JPH0432705A - 路面横断凹凸測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、路面横断凹凸／ＩＰＩ定装置に関し、特にそ
の最大測定可能幅員の改良に関する。

［従来の技術］ 非接触で距離を計測する道、カメラ等により撮影された
映像情報に基づき計測を行う装置か各種知られている。

このような装置の一例として、路面横断凹凸測定装置か
ある。この装置は、路面横断面の凹凸を非接触で測定す
る装置である。

路面横断凹凸ＡＰＩ定装置が採用するＡＩ定手法として
、代表的なものには光切断法がある。

この方法は、路面上刃から光線を照η・ｊし、この光線
が路；頂上に描く軌跡をカメラにより捉え、これにより
得られる情報から路面横断凹凸を求める方法である。光
線の照射は、路面の走査の必要から、路面に対して斜め
上方から扇状に行う。この扇状の光線は、一般にファン
ビームと呼ばれる。

路面横断凹凸７Ｉｐ＋定装置は、通常車両に積載される
。すなわち、車両を移動させつつ、随時、車両横断面の
凹凸をｌｐｊ定し、路面に係る情報の収集を行い、収集
の結果を車両の運行制御笠に利用する。

このように、従来、路面の横断凹凸を非接触でＡｍ）定
することか可能であった。

［発明が解決しようとする課ａ］ しかし、従来の装置においては最大Δｌｌｊ定可能幅員
に限界があった。

例えば、最も簡単な構造としてファンビーム光源及びカ
メラを１台のみ車両に積載する構造を考える。この場合
、カメラの取り付は高さを高くすることによって最大測
定可能幅員は向上するか、一方でカメラの分解能は劣化
する。従って、分解能の確保のため、３ｍ程度がａｐｒ
定輻員の限度となる。

また、複数のファンビーム光源及びカメラを並設すれば
、全体としては、カメラ１台当たりの最大ｆｌｌｌ＋定
可能幅員を越えて最大測定可能幅員を確保することが期
待できる。しかし、単に並設したのみでは、車両の傾斜
、ファンビーム光源及びカメラの取り付は位置の誤差＆
４によるファンビーム軌跡の変動を補償できない。この
結果、路面横断凹凸のΔ１１１定を正確に行うことが困
難となっていた。

本発明は、このような問題点を解決することを課題とし
てなされたものであり、分解能を劣化させることなく最
大ｆｌｌｌ回定幅員を確保し、正確な測定結果を得るこ
とか可能な路面横断凹凸′ＡｐＪ定装置を提供すること
を１」的とする。

［課題を解決するための手段〕 この様な「１的を達成するために、本発明は、ファンビ
ーム光源及びカメラを車体に複数個積載し、隣接するフ
ァンビーム光源が共通して照射する領域の少なくとも一
部を照射するスポットビーム光源を備え、カメラにより
撮影された情報を処理する解析手段が、スポットビーム
光源による光線の軌跡を基準点として隣接する軌跡を合
成することを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、カメラにより撮影された映像かスポ
ットビーム光源の軌跡を基準として合成される。この結
果、設置部位の非対称や車体傾斜等により軌跡変動か生
じた場合にも、これを補償し正確なδＩＩＩ定が行われ
、分解能の劣化か防止され、最大測定ｎＪ能幅員を広く
とりうろこととなる。

［実施例］ 以下、本発明の好適な実施例について図面に占（づき説
明する。

第１図及び第２図には、本発明の一実施例に係る路面横
断凹凸測定装置における光成（、及びＣＣＤカメラの配
置が示されている。

これらの図のうち、第１図は車体側面からの図であり、
第２図は車体背面からの図である。

この実施例においては、それぞれ路面に向けて斜め上方
から照射される扇形の光線であるファンビーム１００−
１及び１００−２が、ファンビーム光源］０−１及び１
０−２により発せられる。

このファンビーム光源１０−１及び１０−２は、車体１
２の後部左右両側に設置されている。

ファンビーム光源１０−１及び１０−２はレーザ発振器
等の光源である。設置高さは路面から０゜６５ｍ程度で
あり、ファンビーム１００−１及び１００−２の照射位
置は１−ｉ１射位置から１　、　−３　ｍ　ＬＭ度車体
１２後方に設定される。これらの位置関係は、ファンビ
ーム１００の拡がり角、入射角θ、路面バグ”面１〕０
上への照射幅等によって決定される。

例えば、第３図に示されるように、ファンビー］ ム］００の入η、ｊ角θは、θ−ｔ　ａ　ｎ　　　（１
／　２　）に設定される。

また、ファンビーム１００が照１１．１される実際の路
面は、正確な平面ではなく凹みを合する面である。

ここで、実際の路面を理想１面たる路面基準面］１０に
近似することにする。実際の路面と路面基／ＩＩＩ、１
ｆ１ｊ１１０とか正確に一致するならば、ファンビーム
１００は、路面上において入射角θ笠のパラメタにより
決定される位置に、直線状の軌跡を描くことになる。

しかし、実際の路面は横断凹凸を有している。

すなわち、実際の路面のうち一部は路面基準面］１０か
ら見て窪んた位置にある。

この凹みをＬとし、路面基僧面１１０から見てしたけ低
い位置にある平面を凹み面１２０で表すこととすると、
実際の路面と路面基準面１１０とが一致している部分に
おいて描かれる軌跡に比へ、凹みの位置ては路面基準面
１１０に比べ入射角θにより定まる距離たけ車体１２後
方に軌跡が描かれる。この場合、前述の入射角θの式か
ら、凹みによる軌跡の位置ずれは２Ｌとなる。

また、ファンビーム１００−１及び１００−２の照射幅
は照射領域か重複するよう、例えば０゜８ｍ程度の幅員
で重複するよう、設定される。

ファンビーム光源１０−１及び１０−２により発せられ
るファンビーム１００−１及び１００２の軌跡は、ＣＣ
Ｄカメラ１４−１及び１４−２によりそれぞれ撮影され
る。このＣＣＤカメラ］４−１及び１４−２は、ファン
ビーム光源１０１及び１０−２よりも上方、具体的には
車体］２背而の１，９ｍ程度の高さに配置されている。

ＣＣＤカメラ１４−１及び１４−２は、ファンビーム１
００−１及び］　００−２の軌跡の弁別か容易となるよ
う、軌跡に対し直角に（すなわち車体１２背而と垂直に
）走査方向が設定されている。

ＣＣＤカメラ〕４−１及び１４−２の取り付は高さは、
使用するレンズの焦点距離、受光素子面のサイズ、１台
当りの３！４１１１可能幅員から決定され、取り付は間
隔は、車体１２の幅により決定される。

また、ファンビーム光源１０−１及び１０−２と対応し
て、両ＣＣＤカメラ１４−１及び］４２の視野は重複す
るよう設定される。重複幅は０゜４ｍ程度であり、ＣＣ
Ｄカメラ１４−１及び］４−２からの路面１１０の臨み
角は１８°程度である。

ＣＣＤカメラ１４から、対応するファンビーム光源１０
によるファンビーム１００の軌跡を撮影すると、第４図
のようになる。この図は、路面鉛直方向（すなわち、路
面に対するＣＣＤカメラ〕４の方向）から軌ｕ１３０を
見た場合の図である。

例えば路面の一部がしたけ窪んている場合、この凹みの
部分では前述の入射角θの式により２Ｌだけ後方に軌跡
１３０が曲がり込む。ＣＣＤカメラ１４は、このような
軌跡１３０を撮影し、後述する処理に提供する。

さらに、第２図においては、本発明の特徴に係るスポッ
トビーム光源〕６か示されている。

このスポットビーム光源１６は、ファンビーム光源１０
−１及び１０−２と同様レーサ発振器等の光源である。

その車体１２に対する取り付は位置は車体１２の中心線
上の任意の位置である。スポットビーム光源１６は、路
面基準面１１０土の所定位置にスポットビーム１４０を
照射する。このスポットビーム１４０の照射位置は、フ
ァンビーム１００−１及び１００−２との弁別が容易と
なるよう、ファンビーム１００−１及び１００２の照射
位置に対して５０　ｍ　ｍ程度前方に設定される。ＣＣ
Ｄカメラ１４−１及び１４−２は、ファンビーム１００
−１及び１００−２の軌跡と共にこのスポットビーム１
４０の照射スポットをも撮影する。

このように配置すると、ファンビーム光源〕０の１台当
り幅員が２．９ｍ程度ならば、ファンビーム１００−１
及び１００−２を合１１１シた照射の幅員か４，８ｍ程
度、ＣＣＤカメラ〕４−１及び１４−２を含み１した撮
影の幅員か５ｒｎ程度となる。

第５図には、この実施例の回路構成が示さねでいる。

この図に示される回路は、特にＣＣＤカメラ］４−１及
び１４−２により撮影された映像の佇Ｊ報処理を行う系
統の回路である。なお、ファンビーム光ａ：ｙ、　１０
−１．１０−２及びスポットビーム光源］６の駆動系統
は、これらに７ｈ力を（（（給する電ｉ１１；ｊ及びそ
のスイッチ系統のみなので、ここでは説明を省略する。

第５図において、ＣＣＤカメラ］４−１及び］４−２に
はそれぞれ８ビツトのＡ／Ｄコンバータ１８−１及び］
８−２か接続されている。すなわち、ＣＣＤカメラ］４
−１及び１４−２により撮影された映像は８ビットに量
子化され、８ビット輝度分解能のデータとしてＡ／Ｄコ
ンバータ１８〕及び１８−２から！１４力される。

Ａ／Ｄコンバータ１８−１及び］８−２の後段には、そ
れぞれラインメモリ２０〜１及び２゜２が接続されてい
る。このラインメモリ２ｏ−１及び２０−２は、Ａ／Ｄ
コンバータ１８−１及び１８−２の出力を一走査線期間
分だけ記憶し、後段に出力する。

ラインメモリ２０−１及び２０−２は、インタフェース
２２を介してデータ処理装置２４に接続されている。こ
のデータ処理装置２４は、路面横断凹凸の演算を行う装
置である。

次に、この様な構成を有する本実施例の動作について説
明する。

まず、各ファンビーム光源１ｏから、所定の照射幅でフ
ァンビーム１００が発せられる。このファンビーム１０
０は、路面上に軌跡１３　ｏを描き、対応するＣＣＤカ
メラ］４によりこの軌跡１３０がそれぞれ撮影される。

第６図には、ＣＣＤカメラ］４の走査線方向に対するパ
ワー分布か示されている。

ＣＣＤカメラ］４は、Ａ／Ｄコンバータにより出力が８
ビット輝度分解能（パワー）とされるカメラである。軌
跡１３０の撮影の際には、第６図に示されるように、輝
度のピークを有する信号を出力する。

本実施例においては、このような輝度分布に基づき、デ
ータ処理装置２４により軌跡１３０を求めている。

例えば、輝度か最大であるピクセル及びこれに隣接する
合計ｎピクセルの輝度を平均し、輝度分布の重心位置を
求めればよい。

このような演算処理を全走査線に渡って実行すれば、例
えば第４図に示されるような軌跡１３０が、重心位置を
結ぶ線として求められることになる。

以上のべた動作は、一対のファンビーム光源〕２及びＣ
ＣＤカメラ１４について行われる動作である。本発明の
特徴とするところは、複数台（実施例では２台）並設さ
れたファンビーム光源１２及びＣＣＤカメラ１４により
それぞれ得られる軌跡を合成する動作である。以下、こ
の動作に付き説明する。

第７図には、本実施例においてデータ処理装置２４によ
り行われる結合ポインタの抽出の原理か小されている。

この図において、１５０はＣＣＤカメラ１４により撮影
される映像を示している。なお、この図においては、説
明のために片方のＣＣＤカメラ］４、具体的には左側の
ＣＣＤカメラ１４−２の映像：１．５０−２が示されて
いる。

本実施例において車体１２の中心軸上に設けられている
スポットビーム光源］６は、路面にχ・Ｉし所定の方向
にスポットビーム］４０を発する。このスポットビーム
１．４０は、前述のようにファンビーム１００Ｊ−１及
び１００−２の重複照射領域内部の所定位置に照射され
る。

データ処理装置２４は、ＣＣＤカメラ１４−２により撮
影された映像１５０−２に基づき、結合ポインタの抽出
を行う。

ここで、結合ポインタとは、スポットビーム１４０の照
射位置をいう。

例えば、スポットビーム１４０が照射されることか期待
される領域を結合ポインタサーチエリア１６０−２とし
て予め設定しておく。この結合ポインタサーチエリア１
６０−２について、第６図による軌跡１３０抽出と同様
の原理で輝度の重心抽出を行えば、結合ポインタ１７０
−２が求められることになる。

次に、データ処理装置２４は、両ＣＣＤカメラ〕４−１
及び１４−２に係る結合ポインタ〕７０］及び１７０−
２を照合し、この結果を用いて軌跡１３０−１及び１３
０−２を合成する。

第８図には、この実施例における軌跡合成原理か小され
ている。

仮に、ＣＣＤカメラ１４−１及び］４−２が虫体１２の
中心面に対して正確に々・Ｉ称に配置されており、車体
１２もまったく傾斜していないとする。

このとき、ＣＣＤカメラ１４−１及び１４−２により撮
影される映像１５０−１及び１５０−２をＣＣＤカメラ
１４−１及び１４−２の位置に応じて合成すれば、軌跡
１３０−１及び１３０−２は合成された１本の軌跡とな
る。

しかし一般に、ＣＣＤカメラ１４−１と１４２の取り付
は位置のずれや車体１２の傾斜により、軌跡１３０−１
及び１３０−２は一致しない。

この実施例においては、この不一致を排除し１本の合成
された軌跡を得るために、結合ポインタ１７０−１及び
１７０−２から軌跡１３０−１及び１３０−２に下ろし
た垂線１８０−１と１８０２を一致させるよう、映像の
平行移動及び回転処理を行う。

まず、第８図中１９０及び２００で示される矢印方向に
、結合ポインタ１７０−１に対する結合ポインタ１７０
−２の座標差だけ、映像１５〇−２を移動させる。これ
により、軌跡１３０−１と１３０−２のずれのうち、平
行移動成分が補正される。

次に、回転成分の補正が行われる。この補正は、例えば
予め水平路面上における基準となる軌跡を各ＣＣＤカメ
ラ１４−１及び１４−２毎に撮影しておき、これを符合
させることにより行う。ずなわぢ、ＣＣＤカメラ１４−
１による基準軌跡と、ＣＣＤカメラ１４−２による基準
軌跡と、が−直線上になるよう、映像１．５０−１に対
し映像１５０−２を相対的に回転させる。これにより、
回転成分の補正が達せられる。

このように、結合ポインタ１７０−１及び１７０−２を
用いて合成された１本の軌跡を得ることができる。この
軌跡は、２対のファンビーム光源１２及びＣＣＤカメラ
１４を用いることにより、従来の一対の場合に比べ拡大
された幅員に係る軌跡である。また、その形状は路面の
横断方向の凹凸を表しており、ＸＹ変換により路面の横
断面方向のデータに変換することにより路面横断凹凸を
得ることが可能である。従って、測定精度の低下等の障
害を伴こと無く路面横断凹凸の４１１定か可能となり、
かつ最大測定可能幅員か拡大される。

第９図には、車体１２の傾斜が発生した場合における合
成された軌跡による路面横断凹凸の傾きを補正する原理
が示されている。

すなわち、車体１２の傾斜か生じた場合、実際の路面横
断凹凸と撮影・合成された軌跡により求められた路面横
断凹凸との間に路面横断面内での角度的なずれが生じる
。これは、ＣＣＤカメラ１４−１と１４−２の間に路面
との距離の差か牛しることによる。

この実施例においては、これを最小自乗近Ｕを用いて補
正する。

ます、前述のように撮影・合成された軌跡により求めら
れる路面横断凹凸を、そのまま路面横断面上に表した場
合、第９図に示されるような曲線２１０で表されるとす
る。

しかし、車体１２が傾斜していると、実際にはその傾斜
分が路面横断面上における角度ご１差として曲線２１０
に含まれることになる。

そこで、この曲線２１０を用いて最小自乗法により近似
直線２２０を求める。この近似直線２２０は、曲線２１
０から期待される路面基準面を示しており、実際の路面
基準面１１０とある角度を成して交差する。この角度は
、車体１２の傾斜角に等しいと見なせるものである。

このような理由により、本実施例では近似直線２２０と
路面基準面１１０のなす角を求め、この角度たけ曲線２
］０を回転させ、実際の路面横断凹凸２３０を求めてい
る。

このように、本実施例においては、車体１２か傾斜して
いても、車体の傾斜角を合成された軌跡に基づき近似的
に求め、補正することかできる。

なお、以上の説明で用いた配置等の設定は、限定的なも
・のてはない。例えば中種に応し、あるいは測定対象た
る路面の環境等に応し、適当に設定すれば良い。

また、ＣＣＤカメラ及びファンビーム光源の対の個数は
、２対には限られない。これ以上のχ、ｉ数を用いた場
合、隣接するファンビーム光源の中間位置にスポットビ
ーム光源を配置し、両ファンビームの符合に用いればよ
い。

さらに、データ処理装置２４における各種演算は、他の
アルゴリズムに立脚するものであっても良い。すなわち
、結合スポットにより隣接する複数のＣＣＤカメラ１４
による映像を合成する点で共通するものなら構わない。

そして、カメラ、光源等は、ＣＣＤカメラ、レザ発振器
等以外の物でも良い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、複数対のカメラ
及び光源により得られる軌跡をスポットビームにより符
合して合成するようにしたため、最大測定可能幅員を拡
大することか可能であり、測定精度を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る路面横断凹凸ｍ定装
置における光源及びカメラ配置を示す側面図、 第２図は、この実施例における光源及びカメラ配置を示
す背面図、 第３図は、この実施例におけるファンビーム照射の態様
を示す路面縦断面図、 第４図は、この実施例におけるファンビームの軌跡図、 第５図は、この実施例におけるデータ処理系統の回路図
、 第６図は、この実施例に用いるＣＣＤカメラの走査線方
向におけるパワー分布を示すヒストダラム図、 第７図は、この実施例における結合ポインタを示す映像
図、 第８図は、この実施例における映像合成の原理図、 第９図は、この実施例における車体傾斜補正処理の原理
図である。 １０　　・ １２　　・・・ ］４　　・・・ １６　　・・ ２４　　・・ １００　　　・ １３０　　・・・ １４０　　　・・・ １５０　　・・・ コア０・・・ ファンビーム光源 車体 ＣＣＤカメラ スポットビーム光源 データ処理装置 ファンビーム 軌跡 スポットビーム 映像 結合ポインタ ＣＣＤカメラの取り付１ブ亮畑（車体側面）第１図 ＣＣＤカメラ計測幅員（車体背面） 第２図 ２７／ビームＯ照射 第３図 ＣＣＤカメラから見た軌跡 第４図 ヒ・→ 走査縫方向 走査線方向（で消するパワー分布 第６図 結合ボイ／りの抽出 第７図 実施例の回路構成（処理系） 第５図 ２台のカメラ画像合成原理 第８ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　車体後部から斜め下方向に扇形の光線を照射する車両
   に積載されたファンビーム光源と、ファンビーム光源か
   ら発せられた光線の軌跡を撮影するよう光源より上方に
   設置されたカメラと、撮影された光線の軌跡を解析して
   路面の横断凹凸を求める解析手段と、を有する路面横断
   凹凸測定装置において、 ファンビーム光源及びカメラを車体に複数個積載し、 隣接するファンビーム光源が共通して照射する領域の少
   なくとも一部を照射するスポットビーム光源を備え、 解析手段が、スポットビーム光源による光線の軌跡を基
   準点として、隣接する軌跡を合成することを特徴とする
   路面横断凹凸測定装置。