JP6464595B2 - センサ取付角度検出装置、およびセンサ取付角度検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、自車両に搭載され、電磁波を送受信することによって物標までの距離を測定するセンサの取付角度を検出するセンサ取付角度検出装置に関する。

上記のセンサ取付角度の検出を支援する構成として、自車両を停止線に合わせて停止させ、この状態でセンサから照射されるレーザ光をターゲットに向けて照射し、ユーザがこの際の位置ずれを観察することでセンサ取付角度のずれを認識できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２２６８１０号公報

しかしながら、上記のセンサ取付角度の検出を支援する構成では、自車両を停止線に正確に停車させる必要があり、この際の作業に手間がかかるという問題点があった。
そこで、このような問題点を鑑み、電磁波を送受信することによって物標までの距離を測定するセンサの取付角度を検出するセンサ取付角度検出装置において、自車両を正確な位置に停車させることなく、センサの取付角度を検出できるようにすることを本発明の目的とする。

本発明のセンサ取付角度検出装置において、拡散距離取得手段は、センサによって検出された、予め設定された大きさを有し電磁波を拡散反射する拡散反射物までの距離を表す拡散距離を取得し、鏡像距離取得手段は、センサによって検出された、拡散反射物との位置関係が既知であり電磁波を鏡面反射する鏡面反射物に写る自車両の鏡像までの距離を表す鏡像距離を取得する。そして、自車両角度演算手段は、拡散距離と鏡像距離との位置関係に基づいて、拡散反射物に対する自車両の角度を表す自車両角度を演算する。また、取付角度演算手段は、センサの中心座標に対する拡散反射物が検出された座標とその座標の分布とを用いて、自車両角度に対するセンサの角度を表すセンサ取付角度を演算する。

このようなセンサ取付角度検出装置によれば、拡散反射物までの距離の測定結果と自車両の鏡像までの距離の測定結果とを用いるので、自車両の角度やセンサ取付角度を認識することができる。よって、自車両を正確な位置に停車させることなく、センサ取付角度を検出することができる。

なお、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、一部構成を除外してもよい。

本発明が適用されたセンサ取付角度検出装置１の概略構成を示すブロック図である。 自車両１００、拡散反射物５１、鏡面反射物５２との位置関係を示す平面図である。 制御部１０のＣＰＵ１１が実行する取付角度判定処理を示すフローチャートである。 光学式センサ２１によって得られる物標（測距点）の一例を示す平面図である。 取付角度判定処理のうちの自車両角度算出処理を示すフローチャートである。 平面座標系において物標の検出結果の一例を示すグラフである。 平面座標系において物標の検出結果に基づく直線を示すグラフである。 拡散反射物５１に対する自車両の角度を示す平面図である。 取付角度判定処理のうちのセンサ角度算出処理を示すフローチャートである。 平面座標系において自車両の角度に対するセンサ軸の角度を示す平面図である。 平面座標系において自車両の角度とセンサ軸を角度との関係を示すグラフである。 光学式センサ２１、拡散反射物５１、およびセンサ軸（中心軸）の位置関係の一例を示す説明図である。 取付角度判定処理のうちの判定処理を示すフローチャートである。 自車両１００と拡散反射物５１との位置関係を示す側面図である。 自車両１００、鏡面反射物５２、鏡像１１０の位置関係を示す側面図である。 鉛直座標系において物標の検出結果の一例を示すグラフである。 鉛直座標系において物標の検出結果に基づく直線を示すグラフである。 鉛直座標系において自車両の角度に対するセンサ軸の角度を示す平面図である。 鉛直座標系において自車両の角度とセンサ軸を角度との関係を示すグラフである。 変形例において拡散反射物５１ａ、５１ｂおよび鏡面反射物５２ａ、５２ｂの配置例を示す平面図である。 変形例において拡散反射物５１ｃおよび鏡面反射物５２の配置例を示す平面図である。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
［本実施形態の構成］
本発明が適用されたセンサ取付角度検出装置１においては、乗用車等の車両（自車両１００）に搭載されている。そして、センサ取付角度検出装置１は、電磁波（特にレーザ光）を送受信することによって電磁波を反射する物標までの距離を測定する光学式センサ２１の取付角度を検出し、取付角度が許容範囲内であるか否かの判定を行う機能を有している。

センサ取付角度検出装置１は、図１に示すように、制御部１０と、光学式センサ２１と、表示部２６とを備えている。光学式センサ２１は、図２に示すように、自車両１００の右前の角部分に配置されており、走査しつつ周囲にレーザ光を照射することによってレーザ光の照射範囲内に位置する物標の相対的な位置を検出する。

つまり、光学式センサ２１は、物標の位置を、自身のセンサ軸（光学式センサ２１の中心軸）に対する座標値として認識する。この構成によって、物標までの距離も検出することができる。

表示部２６は、周知のディスプレイやランプ等として構成されている。表示部２６は、制御部１０からの指令に応じて所定の画像を表示させる等の作動を行う。
制御部１０は、ＣＰＵ１１とＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１２とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵ１１は、メモリ１２に格納されたプログラム（センサ取付角度検出プログラムを含む）に従って、後述する取付角度判定処理等の各種処理を実行する。

［本実施形態の処理］
このように構成されたセンサ取付角度検出装置１において、制御部１０は、光学式センサ２１の水平方向の取付角度を検出する取付角度判定処理を実施する。この取付角度判定処理を実施するに際して、自車両１００は、光学式センサ２１が物標の位置を検出可能な検出可能領域内に、拡散反射物５１の全て、および鏡面反射物５２の少なくとも一部が含まれるように配置される。つまり、自車両１００が移動することなく光学式センサ２１を１度だけ走査すれば、拡散反射物５１および鏡面反射物５２（鏡像１１０）についての測距点が得られるよう設定される。

ここで、拡散反射物５１は、レーザ光が照射された場合にこのレーザ光を拡散しながら反射する物体であり、表面が鏡面または黒体ではない一般的な物体であればよい。また、拡散反射物５１は、長さ（図２でいうところの自車両１００の前後方向への長さ）が既知とされている。

鏡面反射物５２は、レーザ光が照射された場合に、このレーザ光を反射する鏡面を備えている。この鏡面は、概ね鉛直方向と平行に配置されている。また、鏡面反射物５２と拡散反射物５１との位置関係（レーザ光を反射する反射面の設置角度：本実施形態では０）は既知とされている。

このように自車両１００を配置した状態で、制御部１０は、図３に示す取付角度判定処理を実施する。取付角度判定処理は、例えば、制御部１０に対して取付角度判定処理を実施する旨の指令が入力されると開始される処理である。

取付角度判定処理では、図３に示すように、まず、測距点を取得する（Ｓ１１０）。ここで、測距点とは、図４の多数の×印にて示すように、レーザ光が照射された方向と物標の反射光を受光するまでのタイミングに従って特定される点であり、レーザ光が照射される毎に検出される点を示す。

図４に示すように、拡散反射物５１についての測距点は、拡散反射物５１が存在する位置となるが、鏡面反射物５２についての測距点は、鏡面反射物５２が存在する位置ではなく、鏡面反射物５２によって反射された自車両の鏡像１１０の位置となる。

続いて、自車両角度算出処理を実施する（Ｓ１２０）。自車両角度算出処理は、拡散反射物５１によるレーザ光の反射面を基準としたときの自車両１００の角度を求める処理である。なお、本実施形態においては、自車両１００の側面が自車両１００の中心軸の方向と平行であるものとして説明を行う。自車両１００の側面が自車両１００の中心軸の方向と異なる場合には、これらの差分に基づいて自車両１００の中心軸の方向を補正すればよい。

自車両角度算出処理では、図５に示すように、まず、拡散反射物５１の測距点群から拡散反射物５１（の反射面）についての関数を求める（Ｓ２１０）。ここで、拡散反射物５１の測距点群は、拡散反射物５１が鏡面反射物５２の前方にあることが予め設定されているため、図６に示すように、鏡像１１０の測距点群を含む全ての測距点群から明確に区別することができる。

そして、拡散反射物５１の測距点群についてハフ変換を実施することによって、図７に示すように、この測距点群についての最も確からしい直線についての関数を得る。
続いて、鏡像１１０の測距点群から鏡像１１０についての関数を求める（Ｓ２２０）。ここで、図６に示す鏡像１１０の測距点群についてハフ変換を実施することによって、図７に示すように、この測距点群についての最も確からしい直線についての関数を得る。本実施形態では、鏡像１１０についての関数をｙ＝ａ_１ｘ＋ｂ_１と表記し、拡散反射物５１についての関数をｙ＝ａ_２ｘ＋ｂ_２と表記する。

続いて、拡散反射物５１に対する自車両の向きを求める（Ｓ２３０）。この処理では、拡散反射物５１についての関数と鏡像１１０についての関数とから各直線の角度差θを求める。すなわち、下記数式にて角度差θを求めることができる。

この角度差θは、図８に示すように、拡散反射物５１に対する自車両１００の向きとなる。このような処理が終了すると、自車両角度算出処理を終了する。

続いて、図３に戻り、センサ角度算出処理を実施する（Ｓ１３０）。この処理は、自車両１００の向きに対する光学式センサ２１の取付角度を求める処理である。センサ角度算出処理では、図９に示すように、まず、拡散反射物５１についての関数を取得し（Ｓ３１０）、続いて、自車両についての関数を取得する（Ｓ３２０）。

そして、これらの関数を用いてセンサの角度を算出する（Ｓ３３０）。この処理では、図１０に示すように、自車両の向きとセンサ軸（光学式センサ２１の中心軸）とのなす角をφとし、センサ軸と拡散反射物５１とのなす角をΨとする。

すると、下記数式が成立する。

また、図１１に示すように、センサ軸についての関数をｙ＝ａ_３ｘ＋ｂ_３とすると、Ψは下記数式によって求めることができる。

ここで、図１２に示すように、拡散反射物５１の反射面の長さが既知であること、および拡散反射物５１の水平方向の両端部までの距離が検出できていることから、光学式センサ２１および拡散反射物５１の両端部を頂点とする三角形の３辺の長さが分かる。よって、この三角形の３つの頂点の角度も算出することができる。

そして、センサ軸から拡散反射物５１の両端部までの角度についても拡散反射物５１の両端部の座標からそれぞれ求めることができるので、センサ軸についての関数を求めることができる。よって、自車両の向きとセンサ軸とのなす角φは、下記数式を用いて求めることができる。

このような処理が終了すると、自車両角度算出処理を終了する。続いて、図３に戻り、判定処理を実施する（Ｓ１４０）。判定処理は、光学式センサ２１の取付角度が許容範囲内であるか否かを判定し、判定結果に応じて出力を行う処理である。

判定処理では、図１３に示すように、まず、予め設定されている理想的なセンサ取付角度φ_０の値を取得する（Ｓ４１０）。続いて、算出した実際のセンサ軸の角度φを取得する（Ｓ４２０）。そして、理想的なセンサ取付角度φ_０と算出した実際のセンサ軸の角度φとの差分を誤差Δφとして求め、この値をメモリ１２に記録する（Ｓ４３０）。

続いて、センサ軸の角度の誤差Δφが許容範囲内であるか否かを判定する（Ｓ４４０）。この処理では、誤差Δφと判断のための基準値αとを比較することで判断結果judgeを求める。

センサ軸の角度の誤差Δφが許容範囲内であれば判断結果judgeがＯＫとなり、センサ軸の角度の誤差Δφが許容範囲外であれば判断結果judgeがＮＧとなる。センサ軸の角度の誤差Δφが許容範囲内であれば（Ｓ４４０：ＹＥＳ）、取付角度がＯＫである旨を表示させるよう表示部２６に対して出力する。

また、センサ軸の角度の誤差Δφが許容範囲外であれば（Ｓ４４０：ＮＯ）、取付角度がＮＧである旨を表示させるよう表示部２６に対して出力する。このような処理が終了すると、判定処理を終了し、取付角度判定処理についても終了する。

なお、上記には水平方向におけるセンサ軸の角度を検出する構成を明示したが、鉛直方向においても同様にセンサ軸の角度を検出することができる。すなわち、Ｓ１１０の処理では、図１４に示すように、拡散反射物５１が存在する位置において鉛直方向にレーザ光を照射し測距点群を得る。このとき、拡散反射物５１の上端から下端までレーザ光を走査してもよいし、図１４に示すように、予め設定された角度の範囲内だけレーザ光を走査してもよい。

また、Ｓ１１０の処理では、図１５に示すように、鏡面反射物５２が存在する位置において、鉛直方向にレーザ光を走査し、同様に測距点群を得る。すると、図１６に示すような測距点群が得られる。これらの測距点群は、拡散反射物５１の位置と鏡面反射物５２の位置とが異なるため、明確に識別することができる。

続いて、Ｓ１２０の処理では、図１７に示すように、これらの測距点群について、ハフ変換を行い、前述の手順と同様に自車両の傾きθを求める。そして、Ｓ１３０の処理では、図１８に示すように、拡散反射物５１の反射面の角度とセンサ軸とのなす角Ψを求める。この際、センサ軸を表す関数は、図１９に示すように、水平方向におけるセンサ軸の角度を検出する構成と同様に、ｙ＝ａ_３ｘ＋ｂ_３と置くと、同様の手順で求めることができる。

なお、水平方向におけるセンサ軸の角度を検出する構成では、拡散反射物５１の左右の両端部と光学式センサ２１とを頂点とする三角形について、３辺の長さが認識できることを利用して各頂点の角度を求めたが、レーザ光を走査する角度が決まっている場合には、この三角形について、２辺の長さとその間の角度を用いて各頂点の角度を認識することができる。すると、前述のように、センサ軸の角度を求めることができる。

その後、Ｓ１４０の処理にて、センサ軸の角度についての判定を行えばよい。
［本実施形態による効果］
以上のように詳述したセンサ取付角度検出装置１において、制御部１０は、センサによって検出された、予め設定された大きさを有し電磁波を拡散反射する拡散反射物までの距離を表す拡散距離を取得し、センサによって検出された、拡散反射物との位置関係が既知であり電磁波を鏡面反射する鏡面反射物に写る自車両の鏡像までの距離を表す鏡像距離を取得する。そして、制御部１０は、拡散距離と鏡像距離との位置関係に基づいて、拡散反射物に対する自車両の角度を表す自車両角度を演算する。また、制御部１０は、センサの中心座標に対する拡散反射物が検出された座標とその座標の分布とを用いて、自車両角度に対するセンサの角度を表すセンサ取付角度を演算する。

このようなセンサ取付角度検出装置１によれば、拡散反射物までの距離の測定結果と自車両の鏡像までの距離の測定結果とを用いるので、自車両の角度やセンサ取付角度を特定することができる。よって、自車両を正確な位置に停車させることなく、センサ取付角度を検出することができる。

また、上記センサ取付角度検出装置１において制御部１０は、センサ取付角度が予め設定された許容範囲内であるか否かを判定し、この判定結果を出力する。
このようなセンサ取付角度検出装置１によれば、センサ取付角度が許容範囲内であるか否かの判定結果を出力することができる。よって、使用者が目視によって判定を行わなくてもよいようにすることができる。

また、上記センサ取付角度検出装置１において制御部１０は、拡散反射物において点間の距離が既知である２点を含む複数の部位についての拡散距離を取得し、自車両の鏡像の複数の部位について鏡像距離を取得する。そして、複数の点についての拡散距離によって得られる拡散反射物の向きと、複数の部位についての鏡像距離によって得られる鏡像の向きとの差分に基づいて、自車両角度を演算する。

このようなセンサ取付角度検出装置１によれば、確実に自車両角度を求めることができる。
また、上記センサ取付角度検出装置１において制御部１０は、拡散距離が求められた複数の点および鏡像距離が求められた複数の部位についてのハフ変換を行うことで、拡散反射物の向きおよび鏡像の向きを演算する。

このようなセンサ取付角度検出装置１によれば、拡散反射物の向きおよび鏡像の向きをハフ変換を用いて演算するので、より確からしい向きを求めることができる。
［その他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

上述したセンサ取付角度検出装置１の他、当該センサ取付角度検出装置１を構成要素とするシステム、当該センサ取付角度検出装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、センサ取付角度検出方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

例えば、上記実施形態において、光学式センサ２１は、光波を照射する構成として説明したが、光波以外にも、電波等の電磁波を照射する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、光学式センサ２１が自車両１００の右前のみに配置された例について説明したが、光学式センサ２１は任意の位置に配置されていてもよい。例えば、光学式センサ２１ａ，２１ｂが自車両１００の左前および右前に配置されている場合には、図２０に示すように、自車両１００の左右のそれぞれに拡散反射物５１ａ、５１ｂおよび鏡面反射物５２ａ、５２ｂを配置してもよい。

このようにすると、自車両１００の製造工程において、例えばベルトコンベアで自車両１００を搬送しつつ、複数の光学式センサ２１について同時にセンサ取付角度を検出することができる。

また、上記実施形態においては、拡散反射物５１は、板状の物体であるものとして説明したが、例えば、図２１に示すように、複数のポール状の物体として構成されていてもよい。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を享受することができる。

［実施形態の構成と本発明の手段との対応関係］
上記実施形態において制御部１０が実施する処理のうちのＳ１１０の処理は本発明でいう拡散距離取得手段および鏡像距離取得手段に相当し、上記実施形態におけるＳ１２０の処理は本発明でいう自車両角度演算手段に相当する。また、上記実施形態におけるＳ１３０の処理は本発明でいう取付角度演算手段に相当し、上記実施形態におけるＳ１４０の処理は本発明でいう判定出力手段に相当する。

１…センサ取付角度検出装置、１０…制御部、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、２１…光学式センサ、２６…表示部、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…拡散反射物、５２，５２ａ，５２ｂ…鏡面反射物、１００…自車両、１１０…鏡像。

Claims (5)

1. 自車両に搭載され、電磁波を送受信することによって物標までの距離を測定するセンサの取付角度を検出するセンサ取付角度検出装置（１）であって、
   前記センサによって検出された、電磁波を拡散反射する拡散反射物までの距離を表す拡散距離を取得する拡散距離取得手段（Ｓ１１０）と、
   前記センサによって検出された、前記拡散反射物との位置関係が既知であり電磁波を鏡面反射する鏡面反射物に写る自車両の鏡像までの距離を表す鏡像距離を取得する鏡像距離取得手段（Ｓ１１０）と、
   前記拡散反射物と前記鏡面反射物との位置関係に基づいて、前記拡散反射物に対する自車両の角度を表す自車両角度を演算する自車両角度演算手段（Ｓ１２０）と、
   センサの中心座標に対する前記拡散反射物が検出された座標及びその座標の分布と前記自車両角度とを用いて、前記自車両角度に対する前記センサの角度を表すセンサ取付角度を演算する取付角度演算手段（Ｓ１３０）と、
   を備えたことを特徴とするセンサ取付角度検出装置。
2. 請求項１に記載のセンサ取付角度検出装置において、
   前記センサ取付角度が予め設定された許容範囲内であるか否かを判定し、該判定結果を出力する判定出力手段（Ｓ１４０）、
   を備えたことを特徴とするセンサ取付角度検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のセンサ取付角度検出装置において、
   前記拡散距離取得手段は、前記拡散反射物において、点間の距離である点間距離が既知である２点を含む複数の部位についての前記拡散距離を取得し、
   前記鏡像距離取得手段は、自車両の鏡像の複数の部位について前記鏡像距離を取得し、
   前記自車両角度演算手段は、前記点間距離と拡散距離との対応によって得られる拡散反射物の向きと、前記複数の部位についての鏡像距離によって得られる鏡像の向きとの差分に基づいて、前記自車両角度を演算すること
   を特徴とするセンサ取付角度検出装置。
4. 請求項３に記載のセンサ取付角度検出装置において、
   前記自車両角度演算手段は、前記拡散反射物に反射した複数の反射点の分布及び前記鏡面反射物に映る前記自車両の鏡像に反射した複数の反射点の分布についてハフ変換を行うことで、前記拡散反射物の向きおよび前記鏡像の向きを演算すること
   を特徴とするセンサ取付角度検出装置。
5. コンピュータを請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のセンサ取付角度検出装置を構成する各手段として機能させるためのセンサ取付角度検出プログラム。