JP2015028469A - 測距装置、車両、測距装置の校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 実際の使用状態において高い測定精度を提供することができる測距装置を提供する。
【解決手段】 測定対象との距離が変化する物体に設置される測距装置であり、複数の撮像装置１０Ａ，１０Ｂのそれぞれが撮像した画像データに基づいて測定対象までの第１距離を取得する第１距離取得部と、測定対象に照射された電磁波の反射波に基づいて、測定対象までの第２距離を取得する第２距離取得部２０と、撮像装置１０Ａ，１０Ｂと第２距離取得部２０とを保持する保持部材３０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象までの距離を測定する測距装置と、車両と、測距装置の校正方法とに関するものである。

異なる位置に設置された複数の撮像装置が測定対象の画像データを取得し、複数の撮像装置が撮像した画像データにおける像位置の差（視差）を用いて、測定対象までの距離や測定対象の位置を測定するステレオカメラが知られている。ステレオカメラは、車両、船舶、鉄道等の安全装置やＦＡ（Factory Automation）分野で用いられている。

ステレオカメラの用途として、例えば車両にステレオカメラを搭載し、運転手に車間距離や周囲の歩行者の有無などの情報を提供して運転を支援するシステムが知られている。ここで、車両用運転支援システムでは、測定範囲の遠距離化と測定距離精度の向上が求められている。

ステレオカメラにおける視差と距離の関係は、ステレオカメラに関する各種パラメータ（以下「ステレオカメラのパラメータ」という。）に依存する。ステレオカメラのパラメータは、複数のカメラそれぞれの画像中心位置や焦点距離、カメラ同士の相対位置及び姿勢から特定される。

ステレオカメラにより距離測定を行う場合には、ステレオカメラを構成する個々のカメラのパラメータを同定するために事前に校正（キャリブレーション）が行われる。ステレオカメラの校正の精度は、ステレオカメラの距離測定精度に影響する。

ここで、ステレオカメラのパラメータは、直接測定することが難しい。このため、ステレオカメラのパラメータは、例えば三次元座標値が既知である校正用ターゲットを各カメラそれぞれで撮像し、撮像された画像を用いて推定する。

ところで、ステレオカメラの校正の精度は、校正用ターゲットとカメラの設置精度に依存する。

このため、ステレオカメラの校正の精度を向上させるために、ステレオカメラの後方に別途設置したレーザ距離計を用いる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、レーザ距離計からステレオカメラまでの距離と校正用ターゲットまでの距離をそれぞれ測定することで、ステレオカメラから校正用ターゲットまでの距離を求め、校正精度を向上させる。

また、ステレオカメラの校正の精度を向上させるために、ステレオカメラを構成する複数のカメラの間にレーザ発光器を設けて前方にプラズマによる発光点を形成し、発光点を校正時の基準点に利用する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、ステレオカメラは、車両に搭載される場合には一般的に車室内、例えばフロントガラスとルームミラーとの間に取り付けられるため、ステレオカメラのパラメータは、フロントガラスの影響を受ける。つまり、ステレオカメラの校正は、測定精度を確保するためにステレオカメラを実際の設置位置に取り付けた状態で実施することが望ましい。

しかしながら、従来の技術では、ステレオカメラが車両などに搭載された状態（使用状態）においてステレオカメラの校正を行うことは困難であった。

すなわち、特許文献１に記載の技術では、レーザ距離計と、ステレオカメラ及び校正ターゲット双方との位置関係を高精度に調整する必要がある。つまり、特許文献１に記載の技術では、レーザ距離計の測定軸を調整するための設備（例えば調整ステージ）が必要となるため、使用状態においてステレオカメラの校正を行うことは困難であった。

また、特許文献１に記載の技術では、ステレオカメラとは別にレーザ距離計を車室内に設置し、その上でレーザ距離計の位置調整を行って校正を行う必要があるため、作業性が非常に悪い。

また、特許文献１に記載の技術では、車室内にステレオカメラを設置した場合には、ステレオカメラとレーザ距離計との間に存在するルームミラーによって、レーザ距離計の光ビームが遮られてしまう。そのため、特許文献１に記載の技術では、校正用のターゲットまでの距離を測定することができなかった。

一方、特許文献２に記載の技術では、車両前方の空間にプラズマによる発光点を生成する必要があり、このため極めて大きなエネルギーをもつレーザパルスを所定の空間に集光する必要がある。

ここで、レーザ光を用いた公知の空間可視像の形成方法では、例えばＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザによって波長１０６４ｎｍ、出力１００ｍＪ以上のエネルギーを空間上の一点に集光させる必要がある。

すなわち、特許文献２に記載の技術では、ステレオカメラの校正の際に極めて大きなエネルギーの不可視光を制御することが要求されるため、校正作業時の安全確保に細心の注意を払う必要がある。つまり、特許文献２に記載の技術では、実際の使用状態において高い測定精度を提供することが困難であった。

また、特許文献２に記載の技術では、レーザ発光器により形成された発光点を基準点に用いて校正するものであり、ステレオカメラを他の距離情報取得手段により校正するものではない。

本発明は、実際の使用状態において高い測定精度を提供することができる測距装置を提供することを目的とする。

本発明は、測定対象との距離が変化する物体に設置される測距装置であり、複数の撮像装置と、複数の撮像装置が撮像した画像データに基づいて測定対象までの第１距離を取得する第１距離取得部と、測定対象に照射された電磁波の反射波に基づいて測定対象までの距離を取得する第２距離取得部と、撮像装置と第２距離取得部とを保持する保持部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、実際の使用状態において高い測定精度を提供することができる。

本発明に係る測距装置の実施の形態を示す模式図である。 一般的なステレオカメラの測距原理と校正方法とを示す模式図である。 一般的なステレオカメラの測距原理と校正方法とを示す模式図である。 ステレオカメラの校正を行う構成を示す模式図である。 上記測距装置のカメラの測距原点と第２距離取得部の測距原点との位置関係を示すＺＸ平面図である。 上記測距装置のカメラの測距原点と第２距離取得部の測距原点との位置関係を示すＺＹ平面図である。 上記測距装置の機能ブロック図である。 上記測距装置の校正方法を示すフローチャートである。 本発明に係る測距装置の別の実施の形態における第２距離取得部と校正用ターゲットとの位置関係を示すＺＹ平面図である。 図９の第２距離取得部が受信する受光信号の例を示す模式図である。 図９の測距装置の校正方法を示すフローチャートである。 本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態の第２距離取得部を示す模式図である。 本発明に係る車両の実施の形態を示す正面図である。

以下、本発明に係る測距装置と車両と測距装置の校正方法と実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

●測距装置（１）●
まず、本発明に係る測距装置の実施の形態について説明する。

●測距装置の構成
本発明に係る測距装置の構成について説明する。

図１は、本発明に係る測距装置の実施の形態を示す模式図である。同図に示すように、測距装置１００は、カメラ１０Ａ，１０Ｂと、第１距離取得部５０と、第２距離取得部２０と、保持部材３０と、測距装置筐体４０とを有してなる。測距装置１００は、測定対象との距離が変化する物体に設置される。ここで、測距装置１００が設置される物体とは、車両、船舶、鉄道等の移動体、あるいはＦＡ（Factory Automation）用途の場合には建物などの固定物である。また、測定対象とは、他の移動体や人物や動物、あるいは測距装置１００が移動体に設置される場合には移動体の進行方向にある固定物である。

●画像測距部の構成
画像測距部は、複数のカメラ（撮像装置）１０Ａ，１０Ｂと、第１距離取得部５０と、を有してなる。画像測距部では、カメラ１０Ａ，１０Ｂにより撮像した測定対象の画像データ（撮像画像）に基づいて第１距離取得部５０が画像処理や距離測定処理などを行い、測定対象までの距離を取得（測距）する。

カメラ１０Ａ，１０Ｂは、撮像素子１１Ａ，１１Ｂと、撮像素子基板１２Ａ，１２Ｂと、カメラレンズ１３Ａ，１３Ｂと、カメラ筐体１４Ａ，１４Ｂと、をそれぞれ備える。

撮像素子１１Ａ，１１Ｂは、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサまたはＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサなどの、光電変換素子によるイメージセンサである。撮像素子１１Ａ，１１Ｂは、カメラレンズ１３Ａ，１３Ｂを通過した測定対象からの被写体光を受光して撮像する。

ここで、撮像素子１１Ａ，１１Ｂは、第２距離取得部２０の受光素子２４の受光面を挟んで反射波の光軸の両側に配置される。

撮像素子基板１２Ａ，１２Ｂは、撮像素子１１Ａ，１１Ｂを搭載する基板であり、撮像素子１１Ａ，１１Ｂの動作を制御する撮像素子制御回路が構成されている。

カメラレンズ１３Ａ，１３Ｂは、撮像レンズに対応する。カメラレンズ１３Ａ，１３Ｂは、測定対象からの被写体光を通過させ、被写体光の入射方向や入射角などの状態を制御して、撮像素子１１Ａ，１１Ｂに測定対象の像を結像させる。

カメラ筐体１４Ａ，１４Ｂは、撮像装置筐体であり、撮像素子１２Ａ，１２Ｂとカメラレンズ１３Ａ，１３Ｂとを含むカメラ１０Ａ，１０Ｂの構成要素を収容する。

第１距離取得部５０は、撮像装置筐体４０に搭載される基板に設けられる。第１距離取得部５０は、画像処理部５１と、視差演算部５２と、校正演算部５３と、距離演算部５４と、を有する。

画像処理部５１は、撮像素子１１Ａ，１１Ｂからの信号に応じて画像を生成する画像生成部の機能を有する。また、画像処理部５１は、予め求められるステレオカメラのパラメータをもとに、カメラ１０Ａ，１０Ｂそれぞれの撮像画像の歪みなどを補正する画像処理を行う。

視差演算部５２は、画像処理部５１で補正されたカメラ１０Ａ，１０Ｂの撮像画像をもとに、測定対象（校正用ターゲット）の視差ｄ_０を算出する。ここで、視差計算には、例えば周知のパターンマッチング手法を利用する。視差計算では、画像測距部と測定対象（校正用ターゲット）の距離が互いに異なる２以上の位置についての視差が算出される。

校正演算部５３は、測距装置１００から異なる２以上の位置にある校正用ターゲットまでの距離Ｚの情報を第２距離取得部２０から取得する。

校正演算部５３は、測定で得られた２組以上の視差ｄ_０および距離Ｚの関係から、式（６）によりＢｆ値およびΔｄを決定する。校正は、算出されたＢｆ値とΔｄをメモリ等に保持することで完了する。

距離演算部５４は、視差演算部５２からの視差ｄ_０と校正により求められたＢｆ値およびΔｄを入力して、後述の式（６）により、被写体までの距離Ｚを算出する。

●第２距離取得部の構成
第２距離取得部２０は、測定対象に電磁波を照射してから測定対象からの反射波を受信するまでの時間（Time of Flight：ＴＯＦ法）に基づいて測定対象との距離を測定する。

第２距離取得部２０は、光源２１と、光源基板２２と、投光レンズ２３と、受光素子２４と、受光素子基板２５と、受光レンズ２６と、第２距離取得部筐体２７と、第２距離取得部制御部６０と、を備える。

光源２１は、測定対象に向けて照射される光を出射する。ここで、光源２１は、例えばレーザダイオードにより構成される。つまり、光源２１は、電磁波である波長領域が８００ｎｍ〜９５０ｎｍの近赤外光を出射する。

光源基板２２は、光源２１を搭載し光源２１を駆動する基板である。光源基板２２は、車両（不図示）から供給された電圧を規定の電圧まで昇圧する駆動回路を有し、光源２１を発光させる発振信号を生成している。光源２１からは、発振信号により、変調光としてパルス幅が数ナノ秒から数１００ナノ秒程度の短パルス光が周期的に放出される。

また、光源基板２２は、第２距離取得部制御部６０から発光制御信号及び不図示の電源から電流を受けて光源２１に所定の変調電流を印加する。

投光レンズ２３は、光源２１から出射された光を透過させ、出射光の出射方向や出射角などの状態を制御する。投光レンズ２３は、光源２１から出射された光を平行光（ほぼ平行光も含む）にコリメートする。このため、第２距離取得部２０は、検出対象の微小領域に対しても距離測定を行うことができる。

受光素子２４は、光源２１から出射された光のうち、受光レンズ２６を通過して測定対象で反射された光（以下「反射光」という。）を受光して電気的信号に変換し、電気的信号を車両の制御装置（不図示）に送信する。ここで、反射光は、光源２１から出射された電磁波である近赤外光が測定対象で反射されたもの（反射波）である。また、受光素子２４は、シリコンＰＩＮ（P-Intrinsic-N）フォトダイオードや、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode）などの各種フォトダイオードを用いることができる。

受光素子基板２５は、受光素子２４を搭載する基板である。受光素子基板２５は、受光した信号を増幅させる受光信号増幅回路を有する。

受光信号増幅回路は、受光素子２４から出力される電気信号を増幅し、反射信号として第２距離取得部制御部６０に送出する。

受光レンズ２６は、反射光を通過させ、反射光の入射方向や入射角などの状態を制御する。

第２距離取得部筐体２７は、光源２１と受光素子２４とを含む第２距離取得部２０の構成要素を収容する。

第２距離取得部制御部６０は、測距装置筐体４０に搭載される基板に構成される。第２距離取得部制御部６０は、発光制御部６１と、時間計測部６２と、を有する。

発光制御部６１は、光源２１の発光制御を行う。

時間計測部６２は、駆動回路で信号を生成した時から開始された時間の計測を、反射光を変換した信号を生成した時に停止させて、出射された信号が受光されるまでの時間を計測する。

このように、第２距離取得部２０は、第２距離取得部筐体２７とは別の測距装置筐体４０に第２距離取得部制御部６０を搭載することにより、第２距離取得部筐体２７のサイズを小さくすることができる。このため、第２距離取得部２０は、第２距離取得部筐体２７を画像測距部の複数のカメラ１０Ａ，１０Ｂの間に設けることができる。

なお、第２距離取得部制御部６０は、第１距離取得部５０と共通の基板に構成してもよい。この場合には、第２距離取得部制御部６０の基板を第１距離取得部５０の基板と共通化することで、より低コストな測距装置を供給することができる。

以上説明した第２距離取得部２０では、光源２１の出射時刻と反射光の受光時刻との時間差から測定対象までの距離を計算することができる。

つまり、発光制御部６１により変調されて光源２１から出射された光は、投光レンズ２３を介して微小な広がり角を有する光ビームとなる。第２距離取得部２０から出射された光ビームは、保持部材３０の取付面に垂直な方向（Ｚ軸方向）に出射される。第２距離取得部２０から照射された光ビームは、測定対象に照射される。

測定対象に照射された光ビームは、測定対象の反射点において一様な方向に散乱して反射される反射光となる。反射光のうち、測定対象に照射された光ビームと同様の光路を経て反射する光成分のみが、光源２１とほぼ同軸に配置された受光レンズ２６を介して受光素子２４に入光する。受光素子２４に入光された反射光は、受光素子２４によって反射信号として検出される。

●保持部材の構成
保持部材３０は、カメラ１０Ａ，１０Ｂの少なくとも撮像素子１１Ａ，１１Ｂと、第２距離取得部２０の少なくとも光源２１または受光素子２４を保持する、共通の部材である。カメラ１０Ａ，１０Ｂと第２距離取得部２０とを保持することにより、保持部材３０は、光源２１からの光の出射方向（測定方向）において、カメラ１０Ａ，１０Ｂと第２距離取得部２０との測距原点の距離を固定（位置決め）することができる。ここで、測距原点の位置とは、カメラ１０Ａ，１０Ｂと第２距離取得部２０との距離取得の原点（基準点）となる位置である。カメラ１０Ａ，１０Ｂの測距原点は、例えば、撮像素子１１Ａ，１１Ｂの撮像面である。また、第２距離取得部２０の測距原点は、例えば、受光素子２４の受光面である。

保持部材３０に取り付けられる第２距離取得部筐体２７には、光源２１を搭載し光源２１を駆動する光源基板２２と、受光素子２４を搭載し受光素子２４が受信した信号を増幅する受光素子基板２５とが、備えられる。

ここで、保持部材３０に対する第２距離取得部２０の取り付け位置は、図１に示すカメラ１０Ａとカメラ１０Ｂとの間に配置することにより、測距装置１００の装置構成を小型化することができる。

なお、保持部材３０に対する第２距離取得部２０の取り付け位置は、上述のカメラ１０Ａとカメラ１０Ｂとの間に限定されない。

また、保持部材３０は、カメラ筐体１４Ａ，１４Ｂと第２距離取得部筐体２７とを介して、撮像素子１１Ａ，１１Ｂと受光素子２４とを保持するように構成することができる。

●ステレオカメラの測距原理と校正方法
次に、一般的なステレオカメラによる測距原理と校正方法について説明する。

図２と図３は、一般的なステレオカメラの測距原理と校正方法とを示す模式図である。図２，３では、ステレオカメラ１１０Ａ，Ｂにより校正用ターゲットＴを撮像した際の校正用測定対象（校正用ターゲットＴ）上の特徴点ｋとステレオカメラ１１０上の撮像素子１１１Ａ，１１１Ｂの特徴点ｊとの関係を示している。

なお、図２，３において、校正用ターゲットＴの面に沿って水平方向をＸ軸方向とし、校正用ターゲットＴの面に沿って垂直方向をＹ軸方向とする。

ここで、ステレオカメラ１１０の基線長をＢ_０、単眼カメラ１１０Ａ，１１０Ｂの焦点距離をｆ_０、ステレオカメラ１１０の光学中心１１５Ａ，１１５Ｂ（ステレオカメラ１１０の設置位置）と校正用ターゲットＴとの距離をＺとする。

この場合に、校正用ターゲットＴ上の特徴点ｋが（ａ，ｂ，０）の位置にあるとき、単眼カメラ１１０Ａにおける特徴点の理想位置（ｉ_０，ｊ_０）は、図２，３から、以下の式（１）と式（２）によって定まる。

（１）

（２）

また、単眼カメラ１１０Ｂにおける特徴点の理想位置（ｉ_０´，ｊ_０´）は、以下の式（３）と式（４）によって定まる。

（３）

（４）

そして、式（１）と式（３）より、距離Ｚは、

（５）
となる。

以上説明したように、単眼カメラ１１０Ａ，１１０Ｂの視差ｄ_０から、式(５)によりステレオカメラ１１０の設置位置から校正用ターゲットＴまでの距離Ｚを算出することができる。

ところで、単眼カメラ１１０Ａ，１１０Ｂでは、焦点距離や基線長の設計値と実測値との間で誤差が生じる。また、単眼カメラ１１０Ａ，１１０Ｂの撮像素子の理想位置からのずれなどの要因により、測定された視差には誤差が含まれる。そのため、これらの誤差を考慮すると、距離Ｚは、

（６）
となる。ここで、実際の基線長をＢ、実際の焦点距離をｆ、測定された視差をｄ_０、視差のオフセットをΔｄとする。

式(６)は、ステレオカメラ１１０で高精度に測距を行うためには、Ｂｆ値（Ｂとｆの積）とΔｄを事前に校正する必要があることを示している。

図４は、ステレオカメラ１１０の校正を行う構成を示す模式図である。同図に示すように、ステレオカメラ１１０の校正を行うには、単眼カメラ１１０Ａ，１１０Ｂの前方に特徴点ｋを有する校正用ターゲットＴを配置して、視差ｄ_０を測定する。ここで、単眼カメラ１１０Ａ，１１０Ｂと校正用ターゲットＴとの間の距離Ｚは既知である。

校正用ターゲットＴについて、Ｚ軸方向（測定方向）において設置位置を異ならせた２組以上の視差ｄ_０と距離Ｚを得ることにより、式（６）からＢｆ値とΔｄが決定される。

校正用ターゲットＴまでの距離を測定して行う校正方法では、ステレオカメラ１１０から校正用ターゲットＴまでの距離Ｚを正確に把握しておくことが、校正精度の向上に不可欠である。

つまり、上述の校正方法では、単眼カメラ１１０Ａ，１１０Ｂの測定方向後方に、レーザ測距計２００を配置する。次に、上述の校正方法では、単眼カメラ１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれと校正用ターゲットＴとの間の距離をレーザ測距計２００によって測定することで距離Ｚを取得する。そして、上述の校正方法では、取得した距離Ｚを用いてステレオカメラ１１０の校正を行う。

しかしながら、上述の校正方法では、レーザ測距計２００の位置をステレオカメラ１１０の設置位置に対して予め高精度に調整する必要がある。そのため、上述の校正方法では、例えば車両内部にステレオカメラ１１０を取り付けた場合のように、取り付け及び作業スペースが限られる場所においてこの方法を実施することは困難である。

●測距装置の校正方法
次に、測距装置１００の校正方法について説明する。

図５は、測距装置１００のカメラ１０Ａ，１０Ｂの測距原点と第２距離取得部２０の測距原点との位置関係を示すＺＸ平面図である。また、図６は、測距装置１００のカメラ１０Ａ，１０Ｂの測距原点と第２距離取得部２０の測距原点との位置関係を示すＺＹ平面図である。

先に説明したように、測距装置１００は、画像測距部のカメラ１０Ａ，１０Ｂと第２距離取得部２０とが共通の保持部材３０に取り付けられる。つまり、測距装置１００は、保持部材３０により、カメラ１０Ａ，１０Ｂと第２距離取得部２０とのＺ軸方向（測定方向）の相対的な位置が予め調整された上で固定されている。ここで、第１距離取得部５０の測距原点１５Ａ，１５Ｂと第２距離取得部２０の測距原点２８との差ΔＺは既知である。

したがって、図５，６に示すように、測距装置１００は、第２距離取得部２０による測定距離Ｌ１と既知の値ΔＺとから、画像測距部と校正用ターゲットＴとの間の距離Ｚ（＝Ｌ１−ΔＺ）を算出することができる。

ここで、測距装置１００では、基線長Ｂおよび視差のオフセットΔｄ以外は校正されているため、カメラ１０Ａ，１０Ｂの撮像領域内における校正用ターゲットＴ上の撮像位置を問わず、視差ｄ_０は一定となる。

つまり、測距装置１００の校正を行う場合に、校正用ターゲットＴは、カメラ１０Ａとカメラ１０Ｂとが同時に撮像することができる特徴点Ｔ１を１点以上有すればよい。

なお、画像測距部と校正用ターゲットＴとの間の距離Ｚを正確に測ることを考慮すると、第２距離取得部２０のレーザ光照射位置と校正用ターゲットＴとは、一致することが望ましい。

図７は、測距装置１００の機能ブロック図である。図８は、測距装置１００の校正方法を示すフローチャートである。

まず、測距装置１００の校正を行うにあたり、測距装置１００の測定方向前方に校正用ターゲットＴを設置する（Ｓ１０１）。

次に、第２距離取得部２０から照射される光ビームが校正用ターゲットＴの特徴点Ｔ１を照射するように、測距装置１００を所定の位置（例えば車室内の後方確認用ミラーとフロントガラスの間）に設置する（Ｓ１０２）。

第２距離取得部２０では、光源２１から校正用ターゲットＴに光ビームを照射した後、受光素子２４が校正用ターゲットＴからの反射波を受信する。第２距離取得部２０では、時間計測部６２が計測した光ビームを照射してから反射波を受信するまでの時間に基づいて、第２距離取得部２０の測距原点２８と校正用ターゲットＴとの間の距離Ｌ１を測定する（Ｓ１０３）。

距離演算部５４は、第２距離取得部２０による測定距離Ｌ１と既知の値ΔＺとから、画像測距部と校正用ターゲットＴとの間の距離Ｚを算出する（Ｓ１０４）。

画像測距部では、カメラ１０Ａとカメラ１０Ｂとを用いて校正用ターゲットＴの特徴点Ｔ１を撮像する（Ｓ１０５）。撮像された特徴点Ｔ１の画像は、画像処理部５１で画像処理されて補正後の画像データ（補正画像）が生成される。

視差演算部５２は、生成された補正画像から校正用ターゲットＴの視差ｄ_０を算出する（Ｓ１０６）。測距装置１００では、Ｓ１０３からＳ１０６の処理により、第１距離取得部５０の校正に必要なＺとｄ_０との関係を得ることができる。

測距装置１００では、校正演算部５３が視差ｄ_０と距離Ｚの関係に基づいてＢｆ値とΔｄを決定するために、視差ｄ_０と距離Ｚとの値を２組以上得る必要がある。そのため、測距装置１００では、Ｓ１０３からＳ１０６の処理を２回以上繰り返したか否かを確認する（Ｓ１０７）。

Ｓ１０３からＳ１０６の処理を２回以上繰り返していない場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）には、測距装置１００では、測距装置１００と校正用ターゲットＴとの間の距離Ｚが異なる２点以上について、Ｓ１０３からＳ１０６の処理を繰り返す。

Ｓ１０３からＳ１０６の処理を２回以上繰り返している場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）には、校正演算部５３は、２組以上の視差ｄ_０と距離Ｚとの関係に基づいてＢｆ値とΔｄを算出して（Ｓ１０８）、校正を終了する。

以上説明した測距装置１００は、保持部材３０によりカメラ１０Ａ，１０Ｂと第２距離取得部２０との測距原点の位置が固定されている。このため、測距装置１００によれば、車室内などの校正作業を行うスペースが制限された場所に設置した場合であっても、高精度に第１距離取得部５０の校正を行うことができる。

●測距装置（２）●
次に、本発明に係る測距装置の別の実施の形態について説明する。以下の説明では、先に説明した測距装置１００との相違点のみを説明する。

図９は、本発明に係る測距装置の別の実施の形態における第２距離取得部と校正用ターゲットとの位置関係を示すＺＹ平面図である。同図に示すように、本実施の形態における測距装置では、第２距離取得部１２０の構成が先に説明した測距装置１００の第２距離取得部２０と相違する。

すなわち、本実施の形態における測距装置では、第２距離取得部１２０が、不図示の光源から複数の光ビームとして第１光ビームＢ１と第２光ビームＢ２とを、Ｚ軸に対して異なる角度（第１光ビームＢ１と第２光ビームＢ２とのなす角θ２）で照射する。

ここで、上述のように出射方向の異なる複数の光ビームを生成する方法としては、例えば、第２距離取得部１２０の内部に複数の光ビームに対応して複数の光源を設ける方法が考えられる。

また、出射方向の異なる複数の光ビームを生成する他の方法としては、１つの光源から出射された光を平行光にコリメートした後に分岐させて各々の光ビームの出射角度を変化させる方法が考えられる。

さらに、出射方向の異なる複数の光ビームを生成する他の方法としては、ブレーズ回折板に平行なビームを通過させることで発生した０次回折光と１次回折光を使用する方法が考えられる。

なお、出射方向の異なる複数の光ビームを生成する方法は、上述の方法には限定されず、他の方法を採用することができる。

本実施の形態における測距装置では、第１距離取得部５０の校正方法を実行するにあたり、第１光ビームＢ１が照射される第１校正用ターゲットＴ１０と、第２光ビームＢ２が照射される第２校正用ターゲットＴ２０とを設置する。

ここで、第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０とは、第２距離取得部２０から測定方向（Ｚ軸方向）において異なる距離となる位置に配置される。

つまり、本実施の形態における測距装置では、出射方向が異なる複数の第１光ビームＢ１と第２光ビームＢ２により、設置距離の異なる第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０に対応した複数の領域に分割して測距範囲を検出して測距を行う。

そして、本実施の形態における測距装置では、第１校正用ターゲットＴ１０と第２距離取得部１２０の測距原点１２８との間の距離Ｌ_１と、第２校正用ターゲットＴ２０と第２距離取得部１２０の測距原点１２８との間の距離Ｌ_２と、を取得する。

また、本実施の形態における測距装置では、先に説明した第１距離取得部５０により、校正用ターゲットＴ１０の特徴点Ｔ１１と校正用ターゲットＴ２０の特徴点Ｔ２１との視差を取得する。

ここで、２方向への第１光ビームＢ１と第２光ビームＢ２とを２つの校正用ターゲットＴ１０，Ｔ２０に照射する場合に、第１光ビームＢ１の広がり角をΔθ１、第２光ビームＢ２の広がり角をΔθ２とする。また、保持部材３０に垂直な方向（Ｚ軸方向）に対する第１光ビームＢ１をθ１、保持部材３０に垂直な方向（Ｚ軸方向）に対する第２光ビームＢ２の照射角度をθ２とする。

ここで、広がり角Δθ１と広がり角Δθ２と照射角度θ１と照射角度θ２との関係は、以下の式（７）を満たすように設定する。

（７）

以上の式（７）を満たすことで、本実施の形態における測距装置では、複数の光ビームを分離することができる。

また、光源から照射角度θｋで照射された光ビームは、第２距離取得部２０により測定された第２距離取得部２０と校正用ターゲットとの間の距離Ｌ´と実際の第２距離取得部２０と校正用ターゲットとの間の距離Ｌとが、以下の式（８）の関係を満たす。

（８）

ここで、照射角度θ_ｋは既知の値であるため、式（８）によれば、第２距離取得部２０による距離Ｌ´の測定値から校正用ターゲットまでの距離を算出できる。

図１０は、図９の第２距離取得部１２０が受光する受光信号の例を示す模式図である。同図に示すように、レーザ光を照射する光源からは、パルス状の時間波形を持って光源印加電流iの光ビームが出射される。

また、光源印加電流ｉの光ビームが出射された時から起算してＴ_１後に受光素子により受光された第１校正用ターゲットＴ１０からの反射光による信号が反射信号ＲＢ１である。また、光源印加電流ｉの光ビームが出射された時から起算してＴ_２後に受光素子により受光された第２校正用ターゲットＴ２０からの反射光による信号が反射信号ＲＢ２である。

ここで、時間Ｔと距離Ｌ´とは、以下の式（９）の関係を満たす。

（９）

なお、ｃは光速（＝３×１０８ｍ／ｓ）である。

また、第２距離取得部２０が１個の光源を有し、光ビームを複数の光ビームに分割して出射する場合に、複数の光ビームそれぞれの発光タイミングは同一であるが、それぞれの光ビームが照射される校正用ターゲットまでの距離に応じた複数の反射信号を得る。

ここで、受光した反射信号のパルス幅をΔｔ、反射信号ＲＢ１の受信時間をＴ_１、反射信号ＲＢ２の受信時間をＴ_２とすると、以下の式（１０）の関係を満たすようにΔｔと第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０それぞれの位置を設定する。

（１０）

本実施の形態における測距装置では、式（１０）を満たすようにパルス幅Δｔと第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０それぞれの位置を設定することで、反射信号ＲＢ１と反射信号ＲＢ２とが互いに重なり合うことがない。つまり、本実施の形態における測距装置によれば、第１校正用ターゲットＴ１０までの距離Ｌ_１と第２校正用ターゲットＴ２０までの距離Ｌ_２とを正確に測定することができる。

以上の式（１０）を満たすための第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０との間隔は、例えばパルス幅Δｔを２０ナノ秒とする場合に、測定方向（Ｚ軸方向）に３ｍ以上離して設置すればよい。

図１１は、図９の第２距離取得部１２０を有する測距装置の校正方法を示すフローチャートである。

まず、本実施の形態における測距装置の測定方向前方に第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０とを設置する（Ｓ２０１）。

次に、第１光ビームＢ１が第１校正用ターゲットＴ１０の特徴点Ｔ１１を照射し、第２光ビームＢ２が第２校正用ターゲットＴ２０を照射するように、本実施の形態における測距装置を所定の位置に設置する（Ｓ２０２）。

第２距離取得部１２０では、光源から第１校正用ターゲットＴ１０に第１光ビームＢ１を照射し第２校正用ターゲットＴ２０に第２光ビームＢ２を照射する。その後、第２距離取得部１２０では、受光素子２４が第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０とから、それぞれ反射光を受光する。

第２距離取得部１２０では、時間計測部が計測した第１光ビームＢ１と第２光ビームＢ２とを照射してから反射光を受光するまでの時間に基づいて、距離Ｌ_１と距離Ｌ_２とを測定する（Ｓ２０３）。

距離演算部は、第１光ビームＢ１の照射角度θ１と距離Ｌ_１と既知の値ΔＺとから、画像測距部と第１校正用ターゲットＴ１との間の距離Ｚ１を算出する。また、距離演算部は、第２光ビームＢ２の照射角度θ２と距離Ｌ_２と既知の値ΔＺとから、画像測距部と第２校正用ターゲットＴ２との間の距離Ｚ２を算出する。（Ｓ２０４）。

画像測距部では、複数のカメラを用いて第１校正用ターゲットＴ１０の特徴点Ｔ１１と第２校正用ターゲットＴ２０の特徴点Ｔ２１とを撮像する（Ｓ２０５）。画像処理部では、撮像された特徴点Ｔ１１と特徴点Ｔ２１の画像から補正画像が生成される。

視差演算部５２は、生成された補正画像から第１校正用ターゲットＴ１０の視差ｄ_１と第２校正用ターゲットＴ２０の視差ｄ_２とを算出する（Ｓ２０６）。本実施の形態における測距装置では、Ｓ２０３からＳ２０６の処理により、画像測距部の校正に必要な２組の距離Ｚｋと視差ｄ_ｋの関係、すなわち、Ｚ１とｄ_１の関係とＺ２とｄ_２との関係とを得ることができる。

校正演算部は、２組の距離Ｚｋと視差ｄ_ｋの関係に基づいてＢｆ値とΔｄを算出して（Ｓ２０８）、校正を終了する。

以上説明した本実施の形態における測距装置によれば、校正用ターゲットの位置を変更することなく複数組の距離Ｚｋと視差ｄ_ｋの関係を得ることができるため、高精度な画像測距部の校正を簡便に実施することができる。

なお、一般に、第２距離取得部１２０から校正用ターゲットまでの距離が長くなるほど、受光素子により受光される反射信号の振幅は小さくなる。

そこで、複数の校正用ターゲットからの反射光の強度差を以下の方法により減少させることが考えられる。ここで、第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０との反射率をそれぞれ異ならせる方法としては、例えば第２校正用ターゲットＴ２０に細かなガラスビーズやコーナーリフレクタを用いて反射率を高めることが考えられる。

すなわち、複数の校正用ターゲットからの反射光の強度差を減少させる方法として、例えば第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０との反射率をそれぞれ異ならせることが考えられる。

また、複数の校正用ターゲットからの反射光の強度差を減少させる他の方法として、例えば第１光ビームＢ１と第２光ビームＢ２との投射強度を異ならせてもよい。

以上のように構成することによって、本実施の形態における測距装置では、第１校正用ターゲットＴ１０と第２校正用ターゲットＴ２０との反射光の強度差を減少させることができる。このため、本実施の形態における測距装置では、反射信号ＲＢ１，ＲＢ２の受光タイミングをより正確に取得できるため、距離Ｌ_１，Ｌ_２を高精度に測定することができる。

●測距装置（３）●
次に、本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態について説明する。以下の説明では、先に説明した測距装置１００との相違点のみを説明する。

図１２は、本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態の第２距離取得部を示す模式図である。同図に示すように、本実施の形態における測距装置では、第２距離取得部２２０の構成が先に説明した測距装置１００の第２距離取得部２０と相違する。

第２距離取得部２２０は、光源２２１Ａ，２２１Ｂと、光源基板２２２と、投光レンズ２２３Ａ，２２３Ｂと、受光素子２２４と、受光素子基板２２５と、受光レンズ２２６と、第２距離取得部筐体２２７とを備える。また、第２距離取得部２２０は、ダイクロイックミラー２２８と、ダイクロイックプリズム２２９とを備える。

ここで、光源２２１Ｂと投光レンズ２２３Ｂとダイクロイックミラー２２８とダイクロイックプリズム２２９とは、可視光照射部を構成する。

第２距離取得部２２０は、レーザ光による測距を行うための近赤外領域の光ビーム（以下「近赤外光ビーム」という。）を出射する光源２２１Ａに加えて、可視領域の光ビーム（以下「可視光ビーム」という。）を出射する光源２２１Ｂを備える。

通常、レーザ光による測距には、近赤外光が用いられる。つまり、レーザ測距に用いる光源２２１Ａから出射される近赤外光ビームでは、校正用ターゲットの特徴点を照射していることを目視で確認することは困難である。そのため、光源２２１Ａから出射される近赤外光ビームが校正用ターゲットの特徴点を照射していることを確認する場合には、例えば専用の撮像カメラ等を用いて照射領域を観察しつつ、校正用ターゲットの位置を調整する必要がある。

そこで、本実施の形態における測距装置では、近赤外光ビームを出射する光源２２１Ａに加えて、可視光ビームを出射する光源２２１Ｂを追加する。

また、第２距離取得部２２０は、光源２２１Ａからの出射光が通過し、出射光の出射方向や出射角などの状態を制御する投光レンズ２２３Ａに加えて、光源２２１Ｂからの出射光が通過し、出射光の出射方向や出射角などの状態を制御する投光レンズ２２３Ｂを備える。

投光レンズ２２３Ａ，２２３Ｂは、光源２２１Ａ，２２１Ｂから出射された光ビームを平行光にコリメートする。

ダイクロイックミラー２２８とダイクロイックプリズム２２９とは、近赤外光ビームと可視光ビームとが、同軸で出射されるように光ビームを合成する光結合素子である。

なお、本実施の形態における測距装置では、光結合素子として偏光ビームスプリッタを用いることができる。偏光ビームスプリッタを用いて光ビームを合成する場合には、光源２２１Ａから出射される近赤外光ビームと光源２２１Ｂから出射される可視光ビームとの偏光方向を互いに９０°異ならせて出射して、ビーム合成を行う。

また、光源２２１Ｂから出射される可視光ビームは、校正用ターゲットを設置する際にのみ出射されていればよいが、例えば校正用ターゲットの設置位置のずれを校正作業中に確認する目的などのために、校正作業中に点灯させてもよい。

ここで、可視光ビームを出射する光源２２１Ｂの出力は、目視で照射領域が観察できる程度（１ｍＷ程度）である。つまり、光源２２１Ｂの出力は、光源２２１Ａの近赤外光ビームの出力ピーク強度（数Ｗ〜数１０Ｗ）と比べて非常に小さいため、光測距に影響を与えることはない。

以上説明した本実施の形態における測距装置では、目視によってレーザ照射位置を容易に把握することができるため、校正作業をより簡便に実施することができる。

●車両●
次に、本発明に係る車両の実施の形態について説明する。

図１３は、本発明に係る車両の実施の形態を示す正面図である。同図に示すように、車両５００は、フロントガラス５１０の内側（車室側）上部のインナーリアビューミラー５２０付近に本発明に係る測距装置１００を備える。

なお、測距装置１００の取付位置は、上述の位置に限定されず、車両５００の進行方向前方の車両外の状況を検知することができる位置であればよい。

ここで、図１３において車両５００の幅方向（紙面左右方向）を車幅方向、紙面を貫く方向を車両進行方向とする。

車両５００は、動力制御、ブレーキ制御、操舵力制御、ディスプレイ（不図示）の表示制御など、車両５００の各種機構の制御を行う不図示の車両制御装置を備える。車両制御装置は、測距装置１００が検知した検知対象に関する情報（検知対象の存否、検知対象までの距離や方向、検知対象の大きさなど）に基づいて、車両５００の走行を支援して安全性能を向上させるアクティブセーフティを実現する各種動作を実行する。

すなわち、測距装置１００は、光ビームを出射して検知対象に照射し、検知対象から光ビームの反射光を受光し、出射から受光までの時間を計測することで、検知対象までの距離を算出する。

車両５００の車両制御装置は、検知対象までの距離に基づいて、所定の距離範囲内であれば車両５００の速度を低下させる、あるいは車両５００を停止させる、音声や画像を用いて運転者に注意喚起するなどのアクティブセーフティを実現する制御を行う。

また、測距装置１００は、車両５００の進行方向前方の状況を撮像する。車両５００の車両制御装置では、撮像した画像から検知対象を検知する画像認識を行う。つまり、車両制御装置では、検知対象が車両であるか人であるかなどの属性を認識することで、アクティブセーフティを実現する各種動作の精度を向上させている。

また、車両制御装置は、測距装置１００が撮像した画像から、道路上の白線の位置や、路面の端部を検知し、車両５００の車線逸脱防止制御などを行う。

以上説明した車両５００によれば、測距装置１００の保持部材により複数のカメラと第２距離取得部が一体化されているため、車室内などの校正作業を行うスペースが制限された場所に設置した場合であっても、高精度に画像測距部の校正を行うことができる。

１ ：画像測距部
１０ ：カメラ
１１ ：撮像素子
１２ ：撮像素子基板
１３ ：カメラレンズ
１４ ：カメラ筐体
１５ ：測距原点
２０ ：第２距離取得部
２１ ：光源
２２ ：光源基板
２３ ：投光レンズ
２４ ：受光素子
２５ ：受光素子基板
２６ ：受光レンズ
２７ ：第２距離取得部筐体
２８ ：測距原点
３０ ：保持部材
４０ ：測距装置筐体
５０ ：第１距離取得部
５１ ：画像処理部
５２ ：視差演算部
５３ ：校正演算部
５４ ：距離演算部
６０ ：第２距離取得部筐体
６１ ：発光制御部
６２ ：時間計測部
１００ ：測距装置
１１０ ：ステレオカメラ
１１１ ：撮像素子
１１５ ：光学中心
１２０ ：第２距離取得部
１２８ ：測距原点
２００ ：レーザ測距計
２２０ ：第２距離取得部
２２１ ：光源
２２２ ：光源基板
２２３ ：投光レンズ
２２４ ：受光素子
２２５ ：受光素子基板
２２６ ：受光レンズ
２２７ ：第２距離取得部筐体
２２８ ：ダイクロイックミラー
２２９ ：ダイクロイックプリズム
５００ ：車両
５１０ ：フロントガラス
５２０ ：インナービューミラー

特開２０１２−１６７９４４号公報 国際公開第ＷＯ２００９／１１９２２９号

Claims (14)

1. 測定対象との距離が変化する物体に設置される測距装置であり、
   複数の撮像装置と、
   前記複数の撮像装置のそれぞれが撮像した画像データに基づいて前記測定対象までの第１距離を取得する第１距離取得部と、
   前記測定対象に照射された電磁波の反射波に基づいて前記測定対象までの第２距離を取得する第２距離取得部と、
   前記撮像装置と第２距離取得部とを保持する保持部材と、
   を有する、
   ことを特徴とする測距装置。
2. 前記保持部材は、前記第１距離取得部と前記第２距離取得部とのそれぞれの測距原点の測定方向における位置を固定する、
   請求項１記載の測距装置。
3. 前記保持部材は、前記第１距離取得部の測距原点の測定方向における位置と前記第２距離取得部の測距原点の測定方向の位置との間の距離を固定する、
   請求項２記載の測距装置。
4. 測定対象との距離が変化する物体に設置される測距装置であり、
   複数の撮像装置と、
   前記複数の撮像装置のそれぞれが撮像した画像データに基づいて前記測定対象までの第１距離を取得する第１距離取得部と、
   前記測定対象に照射された電磁波の反射波に基づいて前記測定対象までの第２距離を取得する第２距離取得部と、
   前記撮像装置の測距原点の測定方向における位置と前記第２距離取得部の測距原点の測定方向の位置との間の距離を特定する、
   ことを特徴とする測距装置。
5. 前記第１距離を、前記第２距離に基づいて校正する校正演算部、
   を備えた、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の測距装置。
6. 前記第１距離を、前記第１距離と、前記第２距離と、前記第１距離取得部の測距原点と前記第２距離取得部の測距原点との間の距離と、に基づいて校正する校正演算部、
   を備えた、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の測距装置。
7. 前記第１距離取得部は、前記画像データを補正して補正画像データを生成する画像処理部と、
   前記補正画像データに基づいて前記測定対象の視差値を算出する視差演算部と、
   前記視差値に基づいて前記測定対象までの距離を算出する距離演算部と、
   を備える、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の測距装置。
8. 前記第２距離取得部は、
   前記光源を駆動する駆動回路と、
   前記光源からの光を透過させる投光レンズと、
   を備える、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の測距装置。
9. 前記第２距離取得部は、前記第２距離を取得する領域を複数の領域に分割して前記第２距離を取得する、
   請求項１乃至８のいずれかに記載の測距装置。
10. 前記第２距離取得部は、前記複数の領域に分割される前記第２距離を取得する領域を照射する電磁波の強度を互いに異ならせる、
    請求項９記載の測距装置。
11. 前記第２距離取得部から照射された前記電磁波の出射方向と同軸となる可視光を照射する可視光照射部を有する、
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の測距装置。
12. 車両の進行方向前方の車両外の測定対象までの距離を測距する測距装置を有してなり、
    前記測距装置は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の測距装置である、
    ことを特徴とする車両。
13. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の測距装置を用いて測定対象までの距離を校正する方法であって、
    前記第１距離取得部が、前記測距装置からの距離が互いに異なる複数の校正用測定対象それぞれまでの第１距離を測定するステップと、
    前記第２距離取得部が、前記測距装置からの距離が互いに異なる複数の校正用測定対象それぞれまでの第２距離を測定するステップと、
    前記第１距離を、前記第２距離に基づいて校正するステップと、
    を実行する
    測距装置の校正方法。
14. 前記複数の校正用測定対象は、それぞれの反射率が異なる、
    請求項１３記載の測距装置の校正方法。

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