JP2011043330A - 障害物検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の投光範囲に雪、砂埃、水蒸気、落葉等の異物が存在する場合であっても、投光距離が遠い部分の障害物の検知漏れを抑制しつつ、投光距離が近い部分の誤検知を抑制し、障害物の検知精度を向上することができる障害物検知方法及び装置を提供する。
【解決手段】本発明の障害物検知装置は、投光部１と、受光部２と、信号処理部３と、障害物検知部４と、を有し、障害物検知部４における近接範囲Ｃは、計測点Ｐの計測距離の遠い側から近い側に向かって小さくなるように設定されており、障害物検知部４における個数は、計測点Ｐの計測距離の遠い側から近い側に向かって多くなるように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視範囲に投光されたレーザ光の反射光を受光することによって障害物を検知する障害物検知方法及び装置に関し、特に、レーザ光の投光範囲に雪、砂埃、水蒸気、落葉等の異物が存在する場合の障害物検知に適した障害物検知方法及び装置に関する。

レーザ光を利用して監視範囲内の移動体を検出する方法には、例えば、特許文献１に記載されたものが既に提案されている。特許文献１に記載された発明は、レーザセンサヘッドと信号処理装置とを有するスキャン式レーザセンサを使用し、このレーザセンサにより交差点などに設けられる横断歩道を横断する歩行者を検出する横断歩行者検出方法において、この検出方法は初期検出モードと連続検出モードとを有し、このうちの初期検出モードはレーザセンサヘッドによるスキャンを全計測エリアに対して複数回行い、移動体としての歩行者は１スキャン毎に検出し、全スキャン後の検出結果を合わせた検出データ及び検出された歩行者に付与したＩＤ番号を上位系に伝送する検出モードであり、連続検出モードは１スキャン時の計測結果から歩行者の検出を行い、その計測結果と前記初期検出モードの最終検出データとを合わせたものを検出結果として新たにＩＤ番号を付与すると共に、伝送するモードであることを特徴とする横断歩行者検出方法である。また、特許文献１には、前記初期検出モードは１スキャン毎の検出による計測結果から高さ判定による有効エリアの設定を行うと共に、この有効エリア内の計測点のグループ分けを行い、このグループ分けによりグループ化された１グループを１つの移動体として検出を行う１ライン検出法を使用することも記載されている。なお、特許文献１に記載された発明は、横断歩道の歩行者を検出する方法に関するものであるが、監視範囲内の障害物を検知する場合も同じ装置と方法で処理することができる。

また、降雪時を考慮した障害物検知装置には、例えば、特許文献２に記載されたものが提案されている。特許文献２に記載された発明は、各反射物体の寸法を求め、該反射物体の寸法が所定値以下のものを検出対象から除外するものである。

特開２００２−１４０７９０号公報 特開２００２−１０７４５３号公報

特許文献１に記載されたスキャン式レーザセンサでは、投光距離が近い部分ではレーザ光が密であり、投光距離が遠い部分ではレーザ光が疎であるという特徴がある。したがって、降雪時において、投光距離が短い部分において雪片の反射光を受光し易く、誤検知してしまうという問題がある。加えて、上述したグループ化の処理をした場合には、近接した雪片をグループ化してしまうため、より障害物として誤検知し易いという問題がある。また、これらの誤検知を防止するために、投光距離が近い部分を基準にして障害物検知の処理をした場合には、投光距離が遠い部分の障害物が漏れてしまうという問題もある。

特許文献２に記載された発明では、検知した個々の雪片の寸法を逐次算出してから検出対象から除外しているため、豪雪時には装置のロードが高くなってしまうという問題がある。また、特許文献１のようにグループ化を導入した場合には、近接した雪片を一つの物体と把握してしまうため、寸法が大きく検出されてしまい、検出対象から除外できなくなってしまうという問題がある。

本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、レーザ光の投光範囲に雪、砂埃、水蒸気、落葉等の異物が存在する場合であっても、投光距離が遠い部分の障害物の検知漏れを抑制しつつ、投光距離が近い部分の誤検知を抑制し、障害物の検知精度を向上することができる障害物検知方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、障害物を検出したい監視範囲にレーザ光を投受光してレーザ光を反射した物体の距離データを取得する測距工程と、前記レーザ光の投光条件と前記距離データとから前記物体の計測点を抽出する抽出工程と、前記計測点のうち所定の近接範囲内に存在する計測点をグループ化して集合体を生成するグループ化工程と、前記集合体を仮想物体に変換する変換工程と、前記仮想物体に含まれる計測点の個数が少ないものを検知対象から除外する削除工程と、前記仮想物体の特徴から障害物か否かを判断する検知工程と、を有し、前記グループ化工程における前記近接範囲は、前記計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって小さくなるように設定されており、前記削除工程における前記個数は、前記計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって多くなるように設定されている、ことを特徴とする障害物検知方法が提供される。

また、本発明によれば、障害物を検出したい監視範囲にレーザ光を投光する投光部と、前記レーザ光の反射光を受光して受光信号を発信する受光部と、前記受光信号により物体の距離データを取得するとともに前記レーザ光の投光条件及び前記距離データを含む計測データを発信する信号処理部と、前記計測データから前記物体の計測点を抽出し、所定の近接範囲内に存在する計測点をグループ化して集合体を生成し、該集合体を仮想物体に変換し、該仮想物体に含まれる計測点の個数が少ないものを検知対象から除外し、前記仮想物体の特徴から障害物か否かを判断する障害物検知部と、を有し、前記障害物検知部における前記近接範囲は、前記計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって小さくなるように設定されており、前記障害物検知部における前記個数は、前記計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって多くなるように設定されている、ことを特徴とする障害物検知装置が提供される。

上述した障害物検知方法及び障害物検知装置において、前記閾値は、前記レーザ光のスキャン方向（Ｘ方向）に設定されるＸ方向成分と、前記レーザ光の投光方向（Ｙ方向）に設定されるＹ方向成分と、を有し、前記Ｘ方向成分及び前記Ｙ方向成分のそれぞれについて異なる条件で設定されていてもよい。

上述した障害物検知方法及び障害物検知装置において、前記レーザ光の投光範囲に計測可能な大きさの粒状の異物が複数存在する場合に、該異物を計測できた最大距離を異物計測最大距離と定義し、（計測点の計測距離）／（異物計測最大距離）により定義される変数αを導入し、以下の条件（１）及び（２）により前記近接範囲が設定されていてもよい。
（１）α≧１の場合、Ｘ方向成分：補正値β，Ｙ方向成分：補正値γ
（２）α＜１の場合、Ｘ方向成分：補正値β×α，Ｙ方向成分：補正値ε

ただし、前記補正値β：前記監視範囲の最遠端における前記レーザ光のスキャンピッチ幅、前記補正値γ：障害物として検出したい対象物の平均的なＹ方向長さの２倍の数値、前記補正値ε：障害物として検出したい対象物に生じる前記レーザ光で検知できない平均的なＹ方向長さ、である。

上述した障害物検知方法及び障害物検知装置において、前記レーザ光の投光範囲に計測可能な大きさの粒状の異物が複数存在する場合に、該異物を計測できた最大距離を異物計測最大距離と定義し、該異物計測最大距離を基準に前記個数が設定されていてもよい。

上述した本発明の障害物検知方法及び装置によれば、計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって計測点のグループ化における近接範囲が小さくなるように設定したことにより、レーザ光の疎密に対応した障害物検知が可能となり、検知精度を向上させることができる。すなわち、雪等の小さな異物は、レーザ光が疎である計測距離が遠い部分では検知され難く、レーザ光が密である計測距離が近い部分では検知され易いという性質に基づいた障害物検知を行うことにより、特に、近距離で検知された異物がグループ化されて誤検知してしまうことを抑制することができる。加えて、本発明では、計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって所定の物体を検知対象から削除する際における計測点の個数が多くなるように設定したことにより、例えば、計測距離が遠い物体の計測点が１点の場合であっても検知対象として抽出し、計測距離が近い物体の計測点が１点の場合であっても検知対象から除外することができる。したがって、本発明を適用することにより、投光距離が遠い部分の障害物の検知漏れを抑制しつつ、投光距離が近い部分の誤検知を抑制し、障害物の検知精度を向上することができる。

本発明の障害物検知装置を示す構成図である。 障害物検知装置の処理フローを示す図である。 抽出工程〜グループ化工程の処理結果を示す図であり、（Ａ）は抽出工程により抽出された物体の計測点、（Ｂ）はグループ化工程により生成された集合体、を示す図である。 近接範囲の設定方法を示す図であり、（Ａ）は変数αを基準とする場合、（Ｂ）は計測距離の比率を基準とする場合、を示している。 異物計測最大距離の設定方法を示す図であり、（Ａ）は降雪量が少ない場合の計測状況、（Ｂ）は降雪量が多い場合の計測状況、を示している。 変換工程及び削除工程を示す図であり、（Ａ）は変換工程、（Ｂ）は削除工程、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の障害物検知装置を示す構成図である。

図１に示すように、本発明の障害物検知装置は、障害物を検出したい監視範囲Ａにレーザ光Ｌを投光する投光部１と、レーザ光Ｌの反射光Ｒを受光して受光信号Ｓｒを発信する受光部２と、受光信号Ｓｒにより物体の距離データを取得するとともにレーザ光Ｌの投光条件及び距離データを含む計測データＤを発信する信号処理部３と、計測データＤから物体の計測点Ｐを抽出し、所定の近接範囲内に存在する計測点Ｐをグループ化して集合体Ｇを生成し、集合体Ｇを検出物体Ｂに変換し、検出物体Ｂに含まれる計測点Ｐの個数が少ないものを検知対象から除外し、検出物体Ｂの特徴から障害物か否かを判断する障害物検知部４と、を有し、障害物検知部４における近接範囲Ｃは、計測点Ｐの計測距離の遠い側から近い側に向かって小さくなるように設定されており、障害物検知部４における個数は、計測点Ｐの計測距離の遠い側から近い側に向かって多くなるように設定されている。なお、投光部１、受光部２等は、レーザレーダヘッド５内に収容されており、レーザレーダヘッド５に投光窓Ｗが形成されている。

前記投光部１は、監視範囲Ａ内の物体に対してレーザ光Ｌを発光して投光する機器である。かかる投光部１は、例えば、光源となるレーザダイオード１ａと、レーザ光Ｌをコリメートする投光レンズ１ｂと、レーザダイオード１ａを操作するＬＤドライバ１ｃとから構成される。ＬＤドライバ１ｃは、信号処理部３の主信号処理部３１からのトリガー信号Ｓｔに基づいてレーザ光Ｌを発光するようにレーザダイオード１ａを操作し、レーザ光Ｌの発光と同時にパルス状の発光同期信号Ｓｌを信号処理部３の時間計測部３２に発信する。なお、発光同期信号Ｓｌは、トリガー信号Ｓｔにより代用するようにしてもよい。

図１では、投光レンズ１ｂを透過したレーザ光Ｌは、回転駆動されるポリゴンミラー１１と回動駆動される平面ミラー１２とにより構成される光学系により、略水平方向及び略鉛直方向に走査されるように構成している。ポリゴンミラー１１は、例えば、６面体の４側面が鏡面化されており、対峙する２面（上下面）の中心を回転軸としてモータ１１ａにより回転されるように構成されている。モータ１１ａは、モータドライバ１１ｂにより操作される。平面ミラー１２は、例えば、モータ１２ａにより回動される回動軸の側面に接続されている。モータ１２ａは、モータドライバ１２ｂにより操作される。また、モータドライバ１１ｂ，１２ｂは、主信号処理部３１からの信号Ｓｍにより制御されるとともに、スキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃを主信号処理部３１に発信する。なお、かかる光学系は単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではない。

前記受光部２は、物体に投光されたレーザ光Ｌの反射光Ｒを受光する機器である。ここでは、投光部１と受光部２と個別に設けて投光軸と受光軸とがずれるように構成しているが、投光軸と受光軸とが一致するように投光部１と受光部２が一体に形成されていてもよい。かかる受光部２は、図１に示すように、例えば、反射光Ｒを集光する受光レンズ２ａと、集光された反射光Ｒを受光して電圧に変換するフォトダイオード等の光電変換素子や増幅器等を有する受光部本体２ｂとから構成される。投光窓Ｗを透過した反射光Ｒは、投光されるレーザ光Ｌと同様に、平面ミラー及び１２ポリゴンミラー１１を介して受光レンズ２ａに導かれる。そして、反射光Ｒを受光した受光部本体２ｂは、電圧値に変換された受光信号Ｓｒを信号処理部３の時間計測部３２に発信する。

前記信号処理部３は、物体の計測点Ｐを抽出する元となる計測データＤを発信する機器である。信号処理部３は、主信号処理部３１と時間計測部３２とを有する。主信号処理部３１は、トリガー信号Ｓｔの発信、モータドライバ１１ｂ，１２ｂの制御信号Ｓｍの発信、スキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃの受信、時間計測部３２からの信号（受光強度信号Ｓｘ及び飛行時間信号Ｓｄ）の受信、計測データＤの発信等の処理を行う。また、時間計測部３２は、受光信号選択部３２ａ及び受光信号処理部３２ｂを有する。受光信号選択部３２ａは、受光信号Ｓｒから所望の強度の信号を選択し、受光強度信号Ｓｘを発信する。受光強度信号Ｓｘは、例えば、受光信号Ｓｒのうち飛行時間の短いものを除外するゲート機能を有する。かかるゲート機能により、近距離の反射光を除外して効率よく監視範囲Ａの障害物検知を行うことができる。また、時間計測部３２は、時間を計測する時計機能を有しており、発光同期信号Ｓｌの受信により時間の計測を開始し、受光信号Ｓｒを受信した時間を把握する。したがって、時間計測部３２では、投光されたレーザ光Ｌが、物体に反射して受光されるまでの飛行時間を計測することができる。この飛行時間の計測結果である飛行時間信号Ｓｄは、主信号処理部３１に発信され、主信号処理部３１において、例えば、（光の速度）×（飛行時間）／２の計算式により距離データに変換される。そして、主信号処理部３１は、受光強度信号Ｓｘと飛行時間信号Ｓｄとから取得した距離データとスキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃとを関連付けた計測データＤを生成し、障害物検知部４に計測データＤを発信する。

前記障害物検知部４は、例えば、レーザレーダヘッド５から離隔して配置された制御装置６に配置されており、計測データＤから監視範囲Ａ内の障害物を検知する。また、制御装置６は、障害物検知部４の処理結果に基づいて監視範囲Ａ内の画像を生成する画像処理部６１を有し、検知結果をディスプレイ、プリンタ、警報機等の出力機器７に出力するように構成されている。この制御装置６は、ポリゴンミラー１１のスキャン角度やスキャン速度、平面ミラー１２のスイング角度やスイング速度、レーザ光Ｌのトリガー信号Ｓｔの発信タイミング等の制御を行い、これらの制御信号Ｓｈを信号処理部３に発信している。なお、障害物検知部４の具体的な処理内容に関しては後述する。

ここで、図２は、障害物検知装置の処理フローを示す図である。図２に示すように、本発明の障害物検知方法に基づく処理フローは、障害物を検出したい監視範囲Ａにレーザ光Ｌを投受光してレーザ光Ｌを反射した物体の距離データを取得する測距工程（Ｓｔｅｐ１）と、レーザ光Ｌの投光条件と測距工程で取得した距離データとから物体の計測点Ｐを抽出する抽出工程（Ｓｔｅｐ２）と、計測点Ｐのうち所定の近接範囲内に存在する計測点Ｐをグループ化して集合体Ｇを生成するグループ化工程（Ｓｔｅｐ３）と、集合体Ｇを検出物体Ｂに変換する変換工程（Ｓｔｅｐ４）と、検出物体Ｂに含まれる計測点Ｐの個数が少ないものを検知対象から除外する削除工程（Ｓｔｅｐ５）と、１フレーム分の処理が完了したか否かを判定する判定工程（Ｓｔｅｐ６）と、検出物体Ｂの特徴から障害物か否かを判断する検知工程（Ｓｔｅｐ７）と、検知結果を出力機器７に出力する出力工程（Ｓｔｅｐ８）と、を有する。

前記測距工程（Ｓｔｅｐ１）は、障害物検知装置の投光部１から監視範囲Ａにレーザ光Ｌを投光し、障害物検知装置の受光部２で反射光Ｒを受光して物体の距離を計測する工程である。ここで、監視範囲Ａの幅方向（図３（Ｂ）のＸ方向）にレーザ光Ｌを１回走査させることを１スキャンと称し、スキャンを繰り返して監視範囲Ａの全体を走査することを１フレームと称することとする。測距工程は、例えば、１スキャン分の処理が終了した後、次工程に進むように設定されるが、レーザ光Ｌの１往復分又は１フレーム分の処理が終了してから次工程に進むように設定してもよい。測距工程では、レーザ光Ｌを反射した物体の距離を計測して距離データを取得するとともに、その距離データを取得したときのレーザ光Ｌの投光条件Ｓｃと取得した距離データとを関連付けて計測データＤとして出力している。

前記抽出工程（Ｓｔｅｐ２）は、障害物検知装置の信号処理部３から発信される計測データＤから物体の計測点Ｐを抽出する工程である。具体的には、計測データＤからレーザ光Ｌを反射した場所（方向と距離）を特定する。ここで、図３は、抽出工程及びグループ化工程の処理結果を示す図であり、（Ａ）は抽出工程により抽出された物体の計測点、（Ｂ）はグループ化工程により生成された集合体、を示す図である。今、図３（Ａ）に示すように、抽出工程により計測点Ｐ１〜Ｐ７が抽出されたものとする。

前記グループ化工程（Ｓｔｅｐ３）は、計測点Ｐ１〜Ｐ７のうち近接する計測点Ｐを同じ物体の計測点Ｐであるとみなしてグループ化して集合体Ｇを生成する工程である。具体的には、各計測点Ｐに対して近接範囲Ｃを設定し、近接範囲Ｃが重なる計測点Ｐをグループ化し集合体Ｇを生成する。例えば、図３（Ｂ）に示すように、各計測点Ｐ１〜Ｐ７に対して近接範囲Ｃ１〜Ｃ７を設定する。ここで、計測点Ｐ１の近接範囲Ｃ１に重なる近接範囲Ｃは存在しないため、集合体Ｇ１は計測点Ｐ１により構成される。また、計測点Ｐ２の近接範囲Ｃ２と計測点Ｐ３の近接範囲Ｃ３とが重なり、計測点Ｐ３の近接範囲Ｃ３と計測点Ｐ４の近接範囲Ｃ４とが重なるため、計測点Ｐ２〜Ｐ４は１つの集合体Ｇ２として認識される。同様に、計測点Ｐ５の近接範囲Ｃ５と計測点Ｐ６の近接範囲Ｃ６とが重なるため、計測点Ｐ５，Ｐ６は１つの集合体Ｇ３として認識される。また、計測点Ｐ７の近接範囲Ｃ７に含まれる計測点Ｐは計測点Ｐ７のみであるため集合体Ｇ４は計測点Ｐ７により構成される。近接範囲Ｃは、図示したように、Ｘ方向とＹ方向に辺を有する矩形形状に設定されることが好ましいが、円形や楕円形状であってもよい。なお、Ｘ方向はレーザ光Ｌのスキャン方向を意味し、Ｙ方向はレーザ光Ｌの投光方向を意味しているが、矩形形状の各辺は必ずしもＸ方向又はＹ方向に沿って配置されていなくてもよい。

本発明は、このグループ化工程における近接範囲Ｃの設定方法に１つの特徴を有する。すなわち、近接範囲Ｃは、計測点Ｐの計測距離の遠い側から近い側に向かって小さくなるように設定されている。図３（Ｂ）に示した近接範囲Ｃ１〜Ｃ７の大きさは、レーザレーダヘッド５からの計測点Ｐ１〜Ｐ７の計測距離に基づいて設定されており、近接範囲Ｃ１＞近接範囲Ｃ２≧近接範囲Ｃ３≧近接範囲Ｃ４＞近接範囲Ｃ６≧近接範囲Ｃ５＞近接範囲Ｃ７の関係を有するように設定されている。なお、計測点Ｐ２〜Ｐ４の計測距離は近似しているため近接範囲Ｃ２〜Ｃ４は同じ大きさに設定してもよいし、計測点Ｐ５，Ｐ６の計測距離は近似しているため近接範囲Ｃ５，Ｃ６は同じ大きさに設定してもよい。

ここで、図４は、近接範囲の設定方法を示す図であり、（Ａ）は変数αを基準とする場合、（Ｂ）は計測距離の比率を基準とする場合、を示している。図４（Ａ）に示す近接範囲の設定方法は、レーザレーダヘッド５からの計測距離が一定の数値よりも大きい場合、すなわち、計測距離が基準線Ｋよりも遠い場合には、同じ大きさの近接範囲Ｃとなるように設定している。また、レーザレーダヘッド５からの計測距離が一定の数値よりも小さい場合、すなわち、計測距離が基準線Ｋよりも近い場合には、近接範囲Ｃが計測距離に応じて徐々に小さくなるように設定している。また、本発明のようにレーザレーダを用いた障害物検知方法では物体の奥行き（図のＹ方向成分）を検出することは難しいため、近接範囲Ｃの奥行き（Ｙ方向成分）に関しては、基準線Ｋの前後で大小の２段階に設定している。そして、近接範囲Ｃの幅（Ｘ方向成分）に関しては、上述したように、計測距離が基準線Ｋよりも近い場合に計測距離に応じて徐々に小さくなるように設定している。すなわち、近接範囲Ｃは、レーザ光Ｌのスキャン方向（Ｘ方向）に設定されるＸ方向成分と、レーザ光Ｌの投光方向（Ｙ方向）に設定されるＹ方向成分と、を有し、Ｘ方向成分及びＹ方向成分のそれぞれについて異なる条件で設定されている。

より具体的には、近接範囲Ｃは以下の条件によって設定される。レーザ光Ｌの投光範囲に計測可能な大きさの粒状の異物（例えば、雪、砂埃、水蒸気等）が存在する場合に、異物を計測できた最大距離を異物計測最大距離Ｍと定義し、（計測点の計測距離）／（異物計測最大距離Ｍ）により定義される変数αを導入し、以下の条件（１）及び（２）により近接範囲を設定する。
（１）α≧１の場合、Ｘ方向成分：補正値β，Ｙ方向成分：補正値γ
（２）α＜１の場合、Ｘ方向成分：補正値β×α，Ｙ方向成分：補正値ε

ただし、補正値β：監視範囲Ａの最遠端におけるレーザ光Ｌのスキャンピッチ幅、補正値γ：障害物として検出したい対象物の平均的なＹ方向長さの２倍の数値、補正値ε：障害物として検出したい対象物に生じるレーザ光Ｌで検知できない平均的なＹ方向長さ、である。

ここで、図５は、異物計測最大距離の設定方法を示す図であり、（Ａ）は降雪量が少ない場合の計測状況、（Ｂ）は降雪量が多い場合の計測状況、を示している。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示した計測状況は、それぞれ同じ場所でレーザレーダ測距装置を用いて約１０分間、計測し続けた状況を示している。なお、図５（Ａ）の積雪量は約７ｃｍ／時であり、図５（Ｂ）の積雪量は約１０ｃｍ／時であった。これらの図において、黒く塗り潰された部分が、レーザレーダ測距装置により検出された雪片を示している。図５（Ａ）に示すように、降雪量が少ない場合には、計測距離が約１０ｍまでは雪片を塊として検出し易く、約１０ｍ以上になると雪片を検出し難くなり、約１６ｍ以上になると雪片はほとんど検出されないことがわかる。また、図５（Ｂ）に示すように、降雪量が多い場合には、計測距離が約１６ｍまでは雪片を塊として検出し易く、約１６ｍ以上になると雪片を検出し難くなり、約１９ｍ以上になると雪片はほとんど検出されないことがわかる。したがって、雪片を検出し易い近距離では、雪片の計測点Ｐを抽出し易く、特に、降雪量が多い場合には、グループ化により雪片の計測点Ｐを集合体Ｇとして誤認識してしまうことになる。そこで、異物を検出し難くなる距離、図５（Ａ）の場合には約１０〜１６ｍの範囲、図５（Ｂ）の場合には約１５〜２０ｍの範囲内で異物を計測できた最大距離を異物計測最大距離Ｍと定義し、この異物計測最大距離Ｍを基準に近接範囲Ｃの大きさを設定する。ここで、異物計測最大距離Ｍの「異物を計測できた最大距離」とは、異物をある程度密集した状態で検知することができた最大距離を意味する。なお、図５（Ａ）において、２０〜２１ｍの付近に見られる計測点の集合は踏み切りの遮断桿を検知したものであり、各図の５ｍ付近に見られる空白は固定物Ｎを示している。

例えば、異物計測最大距離Ｍを１５〜１７ｍの範囲で設定し、変数α＝（計測点の計測距離）／（異物計測最大距離Ｍ）と定義すれば、図４（Ａ）における基準線Ｋは、変数α＝１のラインを意味することとなる。したがって、本発明は、変数αが１より大きいか小さいかによって近接範囲Ｃの大きさを調整したものであると言い換えることもできる。この変数αを設定する異物計測最大距離Ｍは、障害物検知装置を設置する場所の異物の種類、発生状況等の環境に応じて変化するものであり、設置場所における異物の計測状況を確認し、その設置場所に適した異物計測最大距離Ｍを設定することが好ましい。

次に、各条件について説明する。条件（１）は、「α≧１の場合、Ｘ方向成分：補正値β，Ｙ方向成分：補正値γ」として近接範囲Ｃを設定している。ここで、補正値βは、「監視範囲Ａの最遠端におけるレーザ光Ｌのスキャンピッチ幅」と定義される。レーザレーダの水平走査（Ｘ方向走査）において計測点Ｐが連続して得られた場合、単一物体の同一面を計測したとみなされる。したがって、近接範囲ＣのＸ方向成分は、最大でも監視範囲の最遠端（例えば、レーザレーダヘッド５からの距離が３０ｍの地点）における水平方向（Ｘ方向）の計測ピッチ（例えば、０．２ｍ）を基準としなければならない。なお、図４（Ａ）等に示したレーザ光Ｌは、レーザ光Ｌの計測ピッチを表現したものではなく、その一部を概念的に図示したものである。そして、本発明では、α≧１の場合、すなわち、計測点Ｐの計測距離が異物計測最大距離Ｍ以上である場合には、近接範囲ＣのＸ方向成分の値を一律補正値βとして設定している。また、補正値γは、「障害物として検出したい対象物の平均的なＹ方向長さの２倍の数値」と定義される。レーザ光Ｌは、物体の表面で反射されるため物体の奥行きを測定することができない。そこで、障害物として検出したい対象物の平均的な奥行き（Ｙ方向長さ）に対して２倍の余裕を加味した補正値γを強制的に付与している。障害物として検出したい対象物が自動車の場合には、補正値γは、例えば、２ｍに設定される。なお、この場合、近接範囲Ｃが大きく設定されることになるが、α≧１の場合には雪等の小さな異物は検出され難いため誤検知等の問題は生じ難い。

条件（２）は、「α＜１の場合、Ｘ方向成分：補正値β×α，Ｙ方向成分：補正値ε」として近接範囲Ｃを設定している。ここで、補正値βは条件（１）と同様であるため説明を省略する。そして、本発明では、α＜１の場合、すなわち、計測点Ｐの計測距離が異物計測最大距離Ｍよりも小さい場合には、近接範囲ＣのＸ方向成分の値を計測距離に応じて徐々に小さくなるように補正値βに変数αを乗じている。また、補正値εは、「障害物として検出したい対象物に生じるレーザ光Ｌで検知できない平均的なＹ方向長さ」と定義される。これは、例えば、障害物として検出したい対象物が自動車等の車両の場合において、ガラスからの反射光Ｒが得られない場合を想定したものである。例えば、車両のフロントウィンドウ、リアウィンドウ、側面窓等からの反射光Ｒが得られない場合、車両のボンネット部、トランク部、屋根部が別々の物体として認識してしまうおそれがある。そこで、これらを別々の物体として認識しないように、平均的なフロントウィンドウとリアウィンドウの投影長（例えば、０．５ｍ）をＹ方向成分に設定している。

また、近接範囲Ｃは図４（Ａ）に示した設定方法に限定されず、図４（Ｂ）に示したように、計測距離の比率を基準にして設定してもよい。図４（Ｂ）に示した近接範囲Ｃの設定方法は、監視範囲Ａにおける最遠部の近接範囲Ｃを設定した後、計測点Ｐの計測距離の比率に応じて近接範囲Ｃの大きさが小さくなるように設定したものである。なお、計測距離に一定の幅を持たせ、例えば、１ｍごとに近接範囲Ｃの大きさを設定するようにしてもよい。

前記変換工程（Ｓｔｅｐ４）は、集合体Ｇを検出物体Ｂに変換する工程である。ここで、図６は、変換工程及び削除工程を示す図であり、（Ａ）は変換工程、（Ｂ）は削除工程、を示している。例えば、図６（Ａ）に示すように、集合体Ｇ２，Ｇ３のような２個以上の計測点Ｐを有する集合体Ｇの場合には、以下のように座標が設定され、検出物体Ｂ２，Ｂ３に変換される。なお、検出物体とは、集合体Ｇを物体の形状に近似させたものである。
（１）矩形左端：集合体Ｇを構成する計測点Ｐの最も左に位置する計測点ＰのＸ座標。例えば、集合体Ｇ２の場合には計測点Ｐ２のＸ座標、集合体Ｇ３の場合には計測点Ｐ５のＸ座標が矩形左端に設定される。
（２）矩形右端：集合体Ｇを構成する計測点Ｐの最も右に位置する計測点ＰのＸ座標。例えば、集合体Ｇ２の場合には計測点Ｐ４のＸ座標、集合体Ｇ３の場合には計測点Ｐ６のＸ座標が矩形右端に設定される。
（３）矩形前端：集合体Ｇを構成する計測点Ｐの最も前に位置する計測点ＰのＹ座標。例えば、集合体Ｇ２の場合には計測点Ｐ４のＹ座標、集合体Ｇ３の場合には計測点Ｐ５のＹ座標が矩形前端に設定される。なお、集合体Ｇに含まれる全ての計測点ＰのＹ座標が同じ数値を示している場合には、いずれの数値を採用してもよい。
（４）矩形後端：集合体Ｇを構成する計測点Ｐの最も前に位置する計測点ＰのＹ座標に補正値γを加えた座標。例えば、集合体Ｇ２の場合には（計測点Ｐ４のＹ座標）＋（補正値γ）、集合体Ｇ３の場合には（計測点Ｐ５のＹ座標）＋（補正値γ）が矩形後端に設定される。
（５）矩形高さ：集合体Ｇを構成する計測点Ｐの最も高い計測点ＰのＺ座標。ここでは、Ｚ座標（高さ）の検出方法に関しては図示していないが、例えば、特開２００２−１４０７９０号公報に記載された方法により検出される。
（６）その他：検出物体Ｂには、上述の座標の他に、反射強度、計測点数、時刻等の計測データも付属される。反射強度は集合体Ｇを構成する計測点Ｐの反射強度の最大値、計測点数は集合体Ｇを構成する計測点Ｐの個数、時刻は計測データの計測時刻により設定される。

また、例えば、図６（Ａ）に示すように、集合体Ｇ１，Ｇ４のような１個の計測点Ｐを有する集合体Ｇの場合には、以下のように座標が設定され、検出物体Ｂ１，Ｂ４に変換される。
（１）矩形左端：計測点ＰのＸ座標から補正値βを減じた座標。例えば、集合体Ｇ１の場合には（計測点Ｐ１のＸ座標）−（補正値β）、集合体Ｇ４の場合には（計測点Ｐ７のＸ座標）−（補正値β）が矩形左端に設定される。
（２）矩形右端：計測点ＰのＸ座標に補正値βを加えた座標。例えば、集合体Ｇ１の場合には（計測点Ｐ１のＸ座標）＋（補正値β）、集合体Ｇ４の場合には（計測点Ｐ７のＸ座標）＋（補正値β）が矩形右端に設定される。
（３）矩形前端：計測点ＰのＹ座標。例えば、集合体Ｇ１の場合には計測点Ｐ１のＹ座標、集合体Ｇ４の場合には計測点Ｐ７のＹ座標が矩形前端に設定される。
（４）矩形後端：計測点ＰのＹ座標に補正値γを加えた座標。例えば、集合体Ｇ１の場合には（計測点Ｐ１のＹ座標）＋（補正値γ）、集合体Ｇ４の場合には（計測点Ｐ７のＹ座標）＋（補正値γ）が矩形後端に設定される。
（５）矩形高さ：計測点ＰのＺ座標。ここでは、Ｚ座標（高さ）の検出方法に関しては図示していないが、例えば、特開２００２−１４０７９０号公報に記載された方法により検出される。
（６）その他：検出物体Ｂには、上述の座標の他に、反射強度、計測点数、時刻等の計測データも付属される。反射強度は計測点Ｐの反射強度、計測点数は１個、時刻は計測データの計測時刻により設定される。

上述した変換工程（Ｓｔｅｐ４）では、計測点Ｐの計測距離に関係なく、計測点Ｐの座標等のデータから集合体Ｇを検出物体Ｂに変換している。この場合、α＜１のような近距離の場合には、雪等の異物を検出し易い。グループ化工程（Ｓｔｅｐ３）により、複数の計測点Ｐを有する集合体Ｇとして検出される可能性は低いが、集合体Ｇ４のように計測点Ｐが１個の場合は検出されてしまう可能性がある。そこで、本発明では、次工程の削除工程において、近距離において検出した異物を検出対象から除外する処理を行っている。

前記削除工程（Ｓｔｅｐ５）は、検出物体Ｂから所定の条件を満たす検出物体Ｂを検出対象から除外する工程である。図６（Ｂ）に示すように、レーザ光Ｌはレーザレーダヘッド５から放射状に投光されるため、近距離の検出物体Ｂほど計測点数が多く、遠距離の検出物体Ｂほど計測点数が少ないという性質を有する。したがって、近距離で計測点数が少ない検出物体Ｂは非常に小さい物体であり、計測点数が１点でも遠距離の物体は大きい物体（＝障害物）と判断することができる。そこで、本発明では、変数αが１より大きいか否かを基準として、α＞１の場合には計測点Ｐの個数が１個の場合であっても検出対象として残し（これは、計測点Ｐが０個の場合を検出対象から除外すると言い換えることもできる）、α≦１の場合には計測点Ｐの個数が１個の場合はノイズ（雪等の異物）と判断し検出対象から除外する。ここで、変数αは、（計測点Ｐの計測距離）／（異物計測最大距離Ｍ）により定義されるため、上述の条件は異物計測最大距離Ｍを基準にしていると言い換えることもできる。また、計測点Ｐの計測距離の遠い側から近い側に向かって大きくなるように設定されている（ここでは、０個→１個）と言い換えることもできる。したがって、図６（Ｂ）に示した検出物体Ｂ１〜Ｂ４において、検出物体Ｂ１〜Ｂ３は検出対象として残され、検出物体Ｂ４は検出対象から除外される。また、削除工程（Ｓｔｅｐ５）の個数を０個→２個と設定した場合には、検出物体Ｂ３も検出対象から除外される。ここでは、変数αを基準にして２段階に前記個数を設定したが、３段階以上に設定してもよいことは勿論である。また、前記個数は、任意の個数に設定することができるが、例えば、０〜５個の範囲で設定することが好ましい。特に、ゲート機能を設けていない場合や小動物を検出対象から除外したい場合には、削除する計測点Ｐの個数を多め（例えば、３〜５個）に設定した方がよい。この個数の設定値は、障害物検知装置が設置される場所や検出したい障害物の種類等の条件によって適宜設定される。

前記判定工程（Ｓｔｅｐ６）は、測距工程（Ｓｔｅｐ１）〜削除工程（Ｓｔｅｐ５）の処理が監視範囲Ａ全体のスキャン、すなわち、１フレーム分の処理が完了したか否かを判定する工程である。つまり、上述した測距工程（Ｓｔｅｐ１）〜削除工程（Ｓｔｅｐ５）の処理は１スキャン毎に行われる。そして、１フレーム分の処理が完了した場合（Ｙ）には、次工程の検知工程（Ｓｔｅｐ７）に進み、１フレーム分の処理が完了していない場合（Ｎ）には、Ｓｔｅｐ１に戻り、測距工程（Ｓｔｅｐ１）〜削除工程（Ｓｔｅｐ５）の処理を繰り返す。

前記検知工程（Ｓｔｅｐ７）は、検出された検出物体Ｂが障害物であるか否かを検知する工程である。監視範囲Ａ内に存在する建物や看板、踏切の遮断桿等は障害物として検知する必要がないため、検出物体Ｂの位置や形状から障害物として認識されないように設定しておく。また、検出物体Ｂの形状から検出物体Ｂの種類を、例えば、人、自転車、自動車、トラック等のように識別できるようにしてもよい。勿論、検出物体Ｂの種類まで識別する必要がない場合には、検出物体Ｂの種類を識別することなく障害物として識別するようにしておけばよい。

前記出力工程（Ｓｔｅｐ８）は、監視範囲Ａの検知結果を出力機器７に出力する工程である。監視範囲Ａの検知結果をディスプレイに表示する場合には、障害物として検知した検出物体Ｂに枠等の目印を付して表示するようにしてもよいし、監視カメラの映像と合成して表示するようにしてもよい。また、障害物が検知された場合には、警報を鳴らしたり、警備灯を点灯させたりするようにしてもよい。

上述した本発明の障害物検知方法によれば、計測点Ｐの計測距離の遠い側から近い側に向かって計測点Ｐのグループ化における近接範囲Ｃが小さくなるように設定したことにより、レーザ光Ｌの疎密に対応した障害物検知が可能となり、検知精度を向上させることができる。加えて、計測点Ｐの計測距離の遠い側から近い側に向かって所定の検出物体Ｂを検知対象から削除する際における計測点Ｐの個数が多くなるように設定したことにより、例えば、計測距離が遠い検出物体Ｂの計測点が１点の場合であっても検知対象として抽出し、計測距離が近い検出物体Ｂの計測点が多点の場合であっても検知対象から除外することができる。したがって、本発明を適用することにより、投光距離が遠い部分の障害物の検知漏れを抑制しつつ、投光距離が近い部分の誤検知を抑制し、障害物の検知精度を向上することができる。

また、削除工程（Ｓｔｅｐ５）の後に物体重なり判定工程を追加してもよい。物体重なり判定工程は、重なり合う検出物体Ｂを合成する工程である。すなわち、同一フレーム処理で重なり合う検出物体Ｂが存在する場合には、各検出物体Ｂの矩形を含んだ大きな物体が存在するものとみなして、各検出物体Ｂの矩形形状を合成する。検出物体Ｂの合成に際しては、例えば、以下の条件によって検出物体Ｂを合成する。
（１）重なり合う検出物体Ｂを含む最小の矩形を合成後の物体の矩形とする。
（２）重なり合う検出物体Ｂの高い方を合成後の物体の高さとする。
（３）重なり合う検出物体Ｂの反射強度の最大値を合成後の物体の反射強度とする。
（４）重なり合う検出物体Ｂの計測点数の総和を合成後の物体の計測点数とする。
（５）重なり合う検出物体Ｂの計測距離が最も遠い検出物体Ｂの検出時刻を合成後の物体の検出時刻とする。

本発明は上述した実施形態に限定されず、物体重なり判定工程の後に計測点数の少ない物体を検出対象から削除する削除工程を挿入してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 投光部
１ａ レーザダイオード
１ｂ 投光レンズ
１ｃ ＬＤドライバ
１１ ポリゴンミラー
１１ａ モータ
１１ｂ モータドライバ
１２ 平面ミラー
１２ａ モータ
１２ｂ モータドライバ
２ 受光部
２ａ 受光レンズ
２ｂ 受光部本体
３ 信号処理部
３１ 主信号処理部
３２ 時間計測部
３２ａ 受光信号選択部
３２ｂ 受光信号処理部
４ 障害物検知部
５ レーザレーダヘッド
６ 制御装置
６１ 画像処理部
７ 出力機器

Claims (8)

1. 障害物を検出したい監視範囲にレーザ光を投受光してレーザ光を反射した物体の距離データを取得する測距工程と、前記レーザ光の投光条件と前記距離データとから物体の計測点を抽出する抽出工程と、前記計測点のうち所定の近接範囲内に存在する計測点をグループ化して集合体を生成するグループ化工程と、前記集合体を仮想物体に変換する変換工程と、前記仮想物体に含まれる計測点の個数が少ないものを検知対象から除外する削除工程と、前記仮想物体の特徴から障害物か否かを判断する検知工程と、を有し、
   前記グループ化工程における前記近接範囲は、前記計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって小さくなるように設定されており、前記削除工程における前記個数は、前記計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって多くなるように設定されている、ことを特徴とする障害物検知方法。
2. 前記近接範囲は、前記レーザ光のスキャン方向（Ｘ方向）に設定されるＸ方向成分と、前記レーザ光の投光方向（Ｙ方向）に設定されるＹ方向成分と、を有し、前記Ｘ方向成分及び前記Ｙ方向成分のそれぞれについて異なる条件で設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検知方法。
3. 前記レーザ光の投光範囲に計測可能な大きさの粒状の異物が複数存在する場合に、該異物を計測できた最大距離を異物計測最大距離と定義し、（計測点の計測距離）／（異物計測最大距離）により定義される変数αを導入し、以下の条件（１）及び（２）により前記近接範囲が設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検知方法。
   （１）α≧１の場合、Ｘ方向成分：補正値β，Ｙ方向成分：補正値γ
   （２）α＜１の場合、Ｘ方向成分：補正値β×α，Ｙ方向成分：補正値ε
   ただし、前記補正値β：前記監視範囲の最遠端における前記レーザ光のスキャンピッチ幅、前記補正値γ：障害物として検出したい対象物の平均的なＹ方向長さの２倍の数値、前記補正値ε：障害物として検出したい対象物に生じる前記レーザ光で検知できない平均的なＹ方向長さ、である。
4. 前記レーザ光の投光範囲に計測可能な大きさの粒状の異物が複数存在する場合に、該異物を計測できた最大距離を異物計測最大距離と定義し、該異物計測最大距離を基準に前記個数が設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検知方法。
5. 障害物を検出したい監視範囲にレーザ光を投光する投光部と、前記レーザ光の反射光を受光して受光信号を発信する受光部と、前記受光信号により物体の距離データを取得するとともに前記レーザ光の投光条件及び前記距離データを含む計測データを発信する信号処理部と、前記計測データから前記物体の計測点を抽出し、所定の近接範囲内に存在する計測点をグループ化して集合体を生成し、該集合体を検出物体に変換し、該検出物体に含まれる計測点の個数が少ないものを検知対象から除外し、前記検出物体の特徴から障害物か否かを判断する障害物検知部と、を有し、
   前記障害物検知部における前記近接範囲は、前記計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって小さくなるように設定されており、前記障害物検知部における前記個数は、前記計測点の計測距離の遠い側から近い側に向かって多くなるように設定されている、ことを特徴とする障害物検知装置。
6. 前記近接範囲は、前記レーザ光のスキャン方向（Ｘ方向）に設定されるＸ方向成分と、前記レーザ光の投光方向（Ｙ方向）に設定されるＹ方向成分と、を有し、前記Ｘ方向成分及び前記Ｙ方向成分のそれぞれについて異なる条件で設定されている、ことを特徴とする請求項５に記載の障害物検知装置。
7. 前記レーザ光の投光範囲に計測可能な大きさの粒状の異物が複数存在する場合に、該異物を計測できた最大距離を異物計測最大距離と定義し、（計測点の計測距離）／（異物計測最大距離）により定義される変数αを導入し、以下の条件（１）及び（２）により前記近接範囲が設定されている、ことを特徴とする請求項５に記載の障害物検知装置。
   （１）α≧１の場合、Ｘ方向成分：補正値β，Ｙ方向成分：補正値γ
   （２）α＜１の場合、Ｘ方向成分：補正値β×α，Ｙ方向成分：補正値ε
   ただし、前記補正値β：前記監視範囲の最遠端における前記レーザ光のスキャンピッチ幅、前記補正値γ：障害物として検出したい対象物の平均的なＹ方向長さの２倍の数値、前記補正値ε：障害物として検出したい対象物に生じる前記レーザ光で検知できない平均的なＹ方向長さ、である。
8. 前記レーザ光の投光範囲に計測可能な大きさの粒状の異物が複数存在する場合に、該異物を計測できた最大距離を異物計測最大距離と定義し、該異物計測最大距離を基準に前記個数が設定されている、ことを特徴とする請求項５に記載の障害物検知装置。