JP2020067385A - 演算処理装置、測距装置及び演算処理方法 - Google Patents

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。

ＷＯ２０１７／０２２１５２号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本技術の実施の形態の測距装置のシステム構成を示す図である。 実施の形態の照射光と反射光の位相差について説明するための図である。 実施の形態の距離の不定性について説明するための図である。 距離分解能と測距レンジの関係について説明するための図である。 実施の形態の測距処理を行うためのフローチャートである。

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＞
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。

１０ＭＨｚの照射光（図２Ａ）と１０ＭＨｚの反射光（図２Ｂ）の位相差を位相差θ_Lとすると、位相差θ_L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θ_L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θ_Hとすると、位相差θ_H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θ_H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θ_Lや位相差θ_H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）。

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。

＜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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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、ｆ_L＝１０ＭＨｚ、ｆ_H＝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、ｆ_Lとｆ_H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ｆ_H（＝４０ＭＨｚ）についての補正量は事前に算出されているが、周波数ｆ_L（＝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ｆ_L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ｆ_L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ｆ_H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Ｅ_H（ｄ）とする。ｄは、補正前の距離を示す。

一方、周波数ｆ_L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ｅ_Lとすると、誤差最大値ｅ_Lは、式２を満たすものとする。

周波数ｆ_Lを用いた測距データは、距離換算で誤差最大値ｅ_Lの誤差を含みうる。換言すれば、誤差最大値ｅ_L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ｆ_Lを用いて測距した場合の画素位置ｊにおける位相差をθ_L(j)とすると、補正前の距離Ｄ_L(j)は式３を用いて表すことができる。

補正前の距離Ｄ_L(j)は、前述のように誤差最大値ｅ_L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ｆ_Hを用いて測距した場合の画素位置ｊにおける位相差をθ_H(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Ｅ_H（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Ｄ_H(j,n)は、式６を用いて表すことができる。

Ｅ_H（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Ｄ_H(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Ｄ_H(j,n)は補正後の距離Ｄ_H(j,n0)となる。この補正後の距離を用いてＤ_H(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ｆ_Lについての式であることから、周波数ｆ_Hだけでなく周波数ｆ_L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ｆ_L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Ｒ_L(j)とする。また、周波数ｆ_Lを用いて測距を行った場合の補正量をＥ_L（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Ｅ_L（Ｄ_L(j)）である。なお、Ｅ_L（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ｆ_H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Ｒ_H(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、Ｄ_H(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Ｅ_L（ｄ）を、Ｄ_L(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。

ここで、ランダムノイズ成分Ｒ_L(j)の標準偏差は、周波数ｆ_L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Ａ_L(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Ｒ_H(j)の標準偏差は、周波数ｆ_H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Ａ_H(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Ｅ_L（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。

＜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。

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、

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。

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Ｄ_H(j)を算出し、ステップＳ１１２で式３を用いてＤ_L(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。

＜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（Ｄ_L(j)）を算出する処理と、取得した第１補正データ（補正値：Ｅ_H（Ｄ’_H(j,n)））を用いて補正済み第１距離（Ｄ_H(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。

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。

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（Ｅ_L（ｄ））を取得する処理と、第２補正データを用いて第２距離（Ｄ_L(j)）を補正した補正済み第２距離（Ｄ_L(j)−Ｅ_L（Ｄ_L(j)））を定義する処理と、補正済み第１距離（Ｄ_H(j)）と第３距離（Ｄ_H(j)＋Ｒ_H(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（Ｄ_L(j)−Ｅ_L（Ｄ_L(j)）＋Ｒ_L(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Ｅ_L（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。

加えて、第２補正データ（Ｅ_L（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。

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。

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。

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（Ｄ_L(j)）を算出する処理と、取得した第１補正データ（補正値：Ｅ_H（Ｄ’_H(j,n)））を用いて補正済み第１距離（Ｄ_H(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。

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。

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…、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

Claims (10)

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
   請求項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
   請求項１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
   請求項１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
   請求項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
   請求項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
   請求項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
   請求項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。

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