスレーザーとしては、赤外線レーザーが適正である。
【００２３】
図３は、本発明による移動体認識装置の実施の形態の電気回路系統を示している。フラッシュレーザー光投射器１は、ＬＤ７とビーム拡大レンズ８とから形成されている。ＬＤ７は、パルス信号生成器９が生成する励起信号１１により励起されてレーザー光１２を時系列的にパルスとして出力する。光学的画像形成器２は、アレイ型受光器１３と集光レンズ１４とから形成されている。集光レンズ１４は、フラッシュレーザー光投射器１が出力するレーザー光のうち空間情報計算対象物体Ｘで反射される反射光をアレイ型受光器１３に対して集光する。アレイ型受光器１３は、集積用基体１５と２次元的分散型受光素子集合（レンジセンサ）１６とから形成されている。集積用基体１５の本体は絶縁基板で形成されている。その絶縁基板の表裏面又はその内層には、２次元的分散型受光素子集合１６と、２次元分散型受光素子集合１６に対する入出力信号を回路的に制御する制御回路集合１７とが集積的に形成されている。
【００２４】
２次元分散型受光素子集合１６は、１直線上に、複数線上に、又は、交叉複数線上に配置される複数の２次元分散型受光要素１８の集合として形成されている。複数の２次元分散型受光要素１８は、受光するパルス光をそれぞれに複数の時空間情報対応電気信号に変換する。制御回路集合１７は、複数の制御回路要素１９の集合として形成されている。複数の制御回路要素１９は、時空間情報対応電気信号を受信しその時空間情報対応電気信号をそれぞれに個別的に増幅して出力する。１つの制御回路要素１９は、電気回路的に１つの２次元分散型受光要素１８に対応している。１つの２次元分散型受光要素１８が出力する時空間情報対応電気信号は、極めて短い１本の電気配線（図示されず）を介して１つの制御回路要素１９に入力する。その電気配線は、集積用基体１５の面上に集積的に形成されている。１つの２次元分散型受光要素１８と１本の電気配線と１つの制御回路要素１９は、電気接続関係と位置関係とに関して１対１対１に対応している。
【００２５】
２次元分散型受光要素１８がパルス光を受光する時刻と時空間情報対応電気信号が出力されて制御回路要素１９に入力し、更に、制御回路要素１９で増幅された後に時空間情報的電気信号が制御回路要素１９から出力される時間は、２次元分散型受光要素１８と制御回路要素１９の対の全てで十分に近似的に同じであり、又は、十分によい精度で無視され得る程度に小さい。そのような精度の保持のためには、集積用基体１５を冷却することのような環境制御が公知技術と同様に集積用基体１５に付随していることが望ましい。このような環境制御下で制御回路要素１９から出力される時間情報対応電気信号Ｔｘｙは、時間情報抽出計算器２２に入力する。
【００２６】
パルス信号生成器９は、時系列点上でパルスを生成する。その時系列点上で隣り合う２点の間の時間間隔は、時間軸上のΔτで表される。Δτは、一定であることが計算を簡素化する点で好ましい。Δτは、時系列点上で隣り合うフレーム（１枚の画像）生成する時間間隔である。Δτの間隔で、その時刻に対応する時間情報対応電気信号Ｔｘｙ（τ）２１が光学的画像形成器２から時間情報抽出計算器２２に送信される。Ｔｘｙ（τ）のτは、Ｎ・Δτで表される（基準時刻τは零に設定されている。）。時間情報抽出計算器２２は、時系列点上で、多数の時間情報対応電気信号Ｔｘｙ（τ）２１に対応する多数の枚数の画像について、それぞれに視差対応時間情報を抽出する。視差対応時間情報は、ある時刻の時間情報である。
【００２７】
図４は、情報変換方法を示している。集積用基体１５には、仮想上の直交座標系が設定されている。２次元分散型受光素子集合１６は、８個の２次元分散型受光要素１８から形成されている。ｘ軸とｙ軸は、領域的にそれぞれに８つに分割されている。離散的座標点（ｘ，ｙ）の集合は、６４（＝８×８）個の格子点領域から形成されている。２次元分散型受光要素１８は、ｘ−ｙ平面上で、８６個の格子点領域のうちの８個の格子点領域に２次元分散で配置されている。空間情報計算対象物体Ｘと集積用基体１５の間の相対的運動方向は仮にｘ軸方向であると仮定されれば、２次元分散型受光素子集合１６はｘ軸に斜めに向く直線（今の場合には対角線）の上に配置されている。このような配置は、見かけ上は１次元であるが、数学的には本質的に２次元である。後述されるように多様に配置される２次元分散型受光素子集合１６は、見かけ上も２次元分散的に配置される。
【００２８】
集光レンズ１４の存在により、空間情報計算対象物体Ｘの外表面の１平面断面上の曲線（射影的には直線）の上の８個の点領域（光源）で反射する光は、集積用基体１５に配置されている２次元分散型受光素子集合１６の８個の２次元分散型受光要素１８に位置対応して実像として投影される。そのような８個の点光源とこれらに位置対応する２次元分散型受光要素１８の間の距離はそれぞれに固有であるから、８個の２次元分散型受光要素１８で形成される実像は、空間的情報（相対的位置情報）と時間的位置情報である４次元時空距離情報として４次元距離空間を形成している。
【００２９】
８個の２次元分散型受光要素１８により形成されるこのような４次元距離画像は、図４に示されるように、写像ｆの作用を受けｙ軸平行面に射影されてｘ方向射影４次元距離画像２３として射影され、且つ、写像ｆ’の作用を受けｘ軸平行面に射影されてｙ方向射影４次元距離画像２４として射影される。写像ｆ，ｆ’の電子制御機能は、２次元分散型受光要素１８が反射光を受けた時刻に同時的に時空間情報対応電気信号Ｔｘｙ（τ）２１を出力することと、時間情報抽出計算器２２が時間情報対応電気信号Ｔｘｙ（τ）２１を受信した時刻を計測することとにより実現され得る。このようなｘ方向射影４次元距離画像２３とｙ方向射影４次元距離画像２４は、時間情報抽出計算器２２から出力されて４次元距離画像メモリ２５に入力される。ｘ方向射影４次元距離画像２３とｙ方向射影４次元距離画像２４は、光電変換要素の平面上配列点に位置対応する空間情報計算対象物体Ｘの上の複数点で形成される３次元図形（例示：直線、円、曲線、これらで囲まれる立体）を計算で求める情報を提供する。
【００３０】
４次元距離画像メモリ２５は、速度推定計算器２６と３次元データ復元器２７とに接続している。ｘ方向射影４次元距離画像２３は４次元距離画像メモリ２５から出力されて速度推定計算器２６に入力され、ｙ方向射影４次元距離画像２４は４次元距離画像メモリ２５から出力されて３次元データ復元器２７に入力される。
【００３１】
速度情報２８は、図３に示されるように、速度推定計算器２６から出力され３次元データ復元器２７に入力される。速度推定計算器２６で計算された推定速度ｖと時系列点上の位置情報に基づいて、３次元データ復元器２７は空間情報計算対象物体Ｘの多点間のより詳細な補間を実行する。３次元データ復元器２７で詳細に計算されて求められた３Ｄデータ２９は、３次元データ復元器２７から出力される。
【００３２】
３次元データ復元器２７は、３Ｄモデル照合器３１に接続している。３Ｄデータ２９は、３次元データ復元器２７から出力されて３Ｄモデル照合器３１に入力する。３Ｄモデルを集めて記録している３Ｄモデル記憶ＲＯＭ３２から３Ｄモデル３３が３Ｄモデル照合器３１に順次に入力される。３Ｄモデル照合器３１は、記録されている３Ｄモデル３３と３Ｄデータ２９とを対照的に比較して、３Ｄデータ２９に最近似する３Ｄモデル３３を選択し、空間情報計算対象物体Ｘをその３Ｄモデルとして同定し、そのモデルに対応するモデル番号３４を出力する。
【００３３】
図５〜図９は、２次元分散型受光素子集合１６の実施の他の多様な形態を示している。２次元分散型受光素子集合１６の２次元分散型受光要素１８の２次元配置は、空間情報計算対象物体Ｘと光学的画像形成器２との相対速度ベクトルの向きにより適正であることが重要である。図２に示される通過車輌の車高、車幅、車長の計測のためには、図４の配列又は図５の配列が好ましい。空間情報計算対象物体Ｘと光学的画像形成器２の相対的角度関係が不定である場合には、図５の十文字配列が好ましい。十文字配列は、互いに直交する２直線上にそれぞれに２次元分散型受光要素１８が配列されている。これは、直交２次元配列といわれる。図７の配列は、直交２次元配列に含まれる。図６の配列は、直交２次元配列に近似する近似直交２次元配列であり、Ｖ字状に配列されている。図８と図９は、Ｖ字配列の変形例を示している。
【００３４】
このような配列は、１つの集積用基体１５で固定的である。１つの集積用基体１５で配列を組み換えることは、２次元分散型受光要素１８の素子数を削減する課題を解決するためには不適正である。集積用基体１５の回転的位置を空間情報計算対象物体Ｘに対して回転的に変換することは、有意義である。
【００３５】
図１０は、本発明による移動体認識装置の実施の別な形態を示している。図４に示される８個の２次元分散型受光要素１８と他の回路とが同一基板１５に形成される。集積用基体１５に、高性能クロック（単位：１ｎｓｅｃｃ）３４と、時刻判定回路３５と、配線３６と、ＣＰＵ３７とが形成されている。８個の２次元分散型受光要素１８は、１８−１，８で番号づけられている。ｊ番目の２次元分散型受光要素１８−ｊが出力する受信信号”０１”には、２進４桁の番地が対応的に付加される。１番目の２次元分散型受光要素１８−１から出力される信号は、０００１０１である。２次元分散型受光要素１８のそれぞれから出力される受光信号”ａｂｃｄ０１”（ａ，ｂ，ｃ，ｄは１又は０）は、２次元分散型受光要素１８のそれぞれの出力ポート３８−ｊから出力され配線３６を介して、時刻判定回路３５に入力される。受光信号”ａｂｃｄ０１”は、高性能クロック３４から時刻判定回路３５に入力される時刻信号Ｔｓと照合され、受光信号”ａｂｃｄ０１”は、４次元時空距離信号”ａｂｃｄＥ”に変換されて時刻判定回路３５から出力される。ここで、Ｅは１ｎｓｅｃ単位のデジタル時刻情報である。４次元時空距離信号”ａｂｃｄＥ”は、ＣＰＵ３７に入力される。ＣＰＵ３７には、既述の４次元距離画像メモリ２５と速度推定計算器２６と３次元データ復元器３Ｄモデル記憶ＲＯＭ３１と３Ｄモデル３２とが含まれている。ＣＰＵ３７は、既述のモデル番号３３を出力する。モデル番号３３は、他の情報とともに自動料金収受サービス会社の課金システムコンピュータに送信される。
【００３６】
出力ポート３８−ｊは、受光信号”ａｂｃｄ０１”を生成する受光信号生成回路に等価である。そのような受光信号生成回路は、２次元分散型受光素子集合１６の片側又は個々の２次元分散型受光要素１８の片側に形成されることは重要である。２次元面に隙間なく受光素子が配置されるアレイ構造では、受光信号生成回路３８、配線３６、冷却構造形成領域の配置が不可能であり又は困難であるが、本発明による分散配置構造は、アレイ構造の周辺領域に多様な回路を同一基板上に形成することができる。集積用基体１５の裏面側に冷却構造を形成することは好ましい。
【００３７】
図１１（ａ），（ｂ）は、本発明による移動体認識方法の車長計測に関する実施の形態を示している。点Ｐ０〜点Ｐ６で計測が実行されている。図１２は、図１３の計測点で計測されるデータに基づく時系列距離データを示している。時刻ｔ，ｔ１，ｔ２，ｔ３で計測される車体Ｘの特徴線と点Ｐ０〜点Ｐ６の集合である直線との交点は、図１２に示されるように、時間軸方向に移動している。点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの移動線の傾斜は、図１１（ａ）で示される車輌Ｘのｘ軸方向速度に対応する。
【００３８】
図１２に示されるように、計測点Ｐ０〜Ｐ６が、ｘ軸方向に対して斜めに向く傾斜線上に配置されている場合では（受光素子が２次元的に配置される場合では）、計測点Ｐ０〜Ｐ６では、車輌Ｘの進行方向に平行である直線Ｘ０〜Ｘ６の上で距離が計測される。車輌Ｘの形状の特徴は既知であるので、点列Ｘ０〜Ｘ６の高さは、車輌Ｘの側面形状に概ね一致していこのように受光素子が２次元的に配置される場合とそれらが１次元的に配置される場合とで、概ね同じ時系列距離画像が得られる。このような時系列距離データの特徴点を結ぶ直線の傾きは、車輌速度をよい近似で与えることができる。
【００３９】
既述の補間に替えられて最小二乗誤差の最小化による速度推定が可能である。特徴点ｉ（ｘ軸方向に距離が著しく変化する点）の時刻ｔのｘ座標がｘ（ｔ）で表され、車輌速度はｖで表される。
ｘｉ（ｔ）＝ｘｉ（ｔ−１）＋ｖ
ここで物理次元は無視されている。下記の二乗誤差が求められる。
ｅ2＝Σ（ｘｉ（ｔ）−ｘｉ（ｔ−１）−ｖ）2・・・（３）
ｅを最小にするｖが推定車輌速度として求められる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明による移動体認識装置の適用例を示す斜軸投影図図である。
【図２】図２は、本発明による移動体認識装置の他の適用例を示す斜軸投影図図である。
【図３】図３は、本発明による移動体認識方法の回路を示す回路ブロック図である。
【図４】図４は、本発明による移動体認識方法のアレイ配列を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明による移動体認識方法の他のアレイ配列を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明による移動体認識方法の更に他のアレイ配列を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明による移動体認識方法の更に他のアレイ配列を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明による移動体認識方法の更に他のアレイ配列を示す平面図である。
【図９】図９は、本発明による移動体認識方法の更に他のアレイ配列を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明による移動体認識装置の実施の他の形態を示す平面図である。
【図１１】図１１（ａ），（ｂ）は、本発明による移動体認識方法の実施の他の形態を示す平面図、正面図である。
【図１２】図１２は、図１１の形態の速度推定を示すグラフである。
【図１３】図１３は、速度推定方法を示す幾何学図である。
【符号の説明】
【００４１】
７…発出器
１５…統一基体
１６…光検出アレイ
１８，１８−ｊ…光電変換要素
２２…時刻判定器
２４…メモリ
２６…第１計算器
２７…第２計算器
３１…対比器
３２…モデル保存器
Ｘ…空間形状計算対象物体
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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