JP6754610B2 - 演算処理装置、演算処理方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、測距装置で得られたデータを処理する方法に関する。

周囲の物体をリアルタイムで高精度に検知するライダー（ＬＩＤＡＲ）というセンサーが注目されている。ライダーは、光を用いたリモートセンシング技術の一つで、光を発光し、対象物で反射した光を受光するまでの時間によって対象物までの距離を求める。発光方向を走査することにより、周囲にある対象物を検出することができる。

画像処理においては移動物体の検出方法として、入力画像、つまり抽出対象物体と背景画像とが含まれている入力画像から背景画像を引くことにより、背景に存在しない物体を検出する背景差分法が知られている（特許文献１）。特許文献１は、背景差分法に用いられる背景画像を逐次更新する方法を開示している。特許文献１に記載された発明では、移動物体領域として検出された画素以外の画素については、カウント値をカウントアップしていき、そのカウント値が所定の値となった画素、すなわち、一定時間以上動かなかった画素を背景として記憶する。

特開２００３−１２３０７４

しかし、画像処理装置の場合とは異なり、測距装置の場合には、照射角度のちょっとしたズレにより、発せられた光の対象への当たり具合が異なり、遠方の対象物までの距離が測定されたり近方の対象物までの距離が測定されたりして、距離データ値がふらつくことがある。例えば、建物の前に金網がある状況では、金網と金網の奥にある建物の距離がランダムに測定される場合があった。

このようなケースに画像処理で用いられる背景差分法を適用した場合、背景の判定を安定して行えない。上の例では静止している金網や建物は背景として判定されるべきであるが、いつまでたっても金網や建物が移動物体と判定されてしてしまうことがあった。これは金網が観測されたり、金網の奥の建物が観測されるケースが連続し、観測データが一定時間にわたって安定していないためである。

そこで、本発明は上記背景に鑑み、観測データ値がふらつく場合でも背景を適切に検出することができる演算処理装置を提供することを目的とする。

本発明の演算処理装置は、測距装置にて得られた観測データを処理する演算処理装置であって、同じ観測データが得られた観測回数と当該観測データを代表する距離データとを関連付けたデータを背景候補として記憶した背景候補データ記憶部と、前記観測回数に基づいて前記背景候補データ記憶部に記憶された複数の背景候補を順位付けする順位付け部と、前記測距装置にて得られた観測データと前記背景候補データ記憶部に記憶された背景候補の距離データとを比較して、前記観測データと一致する前記距離データの背景候補があった場合には当該背景候補の観測回数をカウントアップし、一致する背景候補がなかった場合には、最下位の背景候補の距離データを前記観測データで置き換える観測回数更新部と、Ｍ個の背景候補が所定時間にわたって上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けたときに、Ｍ個の背景があると判定すると共に、当該Ｍ個の背景候補を背景として決定する背景決定部と、前記背景決定部にて求められた背景データを記憶する背景データ記憶部とを備える。

このように背景候補の観測回数に基づいて順位付けをして、順位が入れ替わったとしても所定時間にわたって上位にある複数の背景候補を見つけることにより、対象物の状況により測距装置から得られる観測データがふらついたときにも、観測データに基づいて適切な数の背景を求めることができる。なお、本明細書において、「観測データ」は、個々の観測において測距装置から得られるデータであり、「距離データ」は同じ背景候補からのデータであると判定された複数の観測データを処理して得られた背景候補までの距離のデータである。距離データとしては、平均値や中央値など複数の観測データを代表するデータを用いることができる。

本発明の演算処理装置において、前記背景候補データ記憶部には、それぞれの前記背景候補を最初に観測したときからの生存時間を記憶し、前記順位付け部は、前記観測回数が同じ場合には、前記生存時間の短い方の背景候補を上位に順位付けしてもよい。

観測回数が同じ場合には、短い時間でその観測回数をカウントした背景候補の方が集中的に観測されたことになるので、生存時間の短い方を上位に順位付けをすることによって、背景を適切に求めることができる。

本発明の演算処理装置において、前記背景候補データ記憶部には、それぞれの前記背景候補に一致すると判断された観測データの分散に関するデータをさらに記憶しており、前記観測回数更新部は、前記分散に関するデータに基づいて前記距離データの範囲を定め、前記観測データが前記距離データの範囲に含まれるときには、前記観測データと前記距離データとが一致すると判断してもよい。

対象物の材質や微妙な動き等によって取得される観測データのばらつきが異なるが、本発明の構成によれば、背景候補ごとに観測データの分散に関するデータを有し、このデータに基づいて、すでに得られている背景候補の距離データと一致するかどうかの判定を行うので、観測データと背景候補の距離データとが一致するかどうかを適切に判定できる。

本発明の演算処理装置において、前記観測データの分散に関するデータは、前記背景候補の観測回数をカウントアップする際に、新たに得られた前記観測データの値と、観測回数をカウントアップする前の分散に関するデータと、観測回数とに基づいて更新してもよい。

このように観測回数をカウントアップする前の分散に関するデータを用いることで、更新処理によって分散に関するデータを再計算することができる。

本発明の演算処理装置において、前記背景決定部は、上位Ｎ位に入り続けた前記Ｍ個の背景候補のうち、観測回数が所定の閾値に達しない背景候補を除外して背景数および背景を求めてもよい。

観測回数が所定の閾値に達しない背景候補は、ノイズである可能性が高いので、背景から除外することにより、精度の高い背景だけを求めることができる。

本発明の演算処理装置において、前記背景決定部は、所定時間にわたって上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けたＭ個の背景候補がない場合、前記所定時間より短い第２の所定時間にわたって上位１位の背景候補があるときには、当該上位１位の背景候補を背景として求めてもよい。

上位Ｎ位に入り続けたＭ個の背景候補がない場合に、第２の所定時間にわたって上位１位を維持した背景候補が背景であると判定する構成により、観測データにふらつきがない場合に、適切に１つの背景を求めることができる。

本発明の演算処理装置において、前記観測回数更新部は、一致する背景候補がない前記観測データが所定回数連続して得られた場合には、背景候補データをリセットしてもよい。

背景候補データ記憶部に記憶されたいずれの背景候補とも一致しない観測データが連続して得られる場合には、測距装置が非背景の対象物を捉えていると考えられる。本発明の構成により、一致する背景候補がない状況が続く場合には、背景候補データをリセットし、安定した観測データが得られるようになったときに、背景を適切に検出できる。

本発明の演算処理装置において、前記測距装置は、３次元空間中を二次元走査してその観測方向ごとに観測データを取得し、前記背景決定部は、前記観測方向ごとに背景数および背景を求めてもよい。

このように二次元走査して得られた観測方向ごとに処理を行うことにより、３次元空間中の背景の対象物を求めることができる。

本発明の演算処理装置において、前記背景データ記憶部には、新たに求めた背景データが追加されると共に、新たに求めた背景データよりも手前にある過去の背景データが前記背景データ記憶部から削除されてもよい。

このように背景データ記憶部に新たに求めた背景データが追加されることにより、過去の背景データと新たな背景データの両方を管理できる。これにより、例えば、建物の前に自動車がいったん停止して背景と判定された後に自動車が動き出したときに、元々の背景である建物が非背景と誤って判定される不都合を防止できる。新たに求めた背景データよりも手前にある過去の背景データが削除されることにより、過去の背景データが新たな背景データよりも手前にあるという矛盾した状態が生じないようにできる。

本発明の演算処理装置は、前記測距装置にて取得した観測データと前記背景データ記憶部に記憶された背景データとを比較し、前記観測データと一致する背景データが存在しない場合には、前記観測データは、非背景に係るデータであると判定する判定部を備えてもよい。

この構成により、背景データを用いて、観測データが非背景かどうかを適切に判定できる。

本発明の演算処理方法は、測距装置にて得られた観測データを演算処理装置で処理して背景を検出する方法であって、前記演算処理装置が、同じ観測データが得られた観測回数と当該観測データを代表する距離データとを関連付けたデータを背景候補として記憶する背景候補データ記憶部を準備するステップと、前記演算処理装置が、前記観測回数に基づいて前記背景候補データ記憶部に記憶された複数の背景候補を順位付けするステップと、前記演算処理装置が、前記測距装置にて得られた観測データと前記背景候補データ記憶部に記憶された背景候補の距離データとを比較して、前記観測データと一致する前記距離データの背景候補があった場合には当該背景候補の観測回数をカウントアップし、一致する背景候補がなかった場合には、最下位の背景候補の距離データを前記観測データで置き換えるステップと、前記演算処理装置が、Ｍ個の背景候補が所定時間にわたって上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けたときに、Ｍ個の背景があると判定すると共に、当該Ｍ個の背景候補を背景として決定するステップと、前記演算処理装置が、前記背景決定部にて求められた背景データを背景データ記憶部に記憶するステップとを備える。

測距装置にて得られた観測データを処理して背景を検出するために、コンピュータに、同じ観測データが得られた観測回数と当該観測データを代表する距離データとを関連付けたデータを背景候補として記憶する背景候補データ記憶部を生成するステップと、前記観測回数に基づいて前記背景候補データ記憶部に記憶された複数の背景候補を順位付けするステップと、前記測距装置にて得られた観測データと前記背景候補データ記憶部に記憶された背景候補の距離データとを比較して、前記観測データと一致する前記距離データの背景候補があった場合には当該背景候補の観測回数をカウントアップし、一致する背景候補がなかった場合には、最下位の背景候補の距離データを前記観測データで置き換えるステップと、Ｍ個の背景候補が所定時間にわたって上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けたときに、Ｍ個の背景があると判定すると共に、当該Ｍ個の背景候補を背景として決定するステップと、前記背景決定部にて求められた背景データを背景データ記憶部に記憶するステップとを実行させる。

本発明によれば、測距装置からの観測データがふらついたときにも、観測データに基づいて適切な数の背景を求めることができる。

第１の実施の形態の演算処理装置の構成を示す図である。 観測データに基づいて背景データを生成する際の課題を示す図である。 背景候補データ記憶部に記憶されたデータの例を示す図である。 観測回数をカウントアップする処理を説明する図である。 第２位の背景候補の観測回数と閾値の関係を示す図である。 背景データ記憶部に背景データを記憶する処理を説明する図である。 背景データ記憶部に背景データを記憶する処理を説明する図である。 第１の実施の形態の演算処理装置により背景を検出する動作を示す図である。 背景候補データから背景を検出する動作を示す図である。 演算処理装置により非背景の対象物を検出する動作を示す図である。 第２の実施の形態の演算処理装置の構成を示す図である。 背景候補データ記憶部に記憶されたデータの例を示す図である。 第２の実施の形態の演算処理装置により背景を検出する動作を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の演算処理装置について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の演算処理装置１の構成を示す図である。演算処理装置１は、測距装置３０と接続されている。

測距装置３０は、例えば、建物の外壁等に搭載され、検知エリア内にある対象物までの距離を測定する機能を有している。測距装置３０の構成の一例を挙げると、測距装置３０は、レーザー光を照射するレーザー光照射部と、レーザー光から照射されたレーザー光を検知エリアに向かって反射させるミラーと、ミラーを回転駆動させるモーターと、検知エリア内の対象物で反射した光を受光するレーザー受光部とを備えている。測距装置３０は、検知エリアにレーザー光を照射してその反射光を受光して、反射光のデータに基づいて対象点までの距離を求める。測距装置３０は、ミラーを回転駆動することでレーザー光の照射方向を二次元走査して、複数の照射角のそれぞれに対して測距を行い、３次元空間内の対象物を検出する。このように測距装置３０は、複数の照射角について取得した距離データに基づいて対象物の距離画像を生成することができる。距離画像において各方向の観測データは「画素」に対応する。

本実施の形態では、測距装置３０は一定の間隔で、二次元走査を行って観測データを取得する。観測データの取得間隔は、処理負荷の大きさとノイズ対策の観点から定めることが望ましく、例えば１秒間隔とすることができる。

演算処理装置１は、測距装置３０にて測定された観測データを取得し、観測データに基づいて非背景の物体を検出する処理を行う。演算処理装置１は、非背景の物体を検出するために、静止背景のデータを背景データ記憶部２１に記憶している。背景データ記憶部２１には、異なる時間に取得した複数の背景データを記憶している。これは例えば車両のような移動物体が停車してその奥にある建物などの背景を遮った場合に、停車した移動物体が背景となるが、移動物体が再び動き出して、奥にある建物が現れたときに、その建物を非背景として扱わないようにするためである。

本実施の形態では、演算処理装置１は、測距装置３０からの観測データに基づいて、背景データを自動的に生成する。基本的には、観測データが一定の時間に亘って同じ値をとる場合には背景であると判定する。

演算処理装置１の制御部１０は、観測データから背景データを生成するための構成として、順位付け部１１と、観測回数更新部１２と、背景決定部１３と、背景データ管理部１４とを有している。また、制御部１０は、観測データと背景データとに基づいて、観測データに係る対象物が非背景であるか否かを判定する判定部１５を有している。

なお、演算処理装置１のハードウェアは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、モニタ、キーボード等を有するコンピュータによって構成され、上記にて説明した各構成は、ＲＯＭに記載されたプログラムを読み出して実行することによって実現される。

［背景データの生成］
次に、本実施の形態の演算処理装置１によって背景を検出して背景データを生成する構成について説明する。本実施の形態の演算処理装置１は、画素ごとに処理を行って、画素ごとに背景か非背景かを判定して、画素が背景の場合には背景データとして記憶する。以下では、一つの画素に着目して説明を行うことがあるが、他の画素、すなわち他の方向から得た観測データについても同じ処理を行う。

まず、本実施の形態の演算処理装置１による背景生成処理が解決すべき課題について説明する。図２は、観測データに基づいて背景データを生成する際の課題を示す図である。測距装置３０の観測方向に建物があり、建物の前に金網がある状況を想定している。測距装置３０が所定の観測方向にある対象物（の点）までの距離を測定すると、金網で光が反射した場合には対象物（の点）までの距離Ｂが求められ、光が金網を通り抜けて建物で反射した場合には対象物（の点）までの距離Ａが求められる。

測距装置３０のわずかなズレによって、測距装置３０から発せられた光が金網を通過するか否かによって観測データがふらつくので、図２に示したような状況では、観測データが安定せず、背景までの距離を確定できない。本実施の形態の演算処理装置１は、この課題を解決する装置である。基本的な考え方としては、同じ観測方向から得られた多数の観測データに基づいて、多く観測された距離に背景があると判定する。例えば、図２における距離Ａと距離Ｂのように複数の距離において頻度が高い場合には、同時に複数の背景が存在する状況であると判断し、背景数を求めると共に、各背景までの距離を特定する。以下、演算処理装置１の構成を具体的に説明する。

演算処理装置１は、背景の候補となる複数の背景候補のデータを記憶する背景候補データ記憶部２０を有している。背景候補データ記憶部２０に記憶する背景候補の個数はあらかじめ設定しておくことができる。本実施の形態では、背景候補の個数は３個とする。

図３は、背景候補データ記憶部２０に用意された記憶領域を示す図である。本実施の形態では背景候補の個数は３個であるので、背景候補データ記憶部２０には、それらの背景候補を記憶するために３つのデータ配列の記憶領域が確保される。また、各データ配列は、測距装置３０にて得られる画素数分の要素数を有している。

各データ配列の要素は、距離データと、観測回数と、分散データである。距離データは、背景候補までの距離に関するデータである。距離データは、測距装置３０にて得られた観測データそのものではなく、複数の観測データを代表する距離のデータである。本実施の形態では、複数の観測データの平均値を用いる。観測回数は、その距離データで代表される背景候補が観測された回数である。制御部１０の観測回数更新部１２は、観測データが距離データと一致すると判定された場合には、距離データに係る背景候補が観測されたものとして、観測回数をカウントアップする。

ここで、観測データと距離データとの一致の判断について説明する。演算処理装置１は、観測データが距離データを含む所定の範囲に含まれている場合には、観測データが距離データに一致すると判定する。本実施の形態では、この所定の範囲を観測データの分散を用いて定める。この分散データも配列の要素として含まれている。観測データは、その対象物によってばらつきが異なるが、分散を用いることにより、対象物に応じた基準によって適切に一致を判断することができる。具体的には、観測データと距離データとの差分が、分散σと係数ｋを用いた次の判定閾値以下の場合に、観測データが距離データと一致すると判定する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、背景候補データ記憶部２０に記憶される背景候補データの更新について説明する図である。図４は、図３において枠ＩＶで示した１つの画素について説明している。１位〜３位の背景候補データ配列の要素にそれぞれ距離データ「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」が記憶されているとする。図４（ａ）に示す例では、観測データとして「Ｂ」が得られ、距離データ「Ｂ」が記憶されている第２位のデータ配列の観測回数をカウントアップしている。図４（ｂ）に示す例では、観測データとして「Ｄ」が得られ、この場合には観測データ「Ｄ」に一致する距離データは記憶されていないので、第３位（最下位）の距離データを「Ｄ」に入れ替える。この処理を繰り返し行うことにより、何度も観測される背景候補の観測回数がカウントアップされる。

制御部１０の順位付け部１１は、観測回数を更新するごとに、画素毎に各背景候補の観測回数に応じて順位をつける。そして、同じ順位が継続する時間と、トップ２の順位が継続する時間を記憶する。トップ２の順位が継続するというのは、第１位と第２位の順位の入れ替わりがあったとしても、２つの背景候補によるトップ２の独占が継続することを意味する。

例えば、図２に示すように、距離Ａの建物と距離Ｂの金網の間で観測データがふらつくと、距離データ「Ａ」と距離データ「Ｂ」の背景候補の観測回数がカウントアップされ、上位２位のいずれかを占めるようになる。距離データ「Ａ」と距離データ「Ｂ」のいずれが１位でいずれか２位かということを問わなければ、トップ２の継続時間が長くなる。

制御部１０の背景決定部１３は、トップ２の背景候補が所定時間（以下、「第１所定時間」という）にわたって継続した場合に、同時に観測される２つの背景があると判定し、両方とも背景として検出する。ただし、第２位の背景候補の観測回数が所定の閾値に達しない場合には、所定の時間にわたってトップ２が継続したとしても、第２位の背景候補を背景とは判定しない。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、所定の時間にわたってトップ２が継続したときの背景候補の観測回数を示す図である。図５（ａ）に示すように第２の背景候補の観測回数が閾値以上であれば、第１位と第２位の背景候補が背景であると判定する。図５（ｂ）に示すように第２位の背景候補の観測回数が閾値に達しない場合には、第１位の背景候補が背景であると判定し、第２の背景候補を背景とは判定しない。

本実施の形態では、２つの背景候補が所定の時間にわたって上位２位に入り続けた場合に、２つの背景があると判定する場合を例として説明しているが、これは特許請求の範囲でいうＭ、Ｎがいずれも「２」の場合である。本発明の演算処理装置は、この場合に限らず、Ｍ個の背景候補が所定の時間にわたって上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けた場合に、Ｍ個の背景があると判定することができる。

なお、本実施の形態の演算処理装置１は、トップ２の継続時間が所定の時間に達しない場合に、第１位の背景候補が第１位を継続した時間が所定の時間（ここでの所定の時間はトップ２の判定に用いる所定の時間よりは短い。以下、「第２所定時間」という。）に達したか否かに基づいて、第１位の背景候補が背景であるか否かを判定する。

［背景データの管理］
制御部１０の背景データ管理部１４は、上で説明した方法で求めた背景データによって背景データ記憶部２１に記憶されたデータを更新し、背景データを管理する機能を有する。本実施の形態の演算処理装置１は、背景データ記憶部２１に、３つの背景のデータを記憶している。ここでは、３つの背景データを記憶する例を挙げているが、背景データ記憶部２１には４つ以上の背景データを記憶することとしてもよい。背景データ管理部１４は、新しく検出された背景データがある場合には、新しい背景候補データを追加すると共に、次の方針で古い背景データを削除する。すなわち、（１）新しい背景データよりも古い背景データの方が手前にあるのは矛盾しているので削除する。（２）遠くにある背景データから順に、追加分の背景データと同数のデータを削除する。

図６及び図７は、新しく検出された背景データがあったときに、すでに記憶されている背景データのどれを削除して新しい背景データを追加するかを示す例である。図６では１つの新しい背景データが検出された場合、図７では２つの新しい背景データが検出された例を示している。

図６（ａ）に示すように、検出された背景データが古い背景データのいずれよりも手前にある場合には、最も奥にある背景データを削除して新しい背景データを追加する。図６（ｂ）に示すように、検出された背景データが奥から２つ目に位置する場合には、それより前にある２つの背景データを削除し、新しい背景データを記憶する。この場合、背景データは２つになる。図６（ｃ）に示すように、新しい背景データが最も奥に位置する場合には、古い背景データをすべて削除し、新しい背景データを記憶する。この場合、背景データは１つになる。

図７（ａ）に示すように、検出された２つの背景データがすでに記憶されているいずれの背景データよりも手前にある場合には、奥から２つの背景データを削除して新しい背景データを追加する。図７（ｂ）に示すように、検出された２つの背景データのうち１つが最も手前で、もう１つがすでに記憶されている最も手前の背景データより奥にある場合には、すでに記憶されている背景データのうち最も手前の背景データを削除すると共に、最も奥にある背景データを削除し、新しい背景データを追加する。図７（ｃ）に示すように、検出された２つの背景データのうちの奥の方の背景データがすでに記憶されている背景データの手前から２番目の背景データより奥にある場合には、すでに記憶されている手前の２つの背景データを削除して、新しい背景データを追加する。図７（ｄ）に示すように、検出された２つの背景データのうちの手前の背景データがすでに記憶されている背景データの最も奥の背景データよりも奥にある場合には、古い背景データをすべて削除し、新しい背景データを記憶する。この場合、背景データは２つになる。

［演算処理装置の動作］
次に、演算処理装置１の動作について説明する。演算処理装置１は、測距装置３０にて取得した観測データから背景データを生成する動作と、観測データ及び背景データを用いて非背景の対象点を検出する動作を行う。

図８は、演算処理装置１が、観測データに基づいて背景データを生成する動作を示すフローチャートである。演算処理装置１は、測距装置３０から観測データを取得する（Ｓ１０）。測距装置３０は、３次元空間を二次元走査するので、二次元走査を行った各観測方向についての観測データを取得する。図８では、一つの方向（すなわち、１画素）についての処理を記載しているが、図８に示すフローはすべての画素に対して行われる。また、観測データの取得（Ｓ１０）は一定の周期（例えば１秒間隔）で行われ、図８に示すフローは観測データを取得するたびに実行される。

演算処理装置１は、観測データを取得すると、背景候補データ記憶部２０から対応する画素の背景候補データを読み出し、観測データと同じ距離データを持つ背景候補があるか否かを判定する（Ｓ１１）。ここでは、観測データと距離データとが完全に一致するか否かを判定するのではなく、観測データが距離データを含む所定の範囲に含まれるか否かを判定する。具体的には、上述したとおり、観測データと距離データとの差が分散に基づいて定めた判定閾値以下であるかどうかを判定する。

観測データと同じ距離データがあると判定された場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、演算処理装置１は、新規登録カウンタをクリアする（Ｓ１２）。新規登録カウンタは、距離データと一致しない観測データが何回連続して得られたかを記録するカウンタである。

次に、演算処理装置１は、取得した観測データを用いて距離データの平均値と分散値を更新する（Ｓ１３）。具体的には、次の式のように、ｎ＋１回目の平均値は、ｎ回目の平均値とｎ＋１回目の観測データにより更新することができ、ｎ＋１回目の分散値は、ｎ回目の分散値及び平均値とｎ＋１回目の観測データにより更新する。

次に、演算処理装置１は、観測データと同じ距離データを持つ背景候補の観測回数をカウントアップし（Ｓ１４）、続いて、観測回数が多い順に背景候補の順位付けを行う（Ｓ１５）。続いて、各背景候補の順位が継続した時間に基づいて背景データの検出を行う（Ｓ１６）。

図９は、背景データ数の判定の処理（Ｓ１６）の詳細を示すフローチャートである。演算処理装置１は、まず、観測回数に基づく背景候補の順位が継続している時間を更新する（Ｓ３０）。前回１位だった背景候補が１位を維持した場合には、１位継続時間をカウントアップする。前回１位だった背景候補が１位でなかった場合には、１位継続時間をリセットし０とする。２位についても同様である。トップ２の継続時間については、前回１位または２位だった背景候補が今回１位または２位を維持した場合にはトップ２の継続時間をカウントアップする。前回３位だった背景候補が今回１位または２位になった場合には、トップ２のトップ２の継続時間をリセットし０とする。

演算処理装置１は、トップ２の継続時間が第１所定時間以上であるか否かを判定する（Ｓ３１）。トップ２の継続時間が第１所定時間以上の場合には（Ｓ３１でＹＥＳ）、第２位の背景候補の観測回数が所定の閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ３２）。第２位の背景候補の観測回数が閾値以上である場合には（Ｓ３２でＹＥＳ）、演算処理装置１は、同時に観測される背景数が２つであると判定する（Ｓ３３）。すなわち、第１位と第２位の背景候補が背景であると判定される。第２位の背景候補の観測回数が閾値に達していない場合には、演算処理装置１は、背景数は１つであると判定する（Ｓ３５）。

また、トップ２の継続時間が第１所定時間に達していない場合には（Ｓ３１でＮＯ）、第１位の背景候補の継続時間が第２所定時間以上であるか否かを判定する（Ｓ３４）。その結果、第１位の背景候補の継続時間が第２所定時間以上であると判定された場合には（Ｓ３４でＹＥＳ）、背景数は１つであると判定する（Ｓ３５）。すなわち、第１位の背景候補が背景であると判定される。

第１位の背景候補の継続時間が第２所定時間に達していない場合（Ｓ３４でＮＯ）、背景候補が背景であるのか非背景であるのかの判定処理中であると判定する（Ｓ３６）。

図８に戻って、演算処理装置１の動作の説明を続ける。演算処理装置１は、背景データが検出されたか否か判定し（Ｓ１７）、背景データが検出された場合には（Ｓ１７でＹＥＳ）、検出された背景データを背景データ記憶部２１に記憶する（Ｓ１８）。背景データを背景データ記憶部２１に記憶する処理については、図６及び図７を参照して説明したとおりである。

次に、観測データと同じ距離データを持つ背景候補があるか否かを判定において、同じ距離データを持つ背景候補がないと判定された場合（Ｓ１１でＮＯ）について説明する。この場合、演算処理装置１は、観測データを最下位の背景候補データと置き換え、観測回数を「１」とする（Ｓ１９）。

そして、新規登録カウンタをカウントアップする（Ｓ２０）。新規登録カウンタは、距離データと一致しない観測データが何回連続して得られたかを記録するカウンタである。距離データと一致しない観測データが連続して得られた場合には、その観測方向には、非背景の対象物があると考えられる。したがって、新規登録カウンタが所定の閾値に達しているか否かを判定し（Ｓ２１）、もし所定の閾値に達していると判定された場合には（Ｓ２１でＹＥＳ）、背景候補データ記憶部２０に記憶されたデータをクリアする（Ｓ２２）。続いて、演算処理装置１は、新しい観測データの取得のステップに移行し（Ｓ１０）、上述した処理を繰り返し行う。

次に、演算処理装置１が、背景データ記憶部２１に記憶された背景データを用いて、非背景の検出を行う処理について説明する。図１０は、非背景の検出を行う処理を行うフローチャートである。背景データの生成と非背景の検出を別々に行う場合には、例えば、背景データを生成する処理（図８，図９参照）は１秒周期で行い、非背景の検出を行う処理（図１０参照）は０．２秒周期で行うといったように、各処理を異なる周期で実行してもよい。なお、背景データを生成する処理と非背景の検出を行う処理を同時に行ってもよく、演算処理装置１は、背景データを生成しつつ非背景データの検出を行うこともできる。

演算処理装置１は、観測データを取得すると（Ｓ４０）、観測データに対応する画素の背景データを背景データ記憶部２１から読み出して（Ｓ４１）、観測データと背景データとが一致するか否かを判定する（Ｓ４２）。ここでの一致の判定においても、観測データが背景データを含む所定の範囲に含まれるか否か、すなわち、観測データと背景データとの差分が所定の判定閾値以下であるかどうかを判定する。

判定の結果、観測データが背景データと一致しないと判定された場合には（Ｓ４２でＮＯ）、観測データは非背景点のデータであるとして、非背景点までの距離を抽出する。図１０では、一つの方向（すなわち、１画素）についての処理を記載しているが、図１０に示すフローはすべての画素に対して行われ、すべての画素から非背景点を抽出することで、演算処理装置１は、移動物体を検出することができる。

以上、第１の実施の形態の演算処理装置１の構成および動作について説明した。演算処理装置１は、背景候補の観測回数に基づいて順位付けをして、所定時間にわたってトップ２を維持した２つの背景候補を見つけることにより、対象物の状況により測距装置３０から得られる観測データがふらついたときにも、観測データに基づいて適切に背景を求めることができる。例えば、図２に示すように建物の前に金網がある状況において、金網と建物がランダムに観測されるケースにおいても、金網と建物の両方を背景として検出し、背景データ記憶部２１に記憶するので、金網を誤って移動物体として検出することがなくなる。

本実施の形態では、背景候補データ記憶部２０に、代表の距離データとその観測回数を要素とする配列を用意し、観測回数の順位に基づく処理を行った。この構成により、すべての観測データの頻度分布から背景を求める方法に比べて、格段にメモリの使用量を減らすことができる。

本実施の形態では、背景候補データ記憶部２０に記憶されていない新しい観測データが得られた場合には、新規登録カウンタをカウントアップし、新規登録カウンタが閾値に達したら、背景候補データ記憶部２０に記憶された背景候補データをクリアする構成を採用している。背景候補データ記憶部２０に記憶されたいずれの背景候補とも一致しない観測データが連続して得られる場合には、測距装置が非背景の対象物を捉えていると考えられる。例えば、図２に示す例では、金網の前を自動車がひっきりなしに通過する場合には、通過する自動車までの距離が変わるので、次々に新しい観測データが得られ、新規登録カウンタがカウントアップされていく。本実施の形態によれば、このような場合には、背景候補データをリセットし、安定した観測データが得られるようになったときに、背景を適切に検出できる。

（第２の実施の形態）
図１１は、第２の実施の形態の演算処理装置２の構成を示す図である。第２の実施の形態の演算処理装置２の基本的な構成は、第１の実施の形態の演算処理装置１と同じであるが、第２の実施の形態の演算処理装置２は、図１２に示すように、背景候補データ記憶部２０に、その背景候補データの「生存時間」をさらに記憶する。生存時間は、その背景候補データの記憶を開始してからの時間カウントであり、背景候補データをクリアする際にリセットされる。最下位の背景候補データに新しい観測データが入ったときに、生存時間は「１」からカウントされる。

演算処理装置２は、第１の実施の形態の演算処理装置１の構成に加えて、生存時間を更新する生存時間更新部１６を有している。

また、第２の実施の形態の演算処理装置２において、順位付け部１１は、観測回数に加えて生存時間を用いて背景候補の順位付けを行う。具体的には、順位付け部１１は、観測回数が多い方を上位に順位付けするとともに、観測回数が同じ背景候補がある場合には、生存時間が短い方の背景候補を上位に順位付けする。

図１３は、第２の実施の形態の演算処理装置２が、観測データに基づいて背景データを生成する動作を示すフローチャートである。第２の実施の形態の演算処理装置２の基本的な動作は第１の実施の形態の演算処理装置１と同じである。

第２の実施の形態の演算処理装置２は、観測データに基づいて観測回数のカウントアップを行った後、あるいは、新しい観測データを最下位の背景候補として記憶した後に、生存時間をカウントアップする（Ｓ２４）。

生存時間をクリアするタイミングは、基本的には、背景候補データをクリアするタイミングである。すなわち、新規登録カウンタが閾値に達して背景候補データをクリアするタイミング（Ｓ２２）で、すべての背景候補の生存時間はクリアされる。また、背景候補データ記憶部２０にはない新しい観測データを取得して、最下位の背景候補と置き換えるときに（Ｓ１９）、最下位の生存時間をクリアする。これにより、新しい観測データの記憶を開始したときからの生存時間を背景候補データ記憶部２０に記憶しておくことができる。

第２の実施の形態の演算処理装置２は、順位付け部１１にて順位付けを行う際に、観測回数が同じ場合には、生存時間が短い方の背景候補を上位に順位付けする（Ｓ１５）。

第２の実施の形態の演算処理装置２では、背景候補が、観測回数が多い順に順位付けされ、観測回数が同じ場合には生存時間が短い背景候補が順位付けされる。これにより、観測回数が同じ場合には、集中的に観測された方の背景候補が上位に順位付けられ、背景を適切に求めることができる。

以上、本発明の演算処理装置の構成および動作について実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。

上記した実施の形態では、背景候補データ記憶部２０に記憶した３つの背景候補のうちから、所定時間にわたってトップ２であった背景候補を背景として検出する例について説明したが、より多くの背景候補から３つ以上の背景を検出してもよい。例えば、５つの背景候補を有し、所定時間にわたってトップ３であった背景候補を背景として検出してもよい。５つの背景候補のうち、所定時間にわたってトップ４に入り続けた３つの背景候補を背景として検出することも可能である。このように背景候補数を増やせば背景の検出処理の精度が安定する。ただし、発明者らのシミュレーションによれば、上記した実施の形態のように求めるべき背景数を２つとした場合でも、十分な評価結果が得られた。

本発明によれば、測距装置を用いて適切な数の背景を求めることができ、測距装置にて求めた観測データにより対象物を検出する装置等として有用である。

１ 演算処理装置
１０ 制御部
１１ 順位付け部
１２ 観測回数更新部
１３ 背景決定部
１４ 背景データ管理部
１５ 判定部
１６ 生存時間更新部
２０ 背景候補データ記憶部
２１ 背景データ記憶部
３０ 測距装置

Claims (12)

1. 測距装置にて得られた観測データを処理する演算処理装置であって、
   同じ観測データが得られた観測回数と当該観測データを代表する距離データとを関連付けたデータを背景候補として記憶した背景候補データ記憶部と、
   前記観測回数に基づいて前記背景候補データ記憶部に記憶された複数の背景候補を順位付けする順位付け部と、
   前記測距装置にて得られた観測データと前記背景候補データ記憶部に記憶された背景候補の距離データとを比較して、前記観測データと一致する前記距離データの背景候補があった場合には当該背景候補の観測回数をカウントアップし、一致する背景候補がなかった場合には、最下位の背景候補の距離データを前記観測データで置き換え、その観測回数を１とする観測回数更新部と、
   Ｍ個の背景候補が上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けた継続時間が所定時間以上であるときに、Ｍ個の背景があると判定すると共に、当該Ｍ個の背景候補を背景として決定する背景決定部と、
   前記背景決定部にて求められた背景データを記憶する背景データ記憶部と、
   を備える演算処理装置。
2. 前記背景候補データ記憶部には、それぞれの前記背景候補を最初に観測したときからの生存時間を記憶し、
   前記順位付け部は、前記観測回数が同じ場合には、前記生存時間の短い方の背景候補を上位に順位付けする請求項１に記載の演算処理装置。
3. 前記背景候補データ記憶部には、それぞれの前記背景候補に一致すると判断された観測データの分散に関するデータをさらに記憶しており、
   前記観測回数更新部は、前記分散に関するデータに基づいて前記距離データの範囲を定め、前記観測データが前記距離データの範囲に含まれるときには、前記観測データと前記距離データとが一致すると判断する請求項１または２に記載の演算処理装置。
4. 前記観測データの分散に関するデータは、前記背景候補の観測回数をカウントアップする際に、新たに得られた前記観測データの値と、観測回数をカウントアップする前の分散に関するデータと、観測回数とに基づいて更新する請求項３に記載の演算処理装置。
5. 前記背景決定部は、上位Ｎ位に入り続けた前記Ｍ個の背景候補のうち、観測回数が所定の閾値に達しない背景候補を除外して背景数および背景を求める請求項１乃至４のいずれかに記載の演算処理装置。
6. 前記背景決定部は、前記所定時間にわたって上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けたＭ個の背景候補がない場合、前記所定時間より短い第２の所定時間にわたって上位１位の背景候補があるときには、当該上位１位の背景候補を背景として求める請求項１乃至５のいずれかに記載の演算処理装置。
7. 前記観測回数更新部は、一致する背景候補がない前記観測データが所定回数連続して得られた場合には、背景候補データをリセットする請求項１乃至６のいずれかに記載の演算処理装置。
8. 前記測距装置は、３次元空間中を二次元走査してその観測方向ごとに観測データを取得し、
   前記背景決定部は、前記観測方向ごとに背景数および背景を求める請求項１乃至７のいずれかに記載の演算処理装置。
9. 前記背景データ記憶部には、新たに求めた背景データが追加されると共に、新たに求めた背景データよりも手前にある過去の背景データが背景データ記憶部から削除される請求項１乃至８のいずれかに記載の演算処理装置。
10. 前記測距装置にて取得した観測データと前記背景データ記憶部に記憶された背景データとを比較し、前記観測データと一致する背景データが存在しない場合には、前記観測データは、非背景に係るデータであると判定する判定部を備える請求項１乃至９のいずれかに記載の演算処理装置。
11. 測距装置にて得られた観測データを演算処理装置で処理して背景を検出する方法であって、
    前記演算処理装置が、同じ観測データが得られた観測回数と当該観測データを代表する距離データとを関連付けたデータを背景候補として記憶する背景候補データ記憶部を準備するステップと、
    前記演算処理装置が、前記観測回数に基づいて前記背景候補データ記憶部に記憶された複数の背景候補を順位付けするステップと、
    前記演算処理装置が、前記測距装置にて得られた観測データと前記背景候補データ記憶部に記憶された背景候補の距離データとを比較して、前記観測データと一致する前記距離データの背景候補があった場合には当該背景候補の観測回数をカウントアップし、一致する背景候補がなかった場合には、最下位の背景候補の距離データを前記観測データで置き換え、その観測回数を１とするステップと、
    前記演算処理装置が、Ｍ個の背景候補が上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けた継続時間が所定時間以上であるときに、Ｍ個の背景があると判定すると共に、当該Ｍ個の背景候補を背景として決定するステップと、
    前記演算処理装置が、決定された背景データを背景データ記憶部に記憶するステップと、
    を備える演算処理方法。
12. 測距装置にて得られた観測データを処理して背景を検出するために、コンピュータに、
    同じ観測データが得られた観測回数と当該観測データを代表する距離データとを関連付けたデータを背景候補として記憶する背景候補データ記憶部を生成するステップと、
    前記観測回数に基づいて前記背景候補データ記憶部に記憶された複数の背景候補を順位付けするステップと、
    前記測距装置にて得られた観測データと、前記背景候補データ記憶部に記憶された背景候補の距離データとを比較して、前記観測データと一致する前記距離データの背景候補があった場合には当該背景候補の観測回数をカウントアップし、一致する背景候補がなかった場合には、最下位の背景候補の距離データを前記観測データで置き換え、その観測回数を１とするステップと、
    Ｍ個の背景候補が上位Ｎ位（Ｍ≦Ｎ）に入り続けた継続時間が所定時間以上であるときに、Ｍ個の背景があると判定すると共に、当該Ｍ個の背景候補を背景として決定するステップと、
    決定された背景データを背景データ記憶部に記憶するステップと、
    を実行させるプログラム。

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