JP5548048B2 - 信号判定装置および信号判定方法 - Google Patents
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Description
なお、以上のような問題点は自己結合型レーザセンサに限らず、他の装置でも同様に発生する可能性がある。
また、本発明の信号判定装置は、入力信号を2値化する2値化手段と、この2値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記2値化手段の出力が変化する度に前記2値化手段の出力のランレングスを測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記ランレングス測定手段の判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を実施する対数変換手段と、この対数変換手段の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定する有効性判定手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の1構成例において、前記有効性判定手段は、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が所定値以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の1構成例において、前記判定手段は、さらに、前記ランレングス測定手段の判定期間中の測定結果から、ランレングスの分布の特徴値T0を算出する特徴値算出手段を備え、この特徴値算出手段は、前記ランレングスの分布の平均値、最頻値もしくは中央値を前記特徴値T0とするか、あるいは前記ランレングスの分布の階級値と度数との積が最大となる階級値を前記特徴値T0とし、前記有効性判定手段は、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が2T0以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定方法は、入力信号を2値化する2値化ステップと、この2値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記2値化ステップの出力が変化する度に前記2値化ステップの出力のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、このランレングス測定ステップの測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを含み、前記判定ステップは、前記ランレングス測定ステップの判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を実施する対数変換ステップと、この対数変換ステップの変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定する無信号状態判定ステップとからなることを特徴とするものである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
図1の自己結合型レーザセンサは、測定対象の物体11にレーザ光を放射する半導体レーザ1と、半導体レーザ1の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード2と、半導体レーザ1からの光を集光して放射すると共に、物体11からの戻り光を集光して半導体レーザ1に入射させるレンズ3と、半導体レーザ1を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ4と、フォトダイオード2の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部5と、電流−電圧変換増幅部5の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部6と、フィルタ部6の出力電圧に含まれる自己結合信号であるMHPの数を数える計数部7と、MHPの数から物体11との距離および物体11の速度を算出する演算部8と、演算部8の算出結果を表示する表示部9と、フィルタ部6の出力が入力信号が有効か否かを判定する信号判定装置10とを有する。
レーザドライバ4は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ1に供給する。これにより、半導体レーザ1は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第1の発振期間P1と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第2の発振期間P2とを交互に繰り返すように駆動される。このときの半導体レーザ1の発振波長の時間変化は、図20に示したとおりである。本実施の形態では、発振波長の最大値λb及び発振波長の最小値λaはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λb−λaも常に一定になされている。
表示部9は、演算部8の算出結果を表示する。
記憶部102は、ランレングス測定部101の測定結果を記憶する。
信号判定装置10は、以上のような処理を判定期間毎に行う。表示部9は、信号判定装置10の判定結果を表示する。
Fedge(x)=p・(1−p)x-1 ・・・(1)
以上の式(1)から、ヒステリシス幅が0(p=0.5)の場合の無信号状態における総度数は総サンプリングクロック数Nsampの1/2であり、ヒステリシス幅が0の場合の無信号状態における階級値1の度数は総サンプリングクロック数Nsampの1/4であるという関係を導出することができる。
以上のように、本実施の形態では、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、自己結合型レーザセンサの構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。図9は本実施の形態の信号判定装置10の構成を示すブロック図である。本実施の形態の信号判定装置10は、2値化部100と、ランレングス測定部101と、記憶部102と、対数変換部104と、有効性判定部105とを有する。
信号判定装置10は、以上のような処理を判定期間毎に行う。表示部9は、信号判定装置10の判定結果を表示する。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。第2の実施の形態において2値化の際のヒステリシス幅が大きい場合、2値化時に歯抜けが多発し、フィルタ部6の出力に含まれるMHPが本来有効な信号であっても、有効な信号でないと判断される可能性がある。
次に、特徴値算出部106は、記憶部102に記憶されているランレングス測定部101の測定結果から、判定期間中のランレングスの特徴値T0を算出する(図16ステップS6)。ランレングスの特徴値T0としては、平均値、最頻値、中央値がある。また、階級値と度数との積が最大となる階級値をランレングスの特徴値T0としてもよい。特徴値算出部106が算出した特徴値T0は、記憶部102に格納される。
信号判定装置10は、以上のような処理を判定期間毎に行う。表示部9は、信号判定装置10の判定結果を表示する。
MHPの波形には、ノイズのために欠落が生じることがあり、結果として2値化部100の出力の波形にも欠落が生じることがある。信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所での2値化出力のランレングスTwは、本来のランレングスのおよそ3倍になる。つまり、2値化出力のランレングスが基準周期T0のおよそ3倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、本実施の形態では、信号の欠落の影響を受け難い階級値2T0以下のランレングス度数分布を用いることによって、図13(A)、図13(B)、図14(A)、図14(B)で説明した問題点を改善することができ、入力信号が有効か否かの判定精度を向上させることができる。
以上のように、本実施の形態では、第2の実施の形態に比べて入力信号が有効か否かの判定精度を向上させることができる。
Claims (8)
- 入力信号を2値化する2値化手段と、
この2値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記2値化手段の出力が変化する度に前記2値化手段の出力のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備え、
前記2値化手段は、前記入力信号の立ち上がりを検出するためのしきい値と立ち下がりを検出するためのしきい値とを同一の値とする状態で前記入力信号を2値化し、
前記判定手段は、前記ランレングスを測定するサンプリングクロックの前記判定期間中の総数をNsampとしたとき、前記判定期間中の総度数とNsamp/2との比、あるいは前記判定期間中の階級値1の度数とNsamp/4との比が、1を中心とする所定の範囲内にある略1の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記判定期間中の総度数とNsamp/2との比、あるいは前記判定期間中の階級値1の度数とNsamp/4との比が、略1でない場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定装置。 - 入力信号を2値化する2値化手段と、
この2値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記2値化手段の出力が変化する度に前記2値化手段の出力のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備え、
前記判定手段は、
前記ランレングス測定手段の判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を実施する対数変換手段と、
この対数変換手段の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定する有効性判定手段とからなることを特徴とする信号判定装置。 - 請求項2記載の信号判定装置において、
前記有効性判定手段は、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が所定値以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定装置。 - 請求項3記載の信号判定装置において、
前記判定手段は、さらに、前記ランレングス測定手段の判定期間中の測定結果から、ランレングスの分布の特徴値T0を算出する特徴値算出手段を備え、
この特徴値算出手段は、前記ランレングスの分布の平均値、最頻値もしくは中央値を前記特徴値T0とするか、あるいは前記ランレングスの分布の階級値と度数との積が最大となる階級値を前記特徴値T0とし、
前記有効性判定手段は、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が2T0以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定装置。 - 入力信号を2値化する2値化ステップと、
この2値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記2値化ステップの出力が変化する度に前記2値化ステップの出力のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを含み、
前記2値化ステップは、前記入力信号の立ち上がりを検出するためのしきい値と立ち下がりを検出するためのしきい値とを同一の値とする状態で前記入力信号を2値化し、
前記判定ステップは、前記ランレングスを測定するサンプリングクロックの前記判定期間中の総数をNsampとしたとき、前記判定期間中の総度数とNsamp/2との比、あるいは前記判定期間中の階級値1の度数とNsamp/4との比が、1を中心とする所定の範囲内にある略1の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記判定期間中の総度数とNsamp/2との比、あるいは前記判定期間中の階級値1の度数とNsamp/4との比が、略1でない場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定方法。 - 入力信号を2値化する2値化ステップと、
この2値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記2値化ステップの出力が変化する度に前記2値化ステップの出力のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを含み、
前記判定ステップは、
前記ランレングス測定ステップの判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を実施する対数変換ステップと、
この対数変換ステップの変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定する無信号状態判定ステップとからなることを特徴とする信号判定方法。 - 請求項6記載の信号判定方法において、
前記無信号状態判定ステップは、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が所定値以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定方法。 - 請求項7記載の信号判定方法において、
前記判定ステップは、さらに前記無信号状態判定ステップの前に、前記ランレングス測定ステップの判定期間中の測定結果から、ランレングスの分布の特徴値T0を算出する特徴値算出ステップを含み、
この特徴値算出ステップは、前記ランレングスの分布の平均値、最頻値もしくは中央値を前記特徴値T0とするか、あるいは前記ランレングスの分布の階級値と度数との積が最大となる階級値を前記特徴値T0とし、
前記無信号状態判定ステップは、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が2T0以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定方法。
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