JPWO2014192805A1 - レーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法 - Google Patents
レーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2014192805A1 JPWO2014192805A1 JP2015519901A JP2015519901A JPWO2014192805A1 JP WO2014192805 A1 JPWO2014192805 A1 JP WO2014192805A1 JP 2015519901 A JP2015519901 A JP 2015519901A JP 2015519901 A JP2015519901 A JP 2015519901A JP WO2014192805 A1 JPWO2014192805 A1 JP WO2014192805A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- unit
- quality
- laser beam
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 54
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 246
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 71
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 195
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 151
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 146
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 59
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 37
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 28
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 10
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 description 44
- 230000008569 process Effects 0.000 description 40
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 32
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 26
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 12
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 101001139126 Homo sapiens Krueppel-like factor 6 Proteins 0.000 description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 101000710013 Homo sapiens Reversion-inducing cysteine-rich protein with Kazal motifs Proteins 0.000 description 1
- 238000012951 Remeasurement Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
このレーザレーダ装置では、レーザ光を計測面に向けて放射するとともに、その計測面により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信し、そのレーザ光を放射してから、反射波であるレーザ光を受信するまでの経過時間を計測する。
このレーザレーダ装置は、経過時間を計測すると、その経過時間から、自装置(レーザレーダ装置)を搭載している移動体から計測面までの距離を算出し、その距離を画像化する。
また、自装置を搭載している移動体が止まっている場合でも、自装置を搭載している移動体から計測面までの距離が長いと、有意な画素値を有している画素の個数が減少して、距離画像の品質が低下してしまう課題があった。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図1において、水中移動体1はレーザレーダ装置10を搭載しており、慣性航法機能あるいはGPS受信機能によって、自己の現在位置(絶対位置)を計測しながら航行する水中探査機や潜水艦などが該当する。
水中移動体1の航行制御部2は水中移動体1の速度計や高度計などから、水中移動体1の速度や海底高度(水深)を示す計測データを収集して、その計測データをレーザレーダ装置10に出力するとともに、水中移動体1の現在位置を計測して、その計測データをレーザレーダ装置10に出力する処理を実施するほか、レーザレーダ装置10から出力された速度変更指令や高度変更指令にしたがって水中移動体1の速度や海底高度を制御する処理を実施する。
計測面3はレーザレーダ装置10の計測対象であり、例えば、海底面や浮遊物体などが該当する。
送受光学部12はシステム制御部16の制御の下でビーム走査角度を切り替えながら、レーザ出力部11から出力されたパルスレーザ光(送信光)を計測面3に向けて放射し、計測面3により反射されて戻ってきたパルスレーザ光(受信光)を受信する処理を実施する。
光検出部13は送受光学部12により受信されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を信号処理部14に出力する受光器を実装している。
なお、光検出部13は、外部信号に基づいて受光タイミングを制御するゲート機能と、外部信号に基づいて受光ゲインを可変できる機能を備えている。
レーザ出力部11、送受光学部12及び光検出部13からレーザ光送受信手段が構成されている。
画像処理部15は例えばGPU(Graphics Processing Unit)などから構成されており、信号処理部14により算出された距離を画像化して距離画像を出力する処理、信号処理部14により検出された光強度を画像化して光強度画像を出力する処理や、信号処理部14により算出された計測点の三次元座標を画像化して三次元座標画像を出力する処理などを実施する。
また、画像処理部15は信号処理部14により算出された計測点の三次元座標から三次元マップを生成する処理を実施する。
なお、画像処理部15は画像化手段及び三次元マップ生成手段を構成している。
例えば、レーザレーダ装置の一部(例えば、信号処理部14、画像処理部15及びシステム制御部16)がコンピュータで構成されている場合、信号処理部14、画像処理部15及びシステム制御部16の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図4はこの発明の実施の形態1によるレーザレーダ装置の処理内容(レーダ画像生成方法)を示すフローチャートである。
図2において、レーザ光分岐器21は例えば平板ウィンドウなどのタップ用の光学素子から構成されており、レーザ出力部11から出力されたパルスレーザ光(送信光)を分岐し、一方のパルスレーザ光をビーム調整光学系23に出力し、他方のパルスレーザ光を送信光モニタ部22に出力する処理を実施する。なお、送信光モニタ部22に出力するパルスレーザ光は僅かであり、大部分のパルスレーザ光はビーム調整光学系23に出力する。
送信光モニタ部22はレーザ光分岐器21から出力されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号をレーザ光出力タイミングモニタ信号として、信号処理部14に出力する処理を実施する。
ビーム走査系24は送信光学系25及び受信光学系26を実装しており、システム制御部16から出力されたビーム走査速度指示信号が示すビーム走査速度(ビーム走査周期)で、送信光学系25から放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度を切り替えるとともに、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部14に出力する処理を実施する。
受信光学系26はシステム制御部16から出力された受信視野調整信号にしたがって受信視野が調整されたのち、計測面3により反射されて戻ってきたパルスレーザ光(受信光)を光検出部13に集光する光学系である。
図2では、送信光学系25と受信光学系26が別の光学系である例を示しているが、送信光学系25と受信光学系26の機能を兼ねている送受信光学系26がビーム走査系24に実装されていてもよい。
図3において、閾値調整部31はシステム制御部16から出力された閾値設定信号が示す受信信号閾値(基準レベル)が設定され、光検出部13から出力された受信信号の信号レベルが受信信号閾値以上である場合に限り、その受信信号を経過時間計測部32及び光強度検出部33に出力する処理を実施する。なお、閾値調整部31は受信信号選択手段を構成している。
光強度検出部33は送受光学部12の送信光モニタ部22からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点から、閾値調整部31から出力された受信信号のピークホールド処理を開始し、送受光学部12により受信されたレーザ光の光強度として、受信信号のピークホールド値をデータ保存部35に出力する処理を実施する。なお、光強度検出部33は光強度検出手段を構成している。
また、距離・三次元座標算出部34は送受光学部12のビーム走査系24からビーム走査開始信号が出力された時点から、システム制御部16から出力されるパルス出力同期信号(レーザ出力部11におけるパルスレーザ光の出力に同期して、システム制御部16から出力される信号)の個数をカウントし、そのカウント値から現在のビーム走査角度を算出し、水中移動体1から計測面3までの距離と現在のビーム走査角度から、計測面3における計測点の三次元座標を算出する処理を実施する。
なお、距離・三次元座標算出部34は距離算出手段及び三次元座標算出手段を構成している。
データ保存部35は例えばRAMやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、距離・三次元座標算出部34により算出された計測面3までの距離及び計測点の三次元座標と、光強度検出部33により検出されたレーザ光の光強度とを保存する。
この実施の形態1では、海底面が計測面3であり、水中移動体1が水中を移動しながら、計測面3に対して1次元のラインスキャンを実施することで、海底面の形状測定を行う例を説明する。
図5は水中を移動している水中移動体1に搭載されているレーザレーダ装置が計測面3である海底面を計測している様子を示す説明図である。
即ち、システム制御部16は、レーザ出力部1から出力されるパルスレーザ光のパルス繰り返し周期R、パルス幅及びレーザパワーを初期設定する。
また、システム制御部16は、ビーム走査速度f(ビーム走査周期)を示すビーム走査速度指示信号を送受光学部12のビーム走査系24に出力することで、ビーム走査速度fを設定するとともに、パルスレーザ光のビーム径及びビーム拡がり角θを示すビーム調整信号を送受光学部12のビーム調整光学系23に出力することで、パルスレーザ光のビーム径及びビーム拡がり角θを初期設定する。
さらに、システム制御部16は、受信視野を示す受信視野調整信号を送受光学部12の受信光学系26に出力することで、受信光学系26の受信視野が送信光学系25から放射されるパルスレーザ光(送信光)と同等の範囲になるように視野角を初期設定する。
また、システム制御部16は、光検出部2の受光ゲインを初期設定するとともに、受信信号閾値(基準レベル)を示す閾値設定信号を信号処理部14の閾値調整部31に出力することで、受信信号閾値を初期設定する。
ここでは、計測面3に対して1次元のラインスキャンを実施するため、システム制御部16が、一次元のビーム走査を行う指令をビーム走査系24に出力するが、計測面3に対して2次元のスキャンを実施する場合には、システム制御部16が、二次元のビーム走査を行う指令をビーム走査系24に出力する。
レーザ出力部11から出力されるパルスレーザ光のパルス幅及びレーザパワーは、初期設定されている通りである。
システム制御部16は、レーザ出力部11がパルスレーザ光の出力を開始すると、レーザ出力部11におけるパルスレーザ光の出力に同期して、パルス出力同期信号を信号処理部14の距離・三次元座標算出部34に出力する。
上述したように、送信光モニタ部22に出力するパルスレーザ光は僅かであり、大部分のパルスレーザ光はビーム調整光学系23に出力する。
送信光モニタ部22は、レーザ光分岐器21からパルスレーザ光を受けると、そのパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号をレーザ光出力タイミングモニタ信号として、信号処理部14の経過時間計測部32及び光強度検出部33に出力する。
ビーム走査系24の送信光学系25は、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受けると、そのパルスレーザ光(送信光)を計測面3に向けて放射する。
このとき、ビーム走査系24は、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受ける毎に、初期設定時に、システム制御部16から出力されたビーム走査速度指示信号が示すビーム走査速度f(ビーム走査周期)で、送信光学系25から放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度θbeamを切り替えるようにする。
また、ビーム走査系24は、最初に、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受けた時点で、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部14に出力する。
なお、受信視野調整信号にしたがって受信光学系26の受信視野を調整することで、計測面3のビーム照射範囲程度に受信視野を絞ることができる。このため、周辺の散乱光の入射を抑えて、SN良く、計測面3からの反射光を受信することが可能になる。
光検出部13は、システム制御部16により初期設定された受光ゲインで、送受光学部12の受信光学系26により集光されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を信号処理部14に出力する。
以下、信号処理部14の処理内容を具体的に説明する。
一方、その受信信号の信号レベルが受信信号閾値未満であれば、ノイズレベルの信号をキャンセルするため、その受信信号を破棄する。
なお、送受光学部12の送信光学系25から放射されたレーザ光のパルス数が1個でも、自装置から計測面3に至る間に、何らかの浮遊物などが存在している場合には、1回のレーザ光出力タイミングにおいて、計測面3により反射されたパルスレーザ光(受信光)の他に、その浮遊物等により反射されたパルスレーザ光(受信光)が受信される。
このような場合、閾値調整部31から複数の受信信号が出力されるので、経過時間計測部32は、レーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点から、各々の受信信号が出力されるまでの経過時間Tを計測する。
以下、N個の受信信号が出力される場合、n番目の受信信号に対応する経過時間をTn(n=1,2,・・・,N)のように表記する。
複数の受信信号が出力されるまでの経過時間Tnを計測したのち、所定時間が経過すると、経過時間計測部32における時間計測処理は自動的に停止され、計測している時間はリセットされる。
例えば、一定の電圧変動幅があるパルスの立上りを認識すると、そのパルスの立下りを認識するまでの間のピーク電圧値(受信信号のピークホールド値)を検出する。
なお、閾値調整部31から複数の受信信号が出力される場合、各々の受信信号のピークホールド処理を実施して、各々の受信信号のピークホールド値をデータ保存部35に出力する。
以下、N個の受信信号が出力される場合、n番目の受信信号のピークホールド値をPn(n=1,2,・・・,N)のように表記する。
式(1)において、cは光速、rは伝搬空間の屈折率である。
式(2)において、Xはビーム走査範囲、fはビーム走査速度(ビーム走査周期)、Rはパルス繰り返し周期である。
ここで、図6はパルスカウント数Npとビーム走査角度θbeamの関係を表す概念図である。
式(3)は、レーザレーダ装置10から放射されるパルスレーザ光が、水中移動体1の進行方向に対して鉛直方向である場合の算出式であるが、水中移動体1の進行方向に対して角度θmの方向にパルスレーザ光が放射されてもよい。
その場合、三次元座標(XN,YN,ZN)は、下記の式(4)のように算出される。
このとき、システム制御部16が、水中移動体1の航行制御部2に対して、水中移動体1の現在位置を問い合わせて、現在位置の計測データを取得するので、データ保存部35が、その計測データが示す水中移動体1の現在位置(XvN,YvN,ZvN)を保存する。
ここで、図8はデータ保存部35により保存されるデータ例を示す説明図である。
また、画像処理部15は、データ保存部35から複数のパルスレーザ光(送信光)に対応するレーザ光の光強度PNを読み出し、それらの光強度PNを画像化して、その光強度画像を図示せぬディスプレイに表示する。
また、画像処理部15は、データ保存部35から複数のパルスレーザ光(送信光)に対応する三次元座標(XN,YN,ZN)を読み出し、それらの三次元座標(XN,YN,ZN)を画像化して、その三次元座標画像を図示せぬディスプレイに表示する。
さらに、画像処理部15は、それらの三次元座標(XN,YN,ZN)から三次元マップを生成する。
水中移動体1の航行制御部2は、速度計から水中移動体1の速度Vや海底高度Hを示す計測データを収集しており、システム制御部16から移動速度や海底高度の問い合わせを受けると、水中移動体1の速度Vや海底高度Hを示す計測データをシステム制御部16に出力する。
ここで、図9は計測箇所の抜けが発生する移動速度の制限条件を示す説明図であり、下記の式(5)の関係を満足していない場合、距離画像や光強度画像上で計測箇所の抜けが発生している判断する。
システム制御部16は、計測箇所の抜けが発生していると判断すると、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定する。
システム制御部16は、計測箇所の抜けが発生しており、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定すれば、移動速度の変更が可能であるか否かを航行制御部2に問い合わせる。
システム制御部16は、航行制御部2から移動速度の変更が可能である旨の回答が得られれば(ステップST6)、式(5)が成立する速度になるまで、速度の低下を指示する速度変更指令を航行制御部2に出力する。
航行制御部2は、システム制御部16から出力された速度変更指令にしたがって水中移動体1の速度Vを変更する(ステップST7)。
システム制御部16は、航行制御部2から海底高度の変更が可能である旨の回答が得られれば(ステップST8)、計測点の空間分解能変動許容量に基づく、高度変更可否判定を行う(ステップST9)。
ここで、図10は高度変化に対する分解能変動の関係を表す概念図である。
海底高度の変更は、図10に示すように、計測点の空間分解能に影響する。このため、海底高度の変更可否の判断として、現在の海底高度Hに対して、式(5)を満足する海底高度までの高度変化量ΔHが、空間分解能の変動許容量ΔNに対して、下記の式(6)を満足するか否かを確認する。
航行制御部2は、システム制御部16から出力された高度変更指令にしたがって水中移動体1の海底高度Hを変更する(ステップST10)。
システム制御部16は、航行制御部2が水中移動体1の海底高度Hを変更すると、次のスキャンを開始させる(ステップST2)。
システム制御部16は、新たなビーム拡がり角θを算出すると、そのビーム拡がり角θと、変更後の海底高度Hと、現在の移動速度Vとを用いて、式(5)を満足する新たなビーム走査速度f(ビーム走査周期)を算出する(ステップST11)。
ここで、図11はビーム走査周期の導出式を表す概念図であり、ビーム走査速度f(ビーム走査周期)に対し、空間分解能N、パルス繰り返し周期R、海底高度H、ビーム走査範囲Xの関係式(下記の式(7))が導かれる。
この背景として、ビーム走査範囲Xに対して、規定のパルス数で計測することが設定されており、これを守るようにシステムを制御することで、ライン走査範囲内の空間分解能を維持することができる。
即ち、システム制御部16は、新たなビーム走査速度f、現在のパルス繰り返し周期R、新たな海底高度H及び現在のビーム走査範囲Xを式(7)に代入して、新たな空間分解能Nを算出し、この空間分解能Nと現在の空間分解能との差分(空間分解能の変動量)が許容範囲内であれば、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することが可能であると判断する。
また、システム制御部16は、新たな海底高度Hへの変更を指示する高度変更指令を航行制御部2に出力する。
航行制御部2は、システム制御部16から出力された高度変更指令にしたがって水中移動体1の海底高度Hを変更する。
システム制御部16は、航行制御部2が水中移動体1の海底高度Hを変更すると、次のスキャンを開始させる(ステップST2)。
システム制御部16は、新たなビーム拡がり角θを算出すると、そのビーム拡がり角θと、現在の海底高度Hと、現在の移動速度Vとを用いて、式(5)を満足する新たなビーム走査速度f(ビーム走査周期)を算出する(ステップST11)。
即ち、システム制御部16は、新たなビーム走査速度f、現在のパルス繰り返し周期R、現在の海底高度H及び現在のビーム走査範囲Xを式(7)に代入して、新たな空間分解能Nを算出し、この空間分解能Nと現在の空間分解能との差分(空間分解能の変動量)が許容範囲内であれば、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することが可能であると判断する。
システム制御部16は、新たなビーム走査速度fやビーム拡がり角θを設定すると、次のスキャンを開始させる(ステップST2)。
例えば、水中移動体1が、母船や拠点と通信可能な状態であれば、空間分解能の設定変更を行うか否かをユーザに問い合わせるようにする。通信不可能な状態であれば、予めプログラムされた処理に従って設定変更の可否を決定する。
システム制御部16は、空間分解能の設定変更が可能であれば、新たなビーム走査速度f(ビーム走査周期)を示すビーム走査速度指示信号を送受光学部12のビーム走査系24に出力することで、新たなビーム走査速度fを設定するとともに、新たなビーム拡がり角θを示すビーム調整信号を送受光学部12のビーム調整光学系23に出力することで、新たなビーム拡がり角θを設定する(ステップST12)。
システム制御部16は、新たなビーム走査速度fやビーム拡がり角θを設定すると、次のスキャンを開始させる(ステップST2)。
レーザレーダ装置10は、計測面3の計測が完了するまで、ステップST2〜ST15の処理を繰り返し実施する。
このとき、システム制御部16は、規定の体積中に含まれている計測点密度が、ユーザにより設定されている基準密度より低い領域、あるいは、規定の体積中に含まれている計測点間隔が、ユーザにより設定されている基準間隔より広い領域を抽出し、その領域を水中移動体1の航行制御部2に通知する。
水中移動体1の航行制御部2は、システム制御部16から上記の通知を受けると、再度、当該領域の計測を行うようにしてもよい。
また、三次元マップの計測点間隔をリアルタイムに検査することで、計測点数が少ない箇所を自律して抽出して再計測を行うことが可能になり、1回の探査で無駄のない水中地形計測を行うことが可能になる。
図12はこの発明の実施の形態2によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
システム制御部40は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、図1のシステム制御部16と同様の処理を実施するほかに、画像処理部15により生成された距離画像の中で、有意な画素値を有している画素の個数を計数し、その個数が規定数(第1の基準数)未満であれば、その距離画像の品質が基準品質を満足していないと判定する処理を実施する。
また、システム制御部40は画像処理部15により生成された光強度画像を構成している画素の中で、飽和値を有している画素の個数を計数し、飽和値を有している画素の個数が許容数(第2の基準数)以上であれば、その光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定する処理を実施する。
また、システム制御部40は光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定すると、レーザ光の送受信条件(例えば、レーザ出力部1から出力されるパルスレーザ光のレーザパワー、送受光学部12の受信光学系26における受信視野、光検出部2の受光ゲイン及びゲート時間、信号処理部14の閾値調整部31における受信信号閾値など)を変更する処理を実施する。
なお、システム制御部40は品質判定手段、相対関係変更手段及び低計測点密度領域抽出手段を構成している。
例えば、レーザレーダ装置の一部(例えば、信号処理部14、画像処理部15及びシステム制御部40)がコンピュータで構成されている場合、信号処理部14、画像処理部15及びシステム制御部40の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図13はこの発明の実施の形態2によるレーザレーダ装置の処理内容(レーダ画像生成方法)を示すフローチャートである。
図14はレーザレーダ装置による水中物体(計測対象)のイメージング動作を示す概念図である。
この実施の形態2では、送受光学部12のビーム走査系24が、システム制御部40の制御の下で、水平方向及び垂直方向の二次元走査を行うものとする。
図14に示しているイメージング動作は、レーザレーダ装置10を搭載している水中移動体1が特定の計測対象に近接しながら、特定の計測対象の形状計測を行う場合の動作である。
この場合、水中移動体1が搭載している光学カメラ等では、計測対象までの距離を認識できない位置であるが、水中移動体1が搭載している音響センサ等の距離センサでは、計測対象までの距離を大まかに把握できる位置に水中移動体1が存在している状態から、レーザレーダ装置10の動作を開始する。
即ち、水中移動体1が搭載している音響センサ等の距離センサを用いて、レーザレーダ装置10の動作が可能な距離まで計測対象に近づいたことを検知すると、レーザレーダ装置10が初期設定を開始する。
具体的には、以下の通りである。
即ち、システム制御部40は、図1のシステム制御部16と同様に、各処理部を初期設定するが、レーザ出力部1から出力されるパルスレーザ光のレーザパワーについては最大出力に初期設定する。
また、光検出部2の受光ゲインについては最大値に初期設定し、信号処理部14の閾値調整部31における受信信号閾値については最小値に初期設定する。
レーザ出力部11は、システム制御部40からパルスレーザ光の出力指令を受けると、上記実施の形態1と同様に、初期設定されたパルス繰り返し周期Rでパルスレーザ光を繰り返し送受光学部12に出力する。
システム制御部40は、レーザ出力部11がパルスレーザ光の出力を開始すると、図1のシステム制御部16と同様に、レーザ出力部11におけるパルスレーザ光の出力に同期して、パルス出力同期信号を信号処理部14の距離・三次元座標算出部34に出力する。
送信光モニタ部22は、レーザ光分岐器21からパルスレーザ光を受けると、上記実施の形態1と同様に、そのパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号をレーザ光出力タイミングモニタ信号として、信号処理部14の経過時間計測部32及び光強度検出部33に出力する。
ビーム走査系24の送信光学系25は、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受けると、上記実施の形態1と同様に、そのパルスレーザ光(送信光)を計測対象に向けて放射する。
このとき、ビーム走査系24は、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受ける毎に、初期設定時に、システム制御部40から出力されたビーム走査速度指示信号が示すビーム走査速度f(ビーム走査周期)で、送信光学系25から放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度θを切り替えるようにする。
また、ビーム走査系24は、最初に、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受けた時点で、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部14に出力する。
光検出部13は、システム制御部40により初期設定された受光ゲインで、送受光学部12の受信光学系26により集光されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を信号処理部14に出力する。
信号処理部14は、光検出部13から受信信号を受けると、上記実施の形態1と同様に、その受信信号に対する各種の信号処理を実施する。
以下、システム制御部40は、計測対象の撮像画像の視認性を高める処理を実施する。
図15は距離画像内の計測対象の視認性を高めるために、レーザレーダ装置10が自律的に判断しながら、計測対象への接近を制御する様子を示す説明図である。
図15では、計測対象との正確な距離や水中環境の光減衰特性が不明な場合において、距離画像の視認性を向上させるための制御方法を表している。なお、図15は、十分な反射強度を有する信号を受信できない程度に、計測対象との距離が離れている状況下では、有意な値を有する画素がまばらに存在している。
また、図16は距離画像及び光強度画像内の計測対象の視認性の変化を示す説明図である。
システム制御部40は、距離画像内の有効画素数C1をカウントすると、その有効画素数C1と規定数Cref1(規定数は、予めユーザ又はシステムによって設定されている基準数である)を比較する(ステップST23)。
システム制御部40は、その有効画素数C1が規定数Cref1未満であれば、その距離画像の品質が基準品質を満足していないと判定し、計測対象への接近を水中移動体1の航行制御部2に指示する。
航行制御部2は、システム制御部40から計測対象への接近指令を受けると、水中移動体1が計測対象へ接近するように、水中移動体1を移動させる(ステップST24)。
これにより、前回より計測対象へ接近した状態で計測対象が計測されて距離画像や光強度画像が生成され(ステップST22)、距離画像内の計測対象の視認性が向上することが期待される。
システム制御部40は、光強度画像内の飽和画素数C2をカウントすると、その飽和画素数C2と許容数Cref2(許容数は、予めユーザ又はシステムによって設定されている基準数である)を比較する(ステップST25)。
システム制御部40は、その飽和画素数C2が許容数Cref2以上であれば、その光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定し、レーザレーダ装置10のパラメータ(レーザ光の送受信条件)を変更する(ステップST26)。
また、送受光学部12の受信光学系26における受信視野を狭める変更を行ってもよい。受信信号閾値を上げる変更を行う場合、システム誤差によって発生する距離精度の劣化を抑えるために、送信光モニタ部22の閾値も同等に上げるようにする。
これにより、前回と異なるパラメータ(レーザ光の送受信条件)で計測対象が計測されて距離画像や光強度画像が生成され(ステップST22)、光強度画像内の計測対象の視認性が向上することが期待される。
なお、ステップST22〜ST26の処理を繰り返しても、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足しない場合、水中移動体1と計測対象の距離が離れることで、光強度画像内の飽和が改善されることがあるため、システム制御部40が、水中移動体1と計測対象の距離を離す指令を航行制御部2に出力するようにしてもよい。
したがって、遠隔操作によるパラメータ調整の手間を省き、計測時間の短縮を図ることが可能になる。また、水中移動体1と計測対象の距離を自律的に調整することで、水中環境が変化した場合でも、水中環境の特性把握を必要とせずに、視認性の良い撮像画像を得ることが可能になる。加えて、水中移動体1の1計測当たりの消費エネルギーを低減することが可能になり、運用効率の向上及び探索範囲の拡大といった効果を得ることが可能になる。
図17はこの発明の実施の形態3によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図1及び図12と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
利得情報保持部51は例えばRAMやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、送信光モニタ部22からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点(レーザ光の放射開始時点)からの経過時間と時間応答ゲイン(利得)の対応関係を示す利得カーブ(利得情報)を複数種類保持している。なお、利得情報保持部51は利得情報保持手段を構成している。
また、システム制御部52は画像処理部15により生成された光強度画像内の飽和画素数C2をカウントし、その飽和画素数C2が許容数Cref2以内になるようにレーザレーダ装置10のパラメータであるレーザ光の送受信条件(例えば、パルスレーザ光のレーザパワー、受光ゲイン、受信信号閾値など)を変更する処理を実施する。
なお、システム制御部52は品質判定手段、相対関係変更手段、低計測点密度領域抽出手段及び利得情報選択手段を構成している。
例えば、レーザレーダ装置の一部(例えば、信号処理部14、画像処理部15、利得情報保持部51及びシステム制御部52)がコンピュータで構成されている場合、利得情報保持部51をコンピュータのメモリ上に構成するとともに、信号処理部14、画像処理部15及びシステム制御部52の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図19及び図20はこの発明の実施の形態3によるレーザレーダ装置の処理内容(レーダ画像生成方法)を示すフローチャートである。
図18において、光電変換器61はシステム制御部52からゲート信号(送信光モニタ部22からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力されたのち、ユーザに設定されたディレイ時間後に出力される信号)が出力されると、システム制御部52から出力されたゲイン設定信号が示す受光ゲインを送受光学部12の受信光学系26により集光されたパルスレーザ光に印加し、受光ゲイン印加後のパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を出力する処理を実施する。
時間応答ゲイン調整部62はシステム制御部52により選択された利得カーブを参照して、レーザ光の放射開始時点からの経過時間に対応する時間応答ゲイン(利得)を特定し、その時間応答ゲインを光電変換器61から出力された受信信号に印加し、時間応答ゲイン印加後の受信信号を信号処理部14に出力する処理を実施する。
なお、光電変換器61及び時間応答ゲイン調整部52から受光器が構成されている。
この実施の形態3では、上記実施の形態1,2と相違する処理内容だけを説明し、上記実施の形態1,2と同じ処理内容の説明を省略する。
最初に、距離画像の品質を高める際の処理内容を説明する。
次に、システム制御部52は、海底高度(水深)と利得カーブの対応関係を示す参照テーブル(図示せぬ)を参照して、利得情報保持部51により保持されている複数種類の利得カーブの中から、水中移動体1が現在存在している海底高度(水深)に対応する利得カーブを選択し、その利得カーブを光検出部13の時間応答ゲイン調整部62に設定する(図19のステップST31)。
また、システム制御部52は、レーザ出力部1から出力されるパルスレーザ光のレーザパワーを最大出力に初期設定するとともに、光検出部2の受光ゲインを最大値に初期設定する。また、信号処理部14の閾値調整部31における受信信号閾値を最小値に初期設定する(ステップST32)。
システム制御部52は、システム内部の散乱光の受光や、近距離からの不要な散乱光の受光を避ける目的でゲート信号を出力している。
光検出部13の光電変換器61は、システム制御部52からゲート信号が出力されると、システム制御部52から出力されたゲイン設定信号が示す受光ゲイン(初期設定時は最大値)を送受光学部12の受信光学系26により集光されたパルスレーザ光に印加し、受光ゲイン印加後のパルスレーザ光を電気信号に変換して、その電気信号である受信信号を時間応答ゲイン調整部62に出力する。
ここで、図21は時間応答ゲイン調整部62による伝搬損失補償を示す説明図である。
利得情報保持部51には、伝搬空間の光減衰率を想定して、複数種類の利得カーブが用意されており、各々の利得カーブにおける時間応答ゲインは、概ね、時間経過に伴って大きくなるように設定されている。
時間応答ゲイン調整部62が、経過時間に対応する時間応答ゲインを受信信号に印加することで、レーザ光の伝搬に伴う減衰が補償される。これにより、信号閾値調整を実施しても、低減することができなかった比較的近距離の浮遊物等からの散乱光の誤検出を低減することが可能になる。
システム制御部52は、画像処理部15が距離画像を生成すると、図12のシステム制御部40と同様に、その距離画像内の有効画素数C1をカウントする(ステップST33)。
システム制御部52は、距離画像内の有効画素数C1をカウントすると、その有効画素数C1と規定数Cref1(この規定数Cref1は、予めユーザ又はシステムによって設定されている基準数であり、上記実施の形態2で示している規定数Cref1と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい)を比較する(ステップST34)。
システム制御部52は、距離画像内の有効画素数C1が規定数Cref1未満であれば、その距離画像の品質が基準品質を満足していないと判定し、利得カーブの設定を1段階上げることが可能であるか否かを確認する。
即ち、システム制御部52は、利得情報保持部51により保持されている複数種類の利得カーブの中に、先に時間応答ゲイン調整部62に設定している利得カーブより、経過時間に対応する時間応答ゲイン(利得)が大きい利得カーブが存在しているか否かを判定する(ステップST35)。
光検出部13の時間応答ゲイン調整部62は、システム制御部52が利得カーブを設定変更すると、設定変更後の利得カーブを参照して、レーザ光の放射開始時点からの経過時間に対応する時間応答ゲイン(利得)を特定し、その時間応答ゲインを光電変換器61から出力された受信信号に印加し、時間応答ゲイン印加後の受信信号を信号処理部14に出力する。
航行制御部2は、システム制御部52から計測位置の変更要請を受けると、水中移動体1を移動して計測位置を変更する(ステップST37)。
以降、計測が完了するまで、ステップST31〜ST37の処理が繰り返し実施される。
システム制御部52は、水中移動体1の航行制御部2から、水中移動体1が現在存在している海底高度(水深)を示す計測データを取得する。
次に、システム制御部52は、海底高度(水深)と利得カーブの対応関係を示す参照テーブル(図示せぬ)を参照して、利得情報保持部51により保持されている複数種類の利得カーブの中から、水中移動体1が現在存在している海底高度(水深)に対応する利得カーブを選択し、その利得カーブを光検出部13の時間応答ゲイン調整部62に設定する(図20のステップST41)。
また、システム制御部52は、レーザ出力部1から出力されるパルスレーザ光のレーザパワーを最大出力に初期設定するとともに、光検出部2の受光ゲインを最大値に初期設定する。また、信号処理部14の閾値調整部31における受信信号閾値を最小値に初期設定する(ステップST42)。
光検出部13の光電変換器61は、システム制御部52からゲート信号が出力されると、システム制御部52から出力されたゲイン設定信号が示す受光ゲイン(初期設定時は最大値)を送受光学部12の受信光学系26により集光されたパルスレーザ光に印加し、受光ゲイン印加後のパルスレーザ光を電気信号に変換して、その電気信号である受信信号を時間応答ゲイン調整部62に出力する。
システム制御部52は、画像処理部15が光強度画像を生成すると、図12のシステム制御部40と同様に、その光強度画像内の飽和画素数C2をカウントする(ステップST43)。
システム制御部52は、光強度画像内の飽和画素数C2をカウントすると、その飽和画素数C2と許容数Cref2(この許容数Cref2は、予めユーザ又はシステムによって設定されている基準数であり、上記実施の形態2で示している許容数Cref2と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい)を比較する(ステップST44)。
システム制御部52は、光強度画像内の飽和画素数C2が許容数Cref2以上であれば、その光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定し、レーザレーダ装置10のパラメータであるレーザ光の送受信条件(例えば、パルスレーザ光のレーザパワー、受光ゲイン、受信信号閾値など)を変更することが可能であるか否かを確認する(ステップST45)。
システム制御部52は、パラメータの変更が可能であれば、信号処理部14の閾値調整部31における受信信号閾値を1段階大きい値に設定変更する(ステップST46)。
これにより、近傍の浮遊物からの散乱光による強度情報の飽和現象が低減される。
システム制御部52は、距離画像内の有効画素数C1が規定数Cref1以上であれば、計測面3からの反射波を受信できていると判断し、光強度画像内の飽和画素数C2のカウントを再度実施する(ステップST43)。
システム制御部52は、距離画像内の有効画素数C1が規定数Cref1未満であれば、計測面3からの反射波を受信できていないと判断し、更に、その受信信号閾値を1段階大きい値に変更することが可能であるか否かを確認する(ステップST48)。
変更する(ステップST46)。
システム制御部52は、受信信号閾値を1段階大きい値に変更することが不可能であれば、閾値調整部31における受信信号閾値を最小値に設定変更するとともに、レーザ出力部1から出力されるパルスレーザ光のレーザパワー又は光検出部2の受光ゲインのうち、少なくとも一方を1段階小さい値に設定変更する(ステップST49)。
その後、上記と同様に、距離画像内の有効画素数C1が規定数Cref1以上であるか否かを確認する。
航行制御部2は、システム制御部52から計測位置の変更要請を受けると、水中移動体1を移動して計測位置を変更する(ステップST50)。
以降、計測が完了するまで、ステップST41〜ST50の処理が繰り返し実施される。
図22はこの発明の実施の形態4によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図1、図12及び図17と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
送受光学部61はシステム制御部64の制御の下でビーム走査角度を切り替えながら、レーザ出力部11から出力されたパルスレーザ光(送信光)を計測面3に向けて放射し、計測面3により反射されて戻ってきたパルスレーザ光(受信光)を受信する処理を実施する。
送受光学部61は、図1等の送受光学部12と異なり、送信光学系25及び受信光学系26を2組実装している。
この実施の形態4では、送信光学系25及び受信光学系26を2組実装している例を説明するが、3組以上実装していてもよい。
レーザ出力部11、送受光学部61及び光検出部62からレーザ光送受信手段が構成されている。
また、システム制御部64は、送受光学部61が送信光学系25及び受信光学系26を2組実装しているので、一方の組における受信光学系26の受信視野と、他方の組における受信光学系26の受信視野が異なるように設定する。
なお、システム制御部64は品質判定手段、相対関係変更手段、低計測点密度領域抽出手段及び利得情報選択手段を構成している。
例えば、レーザレーダ装置の一部(例えば、信号処理部63、画像処理部15及びシステム制御部64)がコンピュータで構成されている場合、信号処理部63、画像処理部15及びシステム制御部64の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
ビーム走査系24’は送信光学系25A,25B及び受信光学系26A,26Bを実装しており、システム制御部64から出力されたビーム走査速度指示信号が示すビーム走査速度(ビーム走査周期)で、送信光学系25A,25Bから放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度を切り替えるとともに、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部63に出力する処理を実施する。
受信光学系26Aは送信光学系25Aと同軸方向に光軸が調整されており、システム制御部64から出力された受信視野調整信号Aにしたがって受信視野が調整されたのち、計測面3により反射されて戻ってきたパルスレーザ光(受信光A)を光検出部62に集光する光学系である。
受信光学系26Bは送信光学系25Bと同軸方向に光軸が調整されており、システム制御部64から出力された受信視野調整信号Bにしたがって受信視野が調整されたのち、計測面3により反射されて戻ってきたパルスレーザ光(受信光B)を光検出部62に集光する光学系である。
この実施の形態4のレーザレーダ装置は、水中移動体1が移動しながら、複数のライン走査を実施して、水中地形の計測を行うものである。
図24は水中を移動している水中移動体1に搭載されているレーザレーダ装置が海底面を計測している様子を示す説明図である。
この実施の形態4のレーザレーダ装置の基本的な処理内容は、上記実施の形態1〜3のレーザレーダ装置と同じであり、複数のライン走査を実施する点で相違している。
以下、上記実施の形態1〜3と相違している部分を説明する。
また、送信光学系25B及び受信光学系26Bについても同軸方向に光軸が調整されている。
ただし、送信光学系25A及び受信光学系26Aの光軸と、送信光学系25B及び受信光学系26Bの光軸は、異なる方向である。
その際、システム制御部64は、受信視野を示す受信視野調整信号Aを送受光学部61の受信光学系26Aに出力することで、受信光学系26Aの受信視野の受信視野が送信光学系25Aから放射されるパルスレーザ光(送信光A)と同等の範囲になるように視野角を初期設定する。
また、システム制御部64は、受信視野を示す受信視野調整信号Bを送受光学部61の受信光学系26Bに出力することで、受信光学系26Bの受信視野の受信視野が送信光学系25Bから放射されるパルスレーザ光(送信光B)と同等の範囲になるように視野角を初期設定する。
なお、受信光学系26Aの受信視野と、受信光学系26Bの受信視野が、互いに重複しないよう調整されており、クロストークの発生を避けている。
このとき、ビーム走査系24’は、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受ける毎に、図24に示す走査ラインAにおいて、送信光学系25Aから放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度θbeamを切り替えるようにする。
送信光学系25Bは、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受けると、そのパルスレーザ光(送信光B)を計測面3に向けて放射する。
このとき、ビーム走査系24’は、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受ける毎に、図24に示す走査ラインBにおいて、送信光学系25Bから放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度θbeamを切り替えるようにする。
なお、ビーム走査系24’は、最初に、ビーム調整光学系23から調整後のパルスレーザ光を受けた時点で、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部63に出力する。
受信光学系26Bは、システム制御部64から出力された受信視野調整信号Bにしたがって受信視野が調整され、送信光学系25Bから放射されたのち、計測面3により反射されて戻ってきたパルスレーザ光(受信光B)を光検出部62に集光する。
また、光検出部62は、システム制御部64により初期設定された受光ゲインで、受信光学系26Bにより集光されたパルスレーザ光(受信光B)を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号Bを信号処理部63に出力する。
信号処理部63は、光検出部62から受信信号A,Bを受けると、図1等の信号処理部14と同様に、その受信信号A,Bに対する各種の信号処理を実施する。
以降の処理が受信信号毎に行われる点で、上記実施の形態1〜3と相違するが、処理内容自体は、上記実施の形態1〜3と同様であるため説明を省略する。
また、図22に示している構成では、レーザ出力部11のレーザ光源が1個であるが、複数のレーザ光源を用意して、各光源と送受光学部61内の各送信光学系25を対応付けて、パルスレーザ光を出力するようにしてもよい。
さらに、複数のレーザ光源が異なる波長のレーザ光を発振するようにし、各光源と送受光学部61内の各送信光学系25を対応付けて、パルスレーザ光を出力するようにしてもよい。
これにより、例えば、各受信光学系26に対して、対応するレーザ光源の波長特性に合致する波長フィルターを取り付けることで、他のライン走査による散乱光のクロストークを更に低減することが可能になる。
また、自装置を搭載している移動体が止まっている場合でも、自装置を搭載している移動体から計測面までの距離が長いと、有意な画素値を有している画素の個数が減少してしまう課題があった。
システム制御部16は、計測箇所の抜けが発生していると判断すると、距離画像や光強度画像の計測箇所の抜け度合いが基準を満足していないと判定する。
以下、システム制御部40は、計測対象の撮像画像の視認性を高める処理を実施する。
図15は距離画像内の計測対象の視認性を高めるために、レーザレーダ装置10が自律的に判断しながら、計測対象への接近を制御する様子を示す説明図である。
図15では、計測対象との正確な距離や水中環境の光減衰特性が不明な場合において、距離画像の視認性を向上させるための制御方法を表している。なお、図15は、十分な反射強度を有する信号を受信できない程度に、計測対象との距離が離れている状況下では、測距できた測距値がまばらに存在している。
また、図16は距離画像及び光強度画像内の計測対象の視認性の変化を示す説明図である。
Claims (22)
- ビーム走査角度を切り替えながらレーザ光を計測対象に向けて放射し、上記計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、
上記レーザ光送受信手段からレーザ光が放射されてから、上記レーザ光送受信手段によりレーザ光が受信されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
上記経過時間計測手段により計測された経過時間を用いて、自装置から上記計測対象までの距離を算出する距離算出手段と、
上記距離算出手段により算出された距離を画像化する画像化手段と、
上記画像化手段により生成された画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定手段と、
上記品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、上記計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更する相対関係変更手段と
を備えたレーザレーダ装置。 - レーザ光送受信手段により受信されたレーザ光の光強度を検出する光強度検出手段を備え、
画像化手段は、上記光強度検出手段により検出された光強度を画像化することを特徴とする請求項1記載のレーザレーダ装置。 - 距離算出手段により算出された距離とレーザ光送受信手段によるレーザ光のビーム走査角度から、計測対象における計測点の三次元座標を算出する三次元座標算出手段を備え、
画像化手段は、上記三次元座標算出手段により算出された三次元座標を画像化することを特徴とする請求項1記載のレーザレーダ装置。 - 品質判定手段は、自装置を搭載している移動体の速度と、上記移動体の高度との関係から、画像化手段により生成された画像上で計測箇所の抜けが発生しているか否かを判定し、計測箇所の抜けが発生していれば、上記画像の品質が基準品質を満足していないと判定することを特徴とする請求項1記載のレーザレーダ装置。
- 相対関係変更手段は、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、速度の低下を移動体に指示することで、計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更することを特徴とする請求項4記載のレーザレーダ装置。
- 相対関係変更手段は、移動体の速度を下げることができない場合、高度の変更を移動体に指示することで、計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更することを特徴とする請求項5記載のレーザレーダ装置。
- 相対関係変更手段は、移動体の高度を変更することで、空間分解能の変動量が予め設定された許容量を超える場合、高度の変更を上記移動体に指示せずに、上記空間分解能の変動量が上記許容量を超えない範囲で、レーザ光送受信手段から放射されるレーザ光の諸元を変更することを特徴とする請求項6記載のレーザレーダ装置。
- 三次元座標算出手段により算出された三次元座標から三次元マップを生成する三次元マップ生成手段と、
上記三次元マップ生成手段により生成された三次元マップの計測点間隔を検査して、計測点密度が基準密度より低い領域を抽出し、上記領域を移動体に通知する低計測点密度領域抽出手段とを備えたことを特徴とする請求項3記載のレーザレーダ装置。 - 品質判定手段は、画像化手段により生成された画像を構成している画素の中で、有意な画素値を有している画素の個数を計数し、上記個数が基準数未満であれば、上記画像の品質が基準品質を満足していないと判定することを特徴とする請求項1記載のレーザレーダ装置。
- 相対関係変更手段は、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、計測対象への接近を移動体に指示することで、上記計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更することを特徴とする請求項9記載のレーザレーダ装置。
- 品質判定手段は、画像化手段により生成された距離画像を構成している画素の中で、有意な画素値を有している画素の個数を計数するとともに、上記画像化手段により生成された光強度画像を構成している画素の中で、飽和値を有している画素の個数を計数し、有意な画素値を有している画素の個数が第1の基準数以上であっても、飽和値を有している画素の個数が第2の基準数以上であれば、画像の品質が基準品質を満足していないと判定することを特徴とする請求項2記載のレーザレーダ装置。
- 相対関係変更手段は、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、レーザ光の送受信条件を変更することを特徴とする請求項11記載のレーザレーダ装置。
- レーザ光送受信手段は、計測対象により反射されて戻ってきたレーザ光を受信すると、上記レーザ光を電気信号に変換し、上記電気信号である受信信号を出力する受光器を実装しており、
上記受光器から出力された受信信号の信号レベルが基準レベル以上である場合だけ、上記受信信号を経過時間計測手段及び光強度検出手段に出力する受信信号選択手段を備え、
上記経過時間計測手段は、上記レーザ光送受信手段からレーザ光が放射されてから、上記受信信号選択手段から受信信号が出力されるまでの経過時間を計測し、
上記光強度検出手段は、上記レーザ光送受信手段により受信されたレーザ光の光強度として、上記受信信号選択手段から出力された受信信号のピーク値を検出することを特徴とする請求項2記載のレーザレーダ装置。 - 受光器は、レーザ光送受信手段によるレーザ光の放射開始時点からの経過時間に応じて変化する利得を受信信号に印加し、利得印加後の受信信号を受信信号選択手段に出力することを特徴とする請求項13記載のレーザレーダ装置。
- 経過時間と利得の対応関係を示す利得情報を複数種類保持している利得情報保持手段と、
画像化手段により生成された距離画像を構成している画素の中で、有意な画素値を有している画素の個数を計数し、上記利得情報保持手段により保持されている複数の利得情報の中から、上記個数が規定数以上になる利得情報を選択する利得情報選択手段とを備え、
受光器は、上記利得情報選択手段により選択された利得情報を参照して、受信信号に印加する利得を変更することを特徴とする請求項14記載のレーザレーダ装置。 - 相対関係変更手段は、画像化手段により生成された光強度画像を構成している画素の中で、飽和値を有している画素の個数を計数し、上記個数が許容数以内になるようにレーザ光の送受信条件を変更することを特徴とする請求項15記載のレーザレーダ装置。
- レーザ光送受信手段は、外部から一次元のビーム走査を行う指令を受けると、計測対象に対してレーザ光の一次元走査を実施し、外部から二次元のビーム走査を行う指令を受けると、計測対象に対してレーザ光の二次元走査を実施することを特徴とする請求項1記載のレーザレーダ装置。
- レーザ光送受信手段は、レーザ光を計測対象に向けて放射する送信光学系と、上記計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信する受信光学系とを複数組実装しており、
経過時間計測手段及び光強度検出手段は、各組の受信光学系により受信されたレーザ光に対する処理をそれぞれ実施することを特徴とする請求項2記載のレーザレーダ装置。 - レーザ光送受信手段は、レーザ光を発生するレーザ光源と、上記レーザ光源から発生されたレーザ光を分岐して、複数の送信光学系にレーザ光を与えるレーザ光分岐器とを備えていることを特徴とする請求項18記載のレーザレーダ装置。
- レーザ光送受信手段は、レーザ光を発生する複数のレーザ光源を備え、各レーザ光源が、対応する送信光学系にレーザ光を与えることを特徴とする請求項18記載のレーザレーダ装置。
- 複数のレーザ光源は、互いに異なる波長のレーザ光を発生することを特徴とする請求項20記載のレーザレーダ装置。
- レーザ光送受信手段が、ビーム走査角度を切り替えながらレーザ光を計測対象に向けて放射し、上記計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信するレーザ光送受信処理ステップと、
経過時間計測手段が、上記レーザ光送受信処理ステップでレーザ光が放射されてから、上記レーザ光送受信処理ステップでレーザ光が受信されるまでの経過時間を計測する経過時間計測処理ステップと、
距離算出手段が、上記経過時間計測処理ステップで計測された経過時間を用いて、自装置から上記計測対象までの距離を算出する距離算出処理ステップと、
画像化手段が、上記距離算出処理ステップで算出された距離を画像化する画像化処理ステップと、
品質判定手段が、上記画像化処理ステップで生成された画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定処理ステップと、
相対関係変更手段が、上記品質判定処理ステップで画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、上記計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更する相対関係変更処理ステップと
を備えたレーダ画像生成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015519901A JP5889484B2 (ja) | 2013-05-29 | 2014-05-28 | レーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013113232 | 2013-05-29 | ||
JP2013113232 | 2013-05-29 | ||
JP2015519901A JP5889484B2 (ja) | 2013-05-29 | 2014-05-28 | レーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法 |
PCT/JP2014/064108 WO2014192805A1 (ja) | 2013-05-29 | 2014-05-28 | レーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5889484B2 JP5889484B2 (ja) | 2016-03-22 |
JPWO2014192805A1 true JPWO2014192805A1 (ja) | 2017-02-23 |
Family
ID=51988830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015519901A Expired - Fee Related JP5889484B2 (ja) | 2013-05-29 | 2014-05-28 | レーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9989631B2 (ja) |
EP (1) | EP3006953B1 (ja) |
JP (1) | JP5889484B2 (ja) |
WO (1) | WO2014192805A1 (ja) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10698110B2 (en) * | 2015-03-05 | 2020-06-30 | Teledyne Digital Imaging, Inc. | Laser scanning apparatus and method |
JP6428462B2 (ja) * | 2015-04-17 | 2018-11-28 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
JP6649585B2 (ja) * | 2016-05-12 | 2020-02-19 | ダイトロン株式会社 | 水中測長装置 |
EP3516415A1 (en) * | 2016-09-22 | 2019-07-31 | Apple Inc. | Adaptive transmission power control for a lidar |
WO2018091970A1 (en) * | 2016-11-16 | 2018-05-24 | Innoviz Technologies Ltd. | Lidar systems and methods |
JP6832167B2 (ja) * | 2017-01-17 | 2021-02-24 | 株式会社デンソーテン | レーダ装置および物標検出方法 |
JP7010300B2 (ja) * | 2017-11-16 | 2022-01-26 | 日本電気株式会社 | 測距装置、測距方法及びプログラム |
US20200132843A1 (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | GM Global Technology Operations LLC | Lidar system and control method thereof |
CN109490908B (zh) * | 2018-11-07 | 2023-07-25 | 深圳市微觉未来科技有限公司 | 一种线扫描激光雷达及扫描方法 |
JP7135846B2 (ja) * | 2018-12-27 | 2022-09-13 | 株式会社デンソー | 物体検出装置および物体検出方法 |
CN110146910B (zh) * | 2019-05-15 | 2023-02-28 | 重庆大学 | 一种基于gps与激光雷达数据融合的定位方法及装置 |
JP7401201B2 (ja) * | 2019-06-17 | 2023-12-19 | 株式会社フジタ | 水底形状測定装置 |
US11841438B2 (en) | 2019-09-30 | 2023-12-12 | Zoox, Inc. | Power control of sensors using multiple exposures |
US11726186B2 (en) * | 2019-09-30 | 2023-08-15 | Zoox, Inc. | Pixel filtering using multiple exposures |
CN111223172B (zh) * | 2020-01-10 | 2023-06-30 | 成都中科合迅科技有限公司 | 一种雷达探测范围绘制和融合方法、设备及存储介质 |
EP4115206A1 (en) * | 2020-03-06 | 2023-01-11 | Raytheon Company | Underwater mono-static laser imaging |
CN112422197B (zh) * | 2020-10-19 | 2022-06-17 | 鹏城实验室 | 一种基于声光复合的水下光通信捕获装置及方法 |
KR102602420B1 (ko) * | 2021-08-20 | 2023-11-15 | (주)콤라스 | 2차원 지상감시레이더와 지도데이터의 고도정보를 이용한 이동탐지물 추적레이더시스템 및 이를 이용한 고도정보추출방법 |
CN117784088B (zh) * | 2024-01-30 | 2024-07-09 | 荣耀终端有限公司 | 激光扫描装置、***、控制方法及存储介质 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4198702A (en) * | 1978-04-14 | 1980-04-15 | E G and G, Inc. | Time varying gain amplifier for side scan sonar applications |
JPH036408A (ja) | 1989-06-02 | 1991-01-11 | Rikagaku Kenkyusho | レーザーによる水面下物体の形状計測装置 |
WO1998020301A1 (en) * | 1996-11-05 | 1998-05-14 | Lockheed Martin Corporation | Electro-optical reconnaissance system with forward motion compensation |
JPH10221447A (ja) * | 1997-02-06 | 1998-08-21 | Taisei Corp | 水底の物体の位置の計測方法 |
JPH10332825A (ja) * | 1997-05-30 | 1998-12-18 | Penta Ocean Constr Co Ltd | 海底地形測量方法及び装置 |
JP3001866B1 (ja) | 1998-10-26 | 2000-01-24 | 中日本航空株式会社 | 飛行体を用いた測量方法及びその装置 |
JP2003156330A (ja) * | 2001-11-22 | 2003-05-30 | Nec Corp | 航空機搭載地形計測装置及び方法 |
US6856380B2 (en) * | 2003-01-06 | 2005-02-15 | Chun-Shan Institute Of Science And Technology | Aerial vehicle speed error correlation method for two-dimensional visual reproduction of laser radar imaging |
JP2007218806A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ監視方法 |
JP2010133802A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 海上監視・捜索方法 |
JP5686342B2 (ja) | 2011-01-28 | 2015-03-18 | 国立大学法人東北大学 | レーザレーダ装置およびレーザ合成開口レーダ装置 |
JP5682961B2 (ja) * | 2011-03-31 | 2015-03-11 | 独立行政法人海上技術安全研究所 | 形質計測装置及び形質計測システム |
US8731247B2 (en) * | 2012-01-20 | 2014-05-20 | Geodigital International Inc. | Densifying and colorizing point cloud representation of physical surface using image data |
-
2014
- 2014-05-28 US US14/892,714 patent/US9989631B2/en active Active
- 2014-05-28 WO PCT/JP2014/064108 patent/WO2014192805A1/ja active Application Filing
- 2014-05-28 EP EP14804943.0A patent/EP3006953B1/en active Active
- 2014-05-28 JP JP2015519901A patent/JP5889484B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5889484B2 (ja) | 2016-03-22 |
WO2014192805A1 (ja) | 2014-12-04 |
EP3006953A4 (en) | 2016-12-28 |
US20160103210A1 (en) | 2016-04-14 |
EP3006953A1 (en) | 2016-04-13 |
EP3006953B1 (en) | 2019-11-13 |
US9989631B2 (en) | 2018-06-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5889484B2 (ja) | レーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法 | |
CN106405572B (zh) | 基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置及方法 | |
CN109870678B (zh) | 激光雷达发射功率及回波增益自动调节方法及调节装置 | |
JP6257845B2 (ja) | レーザレーダ装置及び風速観測方法 | |
CN107533127A (zh) | 改善的激光扫描的装置和方法 | |
EP2866051A1 (en) | A laser detection and ranging device for detecting an object under a water surface | |
EP2866047A1 (en) | A detection system for detecting an object on a water surface | |
CN106597468B (zh) | 一种双模激光成像***及成像方法 | |
JP5955458B2 (ja) | レーザレーダ装置 | |
JP2017529616A (ja) | モバイルプラットフォームの制御方法およびシステム | |
CN104165671A (zh) | 散装材料的拓扑确定 | |
KR102664396B1 (ko) | 라이다 장치 및 그 동작 방법 | |
US20180172830A1 (en) | Distance image processing device, distance image processing method, distance image processing program, and recording medium | |
JP2017133902A (ja) | 波浪計測装置及び物標探知装置 | |
JP6772639B2 (ja) | 視差演算システム、移動体及びプログラム | |
EP2345908A2 (en) | Automatic adjustment of scan angle, scan depth and scan speed in an ultrasound system | |
JP2008203227A (ja) | 自動追尾スキャニングソナー | |
US11675075B2 (en) | Dynamic laser power control in light detection and ranging (LiDAR) systems | |
JP2022190043A (ja) | 電子装置及び距離計測方法 | |
JP6776692B2 (ja) | 視差演算システム、移動体及びプログラム | |
JP2012225667A (ja) | 超音波送受信装置、定量検出方法、および魚量検出方法 | |
CN111505654A (zh) | 物***置探测方法和激光雷达 | |
JP2009276248A (ja) | レーザレーダ装置 | |
JP6242325B2 (ja) | 水温計測装置および水温計測方法 | |
JP2010145224A (ja) | スキャニングソナー装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160119 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160216 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5889484 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |