JP7443818B2 - 物体検出装置、移動体、及びプログラム - Google Patents

Description

本願は、物体検出装置、移動体、及びプログラムに関する。

従来、投光したレーザ光が物体により反射又は散乱された戻り光の受光信号を処理し、投光時刻と受光時刻の時間差から物体の有無又は物体までの距離等の物体情報を検出する物体検出装置が知られている。

このような物体検出装置では、十分な物体の検出精度を確保するために高い時間分解能での受光信号の処理が求められ、時間分解能を上げるために装置コストや消費電力が増大する場合がある。これに対し、安価な低速ＡＤ変換器を利用し、低速ＡＤ変換器の出力を補間処理する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の装置では、処理時間が長くなる場合がある。

本発明は、物体検出精度を確保しつつ処理時間を短縮することを課題とする。

本発明の一態様に係る物体検出装置は、プローブ光を投光する投光部と、物体による前記プローブ光の反射又は散乱光の受光信号を出力する受光部と、物体存在確率情報を取得する確率情報取得部と、前記物体存在確率情報に応じて、前記受光信号に基づく検出信号の一部の時間間隔を変化させた可変信号を出力する可変部と、前記可変信号に基づいて取得される物体情報を出力する出力部と、を備える。

本発明によれば、物体検出精度を確保しつつ処理時間を短縮できる。

第１実施形態に係る物体検出装置の全体構成例のブロック図である。 第１実施形態に係る物体検出装置の処理部の機能構成例のブロック図である。 補間処理を説明する図である。 実施形態に係る補間処理結果例の図であり、（ａ）は近距離に物体がある場合の図、（ｂ）は遠距離に物体がある場合の図、（ｃ）は経過時間と時間間隔の関係例の図である。 経過時間と時間間隔の関係例の図であり、（ａ）は近距離ほど時間間隔が短い場合の図、（ｂ）は遠距離ほど時間間隔が短い場合の図である。 第１実施形態に係る物体検出装置の動作例のフローチャートである。 第２実施形態に係る物体検出装置の処理部の機能構成例のブロック図である。 時間間隔と物体存在確率との関係例の図であり、（ａ）は物体存在確率が高いほど時間間隔が短い場合の図、（ｂ）は物体存在確率が低いほど時間間隔が短い場合の図である。 第２実施形態に係る物体検出装置の動作例のフローチャートである。 第３実施形態に係る物体検出装置の処理部の機能構成例のブロック図である。 第４実施形態に係る移動体の構成例を示す図である。 第４実施形態に係る移動体のハードウェア構成例のブロック図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成の部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

実施形態に係る物体検出装置は、投光したプローブ光が物体により反射又は散乱された戻り光の受光信号を処理し、投光時刻と受光時刻の時間差からＴＯＦ（Time of Flight）方式で物体の有無又は物体までの距離等の物体情報を検出する装置である。このような装置として、車両等の移動体に搭載されるＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置等が挙げられる。

また実施形態では、参照情報に応じて、受光信号に基づく検出信号の一部の時間間隔を変化させた可変信号を出力し、この可変信号に基づいて物体情報を検出する。例えば参照情報に応じて、検出信号の一部を補間して時間間隔を短くし、検出信号の他の部分では補間を行わない。これにより、補間処理を実行した検出信号の一部では時間分解能を上げて物体検出精度を確保し、他の部分では補間処理を行わずに処理時間を短縮することで、物体の検出精度を確保しつつ処理時間を短縮する。

［第１実施形態］
＜物体検出装置１００の全体構成例＞
まず、第１実施形態に係る物体検出装置１００の全体構成例を、図１を参照して説明する。図１は、物体検出装置１００の全体構成の一例を説明するブロック図である。

図１に示すように、物体検出装置１００は、半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）１と、投光レンズ２と、受光レンズ３と、受光素子４と、光源駆動部６と、受光回路７と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換部８と、処理部９とを備えている。

光源としての半導体レーザ１が射出するレーザ光は、投光レンズ２により所定の広がり角に変換された後、プローブ光Ｐとして被投光領域２００に向けて投光される。プローブ光Ｐは、被投光領域２００に存在する物体により反射又は散乱され、戻り光Ｒとして物体検出装置１００に戻される。

このプローブ光Ｐは、半導体レーザ１を矩形波で変調したパルス光である。但しこれに限定されるものではなく、正弦波、または所定の波形形状に変調した変調光を用いてもよいし、所定周期で変調した複数周期分に当たる変調光（複数のパルス光群等）であってもよい。

戻り光Ｒは、受光レンズ３を通って受光素子４に入射する。受光素子４は戻り光Ｒの光強度を電圧に変換した受光信号を受光回路７に出力する。受光信号は受光回路７で増幅され、Ａ／Ｄ変換部８でデジタル信号に変換された後、処理部９に入力される。処理部９は入力したデジタル信号に基づき取得される物体の有無又は物体までの距離情報を演算で取得し、取得した距離情報を外部装置に出力する。

ここで、半導体レーザ１は「投光部」の一例であり、戻り光Ｒは「反射又は散乱光」の一例であり、受光素子４は「受光部」の一例である。

半導体レーザ１の射出するレーザ光の波長は、特に限定されないが、物体検出装置１００を自動車等に搭載する場合は、波長が７６０ｎｍより長い光等の人が肉眼で見ることができない非可視光が好適である。

なお、光源は半導体レーザ１に限定されるものではなく、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）や発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）等を用いることもできる。

投光レンズ２は、半導体レーザ１が射出したレーザ光の広がり角を調整する。投光レンズ２は半導体レーザ１の射出するレーザ光のビーム形状を楕円形から円形に整形し、発散するレーザ光を平行化する等のビーム変換機能を備えることもできる。また投光レンズ２は、１枚のレンズによる構成に限定されるものではなく、複数のレンズを組み合わせてもよい。またレンズやミラー、プリズム等の光学素子を組み合わせてもよい。

受光レンズ３は、戻り光Ｒを効率よく集光する集光レンズである。受光レンズ３は、１枚のレンズによる構成に限定されるものではなく、複数のレンズを組み合わせてもよい。またレンズやミラー、プリズム等の光学素子を組み合わせてもよい。

受光素子４は、戻り光Ｒを受光し、受光した光の光強度に応じた電圧信号を出力する光電変換素子である。受光素子４としてＰＤ（Photo Diode）やＡＰＤ（Avalanch Photo Diode）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Single Photo Avalanch Photo Diode）等を適用可能である。なお、受光素子４は、半導体レーザ１と同一の電気基板５に実装されている。

上述した構成以外に、物体検出装置１００は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechnical System）等を含んで構成された走査部を備え、プローブ光Ｐを走査した走査光を被投光領域２００に投光するようにしてもよい。

光源駆動部６は、半導体レーザ１に電気的に接続され、処理部９から入力した制御信号に応答して半導体レーザ１に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。駆動信号として矩形波や正弦波、又は所定の波形形状の電圧波形を用いることができる。光源駆動部６は、電圧波形の周波数を変化させて、駆動信号の周波数を変調可能である。

受光回路７は、受光素子４の受光信号を増幅するアナログ電気回路である。なお、受光信号に含まれるノイズを電気的に除去するためのフィルタ回路を含んで受光回路７を構成することもできる。

Ａ／Ｄ変換部８は、受光回路７による増幅信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号を生成する電気回路である。但し、電気回路に代えてＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路でＡ／Ｄ変換機能を実現してもよいし、Ａ／Ｄ変換に加えて他の機能を追加したＩＣ（Integrated Circuit）等によりＡ／Ｄ変換部８を構成してもよい。またＡ／Ｄ変換部８と等価の機能をコンパレータで実現することもできる。このＡ／Ｄ変換部８には、安価で低速のＡ／Ｄ変換器が用いられる。

処理部９は、物体検出装置１００における半導体レーザ１に制御信号を出力し、半導体レーザ１の駆動を制御する機能と、Ａ／Ｄ変換部８から入力したデジタル信号に基づき、被投光領域２００における物体情報を演算で取得して出力する機能とを備える。

ハードウェア構成として、処理部９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）９２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９３と、ＳＳＤ（Solid State Drive）９４と、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）９５とを備えている。これらはシステムバスＢを介して相互に電気的に接続されている。

ＣＰＵ９１はプロセッサであり、ＲＯＭ９２やＳＳＤ９４等のメモリからプログラムやデータをＲＡＭ９３上に読み出し、処理を実行することで、処理部９全体の制御や機能を実現する。なお、ＣＰＵ９１の機能の一部、又は全部をＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ等の集積回路で実現することもできる。

ＲＯＭ９２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することが可能な不揮発性の半導体メモリである。ＲＯＭ９２には、処理部９の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Basic Input／Output System）、ＯＳ設定等のプログラムやデータが格納されている。

ＲＡＭ９３は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリである。

ＳＳＤ９４は、処理部９による処理を実行するプログラムや各種データが記憶された不揮発性メモリである。なお、ＳＳＤ９４に代えてＨＤＤ（Hard Disk Drive）等を用いることもできる。

入出力Ｉ／Ｆ９５は、車両等の移動体に搭載された外部コントローラやＰＣ（Personal Computer）等の外部装置と接続し、検出条件等のデータを受信したり、検出した物体情報等のデータを送信したりするためのインターフェースである。インターネット等のネットワークに接続してデータの送受を行えるように構成することもできる。

＜処理部９の機能構成例＞
次に、処理部９の機能構成について、図２を参照して説明する。図２は、処理部９の機能構成の一例を説明するブロック図である。

図２に示すように、処理部９は、光源制御部９０１と、基準信号生成部９０２と、時間計測部９０３と、信号入力部９０４と、可変部９０５と、距離情報取得部９０６と、出力部９０７とを備えている。

これらのうち、信号入力部９０４及び出力部９０７のそれぞれの機能は、図１の入出力Ｉ／Ｆ９５等により実現される。また光源制御部９０１、基準信号生成部９０２、時間計測部９０３、可変部９０５及び距離情報取得部９０６のそれぞれの機能は、図１のＣＰＵ９１等により実現される。

光源制御部９０１は、基準信号生成部９０２が生成した基準信号（トリガー信号）に応答して、被投光領域２００に向けたプローブ光Ｐの投光を、光源駆動部６を介して半導体レーザ１に指示する。この時の基準信号は時間計測部９０３にも入力される。

時間計測部９０３は、基準信号を起算点にした経過時間を計測し、経過時間が上限値に達するまで経過時間情報を可変部９０５に繰り返し出力することができる。この経過時間情報は「参照情報」の一例である。

一方、投光指示に応答して投光されたプローブ光Ｐの戻り光Ｒは、受光素子４で受光され、受光信号のＡ／Ｄ変換後のデジタル信号は、信号入力部９０４を介して可変部９０５に入力される。

可変部９０５は、経過時間情報に応じてデジタル信号の時間間隔を変化させることができる。具体的には、時間計測部９０３から入力した経過時間情報の示す経過時間が所定の閾値以下である場合には、信号入力部９０４から入力したデジタル信号の時間間隔を経過時間に応じて補間する処理を実行する。一方、経過時間が所定の閾値以下でない場合には、補間処理を実行しない。

ここで「時間間隔を変化させる」とは、時間間隔を異なるものに変更することを意味する。また本実施形態における「参照情報に応じて時間間隔を変化させる」ことは、参照情報としての経過時間が所定の閾値以下の場合に時間間隔を異なるものに変更することと、予め定めた経過時間と時間間隔の関係に応じて、経過時間に基づき時間間隔を異なるものに変更することの両方を含む。但し、これに限定されるものではなく、経過時間が所定の閾値以下の場合に時間間隔を異なるものに変更することのみを行うようにしてもよい。

可変部９０５は、経過時間に応じて、補間処理を実行したデジタル信号、及び補間処理を実行せずに入力した状態のままのデジタル信号を、可変信号として距離情報取得部９０６に出力する。

距離情報取得部９０６は、可変部９０５から入力した可変信号から戻り光Ｒの受光時刻を取得し、基準信号に応答した投光指示を行った時刻である投光時刻と受光時刻との時間差から距離情報を演算により取得して、出力部９０７を介して外部装置に出力する。

＜補間処理例＞
ここで、可変部９０５による補間処理について、図３～図５を参照して説明する。

まず図３は、可変部９０５による補間処理方法の一例を説明する図である。図３の横軸は、投光時刻からの経過時間を示し、縦軸は電圧を示している。電圧はＡ／Ｄ変換部８によるＡ／Ｄ変換後のデジタルの電圧信号（デジタル信号）である。

また図３に白丸のプロット群で示した非補間信号３１は、補間等の時間間隔を変化させる処理が行われていない状態のデジタル信号であり、「検出信号」の一例である。非補間信号３１におけるプロット間の時間間隔は、Ａ／Ｄ変換部８によるサンプリング間隔に対応する。より具体的には非補間信号３１における非補間プロット３１１と非補間プロット３１２の時間間隔はＡ／Ｄ変換部８によるサンプリング間隔に対応する。

高速のＡ／Ｄ変換器ではサンプリング間隔は短くなって時間分解能は高くなり、低速のＡ／Ｄ変換器ではサンプリング間隔は長くなって時間分解能が低くなる。またＡ／Ｄ変換器は高速になるほど、コスト、消費電力及び回路規模が増大する。

一方、図３に黒丸のプロット群で示した補間信号３２は、非補間信号３１に基づき補間処理を行ったデジタル信号を示している。非補間信号３１の隣接するプロット間に該当する信号を、補間処理で算出したものである。具体的には非補間信号３１における隣接する非補間プロット３１１と非補間プロット３１１の間を補間信号３２における補間プロット３２１が補間している。

補間処理方法は一例として、隣接する非補間信号３１のデジタル信号の平均値を算出する方法が挙げられる。より具体的には、経過時間ｔ［ｎ］におけるデジタル信号の電圧をＶ［ｎ］とし、経過時間ｔ［ｎ＋１］におけるデジタル信号の電圧をＶ［ｎ＋１］とし、経過時間及び電圧の両方で平均化演算を行う。これにより、経過時間が（ｔ［ｎ］＋ｔ［ｎ＋１］）／２で、電圧が（Ｖ［ｎ］＋Ｖ［ｎ＋１］）／２の新たなプロットを生成でき、この新たなプロットで非補間信号３１の隣接するプロット間を補間できる。

可変部９０５は、このような演算を行うことで、受光信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号を補間する。但し、補間処理方法は平均化演算に限定されるものではなく、スプライン補間や多項式補間等の他の処理方法も適用可能である。

また可変部９０５は、非補間信号３１を間引くことで、デジタル信号の時間間隔が長くなるように変化させてもよい。具体的には非補間信号３１における非補間プロット３１２を間引くことで、非補間信号３１の時間間隔を非補間プロット３１１から非補間プロット３１３までの時間間隔に長くすることができる。

補間処理を行うと、デジタル信号の時間間隔が短くなるため、時間分解能が高くなって、投光時刻と受光時刻との時間差に基づく距離検出の検出分解能が高くなる。これにより、Ａ／Ｄ変換部８で低コスト、低消費電力及び小型回路規模で低速のＡ／Ｄ変換器を用いても、補間処理で時間分解能が上がり、検出分解能及び物体検出精度が向上する。

しかし、Ａ／Ｄ変換部８から入力されるデジタル信号の全部に対して補間処理を行うと、補間処理を行う分、処理時間が長くなる場合がある。そのため実施形態では、参照情報に応じてデジタル信号の一部の補間処理を実行することで、デジタル信号の全部に対して補間処理を行う場合と比較し、処理時間が短くなるようにしている。

一方、物体検出装置１００に対して物体がより近距離にあるほど、プローブ光Ｐを投光してから戻り光Ｒが受光素子４で受光されるまでの経過時間は短くなる。また、物体検出装置１００の近距離に物体がある場合には、物体検出装置１００が搭載された車両等の移動体と物体との接触を避けるために、より高精度な距離情報等の物体情報が取得できた方が好ましい。

そのため実施形態では、経過時間が短いほど、デジタル信号の時間間隔がより短くなるように補間処理を実行することで、より高精度な物体情報が要求される度合いに応じて物体の検出精度を上げるようにしている。

ここで図４は、実施形態に係る補間処理結果の一例を説明する図であり、（ａ）は物体検出装置１００に対して近距離に物体がある場合を説明する図、（ｂ）は物体検出装置１００に対して遠距離に物体がある場合を説明する図、（ｃ）は経過時間とデジタル信号の時間間隔の関係を説明する図である。図３と同様に、図４（ａ），（ｂ）における横軸は投光時刻からの経過時間を示し、縦軸は電圧を示している。

図４では経過時間の閾値を１５０ｎｓとして、経過時間が１５０ｎｓ以下の場合に補間処理を実行し、また経過時間が短くなるほどデジタル信号の時間間隔を短くしている。一方、経過時間が１５０ｎｓ以下でない場合には補間処理を実行していない。

図４（ａ）では、物体検出装置１００に対して近距離に物体があるため、距離に応じて経過時間が短い５０ｎｓ付近の時間領域で戻り光Ｒの光量が大きくなり、デジタル信号の電圧が大きくなっている。この５０ｎｓ付近の時間領域では、経過時間に応じた補間処理によりデジタル信号のプロットの間隔は短くなっている。図４（ｃ）に示すように、経過時間０～５０ｎｓの時間領域におけるデジタル信号の時間間隔は１ｎｓであり、デジタル信号の時間間隔に応じた距離分解能は０．１５ｍである。

一方、図４（ｂ）では、物体検出装置１００に対して遠距離に物体があるため、距離に応じて経過時間が長い２７０ｎｓ付近の時間領域で戻り光Ｒの光量が大きくなり、デジタル信号の電圧が大きくなっている。この２７０ｎｓ付近の時間領域は、経過時間の閾値である１５０ｎｓを超えているため、デジタル信号のプロットの間隔は短くなっていない。図４（ｃ）に示すように、この場合のデジタル信号の時間間隔は５０ｎｓであり、デジタル信号の時間間隔に応じた距離分解能は７．５ｍである。

ここで、図４（ａ）及び図４（ｂ）のそれぞれにおけるグラフのデジタル信号は、「可変信号」の一例に対応する。また図４（ａ）及び図４（ｂ）における経過時間が０～１５０ｎｓの時間領域のデジタル信号は、「検出信号の一部」の一例である。

可変部９０５による補間処理で時間間隔が変化したデジタル信号は、距離情報取得部９０６に入力される。距離情報取得部９０６は、デジタル信号のうち、電圧が最も大きくなるピーク時の経過時間情報を、投光時刻と受光時刻の時間差情報として求め、この経過時間情報を距離に換算して距離情報を取得する。電圧が最も大きくなる時の経過時間情報を求める際に、経過時間の時間間隔が短いほど高い分解能でピーク時の経過時間を取得できるため、これにより距離の検出分解能が上がり、物体検出精度が向上する。

次に図５は、経過時間と時間間隔の関係の一例を示す図であり、（ａ）は近距離ほど時間間隔が短い場合の図、（ｂ）は遠距離ほど時間間隔が短い場合の図である。

図５（ａ）の例では、上述したように、経過時間が短く、物体までの距離が短いほどデジタル信号の時間間隔は短くなっている。

一方、図５（ｂ）に示すように、経過時間が長く、物体までの距離が長いほどデジタル信号の時間間隔を長くすることもできる。この場合は、物体検出装置１００から遠いほど高い物体検出精度が必要な場合に好適となる。

このような経過時間と時間間隔の関係を予め定め、図１のＳＳＤ９４等に格納しておく。可変部９０５は時間計測部９０３から入力した経過時間情報に基づき、経過時間と時間間隔の関係を参照することで時間間隔を変化させることができる。

＜物体検出装置１００の動作例＞
次に、物体検出装置１００の動作について、図６を参照して説明する。図６は、物体検出装置１００の動作の一例を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ６１において、光源制御部９０１は、基準信号生成部９０２が生成した基準信号に応答して、被投光領域２００へのプローブ光Ｐの投光を光源駆動部６に指示する。この時の基準信号は時間計測部９０３及び距離情報取得部９０６にも入力される。

続いて、ステップＳ６２において、受光素子４は、投光されたプローブ光Ｐの戻り光Ｒを受光し、受光信号を受光回路７に出力する。

続いて、ステップＳ６３において、受光回路７は受光信号を増幅した増幅信号をＡ／Ｄ変換部８に出力する。

続いて、ステップＳ６４において、Ａ／Ｄ変換部８はアナログの増幅信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号を処理部９に出力する。

続いて、ステップＳ６５において、時間計測部９０３は、基準信号からの経過時間を計測し、経過時間情報を可変部９０５に出力する。

続いて、ステップＳ６６において、可変部９０５は、時間計測部９０３から入力した経過時間情報の示す経過時間が所定の閾値以下であるか否かを判定する。

ステップＳ６６で、経過時間が所定の閾値以下でないと判定された場合には（ステップＳ６６、Ｎｏ）、動作はステップＳ６８に移行する。この場合は、可変部９０５は信号入力部９０４から入力したデジタル信号に対し、補間処理を実行せず、デジタル信号をそのまま距離情報取得部９０６に出力する。

一方、ステップＳ６６で経過時間が所定の閾値以下であると判定された場合には（ステップＳ６６、Ｙｅｓ）、ステップＳ６７において、可変部９０５は、経過時間に基づき、経過時間と時間間隔の関係を参照して時間間隔を変化させ、変化させた後のデジタル信号を距離情報取得部９０６に出力する。

続いて、ステップＳ６８において、距離情報取得部９０６は、可変部９０５から入力したデジタル信号から電圧が最大となるピーク時の経過時間を求め、この経過時間情報を距離情報に換算して距離情報を取得する。

続いて、ステップＳ６９において、距離情報取得部９０６は、出力部９０７を介して外部装置に距離情報を出力する。

続いて、ステップＳ７０において、時間計測部９０３は経過時間が上限以下であるか否かを判定し、上限以下でない場合には（ステップＳ７０、Ｎｏ）、ステップＳ６５に戻り、ステップＳ６５以降の動作が再度行われる。一方、上限以下である場合には（ステップＳ７０、Ｙｅｓ）、動作はステップＳ７１に移行する。

続いて、ステップＳ７１において、処理部９は動作を終了するか否かを判定する。終了すると判定された場合には（ステップＳ７１、Ｙｅｓ）、動作を終了し、終了しないと判定された場合には（ステップＳ７１、Ｎｏ）、ステップＳ６１に戻り、ステップＳ６１以降の動作を再度行う。この終了するか否かの判定は、物体検出装置１００のユーザによる終了操作に応じた指示信号を図１の入出力Ｉ／Ｆ９５を介して入力し、この指示信号に応じて行うことができる。

このようにして、物体検出装置１００は、経過時間に応じてデジタル信号の時間間隔を変化させた可変信号に基づき、物体情報を検出することができる。

＜物体検出装置１００の作用効果＞
以上説明したように、本実施形態では、プローブ光Ｐの投光を指示するための基準信号からの経過時間を計測し、経過時間に応じて、戻り光Ｒの受光信号に基づくデジタル信号の一部の時間間隔を変化させる。そして、経過時間に応じて時間間隔を変化させた可変信号に基づき物体情報を検出する。

例えば経過時間情報に応じて、デジタル信号の一部に対し、補間処理を実行して時間間隔を短くし、デジタル信号の他の部分に対しては補間処理を行わない。これにより、補間処理を実行したデジタル信号の一部では時間分解能を上げて物体検出精度を確保し、他の部分では補間処理を行わずに処理時間を短縮することで、物体の検出精度を確保しつつ処理時間を短縮することができる。

また本実施形態では、経過時間に応じて演算により時間間隔を変化させる。これにより、Ａ／Ｄ変換部８のサンプリングレートを変更して時間間隔を変化させるようなハードウェア構成を用いる場合と比較して、低コストで且つ簡単に時間間隔を変更できる。

また本実施形態では、参照情報として半導体レーザ１がプローブ光Ｐの投光を指示された時刻からの経過時間情報を用いる。この経過時間は、ＴＯＦ方式により距離情報の取得にも利用されるものであるため、経過時間情報を用いることで、新たな構成を追加することなく参照情報を取得することができる。

なお、本実施形態では処理部９が備える時間計測部９０３により経過時間を計測する例を示したが、これに限定されるものではなく、基準信号生成部９０２が生成した基準信号を外部装置に送信し、外部装置で計測した基準信号からの経過時間を処理部９が入力する構成にしてもよい。この外部装置には車載用のプロセッサ等が挙げられる。

また本実施形態では、経過時間が短いほどデジタル信号の時間間隔を短くする。これにより、物体が物体検出装置１００の近距離にあるほど物体の検出精度を上げることができるため、物体検出装置１００が搭載された車両と接触すること等を好適に回避できる。但し、これに限定されるものではなく、経過時間が長いほどデジタル信号の時間間隔を短くする等、用途に応じて経過時間と時間間隔との関係を変更することもできる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る物体検出装置１００ａについて説明する。

本実施形態では、参照情報として物体存在確率情報を用いる。ここで、物体存在確率情報とは、物体検出装置からの距離毎に取得される物体が存在する確率を示す情報をいう。より具体的には、物体存在確率情報は、距離センサ等の外部センサが検出したＮ個の検出情報に基づき作成された距離のヒストグラムにおいて、距離毎の頻度ｎを母数Ｎで除算して取得される確率の情報である。

外部装置には、本実施形態に係る物体検出装置とは別に車両に設けられた車載用のステレオカメラやミリ波レーザ等が挙げられる。また車載用の前方カメラを外部センサとし、前方カメラが撮像した画像情報を検出情報として入力することもできる。この場合は、画像における被写体サイズ等に基づき距離情報が取得され、距離のヒストグラムが作成される。この前方カメラは「撮像部」の一例である。

図７は、物体検出装置１００ａの備える処理部９ａの機能構成の一例を説明する図である。図７に示すように、処理部９ａは、確率情報取得部９０８と、可変部９０５ａと、距離情報取得部９０６ａとを備えている。確率情報取得部９０８の機能は、図１のＣＰＵ９１が所定のプログラムを実行すること等により実現される。

確率情報取得部９０８は、ステレオカメラから入力した距離の検出情報に基づき物体存在確率情報を取得して、取得結果を可変部９０５に出力する。より具体的には、確率情報取得部９０８はステレオカメラから例えば１００フレーム分の距離画像を入力し、これらを用いて距離のヒストグラムを作成する。そして距離毎での頻度ｎを母数に該当するフレーム数の１００で除算して、距離毎での物体存在確率情報を取得できる。

可変部９０５ａは、確率情報取得部９０８から入力した物体存在確率情報に応じてデジタル信号の時間間隔を変化させる。距離情報取得部９０６ａは、可変部９０５ａから入力した可変信号と、基準信号生成部９０２から入力した基準信号との時間差に基づき距離情報を取得し、出力部９０７を介して外部装置に出力することができる。

ここで、図８は、時間間隔と物体存在確率情報との関係の一例を説明する図であり、（ａ）は物体存在確率が高いほど時間間隔が短い場合を示す図、（ｂ）は物体存在確率が低いほど時間間隔が短い場合を示す図である。

図８では、横軸はステレオカメラの検出情報である距離を示し、第１縦軸（左側）は時間間隔を示し、第２縦軸（右側）は物体存在確率を示している。また図８における破線のグラフは物体存在確率８１を示し、実線の横棒のプロットは時間間隔８２を示している。

図８（ａ）では、物体存在確率８１が高いほど時間間隔８２が短くなっており、図８（ｂ）では、物体存在確率８１が低いほど時間間隔８２が短くなっている。

このような物体存在確率と時間間隔の関係を予め定め、図１のＳＳＤ９４等に格納しておく。可変部９０５ａは確率情報取得部９０８から入力した物体存在確率情報に基づき、物体存在確率と時間間隔の関係を参照することでデジタル信号の時間間隔を変化させることができる。ここで、可変部９０５ａは物体存在確率に基づき距離毎で時間間隔を決定するが、デジタル信号の時間間隔は経過時間に応じて変化される。そのためデジタル信号の時間間隔を変化させる際には、距離を経過時間に換算してから、経過時間毎でデジタル信号の時間間隔を変化させるようにする。

次に、図９は、物体検出装置１００ａの動作について説明する。図９は、物体検出装置１００ａの動作の一例を説明するフローチャートである。なお、図９におけるステップＳ９１～Ｓ９４の処理は、図６におけるステップＳ６１～Ｓ６４の処理と同様であるため、ここでは重複する説明を省略する。

ステップＳ９５において、確率情報取得部９０８は、ステレオカメラから入力した距離の検出情報に基づき物体存在確率情報を取得して、取得結果を可変部９０５に出力する。

続いて、ステップＳ９６において、可変部９０５ａは、物体存在確率が所定の閾値以下であるか否かを判定する。

ステップＳ９６で、閾値以下でないと判定された場合には（ステップＳ９６、Ｎｏ）、動作はステップＳ９８に移行する。一方、閾値以下であると判定された場合には（ステップＳ９６、Ｙｅｓ）、ステップＳ９７において、可変部９０５ａは物体存在確率に応じて時間間隔を変化させる。

続いて、ステップＳ９８において、距離情報取得部９０６ａは、可変部９０５ａから入力した可変信号と、基準信号生成部９０２から入力した基準信号との時間差に基づき距離情報を取得する。

続いて、ステップＳ９９において、距離情報取得部９０６ａは、出力部９０７を介して距離情報を外部装置に出力する。

続いて、ステップＳ１００において、処理部９は動作を終了するか否かを判定する。終了すると判定された場合には（ステップＳ１００、Ｙｅｓ）、動作を終了し、終了しないと判定された場合には（ステップＳ１００、Ｎｏ）、ステップＳ９１に戻り、ステップＳ９１以降の動作を再度行う。

このようにして、物体検出装置１００ａは、物体存在確率に応じてデジタル信号の時間間隔を変化させた可変信号に基づき、物体情報を検出することができる。

＜物体検出装置１００ａの作用効果＞
次に、物体検出装置１００ａの作用効果を説明する。

車両等では、前方車両や歩行者等の障害物を検出するためにステレオカメラやミリ波レーザ、前方カメラ等が搭載される場合がある。本実施形態では、このような外部センサによる検出情報から物体存在確率情報を取得して、これを参照情報として用いる。既に搭載された外部センサによる検出情報を用いることで、新たな構成を追加することなく参照情報を取得できる。

ここで外部センサが検出情報の分解能は、サンプリング間隔から計算可能な分解能よりも低いことがより望ましい。

なお、上述したもの以外の効果は、第１実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る物体検出装置１００ｂについて説明する。

ここで、物体検出装置の周囲の状況は、短時間では大きく変化しない場合が多い。従って本実施形態では、物体検出装置１００ｂで直前に検出した物体情報を蓄積部に蓄積し、蓄積された物体情報に基づいて物体存在確率情報を取得する。そして、物体存在確率に応じてデジタル信号の時間間隔を変更する。

図１０は、物体検出装置１００ｂの備える処理部９ｂの機能構成の一例を説明する図である。図１０に示すように、処理部９ｂは、蓄積部９０９と、確率情報取得部９０８ｂと、距離情報取得部９０６ｂとを備えている。蓄積部９０９の機能は、図１のＲＡＭ９３等により実現される。

距離情報取得部９０６ｂは、距離情報を取得すると、出力部９０７を介して外部装置に出力するとともに、蓄積部９０９にも出力して蓄積部９０９に蓄積させる。なお、蓄積部９０９に蓄積させる物体情報の情報量は、所定時間分の物体情報等のように予め定められている。また蓄積部９０９に蓄積される物体情報は所定の時間が経過すると消去され、新たな物体情報を蓄積可能になる。或いは新たな物体情報を上書きして蓄積するようにしてもよい。

確率情報取得部９０８ｂは、蓄積部９０９に蓄積された情報から物体存在確率情報を取得する。確率情報取得部９０８ｂによる物体存在確率情報の取得方法は、蓄積された物体情報に基づき取得する点を除き、上述した確率情報取得部９０８と同様である。

また物体検出装置１００ｂの動作も、蓄積された物体情報に基づき物体存在確率情報を取得する点を除き、上述した物体検出装置１００ａの動作と同様である。

＜物体検出装置１００ｂの作用効果＞
本実施形態では、物体検出装置１００ｂで直前に検出した物体情報を蓄積部９０９に蓄積し、蓄積された物体情報に基づき物体存在確率情報を取得する。そして、物体存在確率に応じてデジタル信号の時間間隔を変更する。物体検出装置１００ｂ自身が蓄積した物体情報を用いることで、新たな構成を追加することなく参照情報を取得できる。

なお、上述したもの以外の効果は、第１～２実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る移動体について説明する。

図１１は、物体検出装置１００を備える移動体１０の構成の一例を示す図である。移動体１０は、荷物を目的地に無人搬送する無人搬送車である。

物体検出装置１００は、移動体１０の前部に取り付けられ、移動体１０の正のＺ方向側の距離画像等の物体情報を取得する。物体検出装置１００の出力によって、移動体１０の正のＺ方向側の障害物等の物体の有無及び物体の位置等の物体情報を検出できる。

図１２は移動体１０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１２に示すように、移動体１０は、物体検出装置１００と、表示装置３０と、位置制御装置４０と、メモリ５０と、音声・警報発生装置６０とを備えている。これらは、信号やデータの伝送が可能なバス７０を介して電気的に接続されている。

本実施形態では、物体検出装置１００と、表示装置３０と、位置制御装置４０と、メモリ５０と、音声・警報発生装置６０とによって、走行管理装置１１が構成されている。走行管理装置１１は、移動体１０に搭載されている。また、走行管理装置１１は、移動体１０のメインコントローラ８０と電気的に接続されている。

表示装置３０は、物体検出装置１００が取得した物体情報や移動体１０に関わる各種設定情報等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のディスプレイである。位置制御装置４０は、物体検出装置１００が取得した物体情報に基づき、移動体１０の位置を制御するＣＰＵ等の演算装置である。音声・警報発生装置６０は、物体検出装置１００が取得した物体情報から、障害物の回避の可否を判定し、回避不可と判断された場合に周囲の人員に通知するスピーカー等の装置である。

このようにして、物体検出装置１００を備えた移動体を提供することができる。

なお、物体検出装置１００を備える移動体は無人搬送車に限定されるものではない。自動車等の車両や、ドローン等の飛行体等に搭載することもできる。また、移動体だけでなく、スマートフォンやタブレット等の情報端末に搭載することも可能である。

なお、上述したもの以外の効果は、第１～３実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

以上、実施形態を説明してきたが、本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

なお、物体検出装置１００により投光される光は、レーザ光に限定されるものではなく、指向性を有さない光であってもよい。またレーダー等の波長の長い電磁波等を用いることもできる。

また、実施形態では、物体検出装置１００が処理部９の構成及び機能を備える例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。処理部９の備える構成及び機能の一部、又は全部を、移動体１０に含まれる外部コントローラ等の物体検出装置１００を搭載する装置、又は物体検出装置１００に接続される装置等が備えてもよい。また処理部９の備える構成及び機能の一部、又は全部を複数の装置に分散させてもよい。

また、実施形態はプログラムを含む。例えば、プログラムは、プローブ光を投光し、物体による前記プローブ光の反射又は散乱光の受光信号を出力し、参照情報に応じて、前記受光信号に基づく検出信号の一部の時間間隔を変化させた可変信号を出力し、前記可変信号に基づいて取得される物体情報を出力する処理をコンピュータに実行させる。このようなプログラムにより上述した物体検出装置と同様の効果を得ることができる。

上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP（digital signal processor）、FPGA（field programmable gate array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

１ 半導体レーザ（投光部の一例）
２ 投光レンズ
３ 受光レンズ
３１ 非補間信号（検出信号の一例）
３２ 補間信号
４ 受光素子（受光部の一例）
５ 電気基板
６ 光源駆動部
７ 受光回路
８ Ａ／Ｄ変換部
８１ 物体存在確率情報（参照情報の一例）
９ 処理部
９１ ＣＰＵ
９２ ＲＯＭ
９３ ＲＡＭ
９４ ＳＳＤ
９５ 入出力Ｉ／Ｆ
９０１ 光源制御部
９０２ 基準信号生成部
９０３ 時間計測部
９０４ 信号入力部
９０５ 可変部
９０６ 距離情報取得部
９０７ 出力部
９０８ 確率情報取得部
９０９ 蓄積部
１０ 移動体
１１ 走行管理装置
１００ 物体検出装置
２００ 被投光領域
Ｐ プローブ光
Ｒ 戻り光（反射又は散乱光の一例）

特開２０１９－１３８８７２号公報

Claims (11)

1. プローブ光を投光する投光部と、
   物体による前記プローブ光の反射又は散乱光の受光信号を出力する受光部と、
   物体存在確率情報を取得する確率情報取得部と、
   前記物体存在確率情報に応じて、前記受光信号に基づく検出信号の一部の時間間隔を変化させた可変信号を出力する可変部と、
   前記可変信号に基づいて取得される物体情報を出力する出力部と、を備える
   物体検出装置。
2. 前記可変部は、演算により前記時間間隔を変化させる
   請求項１に記載の物体検出装置。
3. 前記可変部は、補間処理、又は間引き処理の一方により前記時間間隔を変化させる
   請求項１、又は２に記載の物体検出装置。
4. 前記確率情報取得部は、外部センサにより取得された検出情報に基づき、前記物体存在確率情報を取得する
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の物体検出装置。
5. 前記外部センサは、撮像部である
   請求項４に記載の物体検出装置。
6. 前記外部センサは、ステレオカメラである
   請求項４に記載の物体検出装置。
7. 前記外部センサが前記検出情報を取得する時間分解能は、前記検出信号のサンプリング間隔から計算可能な時間分解能よりも低い
   請求項４乃至６の何れか１項に記載の物体検出装置。
8. 前記物体情報を蓄積する蓄積部を備え、
   前記確率情報取得部は、前記蓄積部に蓄積された前記物体情報に基づき、前記物体存在確率情報を取得する
   請求項１乃至７の何れか１項に記載の物体検出装置。
9. 前記物体は移動体である
   請求項１乃至８の何れか１項に記載の物体検出装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の物体検出装置を備える
    移動体。
11. プローブ光を投光し、
    物体による前記プローブ光の反射又は散乱光の受光信号を出力し、
    物体存在確率情報を取得し、
    前記物体存在確率情報に応じて、前記受光信号に基づく検出信号の一部の時間間隔を変化させた可変信号を出力し、
    前記可変信号に基づいて取得される物体情報を出力する
    処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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