JP3072675B2 - 空間フィルタを用いた移動距離測定装置 - Google Patents
空間フィルタを用いた移動距離測定装置Info
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Landscapes
- Measurement Of Distances Traversed On The Ground (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、移動物体の移動距離を
測定する空間フィルタを用いた移動距離測定装置に関す
る。
測定する空間フィルタを用いた移動距離測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１に示す位相直交型空間フィルタ（以
下、単に「空間フィルタ」という。）を用いた移動距離
測定装置は、次のように動作する。
下、単に「空間フィルタ」という。）を用いた移動距離
測定装置は、次のように動作する。
【０００３】移動物体（図示せず）の下面に取り付けら
れ、光学レンズ１とＣＣＤ（電荷結合素子）ラインセン
サ２からなるカメラ３によって、路面からの反射光が検
出され、所定の周期でサンプリングされ読出回路４で読
出されＡ／Ｄ変換(５)されて、路面の明暗に応じたデー
タ信号Ｄi を得る。ここで、ＣＣＤラインセンサ２は、
移動物体の移動方向に沿って配列されたｎ個の画素から
構成された視野Ｌ（Ｌ＝１画素の長さ×画素数ｎ）を有
するものである。
れ、光学レンズ１とＣＣＤ（電荷結合素子）ラインセン
サ２からなるカメラ３によって、路面からの反射光が検
出され、所定の周期でサンプリングされ読出回路４で読
出されＡ／Ｄ変換(５)されて、路面の明暗に応じたデー
タ信号Ｄi を得る。ここで、ＣＣＤラインセンサ２は、
移動物体の移動方向に沿って配列されたｎ個の画素から
構成された視野Ｌ（Ｌ＝１画素の長さ×画素数ｎ）を有
するものである。
【０００４】前記データ信号Ｄiの各データ（Ｄ1,Ｄ2,
Ｄ3,……Ｄn）と荷重関数発生回路６とからの余弦荷重
関数Ｃi(Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,……Ｃn,) 、及び正弦荷重関数Ｓ
i(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,……Ｓn,）との積和演算により空間周波
数成分を抽出し、その前回サンプリング積和演算値と今
回サンプリング積和演算値から、位相演算部７におい
て、図２に示すベクトルＺ1,Ｚ2 を検出して、該ベクト
ルＺ1とＺ2の位相差である移動距離に比例した位相移動
角Δφを求め、次式により実際の移動距離を演算して測
定するものである。 Ｘ(m)＝（Ｌ(m)／ｆ）×（１／2π）×Δφ L:視野(m) (CCD画素数ｎ×1画素数の長さ) f:空間周波（視野Ｌ内の波数） Δφ：位相移動角(rad)
Ｄ3,……Ｄn）と荷重関数発生回路６とからの余弦荷重
関数Ｃi(Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,……Ｃn,) 、及び正弦荷重関数Ｓ
i(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,……Ｓn,）との積和演算により空間周波
数成分を抽出し、その前回サンプリング積和演算値と今
回サンプリング積和演算値から、位相演算部７におい
て、図２に示すベクトルＺ1,Ｚ2 を検出して、該ベクト
ルＺ1とＺ2の位相差である移動距離に比例した位相移動
角Δφを求め、次式により実際の移動距離を演算して測
定するものである。 Ｘ(m)＝（Ｌ(m)／ｆ）×（１／2π）×Δφ L:視野(m) (CCD画素数ｎ×1画素数の長さ) f:空間周波（視野Ｌ内の波数） Δφ：位相移動角(rad)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような、ラインセ
ンサカメラとしてＣＣＤカメラを用いた移動距離測定装
置においては、移動物体が高速で移動している場合、Ｃ
ＣＤには蓄積時間があるので、図３で示すように、ＣＣ
Ｄがラインセンサ２の視野に対する路面パターン（明暗
パターン）の（イ）に基づく電荷を蓄積している間に、
明暗パターンが（イ）から（ロ）に移動してしまい、路
面の明暗パターンに応じた信号を完全に蓄積することが
できず、抽出する空間周波成分が低下してしまう。これ
は、電荷の蓄積中に視野のパターンが移動する（すなわ
ち、被写体ブレを起す）ため、ＣＣＤの時間出力を積分
して空間周波成分を抽出している空間フィルタにおいて
は、移動距離が空間周波の波長に近くなると積分出力が
零に近くなるからである。このようにＣＣＤラインセン
サを用いている場合、移動速度が速くなると、空間フィ
ルタによる移動距離の検出、測定が困難となり、その精
度が低下してしまうという欠点がある。
ンサカメラとしてＣＣＤカメラを用いた移動距離測定装
置においては、移動物体が高速で移動している場合、Ｃ
ＣＤには蓄積時間があるので、図３で示すように、ＣＣ
Ｄがラインセンサ２の視野に対する路面パターン（明暗
パターン）の（イ）に基づく電荷を蓄積している間に、
明暗パターンが（イ）から（ロ）に移動してしまい、路
面の明暗パターンに応じた信号を完全に蓄積することが
できず、抽出する空間周波成分が低下してしまう。これ
は、電荷の蓄積中に視野のパターンが移動する（すなわ
ち、被写体ブレを起す）ため、ＣＣＤの時間出力を積分
して空間周波成分を抽出している空間フィルタにおいて
は、移動距離が空間周波の波長に近くなると積分出力が
零に近くなるからである。このようにＣＣＤラインセン
サを用いている場合、移動速度が速くなると、空間フィ
ルタによる移動距離の検出、測定が困難となり、その精
度が低下してしまうという欠点がある。
【０００６】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、移動物体が高速で移動している場合でも高精度に対
処でき、精度が高い空間フィルタを用いた移動距離測定
装置を得るためのものである。
で、移動物体が高速で移動している場合でも高精度に対
処でき、精度が高い空間フィルタを用いた移動距離測定
装置を得るためのものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用】高速移動時におけ
るＣＣＤラインセンサ２の検出出力の低下を抑えるため
に、ＣＣＤラインセンサカメラ３にシャッタなどを取り
付け、いわゆる被写体ブレを防ぐために瞬時（短時間）
のみ検出することが考えられるが、高価になるばかりで
なく機械的要素が増加してしまう。そこで、本発明にお
いては、路面（移動面）の照明をストロボ状に点滅させ
ることにより、点灯時のパターン入力に対し、消灯時の
パターン入力を極小にすることによりＣＣＤの電荷蓄積
中に視野パターンが空間周波の波長近く移動しても、そ
の積分出力が零にならず、その結果、抽出される空間周
波成分の低下が抑えられる。
るＣＣＤラインセンサ２の検出出力の低下を抑えるため
に、ＣＣＤラインセンサカメラ３にシャッタなどを取り
付け、いわゆる被写体ブレを防ぐために瞬時（短時間）
のみ検出することが考えられるが、高価になるばかりで
なく機械的要素が増加してしまう。そこで、本発明にお
いては、路面（移動面）の照明をストロボ状に点滅させ
ることにより、点灯時のパターン入力に対し、消灯時の
パターン入力を極小にすることによりＣＣＤの電荷蓄積
中に視野パターンが空間周波の波長近く移動しても、そ
の積分出力が零にならず、その結果、抽出される空間周
波成分の低下が抑えられる。
【０００８】以下、本発明を図面を用いて詳しく説明す
る。
る。
【０００９】図１は、本発明の空間フィルタを用いた移
動距離測定装置における空間フィルタ演算装置を示すも
のである。３は、光学系（レンズ）１及び移動方向に沿
って配列されたｎ個の画素からなる視野Ｌ（視野Ｌ＝１
画素の長さ×画素数ｎ）を有するＣＣＤラインセンサで
構成されたＣＣＤラインセンサカメラであり、路面の明
暗パターンに応じた反射光を検出する。検出された反射
光信号は所定の周期でサンプリングされ読出回路４で読
出され，Ａ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換されて路面の明暗
パターンに応じたデータ信号Ｄi（Ｄ1,Ｄ2,……Ｄn）に
変換される。そして、荷重関数発生回路６から空間フィ
ルタとしての透過率分布を模擬する空間荷重関数（Ｃ
i：余弦荷重関数、Ｓi：正弦荷重関数）を得、該空間荷
重関数とデータ信号Ｄiとの積和演算を行ない、位相演
算部７において積和演算値から位相空間上における空間
周波成分ベクトルＺ（図２）を求める。移動物体（図示
せず）の前回サンプリング位置における前回検出ベクト
ルＺ１と、今回サンプリング位置における今回検出ベク
トルＺ２の位相差角Δφは、移動物体が移動した距離に
基づいた位相空間上における位相移動角である。したが
って、該位相移動角Δφ(rad)から、移動物体の移動距
離を求めることができる。
動距離測定装置における空間フィルタ演算装置を示すも
のである。３は、光学系（レンズ）１及び移動方向に沿
って配列されたｎ個の画素からなる視野Ｌ（視野Ｌ＝１
画素の長さ×画素数ｎ）を有するＣＣＤラインセンサで
構成されたＣＣＤラインセンサカメラであり、路面の明
暗パターンに応じた反射光を検出する。検出された反射
光信号は所定の周期でサンプリングされ読出回路４で読
出され，Ａ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換されて路面の明暗
パターンに応じたデータ信号Ｄi（Ｄ1,Ｄ2,……Ｄn）に
変換される。そして、荷重関数発生回路６から空間フィ
ルタとしての透過率分布を模擬する空間荷重関数（Ｃ
i：余弦荷重関数、Ｓi：正弦荷重関数）を得、該空間荷
重関数とデータ信号Ｄiとの積和演算を行ない、位相演
算部７において積和演算値から位相空間上における空間
周波成分ベクトルＺ（図２）を求める。移動物体（図示
せず）の前回サンプリング位置における前回検出ベクト
ルＺ１と、今回サンプリング位置における今回検出ベク
トルＺ２の位相差角Δφは、移動物体が移動した距離に
基づいた位相空間上における位相移動角である。したが
って、該位相移動角Δφ(rad)から、移動物体の移動距
離を求めることができる。
【００１０】移動距離Ｘ(m)は、 Ｘ(m)＝（Ｌ(m)／ｆ）×（１／2π）×Δφ L:視野(m) (CCD画素数ｎ×1画素数の長さ) f:空間周波（視野Ｌ内の波数） Δφ：位相移動角(rad) となる。
【００１１】このような、移動距離測定装置は、移動物
体の移動速度がＣＣＤラインセンサ２の電荷蓄積時間に
比べて遅く、路面の明暗に応じた検出出力に比例した電
荷が充分に蓄積できる場合は正確に移動距離を測定する
ことができるが、ＣＣＤラインセンサの蓄積時間に比べ
て高速で移動している場合は該ＣＣＤラインセンサ２は
その蓄積時間内での移動による路面の明暗パターンの変
化にともなった反射光を検出することになるから、路面
位置によって決まった明暗パターンの検出をすることが
できないので、正確な移動距離の測定はできない。すな
わち、いま図３に示すように、路面上の明暗パターンの
空間周波成分パターンが波形（イ）であるとすると、移
動物体の移動速度がＣＣＤの蓄積時間に比べ遅い場合、
視野（Ｌ）内のｎ個の画素は空間周波成分パターン波形
（イ）に相当した電荷を蓄積し、位相角Δφだけ移動し
た後には空間周波成分パターン波形（ロ）に相当した電
荷を蓄積するから、空間フィルタ演算装置（図１）によ
って路面上における明暗パターンの空間周波成分パター
ンを正確に抽出することができるが、移動速度がＣＣＤ
蓄積時間に比べ速い場合は、視野（Ｌ）内のｎ個の画素
はその蓄積時間内に空間周波成分パターン波形（イ）か
ら同じく蓄積時間内で移動する位置における空間周波成
分パターン波形（ロ）までの変化する空間周波成分パタ
ーン波形に相当した電荷を蓄積することになるから空間
フィルタ演算装置（図１）によって路面位置で決まる明
暗パターンの空間周波成分を正確に抽出することはでき
ない。このような、移動速度が速いときの空間周波成分
パターンの抽出が正確に行なうことができない原因は、
照明光源８が一定光であるからＣＣＤ蓄積時間中に移動
した空間周波成分パターン波形（ロ）が同波形（イ）と
同一の大きさであるからであり、波形（ハ）で示すよう
にＣＣＤ蓄積時間中に移動した空間周波成分パターンを
小さくすれば、ＣＣＤ蓄積時間中に蓄積される電荷は、
より路面位置で決まる空間周波成分波形（イ）に相当し
たものになり、空間フィルタ演算装置（図１）による空
間周波成分の抽出が正確に行なわれる。
体の移動速度がＣＣＤラインセンサ２の電荷蓄積時間に
比べて遅く、路面の明暗に応じた検出出力に比例した電
荷が充分に蓄積できる場合は正確に移動距離を測定する
ことができるが、ＣＣＤラインセンサの蓄積時間に比べ
て高速で移動している場合は該ＣＣＤラインセンサ２は
その蓄積時間内での移動による路面の明暗パターンの変
化にともなった反射光を検出することになるから、路面
位置によって決まった明暗パターンの検出をすることが
できないので、正確な移動距離の測定はできない。すな
わち、いま図３に示すように、路面上の明暗パターンの
空間周波成分パターンが波形（イ）であるとすると、移
動物体の移動速度がＣＣＤの蓄積時間に比べ遅い場合、
視野（Ｌ）内のｎ個の画素は空間周波成分パターン波形
（イ）に相当した電荷を蓄積し、位相角Δφだけ移動し
た後には空間周波成分パターン波形（ロ）に相当した電
荷を蓄積するから、空間フィルタ演算装置（図１）によ
って路面上における明暗パターンの空間周波成分パター
ンを正確に抽出することができるが、移動速度がＣＣＤ
蓄積時間に比べ速い場合は、視野（Ｌ）内のｎ個の画素
はその蓄積時間内に空間周波成分パターン波形（イ）か
ら同じく蓄積時間内で移動する位置における空間周波成
分パターン波形（ロ）までの変化する空間周波成分パタ
ーン波形に相当した電荷を蓄積することになるから空間
フィルタ演算装置（図１）によって路面位置で決まる明
暗パターンの空間周波成分を正確に抽出することはでき
ない。このような、移動速度が速いときの空間周波成分
パターンの抽出が正確に行なうことができない原因は、
照明光源８が一定光であるからＣＣＤ蓄積時間中に移動
した空間周波成分パターン波形（ロ）が同波形（イ）と
同一の大きさであるからであり、波形（ハ）で示すよう
にＣＣＤ蓄積時間中に移動した空間周波成分パターンを
小さくすれば、ＣＣＤ蓄積時間中に蓄積される電荷は、
より路面位置で決まる空間周波成分波形（イ）に相当し
たものになり、空間フィルタ演算装置（図１）による空
間周波成分の抽出が正確に行なわれる。
【００１２】そこで、本発明は、空間フィルタ演算装置
（図１）における路面の照明光源４を、ストロボ状の光
源すなわちＣＣＤ蓄積時間に比して短時間の点灯時間を
有する光源を点滅させることにより、その点灯時間にお
いて波形（イ）、消灯時間において波形（ロ）に相当す
る電荷を蓄積するようにしたものである。このようにす
ると、ＣＣＤは短時間の反射光の検出となるから検出出
力が低下するがそれを抑えるためには光源の光度を上げ
るなどの対策を講じればよい。
（図１）における路面の照明光源４を、ストロボ状の光
源すなわちＣＣＤ蓄積時間に比して短時間の点灯時間を
有する光源を点滅させることにより、その点灯時間にお
いて波形（イ）、消灯時間において波形（ロ）に相当す
る電荷を蓄積するようにしたものである。このようにす
ると、ＣＣＤは短時間の反射光の検出となるから検出出
力が低下するがそれを抑えるためには光源の光度を上げ
るなどの対策を講じればよい。
【００１３】
【発明の効果】 以上のように、本発明によれば、路面
（移動面）への照明光源をＣＣＤラインセンサ蓄積時間
に比して短時間の点灯時間を有する光源とし、その光源
を点滅させることにより、移動体が高速で移動する場合
においても、ＣＣＤラインセンサによって安定かつ正確
に路面位置で決まる明暗パターンの空間周波成分パター
ンを検出することができるから、移動体の移動距離を正
確に測定することができる。
（移動面）への照明光源をＣＣＤラインセンサ蓄積時間
に比して短時間の点灯時間を有する光源とし、その光源
を点滅させることにより、移動体が高速で移動する場合
においても、ＣＣＤラインセンサによって安定かつ正確
に路面位置で決まる明暗パターンの空間周波成分パター
ンを検出することができるから、移動体の移動距離を正
確に測定することができる。
【００１４】また、路面（移動面）照明用光源は、移動
体が低速で移動する場合においても検出に必要な時間の
み点灯することになるから、消費電力の低減を図ること
ができる。
体が低速で移動する場合においても検出に必要な時間の
み点灯することになるから、消費電力の低減を図ること
ができる。
【図１】本願発明の空間周波演算装置
【図２】空間周波成分ベクトルの移動を説明するベクト
ル図
ル図
【図３】空間周波成分パターンの移動を説明するパター
ン波形
ン波形
１：光学レンズ ２：ＣＣＤラインセンサ ３：ＣＣＤカメラ ４：読出回路 ５：Ａ／Ｄ変換器 ６：荷重関数発生回路 ７：空間フィルタ演算装置の位相演算部 ８：路面（移動面）照明用光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30
Claims (1)
- 【請求項１】 移動物体の下面に取り付けられ移動方向
に沿って配置された１つのＣＣＤラインセンサと、 前記ＣＣＤラインセンサによって検出された移動面の明
暗パターン検出出力を、所定の周期でサンプリングし読
み出す読出回路と、 前記ＣＣＤラインセンサの視野内に相当する位相角内に
配置される空間荷重関数を発生する空間荷重関数回路
と、 前記読出回路から出力されるサンプリングされた明暗パ
ターン出力のデータ値と、前記空間荷重関数発生回路か
ら出力される空間荷重関数値との積和演算をする積和演
算回路と、 前記積和演算回路の出力により位相空間上の空間周波成
分ベクトルを検出し、前回サンプリングによる検出ベク
トルと今回サンプリングによる検出ベクトルから両検出
ベクトルの位相差を演算する位相演算部からなる空間フ
ィルタ演算回路と、 前記位相差から移動物体の移動距離を演算する移動距離
演算回路と、前記ＣＣＤラインセンサ蓄積時間に比して短時間の点灯
時間を有する光源を点滅させる１つの移動面照明用の照
明装置とを具備し、前記点灯時間においては、路面上の
明暗パターンの空間周波成分パターン波形に相当する電
荷をＣＣＤラインセンサに蓄積し、消灯時間において
は、ＣＣＤラインセンサ蓄積時間中に移動した空間周波
成分パターン波形に相当する電荷をＣＣＤラインセンサ
に蓄積するようにした ことを特徴とする空間フィルタを
用いた移動距離測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4122408A JP3072675B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 空間フィルタを用いた移動距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4122408A JP3072675B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 空間フィルタを用いた移動距離測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05312515A JPH05312515A (ja) | 1993-11-22 |
| JP3072675B2 true JP3072675B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=14835067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4122408A Expired - Fee Related JP3072675B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 空間フィルタを用いた移動距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3072675B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040086940A (ko) | 2003-04-03 | 2004-10-13 | 엘지전자 주식회사 | 이미지센서를 채용한 이동로봇 및 그의 이동거리 측정방법 |
| DE102009035336B3 (de) * | 2009-07-22 | 2010-11-18 | Faro Technologies, Inc., Lake Mary | Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung |
-
1992
- 1992-05-15 JP JP4122408A patent/JP3072675B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05312515A (ja) | 1993-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |