JPH0749942B2 - 路面横断凹凸測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、路面横断凹凸測定装置に関し、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等、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が各種知られている。

このような装置の一例として、路面横断凹凸測定装置が
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。

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

この方法は、路面上方から光線を照射し、この光線が路
面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。

路面横断凹凸測定装置は、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
測定し、路面に係る情報の収集を行い、収集の結果を車
両の運行制御等に利用する。

このように、従来、路面の横断凹凸を非接触で測定する
ことが可能であった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の装置においては最大測定可能幅員に限界
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、カメラの取り付け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が、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程度が測定幅
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台当たりの最大測定可能幅
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け位置の誤差等による
ファンビーム軌跡の変動を補償できない。この結果、路
面横断凹凸の測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
大測定可能幅員を確保し、正確な測定結果を得ることが
可能な路面横断凹凸測定装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、隣接する
ファンビーム光源が一部共通する領域を照射し隣接する
カメラが一部共通する領域を撮影するようファンビーム
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しかつ隣接するカメラが共通
して撮影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照射
スポットを基準点として、隣接するカメラにより得られ
る軌跡を合成することを特徴とする。

本発明は、さらに、解析手段が、上記隣接するカメラそ
れぞれにより得られた照射スポットが一致するよう、上
記隣接するカメラのうち一方により得られた軌跡を他方
により得られた軌跡に対し平行移動させ、さらに基準軌
跡の撮影によって予め与えられている回転量に応じ、当
該隣接するカメラのうち一方により得られた軌跡を他方
により得られた軌跡に対し回転させることにより、当該
隣接するカメラの撮影範囲及び姿勢の誤差を補償しなが
ら、隣接するカメラにより得られる軌跡を合成すること
を特徴とする。

本発明は、また、解析手段が、上記隣接するカメラによ
り得られる軌跡を合成した後、得られた合成軌跡を直線
に近似し、得られた近似直線と路面を示す所定の基準直
線との角度差を求め、求めた差に応じて当該隣接するカ
メラにより得られる軌跡を回転することにより、車体の
傾斜を補正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がスポ
ットビーム光源の照射スポット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
跡変動が生じた場合にも、これを補償し正確な測定が行
われ、分解能の劣化が防止され、最大測定可能幅員を広
くとりうることとなる。

本発明においては、さらに、上記隣接するカメラそれぞ
れにより得られた照射スポットが一致するよう、解析手
段が、上記隣接するカメラのうち一方により得られた軌
跡を、他方により得られた軌跡に対し平行移動させる。
これにより、当該隣接するカメラの撮影範囲及び誤差の
相違のうち、平行移動成分が補償される。次に、解析手
段は基準軌跡の撮影によって予め与えられている回転量
に応じ、当該隣接するカメラのうち一方により得られた
軌跡を他方により得られた軌跡に対し回転させる。これ
により、当該隣接するカメラの撮影範囲及び姿勢の誤差
のうち回転成分が補償される。以上のようにして、上述
した設置部位の非対称等の補償が実現される。

本発明においては、また、上記隣接するカメラにより得
られる軌跡を合成した後、解析手段が、得られた合成軌
跡を直線に近似する。得られた近似直線は、路面を示す
所定の基準直線と比較される。解析手段は、求めた両者
の角度差に応じて当該隣接するカメラにより得られる軌
跡を回転させる。これにより、車体の傾斜による誤差が
補正される。

［実施例］ 以下、本発明の好適な実施例について図面に基づき説明
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源及び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10−１及び10−２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12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の照射位置は出射位置か
ら1.3m程度車体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、路面基準
面110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100の
入射角θは、θ＝tan^-1（1/2）に設定される。

また、ファンビーム100が照射する実際の路面は、正確
な平面ではなく凹みを有する面である。

ここで、実際の路面を理想平面たる路面基準面110に近
似することにする。実際の路面と路面基準面110とが正
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等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110から見て窪
んだ位置にある。

この凹みをＬとし、路面基準面110から見てＬだけ低い
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
描かれる軌跡に比べ、凹みの位置では路面基準面110に
比べ入射角θにより定まる距離だけ車体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
領域が重複するよう、例えば0.8m程度の幅員で重複すよ
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100−２の軌跡は、CCD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14−１及び14−２は、ファンビーム光源10−１及び
10−２よりも上方、具体的には車体12背面の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100−１及び100−２の軌跡の弁別が容
易となるよう、軌跡に対し直角に（すなわち車体12背面
と垂直に）走査方向が設定されている。

CCDカメラ14−１及び14−２の取り付け高さは、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
計測可能幅員から決定され、取り付け間隔は、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14−２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、CCDカメラ14−１
及び14−２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14の方向）から軌跡130を見た場合の図であ
る。

例えば路面の一部がＬだけ窪んでいる場合、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13
0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16が示されている。

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と同様レーザ発振器等の光源である。その車
体12に対する取り付け位置は車体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
上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100−２の照射位置に対して50mm程度前方に設
定される。CCD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
140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10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を合計した照射の幅員が4.8m程度、CCDカメラ14−１
及び14−２を合計した撮影の幅員が5m程度となる。

第５図には、この実施例の回路構成が示されている。

この図に示される回路は、特にCCDカメラ14−１及び14
−２により撮影された映像の情報処理を行う系統の回路
である。なお、ファンビーム光源10−１、10−２及びス
ポットビーム光源16の駆動系統は、これらに電力を供給
する電源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14−１及び14−２にはそれ
ぞれ８ビットのA/Dコンバータ18−１及び18−２が接続
されている。すなわち、CCDカメラ14−１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18−１及び18
−２から出力される。

A/Dコンバータ18−１及び18−２の後段には、それぞれ
ラインメモリ20−１及び20−２が接続されている。この
ラインメモリ20−１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、インターフェース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10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100は、路
面上に軌跡130を描き、対応するCCDカメラ14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14の走査線方向に対するパワー
分布が示されている。

CCDカメラ14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、輝度が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。

このような演算結果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12及びCCD
カメラ14について行われる動作である。本発明の特等と
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が示されている。

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14、具体的には左側のCCDカメラ14−
２の映像150−２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16は、路面に対し所定の方向にスポッ
トビーム140を発する。このスポットビーム140は、前述
のようにファンビーム100−１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が照射されることが期待さ
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160−
２について、第６図による軌跡130抽出と同様の原理で
輝度の中心抽出を行えば、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14−１及び14
−２に係る結合ポインタ170−１及び170−２を照合し、
この結果を用いて軌跡130−１及び130−２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が示され
ている。

仮に、CCDカメラ14−１及び14−２が車体12の中心面に
対して正確に対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CC
D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14−２の取り付け位
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180−２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150−２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1
4−１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。すなわち、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、が一直
線上になるよう、映像150−１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、測定制度の低下等の障害を伴こと無く路
面横断凹凸の測定が可能となり、かつ最大測定可能幅員
が拡大される。

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の傾斜が生じた場合、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
の差が生じることによる。

この実施例においては、これを最小自乗近似を用いて補
正する。

まず、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誤差として曲線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210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、本実施例で近似直線220と路面
基準面110のなす角を求め、この角度だけ曲線210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が傾斜してい
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、補正することができる。

なお、以上の説明で用いた配置等の設定は、限定的なも
のではない。例えば車種に応じ、あるいは測定対象たる
路面の環境等に応じ、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、
各一対には限られない。これ以上の対数を用いた場合、
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、レーザ発振器
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
大することが可能であり、測定制度を維持できる。

本発明によれば、さらに、上記隣接するカメラそれぞれ
により得られた照射スポットが一致するよう軌跡を平行
移動させ、さらに基準軌跡の撮影によって予め与えられ
ている回転量に応じ軌跡を回転させるようにしたため、
カメラの撮影範囲及び姿勢の誤差をその平行移動成分に
ついても回転成分についても補償できる。

本発明によれば、また、軌跡の近似直線はと路面を示す
所定の基準直線との比較結果に応じて軌跡を回転させる
ようにしたため、車体の傾斜による誤差を補正できる。

【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測定装
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グラム図、 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……ファンビーム光源 12……車体 14……CCDカメラ 16……スポットビーム光源 24……データ処理装置 100……ファンビーム 130……軌跡 140……スポットビーム 150……映像 170……結合ポインタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中根 達英 東京都千代田区六番町２番地 国際航業株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−108207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−84680（ＪＰ，Ａ) 実公 平３−18882（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体後部から斜め下方向に扇形の光線を照
   射するよう車両に搭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、 隣接するファンビーム光源が一部共通する領域を照射し
   隣接するカメラが一部共通す領域を撮影するようファン
   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しかつ隣接す
   るカメラが共通して撮影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照射スポ
   ットを基準点として、隣接するカメラにより得られる軌
   跡を合成することを特徴とする路面横断凹凸測定装置。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の路面横断凹凸測定装置
   において、 解析手段が、 上記隣接するカメラそれぞれにより得られた照射スポッ
   トが一致するよう、上記隣接するカメラのうち一方によ
   り得られた軌跡を他方により得られた軌跡に対し平行移
   動させ、 さらに基準軌跡の撮影によって予め与えられている回転
   量に応じ、当該隣接するカメラのうち一方により得られ
   た軌跡を他方により得られた軌跡に対し回転させること
   により、 当該隣接するカメラの撮影範囲及び姿勢の誤差を補償し
   ながら、隣接するカメラにより得られる軌跡を合成する
   ことを特徴とする路面横断凹凸測定装置。
3. 【請求項３】請求項（１）記載の路面横断凹凸測定装置
   において、 解析手段が、 上記隣接するカメラにより得られる軌跡を合成した後、
   得られた合成軌跡を直線に近似し、 得られた近似直線と路面を示す所定の基準直線との角度
   差を求め、 求めた差に応じて当該隣接するカメラにより得られる軌
   跡を回転することにより、 車体の傾斜を補正することを特徴とする路面横断凹凸測
   定装置。