JP2020067385A - 演算処理装置、測距装置及び演算処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】適切なノイズリダクションを行うことにより、最尤値となる測距データを得ることを目的とする。【解決手段】本技術に係る演算処理装置は、第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と受光により測定対象物までの第1距離を算出する処理と、前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部を備えたものとした。【選択図】図5
Description
本技術は、照射光の発光と照射光が測定対象物に反射した反射光の受光により、測定対象物までの測距を行う演算処理装置、測距装置及び演算処理方法についての技術分野に関する。
距離を測定する方法の一つとして、ToF(Time of Flight)と呼ばれるものがある。ToFは、強度変化が正弦波となるように周期的に強度を変えた照射光を測定対象物に照射し、その反射光を受光することによって、測定対象物までの距離を測定する。具体的には、照射光と照射光に同期させながら受光した反射光の位相差を測定することにより、測定対象物までの距離の測定を行う。
反射光を受光する受光センサは、2次元アレイ状に配置された画素より成る。各画素は、受光素子を有し、光を取り込むことができる。また、各画素は、照射光の発光に同期しながら受光することにより、受光された正弦波の位相及び振幅を取得することができる。なお、位相の基準は照射光の正弦波とされる。
各画素で取得した位相は、発光部から発光された照射光が測定対象物に反射されて受光センサに入力されるまでの時間に応じたものとなる。従って、位相を2πf(π:円周率、f:強度変調に用いた正弦波の周波数)で除算し、光速(c:約30万km/s)を乗算した値を2で除算する(往復距離を片道距離にするため)ことで、その画素に撮像される対象物までの距離が算出される。
上記の手法により取得した測距データは、ノイズを含んだものとされる。従って、ノイズリダクションを行うことにより、正確な測距データへと補正することが可能である。例えば、特許文献1には、ノイズリダクションの一例として、平均処理やメディアンフィルタ処理を用いた技術について開示されている。
ところが、平均処理やメディアンフィルタ処理を用いたノイズリダクションでは、近傍画素における距離データが同じである場合にはノイズリダクションの効果を得ることができるが、そうでない場合においてはノイズリダクションの効果を得ることができない。
そこで、適切なノイズリダクションを行うことにより、最尤値となる測距データを得ることを目的とする。
そこで、適切なノイズリダクションを行うことにより、最尤値となる測距データを得ることを目的とする。
本技術に係る演算処理装置は、第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と受光により測定対象物までの第1距離を算出する処理と、前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部を備えたものである。
周波数が異なる二つの変調信号により変調された2種類の光によって測定された距離は、一方が距離分解能の優れた情報とされ、他方が測距レンジの優れた情報とされる。
周波数が異なる二つの変調信号により変調された2種類の光によって測定された距離は、一方が距離分解能の優れた情報とされ、他方が測距レンジの優れた情報とされる。
上記した本技術に係る演算処理装置にあっては、前記第1補正データは、前記第1照射光の強度変化が前記第1周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる測定距離の誤差を補正するためのデータとされてもよい。
第1距離は、第1照射光の強度変化が正確な正弦波でないことによる誤差を含んだものとされる。
第1距離は、第1照射光の強度変化が正確な正弦波でないことによる誤差を含んだものとされる。
上記した本技術に係る演算処理装置にあっては、前記第1周波数は前記第2周波数よりも高周波数とされてもよい。
第1変調信号によって強度変調された光(第1照射光)と第2変調信号によって強度変調された光(第2照射光)は、正確な正弦波に対する誤差を補正可能な第1照射光を用いた測距結果の方が正確な距離を測るためには好適である。また、第2照射光は第1照射光よりも低周波数とされていることから、測距レンジが優れている。
第1変調信号によって強度変調された光(第1照射光)と第2変調信号によって強度変調された光(第2照射光)は、正確な正弦波に対する誤差を補正可能な第1照射光を用いた測距結果の方が正確な距離を測るためには好適である。また、第2照射光は第1照射光よりも低周波数とされていることから、測距レンジが優れている。
上記した本技術に係る演算処理装置にあっては、前記第3距離はノイズによる誤差を含むものとされ、前記第2照射光の強度変化が前記第2周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる前記第2距離の誤差を補正するための第2補正データを取得する処理と、前記第2補正データを用いて前記第2距離を補正した補正済み第2距離を定義する処理と、前記補正済み第1距離と前記第3距離の差分を第1差分として定義する処理と、前記補正済み第2距離と前記第3距離の差分を第2差分として定義する処理と、前記第1差分と前記第2差分が小さくなるように前記ノイズによる誤差を算出する処理と、を備えていてもよい。
第3距離は、第1補正データによって補正可能な誤差、即ち、第1照射光の強度変化が正確な正弦波でないことによる誤差だけでなく、測距の際に受光部に自然光などのノイズ成分が入り込むことによる誤差(ノイズによる誤差)を含んでいる。ノイズによる誤差を考慮して適切な測距結果を得るために、第2照射光の強度変化が正弦波に対する誤差を含むことによる第2距離の誤差を補正するための第2補正データを算出し、更に、補正済みの第1距離と補正済みの第2距離のそれぞれについての第3距離との差分から、ノイズによる誤差が適切に算出される。
第3距離は、第1補正データによって補正可能な誤差、即ち、第1照射光の強度変化が正確な正弦波でないことによる誤差だけでなく、測距の際に受光部に自然光などのノイズ成分が入り込むことによる誤差(ノイズによる誤差)を含んでいる。ノイズによる誤差を考慮して適切な測距結果を得るために、第2照射光の強度変化が正弦波に対する誤差を含むことによる第2距離の誤差を補正するための第2補正データを算出し、更に、補正済みの第1距離と補正済みの第2距離のそれぞれについての第3距離との差分から、ノイズによる誤差が適切に算出される。
上記した本技術に係る演算処理装置にあっては、前記第2補正データは、2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数によって定義されてもよい。
第2補正データを2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数で表現することで、事前に測定せずに済む。
第2補正データを2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数で表現することで、事前に測定せずに済む。
上記した本技術に係る演算処理装置にあっては、注目画素に対する時空間上の近傍画素について前記第2差分が小さくなるように前記第3距離の誤差を算出してもよい。
測距の対象とされた画素(即ち注目画素)について第3距離の誤差を補正するために、注目画素についての第1差分及び第2差分だけでなく、注目画素の時空間上の近傍画素についての第1差分及び第2差分の値も小さくなるように、近似式の各係数を算出する。
測距の対象とされた画素(即ち注目画素)について第3距離の誤差を補正するために、注目画素についての第1差分及び第2差分だけでなく、注目画素の時空間上の近傍画素についての第1差分及び第2差分の値も小さくなるように、近似式の各係数を算出する。
上記した本技術に係る演算処理装置にあっては、前記近傍画素は、注目画素についての前記補正前の第2距離と近傍画素についての前記補正前の第2距離の差分が所定閾値以下であることを条件に抽出された画素であってもよい。
これによって、注目画素の近傍画素であっても、補正前の第3距離が所定閾値以上乖離している近傍画素については、第3距離の誤差の算出(即ち第3距離を補正するための補正値の算出)に用いられない。
これによって、注目画素の近傍画素であっても、補正前の第3距離が所定閾値以上乖離している近傍画素については、第3距離の誤差の算出(即ち第3距離を補正するための補正値の算出)に用いられない。
本技術に係る測距装置は、第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光が可能とされた発光部と、前記発光部から発光された光が測定対象物に反射した反射光を受光する受光部と、前記第1照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第1距離を算出する処理と、前記第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部と、を備えたものである。
異なる周波数で強度変調された照射光が発光可能とされ、また測定対象物に反射したそれぞれの反射光を受光可能とされることにより、距離分解能及び測距レンジの異なる二つの測距データを取得可能とされる。この二つの測距データから測定距離としての第3距離を算出することが可能とされる。
異なる周波数で強度変調された照射光が発光可能とされ、また測定対象物に反射したそれぞれの反射光を受光可能とされることにより、距離分解能及び測距レンジの異なる二つの測距データを取得可能とされる。この二つの測距データから測定距離としての第3距離を算出することが可能とされる。
上記した本技術に係る測距装置にあっては、前記第1補正データが記憶された記憶部を備えていてもよい。
記憶部に第1補正データが記憶されることにより、第1距離の補正処理において、外部との通信を行わずに済む。
記憶部に第1補正データが記憶されることにより、第1距離の補正処理において、外部との通信を行わずに済む。
本技術に係る演算処理方法は、第1周波数の第1変調信号によって強度変調された光の発光と受光により測距装置と測定対象物の第1距離を算出し、前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された光の発光と受光により前記測距装置と前記測定対象物の第2距離を算出し、取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出し、前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定するものである。
周波数が異なる二つの変調信号により変調された2種類の光によって測定された距離は、一方が距離分解能の優れた情報とされ、他方が測距レンジの優れた情報とされる。
周波数が異なる二つの変調信号により変調された2種類の光によって測定された距離は、一方が距離分解能の優れた情報とされ、他方が測距レンジの優れた情報とされる。
以下、実施の形態を次の順序で説明する。
<1.測距装置の構成>
<2.照射光と反射光について>
<3.実施の形態>
<3−1.補正値の事前測定について>
<3−2.測距データの補正>
<3−3.処理フロー>
<4.まとめ>
<1.測距装置の構成>
<2.照射光と反射光について>
<3.実施の形態>
<3−1.補正値の事前測定について>
<3−2.測距データの補正>
<3−3.処理フロー>
<4.まとめ>
<1.測距装置の構成>
測距装置1の構成について説明する。なお、ここで説明する測距装置1は本技術を実施可能な実施の形態のあくまで一例である。
測距装置1は、制御部1a、発光部1b、受光部1c、振幅検出部1d、位相差検出部1e、演算処理部1f、記憶部1g、出力部1hを備えている。
測距装置1の構成について説明する。なお、ここで説明する測距装置1は本技術を実施可能な実施の形態のあくまで一例である。
測距装置1は、制御部1a、発光部1b、受光部1c、振幅検出部1d、位相差検出部1e、演算処理部1f、記憶部1g、出力部1hを備えている。
制御部1aは、制御信号を発生させることにより発光部1b、受光部1c、振幅検出部1d、位相差検出部1e、演算処理部1f、記憶部1g、出力部1hの各部を制御可能とされている。
発光部1bは、制御部1aによって供給される所定の周波数の駆動信号に基づいて、強度変化が正弦波となるように強度変調された照射光を発光する。即ち、照射光の光強度の経時変化をグラフで表すと正弦波となる。以降の説明においては、強度変化が10MHzの正弦波となるよう変調させた光を「10MHzの光」などと記載する。
なお、本実施の形態においては、発光部1bは、2種類の周波数の照射光を発光可能とされている。例えば、10MHzの光と40MHzの光である。周波数の異なる2種類の照射光は、例えば、時分割で発光される。
受光部1cは、発光部1bから発光された照射光が測定対象物100に反射して戻ってくる反射光の受光を行う。受光部1cは、例えば、受光素子が2次元アレイ状に配置された受光センサ(イメージセンサ)を有している。
受光部1cによる反射光の受光は、発光部1bによる照射光の発光周期と同期して行われる。
受光部1cは、照射光の強度変化数万回分(数万周期分)に亘る反射光の蓄積を行い、蓄積された受光量に比例するデータを出力する。これは、照射光の一周期分についての反射光の受光量はごく微量であるため、有意なデータが取得できない可能性があるためである。即ち、数万周期分についての反射光を蓄積することにより、十分な受光量を得ることができ、有意な情報を取得することが可能となる。
なお、受光部1cは、反射光を効率よく受光するために集光レンズを備えていてもよい。
振幅検出部1dは、受光部1cで受光した受光量から反射光の振幅を画素ごとに算出する。算出された振幅の情報は、後述する演算処理部1fの処理で利用される。
位相差検出部1eは、照射光の発光に同期して受光した反射光が照射光に対してどの程度ずれているかを示す位相差を画素ごとに算出する。位相差は、測定対象物100までの距離(以降、単に「距離」ともいう)に比例するため、位相差を用いて測定対象物100までの距離を算出することができる。具体的には後述する。
演算処理部1fは、振幅検出部1dで検出した画素ごとの振幅情報と、位相差検出部1eで検出した画素ごとの位相差情報と、補正データなどを用いて、測定対象物100までの距離を画素ごとに算出する。距離を算出するための演算についての詳細は後述する。
記憶部1gは、演算処理部1fで距離を算出する際に用いる補正データや補正式等が記憶されている。
出力部1hは、演算処理部1fで画素ごとに算出した測定対象物100までの距離情報を距離画像として出力する処理を行う。
<2.照射光と反射光について>
図2を参照して、照射光と反射光の関係について説明する。
図2Aは、発光部1bから発光される10MHzの照射光の強度の時間変化を表した図である。図2Bは、10MHzの反射光を受光部1cで受光した際の光強度の時間変化を表した図である。
図2を参照して、照射光と反射光の関係について説明する。
図2Aは、発光部1bから発光される10MHzの照射光の強度の時間変化を表した図である。図2Bは、10MHzの反射光を受光部1cで受光した際の光強度の時間変化を表した図である。
10MHzの照射光(図2A)と10MHzの反射光(図2B)の位相差を位相差θLとすると、位相差θLは、測距装置1と測定対象物100を光が往復する時間に応じたものとされる。なお、図2Bに示す反射光の振幅が著しく小さいものである場合は、反射光の位相差θLの検出が困難となり、誤差を多分に含んだものとなる。
図2Cは、発光部1bから発光される40MHzの照射光の強度の時間変化を表した図である。図2Dは、40MHzの反射光を受光部1cで受光した際の光強度の時間変化を表した図である。
40MHzの照射光(図2C)と40MHzの反射光(図2D)の位相差を位相差θHとすると、位相差θHは、測距装置1と測定対象物100を光が往復する時間に応じたものとされる。なお、図2Dに示す反射光の振幅が著しく小さい場合は、反射光の位相差θHの検出が困難となり、誤差を多分に含んだものとなる。
位相差検出部1eで検出可能な位相差の分解能は有限である。測定対象物100までの距離は、位相差θLや位相差θHを2πf(f:照射光の周波数)で除算し、光速cを乗算したものを更に2で除算することにより算出可能である。従って、距離の分解能は、fの値が大きいほど高いものとなる。即ち、10MHzよりも40MHzの照射光を用いた方が、距離の分解能は高いものとなる。具体的には、周波数fが4倍になれば、距離分解能も比例して4倍となる。
次に、距離の不定性について、図3を参照して説明する。
図3Aは、発光部1bから発光される所定の周波数の照射光の強度の時間変化を表した図である。図3Bは、照射光が測定対象物に反射した反射光を受光部1cで受光した際の光強度の時間変化を表した図である。
図3Aと図3Bの位相差θは、測距装置1と測定対象物100の距離に比例する。測距装置1と測定対象物100の距離を離していくと、いつしか位相差が(θ+2π)に達する(図3C)。同様に、位相差が(θ+4π)となる測距装置1と測定対象物100の距離も存在する(図3D)。
図3Aは、発光部1bから発光される所定の周波数の照射光の強度の時間変化を表した図である。図3Bは、照射光が測定対象物に反射した反射光を受光部1cで受光した際の光強度の時間変化を表した図である。
図3Aと図3Bの位相差θは、測距装置1と測定対象物100の距離に比例する。測距装置1と測定対象物100の距離を離していくと、いつしか位相差が(θ+2π)に達する(図3C)。同様に、位相差が(θ+4π)となる測距装置1と測定対象物100の距離も存在する(図3D)。
測距装置1の位相差検出部1eでは、照射光と反射光の位相差を0〜2πの範囲で検出するため、位相差θと位相差(θ+2π)と位相差(θ+4π)を区別することができない。即ち、測距距離の不定性が生じてしまう虞がある。従って、測距装置1における測距レンジは、位相差が2π未満となる距離となる。
距離は、前述のように、c×位相差θ/4πfで算出できるため、周波数fが小さいほど測距レンジが長くなる。即ち、周波数fが10MHzの場合と40MHzの場合を比較した場合、10MHzの測距レンジは40MHzの場合よりも4倍長くなる。
距離分解能と測距レンジについてまとめたものが図4である。
図4に示すように、周波数fが低いほど、測距レンジは長くなるが距離分解能は低くなる。また、周波数fが高いほど、距離分解能は高くなるが測距レンジは短くなる。
即ち、周波数fを低くすれば距離分解能が低くなる欠点が生じ、周波数fを高くすれば距離レンジが短くなる欠点が生ずる。
図4に示すように、周波数fが低いほど、測距レンジは長くなるが距離分解能は低くなる。また、周波数fが高いほど、距離分解能は高くなるが測距レンジは短くなる。
即ち、周波数fを低くすれば距離分解能が低くなる欠点が生じ、周波数fを高くすれば距離レンジが短くなる欠点が生ずる。
<3.実施の形態>
本技術では、上記のような欠点を克服するために、二つの周波数を用いて測距を行う。本技術で用いる測距方法について説明する。
本技術では、上記のような欠点を克服するために、二つの周波数を用いて測距を行う。本技術で用いる測距方法について説明する。
<3−1.補正値の事前測定について>
上述した説明においては、所定の周波数fで強度変調を行うことにより、照射光の光強度の時間変化が理想的な正弦波となることを前提としている。しかし、実際には、照射光の光強度の時間変化は理想的な正弦波とならず、少なからず誤差を含んだものとなる。そこで、本実施の形態では、強度変化が正確な正弦波ではないことにより生じる測距結果の誤差の補正を行う。以降の説明においては、誤差の補正を行う前の測距結果を「補正前の距離」と記載し、誤差の補正を行った結果算出された測距結果を「補正後の距離」と記載する。また、測距装置1と測定対象物100の実際の距離を「真の距離」と記載する。
上述した説明においては、所定の周波数fで強度変調を行うことにより、照射光の光強度の時間変化が理想的な正弦波となることを前提としている。しかし、実際には、照射光の光強度の時間変化は理想的な正弦波とならず、少なからず誤差を含んだものとなる。そこで、本実施の形態では、強度変化が正確な正弦波ではないことにより生じる測距結果の誤差の補正を行う。以降の説明においては、誤差の補正を行う前の測距結果を「補正前の距離」と記載し、誤差の補正を行った結果算出された測距結果を「補正後の距離」と記載する。また、測距装置1と測定対象物100の実際の距離を「真の距離」と記載する。
補正前の距離を補正後の距離に変換するための補正量は、例えば、測距装置1の出荷前の製造工程で測定される。具体的には、測距装置1と測定対象物100の距離を少しずつ変えながら、補正前の距離と真の距離との対応関係を算出する。
測定結果により算出された補正量は、測距装置1の記憶部1gに記憶される。なお、補正量の情報は、通信ネットワークを介して他の情報処理装置から取得可能に構成されていてもよい。
測距装置1を用いて距離を測定する場合には、補正前の距離と記憶部1gから取得した補正値を用いて補正後の距離を算出する。
測定結果により算出された補正量は、測距装置1の記憶部1gに記憶される。なお、補正量の情報は、通信ネットワークを介して他の情報処理装置から取得可能に構成されていてもよい。
測距装置1を用いて距離を測定する場合には、補正前の距離と記憶部1gから取得した補正値を用いて補正後の距離を算出する。
記憶部1gに記憶される補正値は、補正前の距離と補正量の関係を表した関数であってもよいし、補正前の距離と補正量の関係を表した対応表であってもよい。いくつかの代表的な補正前の距離と補正量の関係を表した対応表を記憶部1gに記憶する場合、記憶されていない補正前の距離についての補正量については、線形補間などによって求めるように構成されていてもよい。
出荷前の製造工程における補正量の算出には時間が掛かるため、製造コストの増大に繋がってしまう虞がある。特に、本技術のように、二つの周波数を用いる場合において、それぞれの補正量を算出すると、製造コストが嵩んでしまう。
そこで、本実施の形態においては、使用する二つの周波数(例えば10MHzと40MHz)のうち、一方についてのみ補正量の算出を行う。
従って、製造工程における補正量の算出を行わなかった周波数を用いて測距を行った場合には、補正量が不明のため、誤差を含んだ補正前の距離の補正を行うことができない。
この点を解決するための方法について以降に述べる。
そこで、本実施の形態においては、使用する二つの周波数(例えば10MHzと40MHz)のうち、一方についてのみ補正量の算出を行う。
従って、製造工程における補正量の算出を行わなかった周波数を用いて測距を行った場合には、補正量が不明のため、誤差を含んだ補正前の距離の補正を行うことができない。
この点を解決するための方法について以降に述べる。
<3−2.測距データの補正>
先ず、説明をするにあたって、いくつかの定義づけを行う。
後述するいくつかの変数に用いられる添え字i及びjについて、式1のように定義する。
先ず、説明をするにあたって、いくつかの定義づけを行う。
後述するいくつかの変数に用いられる添え字i及びjについて、式1のように定義する。
即ち、添え字iやjは、それぞれ時空間上の位置を示す。また、添え字iは、着目している画素を示す際に用いることとする。以降の説明では、画素位置iや画素位置jとして記載する。
駆動信号に用いられる二つの周波数として、10MHzと40MHzを採用した場合について説明する。なお、fL=10MHz、fH=40MHzとする。なお、10MHzと40MHzを採用するのはあくまで一例であり、他の周波数を用いてもよく、また、一方が他方の整数倍である必要は無い。但し、fLとfHは少なくとも異なる周波数とする。
発光強度の時間変化が理想的な正弦波ではないことによる誤差を補正するためには、前述のように距離ごとの補正量が必要となる。ここでは、周波数fH(=40MHz)についての補正量は事前に算出されているが、周波数fL(=10MHz)についての補正量は事前に算出されていない例を挙げる。勿論、周波数fLの方の補正量を事前に算出するように構成してもよい。
これにより、周波数fLを用いて測距したデータは補正量が既知であるため、補正することができ、後述するランダムノイズ成分を考慮しなければ正しい測距を行うことができる。
周波数fHを用いて測距を行った場合の「補正前の距離」と「真の距離」との対応関係をEH(d)とする。dは、補正前の距離を示す。
周波数fHを用いて測距を行った場合の「補正前の距離」と「真の距離」との対応関係をEH(d)とする。dは、補正前の距離を示す。
一方、周波数fLを用いて測距を行った場合には、ランダムノイズ成分を無視したとしても誤差を含んだものとされる。誤差の最大値をeLとすると、誤差最大値eLは、式2を満たすものとする。
周波数fLを用いた測距データは、距離換算で誤差最大値eLの誤差を含みうる。換言すれば、誤差最大値eLが式2を満たすような環境で用いた場合に、後述する方法を用いることができる。
周波数fLを用いて測距した場合の画素位置jにおける位相差をθL(j)とすると、補正前の距離DL(j)は式3を用いて表すことができる。
補正前の距離DL(j)は、前述のように誤差最大値eLとされることから、式4を用いて表すことができる。
ここで、D(j)は、画素位置jにおいて計測される測定対象物100までの真の距離である。
一方、周波数fHを用いて測距した場合の画素位置jにおける位相差をθH(j)とすると、補正前の距離D’H(j,n)は式5を用いて表すことができる。
ここで、nは、0以上の整数を表しており、現時点では不明な値である。
式5を用いて算出されるD’H(j,n)は、照射光の光強度の時間変化は理想的な正弦波ではないことによる誤差を含んでいるため、補正値を用いた補正が必要である。補正値EH(d)は、既知であり、例えば記憶部1gに記憶されている。
これにより、補正後の距離DH(j,n)は、式6を用いて表すことができる。
式5を用いて算出されるD’H(j,n)は、照射光の光強度の時間変化は理想的な正弦波ではないことによる誤差を含んでいるため、補正値を用いた補正が必要である。補正値EH(d)は、既知であり、例えば記憶部1gに記憶されている。
これにより、補正後の距離DH(j,n)は、式6を用いて表すことができる。
EH(D’H(j,n))は、前述のように補正前の測距結果がD’H(j,n)であるときの補正値である。
式6で算出される補正後の距離DH(j,n)と真の距離D(j)の間には、後述するランダムノイズ成分を考慮しない場合には式7の関係が成立する。
式6で算出される補正後の距離DH(j,n)と真の距離D(j)の間には、後述するランダムノイズ成分を考慮しない場合には式7の関係が成立する。
式3、式4、式5、式6及び式7を用いることにより、未知数nを算出することが可能である。算出した未知数nをn0とすると、補正後の距離DH(j,n)は補正後の距離DH(j,n0)となる。この補正後の距離を用いてDH(j)を式8で定義する。
これにより、式9が成り立つ。
上記から理解されるように、未知数であったnが式3及び式4を用いることで確定する。式3及び式4は、周波数fLについての式であることから、周波数fHだけでなく周波数fLを用いた測距データを利用することにより、未知数nを確定させることができる。即ち、未知数nの不定性を解消することができる。
ここまでの説明では、ランダムノイズ成分が無いものとして各式を定義してきたが、実際の測距データにはランダムノイズ成分が含まれている。以降では、ランダムノイズ成分を考慮して測距データを補正する方法について説明する。
周波数fLを用いて測距を行った場合において、画素位置jにおけるランダムノイズ成分をRL(j)とする。また、周波数fLを用いて測距を行った場合の補正量をEL(d)とする。dは、補正前の距離を示す。従って、画素位置jにおける補正量はEL(DL(j))である。なお、EL(d)は、事前に補正値を計測していないため、未知の関数である。このとき、真の距離D(j)は式10を用いて表すことができる。
一方、周波数fHを用いて測距を行った場合において、画素位置jにおけるランダムノイズ成分をRH(j)とすると、真の距離D(j)は式11を用いて表すことができる。
なお、前述したように、DH(j)は補正後の距離を表す。
今着目している画素位置を着目画素位置iとする。未知の関数EL(d)を、DL(i)の周りでテイラー級数展開し、2次までの項で近似すると、式12が得られる。
今着目している画素位置を着目画素位置iとする。未知の関数EL(d)を、DL(i)の周りでテイラー級数展開し、2次までの項で近似すると、式12が得られる。
式12におけるE0,E1,E2はそれぞれ未知数である。
式10と式12より式13を得る。
式10と式12より式13を得る。
ここで、ランダムノイズ成分RL(j)の標準偏差は、周波数fLを用いて測距を行った場合における画素位置jの受光強度、即ち正弦波の振幅AL(j)と略等しい。これにより、式14が成立する。
なお、Nはガウシアン記号を表す。
ランダムノイズ成分RH(j)の標準偏差は、周波数fHを用いて測距を行った場合における画素位置jの受光強度、即ち正弦波の振幅AH(j)と略等しい。これにより、式15が成立する。
ランダムノイズ成分RH(j)の標準偏差は、周波数fHを用いて測距を行った場合における画素位置jの受光強度、即ち正弦波の振幅AH(j)と略等しい。これにより、式15が成立する。
誤差を二乗した値が最小値となるような未知数E0,E1,E2及びD(j)を求めることにより、注目画素位置iが測定している測定対象物100までの距離の最尤値D(i)を算出することができる。解くべき式を式16に示す。
式16において、着目画素位置iにおいて測定している距離を算出するための画素位置jとは、着目画素位置i、及び、着目画素位置iとは時空間上異なる画素位置である。
ここで、補正量を示す関数EL(d)は、式12に示すようにテイラー級数展開による2次近似を行っている。従って、この2次近似が成立する範囲内の画素位置のみを利用することが好ましい。即ち、画素位置jは何れの画素位置であってもよいわけではない。即ち、式16で加算すべき画素位置jは、式17を満たすもののみとする。
ここで、補正量を示す関数EL(d)は、式12に示すようにテイラー級数展開による2次近似を行っている。従って、この2次近似が成立する範囲内の画素位置のみを利用することが好ましい。即ち、画素位置jは何れの画素位置であってもよいわけではない。即ち、式16で加算すべき画素位置jは、式17を満たすもののみとする。
閾値Thは小さな値とされる。
また、時空間上の全ての画素位置について加算を行うと、計算量が膨大となってしまい、測距装置1の利便性が損なわれてしまう虞がある。そこで、着目画素位置iの近傍の画素位置のみを画素位置jとして加算を行うことが望ましい。即ち、式16において加算する画素位置jは、「着目画素位置i、及び、着目画素位置iの近傍の画素位置」であり、かつ、式17を満たすもののみとすることが望ましい。
また、時空間上の全ての画素位置について加算を行うと、計算量が膨大となってしまい、測距装置1の利便性が損なわれてしまう虞がある。そこで、着目画素位置iの近傍の画素位置のみを画素位置jとして加算を行うことが望ましい。即ち、式16において加算する画素位置jは、「着目画素位置i、及び、着目画素位置iの近傍の画素位置」であり、かつ、式17を満たすもののみとすることが望ましい。
<3−3.処理フロー>
上述した手法により測距及び測距データの補正を行う具体的な処理フローの一例について添付図を参照して説明する。
図5に示すように、測距装置1の演算処理部1fは、ステップS101において、第1周波数を選択する。本例では、第1周波数と第2周波数を利用するが、第1周波数は、例えば、40MHzとされ、第2周波数と比較して高周波数とされる。
上述した手法により測距及び測距データの補正を行う具体的な処理フローの一例について添付図を参照して説明する。
図5に示すように、測距装置1の演算処理部1fは、ステップS101において、第1周波数を選択する。本例では、第1周波数と第2周波数を利用するが、第1周波数は、例えば、40MHzとされ、第2周波数と比較して高周波数とされる。
続いて、演算処理部1fはステップS102において、選択された周波数を用いて強度変調された照射光の発光指示を行う。この指示により、測距装置1の発光部1bによる発光が行われる。
演算処理部1fはステップS103において、照射光の強度変調に同期して反射光を受光するよう指示を行う。これにより、測距装置1の受光部1cの受光動作が行われる。
演算処理部1fはステップS104において、画素位置ごとの位相差を算出する処理を行う。この処理では、受光した反射光の強度変化と発光の強度変化の位相のずれを算出する。
演算処理部1fはステップS105において、画素位置ごとの反射光の振幅を取得する。
ステップS101からステップS105の各処理を実行することにより、
ステップS101からステップS105の各処理を実行することにより、
続いて、演算処理部1fはステップS106において、第1周波数とはことなる第2周波数を選択済みか否かを判定する処理を行う。第1周波数のみ選択済みであり、第2周波数は未選択である場合には、演算処理部1fはステップS107で第2周波数を選択する処理を行う。第2周波数は、例えば、10MHzとされ、第1周波数と比較して低周波数とされる。
第2周波数を選択した後、演算処理部1fはステップS102からステップS105の各処理を行うことにより、各種の処理や指示を行う。
第1周波数及び第2周波数を用いてステップS102からステップS106の各処理を実行した後、演算処理部1fはステップS106で、第2周波数が選択済みであることを確認し、ステップS108の処理を行う。
第1周波数及び第2周波数を用いてステップS102からステップS106の各処理を実行した後、演算処理部1fはステップS106で、第2周波数が選択済みであることを確認し、ステップS108の処理を行う。
ステップS108の処理では、2次元アレイ状に配置された受光センサの各画素のうち、未選択の画素位置を着目画素位置iとして選択する。以降のステップS109からステップS115の各処理は、ここで選択した着目画素位置iについて実行する処理である。
演算処理部1fはステップS109で、未選択の画素位置jを選択する。
演算処理部1fはステップS110で、着目画素位置i及び画素位置jについて、式3、式4、式5、式6、式7を満たすような未知数nを算出し、該算出したnをn0とする。
次に、演算処理部1fはステップS111で、式5、式6、式8を用いてDH(j)を算出し、ステップS112で式3を用いてDL(j)を算出する。
演算処理部1fはステップS110で、着目画素位置i及び画素位置jについて、式3、式4、式5、式6、式7を満たすような未知数nを算出し、該算出したnをn0とする。
次に、演算処理部1fはステップS111で、式5、式6、式8を用いてDH(j)を算出し、ステップS112で式3を用いてDL(j)を算出する。
続いて演算処理部1fはステップS113で、全ての画素位置jを選択済みか否かを判定する。一つの着目画素位置iに対して、全ての画素位置jを選択済みでない場合は、演算処理部1fはステップS109で画素位置jとして未選択である画素位置を画素位置jとして選択する。
演算処理部1fは、新たに選択した画素位置jについてステップS110からステップS112の各処理を実行する。即ち、全ての画素位置jについて、ステップS110からステップS112の各処理を実行する。
演算処理部1fは、ステップS113で全ての画素位置jを選択済みであると判定した場合、ステップS114で、式16を用いてE0,E1,E2及びD(j)を算出し、ステップS115で注目画素位置iに対応する距離としてD(i)を出力部1hから出力する処理を行う。
続いて、演算処理部1fはステップS116で、着目画素位置iとして選択されていない画素位置があるか否か、即ち、全ての画素位置について着目画素位置iとして選択済みであるか否かを判定する。
着目画素位置iとして選択されていない画素位置がある場合、演算処理部1fは再度ステップS108を実行し、新たな画素位置を着目画素位置iとして選択すると共に、新たな着目画素位置iについてステップS109からステップS115の各処理を実行する。
演算処理部1fは、ステップS108からステップS116の各処理を実行することにより、全ての画素位置についての距離D(i)を算出し、出力することが可能とされる。
着目画素位置iとして選択されていない画素位置がある場合、演算処理部1fは再度ステップS108を実行し、新たな画素位置を着目画素位置iとして選択すると共に、新たな着目画素位置iについてステップS109からステップS115の各処理を実行する。
演算処理部1fは、ステップS108からステップS116の各処理を実行することにより、全ての画素位置についての距離D(i)を算出し、出力することが可能とされる。
<4.まとめ>
上述したように、演算処理装置(測距のための各種処理を行う測距装置1)は、第1周波数(例えば40MHz)の第1変調信号によって強度変調された第1照射光(40MHzの光)の発光と受光により測定対象物100までの第1距離(D’H(j,n))を算出する処理と、第1周波数とは異なる第2周波数(例えば10MHz)の第2変調信号によって強度変調された第2照射光(10MHzの光)の発光と受光により測定対象物100までの第2距離(DL(j))を算出する処理と、取得した第1補正データ(補正値:EH(D’H(j,n)))を用いて補正済み第1距離(DH(j,n))を算出する処理と、第2距離を用いて、第2距離の誤差範囲内の補正済み第1距離を第3距離として決定する(即ち未知数nを特定しn0とする)処理と、を行う演算処理部1fを備えている。
周波数が異なる二つの変調信号により変調された2種類の光によって測定された距離は、一方が距離分解能の優れた情報とされ、他方が測距レンジの優れた情報とされる。
従って、複数の光を用いることにより、測距レンジ及び距離分解能の双方を加味した適切な測距を行うことが可能となる。
また、一方の光を用いた測定により得た測距結果(即ち第1距離)についての補正データ(第1補正データ)さえあれば、第3距離として精度の高い測定結果を得ることができる。
更に、補正データを測定前に予め用意しておく場合には、一方の光を用いた測距結果を補正するためのデータのみを用意すればよいため、補正データを取得するための検査時間や出荷検査項目を削減することができ、コスト削減に寄与することができる。
また、測距装置の経年劣化により測定結果に対する補正データに不整合が生じた場合であっても、一方の光を用いた測定結果を補正するための補正データのみを更新すればよいため、メンテナンス時間の短縮を図ることができる。
なお、距離分解能が高い方の光(高周波数とされた方の変調信号によって強度変調された光)を用いた測定結果では、提示すべき補正済み第1距離の候補が複数となることがあり得る。このような場合であっても、測距レンジが有利とされた方の光(低周波数とされた方の変調信号によって強度変調された光)を用いた測定結果を用いることで、補正済み第1距離とされた複数の候補から一つの測距結果に絞り込むことができる。一つに絞り込まれた測距結果は、第3距離とされる。即ち、測定対象物までの距離を正しく導出することが可能となる。
上述したように、演算処理装置(測距のための各種処理を行う測距装置1)は、第1周波数(例えば40MHz)の第1変調信号によって強度変調された第1照射光(40MHzの光)の発光と受光により測定対象物100までの第1距離(D’H(j,n))を算出する処理と、第1周波数とは異なる第2周波数(例えば10MHz)の第2変調信号によって強度変調された第2照射光(10MHzの光)の発光と受光により測定対象物100までの第2距離(DL(j))を算出する処理と、取得した第1補正データ(補正値:EH(D’H(j,n)))を用いて補正済み第1距離(DH(j,n))を算出する処理と、第2距離を用いて、第2距離の誤差範囲内の補正済み第1距離を第3距離として決定する(即ち未知数nを特定しn0とする)処理と、を行う演算処理部1fを備えている。
周波数が異なる二つの変調信号により変調された2種類の光によって測定された距離は、一方が距離分解能の優れた情報とされ、他方が測距レンジの優れた情報とされる。
従って、複数の光を用いることにより、測距レンジ及び距離分解能の双方を加味した適切な測距を行うことが可能となる。
また、一方の光を用いた測定により得た測距結果(即ち第1距離)についての補正データ(第1補正データ)さえあれば、第3距離として精度の高い測定結果を得ることができる。
更に、補正データを測定前に予め用意しておく場合には、一方の光を用いた測距結果を補正するためのデータのみを用意すればよいため、補正データを取得するための検査時間や出荷検査項目を削減することができ、コスト削減に寄与することができる。
また、測距装置の経年劣化により測定結果に対する補正データに不整合が生じた場合であっても、一方の光を用いた測定結果を補正するための補正データのみを更新すればよいため、メンテナンス時間の短縮を図ることができる。
なお、距離分解能が高い方の光(高周波数とされた方の変調信号によって強度変調された光)を用いた測定結果では、提示すべき補正済み第1距離の候補が複数となることがあり得る。このような場合であっても、測距レンジが有利とされた方の光(低周波数とされた方の変調信号によって強度変調された光)を用いた測定結果を用いることで、補正済み第1距離とされた複数の候補から一つの測距結果に絞り込むことができる。一つに絞り込まれた測距結果は、第3距離とされる。即ち、測定対象物までの距離を正しく導出することが可能となる。
また、第1補正データ(補正値)は、第1照射光の強度変化が第1周波数(例えば40MHz)の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる測定距離の誤差を補正するためのデータとされてもよい。
第1距離は、第1照射光の強度変化が正確な正弦波でないことによる誤差を含んだものとされる。
その誤差を補正するためのデータとして第1補正データを用いることにより、測定結果を精度よく補正することが可能とされる。例えば、第1補正データは、第1照射光と正確な正弦波の誤差が測距装置の個体差によって異なることに応じて、個体ごとに固有のデータとされる。また、第1補正データは、測距装置の製造時に行われる検査によって事前に算出され、測距装置が測距動作を行うたびに参照されるデータとされることにより、測距を行うたびに第1補正データの算出を行わずに済むため、補正された測距結果を速やかに導出することが可能となる。
第1距離は、第1照射光の強度変化が正確な正弦波でないことによる誤差を含んだものとされる。
その誤差を補正するためのデータとして第1補正データを用いることにより、測定結果を精度よく補正することが可能とされる。例えば、第1補正データは、第1照射光と正確な正弦波の誤差が測距装置の個体差によって異なることに応じて、個体ごとに固有のデータとされる。また、第1補正データは、測距装置の製造時に行われる検査によって事前に算出され、測距装置が測距動作を行うたびに参照されるデータとされることにより、測距を行うたびに第1補正データの算出を行わずに済むため、補正された測距結果を速やかに導出することが可能となる。
更に、第1周波数(例えば40MHz)は第2周波数(例えば10MHz)よりも高周波数とされていてもよい。
第1変調信号によって強度変調された光(第1照射光)と第2変調信号によって強度変調された光(第2照射光)は、正確な正弦波に対する誤差を補正可能な第1照射光を用いた測距結果の方が正確な距離を測るためには好適である。また、第2照射光は第1照射光よりも低周波数とされていることから、測距レンジが優れている。
即ち、第2照射光によって大まかな距離を把握しつつ、第1照射光によって正確な距離を算出することができるため、双方の照射光を用いることにより、測距レンジ及び正確性が共に優れた測距結果(第3距離)を得ることが可能となる。
第1変調信号によって強度変調された光(第1照射光)と第2変調信号によって強度変調された光(第2照射光)は、正確な正弦波に対する誤差を補正可能な第1照射光を用いた測距結果の方が正確な距離を測るためには好適である。また、第2照射光は第1照射光よりも低周波数とされていることから、測距レンジが優れている。
即ち、第2照射光によって大まかな距離を把握しつつ、第1照射光によって正確な距離を算出することができるため、双方の照射光を用いることにより、測距レンジ及び正確性が共に優れた測距結果(第3距離)を得ることが可能となる。
更にまた、第3距離はノイズによる誤差を含むものとされ、第2照射光の強度変化が第2周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる第2距離の誤差を補正するための第2補正データ(EL(d))を取得する処理と、第2補正データを用いて第2距離(DL(j))を補正した補正済み第2距離(DL(j)−EL(DL(j)))を定義する処理と、補正済み第1距離(DH(j))と第3距離(DH(j)+RH(j))の差分を第1差分として定義する処理と、補正済み第2距離と第3距離(DL(j)−EL(DL(j))+RL(j))の差分を第2差分として定義する処理と、第1差分と第2差分が小さくなるようにノイズによる誤差(即ち、ノイズによる誤差を補正するための第2補正データEL(d))を算出する処理と、を備えていてもよい。
第3距離は、第1補正データによって補正可能な誤差、即ち、第1照射光の強度変化が正確な正弦波でないことによる誤差だけでなく、測距の際に受光部に自然光などのノイズ成分が入り込むことによる誤差(ノイズによる誤差)を含んでいる。ノイズによる誤差を考慮して適切な測距結果を得るために、第2照射光の強度変化が正弦波に対する誤差を含むことによる第2距離の誤差を補正するための第2補正データを算出し、更に、補正済みの第1距離と補正済みの第2距離のそれぞれについての第3距離との差分から、ノイズによる誤差が適切に算出される。
これによって、第1照射光の強度変化が正弦波に対して誤差を含むことによる誤差と、第2照射光の強度変化が正弦波に対して誤差を含むことによる誤差と、ノイズによって第3距離に含まれる誤差を全て考慮した上で、第3距離を正確に補正することが可能となる。
第3距離は、第1補正データによって補正可能な誤差、即ち、第1照射光の強度変化が正確な正弦波でないことによる誤差だけでなく、測距の際に受光部に自然光などのノイズ成分が入り込むことによる誤差(ノイズによる誤差)を含んでいる。ノイズによる誤差を考慮して適切な測距結果を得るために、第2照射光の強度変化が正弦波に対する誤差を含むことによる第2距離の誤差を補正するための第2補正データを算出し、更に、補正済みの第1距離と補正済みの第2距離のそれぞれについての第3距離との差分から、ノイズによる誤差が適切に算出される。
これによって、第1照射光の強度変化が正弦波に対して誤差を含むことによる誤差と、第2照射光の強度変化が正弦波に対して誤差を含むことによる誤差と、ノイズによって第3距離に含まれる誤差を全て考慮した上で、第3距離を正確に補正することが可能となる。
加えて、第2補正データ(EL(d))は、2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数(式12)によって定義してもよい。
第2補正データを2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数で表現することで、事前に測定せずに済む。
即ち、第1照射光と第2照射光のうち、事前に補正データの算出が行われるのは一方のみであるため、製造工程や検査工程の短縮を図ることが可能である。
第2補正データを2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数で表現することで、事前に測定せずに済む。
即ち、第1照射光と第2照射光のうち、事前に補正データの算出が行われるのは一方のみであるため、製造工程や検査工程の短縮を図ることが可能である。
そして、注目画素(注目画素位置i)に対する時空間上の近傍画素について第2差分が小さくなるように第3距離の誤差を算出してもよい。
測距の対象とされた画素(即ち注目画素)について第3距離の誤差を補正するために、注目画素についての第1差分及び第2差分だけでなく、注目画素の時空間上の近傍画素についての第1差分及び第2差分の値も小さくなるように、近似式の各係数を算出する。
これによって、近似式の係数の精度を上げることができ、注目画素における測距結果としての第3距離をより正確に補正することができる。
測距の対象とされた画素(即ち注目画素)について第3距離の誤差を補正するために、注目画素についての第1差分及び第2差分だけでなく、注目画素の時空間上の近傍画素についての第1差分及び第2差分の値も小さくなるように、近似式の各係数を算出する。
これによって、近似式の係数の精度を上げることができ、注目画素における測距結果としての第3距離をより正確に補正することができる。
また、近傍画素は、注目画素についての補正前の第2距離と近傍画素についての補正前の第2距離の差分が所定閾値以下であることを条件(式17)に抽出された画素とされてもよい。
これによって、注目画素の近傍画素であっても、補正前の第3距離が所定閾値以上乖離している近傍画素については、第3距離の誤差の算出(即ち第3距離を補正するための補正値の算出)に用いられない。
従って、第3距離の誤差が更に高精度で算出され、第3距離をより高精度に補正することが可能となる。
これによって、注目画素の近傍画素であっても、補正前の第3距離が所定閾値以上乖離している近傍画素については、第3距離の誤差の算出(即ち第3距離を補正するための補正値の算出)に用いられない。
従って、第3距離の誤差が更に高精度で算出され、第3距離をより高精度に補正することが可能となる。
なお、測距装置1は、第1周波数(例えば40MHz)の第1変調信号によって強度変調された第1照射光(40MHzの光)の発光と第1周波数とは異なる第2周波数(例えば10MHz)の第2変調信号によって強度変調された第2照射光(10MHzの光)の発光が可能とされた発光部1bと、発光部1bから発光された光が測定対象物100に反射した反射光を受光する受光部1cと、第1照射光の発光と受光により測定対象物100までの第1距離(D’H(j,n))を算出する処理と、第2照射光の発光と受光により測定対象物100までの第2距離(DL(j))を算出する処理と、取得した第1補正データ(補正値:EH(D’H(j,n)))を用いて補正済み第1距離(DH(j,n))を算出する処理と、第2距離を用いて、第2距離の誤差範囲内の補正済み第1距離を第3距離として決定する(即ち未知数nを特定しn0とする)処理と、を行う演算処理部1fと、を備えている。
異なる周波数で強度変調された照射光が発光可能とされ、また測定対象物に反射したそれぞれの反射光を受光可能とされることにより、距離分解能及び測距レンジの異なる二つの測距データを取得可能とされる。この二つの測距データから測定距離としての第3距離を算出することが可能とされる。
即ち、測距レンジに優れ、且つ、距離分解能の優れた測距を行うことが可能とされる。
異なる周波数で強度変調された照射光が発光可能とされ、また測定対象物に反射したそれぞれの反射光を受光可能とされることにより、距離分解能及び測距レンジの異なる二つの測距データを取得可能とされる。この二つの測距データから測定距離としての第3距離を算出することが可能とされる。
即ち、測距レンジに優れ、且つ、距離分解能の優れた測距を行うことが可能とされる。
また、測距装置1は、第1補正データが記憶された記憶部1gを備えていてもよい。
記憶部に第1補正データが記憶されることにより、第1距離の補正処理において、外部との通信を行わずに済む。
即ち、第1距離の補正を行う際の処理負担が軽減され、迅速に補正済み第1距離を算出することができ、延いては第3距離についても迅速に算出することが可能となる。
記憶部に第1補正データが記憶されることにより、第1距離の補正処理において、外部との通信を行わずに済む。
即ち、第1距離の補正を行う際の処理負担が軽減され、迅速に補正済み第1距離を算出することができ、延いては第3距離についても迅速に算出することが可能となる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
なお本技術は以下のような構成も採ることができる。
(1)
第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と受光により測定対象物までの第1距離を算出する処理と、
前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、
取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、
前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部を備えた
演算処理装置。
(2)
前記第1補正データは、前記第1照射光の強度変化が前記第1周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる測定距離の誤差を補正するためのデータとされた
(1)に記載の演算処理装置。
(3)
前記第1周波数は前記第2周波数よりも高周波数とされた
(1)または(2)の何れかに記載の演算処理装置。
(4)
前記第3距離はノイズによる誤差を含むものとされ、
前記第2照射光の強度変化が前記第2周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる前記第2距離の誤差を補正するための第2補正データを取得する処理と、
前記第2補正データを用いて前記第2距離を補正した補正済み第2距離を定義する処理と、
前記補正済み第1距離と前記第3距離の差分を第1差分として定義する処理と、
前記補正済み第2距離と前記第3距離の差分を第2差分として定義する処理と、
前記第1差分と前記第2差分が小さくなるように前記ノイズによる誤差を算出する処理と、を備えた
(1)から(3)の何れかに記載の演算処理装置。
(5)
前記第2補正データは、2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数によって定義される
(4)に記載の演算処理装置。
(6)
注目画素に対する時空間上の近傍画素について前記第2差分が小さくなるように前記第3距離の誤差を算出する
(5)に記載の演算処理装置。
(7)
前記近傍画素は、注目画素についての前記補正前の第2距離と近傍画素についての前記補正前の第2距離の差分が所定閾値以下であることを条件に抽出された画素である
(6)に記載の演算処理装置。
(8)
第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光が可能とされた発光部と、
前記発光部から発光された光が測定対象物に反射した反射光を受光する受光部と、
前記第1照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第1距離を算出する処理と、前記第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部と、を備えた
測距装置。
(9)
前記第1補正データが記憶された記憶部を備えた
(8)に記載の測距装置。
(10)
第1周波数の第1変調信号によって強度変調された光の発光と受光により測距装置と測定対象物の第1距離を算出し、
前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された光の発光と受光により前記測距装置と前記測定対象物の第2距離を算出し、
取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出し、
前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する
演算処理装置が行う演算処理方法
(1)
第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と受光により測定対象物までの第1距離を算出する処理と、
前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、
取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、
前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部を備えた
演算処理装置。
(2)
前記第1補正データは、前記第1照射光の強度変化が前記第1周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる測定距離の誤差を補正するためのデータとされた
(1)に記載の演算処理装置。
(3)
前記第1周波数は前記第2周波数よりも高周波数とされた
(1)または(2)の何れかに記載の演算処理装置。
(4)
前記第3距離はノイズによる誤差を含むものとされ、
前記第2照射光の強度変化が前記第2周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる前記第2距離の誤差を補正するための第2補正データを取得する処理と、
前記第2補正データを用いて前記第2距離を補正した補正済み第2距離を定義する処理と、
前記補正済み第1距離と前記第3距離の差分を第1差分として定義する処理と、
前記補正済み第2距離と前記第3距離の差分を第2差分として定義する処理と、
前記第1差分と前記第2差分が小さくなるように前記ノイズによる誤差を算出する処理と、を備えた
(1)から(3)の何れかに記載の演算処理装置。
(5)
前記第2補正データは、2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数によって定義される
(4)に記載の演算処理装置。
(6)
注目画素に対する時空間上の近傍画素について前記第2差分が小さくなるように前記第3距離の誤差を算出する
(5)に記載の演算処理装置。
(7)
前記近傍画素は、注目画素についての前記補正前の第2距離と近傍画素についての前記補正前の第2距離の差分が所定閾値以下であることを条件に抽出された画素である
(6)に記載の演算処理装置。
(8)
第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光が可能とされた発光部と、
前記発光部から発光された光が測定対象物に反射した反射光を受光する受光部と、
前記第1照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第1距離を算出する処理と、前記第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部と、を備えた
測距装置。
(9)
前記第1補正データが記憶された記憶部を備えた
(8)に記載の測距装置。
(10)
第1周波数の第1変調信号によって強度変調された光の発光と受光により測距装置と測定対象物の第1距離を算出し、
前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された光の発光と受光により前記測距装置と前記測定対象物の第2距離を算出し、
取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出し、
前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する
演算処理装置が行う演算処理方法
1…、2…、3…、
1…測距装置、1b…発光部、1c…受光部、1f…演算処理部、1g…記憶部、100…測定対象物
1…測距装置、1b…発光部、1c…受光部、1f…演算処理部、1g…記憶部、100…測定対象物
Claims (10)
- 第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と受光により測定対象物までの第1距離を算出する処理と、
前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、
取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、
前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部を備えた
演算処理装置。 - 前記第1補正データは、前記第1照射光の強度変化が前記第1周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる測定距離の誤差を補正するためのデータとされた
請求項1に記載の演算処理装置。 - 前記第1周波数は前記第2周波数よりも高周波数とされた
請求項1に記載の演算処理装置。 - 前記第3距離はノイズによる誤差を含むものとされ、
前記第2照射光の強度変化が前記第2周波数の正弦波に対して誤差を有していることによって生じる前記第2距離の誤差を補正するための第2補正データを取得する処理と、
前記第2補正データを用いて前記第2距離を補正した補正済み第2距離を定義する処理と、
前記補正済み第1距離と前記第3距離の差分を第1差分として定義する処理と、
前記補正済み第2距離と前記第3距離の差分を第2差分として定義する処理と、
前記第1差分と前記第2差分が小さくなるように前記ノイズによる誤差を算出する処理と、を備えた
請求項1に記載の演算処理装置。 - 前記第2補正データは、2次のテイラー級数展開によって近似された補正関数によって定義される
請求項4に記載の演算処理装置。 - 注目画素に対する時空間上の近傍画素について前記第2差分が小さくなるように前記第3距離の誤差を算出する
請求項5に記載の演算処理装置。 - 前記近傍画素は、注目画素についての前記補正前の第2距離と近傍画素についての前記補正前の第2距離の差分が所定閾値以下であることを条件に抽出された画素である
請求項6に記載の演算処理装置。 - 第1周波数の第1変調信号によって強度変調された第1照射光の発光と前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された第2照射光の発光が可能とされた発光部と、
前記発光部から発光された光が測定対象物に反射した反射光を受光する受光部と、
前記第1照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第1距離を算出する処理と、前記第2照射光の発光と受光により前記測定対象物までの第2距離を算出する処理と、取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出する処理と、前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する処理と、を行う演算処理部と、を備えた
測距装置。 - 前記第1補正データが記憶された記憶部を備えた
請求項8に記載の測距装置。 - 第1周波数の第1変調信号によって強度変調された光の発光と受光により測距装置と測定対象物の第1距離を算出し、
前記第1周波数とは異なる第2周波数の第2変調信号によって強度変調された光の発光と受光により前記測距装置と前記測定対象物の第2距離を算出し、
取得した第1補正データを用いて補正済み第1距離を算出し、
前記第2距離を用いて、前記第2距離の誤差範囲内の前記補正済み第1距離を第3距離として決定する
演算処理装置が行う演算処理方法。
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