WO2020013139A1

WO2020013139A1 - 信号処理装置

Info

Publication number: WO2020013139A1
Application number: PCT/JP2019/027027
Authority: WO
Inventors: 木村　俊介; 英和足立
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2020-01-16
Also published as: JP7010161B2; JP2020008489A; US20210132192A1

Abstract

ノイズ算出部（３３）は、第１データ数の計測信号を統計処理して、ノイズ値を算出する。算出閾値設定部（３３）は、ノイズ値に基づいて算出閾値を設定する。期間判定部（３３）は、計測信号と前回算出された移動平均値との差分が算出閾値を超える期間を、ベースラインの非算出期間と判定する。移動平均算出部（３３）は、非算出期間と判定される期間を除く期間において、計測信号を第２データ数ずつ移動平均して、移動平均値を算出する。前記第１データ数と前記第２データ数とは独立に設定されている。

Description

信号処理装置

関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１８年７月１１日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１８－１３１５５８号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１８－１３１５５８号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

　本開示は、計測信号を処理する信号処理装置に関する。

　種々の計測装置により計測される計測信号は、計測環境等の変化によってベースラインが変動することがある。例えば、計測装置として、車両に搭載されたレーザレーダ装置を想定する。受光視野をスキャンするスキャン型レーザレーダ装置を車両に搭載した場合、視野内での背景光の変動が大きいシーン、例えば黒いボディの先行車に太陽光が映り込んでいるシーンにおいて、当該装置により計測される計測信号はベースラインが変動する。また、受光視野が固定のレーザレーダ装置を車両に搭載した場合、車両が暗いトンネル内から明るいトンネル外へ移動した際に、当該装置により計測される計測信号はベースラインが変動する。受光視野が固定のレーザレーダ装置としては、受光視野固定型のスキャン型レーザレーダ装置やフラッシュ型レーザレーダ装置が挙げられる。計測信号のベースラインが変動すると、信号の分析精度が低下する可能性がある。そのため、計測信号の信号処理として、ベースラインの補正が行われる。

　特許文献１に記載のレーダ装置は、検知領域内に検知すべき反射物により反射したレーザ光に起因した信号（以降、反射信号）が存在しない状態と判断された時に受信した受信信号を基準値として記憶する。そして、上記レーダ装置は、受信信号から記憶されている基準値を減算して、受信信号のベースラインを補正している。

特開２００５－２５７４０５号公報

　しかしながら、上記レーダ装置は、受信信号の波形形状において明確なピークを有するパルス波形が存在した場合に、当該パルス波形を反射信号と認識して、検知すべき反射物が存在することを判定している。そのため、発明者の詳細な検討の結果、反射信号が明確なピークを有するパルス波形になっていない場合に、反射信号を含んだ受信信号を基準値として記憶し、ベースライン補正の精度が低下する可能性があるとの課題が見出された。

　本開示は、高精度なベースライン補正を実現できることが望ましい。

　本開示の１つの局面は、信号処理装置であって、入力部と、ノイズ算出部と、算出閾値設定部と、期間判定部と、移動平均算出部と、更新部と、記憶部と、を備える。入力部は、計測信号が入力されるように構成される。ノイズ算出部は、入力部に入力された第１データ数の計測信号を統計処理して、計測信号のばらつきを示すノイズ値を算出するように構成される。算出閾値設定部は、ノイズ算出部により算出されたノイズ値に基づいて、ベースラインの非算出期間か否かを判定するために用いる算出閾値を設定するように構成される。期間判定部は、入力部に入力された計測信号と前回算出された移動平均値との差分が、算出閾値設定部により設定された算出閾値を超える期間を非算出期間と判定するように構成される。移動平均算出部は、期間判定部により非算出期間と判定される期間を除く期間において、計測信号を第２データ数ずつ移動平均して移動平均値を算出し、且つ、非算出期間において、非算出期間の直前に算出した移動平均値を移動平均値として算出するように構成される。更新部は、入力部に入力された計測信号を、計測信号から移動平均算出部により今回算出された移動平均値を差し引いた値に更新するように構成される。記憶部は、更新部により更新された計測信号を記憶するように構成される。第１データ数と第２データ数とは独立に設定されている。

　本開示の１つの局面によれば、第１のデータ数の計測信号が統計処理されてノイズ値が算出され、算出されたノイズ値に基づいて算出閾値が設定される。設定された算出閾値によって、ベースラインの非算出期間が判定されるとともに移動平均値の算出対象となる計測信号が判定される。そして、判定された移動平均値の算出対象から移動平均値が算出され、計測信号が、計測信号から算出された移動平均値が差し引かれた値に更新される。さらに、ノイズ値の算出に用いる計測信号の第１のデータ数と、移動平均値の算出に用いる計測信号の第２のデータ数が、独立に設定される。

　すなわち、ノイズ値に基づいて設定された算出閾値によって移動平均値の算出対象が判定されるとともに、第１のデータ数と第２のデータ数とが独立に設定される。よって、高精度なベースライン補正を実現することができる。

　本開示の別の１つの局面は、信号処理装置であって、入力部と、ノイズ算出部と、算出閾値設定部と、期間判定部と、移動平均算出部と、微分算出部と移動平均推定部とを含む。入力部は、計測信号が入力されるように構成される。ノイズ算出部は、入力部に入力された第１データ数の計測信号を統計処理して、計測信号のばらつきを示すノイズ値を算出するように構成される。算出閾値設定部は、ノイズ算出部により算出されたノイズ値に基づいて、ベースラインの非算出期間を判定するために用いる算出閾値を設定するように構成される。非算出判定部は、入力部に入力された計測信号と前回算出された移動平均値との差分が、算出閾値設定部により設定された算出閾値を超える期間を非算出期間と判定するように構成される。移動平均算出部は、期間判定部により非算出期間と判定される期間を除く期間における計測信号を第２データ数ずつ移動平均して、移動平均値を算出するように構成される。微分算出部は、移動平均算出部により算出された移動平均値の微分値を算出するように構成される。移動平均推定部は、非算出期間の直前に微分算出部により算出された微分値と、非算出期間の直前に移動平均算出部により算出された移動平均値とから非算出期間における前記移動平均値を推定するように構成される。非算出期間における移動平均値は、非算出期間の後において移動平均算出部による移動平均値の算出に用いる初期値を含む。更新部は、入力部により入力された計測信号を、計測信号から移動平均算出部又は移動平均推定部により今回算出又は推定された移動平均値を差し引いた値に更新するように構成される。記憶部は、更新部により更新された計測信号を記憶するように構成される。第１データ数と第２データ数とは独立に設定されている。

　本開示の別の１つの局面によれば、第１のデータ数の計測信号が統計処理されてノイズ値が算出され、算出されたノイズ値に基づいて算出閾値が設定される。設定された算出閾値によって、ベースラインの非算出期間が判定されるとともに移動平均値の算出対象となる計測信号が判定される。そして、判定された移動平均値の算出対象から非算出期間を除く期間における移動平均値が算出される。また、算出された移動平均値の微分値が算出され、算出された微分値と非算出期間の直前の移動平均値とから、非算出期間における移動平均値が推定される。推定された非算出期間の移動平均値には、非算出期間後における移動平均値の初期値が含まれる。すなわち、推定された非算出期間の移動平均値を初期値として、非算出期間後の移動平均値が算出される。そして、計測信号が、計測信号から算出又は推定された移動平均値が差し引かれた値に更新される。さらに、ノイズ値の算出の算出に用いる計測信号の第１のデータ数と、移動平均値の算出に用いる計測信号の第２のデータ数が、独立に設定される。

　すなわち、ノイズ値に基づいて設定された算出閾値によって移動平均値の算出対象が判定されるとともに、第１のデータ数と第２のデータ数とが独立に設定される。さらに、非算出期間が比較的長い場合にはベースラインが変動することがあるが、非算出期間の直前の移動平均値の微分値を用いて、非算出期間後における移動平均値の初期値を含む非算出期間における移動平均値が算出される。したがって、非算出期間においてベースラインが変動する場合でも、高精度なベースライン補正を実現することができる。

レーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。ノイズ算出数と標準誤差率との関係を示す図である。計測信号の波形と、移動平均数を変化させた場合における補正後信号の波形と、を示す図である。図３に示す各波形をログスケールで示した図である。第１実施形態に係るノイズ値及び反射信号の算出期間と、ベースライン及びノイズ値の算出対象範囲とを示す図である。第１実施形態に係るノイズ算出処理の手順を示すフローチャートである。第１実施形態に係るベースライン補正処理の手順を示すフローチャートである。判定閾値を変化させた場合における補正後信号の波形を示す図である。移動平均値を算出する期間に禁止期間を設けない場合において、補正後信号の波形のアンダーシュートが発生する様子を説明する図である。移動平均値を算出する期間に禁止期間を設けた場合において、補正後信号の波形のアンダーシュートが抑制される様子を説明する図である。入力信号に対する移動平均値の位相のずれを説明する図である。１方位の測定完了ごとに移動平均値及びノイズ値をリセットする様子を説明する図である。第２実施形態に係るノイズ及び反射信号の算出期間と、ベースライン及びノイズ値の算出対象範囲を示す図である。第２実施形態に係るノイズ算出処理及びベースライン補正処理の処理手順を示すフローチャートである。第３実施形態に係るベースライン補正処理の処理手順を示すフローチャートである。ベースラインの非算出期間における移動平均値を推定する区間を説明する図である。ベースラインの非算出期間におけるベースラインの変動が大きく、非算出期間後におけるベースラインを推定できない様子を説明する図である。非算出期間における移動平均値を推定した場合における、計測信号の波形と、移動平均値と、算出閾値と、を示す図である。第４実施形態に係るベースライン補正処理の手順を示すフローチャートである。第４実施形態の第１変形例に係るノイズ算出処理及びベースライン補正処理の手順を示すフローチャートである。第４実施形態の第２変形例に係るベースライン補正処理の手順を示すフローチャートである。

　以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態を説明する。

　（第１実施形態）
　＜１－１．構成＞
　本実施形態のレーザレーダ装置１の構成について、図１を参照して説明する。レーザレーダ装置１は、車両に搭載され、車両の周辺に存在する各種物体を検出して、検出した物体に関する情報を生成する。本実施形態では、レーザレーダ装置１が信号処理装置に相当する。

　レーザレーダ装置１は、発光部１０と、走査部２０と、受光部３０と、制御部５０と、を備える。

　発光部１０は、一つ以上の発光素子を有し、制御部５０からの発光トリガ信号に従って、パルス状のレーザ光を繰り返し照射する。発光素子としては、例えば、レーザダイオードが用いられる。

　走査部２０は、ミラー部２１と駆動部２２とを備える。

　ミラー部２１は、板状に構成され、その両面が反射面として使用される。ミラー部２１は、発光部１０からの照射光を反射することで、ミラー部２１の回転角度に応じた方向に光を照射する。また、ミラー部２１は、ミラー部２１の回転角度に応じた方向から到来する反射光を反射して、受光部３０へ出力する。反射光は、物標が照射光を反射することによって生じる。

　駆動部２２は、制御部５０からの指示に従って、ミラー部２１を回転駆動する。これにより、発光部１０からミラー部２１を介して照射される照射光によって、探査範囲が走査される。探査範囲は、水平面内において予め設定された角度範囲を有する。

　受光部３０は、受光素子３１と、読出部３２と、処理部３３と、を備える。

　受光素子３１は、一つ以上の受光素子を含み、探査範囲から到来するレーザ光を受光し、受光強度に応じた電流値を有する受光信号を出力する。受光素子としては、例えば、フォトダイオード（即ち、ＰＤ）又はアバランシェフォトダイオード（即ち、ＡＰＤ）等を用いることができる。ＡＰＤを用いる場合、ガイガーモードで動作する、いわゆるＳｉｎｇｌｅ　Ｐｈｏｔｏｎ　Ａｖａｌａｎｃｈ　Ｄｉｏｄｅ（即ち、ＳＰＡＤ）であってもよい。読出部３２は、受光信号を、受光強度に応じた電圧値を有する検出信号に変換する。さらに、読出部３２は、検出信号をサンプリングして、１２ビットのＡＤ変換値に変換し、ＡＤ変換値を処理部３３へ出力する。

　処理部３３は、例えば１２ビットのＡＤ変換値を、受信強度を表す計測信号Ｓと認識して、計測信号Ｓに対して信号処理を実行する。そして、処理部１３は、信号処理した計測信号Ｓと、制御部５０が発光部１０に対して出力する発光トリガ信号とに基づいて、レーザ光を反射した物標までの距離を算出する。本実施形態では、処理部１３は、FPGA(field-programmable gate array)などのハードウェアにより構成されており、入力部、ノイズ算出部、算出閾値設定部、期間判定部、移動平均算出部、更新部、記憶部、リセット部、信号閾値生成部、信号判定部の各機能を実現する。

　制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを備える。制御部５０は、発光トリガ信号を発光部１０へ出力して、発光部１０にレーザ光を出力させる。また、制御部５０は、検出信号が所定間隔でサンプリングされるように受光部３０を制御する。さらに、制御部５０は、ミラー部２１が半回転する間に、探査範囲が一通り操作されるように、走査部２０を動作させる。

　＜１－２．信号処理＞
　次に、処理部３３が実行する信号処理について説明する。図５に、１つの方位において取得された計測信号Ｓの波形を示す。計測信号Ｓのベースラインすなわち０となるラインは、レーザレーダ装置１の視野内での背景光の変動が大きいシーンにおいて、変動することがある。計測信号Ｓのベースラインが変動すると、信号の分析精度が低下する可能性がある。そのため、処理部３３は、計測信号Ｓのベースラインを補正する。

　詳しくは、処理部３３は、移動平均数Nmoveずつ計測信号Ｓを移動平均して算出した移動平均値μをベースラインとする。そして、処理部３３は、計測信号Ｓから移動平均値μを差し引いてベースラインを補正する。また、処理部３３は、１方位の取得期間のうちの非算出期間を除く期間における計測信号Ｓを、移動平均値μの算出対象とする。非算出期間は、当該期間に取得された計測信号Ｓを用いて移動平均値μを算出しない期間である。

　処理部３３は、計測信号Ｓと移動平均値μとの差分と算出閾値Ｔｈｂとの比較によって、ベースラインの非算出期間か否かを判定する。処理部３３は、算出数Nnoiseの計測信号Ｓを統計処理して、計測信号Ｓのばらつきを示すノイズ値σを算出し、算出したノイズ値σに基づいて算出閾値Ｔｈｂを算出する。本実施形態では、処理部３３は、算出数Nnoiseの計測信号Ｓからノイズ値として標準偏差値を算出し、算出閾値Ｔｈを４σとする。

　ここで、ノイズ値σは、算出数Nnoiseが多いほど精度が高くなる。一方、移動平均値μは、移動平均数Nmoveが多すぎると、ベースラインの変動に対する移動平均値μの追従性が低下する。すなわち、移動平均値μと本来のベースラインとのずれが大きくなる。よって、算出数Nnoiseと移動平均数Nmoveは独立に予め設定されている。具体的には、算出数Nnoiseは、移動平均数Nmoveよりも大きい値に設定されている。

　図２に、算出数Nnoiseと標準誤差率との関係を示す。標準誤差率は１０％以下とすることが望ましいため、本実施形態では、算出数Nnoiseを１２８に設定する。また、図３及び図４に、計測信号Ｓの波形と、移動平均数Nmoveを８，１６，３２，６４，１２８と変化させた場合におけるベースライン補正後の計測信号Ｓ（以下、補正後信号Ｄ）の波形とを示す。移動平均数Nmoveが１６及び８のときに、正常にベースラインが補正されていることがわかる。よって、移動平均数Nmoveは１６以下の値に設定する。移動平均数Nmoveは、計算負荷及び回路サイズの増大を抑制するため、２のべき乗とすることが望ましい。

　本実施形態では、図５示すように、１方位の取得期間における最初の所定期間をノイズ算出期間とし、残りの期間を信号算出期間とする。ノイズ算出期間は、読出部３２から算出数Nnoiseの計測信号Ｓが処理部３３へ入力される期間に相当する。処理部３３は、信号算出期間において、ノイズ算出期間において算出されたノイズ値σを固定する。以下に、ノイズ値算出処理及びベースライン補正処理について説明する。

　＜１－２－１．ノイズ値算出処理＞
　次に、処理部３３が実行するノイズ値算出処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。処理部３３は、１方位の計測が終了する都度、本処理を開始する。

　まず、Ｓ１０において、処理部３３は、積算値ＳＵＭ、取得位置ｔ、及び配列Ｐ[Nmove-1:0]を０に初期化する。取得位置ｔは、ノイズ算出期間における計測信号Ｓの取得位置である。配列Ｐ[Nmove-1:0]は、P[0]，…，P[Nmove-1]のNmove個を要素とする配列である。

　続いて、Ｓ２０において、処理部３３は、取得位置ｔにおける計測信号Ｓ（ｔ）を取得し、計測信号Ｓ（ｔ）に隣接するＳ（ｔ－Nmove/2）からＳ（ｔ＋Nmove/2）までのNmove個の計測信号Ｓを平均して、平均値μ（ｔ）を算出する。

　続いて、Ｓ３０において、処理部３３は、平均値μ（ｔ）の算出対象となったNmove個の計測信号Ｓ（ｔ－Nmove/2）～Ｓ（ｔ＋Nmove/2）を配列Ｐ[Nmove-1:0]に格納する。

　続いて、Ｓ４０において、処理部３３は、積算値ＳＵＭを、積算値ＳＵＭにＳ（ｔ）－μ（ｔ）の２乗を加算した値に更新する。

　続いて、Ｓ５０において、処理部３３は、取得位置ｔがノイズ算出期間の最終位置ｔｎか否か判定する。処理部３３は、取得位置ｔが最終位置ｔｎと異なる場合には、Ｓ６０の処理へ進み、取得位置ｔをｔ＋１に更新する。その後、Ｓ２０の処理へ戻る。

　一方、処理部３３は、取得位置ｔが最終位置ｔｎである場合には、Ｓ７０へ進み、ノイズ値σを算出する。具体的には、処理部３３は、ノイズ値σとして、Ｓ４０において更新した積算値ＳＵＭを算出数Nnoiseで除算した値の平方根を算出する。

　続いて、Ｓ８０では、処理部３３は、Ｓ２０において算出した平均値μ（ｔ）を、移動平均値μの初期値μinitとして保存するとともに、Ｓ３０において計測信号Ｓを格納した配列Ｐを保存する。初期値μinitは、後述するベースライン補正処理において、移動平均値μを算出する際に用いる値である。以上で本処理を終了する。

　＜１－２－２．ベースライン補正処理＞
　次に、処理部３３が実行するベースライン補正処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。処理部３３は、図３に示すノイズ算出処理の終了後、本処理を開始する。

　まず、Ｓ１００では、処理部３３は、移動平均値μ（ｔ－１）に、Ｓ８０において保存したμinitを設定し、取得位置ｔを０に初期化する。移動平均値μ（ｔ－１）は、ベースライン補正処理において算出する移動平均値の初期値である。取得位置ｔは、信号算出期間における計測信号Ｓの取得位置である。

　続いて、Ｓ１１０では、処理部３３は、取得位置ｔにおける計測信号Ｓ（ｔ）を取得し、Ｓ７０において算出したノイズ値σを用いて、算出閾値Ｔｈｂを設定する。図８に示すように、判定閾値をノイズ値σの４倍以上の値にした場合には、正常にベースラインを補正することができるため、算出閾値Ｔｈｂは４σ又は５σに設定することが望ましい。ここでは、処理部３３は、算出閾値Ｔｈｂを４σに設定する。そして、処理部３３は、移動平均値μ（ｔ－１）と計測信号Ｓ（ｔ）の差分の大きさが、算出閾値Ｔｈｂよりも大きいか否か判定する。

　処理部３３は、差分の大きさが算出閾値Ｔｈｂ以下の場合には、取得位置ｔがベースラインの算出期間にあると判定して、Ｓ１２０の処理へ進む。一方、処理部３３は、差分の大きさが算出閾値Ｔｈｂよりも大きい場合には、取得位置ｔが非算出期間であると判定して、Ｓ１３０の処理へ進む。

　Ｓ１２０では、処理部３３は、取得位置ｔにおける移動平均値μ（ｔ）を算出する。移動平均値μ（ｔ－１）は、Nmove個のＰ[Nmove-1:0]を平均した値である。そして、移動平均値μ（ｔ）は、Ｐ[Nmove-1:0]に含まれる（Nmove－１）個のＰ[Nmove-2:0]とＳ（ｔ）とを平均した値である。よって、移動平均値μ（ｔ）は、μ（ｔ－１）＋（S（ｔ）－Ｐ[Nmove-1]）／Nmoveとなる。

　処理部３３は、さらに、Ｐ[Nmove-1:1]に、Ｐ［Nmove-2:0］を格納し、Ｐ[０]にＳ（ｔ）を格納して保存する。すなわち、１つ前の取得位置において保存した配列Ｐの位置を１つずらすとともに、取得位置ｔにおける計測信号Ｓ（ｔ）を配列Ｐに加える。

　ただし、処理部３３は、非算出期間の開始時点から、設定された前側期間を遡った時点までの期間における計測信号Ｓは、移動平均値μの算出に用いない。すなわち、処理部３３は、非算出期間の開始直前の前側期間における計測信号は、移動平均値μの算出に用いない。また、処理部３３は、非算出期間の終了時点から、設定された後側期間を経過した時点までの期間における計測信号Ｓは、移動平均値μの算出に用いない。すなわち、処理部３３は、非算出期間の終了直後の後側期間における計測信号は、移動平均値μの算出に用いない。

　図９に、非算出期間の前後に移動平均値の算出対象とすることを禁止する禁止期間を設けなかった場合における、計測信号Ｓの波形と補正後信号Ｄの波形を示す。補正後信号Ｄは、計測信号Ｓから移動平均値μを差し引いて算出される。この場合、非算出期間の前後の期間では、反射信号の立ち上がり部分及び立ち下がり部分につられて移動平均値μが持ち上がる。そのため、非算出期間の前後において、補正後信号Ｄの波形にアンダーシュートが生じている。

　図１０に、非算出期間の前後に禁止期間を設けた場合における、計測信号Ｓの波形と補正後信号Ｄの波形を示す。この場合、反射信号の立ち上がり部分及び立ち下がり部分を移動平均値μの算出対象としないため、非算出期間の前後において移動平均値μが持ち上がることが抑制される。そのため、非算出期間の前後において、補正後信号Ｄの波形にアンダーシュートが生じることが抑制されている。

　また、処理部３３は、非算出期間における計測信号Ｓの値は、ベースラインの算出に適していないため、移動平均値の算出対象外とする。よって、Ｓ１３０において、処理部３３は、移動平均値μ（ｔ－１）を移動平均値μ（ｔ）とする。すなわち、処理部３３は、非算出期間においてベースラインを固定する。

　続いて、Ｓ１４０において、処理部３３は、計測信号Ｓ（ｔ－Nmove／２）を補正後信号Ｄ（ｔ－Nmove／２）に更新する。補正後信号Ｄ（ｔ－Nmove／２）は、計測信号Ｓ（ｔ）の時刻をNmove／２の期間分過去にずらし、時刻をずらした計測信号Ｓ（ｔ－Nmove／２）から移動平均値μ（ｔ）を差し引いて、ベースラインを補正した値である。

　図１１に示すように、計測信号Ｓ（ｔ）を中心とした、計測信号Ｓ（ｔ－Nmove/2）～Ｓ（ｔ＋Nmove/2）の範囲の計測信号Ｓを移動平均値μ（ｔ）算出対象とした場合、移動平均値μ（ｔ）の位相は、計測信号Ｓ（ｔ）の位相と一致する。しかしながら、Ｓ１２０において算出したように、Ｓ（ｔ）以前のNmove個の計測信号Ｓを移動平均値μ（ｔ）の算出対象とした場合、移動平均値μ（ｔ）の位相は、計測信号Ｓ（ｔ）の位相に対して、Nmove／２のデータ点数分の期間、過去側にずれる。そのため、計測信号Ｓ（ｔ）と移動平均μ（ｔ）の位相関係を調整することなく、計測信号Ｓ（ｔ）から移動平均μ（ｔ）を引くことは、図１１に示す例においてＳ（ｔ）からμ（ｔ－２）を引くことに相当する。そして、Nmove／２の期間の間に、ベースラインは変動している可能性がある。そのため、計測信号Ｓ（ｔ）と移動平均μ（ｔ）の位相関係を調整することなく、計測信号Ｓ（ｔ）から移動平均μ（ｔ）を引くと、ベースラインの補正精度が劣化する可能性がある。

　よって、処理部３３は、計測信号Ｓ（ｔ）と移動平均μ（ｔ）の位相関係すなわち時刻関係を調整する。そして、位相関係を調整した計測信号Ｓ（ｔ－Nmove／２）から移動平均値μ（ｔ）を差し引いて、補正後信号Ｄ（ｔ－Nmove／２）を算出する。移動平均数Nmoveの半分のNmove／２個の計測信号Ｓ（ｔ）を取得する期間が調整期間に相当する。調整期間は、Nmove／２個の計測信号Ｓ（ｔ）を取得する期間が望ましいが、Nmove／２個の計測信号Ｓ（ｔ）を取得する期間と略一致すればよい。

　続いて、Ｓ１５０において、処理部３３は、Ｄ（ｔ－Nmove／２）が最終データか否か判定する。処理部３３は、Ｄ（ｔ－Nmove／２）が最終データでない場合には、Ｓ１６０の処理へ進み、取得位置ｔをｔ＋１に更新する。その後、Ｓ１１０の処理へ戻る。

　一方、処理部３３は、Ｄ（ｔ－Nmove／２）が最終データの場合には、本処理を終了する。これにより、１つの方位の測定が完了する。処理部３３は、１つの方位の測定が完了するごとに、算出した移動平均値μ及びノイズ値σをリセットする。これにより、図１２に示すように、Ｎ－１番目の方位の測定において、移動平均値μの算出時に想定外のノイズ等が混入して、移動平均値μが異常な値となった場合でも、Ｎ番目以降の方位の測定において、移動平均値μが異常値に引きずられることがない。

　＜１－４．効果＞
　以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。

　（１）ノイズ値σに基づいて設定された算出閾値Ｔｈｂによって移動平均値の算出対象が判定される。さらに、ノイズ値σの算出に用いるデータ数と移動平均値μの算出に用いるデータ数とが独立に設定される。よって、高精度なベースラインを算出して、ベースライン補正を実現することができる。

　（２）統計処理によって算出されるノイズ値σは、算出に用いる計測信号Ｓのデータ数が多いほど精度が高くなる。一方、移動平均値μは、算出に用いる計測信号Ｓのデータ数が多くなると、ベースラインの変動に対する追従性が低下する。よって、算出数Nnoiseを移動平均数Nmoveよりも大きい値に設定することにより、ノイズ値σの算出精度を確保しつつ、ベースラインの変動に対するベースライン補正の追従性を高くすることができる。

　（３）移動平均値μの時刻に対する計測信号Ｓの時刻をNmove／２のデータ点数分に相当する期間ずらして、計測信号Ｓから移動平均値μを差し引くことにより、精度よくベースラインを補正することができる。

　（４）ベースライン非算出期間の直前の前側期間における計測信号Ｓを移動平均値μの算出対象としないことにより、前側期間における補正後信号Ｄにアンダーシュートが発生することを抑制することができる。

　（５）ベースライン非算出期間の直後の後側期間における計測信号Ｓを移動平均値μの算出対象としないことにより、後側期間における補正後信号Ｄにアンダーシュートが発生することを抑制することができる。

　（６）１方位測定完了ごとに、移動平均値μ及びノイズ値σをリセットされる。これにより、現在の方位の測定において想定外のノイズ等が計測信号Ｓに混入して、算出された移動平均値μ及びノイズ値σが異常値となった場合でも、その後の方位の測定において、移動平均値μ及びノイズ値σの算出に異常値が影響を及ぼすことを回避できる。ひいては、現在の方位の測定における移動平均値μ及びノイズ値σの異常値が、その後の方位の測定におけるベースライン補正の精度に影響を及ぼすことを回避できる。

　（第２実施形態）
　＜２－１．第１実施形態との相違点＞
　第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

　前述した第１実施形態では、１方位の取得期間における最初の所定期間をノイズ算出期間とし、残りの期間を信号算出期間とし、信号算出期間においてノイズ値σを固定した。これに対し、図１３に示すように、第２実施形態では、１方位の取得期間のすべてをノイズ算出期間及び信号算出期間とし、ノイズ値σを逐次更新する点で、第１実施形態と相違する。

　＜２－２．ノイズ算出処理及びベースライン補正処理＞
　次に、第２実施形態において、処理部３３が実行するノイズ算出処理及びベースライン補正処理について、図１４のフローチャートを参照して説明する。処理部３３は、１方位の計測が終了する都度、本処理を開始する。処理部３３は、図６及び図７のフローチャートを合わせた処理を行う。

　Ｓ２００～Ｓ２４０では、処理部３３は、Ｓ１００～Ｓ１４０と同様の処理を行う。

　続いて、Ｓ２５０～Ｓ２８０では、処理部３３は、Ｓ２０～Ｓ４０及びＳ７０と同様の処理を行う。

　続いて、Ｓ２９０及びＳ３００において、処理部３３は、Ｓ１５０及びＳ１６０と同様の処理を行う。以上で、本処理を終了する。これにより、１つの方位の測定が完了する。処理部３３は、第１実施形態と同様に、１つの方位の測定が完了するごとに、算出した移動平均値μ及びノイズ値σをリセットする。

　＜２－３．効果＞
　以上説明した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）～（６）と同様の効果を奏する。

　（第３実施形態）
　第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

　＜３－１．第１実施形態との相違点＞
　前述した第１実施形態では、ベースラインの非算出期間における移動平均値μを固定した。これに対し、第３実施形態では、非算出期間における移動平均値μを、非算出期間の直前に算出した移動平均値μと移動平均値μの微分値とから推定する点で、第１実施形態と相違する。

　本実施形態では、処理部３３は、入力部、ノイズ算出部、算出閾値設定部、期間判定部、移動平均算出部、移動平均推定部、更新部、記憶部、リセット部の各機能を実現する。

　＜３－２．ベースライン補正処理＞
　次に、第３実施形態において、処理部３３が実行するベースライン補正処理について、図１５のフローチャートを参照して説明する。なお、第３実施形態において、処理部３３が実行するノイズ算出処理は、図６のフローチャートの処理と同じである。処理部３３は、図６のフローチャートの処理の終了後、図１５のフローチャートの処理を開始する。

　Ｓ４００～Ｓ４２０では、処理部３３は、Ｓ１００～Ｓ１２０と同様の処理を行う。

　続いて、Ｓ４３０では、処理部３３は、移動平均値μ（ｔ）と計測信号Ｓ（ｔ）との差分の大きさが、算出閾値Ｔｈｂよりも大きくなった回数が連続してＰ回以上か否か判定する。すなわち、Ｓ４１０において連続してＰ回以上肯定判定となったか否か判定する。

　図１６及び図１７に、判定回数Ｐの決め方の説明図を示す。図１７に示すように、ベースラインの非算出期間の長さＤｔが比較的長い場合、非算出期間においてベースラインが変動し、非算出期間終了後に、移動平均値μと計測信号Ｓとの差分の大きさが算出閾値Ｔｈｂを超える可能性がある。この場合、非算出期間終了後に移動平均値μを算出することができなくなる。ひいては、非算出期間終了後においてベースライン補正を行うことができなくなる。

　よって、非算出期間の開始直前におけるベースラインの傾き、すなわち移動平均値μの微分値から、ベースラインの大きさが算出閾値Ｔｈｂ未満となる区間を算出し、その区間に相当するデータ点数を判定回数Ｐに設定する。具体的には、非算出期間の開始直前における移動平均値μの傾きをＡとすると、Ａ×Ｄｔ＜Ｔｈｂとなる長さＤｔに入るデータ点数をＰに設定する。すなわち、Ｐは、Ｄｔ＝Ｔｈｂ／Ａをサンプリング間隔で除算した値に設定する。

　処理部３３は、Ｓ４３０において、差分の大きさが算出閾値Ｔｈｂを超える回数がＰ回未満である場合には、Ｓ４４０の処理へ進む。Ｓ４４０では、処理部３３は、Ｓ１３０と同様の処理を行う。

　一方、処理部３３は、Ｓ４３０において、差分の大きさが算出閾値Ｔｈｂを超える回数がＰ回以上である場合には、Ｓ４５０に進む。Ｓ４５０では、処理部３３は、一つ前の取得位置ｔ－１における移動平均値μ（ｔ－１）に、非算出期間の直前における移動平均値μの微分値の平均値を加算した値を、取得位置ｔにおける移動平均値μ（ｔ）とする。加算する微分値の平均値は、Ｓ４２０において保存した配列Ｐを用いて、｛（Ｐ[1]－Ｐ[0]）＋（Ｐ[2]－Ｐ[1]）＋…＋（Ｐ[Nmove-1]－Ｐ[Nmove-2]）｝／Nmoveの式から算出すればよい。

　続いて、Ｓ４６０～Ｓ４８０では、処理部３３は、Ｓ１４０～Ｓ１６０と同様の処理を実行する。以上で本処理を終了する。これにより、１つの方位の測定が完了する。処理部３３は、第１実施形態と同様に、１つの方位の測定が完了するごとに、算出した移動平均値μ及びノイズ値σをリセットする。

　図１８に、ベースラインの非算出期間における移動平均値を推定した場合における、計測信号Ｓの波形と、移動平均値μ、及び算出閾値Ｔｈｂを示す。ここでは、算出閾値Ｔｈｂを５σに設定している。図１８に示すように、非算出期間が比較的長く、非算出期間においてベースラインが変動する場合でも、非算出期間におけるベースラインを推定することにより、非算出期間後におけるベースラインが精度良く算出される。

　＜３－３．効果＞
　以上説明した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）～（６）の効果に加えて、以下の効果を奏する。

　（７）ベースラインの非算出期間の直前の移動平均値μの微分値を用いて、非算出期間後における移動平均値μの初期値を含む、非算出期間における移動平均値μが算出される。したがって、非算出期間においてベースラインが変動する場合でも、高精度なベースライン補正を実現することができる。

　（第４実施形態）
　＜４－１．第１～３実施形態との相違点＞
　第1～３実施形態では、算出閾値Ｔｈｂを用いて、ベースライン算出対象のデータかどうかを判定だけであった。これに対して、第４実施形態では、新たに信号閾値Ｔｈｒを導入し、補正後信号Ｄと信号閾値Ｔｈｒとを比較し、補正後信号Ｄが信号閾値Ｔｈｒを超えていれば反射信号であると判定する。

　本実施形態では、処理部３３は、さらに、信号閾値生成部及び信号判定部の機能を実現する。信号閾値生成部は、信号閾値Ｔｈｒ≧算出閾値Ｔｈｂの関係が成立するように、信号閾値Ｔｈｒを生成する。信号閾値Ｔｈｒは、例えば、算出閾値Ｔｈｂが４σである場合、信号閾値Ｔｈｒを５σとして生成する。信号閾値Ｔｈｒと算出閾値Ｔｈｂとは独立に設定することが可能である。算出閾値Ｔｈｂを４σ、信号閾値Ｔｈｒを５σと設定することにより、補正後信号Ｄでアンダーシュート・オーバーシュートなどの補正誤差が発生した場合に、反射信号の誤検出を防ぐことができる。

　＜４－２．ベースライン補正処理＞
　次に、第４実施形態において、処理部３３が実行するベースライン補正処理について、図１９のフローチャートを参照して説明する。なお、第４実施形態において、処理部３３が実行するノイズ算出処理は、図６のフローチャートの処理と同じである。処理部３３は、図６のフローチャートの処理の終了後、図１９のフローチャートの処理を開始する。

　Ｓ１００～Ｓ１６０では、処理部３３は、図７のフローチャートにおけるＳ１００～Ｓ１６０と同様の処理を行う。そして、処理部３３は、Ｓ１４０とＳ１５０の処理の間において、Ｓ６００とＳ７００の処理を行う。

　Ｓ６００では、処理部３３は、補正後信号Ｄ（ｔ－Nmove／２）が信号閾値Ｔｈｒよりも大きいか否か判定する。補正後信号Ｄ（ｔ－Nmove／２）が信号閾値Ｔｈｒ以下の場合には、処理部３３は、Ｓ１５０の処理へ進む。

　一方、補正後信号Ｄ（ｔ－Nmove／２）が信号閾値Ｔｈｒよりも大きい場合には、処理部３３は、Ｓ７００の処理へ進む。Ｓ７００では、処理部３３は、補正後信号Ｄ（ｔ－Nmove／２）を反射信号として検出し、Ｓ１５０の処理へ進む。

　＜４－３．第１変形例＞
　次に、第４実施形態の変形例において、処理部３３が実行するノイズ算出処理及びベースライン補正処理について、図２０のフローチャートを参照して説明する。

　Ｓ２００～Ｓ３００では、処理部３３は、図１４のフローチャートにおけるＳ２００～Ｓ３００と同様の処理を行う。そして、処理部３３は、Ｓ２８０とＳ２９０の処理の間において、図１９のフローチャートにおけるＳ６００とＳ７００の処理を行う。

　＜４－４．第２変形例＞
　次に、第４実施形態の変形例において、処理部３３が実行するベースライン補正処理について、図２１のフローチャートを参照して説明する。なお、第４実施形態の第２変形例において、処理部３３が実行するノイズ算出処理は、図６のフローチャートの処理と同じである。処理部３３は、図６のフローチャートの処理の終了後、図２１のフローチャートの処理を開始する。

　Ｓ４００～Ｓ４８０では、処理部３３は、図１５のフローチャートにおけるＳ４００～Ｓ４８０と同様の処理を行う。そして、処理部３３は、Ｓ４６０とＳ４７０の処理の間において、図１９のフローチャートにおけるＳ６００とＳ７００の処理を行う。

　以上説明した第４実施形態によれば、前述した第１～３実施形態の効果（１）～（７）の効果に加えて、以下の効果を奏する。

　（８）補正後信号Ｄと信号閾値Ｔｈｒとを比較することにより、補正後信号Ｄから反射信号を検出することができる。ひいては、検出した反射信号を用いて、レーザ光を反射した物標までの距離を算出することができる。

　（９）信号閾値Ｔｈｒを算出閾値Ｔｈｂ以上の値に設定したことにより、補正後信号Ｄにおいてアンダーシュート・オーバーシュートなどの補正誤差が発生した場合であっても、反射信号の誤検出を抑制することができる。

　（他の実施形態）
　以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

　（ａ）上記実施形態では、信号処理装置をレーザレーダ装置１としたが、本開示はこれに限定されるものではない。本開示の信号処理装置は、計測信号を処理するものであれば適用できる。特に、本開示の信号処理装置は、放射線計測装置、医療機器、コピー機など、背景信号が変動する可能性がある装置に適している。

　（ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

　（ｃ）上述した信号処理装置の他、当該信号処理装置を構成要素とするシステム、信号処理方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims

　計測信号が入力されるように構成された入力部（３３）と、
　前記入力部に入力された第１データ数の前記計測信号を統計処理して、前記計測信号のばらつきを示すノイズ値を算出するように構成されたノイズ算出部（３３）と、
　前記ノイズ算出部により算出された前記ノイズ値に基づいて、ベースラインの非算出期間を判定するために用いる算出閾値を設定するように構成された算出閾値設定部（３３）と、
　前記入力部に入力された前記計測信号と前回算出された移動平均値との差分が、前記算出閾値設定部により設定された前記算出閾値を超える期間を前記非算出期間と判定するように構成された期間判定部（３３）と、
　前記期間判定部により前記非算出期間と判定される期間を除く期間において、前記計測信号を第２データ数ずつ移動平均して前記移動平均値を算出し、且つ、前記非算出期間において、前記非算出期間の直前に算出した前記移動平均値を前記移動平均値として算出するように構成された移動平均算出部（３３）と、
　前記入力部に入力された前記計測信号を、前記計測信号から前記移動平均算出部により今回算出された前記移動平均値を差し引いた値に更新するように構成された更新部（３３）と、
　前記更新部により更新された前記計測信号を記憶するように構成された記憶部（３３）と、を備え、
　前記第１データ数と前記第２データ数とは独立に設定されている、
　信号処理装置。
　計測信号が入力されるように構成された入力部（３３）と、
　前記入力部に入力された第１データ数の前記計測信号を統計処理して、前記計測信号のばらつきを示すノイズ値を算出するように構成されたノイズ算出部（３３）と、
　前記ノイズ算出部により算出された前記ノイズ値に基づいて、ベースラインの非算出期間を判定するために用いる算出閾値を設定するように構成された算出閾値設定部（３３）と、
　前記入力部に入力された前記計測信号と前回算出された移動平均値との差分が、前記算出閾値設定部により設定された前記算出閾値を超える期間を前記非算出期間と判定するように構成された期間判定部（３３）と、
　前記期間判定部により前記非算出期間と判定される期間を除く期間における前記計測信号を第２データ数ずつ移動平均して、前記移動平均値を算出するように構成された移動平均算出部（３３）と、
　前記移動平均算出部により算出された前記移動平均値の微分値を算出するように構成された微分算出部（３３）と、
　前記非算出期間の直前に前記微分算出部により算出された前記微分値と、前記非算出期間の直前に前記移動平均算出部により算出された前記移動平均値とから、前記非算出期間における前記移動平均値を推定するように構成された移動平均推定部（３３）であって、前記非算出期間における前記移動平均値は、前記非算出期間の後において前記移動平均算出部による前記移動平均値の算出に用いる初期値を含む、移動平均推定部と、
　前記入力部により入力された前記計測信号を、前記計測信号から前記移動平均算出部又は前記移動平均推定部により今回算出又は推定された前記移動平均値を差し引いた値に更新するように構成された更新部（３３）と、
　前記更新部により更新された前記計測信号を記憶するように構成された記憶部（３３）と、を備え、
　前記第１データ数と前記第２データ数とは独立に設定されている、
　信号処理装置。
　前記第１データ数は前記第２データ数よりも大きい値に設定されている、
　請求項１又は２に記載の信号処理装置。
　前記更新部は、前記移動平均値の時刻に対する前記計測信号の時刻を設定された調整期間ずらして、前記計測信号から前記移動平均値を差し引いた値に、前記計測信号を更新する、
　請求項１～３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
　前記移動平均算出部は、前記非算出期間の開始時点から設定された前側期間を遡った時点までの期間に入力された前記計測信号を、前記移動平均値の算出に用いない、
　請求項１～４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
　前記移動平均算出部は、前記非算出期間の終了時点から設定された後側期間を経過した時点までの期間に入力された前記計測信号を、前記移動平均値の算出に用いない、
　請求項１～５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
　前記計測信号は、複数の方位に順次レーザ光を照射するように構成されたレーザレーダ装置（１）により受光された受光信号であり、
　１方位の測定完了ごとに、算出された前記移動平均値及び前記ノイズ値をリセットするように構成されたリセット部（３３）を備える、
　請求項１～６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
　前記ノイズ算出部により算出されたノイズ値に基づいて反射信号か否かを判定するために用いる信号閾値を生成するように構成された信号閾値生成部（３３）と、
　前記更新部の出力値と前記信号閾値生成部により生成された信号閾値とを比較して、前記反射信号か否かを判定するように構成された信号判定部（３３）と、を
　さらに備える請求項１～７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
　前記信号閾値生成部は、前記信号閾値として前記算出閾値以上の値を生成する、
　請求項８記載の信号処理装置。