DE102019005060A1

DE102019005060A1 - Abstandsmessvorrichtung, die eine Optisches-System-Abnormalität erkennt

Info

Publication number: DE102019005060A1
Application number: DE102019005060.6A
Authority: DE
Inventors: Minoru Nakamura; Yuuki Takahashi; Atsushi Watanabe
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2020-01-30
Also published as: US11525917B2; JP2020016577A; CN110779681A; JP6813541B2; CN110779681B; US20200033475A1

Abstract

Eine Abstandsmessvorrichtung umfasst einen Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt zum Erkennen einer Abnormalität eines optischen Systems der Abstandsmessvorrichtung durch Vergleichen einer Beziehung zwischen einem gemessenen Abstandswert d und einer Lichtintensität Ls mit einem Referenzwert K, K, Koder K.

Description

Hintergrund der Erfindung
Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmessvorrichtung zum Messen eines Abstands zu einem Objekt auf der Grundlage einer Laufzeit von Licht, und sie betrifft im Speziellen eine Abstandsmessvorrichtung, die eine Optisches-System-Abnormalität erkennt.
Beschreibung verwandten Stands der Technik
TOF-(time of flight)-Kameras, die einen Abstand auf der Grundlage einer Laufzeit von Licht ausgeben, sind als Abstandsmessvorrichtungen zum Messen des Abstands zu einem Objekt bekannt. TOF-Kameras bestrahlen einen Zielmessraum mit Abstandsmesslicht, das über vorbestimmte Zyklen intensitätsmoduliert ist, und verwenden im Allgemeinen ein Phasenunterschied-Verfahren, in welchem ein Phasenunterschied zwischen dem ausgestrahlten Messlicht und dem Licht bestimmt wird, das von dem Objekt in dem Zielmessraum reflektiert wird.
In derartigen Abstandsmessvorrichtungen ist eine Abstandsmessgenauigkeit aufgrund von Optisches-System-Abnormalitäten verringert, wodurch die Abstandsmessfähigkeit verloren gehen kann. Insbesondere ist es üblicherweise bekannt, dass deshalb, weil TOF-Kameras, die dreidimensionale Sensoren sind, Abstandsmessungen durch Aufnehmen des Abstandsmesslichts durchführen, das von dem Subjekt reflektiert wird, und wenn das reflektierte Licht schwach wird, Effekte von Schussrauschen, Dunkelstromrauschen, thermischem Rauschen etc. vergleichsweise augenfällig werden, wodurch Schwankungen in Abstandsmesswerten groß werden. Die Gründe für die Schwäche des reflektierten Lichts umfassen ein im Allgemeinen schwach reflektierendes Objekt, wie beispielsweise ein schwarzes Objekt, oder ein fernes Objekt, und zusätzlich (1) Anhaftung von Schutz an der Linse, (2) Anhaftung von Schmutz an der Streuplatte für das Abstandsmesslicht, (3) eine Ausgabeverringerung in einer Messlichtquelle und (4) Optisches-System-Abnormalitäten, wie beispielsweise Lichtempfangendes-Element-Abnormalitäten. Die folgenden Dokumente sind als Stand der Technik bekannt, der die Erkennung derartiger Optisches-System-Abnormalitäten betrifft.
Die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-271404 offenbart eine Fahrzeug-Hindernis-Erkennungsvorrichtung, die einen Laser über eine Fensterabdeckung ausstrahlt, und die reflektiertes Licht empfängt, um Hindernisse zu erkennen. In der Fahrzeug-Hindernis-Erkennungsvorrichtung wird die Beziehung zwischen der Intensität von Licht, das von einer Straßenoberfläche reflektiert wird, und der Zeit als eine ideale Reflexions-Wellenform geschätzt, die Beziehung zwischen dem tatsächlich von der Straßenoberfläche reflektierten Licht und der Zeit wird als eine tatsächliche Reflexions-Wellenform erkannt, und das Vorhandensein von Schmutz auf der Fensterabdeckung wird auf der Grundlage der idealen Reflexions-Wellenform und der tatsächlichen Reflexions-Wellenform erkannt.
Die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 10-227856 offenbart einen Lichtstrahlsensor, der die Gegenwart oder Abwesenheit und eine Anzahl von Fahrzeugen erkennt. In dem Lichtstrahlsensor wird ein Lichtempfangsbetrag eines Lichtstrahls überwacht, der von einer regressiven Reflexionsplatte reflektiert wird, und wenn der mittlere Lichtempfangsbetrag gleich ist wie oder niedriger ist als ein Referenzwert, der im Vorhinein festgelegt wurde, wird bestimmt, dass ein Empfangs-/Emissions-Fenster, die regressive Reflexionsplatte etc. schmutzig sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Wie in 7A gezeigt ist, wird in einer Abstandsmessvorrichtung, in der ein Abstand durch Bestrahlen eines Objekts mit Abstandsmesslicht L1 gemessen wird, eine Abstandsmessung durch ein Bestimmen eines Zeitunterschieds Δt von der Ausstrahlung bis zu dem Empfang bestimmt. Da das Objekt O auch von Umgebungslicht beleuchtet wird, empfängt die Abstandsmessvorrichtung reflektiertes Licht L2, mit dem anderes Licht als das Abstandsmesslicht L1 gemischt wird. Wie in 7B gezeigt ist, ist die Lichtintensität der Umgebungslichtkomponente im Allgemeinen konstant, wenn das optische System normal ist. Daher kann ein S/N-Verhältnis sichergestellt werden durch Subtrahieren der erfassten Lichtintensität, wenn das Abstandsmesslicht nicht ausgestrahlt wird, und die Lichtintensität lediglich der reflektierten Lichtkomponente kann bestimmt werden.
Allerdings wird das reflektierte Licht schwach, wenn das optische System nicht normal ist, wodurch das S/N-Verhältnis verringert wird, eine Fehlerkennung oder eine Unerkennbarkeit des reflektierten Lichts auftritt und eine Verringerung der Abstandsmessgenauigkeit oder ein Verlust der Abstandsmessfähigkeit auftritt. Daher ist es nötig, Optisches-System-Abnormalitäten zu erkennen, um eine stabile Abstandsmessgenauigkeit und eine Abstandsmessfähigkeit aufrecht zu erhalten. Ferner kann selbst dann, wenn Optisches-System-Abnormalitäten erkannt werden können, die geeignete Zeitvorgabe für ein Reinigen der Abstandsmessvorrichtung und den Austausch von Komponenten nicht verstanden werden, falls der Grund für die Abnormalität nicht erkannt werden kann.
Daher wird eine Abstandsmessvorrichtung benötigt, mit der Optisches-System-Abnormalitäten einfach erkannt werden können.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Abstandsmessvorrichtung bereit, umfassend einen Bestrahlungsabschnitt, der ein Objekt mit Abstandsmesslicht bestrahlt, und einen lichtempfangenden Abschnitt, der reflektiertes Licht von dem Objekt empfängt, wobei die Abstandsmessvorrichtung einen Abstandsmesswert zu dem Objekt, der auf der Grundlage eines Phasenunterschieds zwischen dem Abstandsmesslicht und dem reflektierten Licht berechnet ist, und eine Lichtintensität des reflektierten Lichts ausgibt, wobei die Abstandsmessvorrichtung ferner einen Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt umfasst, der eine Abnormalität eines optischen Systems der Abstandsmessvorrichtung durch Vergleichen der Beziehung zwischen dem Abstandsmesswert und der Lichtintensität mit einem Referenzwert erkennt.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm der Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2A ist eine erläuternde Ansicht, die ein Optisches-System-Abnormalitätserkennungs-Prinzip zeigt.
2B ist eine erläuternde Ansicht, die ein Optisches-System-Abnormalitätserkennungs-Prinzip zeigt.
2C ist eine erläuternde Ansicht, die ein Optisches-System-Abnormalitätserkennungs-Prinzip zeigt.
3A ist eine Ansicht, die eine Erkennung von Abnormalitäten gemäß einer Ausführungsform zeigt, die auf ein Objekt angewendet wird, das eine bekannte Reflektivität aufweist.
3B ist eine Ansicht, die eine Abnormalitätserkennung gemäß noch einer Ausführungsform zeigt, die auf ein Objekt angewendet wird, das eine unbekannte Reflektivität aufweist.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem eine Optisches-System-Abnormalität unter Verwendung des Abstands zu einem Objekt erkannt wird, der auf der Grundlage eines zweidimensionalen Bildes berechnet ist.
5A ist ein eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zum Bestimmen eines Referenzwerts gemäß noch einer Ausführungsform zeigt.
5B ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zum Bestimmen eines Referenzwerts gemäß noch einer Ausführungsform zeigt.
6A ist eine erläuternde Ansicht, die zeigt, dass die Anhaftung von punktartigem Schmutz als optische äquivalent zu einer gleichförmigen Verschmutzung angesehen werden kann.
6B ist eine Ansicht, die zeigt, dass die Anhaftung von punktartigem Schmutz als optische äquivalent zu einer gleichförmigen Verschmutzung angesehen werden kann.
7A ist eine erläuternde Ansicht, die eine Abstandsmesstheorie gemäß dem Stand der Technik zeigt.
7B ist eine erläuternde Ansicht, die ein S/N-Verhältnis gemäß dem Stand der Technik zeigt, wenn das optische System normal ist.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden untenstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. In den Zeichnungen wurden identische oder ähnlich ausbildende Elemente mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Ferner beschränken die unten beschriebenen Ausführungsformen den technischen Rahmen der Erfindungen nicht, der in den Ansprüchen beschrieben ist, oder der Definitionen von Begriffen.
1 ist ein Blockdiagramm der Abstandsmessvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. Die Abstandsmessvorrichtung 10 ist eine TOF-Kamera, ein Laserscanner etc., die den Abstand zu einem Objekt auf der Grundlage beispielsweise eines Phasenunterschied-Verfahrens misst, und die einen Bestrahlungsabschnitt 11, der ein Objekt O mit intensitätsmoduliertem Abstandsmesslicht L1 bestrahlt, einen lichtempfangenden Abschnitt 12, der reflektiertes Licht L2 von dem Objekt O empfängt, und einen Ausgabesteuerabschnitt 13 umfasst, der Abstandsmesswerte zu dem Objekt und die Lichtintensität des reflektierten Lichts auf der Grundlage des Phasenunterschieds zwischen dem Abstandsmesslicht und dem reflektierten Licht ausgibt.
Der Bestrahlungsabschnitt 11 ist von einer Abstandsmesslichtquelle, wie beispielsweise einer Licht emittierenden Diode oder einem Halbleiterlaser, die zum Beispiel Nahinfrarot-(NIR)-Licht emittiert, und einer Streuplatte gebildet, welche das NIR-Licht als das Abstandsmesslicht L1 streut. Die Bestrahlungsquelle 11 beleuchtet das Objekt O mit dem Abstandsmesslicht L1, das auf einem vorbestimmten Zyklus auf der Grundlage eines Lichtemissions-Zeitsignals von einem Lichtemissions-/Bilderfassungs-Zeitsteuerabschnitt 14 intensitätsmoduliert ist.
Der lichtempfangende Abschnitt 12 ist zum Beispiel von einer Sammellinse, die reflektiertes Licht L2 von dem Objekt O fokussiert, einem photoelektrischen Element, welches das reflektierte Licht L2 über einen RGB-Filter, einen NIR-Filter, etc. empfängt, und einem CCD-Bildgebungssensor, einem CMOS-Bildgebungssensor, etc. gebildet. Das reflektierte Licht L2 umfasst reflektiertes Umgebungslicht zusätzlich zu dem Abstandsmesslicht L1, das von dem Objekt O reflektiert wird. Der lichtempfangende Abschnitt 12 kann pro Pixel vier lichtempfangende Elemente zum Empfangen von rotem Licht, blauem Licht, grünem Licht und NIR-Licht umfassen, oder er kann pro Pixel ein einzelnen lichtempfangendes Element zum Empfangen lediglich von NIR-Licht umfassen. In einigen Fällen umfasst der lichtempfangende Abschnitt 12 mehrere zweidimensional angeordnete lichtempfangende Elemente 15.
In Laserscannern führ der lichtempfangende Abschnitt 12 im Allgemeinen eine direkte Messung der Verzögerung Δt des reflektierten Lichts relativ zu der Ausstrahlungszeit des Referenzlichts durch, die in 7A und 7B gezeigt ist, oder relativ zu der Lichtintensität der reflektierten Lichtkomponenten. Die vorliegende Ausführungsform wird im Folgenden unter der Annahme beschrieben, dass die Abstandsmessvorrichtung 10 eine TOF-Kamera ist. Das lichtempfangende Element 15 ist zum Beispiel von einer Photodiode, einem Kondensator, etc. gebildet. Ein lichtempfangendes Element 15, das NIR-Licht empfängt, erfasst Lichtempfangsbeträge Q₁ bis Q₄ zu mehreren Bilderfassungszeiten, die um 0°, 90°, 180° und 270° relativ zu beispielsweise der Lichtemissionszeit des Abstandsmesslichts L1 auf der Grundlage eine Bilderfassungs-Zeitsignals von dem Lichtemissions-/Bilderfassungs-Zeitsteuerabschnitt 14 außer Phase sind. Ein lichtempfangendes Element 15, das rotes Licht, blaues Licht und grünes Licht empfängt, erfasst die entsprechenden Lichtempfangsbeträge über ein vorbestimmtes Zeiterfassungsintervall. Die erfassten Lichtempfangsbeträge werden von einem Verstärkungsabschnitt 16 verstärkt, von einem A/D-Umwandlungsabschnitt 17 A/D-umgewandelt, und die A/D-umgewandelten Werte werden in einem Pufferspeicher 18 gespeichert.
Ein Abstandsbild-Erzeugungsabschnitt 19 erzeugt ein Abstandsbild 30, welches den Abstandsmesswert zu dem Objekt O für jeden Pixel auf der Grundlage der A/Dumgewandelten Werte der Lichtempfangsbeträge Q₁ bis Q₄ des NIR-Lichts. Der Abstandsmesswert d wird zum Beispiel anhand der untenstehenden bekannten Formel berechnet. Td ist der Phasenunterschied zwischen dem Abstandsmesslicht und dem reflektierten Licht, c ist die Lichtgeschwindigkeit und f ist die Frequenz des Abstandsmesslichts. Das erzeugte Abstandsbild 30 wird in einem Pufferspeicher 20 gespeichert und zu einer Umgebung der Abstandsmessvorrichtung 10 über den Ausgabesteuerabschnitt 13 ausgegeben. $T d = arctan (\frac{Q_{2} - Q_{4}}{Q_{1} - Q_{3}})$
$d = \frac{c}{4 π f} T d$
Ein Zweidimensionales-Bild-Erzeugungsabschnitt 21 erzeugt ein zweidimensionale Bild 31 auf der Grundlage der A/D-umgewandelten Werte der Lichtempfangsbeträge des RGB-Lichts oder des NIR-Lichts. In anderen Worten, das zweidimensionale Bild 31 kann ein RGB-Bild (Farbbild) sein, oder es kann ein NIR-Bild (monochromatisches Bild) sein. Das zweidimensionale Bild 31 wird in dem Pufferspeicher 20 gespeichert, und es wird zu einer Umgebung der Abstandsmessvorrichtung 10 über den Ausgabesteuerabschnitt 13 ausgegeben. Es ist zu beachten, dass dann, wenn die Abstandsmessvorrichtung 10 eine TOF-Kamera ist, die Lichtintensität Ls, die von dem lichtempfangenden Element 15 ausgegeben wird, unter Verwendung beispielsweise der untenstehenden bekannten Formel auf der Grundlage der Lichtempfangsbeträge Q₁ bis Q₄ berechnet wird. $L s = \frac{\sqrt{{(Q_{1} - Q_{3})}^{2} + {(Q_{2} - Q_{4})}^{2}}}{2}$
Wie oben mit Bezug auf 7B beschrieben wurde, wird das reflektierte Licht schwach, wenn das optische System nicht normal ist, wodurch das S/N-Verhältnis verringert wird, eine fehlerhafte Erkennung oder eine Unerkennbarkeit von Signalkomponenten des Abstandsmesslichts auftritt, und die Abstandsmessungsgenauigkeit verringert wird oder ein Verlust der Abstandsmessfähigkeit auftritt. Um derartige Abnormalitäten des optischen Systems zu erkennen und die Abstandsmessgenauigkeit oder die Abstandsmessfähigkeit beizubehalten, umfasst die Abstandsmessvorrichtung 10 ein einen Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22, der Abnormalitäten des optischen Systems erkennt. Der Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 kann als Software ausgebildet sein, die zum Beispiel einen Prozessor wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) dazu veranlasst, zu funktionieren. Alternativ kann die Verarbeitung zumindest manches derartiger Software als Hardware durchgeführt sein, wie beispielsweise als ein ausführbarer Prozessor.
2A bis 2C sind erläuternde Ansichten des Prinzips der Erkennung von Abnormalitäten des optischen Systems. Wie in 2A gezeigt ist, ist die Beleuchtungsstärke E von dem Abstandsmesslicht P zu dem Objekt im Allgemeinen umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Abstands d, wie in der folgenden Formel. I ist die Lichtintensität der Abstandsmesslichtquelle P in die Richtung der Beobachtung. $E = \frac{I}{d^{2}}$
Ferner kann, wenn das Objekt O eine gleichförmig streuende reflektierende Oberfläche aufweist, die eine Reflektivität von p aufweist, die Leuchtstärke Lr der reflektierenden Oberfläche im Allgemeinen durch die folgende Formel repräsentiert sein. $L r = \frac{ρ}{π} \cdot E$
Ferner gibt, wie in 2C gezeigt ist, das lichtempfangende Element 15 einen Ausgabestrom aus, der im Allgemeinen proportional zu dem einfallenden Lichtstrom ist. Da der Lichtstrom, der von dem lichtempfangenden Element 15 empfangen wird, d.h. die Lichtintensität Ls, die von dem lichtempfangenden Element 15 ausgegeben wird, proportional zu der Leuchtstärke Lr der Oberfläche des lichtempfangenden Elements 15 ist, die von der Sammellinse 22 gesucht wird, wird die folgende Formel erhalten. $L s \propto \frac{ρ}{π} \cdot \frac{I}{d^{2}}$
Wenn die obige Formel unter Verwendung der Konstanten k ausgedrückt wird, wird die folgende Formel erhalten. Die Konstante k ist ein Korrekturwert, der Unterschiede in der Vorrichtungsstruktur, Unterschiede in Eigenschaften jedes Elements bezüglich Lichtemission und Lichtempfang und die individuellen Eigenschaften-Variationen jedes Elements ausgleicht. $L s = k \cdot \frac{ρ \cdot I}{d^{2}}$
Die obige Formel kann zu der folgenden grundlegenden Formel umgeformt werden. Daher zeigt ein Zustand, in welchem die Intensität I der Abstandsmesslichtquelle in die Richtung der Beobachtung konstant ist und der Abstand von einem Objekt O, das eine Reflektivität von ρ aufweist, gemessen wird, an, dass die Beziehung zwischen dem Abstandsmesswert d zu dem Objekt O auf der linken Seite der folgenden grundlegenden Gleichung und der Lichtintensität Ls, die von dem lichtempfangenden Element 15 empfangen wird, ein konstanter Wert wird. In anderen Worten besteht ein Problem mit dem optischen System der Abstandsmessvorrichtung 10, wenn eine Optisches-System-Abnormalität erkannt wird, falls die berechneten Ergebnisse der Beziehung zwischen dem Abstandsmesswert d zu dem Objekt O, das eine Reflektivität p aufweist, und der Lichtintensität Ls, die von dem lichtempfangenden Element 15 empfangen wird, von einem vorbestimmten Wert abweicht. $L s \cdot d^{2} = k \cdot ρ \cdot I$
Obwohl die rechte Seite der obenstehenden grundlegenden Formel die Intensität I der Abstandsmesslichtquelle in die Richtung der Beobachtung umfasst, unterscheidet sich dieser wert für jede Abstandsmessvorrichtung 10 aufgrund von Eigenschafts-Variationen der Teile, welche die Abstandsmessvorrichtung 10 ausbilden. Wenn zum Beispiel die Abstandsmessvorrichtung 10 normal ist (zum Beispiel zu einem Zeitpunkt eines Versands, zu einem Zeitpunkt einer Installation, etc.), wird der Referenzwerk K_ρ zum Erkennen einer Abnormalität des optischen Systems aus dem Abstandsmesswert d durch Kalibration unter Verwendung eines Objekts erhalten, das eine Reflektivität von ρ_cb und die Lichtintensität Ls aufweist, wie in der folgenden Formel beschrieben ist. $K_{ρ} = L s \cdot d^{2}$
Wenn die Abnormalität des optischen Systems erkannt wird, berechnet der Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 die Beziehung zwischen der Lichtintensität Ls der Objekt O, das eine bekannte Reflektivität ρ_cb aufweist, und dem Abstandsmesswert d, und erkennt die Abnormalität Ab des optischen Systems der Abstandsmessvorrichtung 10 durch Vergleichen dieser Beziehung mit dem Referenzwert K_ρ . Die Abnormalität Ab des optischen Systems kann als ein Verhältnis der Beziehung zwischen der Lichtintensität Ls und dem Abstandsmesswert d zu dem Referenzwert K_ρ erkannt werden, wie zum Beispiel in der folgenden Formel, oder die kann als eine Differenz erkannt werden. Da die folgenden Formel jedoch das theoretische Prinzip einer Erkennung der Abnormalität des optischen Systems ist, sollte beachtet werden, dass die Beziehung zwischen der Lichtintensität Ls und dem Abstandsmesswert d des Objekts O eine Korrektur aufgrund von verschiedenen Umständen erfordern kann. $A b = \frac{L s \cdot d^{2}}{K_{ρ}}$
Wenn die Abnormalität Ab des optischen Systems in der obigen Formel kleiner ist als 1, kann eine Verringerung der Intensität aufgrund der Anhaftung von Schmutz an dem optischen Fenster (Linse, Streuer, etc.), einer Verringerung der empfangenen Intensität oder einer Verringerung der Ausgabe der Abstandsmesslichtquelle etc. vermutet werden. Indem ein Objekt O verwendet wird, das eine bekannte Reflektivität ρ_cb als derartigen Referenzwert aufweist, ist es möglich, die Abnormalität des optischen Systems unabhängig von der Installationsumgebung der Abstandsmessvorrichtung 10 zu erkennen. Ferner ist die Erkennung von Optisches-System-Abnormalitäten unabhängig von dem Abstand zu dem Objekt O möglich, indem die Beziehung zwischen der Lichtintensität Ls des Objekts O und des Abstandsmesswerts d als den Messwert der Optisches-System-Abnormalität (der Zähler in der obigen Formel) verwendet wird.
3A ist eine Ansicht, die eine Abnormalitätserkennung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt, wenn ein Objekt verwendet wird, das eine bekannte Reflektivität aufweist. Der Referenzwert K_ρ1 , der in dem Fall verwendet wird, in dem ein Objekt O eine Reflektivität ρ₁ aufweist, die sich von der Reflektivität ρ_cb unterscheidet, wenn der Referenzwert K_ρ erfasst wird, wird anhand der obigen Formel unter Verwendung des Verhältnisses der Reflektivität ρ_cb zu der Reflektivität ρ₁ bestimmt, wie zum Beispiel in der folgenden Formel. $K_{ρ 1} = \frac{ρ_{1}}{ρ_{c b}} \cdot K_{ρ}$
Wenn eine Optisches-System-Abnormalität erkannt wird, berechnet der Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 die Beziehung zwischen der Lichtintensität Ls des Objekts O und dem Abstandsmesswert d, und durch Vergleichen dieser Beziehung mit dem Referenzwert K_ρ1 wir die Abnormalität Ab des optischen Systems der Abstandsmessvorrichtung 10 erkannt. Die Abnormalität Ab des optischen Systems kann als das Verhältnis der Beziehung der Lichtintensität Ls und dem Abstandsmesswert d zu dem Referenzwert K_ρ1 erkannt werden, wie zum Beispiel in der folgenden Formel, oder sie kann als eine Differenz erkannt werden. $A b = \frac{L s \cdot d^{2}}{K_{ρ 1}}$
3B ist eine Ansicht, die eine Abnormalitätserkennung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt, wenn ein Objekt verwendet wird, das eine unbekannte Reflektivität aufweist. Die obige grundlegende Formel veranschaulicht, dass sogar für ein Objekt O, das eine unbekannte Reflektivität aufweist, ein Referenzwert K_Ls0d0 , wie zum Beispiel in der folgenden Formel, unter Verwendung der Beziehung zwischen dem gemessenen Abstandsmesswert d₀ des Objekts O, der erfasst wurde, wenn die Abstandsmessvorrichtung 10 normal ist (zum Beispiel zu der Zeit der Installation, wenn eine Wartung abgeschlossen wurde, etc.), und der Lichtintensität Ls₀ bestimmt werden kann. Danach kann die Abnormalität unter Verwendung identischer Objekte erkannt werden (d. h., von Objekten, die unbekannte Reflektivitäten aufweisen, aber dieselbe Reflektivität aufweisen). $K_{L s 0 d 0} = L s_{0} \cdot {(d_{0})}^{2}$
Wenn eine Optisches-System-Abnormalität erkannt wird, berechnet der Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 die Beziehung zwischen der Lichtintensität Ls des Objekts O und dem Abstandsmesswert d, und die Abnormalität Ab des optischen Systems der Abstandsmessvorrichtung 10 wird durch Vergleichen dieser Beziehung mit dem Referenzwert K_Ls0d0 erkannt. Die Abnormalität Ab des optischen Systems kann als das Verhältnis der Beziehung der Lichtintensität Ls und dem Abstandsmesswert d zu dem Referenzwert K_Ls0d0 erkannt werden, wie zum Beispiel in der folgenden Formel, oder sie kann als eine Differenz erkannt werden. $A b = \frac{L s \cdot d^{2}}{K_{L s 0 d 0}}$
Wie anhand des Vorstehenden zu erstehen ist, kann die Abstandsmessvorrichtung 10 den Referenzwert anhand der Beziehung zwischen dem Abstandsmesswert d₀ des Objekts O, das eine unbekannte Reflektivität aufweist, und der Lichtintensität Ls₀ bestimmen. In anderen Worten kann das Objekt ein einzigartiges feststehendes Objekt sein (zum Beispiel ein einzigartige(r) Boden, Schreibtisch, Maschine, etc.), dessen Bild kontinuierlich oder periodisch von der Abstandsmessvorrichtung 10 erfasst wird. Durch Verwenden der Beziehung zwischen der Lichtintensität eines derartigen feststehenden Objekts und dem Abstandsmesswert als den gemessenen Wert der Optisches-System-Abnormalität (der Zähler der obigen Formel) und dem Referenzwert (dem Nenner der obigen Formel), kann eine Optisches-System-Abnormalität erkannt werden. In anderen Worten kann die Abstandsmessvorrichtung 10 automatisch die Abstandsmessgenauigkeit oder die Abstandsmessfähigkeit aufrechterhalten, ohne die Vorbereitung eines speziellen Objekts, das eine bekannte Reflektivität aufweist.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel einer Optisches-System-Abnormalität-Erkennung zeigt, bei der ein Abstand dref zu dem Objekt O geometrisch auf der Grundlage des verwendeten zweidimensionalen Bildes 31 berechnet wird. Wenn die Abstandsmessvorrichtung 10 mehrere lichtempfangende Elemente 15 umfasst, die zweidimensional angeordnet sind, wie zum Beispiel in einer TOF-Kamera, wird ein zweidimensionales Bild ausgegeben, das von den Lichtintensitätswerten jedes der lichtempfangenden Elemente 15 gebildet wird. Eine sogenannte „Referenzmarkierung“ wird als das Objekt O verwendet. Die Referenzmarkierung ist zum Beispiel ein quadratisches, weißes, plattenartiges Element, das eine bekannte Größe aufweist, auf dem ein perfekter Kreis, ein Quadrat und eine Raute angeordnet sind, die bekannte Größen und positionsbezogene Beziehungen aufweisen, und weist eine große Anzahl von Merkmalspunkten auf, die eine bekannte dreidimensionale Koordinatenbeziehung aufweisen. Zum Beispiel können die Merkmalspunkte zentrale Abschnitte 32a, 32b, 32c des perfekten Kreises, Quadrats und der Raute sein, sowie die Ecken 32s, 32e, 32f, 32g des Quadrats. Ferner ist der Mittelpunkt 32b des perfekten Kreises der Referenzmarkierung ein repräsentativer Merkmalspunkt 32, und das Innere des perfekten Kreises ist ein Abschnitt, der eine vorbestimmte Reflektivität ρ aufweist. Es ist zu beachten, dass in einer anderen Ausführungsform eine Optisches-System-Abnormalität unter Verwendung beliebiger Objekte anstelle der Referenzmarkierung erkannt werden kann, die bekannte dreidimensionale Koordinatenbeziehungen aufweisen. Es ist zu beachten, dass „bekannte dreidimensionale Koordinatenbeziehungen“ bedeutet, dass die relativen positionsbezogenen Beziehungen zwischen den mehreren Merkmalspunkten bekannt sein können, und es ist nicht immer erforderlich, dass die Beziehungen der dreidimensionalen Koordinaten bekannt sind. Im Speziellen ist es nicht erforderlich, dass sie im Vorhinein in einem Speicher oder dergleichen der Abstandsmessvorrichtung 10 gespeichert werden.
Der Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 erkennt die Referenzmarkierung anhand des zweidimensionalen Bildes 31 unter Verwendung einer bekannten Bildverarbeitung, gibt die Positionskoordinaten der verschiedenen Merkmalspunkte der Referenzmarkierung in dem Image auf dem Sub-Pixel-Niveau an, und berechnet geometrisch den Abstand dref zu dem Mittelpunkt 32b des perfekten Kreises, welcher er repräsentative Merkmalspunkt ist, anhand der Kombination der Positionskoordinaten der mehreren Merkmalspunkte (im Allgemeinen vier oder mehr) in dem Bild. Um den Abstand dref mit größerer Genauigkeit zu berechnen, können mehrere Werte dref anhand unterschiedlicher Kombinationen der mehreren Merkmalspunkte berechnet werden, und das Mittelwert davon kann verwendet werden. Der Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 kann die Abnormalität Ab des optischen Systems unter Verwendung des geometrisch berechneten Abstands dref zu der Referenzmarkierung (zu dem repräsentativen Merkmalspunkt) anstellen des gemessenen Abstandsmesswerts d auf der Grundlage des zweidimensionalen Bildes 31 wie zum Beispiel in der folgenden Formel erkennen. $A b = \frac{L s \cdot d_{r e f}^{2}}{K_{ρ}}$
Durch Verwenden des Abstands dref zu dem Objekt O, der auf der Grundlage des zweidimensionalen Bildes 31 auf diese Weise berechnet wurde, ist es möglich, die Abnormalität Ab des optischen Systems auch dann genau zu erkennen, wenn die Abstandsmessgenauigkeit aufgrund der Optisches-System-Abnormalität gering ist.
5A und 5B sind erläuternde Ansichten, die Verfahren zum Bestimmen des Referenzwerts gemäß noch einer weiteren Ausführungsform zeigen. Wie in 5A gezeigt ist, kann präzise beobachtet werden, dass die Abnormalität Ab₀ des optischen Systems zu einem bestimmten Grad fortgeschritten ist, wenn ein anderes Objekt O' verwendet wird, wie beispielsweise eine Referenzmarkierung. Daher kann der Referenzwert K_Ab0 unter Verwendung des Grads an Abnormalität Ab₀ des optischen Systems bestimmt werden, die auf halbem Weg zu dem Beobachtungs-Zielobjekt O fortgeschritten ist. Der Referenzwert K_Ab0 wird unter Verwendung der Abnormalität Ab₀ des optischen Systems bestimmt, die unter Verwendung eines anderen Objekts O' und der Beziehung zwischen dem gemessenen Abstandswert d_bref und der Lichtintensität L_bref bestimmt wurde, die mit dem Beobachtungs-Zielobjekt O im Zusammenhang stehen, das gleichzeitig mit einem anderen Objekt O' erfasst wird, wie beispielsweise in der untenstehenden Formel. Die Abnormalität Ab des optischen Systems kann als das Verhältnis der Beziehung der Lichtintensität Ls und dem Abstandsmesswert d zu dem Referenzwert K_Ab0 erkannt werden, wie zum Beispiel in der folgenden Formel, oder sie kann als eine Differenz erkannt werden. $K_{A b 0} = \frac{L_{b r e f} \cdot d_{b r e f}^{2}}{A b_{0}}$
Wie in 5B gezeigt ist, berechnet der Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 die Beziehung zwischen der Lichtintensität Ls des Objekts O und dem Abstandsmesswert d, wenn eine Optisches-System-Abnormalität erkannt wird, und die Abnormalität Ab des optischen Systems der Abstandsmessvorrichtung 10 wird durch Vergleichen dieser Beziehung mit dem Referenzwert K_Ab0 erkannt. $A b = \frac{L s \cdot d^{2}}{K_{A b 0}}$
Wenn der Referenzwert Ab₀ unter Verwendung des Grands an Abnormalität Ab₀ eines derartigen optischen Systems bestimmt wird, das auf halben Weg zu dem Beobachtungs-Zielobjekt O fortgeschritten ist, wird ein Objekt, das eine bekannte Reflektivität aufweist, eine Referenzmarkierung oder dergleichen vorübergehend verwendet, wodurch eine Abnormalität des optischen Systems unter Verwendung lediglich des Beobachtungs-Zielobjekts bestimmt werden kann.
6A und 6B sind erläuternde Ansichten, die zeigen, dass eine punktförmige Verschmutzung als optisch äquivalent zu einer gleichförmigen Verschmutzung betrachtet werden kann. Beispiele der Anhaftung von Schmutz an dem optischen Fenster (zum Beispiel der Linse 33, der Streuplatte 34, etc.) unter den Gründen für Optisches-System-Abnormalitäten umfassen eine gleichförmige Anhaftung, wie beispielsweise Staub oder ein Beschlagen, sowie punktartige Anhaftung. Wie in 6A gezeigt ist, wird nicht ein Teil des Bildes nicht schwarz, wenn punktartiger Schmutz an der Oberfläche der Linse 33 anhaftet, sondern es wird vielmehr das gesamte Bild schwarz. Dasselbe gilt für die Streuplatte 34, wie in 6B gezeigt ist. Daher sollte beachtet werden, dass dann, wenn ein Beobachtungs-Zielobjekt, das einen bestimmten Referenzwert aufweist, lediglich in einem Teil des Bildes aufgenommen wird, wie in der vorliegenden Erfindung, eine derartige Situation als äquivalent zu einer Erkennung einer Anomalie des gesamten Bildes betrachtet werden kann.
Wenn eine Optisches-System-Abnormalität erkannt wird, gibt der Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 einen Warnbefehl an einen Warnabschnitt 34 auf (siehe 1), und gibt die Optisches-System-Abnormalität Ab an den Warnabschnitt 24 aus. Der Warnabschnitt 24 ist zum Beispiel von einem Lautsprecher, einer LED-Lampe, einer Anzeigevorrichtung, einer Kommunikationssteuereinheit oder dergleichen gebildet und gibt die Abnormalität Ab des optischen Systems zu der Umgebung der Abstandsmessvorrichtung 10 in Übereinstimmung mit dem Warnbefehl von dem Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt 22 aus.
Gemäß der obigen Ausführungsform kann die Abstandsmessvorrichtung 10 einfach eine Abnormalität des optischen Systems anhand der Beziehung zwischen dem Abstandsmesswert d und der Lichtintensität Ls erkennen, und die angemessene Zeit für ein Reinigen und einen Teileaustausch der Abstandsmessvorrichtung 10 können auf der Grundlage einer derartigen Abnormalität Ab verstanden werden. Zusätzlich können die Abstandsmessgenauigkeit und die Abstandsmessfähigkeit beibehalten werden.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es kann erkannt werden, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Rahmens der Ansprüche vorgenommen werden können, die unten beschrieben sind.

Claims

Abstandsmessvorrichtung (10), umfassend einen Bestrahlungsabschnitt (11), der ein Objekt (O) mit Abstandsmesslicht bestrahlt, und einen lichtempfangenden Abschnitt (12), der reflektiertes Licht von dem Objekt empfängt, wobei die Abstandsmessvorrichtung einen Abstandsmesswert zu dem Objekt, der auf der Grundlage eines Phasenunterschieds zwischen dem Abstandsmesslicht und dem reflektierten Licht berechnet ist, und eine Lichtintensität des reflektierten Lichts ausgibt, wobei die Abstandsmessvorrichtung ferner umfasst: einen Optisches-System-Abnormalität-Erkennungsabschnitt (22), der eine Abnormalität eines optischen Systems der Abstandsmessvorrichtung durch Vergleichen der Beziehung zwischen dem Abstandsmesswert und der Lichtintensität mit einem Referenzwert erkennt.
Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Referenzwert unter Verwendung einer Reflektivität des Objekts bestimmt wird.
Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Referenzwert unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Abstandsmesswert und der Lichtintensität bestimmt wird, aufgenommen dann, wenn die Abstandsmessvorrichtung normal ist.
Abstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: einen Zweidimensionales-Bild-Erzeugungsabschnitt (21), der ein zweidimensionales Bild eines Raums erzeugt, der von der Abstandsmessvorrichtung beobachtet wird, auf der Grundlage eines Lichtempfangsbetrags des lichtempfangenden Abschnitts, wobei eine Abnormalität des optischen Systems unter Verwendung eines Abstands zu dem Objekt anstelle des Abstandsmesswerts auf der Grundlage des zweidimensionalen Bildes berechnet wird, in dem das Objekt aufgenommen ist, das mehrere Merkmalspunkte aufweist, die bekannte dreidimensionale Koordinatenbeziehungen aufweisen.
Abstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Referenzwert unter Verwendung einer Abnormalität des optischen Systems bestimmt wird, die unter Verwendung eines weiteren Objekts (O'), das von dem ersten Objekt verschieden ist, und der Beziehung zwischen dem Abstandsmesswert zu dem Objekt, das gleichzeitig mit einem weiteren Objekt aufgenommen wird, und der Lichtintensität erkannt wurde