WO2013039085A1 - レーザースキャンセンサ - Google Patents

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正仁 岩澤
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オプテックス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser scan sensor that detects, for example, an intruder into a building site, and in particular, accurately detects small animals and intruders in a heel posture when installed vertically or obliquely downward. It relates to a possible laser scan sensor.
  • This “security system” is a sensor unit that sets a monitoring area according to a scan angle that two-dimensionally scans light from an optical distance meter, and outputs distance data and angle data to the intruder when an intruder in the area is detected
  • a turning camera unit installed on the electric turntable and turning in conjunction with the sensor unit, and the sensor unit continuously detecting a change in the distance data or the angle data a plurality of times, thereby Detecting the presence or absence, calculating the position of the intruder based on the distance data and the angle data from the changed sensor unit, and turning the turning camera unit of the electric swivel table based on the position data,
  • a control unit having a function of displaying image data on a monitor.
  • This "object identification method using an area sensor” scans a detection range covering a walking area for guiding a pedestrian and the surrounding area of the walking area while projecting a pulsed laser beam by an area sensor using a laser sensor.
  • the light reflection time is measured, and the difference between the reflection time when the object is not present and the reflection time when the object is present is obtained for each scanning point, so that the shape, size, and object of each object are scanned.
  • a vector based on a change in position is calculated, and from the calculation signal, an object moving in the walking direction in the walking area and an object moving in the direction crossing the walking area are identified.
  • This “laser area sensor” is a laser rangefinder that measures the distance from the time it takes for the reflected light from the object in the direction to return after the laser beam is emitted, and the laser rangefinder.
  • a scanning mechanism section that changes the measurement direction, and a measurement by the laser distance meter while periodically changing the measurement direction by the scanning mechanism section, thereby forming a detection area and obtaining distance information for each direction in the detection area.
  • the distance information acquisition unit acquired in time series, and the part estimated to correspond to the human body from the distance information acquired by the distance information acquisition unit, and the time series of the extracted part
  • the human body determination unit determines whether or not the human body is based on the movement status
  • the human body determination unit And it is characterized in that it comprises a human body detection signal output portion that outputs a body detection signal.
  • a portion that is estimated to correspond to the human body is extracted from the height and width of the detected object in the acquired distance information, and the portion thus extracted It has been determined whether or not it is actually a human body on the basis of the detection duration of time and the movement situation in time series.
  • the human body detection parameters used in the determination process are fixed values.
  • the problem has been solved, for example, by setting parameters so that objects up to a certain height from the ground are not detected.
  • the object of the present invention is to maintain both detection performance for a human in a normal posture, and further achieve both the prevention of erroneous detection of a small animal and the like and the reliable detection of a human who enters a trap It is to provide a laser scan sensor that can realize the above.
  • a laser scan sensor is a laser rangefinder that measures the distance from a laser beam emitted until the reflected light from the object existing in the direction returns. And a scanning mechanism for changing the measurement direction by the laser distance meter, and periodically performing the measurement by the laser distance meter while changing the measurement direction by the scanning mechanism unit, thereby forming a detection area and within the detection area.
  • a distance information acquisition unit for acquiring distance information for each direction in time series, a storage unit for storing the installation status information of the laser rangefinder, and a human body corresponding to the distance information acquired by the distance information acquisition unit An object that is likely to be detected, and the height and width of the object are also based on the installation state information stored in the storage unit.
  • the determination unit determines that the object is a human body when the detection of the object continues for a first predetermined time or more, and the calculated object height is When the detection is lower than the predetermined height, the determination unit determines that the object is a human body when the detection of the object continues for a second predetermined time longer than the first predetermined time, and the determination unit determines that a human body exists. And a warning signal output unit that outputs a warning signal when the determination is made.
  • the installation state information stored in the storage unit includes, for example, the installation height and measurement direction of the laser distance meter, but is not limited thereto, and may include other information. Moreover, you may further provide the setting change part which can change the setting of said 1st predetermined time at least by external operation.
  • the detection performance for a human in a normal posture is maintained at the same level as that of the conventional technology, and the detection object is low in height and is not likely to be a human body during normal walking or standing.
  • the time until the determination that the object is a human body can be appropriately set in consideration of the width of the detected object.
  • the determination unit may detect the object when the calculated object height is less than the predetermined height and the object width is equal to or greater than the predetermined width. You may determine that it is a human body even when it lasts more than the 3rd predetermined time which is the same or short as predetermined time.
  • the laser scan sensor having such a configuration, it is possible to distinguish between an intruder caused by advancing or the like and an intruder lying down while rolling and accurately detecting each.
  • the detection performance for a human in a normal posture is maintained at the same level as that of the conventional technology, and it is possible to achieve both the prevention of erroneous detection of small animals and the like and the reliable detection of human beings who are invaded by traps. And optimal operation without generating as much misreporting as possible.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser scan sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a schematic plan view showing a detection area formed by a laser scan sensor 100.
  • FIG. It is a schematic perspective view which shows the example in which the human 10 in normal walk invades.
  • FIG. 4A is a schematic perspective view
  • FIG. 4B is a schematic plan view.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view
  • FIG. 5B is a schematic plan view.
  • FIG. 5A is an example in which a malicious person 10b intrudes while lying down.
  • 5 is a flowchart showing an outline of processing for determining the presence of a human body in the human body determination unit 140 of the laser scan sensor 100.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser scan sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing a detection area formed by the laser scan sensor 100. In FIG. 2, the interval in the adjacent distance measurement direction is drawn much wider than the actual interval, but this is merely for convenience of explanation.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example in which a person 10 who normally walks enters. 4 (a) and 4 (b) are examples in which a malicious person 10a moves forward and invades, FIG. 4 (a) is a schematic perspective view, and FIG. 4 (b) is a schematic plan view. 5 (a) and 5 (b) are examples in which a malicious person 10b enters while lying down, FIG. 5 (a) is a schematic perspective view, and FIG. 5 (b) is a schematic plan view. is there.
  • the laser scan sensor 100 includes a laser distance meter 110, a scan mechanism 120, a distance data acquisition unit 130, a human body determination unit 140, a warning output control unit 150, a memory 160, and a DIP switch. 170.
  • the laser distance meter 110 accurately measures the distance to an object by emitting a pulsed laser beam and accurately measuring a minute time until the reflected light from the object existing in the direction returns.
  • Examples of the laser light emitting element in the laser distance meter 110 include a semiconductor laser diode (LD).
  • Examples of the light receiving element include an avalanche photodiode (APD). It is desirable to provide a dedicated hardware circuit or the like for the drive control of the light emitting element and the time measurement until the reflected light returns.
  • precise distance measurement is possible up to a very long distance, for example, it is possible to measure even at long distances up to several tens of meters in some cases. In this laser rangefinder 110, the maximum detection distance is set to 30 m.
  • the scanning mechanism 120 can be rotated by incorporating a motor (not shown) or the like, and is mechanically connected to at least a part of the laser distance meter 110 so that the distance measurement direction (angle) by the laser distance meter 110 can be changed.
  • a configuration in which only the optical system portion of the laser rangefinder 110 is rotated is conceivable, but a configuration in which the entire laser rangefinder 110 is rotated may be used, or other configurations may be used.
  • the scanning mechanism 120 rotates in a predetermined direction at a constant speed, the measurement direction of the distance by the laser rangefinder 110 changes in conjunction therewith.
  • the distance data acquisition unit 130 forms the detection area A100 as shown in FIG. 2 by periodically repeating the measurement by the laser distance meter 110 while changing the measurement direction by the scanning mechanism 120, and at the same time within the detection area A100. Distance data for each direction of the angle interval is acquired in a time series at predetermined time intervals.
  • the pulse laser beam is assumed to measure the distance by emitting a pulse laser beam within a range of 180 degrees, which is a half of one rotation, with a scan period T by the scan mechanism 120 of 50 ms (20 scans per second) If the pulse width is 34 ns and the light emission period is 34.7 ⁇ s, distance measurement can be performed 720 times in a range of 180 degrees. In this case, the angular interval of the distance measurement is 0.25 degrees, which is only about 13 cm as shown in FIG. 2 even 30 meters ahead, so that the spatial resolution in the detection area A100 is quite high. Therefore, it is possible to identify the position, size (width), shape, etc.
  • the distance data acquisition unit 130 determines whether or not it is a human body. Even if there are a plurality of human bodies in the detection area A100, they can be individually identified. Such distance data is obtained every 50 ms, which is the scanning period T. Note that the numerical values shown here are merely examples.
  • FIG. 2 shows a case where the laser distance meter 110 is installed in the horizontal direction and the measurement by the laser distance meter 110 is periodically repeated while changing the measurement direction parallel to the ground by the scanning mechanism 120. It is not limited to the installed state.
  • the laser distance meter 110 may be installed at a certain height from the ground, directly below or obliquely below. In this case, if information on such an installation state, specifically, the installation height, distance measurement direction, and the like are stored in the memory 160, the height of the object can be calculated by referring to them together. .
  • the human body determination unit 140 first analyzes the distance data acquired by the distance data acquisition unit 130, and extracts a portion estimated to correspond to the human body shape from the distance data.
  • the width W of the trunk is about several tens of centimeters. It corresponds to adjacent data.
  • the width between adjacent data is also narrowed accordingly, for example, about 8.8 cm at a distance of 20 m and about 4.4 cm at a distance of 10 m.
  • the number of adjacent data for the actual same width increases conversely.
  • a width of 40 cm corresponds to about 9 adjacent data.
  • the height H of the human body 10 is usually considered to be 1 m or more. If the height of the sensing object is lower than this, there is a high possibility that a small animal that has happened to be lost is detected.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) when there is an intruder 10a who is moving forward, the width W of the detected object is roughly equivalent to the width of the human body, Height H should be as low as small animals. However, it may take a long time to enter.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) when there is a person 10b who invades while lying down (rolling), the height H of the sensing object is as low as that of a small animal.
  • the width W of the sensing object should be much larger than the width of a normal human body. ⁇ Unlike advancing, intrusions can take less time.
  • the distance data is acquired in time series by the distance data acquisition unit 130, how the portion determined to be a human body in the distance data changes in the distance data thereafter. Know the movement status.
  • the movement trajectory is extremely discontinuous, it can be determined that there is a high possibility that it is not a human body.
  • the human body determination unit 140 stores various information in the memory 160 and refers to the various information stored in the memory 160 as necessary.
  • a DIP switch 170 is provided to allow the time until the determination of the human body in the normal posture is confirmed by the human body determination unit 140 by manual operation from the outside as necessary during installation work or the like. Yes.
  • the warning output control unit 150 outputs a warning signal Dout1 when the human body determination unit 140 determines that a human body exists.
  • the distance data acquisition unit 130, the human body determination unit 140, the warning output control unit 150, the memory 160, and the like are preferably configured by, for example, a one-chip microcomputer for device incorporation and its software processing. Since each of the determination processes described above can be realized by a technique such as pattern matching, a one-chip microcomputer with relatively low cost can be adopted, which can contribute to cost reduction of the laser scan sensor 100 as a whole. However, it is not always necessary to use a one-chip microcomputer.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an outline of processing for determining the presence of a human body in the human body determination unit 140 of the laser scan sensor 100. Note that the threshold values relating to the number of continuous detections described below are based on the assumption that the scanning cycle T by the scanning mechanism 120 is 50 ms, and the present invention is not limited to these numerical values.
  • step S1 the height H of the detected object and a predetermined height H1 (for example, 1 m) ) Is compared. If the object height H is less than the predetermined height H1, the process proceeds to step S3. Otherwise, the process proceeds to step S2.
  • a predetermined height H1 for example, 1 m
  • step S2 When the process proceeds from step S1 to step S2, since the object height H is equal to or higher than the predetermined height H1, there is a high possibility that the detected object is a human body that is normally walking or stopped.
  • Step S2 the human body determination process is terminated.
  • the time during which the object is continuously detected calculated from the product of the number of times of continuous detection and the scan period T) is relatively short (for example, 2 to 3 times, DIP switch).
  • the setting can be changed by 170) and can be determined as a human body.
  • the object height H is less than the predetermined height H1, so the detected object may be a small animal or the like, but the intrusion by a malicious person 10a, 10b or the like There is a possibility. Therefore, in order to make a distinction, the width W of the detected object is compared with a predetermined width W1 (corresponding to the lateral width of the trunk, for example, 50 cm) which is a preset parameter (step S3), and the object width W is set to the predetermined width. If it is less than W1, the process proceeds to step S8; otherwise, the process proceeds to step S4.
  • a predetermined width W1 corresponding to the lateral width of the trunk, for example, 50 cm
  • step S4 Although the object height H is less than the predetermined height H1, the object width W is greater than or equal to the predetermined width W1, so it is difficult to consider it as a small animal.
  • step S5 it is further checked whether it is equal to 4 times, and if it is equal to 4 times, it is determined that the human body is determined after that (step S7) and the human body determination process is terminated. Otherwise, it is determined that the body is a human body, and after performing the reporting process (step S6), the human body determination process is terminated.
  • this step S5 is not necessarily an indispensable conditional branch. This is because if the number of times of detection is the first time or the second time, the determination is carried over next time (step S7), and if it is the third time or more, the notification process (step S6) is necessarily performed. However, if there is some abnormality in the middle of the third time and the process is not finalized and the determination is the fourth time, the determination is carried over again (step S7), but when it returns again (that is, more than the fifth time) When it is determined that there is a high possibility that there is an intruder 10b due to rolling or the like, a notification process is performed (step S6).
  • step S8 when the process proceeds from step S3 to step S8, the object height H is less than the predetermined height H1 and the object width W is also less than the predetermined width W1, so for example, FIG. 4 (a) and FIG.
  • the intruder 10a is caused by the heel advance as shown in b). Therefore, it is confirmed whether or not the number of times the object is continuously detected is larger than 4 (step S8), and if it is 4 times or less, it is determined to determine that the object is a human body after the next time (Ste S10) The human body determination process is terminated. Otherwise, the human body determination process is terminated after determining that it is a human body and performing the reporting process (step S9).
  • the detection performance for the human 10 in the normal posture is maintained at the same level as the conventional technology, and the detected object has a low height H and may not be a human body that is normally walking or standing.
  • the property is high, it is possible to appropriately set the time until the determination of the human body is determined in consideration of the width W of the detected object.

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Abstract

　レーザー距離計（１１０）と、スキャン機構（１２０）と、距離データ取得部（１３０）と、メモリ（１６０）と、取得された距離情報の中から人体に対応する可能性がある物体を検知するとともに、その物体の高さおよび幅をメモリ（１６０）に記憶されている設置状態情報にも基づいて算出し、算出された物体高さが所定高さ以上の場合はその物体の検知が第１所定時間以上継続したときに人体であると判定するとともに、算出された前記物体高さが前記所定高さ未満の場合はその物体の検知が前記第１所定時間よりも長い第２所定時間以上継続したときに人体であると判定する人体判定部（１４０）と、警告出力制御部（１５０）とを備える。

Description

レーザースキャンセンサ
　本発明は、例えば、建物の敷地内への侵入者などを検知するレーザースキャンセンサに関し、特に、垂直または斜め下向きに設置された場合に小動物や匍匐姿勢での侵入者などを的確に区別して検知可能なレーザースキャンセンサに関する。
　従来、レーザー光を光源としたレーザー距離計を使用して侵入者を検知するようにした「警備システム」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　この「警備システム」は、光距離計の光を２次元スキャンさせるスキャン角度によって監視エリアを設定し、エリア内の侵入者を検知したとき、侵入者までの距離データおよび角度データを出力するセンサ部と、電動旋回台上に設置され、前記センサ部と連動して旋回する旋回カメラ部と、前記センサ部が前記距離データまたは前記角度データの変化を複数回連続して検出することにより侵入者の有無を検知するとともに、変化した前記センサ部からの前記距離データおよび前記角度データにより侵入者の位置を算出し、その位置データにより前記電動旋回台の前記旋回カメラ部を旋回させ、前記侵入者の画像データをモニタに表示させる機能を有する制御部と、を具備することを特徴とするものである。
　また、防犯装置や警備システムとはやや異なるものの、レーザー光を使用して歩行者などを正確に識別可能な「エリアセンサによる物体識別方法」も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
　この「エリアセンサによる物体識別方法」は、歩行者を誘導する歩行エリアと該歩行エリアの周辺エリアとをカバーする検出範囲に、レーザー感知器によるエリアセンサによりパルスレーザー光を投射しながら走査して光の反射時間を計測し、物体が存在しない時の反射時間と物体が存在する時の反射時間との差を走査各点ごとに求めることにより物体の形状と、大きさと、走査ごとの物体の位置の変化によるベクトルとを演算し、その演算信号から、歩行エリアを誘導方向に移動する物体と、歩行エリアを横切る方向に移動する物体とを識別することを特徴とするものである。
　さらに、これらの従来技術の課題に鑑みて、実際の設置場所や警戒目的などに合わせて誤検知を極力防止できる適切な警戒領域を簡単に設定できるだけでなく、任意の警戒領域を容易に設定可能なレーザーエリアセンサを、本願の発明者は既に提案している（特許文献３参照）。
　この「レーザーエリアセンサ」は、レーザー光を出射してその方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの時間からその物体までの距離を測定するレーザー距離計と、このレーザー距離計による測定方向を変える走査機構部と、この走査機構部によって測定方向を変えながら前記レーザー距離計による測定を周期的に行うことにより、検知エリアを形成するとともにその検知エリア内における方向毎の距離情報を時系列で取得する距離情報取得部と、この距離情報取得部によって取得された距離情報の中から人体に対応すると推測される部分を抽出するとともに、そうして抽出された部分の時系列での移動状況に基づいて人体であるか否かを判定する人体判定部と、この人体判定部によって人体が存在していると判定された場合に人体検知信号を出力する人体検知信号出力部とを備えていることを特徴とするものである。
特許第３０１１１２１号公報 特開２００４－１８５３６３号公報 特開２００９－０９３４２８号公報
　例えば、特許文献３に記載されているような従来技術では、取得された距離情報における検知物体の高さや幅などから人体に対応すると推測される部分を抽出するとともに、そうして抽出された部分の検知持続時間や時系列での移動状況などに基づいて実際に人体であるか否かを確定する判定を行っていた。
　このような判定における検知高さや幅などの各種パラメータは、例えば、ＤＩＰスイッチや外部のパソコンなどによって予め設定されるので、判定処理で使用される人体の検知パラメータは固定値となる。
　この場合、地面から比較的近い（低い）ところで検知される小動物などと、地面から比較的高い（遠い）ところで検知される通常姿勢で歩行中などの人間とで、検知物体の認識時間に差がなければ、両方とも人体として検知することになっていた。
　小動物などを誤って検知しないようにするためには、例えば、地面から一定高さまでの物体を検知させないようにパラメータ設定することなどで解決していた。
　しかし、こうした一定高さ以下の不検知設定をすると、例えば、悪意のある人間による匍匐侵入などでも不検知状態となってしまう。つまり、一定高さ以下の不検知設定では、小動物などの誤検知防止と匍匐侵入などをする人間の確実な検知とを両立する設定を行うことが困難であった。
　従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、通常姿勢の人間に対する検知性能を維持しつつ、さらに、小動物などの誤検知防止と匍匐侵入などをする人間の確実な検知との両立をも実現可能なレーザースキャンセンサを提供することである。
　上記目的を達成するため、本発明のレーザースキャンセンサは、レーザー光を出射してその方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの時間からその物体までの距離を測定するレーザー距離計と、このレーザー距離計による測定方向を変える走査機構部と、この走査機構部によって測定方向を変えながら前記レーザー距離計による測定を周期的に行うことにより、検知エリアを形成するとともにその検知エリア内における方向毎の距離情報を時系列で取得する距離情報取得部と、前記レーザー距離計の設置状態情報を記憶する記憶部と、この距離情報取得部によって取得された距離情報の中から人体に対応する可能性がある物体を検知するとともに、その物体の高さおよび幅を前記記憶部に記憶されている前記設置状態情報にも基づいて算出し、算出された前記物体高さが所定高さ以上の場合はその物体の検知が第１所定時間以上継続したときに人体であると判定するとともに、算出された前記物体高さが前記所定高さ未満の場合はその物体の検知が前記第１所定時間よりも長い第２所定時間以上継続したときに人体であると判定する判定部と、この判定部によって人体が存在していると判定された場合に警告信号を出力する警告信号出力部とを備えていることを特徴とする。
　ここで、前記記憶部に記憶されている前記設置状態情報とは、例えば、前記レーザー距離計の設置高さと測定向きが挙げられるが、これらに限らず、さらに他の情報を含んでもよい。また、外部操作によって少なくとも前記第１所定時間の設定を変更可能な設定変更部をさらに備えていてもよい。
　このような構成のレーザースキャンセンサによれば、通常姿勢の人間に対する検知性能を従来技術同等に維持しつつ、検知物体の高さが低くて通常歩行中や立ち止まっている人体ではない可能性が高い場合には、さらに検知物体の幅も考慮し、人体であるとの判定を確定するまでの時間をそれぞれ適切に設定できる。これにより、小動物などの誤検知防止と匍匐侵入などをする人間の確実な検知とが両立できるので、誤報や失報を極力発生させない最適な運用が可能となる。
　また、本発明のレーザースキャンセンサにおいて、前記判定部は、算出された前記物体高さが前記所定高さ未満の場合において、前記物体幅が所定幅以上のときには、その物体の検知が前記第１所定時間と同じまたは短い第３所定時間以上継続したときでも人体であると判定してもよい。
　このような構成のレーザースキャンセンサによれば、匍匐前進などによる侵入者と横になって転がりながら侵入する者とを区別して、それぞれ的確に検知することが可能となる。
　本発明のレーザースキャンセンサによれば、通常姿勢の人間に対する検知性能を従来技術同等に維持しつつ、小動物などの誤検知防止と匍匐侵入などをする人間の確実な検知とが両立できるので、誤報や失報を極力発生させない最適な運用が可能となる。
本発明の一実施形態に係るレーザースキャンセンサ１００の概略構成を示すブロック図である。 レーザースキャンセンサ１００によって形成される検知エリアを示す概略平面図である。 通常歩行中の人間１０が侵入する例を示す概略斜視図である。 悪意のある人間１０ａが匍匐前進で侵入する例であり、図４（ａ）は概略斜視図、図４（ｂ）は概略平面図である。 悪意のある人間１０ｂが横になって転がりながら侵入する例であり、図５（ａ）は概略斜視図、図５（ｂ）は概略平面図である。 レーザースキャンセンサ１００の人体判定部１４０において人体の存在を判定するための処理概略を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
　＜実施形態の概略構成＞
　図１は、本発明の一実施形態に係るレーザースキャンセンサ１００の概略構成を示すブロック図である。図２は、このレーザースキャンセンサ１００によって形成される検知エリアを示す概略平面図である。なお、図２では隣接する距離測定方向の間隔を実際の間隔よりも遙かに広く描画してあるが、あくまでも説明の便宜のためである。図３は、通常歩行中の人間１０が侵入する例を示す概略斜視図である。図４（ａ）および図４（ｂ）は悪意のある人間１０ａが匍匐前進侵入する例であり、図４（ａ）は概略斜視図、図４（ｂ）は概略平面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は悪意のある人間１０ｂが横になって転がりながら侵入する例であり、図５（ａ）は概略斜視図、図５（ｂ）は概略平面図である。
　図１に示すように、レーザースキャンセンサ１００は、レーザー距離計１１０と、スキャン機構１２０と、距離データ取得部１３０と、人体判定部１４０と、警告出力制御部１５０と、メモリ１６０と、ＤＩＰスイッチ１７０とを備えている。
　レーザー距離計１１０は、パルスレーザー光を出射し、その方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの微小な時間を精密に測定することによって、その物体までの距離を正確に測定する。レーザー距離計１１０におけるレーザー光の発光素子としては、例えば半導体レーザーダイオード（ＬＤ）などが挙げられる。受光素子としては、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などが挙げられる。発光素子の駆動制御や反射光が戻ってくるまでの時間測定などには専用のハードウェア回路などを設けることが望ましい。レーザー距離計の一般的な特徴としては、かなりの長距離まで精密な距離測定が可能であり、例えば、最大で数十ｍ、場合によってはそれより遙かに長距離であっても測定可能であるが、このレーザー距離計１１０では最大検知距離を３０ｍとしておく。
　スキャン機構１２０は、不図示のモータなどを内蔵することで回転可能としてあり、レーザー距離計１１０による距離の測定方向（角度）を変えられるようにレーザー距離計１１０の少なくとも一部と機械的に連結されている。例えば、レーザー距離計１１０のうちで光学系の部分のみを回転させるような構成が考えられるが、レーザー距離計１１０全体を回転させるような構成でもよいし、それ以外の構成でもかまわない。そして、スキャン機構１２０が一定速度で所定方向に回転することにより、それに連動してレーザー距離計１１０による距離の測定方向が変化する。
　距離データ取得部１３０は、スキャン機構１２０によって測定方向を変えながらレーザー距離計１１０による測定を周期的に繰り返すことによって、図２に示すような検知エリアＡ１００を形成するとともにその検知エリアＡ１００内における所定角度間隔の方向毎の距離データを所定時間毎に時系列で取得する。
　例えば、スキャン機構１２０によるスキャン周期Ｔを５０ｍｓ（１秒間に２０回のスキャンを行う）、１回転の半分の１８０度の範囲でパルスレーザー光を発光して距離を測定するものとして、パルスレーザー光のパルス幅を３４ｎｓ、その発光周期を３４．７μｓとすれば、１８０度の範囲で７２０回の距離測定ができる。この場合の距離測定の角度間隔は０．２５度で、これは３０ｍ先でも図２に示すように約１３ｃｍに過ぎないから、検知エリアＡ１００内の空間分解能としてはかなり高い。そのため、距離データ取得部１３０によって取得される距離データに基づいて検知物体の位置、大きさ（幅）、形状などをかなり正確に識別して人体か否かなどの判定をすることが可能であり、検知エリアＡ１００内に複数の人体が存在する場合であってもそれらを個別に識別することも可能である。そして、そのような距離データがスキャン周期Ｔである５０ｍｓ毎に得られることになる。なお、ここに示した数値はあくまでも例示に過ぎない。
　図２では、レーザー距離計１１０を水平方向に設置するとともに、スキャン機構１２０によって地面と平行に測定方向を変えながらレーザー距離計１１０による測定を周期的に繰り返す場合を示しているが、このような設置状態に限らない。例えば、地面から一定高さの位置に真下または斜め下に向けてレーザー距離計１１０を設置してもよい。この場合、そのような設置状態の情報、具体的には設置高さや測距向きなどをメモリ１６０に記憶させておけば、それらも併せて参照することで対象物の高さも算出することができる。
　人体判定部１４０は、まず、距離データ取得部１３０によって取得された距離データを解析して、その中から人体形状に対応すると推測される部分を抽出する。
　例えば、図３に示すように、人体１０がレーザースキャンセンサ１００側の方向を向いている場合、胴体部分の幅Ｗは数十ｃｍ程度であるから仮に４０ｃｍとすれば、３０ｍの距離では約３個の隣接データに相当する。距離が短くなると隣接データ間の幅もそれに応じて狭くなり、例えば２０ｍの距離では約８．８ｃｍとなり、１０ｍの距離では約４．４ｃｍとなる。このとき、実際の同じ幅に対する隣接データの個数は逆に増えるので、例えば、１０ｍの距離では４０ｃｍの幅が約９個の隣接データに相当する。人体がレーザースキャンセンサ１００側の方向を向いておらず斜めや横向きであるときは、もちろん距離データに現れる幅は狭くなる。
　また、小さな子供でない限り、人体１０の高さＨは通常１ｍ以上であろうと考えられる。検知物体の高さがこれより低ければ、たまたま迷い込んだ小動物などを検知した可能性が高い。
　もっとも、これらはあくまでも通常歩行中や立ち止まっている人体１０のことであって、悪意のある人間１０による匍匐侵入などでは状況は異なる。例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、匍匐前進しているような侵入者１０ａがいた場合、検知物体の幅Ｗは概ね人体の幅に相当するが、検知物体の高さＨは小動物並みに低いはずである。ただし、侵入には長時間を要すると考えられる。一方、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、横になって転がりながら（ローリング）侵入する者１０ｂがいた場合には、検知物体の高さＨが小動物並みに低いのは同様であるが、検知物体の幅Ｗは普通の人体の幅よりは遙かに大きくなるはずである。匍匐前進とは異なり、侵入にはそれほど時間を要さないこともあり得る。
　距離データは距離データ取得部１３０によって時系列で取得されているので、次に、距離データ中に人体である可能性があると判断された部分が、それ以降の距離データではどのように変化しているか、移動状況を把握する。また、移動の軌跡が著しく不連続であるときなども同様に人体ではない可能性が高いと判断できる。さらに、移動方向なども考慮することにより、警戒すべき侵入者であるのか、単に検知エリアＡ１００の境界付近を歩行している通行人なのかなどの判別を行うこともできる。そして、以上の判断などを総合して、警戒すべき人体が存在しているか否かを判断する。
　なお、仮に３０ｍ以上の距離にある物体を検知したとしても、検知エリアＡ１００外に相当するため、以上で述べた人体か否かの判断の対象としては扱わないものとしておくが、これに限るものではない。
　また、人体判定部１４０は、必要に応じて各種情報などをメモリ１６０に記憶するとともにメモリ１６０に記憶された各種情報などを参照する。また、人体判定部１４０によって通常姿勢の人体の判定を確定するまでの時間を、設置作業時などに必要に応じて外部からの手動操作で切り替えられるようにするためのＤＩＰスイッチ１７０が設けられている。
　警告出力制御部１５０は、人体判定部１４０によって人体が存在していると判断された場合に警告信号Ｄｏｕｔ１を出力する。
　なお、距離データ取得部１３０、人体判定部１４０、警告出力制御部１５０、およびメモリ１６０などは、例えば、機器組み込み用のワンチップマイコンとそのソフトウェア処理によって構成することが好ましい。上述した各判別処理などは、パターンマッチングなどの手法によって実現できるので、比較的コストの安いワンチップマイコンを採用することもでき、レーザースキャンセンサ１００全体としてのコストダウンに貢献することができる。ただし、必ずしもワンチップマイコンを使用しなくてもよい。
　＜人体判定部１４０における人体判定処理概略＞
　図６は、レーザースキャンセンサ１００の人体判定部１４０において人体の存在を判定するための処理概略を示すフローチャートである。なお、以下で示す連続検知回数に関する閾値は、スキャン機構１２０によるスキャン周期Ｔが５０ｍｓである場合を想定したものであり、本発明がこれらの数値に限定されないのはもちろんである。
　まず、検知物体が通常歩行中や立ち止まっている人体なのか否かによって具体的な判定処理内容を異ならせるため、検知物体の高さＨと予め設定したパラメータである所定高さＨ１（例えば、１ｍ）とを大小比較し（ステップＳ１）、物体高さＨが所定高さＨ１未満であればステップＳ３に進み、そうでなければステップＳ２に進む。
　ステップＳ１からステップＳ２へ進んできた場合は、物体高さＨが所定高さＨ１以上であるから、その検知物体が通常歩行中や立ち止まっている人体である可能性が高いので、通常の判定処理（ステップＳ２）を行った上で人体判定処理を終了する。なお、この通常判定処理では、その物体を連続して検知している時間（連続検知回数とスキャン周期Ｔとの積から算出可能）が比較的短くても（例えば、２～３回。ＤＩＰスイッチ１７０によって設定変更可）人体と判定できる。
　一方、ステップＳ１からステップＳ３へ進んできた場合は、物体高さＨが所定高さＨ１未満であるから、検知物体が小動物などかもしれないが、悪意のある人間１０ａ、１０ｂによる匍匐侵入などの可能性もある。そこで、その区別をするため、検知物体の幅Ｗと予め設定したパラメータである所定幅Ｗ１（胴体の横幅に相当。例えば、５０ｃｍ）とを大小比較し（ステップＳ３）、物体幅Ｗが所定幅Ｗ１未満であればステップＳ８に進み、そうでなければステップＳ４に進む。
　ステップＳ３からステップＳ４へ進んできた場合は、物体高さＨが所定高さＨ１未満であるものの物体幅Ｗが所定幅Ｗ１以上であるから、小動物などとは考えにくいが、例えば、図５（ａ）および図５（ｂ）に示したようなローリングによる侵入者１０ｂである可能性が考えられる。そこで、その物体を連続して検知した回数が３回未満かどうかを確認し（ステップＳ４）、３回未満であれば人体であると判定することを確定するのは次回以降に持ち越して（ステップＳ７）人体判定処理を終了し、そうでなければステップＳ５に進む。ステップＳ５では、さらに４回に等しいかどうかを確認し、４回に等しいのであればやはり人体であると判定することを確定するのは次回以降に持ち越して（ステップＳ７）人体判定処理を終了し、そうでなければ人体であると判定して発報処理（ステップＳ６）を行った後に人体判定処理を終了する。
　なお、このステップＳ５は必ずしも不可欠な条件分岐ではない。本来であれば、検知回数が１回目または２回目の場合は次回に判定が持ち越され（ステップＳ７）、３回目以上なら必ず発報処理（ステップＳ６）を行うことになるからである。しかしながら、３回目途中に何らかの異常などがあって処理が確定せずに４回目の判定になったときには、改めて次回に判定を持ち越すが（ステップＳ７）、もう一度戻ってきたとき（すなわち５回目以上になったとき）には、やはりローリングなどによる侵入者１０ｂがいる可能性が高いと判断して発報処理を行う（ステップＳ６）ようにしている。
　一方、ステップＳ３からステップＳ８へ進んできた場合は、物体高さＨが所定高さＨ１未満であって物体幅Ｗも所定幅Ｗ１未満であるから、例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示したような匍匐前進による侵入者１０ａである可能性が考えられる。そこで、その物体を連続して検知した回数が４回より大きいかどうかを確認し（ステップＳ８）、４回以下であれば人体であると判定することを確定するのは次回以降に持ち越して（ステップＳ１０）人体判定処理を終了し、そうでなければ人体であると判定して発報処理（ステップＳ９）を行った後に人体判定処理を終了する。
　以上で説明した本実施形態の構成によれば、通常姿勢の人間１０に対する検知性能を従来技術同等に維持しつつ、検知物体の高さＨが低くて通常歩行中や立ち止まっている人体ではない可能性が高い場合には、さらに検知物体の幅Ｗも考慮し、人体であるとの判定を確定するまでの時間をそれぞれ適切に設定できる。
　これにより、小動物などの誤検知防止と、図４（ａ）～図５（ｂ）に示したような匍匐侵入などを行う悪意のある人間１０ａ、１０ｂの確実な検知とが両立できるので、誤報や失報を極力発生させない最適な運用が可能となる。また、小動物などとしての検知ロジックによって人体であるとの判定を確定させるまでの時間が長くなったことで、雨や地面の反射などにおける誤報防止性能を従来よりも向上させることができる。
　なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　なお、この出願は、日本で２０１１年９月１２日に出願された特願２０１１－１９８７０７号に基づく優先権を請求する。その内容はこれに言及することにより、本出願に組み込まれるものである。また、本明細書に引用された文献は、これに言及することにより、その全部が具体的に組み込まれるものである。
１０　　　人体（人間）
１０ａ　　侵入者
１０ｂ　　侵入者
１００　　レーザースキャンセンサ
Ａ１００　検知エリア
１１０　　レーザー距離計
１２０　　スキャン機構
１３０　　距離データ取得部
１４０　　人体判定部
１５０　　警告出力制御部
１６０　　メモリ
１７０　　ＤＩＰスイッチ
Ｈ　　　　物体高さ
Ｈ１　　　所定高さ
Ｗ　　　　物体幅
Ｗ１　　　所定幅

Claims (4)

  1. 　レーザー光を出射してその方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの時間からその物体までの距離を測定するレーザー距離計と、
    　このレーザー距離計による測定方向を変える走査機構部と、
    　この走査機構部によって測定方向を変えながら前記レーザー距離計による測定を周期的に行うことにより、検知エリアを形成するとともにその検知エリア内における方向毎の距離情報を時系列で取得する距離情報取得部と、
    　前記レーザー距離計の設置状態情報を記憶する記憶部と、
    　この距離情報取得部によって取得された距離情報の中から人体に対応する可能性がある物体を検知するとともに、その物体の高さおよび幅を前記記憶部に記憶されている前記設置状態情報にも基づいて算出し、算出された前記物体高さが所定高さ以上の場合はその物体の検知が第１所定時間以上継続したときに人体であると判定するとともに、算出された前記物体高さが前記所定高さ未満の場合はその物体の検知が前記第１所定時間よりも長い第２所定時間以上継続したときに人体であると判定する判定部と、
    　この判定部によって人体が存在していると判定された場合に警告信号を出力する警告信号出力部と
    を備えていることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
  2. 　請求項１に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
    　前記判定部は、算出された前記物体高さが前記所定高さ未満の場合において、前記物体幅が所定幅以上のときには、その物体の検知が前記第１所定時間と同じまたは短い第３所定時間以上継続したときでも人体であると判定することを特徴とするレーザースキャンセンサ。
  3. 　請求項１または２に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
    　前記記憶部に記憶されている前記設置状態情報とは、少なくとも前記レーザー距離計の設置高さと測定向きとを含むことを特徴とするレーザースキャンセンサ。
  4. 　請求項１または２に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
    　外部操作によって少なくとも前記第１所定時間の設定を変更可能な設定変更部をさらに備えることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
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