JP2022168956A - レーザ計測装置およびその計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】霧の濃度が時々刻々と場所によって変化する環境においても、計測結果の精度が低下することのないレーザ計測装置およびその計測方法を提供する。【解決手段】本発明の測定対象までの距離を計測するレーザ計測装置１００は、可視光レーザを照射した測定対象からの反射光を受光して受光強度を検出する霧状態検出部１と、近赤外光レーザを照射した測定対象からの反射光により距離計測して、所定の測距精度を満たす受光強度の最小値を許容受光強度として測定対象までの距離ごとに記憶する判定情報に基づいて霧状態検出部で検出した受光強度により霧の影響が少ないと判定した範囲における測定対象までの距離を求める距離計測部２と、を備えるようにした。【選択図】 図４

Description

本発明は、パルスレーザ光を対象物に照射してから、反射光を受光するまでの時間を計測して距離を求めるＴＯＦ（Time of Flight）方式のレーザ計測装置およびその計測方法に関する。

港湾や河川、森林等や屋内で霧が発生する環境では、レーザ光が霧に影響されて測定誤差を生じることがある。このため、レーザ計測装置のレーザ光に、可視光よりも波長が長く、霧に対しての透過性が良い、近赤外光を使用している。

レーザ計測装置において、霧の影響による測距精度の低下を抑えるために、種々の技術が考案されている。
例えば、測定環境の空気の透明度に応じて、レーザ光の波長を選択することで、測定環境が悪くても（測定環境の空気の透明度が悪くても）距離計測を行うことができ、また測定環境が良い場合は、高精度の計測を行うことができる距離測定装置がある（特許文献１）。この距離測定装置では、測定環境の空気の透明度が悪い場合は、塵や水蒸気による散乱の程度がより小さい波長１０６４ｎｍの長波長が選択される。

また、近赤外のパルスレーザ光の少なくともひとつの対象物によって反射される複数の反射光を受光可能とし、計測時間すなわち距離に応じて受光強度の閾値の設定を変更することにより、霧と霧以外の反射体を識別する回路を備えたレーザ距離計がある（特許文献２）。

特開２００８－２９２３７０号公報 特開２０１７－０３２５４７号公報

一般的に霧の水滴の粒径は数μm～数十μm程度であり、近赤外のレーザ光の波長に対して同程度から数倍、数十倍の大きさであるため、上記の特許文献１の距離測定装置では、霧の影響による精度低下を完全に抑止することはできない。

また、上記の特許文献２のレーザ距離計では、霧の水滴からの反射光と霧を透過した奥の対象物からの反射光を受光できるが、霧の水滴の濃度によって、霧の奥に光が透過しない、または、透過しても散乱や干渉の影響により幾何学的な伝搬経路からずれるため、計測する対象物までの測距精度が低下する問題がある。

本発明の目的は、霧の濃度が時々刻々と場所によって変化する環境においても、計測結果の精度が低下することのないレーザ計測装置およびその計測方法を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の測定対象までの距離を計測するレーザ計測装置は、可視光レーザを照射した測定対象からの反射光を受光して受光強度を検出する霧状態検出部と、近赤外光レーザを照射した測定対象からの反射光により距離計測して、前記霧状態検出部で検出した受光強度により霧の影響が少ないと判定した範囲における測定対象までの距離を求める距離計測部と、を備えるようにした。

また、本発明のレーザ計測装置の計測方法は、可視光レーザを照射した測定対象からの反射光を受光して受光強度を検出する霧状態検出ステップと、前記霧状態検出ステップに並行して、近赤外光レーザを照射した測定対象からの反射光により距離計測するステップと、前記距離計測するステップで計測した測定対象までの距離において、前記霧状態検出ステップで検出した受光強度により霧の影響が少ないと判定した範囲の距離を求めて測定対象までの距離を取得する距離取得ステップと、を含むようにした。

本発明によれば、霧の濃度が時々刻々と場所によって変化する環境において、測距精度低下に及ぼす霧の影響が小さい範囲のレーザ計測装置による対象物までの距離計測を行うので、計測結果の信憑性を維持することができる。

実施形態のレーザ計測装置が距離計測を行う環境を示す図である。 測定対象で反射した近赤外光レーザの光ビームの反射光における、近赤外光レーザの光ビームを照射してからの受光強度の時間変化を示す図である。 霧濃度ごとの測定対象からの反射光の受光強度と距離の関係を示す図である。 反射光の受光強度と距離に対する計測誤差の関係を示すデータベースを説明する図である。 実施形態のレーザ計測装置の構成図である。 モニタ３に表示されるカメラパラメータ記憶部の情報の登録・修正画面の一例を示す図である。 実施形態のレーザ計測装置の動作フローを説明する図である。 実施形態のレーザ計測装置の他の動作フローを説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、実施形態のレーザ計測装置１００が距離計測を行う環境を示す図である。
実施形態のレーザ計測装置１００は、近赤外光レーザの光ビームを照射してＴＯＦ方式で距離を計測するとともに、可視光レーザのスリット光を照射して撮像画像により３次元計測を行う。図１に示すように、レーザ計測装置１００は、照射範囲６を走査するように近赤外光レーザの光ビームと可視光レーザのスリット光を照射し、測定対象４までの距離Ｌを計測する。

港湾や河川、森林等や屋内で計測する際に、照射範囲６に霧５が生じることがある。霧５により、レーザ計測装置１００から照射する近赤外光レーザの光ビームと可視光レーザのスリット光は、霧５により散乱され減衰するとともに、散乱光が測定対象４の反射光に混じることにより、計測する距離の精度が低下する。
近赤外光レーザは可視光レーザに比べて霧の影響を受け難いが、近赤外光レーザの光ビームでも、霧による精度低下を無視できない。

図２は、測定対象４で反射した近赤外光レーザの光ビームの反射光における、近赤外光レーザの光ビームを照射してからの受光強度の時間変化を示す図である。
ＴＯＦ方式の距離計測では、照射してから反射光を受光するまでの時間を距離に換算して、レーザ計測装置１００から測定対象４までの距離を求めている。

図２は、霧濃度が異なる２つの霧５の状態における近赤外光レーザの光ビームを照射してからの時間変化を、実線と破線で示している。実線は、破線よりも、霧が薄い（霧濃度が小さい）状態を示している。

図２に示すように、霧５の散乱による第１反射光（霧）と、測定対象４からの第２反射光が観測される。破線に示されるように、霧が濃く（霧濃度が大きく）なると、第１反射光の受光強度が大きくなり、第２反射光の受光強度が小さくなる。

霧が薄い場合には、適当な受光強度の閾値を設けることで、第１反射光を除去して、第２反射光から測定対象４までの距離を求めることができる。しかし、霧が濃い場合には、第１反射光と第２反射光の受光強度が同程度となるため、第１反射光を除去することができない。
さらに霧が濃くなると、測定対象４の第２反射光を受光できなくなり、距離を求めることができなくなる。

また、図２では、第２反射光を矩形で示しているが、霧が濃くなるに従って反射光が散乱して受光強度分布が滑らかになる。このため、一点鎖線の縦線で示す第２反射光の中心値がずれて第２反射光の検出時刻のずれとなり、破線の縦線で示す距離Ｌ（真値）からの誤差ΔＬとなる。つまり、霧が濃いほど、計測した距離の誤差ΔＬが大きくなる。

実施形態のレーザ計測装置１００は、霧による距離の誤差を予め把握しておき、所定の測距精度で計測できる計測範囲を特定できるようにして、距離計測の信憑性を向上する。

詳しくは、レーザ計測装置１００は、予め、測定対象４の代表的な形状（角柱、円筒、平板等）や材質（鉄、アルミ、コンクリート等）や表面状態（塗装、錆の有無等）に応じて、霧濃度ごとに、測定対象４からの反射光の受光強度と距離と計測誤差の関係を求め、データベース（以下では、判定情報と記すことがある）として保持する。

レーザ計測装置１００は、近赤外光レーザの光ビームを照射してＴＯＦ方式の距離計測とは別のレーザ光による距離計測によって、測定対象４からの反射光の受光強度と距離を計測する。そして、前記データベースを参照して、計測した距離に対応する反射光の受光強度と計測誤差との関係から、測距精度を得るために必要な反射光の受光強度を求め、計測した測定対象４からの反射光の受光強度がこれを満たすか否かを判定する。計測した測定対象４からの反射光の受光強度が、前記データベースを参照して求めた受光強度以上であれば、近赤外光レーザの光ビームを照射してＴＯＦ方式の距離計測は、所定の測距精度を満たしているとする。

実施形態のレーザ計測装置１００は、霧濃度に対して感度の高い可視光レーザのスリット光により測定対象４からの反射光の受光強度と距離を計測して、測距精度の判定を行う。

図３Ａは、霧濃度ごとの測定対象４からの反射光の受光強度と距離の関係を示す図である。図３Ａは、霧濃度Ａと霧濃度Ｂと霧濃度Ｃに（霧濃度Ａ＜Ｂ＜Ｃ）おいて計測した測定対象物までの距離と反射光の受光強度の関係を示している。

図３Ａに示すように、測定対象４からの反射光の受光強度は、距離が離れる（計測距離が大きくなる）に従い、小さくなる。また、測定対象４からの反射光の受光強度は、霧濃度が大きくなるに従い、小さくなる。
さらに、霧によるレーザ光の散乱により、霧濃度が大きく（濃く）なるに従い計測誤差が大きくなる（測距精度が低下する）。

例えば、霧濃度Ｂで距離ｎＬを計測した際の反射強度がｎＱ（交点Ｑ）と、霧濃度Ｃで距離Ｌを計測した際の反射強度がｎＰ（交点Ｐ）とで計測結果の測距精度は、交点Ｑの方がよくなる。従って、霧濃度Ｃにおける計測誤差に相当する精度を満たす計測を行う際には、距離ｎＬを計測した際の反射光の受光強度が、ｎＰ以上であればよいことが分かる。

実施形態のレーザ計測装置１００は、図３Ａに示した霧濃度ごとの測定対象４からの反射光の受光強度と距離の関係を予め求め、図３Ｂの反射光の受光強度と距離に対する計測誤差の関係を示すデータベース（判定情報）として保持する。

詳細には、レーザ計測装置１００は、可視光レーザのスリット光により測定対象４までの距離３Ｌを計測すると、図３Ｂのデータベース（判定情報）を参照して、計測誤差３ＣΔ・３ＢΔ・３ＡΔから目標の計測精度に相当する計測誤差３ＣΔを達成するための霧濃度Ｃ（反射光の受光強度ｎＰ行）を得る（図中の点線矢印参照）。そして、霧濃度Ｃにおいて距離３Ｌが計測される反射光の受光強度３Ｐを抽出する（図中の一点鎖線矢印参照）。可視光レーザのスリット光により測定対象４までの距離３Ｌを計測した際の反射光の受光強度が、受光強度３Ｐより大きければ、計測誤差は３ＣΔより小さくなるので目標の計測精度を満たす（計測精度が高い）ことができると判定する。

データベース（判定情報）は、所定の測距精度を満たす受光強度の最小値を許容受光強度として測定対象までの距離ごとに求められれば良く、受光強度と距離と計測誤差の関数（数式）で保持してもよい。

つぎに、図４により、実施形態のレーザ計測装置１００の構成を説明する。
レーザ計測装置１００は、可視光レーザを照射した測定対象４からの反射光を受光して受光強度を検出する霧状態検出部１と、近赤外光レーザを照射した測定対象４からの反射光によりＴＯＦ方式の距離計測をして、霧状態検出部１で取得した受光強度により霧の影響が少ないと判定した範囲における測定対象４までの距離を求める距離計測部２と、を備える。

霧状態検出部１は、ラインレーザ１１とカメラ１２とカメラ・レーザ制御部１３とカメラパラメータ記憶部１４と画像記録部１５とを備え、可視光レーザのスリット光（ストライブ光とも呼ばれる）による光切断法により計測する装置を構成する。

詳しくは、ラインレーザ１１は、測定対象４に可視光レーザのスリット光を照射する。
カメラ１２は、可視光レーザのスリット光が照射された測定対象４を撮像する。
カメラ・レーザ制御部１３は、ラインレーザ１１のスリット光の照射タイミングと照射方向を制御して測定対象４にスリット光を走査するとともに、スリット光の照射に同期して撮像するようにカメラ１２を制御する。
画像記録部１５は、カメラ１２で撮像した可視光レーザのスリット光が照射された測定対象４の撮像画像を記憶する。

霧状態検出部１は、さらに、レーザ輝線抽出部１６とカメラパラメータ記憶部１４と反射光解析部１７とを備える。
レーザ輝線抽出部１６は、画像記録部１５から順次測定対象４の撮像画像を取得し、撮像画像からスリット光の測定対象４の表面の照射像であるレーザ輝線を抽出し、レーザ輝線の画素位置とスリット光の反射光の受光強度を求める。

詳しくは、レーザ輝線抽出部１６は、まず、カメラパラメータ記憶部１４のカメラパラメータ（図５）により、画像記録部１５から取得した撮像画像の歪み補正処理を行う。つぎに、カメラパラメータ記憶部１４の計測パラメータ（図５）に設定された可視光レーザの反射光の受光強度の閾値（レーザ光強度値）に従って２値化処理を行う。そして、線抽出の画像処理を行って、レーザ輝線を抽出する。

測定対象４の種類によって可視光レーザの反射率が異なる場合には、カメラパラメータに、測定対象物に応じた反射光の受光強度の閾値を設けてもよい。また、カメラパラメータに、可視光レーザの波長範囲に応じて反射光の受光強度の閾値の設定を変えてもよい。

反射光解析部１７は、レーザ輝線抽出部１６で求めたレーザ輝線の画素位置と後述するカメラパラメータとから、光切断法によりレーザ輝線の３次元位置を算出し、スリット光が照射された測定対象４の形状を得る。
反射光解析部１７は、求めたレーザ輝線の反射位置（スリット光の照射位置）と反射光の受光強度を計測時刻ととともに、不図示の記憶部に一時記憶する。

霧状態検出部１は、既知の距離計測装置と同様に、カメラ１２を基点に測定対象４の３次元形状を計測する装置であり、ここでは計測動作の説明を省略する。

距離計測部２は、レーザ発光部２１とレーザ受光部２２と測距制御部２３と計測データ記憶部２４とを備え、近赤外光レーザの光ビームを照射してＴＯＦ方式で距離を計測する距離計測装置を構成する。

レーザ発光部２１は、近赤外レーザのビーム光を出射する半導体レーザダイオード等のレーザ発光素子である。
レーザ受光部２２は、レーザ発光部２１から出射され、測定対象４で反射した近赤外レーザの反射光を受光するレーザ受光素子である。レーザ受光素子には、アバランシェフォトダイオード等を使用する。

測距制御部２３は、レーザ発光部２１とレーザ受光部２２とが所定方向に向くように走査機構を制御するとともに、レーザ発光部２１の発光タイミングとレーザ受光部２２の受光タイミングから近赤外光レーザを出射してから測定対象４で反射して戻ってくるまでの時間（飛行時間）を計測し、測定対象４の照射位置（反射位置）までの距離を求める。測定対象４の反射位置は、レーザ発光部２１とレーザ受光部２２の位置を基点に、照射方向と飛行時間から求めた距離により算出する。
また、測距制御部２３は、測定対象４で反射した近赤外レーザの受光強度を取得する。

計測データ記憶部２４は、測距制御部２３で求めた測定対象４の反射位置までの距離と受光強度とを、近赤外光レーザの照射方向に対応する反射位置ごとに計測時刻とともに記憶する。

判定情報記憶部２６は、図３Ｂで説明した反射光の受光強度と距離に対する計測誤差の関係を示すデータベース（判定情報）を記憶する。

霧影響判定部２５は、判定情報記憶部２６の判定情報を参照して、反射光解析部１７で解析した反射位置における可視光レーザの反射強度が、所定の測距精度を満たす反射強度以上であるかを判定する。所定の測距精度を満たす反射強度以上であれば、霧の影響が少なく測距精度を満たす状態と判定し、反射光解析部１７で解析した反射位置に対応する測定対象４の反射位置までの距離を計測データ記憶部２４から取得する。なお、測距精度は、後述するカメラパラメータ記憶部１４に設定する。

距離データ記憶部２７は、霧影響判定部２５で判定した所定の測距精度をもつ測定対象４の反射位置までの近赤外光レーザで計測した距離を、計測時刻とともに記憶する。
また、距離データ記憶部２７に、測定対象４の反射位置に対応付けて、反射位置までの近赤外光レーザで計測した距離と、霧影響判定部２５における測距精度の判定結果を記憶するようにしてもよい。

モニタ３は、表示部と操作入力部を有する端末部である。レーザ計測装置１００の操作者が、装置の動作指示を行うとともに、後述するカメラパラメータ記憶部１４の各種パラメータ等の情報の登録・修正を行えるようにする。

カメラパラメータ記憶部１４は、レーザ輝線抽出部１６で補正処理する際のカメラパラメータと、近赤外光レーザを照射して距離を求める距離計測部２の計測パラメータと、距離計測部２のレーザスキャナパラメータと、距離計測部２（レーザ発光部２１およびレーザ受光部２２）とカメラ１２とラインレーザ１１のセンサ幾何学的配置条件とを記憶する。

図５は、モニタ３に表示されるカメラパラメータ記憶部１４の情報の登録・修正画面の一例を示す図である。
カメラ１２のカメラパラメータとして、撮像素子サイズと、撮像素子の水平画素数および垂直画素数と、焦点距離の設定情報を、登録・修正できるように表示する。

距離計測部２の計測パラメータとして、霧影響判定部２５における目的の測距精度として参照される測定測距精度と、計測対象物の代表的な形状・材質・表面状態等の特性情報を示す計測対象物と、レーザ輝線抽出部１６で参照されるレーザ輝線抽出のための可視光レーザの反射光の受光強度の閾値（レーザ光強度値）と、霧状態検出部１と距離計測部２とが計測を行う測定対象４の位置情報である距離測定範囲の設定情報を、登録・修正できるように表示する。

そして、距離計測部２のレーザスキャナパラメータとして、走査回数と、距離測定する際のデータ平均化回数と、測定した距離の平均値の測距精度をデータ標準偏差により評価する際の閾値を、登録・修正できるように表示する。これらの設定情報の使用方法については後述する。

また、モニタ３には、カメラパラメータ記憶部１４に記憶されるセンサ幾何学的配置条件を、登録・修正する画面への遷移指示を行う「センサ幾何学的配置条件」指示ボタンを表示する。詳しくは、センサ幾何学的配置条件の画面では、レーザ発光部２１およびレーザ受光部２２の設置位置（近赤外光レーザの光ビームによる測距の基点）と、カメラ１２の設置位置（可視光レーザのスリット光による測距の基点）との関係を登録・修正する。

以上の構成により、レーザ計測装置１００の霧状態検出部１と距離計測部２とは、測定対象４の所定の距離測定範囲を、並行に同期して距離の計測を行う。そして、計測時刻を示す時間情報と計測値ともに記録する。霧影響判定部２５は、霧の影響が少なく測距精度を満たす状態と判定した際に、霧状態検出部１での計測時刻に対して、距離計測部２の計測時刻が所定時間内である計測距離の結果を求める。

距離計測部２の測距の動作時間が霧状態検出部１の測距の動作時間より早い場合には、距離計測部２が複数回の計測を平均化して、反射位置の計測距離を求め、霧状態検出部１の計測結果と対応付けるようにしてもよい。

実施形態のレーザ計測装置１００は、具体的には、半導体レーザやフォト・ダイオード等の半導体素子と、カメラと、走査機構と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等の記憶装置、入出力インタフェース、から構成される情報処理装置とにより実現され、カメラ・レーザ制御部１３、レーザ輝線抽出部１６、反射光解析部１７、測距制御部２３、霧影響判定部２５の機能部は、記憶装置に格納されるプログラムをＣＰＵが実行することで実現する。

つぎに、図６により、実施形態のレーザ計測装置１００の動作フローを説明する。

ステップＳ６１で、カメラパラメータ記憶部１４は、計測処理に必要な、カメラパラメータと距離計測部２の計測パラメータと距離計測部２のレーザスキャナパラメータと、距離計測部２（レーザ発光部２１およびレーザ受光部２２）とカメラ１２とラインレーザ１１のセンサ幾何学的配置条件の計測条件設定を行う。

ステップＳ６２で、霧状態検出部１が測定対象４に可視光レーザのスリット光を照射してカメラ撮像を行いながら走査するとともに、距離計測部２が、カメラ撮像に並行して、近赤外光レーザの光ビームを走査してＴＯＦ方式で距離を計測・記録して、カメラ撮像・近赤外レーザ走査の処理を行う。

ステップＳ６３で、霧状態検出部１は、ステップＳ６２でカメラ撮像した測定対象４の撮像画像からレーザ輝線を抽出するカメラ画像のレーザ輝線抽出の処理を行う。

ステップＳ６４で、霧状態検出部１は、ステップＳ６３で抽出したレーザ輝線の画素位置とカメラパラメータとから、光切断法によりレーザ輝線の３次元位置を算出するレーザ輝線の距離・方位（反射位置）の算出処理を行う。この際に、レーザ輝線の方位（反射位置）における可視光レーザの反射光の反射光の受光強度を対応付ける。

ステップＳ６５で、距離計測部２は、ステップＳ６４で算出したレーザ輝線の方位（反射位置）に対応する、Ｓ６２で計測した距離を取得して、レーザ輝線の距離・方位（反射位置）に対応する近赤外光レーザで計測した距離を抽出する処理を行う。
同じ測定対象４を継続して計測する場合には、Ｓ６２で計測した距離の移動平均を算出するようにして、近赤外光レーザで計測した距離としてもよい。

ステップＳ６６で、距離計測部２は、予め設定した可視光レーザの反射光の受光強度と距離に対する計測誤差の関係を示すデータベース（判定情報）を参照して、所望の計測誤差を含む距離を計測するために必要な反射光の受光強度を求め、ステップＳ６５で抽出した距離を取得した際の近赤外光レーザの方位に対応するレーザ輝線の反射光の受光強度が、必要な反射光の受光強度以上であるかを判定する。そして、距離計測部２は、必要な反射光の受光強度以上である場合に、ステップＳ６５で抽出した距離は、霧の影響が少なく測距精度を満たす状態と判定することで、距離データの霧影響を判定する。

ステップＳ６７で、距離計測部２は、ステップＳ６７で霧の影響が少なく測距精度を満たす状態と判定した距離と計測時刻を距離データとして記憶し、距離データ記憶の処理を行う。
なお、ステップＳ６７で、距離計測部２が、ステップＳ６５で抽出した距離と計測時刻とステップＳ６６の判定結果を記憶するようにしてもよい。

ステップＳ６８で、レーザ計測装置１００は、計測を継続する場合には（Ｓ６８のＮｏ）、ステップＳ６２に戻り、計測を終える場合には（Ｓ６８のＹｅｓ）、処理を終了する。

図６のフロー図は、霧状態検出部１と距離計測部２とが測定対象４の所定の距離測定範囲を並行に同期して距離の計測を行う際に、それぞれが、所定の距離測定範囲の計測を一度行う場合についての処理を示している。図７に、距離計測部２が複数回の計測を平均化して、反射位置の計測距離を求め、霧状態検出部１の計測結果と対応付ける場合について説明する。

図７のフロー図のステップＳ６１からステップＳ６８は、図６と同様のため、ここでは説明を省略する。
ステップＳ７１で、距離計測部２は、ステップＳ６５で抽出した複数の近赤外光レーザで計測した距離の平均値を算出し、距離データの平均化の処理を行う。

ステップＳ７２で、距離計測部２は、距離データの標準偏差を算出し、測距精度以下か確認する処理を行う。詳しくは、ステップＳ６５で抽出した複数の近赤外光レーザで計測した距離の標準偏差を算出し、算出した標準偏差が測距精度以下かを判定する。算出した標準偏差が測距精度以下の場合に、ステップＳ７１で算出した距離の平均値を、ステップＳ６７で記憶する距離データとする。
このように、平均化処理を追加することにより、さらに霧の影響による測距精度の低下を抑えることができる。

上記では、霧の影響が少ないと判定した複数の近赤外光レーザで計測した距離の平均値を距離データとする処理を説明したが、霧の影響が少ないと判定した近赤外光レーザで計測した距離と、ステップＳ６４で算出した同じ反射位置において可視光レーザのレーザ輝線から求めた距離と、の差分が、測距精度以下の場合に、霧の影響が少ないと判定した近赤外光レーザで計測した距離をステップＳ６７で記憶する距離データとしてもよい。

この場合に、霧の影響が少ないと判定した複数の近赤外光レーザで計測した距離の平均値と、ステップＳ６４で算出した同じ反射位置において可視光レーザのレーザ輝線から求めた距離と、の差分が、測距精度以下の場合に、霧の影響が少ないと判定した近赤外光レーザで計測した距離をステップＳ６７で記憶する距離データとしてもよい。

さらに、霧の影響が少ないと判定した複数の近赤外光レーザで計測した距離の平均値と、同じ反射位置において可視光レーザのレーザ輝線から求めた距離の平均値を算出し、２つの平均値の差分が測距精度以下の場合に、霧の影響が少ないと判定した近赤外光レーザで計測した距離の平均値をステップＳ６７で記憶する距離データとしてもよい。

上記の実施形態のレーザ計測装置１００では、霧状態検出部１と距離計測部２とが測定対象４の所定の距離測定範囲を並行に同期して動作する場合について説明したが、霧状態検出部１が測定対象４の計測を行った後に、霧状態検出部１の計測結果に基づいて、距離計測部２が霧の影響が少なく測距精度を満たす状態と判定した範囲に近赤外光レーザを照射して、距離を計測するようにしてもよい。

また、実施形態のレーザ計測装置１００では、霧状態検出部１が可視光レーザのスリット光を測定対象４に照射して測定対象４からの反射光を受光して受光強度を取得する構成について説明したが、この構成に限らず、霧状態検出部１が他の方式により、レーザ計測装置１００と測定対象４の間の霧の状態を検出するようにしてもよい。

例えば、霧環境においてミリ波レーダによる距離計測を行って、反射波の受信強度と距離と計測誤差の関係を予め求め、ミリ波レーダの反射波の受信強度と距離に対する計測誤差の関係を示すデータベース（判定情報記憶部２６）として保持する。そして、霧状態検出部１が、ミリ波レーダを測定対象４に照射して、測定対象４からの反射波を受信して受信強度を取得し、霧影響判定部２５でミリ波レーダの反射波の受信強度により霧の影響を判定するように構成する。

実施形態のレーザ計測装置１００の技術は、パルスレーザ光を対象物に照射してから、反射光を受光するまでの時間を計測して３次元形状を求めるＴＯＦ方式の形状計測装置に適用できることは言うまでもない。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１ 霧状態検出部
２ 距離計測部
３ モニタ
４ 測定対象
１１ ラインレーザ
１２ カメラ
１３ カメラ・レーザ制御部
１４ カメラパラメータ記憶部
１５ 画像記録部
１６ レーザ輝線抽出部
１７ 反射光解析部
２１ レーザ発光部
２２ レーザ受光部
２３ 測距制御部
２４ 計測データ記憶部
２５ 霧影響判定部
２６ 判定情報記憶部
２７ 距離データ記憶部
１００ レーザ計測装置

Claims (12)

1. 測定対象までの距離を計測するレーザ計測装置であって、
   可視光レーザを照射した測定対象からの反射光を受光して受光強度を検出する霧状態検出部と、
   近赤外光レーザを照射した測定対象からの反射光により距離計測して、前記霧状態検出部で検出した受光強度により霧の影響が少ないと判定した範囲における測定対象までの距離を求める距離計測部と、
   を備えることを特徴とするレーザ計測装置。
2. 請求項１に記載のレーザ計測装置において、
   前記距離計測部は、近赤外光レーザを照射して複数回距離を計測し、計測した距離の平均値を算出し、前記平均値の標準偏差が所定の測距精度以下の場合に前記平均値を測定対象までの距離とする
   ことを特徴とするレーザ計測装置。
3. 請求項１に記載のレーザ計測装置において、
   前記霧状態検出部は、
   測定対象に可視光レーザのスリット光を照射するラインレーザと、
   測定対象の撮像画像から前記スリット光の輝線情報を抽出するレーザ輝線抽出部と、
   測定対象における前記スリット光の反射位置と、前記反射位置ごとの前記スリット光の反射光の受光強度とを前記輝線情報から求める反射光解析部と、を備え、
   前記距離計測部は、
   前記受光強度に基づいて、測定対象における可視光レーザの反射位置に近赤外光レーザを照射して前記反射位置ごとに距離計測を行う際の霧の影響を判定する霧影響判定部と、
   を備えることを特徴とするレーザ計測装置。
4. 請求項３に記載のレーザ計測装置において、
   前記距離計測部は、
   測定対象までの複数の距離に対する可視光レーザの反射光の受光強度と近赤外光レーザによる距離計測の測距精度とを、霧の濃度を変えて予め測定し、所定の測距精度を満たす前記受光強度の最小値を許容受光強度として測定対象までの距離ごとに記憶する判定情報記憶部を備え、
   前記霧影響判定部は、
   前記判定情報記憶部を参照して、前記反射光解析部で求めた反射光の受光強度が許容受光強度より大きい場合に、測定対象への近赤外光レーザの照射による距離計測に際し霧の影響は少ないと判定し、
   前記距離計測部は、前記霧影響判定部が霧の影響が少ないと判定した前記可視光レーザの反射位置を、測定対象の距離を求める範囲とする
   ことを特徴とするレーザ計測装置。
5. 請求項４に記載のレーザ計測装置において、さらに、
   前記距離計測部は、前記測定対象における可視光レーザの反射位置から算出した測定対象までの距離と前記測定対象における可視光レーザの反射位置に近赤外光レーザを照射して計測した距離との差分が、所定の測距精度以下の場合に、近赤外光レーザを照射して計測した距離を測定対象までの距離とする
   ことを特徴とするレーザ計測装置。
6. 請求項４に記載のレーザ計測装置において、さらに、
   前記霧状態検出部は、
   前記測定対象における可視光レーザの反射位置から算出した測定対象までの距離を複数回求めて平均値を算出して可視光レーザによる前記測定対象までの距離を求め、
   前記距離計測部は、
   前記測定対象における可視光レーザの反射位置に近赤外光レーザを照射して計測した距離を複数回求めて平均値を算出して近赤外光レーザによる前記測定対象までの距離を求め、
   前記可視光レーザによる前記測定対象までの距離と前記近赤外光レーザによる前記測定対象までの距離との差分が、所定の測距精度以下の場合に、前記近赤外光レーザによる前記測定対象までの距離を測定対象までの距離とする
   ことを特徴とするレーザ計測装置。
7. 請求項４に記載のレーザ計測装置において、さらに、
   前記距離計測部は、近赤外光レーザを照射して複数回距離を計測し、計測した距離の平均値を算出し、前記平均値の標準偏差が所定の測距精度以下の場合に前記平均値を測定対象までの距離とする
   ことを特徴とするレーザ計測装置。
8. レーザ計測装置の計測方法であって、
   可視光レーザを照射した測定対象からの反射光を受光して受光強度を検出する霧状態検出ステップと、
   前記霧状態検出ステップに並行して、近赤外光レーザを照射した測定対象からの反射光により距離計測するステップと、
   距離計測するステップで計測した測定対象までの距離において、霧状態検出ステップで検出した受光強度により霧の影響が少ないと判定した範囲の距離を求めて測定対象までの距離を取得する距離取得ステップと、
   を含むことを特徴とする計測方法。
9. 請求項８に記載の計測方法において、
   前記霧状態検出ステップは、
   ラインレーザから可視光レーザのスリット光を測定対象に照射し、
   スリット光を照射した前記測定対象の撮像画像から前記スリット光の輝線情報を抽出し、
   前記輝線情報から測定対象における前記スリット光の反射位置と、前記反射位置ごとの前記スリット光の反射光の受光強度とを求め、
   前記距離取得ステップは、
   測定対象までの複数の距離に対する可視光レーザの反射光の受光強度と近赤外光レーザによる距離計測の測距精度とを、霧の濃度を変えて予め測定し、所定の測距精度を満たす前記受光強度の最小値を許容受光強度として測定対象までの距離ごとに記憶する判定情報を参照して、前記霧状態検出ステップで取得した受光強度により霧の影響が少ないと判定する
   ことを特徴とする計測方法。
10. 請求項９に記載の計測方法において、
    前記距離取得ステップは、さらに、
    前記測定対象における可視光レーザの反射位置から算出した測定対象までの距離と前記測定対象における可視光レーザの反射位置に近赤外光レーザを照射して計測した距離との差分が、所定の測距精度以下の場合に、近赤外光レーザを照射して計測した距離を測定対象までの距離とする
    ことを含むことを特徴とする計測方法。
11. 請求項９に記載の計測方法において、
    前記距離取得ステップは、さらに、
    前記測定対象における可視光レーザの反射位置から算出した測定対象までの距離を複数回求めて平均値を算出して可視光レーザによる前記測定対象までの距離を求め、
    前記測定対象における可視光レーザの反射位置に近赤外光レーザを照射して計測した距離を複数回求めて平均値を算出して近赤外光レーザによる前記測定対象までの距離を求め、
    前記可視光レーザによる前記測定対象までの距離と前記近赤外光レーザによる前記測定対象までの距離との差分が、所定の測距精度以下の場合に、前記近赤外光レーザによる前記測定対象までの距離を測定対象までの距離とする
    ことを特徴とする計測方法。
12. 請求項９に記載の計測方法において、
    前記距離取得ステップは、さらに、
    近赤外光レーザを照射して複数回距離を計測し、計測した距離の平均値を算出し、前記平均値の標準偏差が所定の測距精度以下の場合に前記平均値を測定対象までの距離とする
    ことを特徴とする計測方法。

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