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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024116871
(43)【公開日】2024-08-28
(54)【発明の名称】測距装置及び測距システム
(51)【国際特許分類】
G01S 17/42 20060101AFI20240821BHJP
G01S 17/86 20200101ALI20240821BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20240821BHJP
【ＦＩ】
G01S17/42
G01S17/86
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023022701
(22)【出願日】2023-02-16
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】木村 克行
(72)【発明者】
【氏名】久保田 寛
(72)【発明者】
【氏名】上橋 雅志
(72)【発明者】
【氏名】羽田 隆二
(72)【発明者】
【氏名】中野 尚久
(72)【発明者】
【氏名】小林 広幸
(72)【発明者】
【氏名】高橋 雄介
(72)【発明者】
【氏名】大嶽 達哉
(72)【発明者】
【氏名】瀬戸 直人
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 美彦
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA06
2F112CA05
2F112CA12
2F112DA09
2F112DA15
2F112DA25
2F112DA28
2F112EA05
2F112FA19
2F112FA35
2F112GA01
5J084AA05
5J084AA10
5J084AC02
5J084AC03
5J084AC04
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA34
5J084BA35
5J084BA36
5J084BA40
5J084BA50
5J084BB01
5J084BB24
5J084BB25
5J084BB26
5J084BB27
5J084BB28
5J084CA03
5J084CA32
5J084CA65
5J084CA67
5J084CA70
5J084EA04
5J084EA22
(57)【要約】
【課題】課題は、解像度を維持しつつ、注目する範囲を測距することが可能な測距装置及び測距システムを提供すること。
【解決手段】実施形態の測距装置は、光源２３と、可動ミラー２５１と、光センサ２６と、計測回路２７と、第１制御回路２１とを含む。可動ミラー２５１は、光源２３から出射された第１レーザー光と、外部の被写体により反射された第１レーザー光に対応する第２レーザー光とのそれぞれを反射可能に設けられる。光センサ２６は、可動ミラー２５１により反射された第２レーザー光を検出する。計測回路２７は、光源２３が第１レーザー光を出射したタイミングと、光センサ２６が第２レーザー光を検出したタイミングとに基づいて、被写体との距離を計測する。第１制御回路２１は、外部からの第１信号に基づいて、第１レーザー光の出射方向を変更する。
【選択図】図３
【解決手段】実施形態の測距装置は、光源２３と、可動ミラー２５１と、光センサ２６と、計測回路２７と、第１制御回路２１とを含む。可動ミラー２５１は、光源２３から出射された第１レーザー光と、外部の被写体により反射された第１レーザー光に対応する第２レーザー光とのそれぞれを反射可能に設けられる。光センサ２６は、可動ミラー２５１により反射された第２レーザー光を検出する。計測回路２７は、光源２３が第１レーザー光を出射したタイミングと、光センサ２６が第２レーザー光を検出したタイミングとに基づいて、被写体との距離を計測する。第１制御回路２１は、外部からの第１信号に基づいて、第１レーザー光の出射方向を変更する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源と、
前記光源から出射された第１レーザー光と、外部の被写体により反射された前記第１レーザー光に対応する第２レーザー光とのそれぞれを反射可能な可動ミラーと、
前記可動ミラーにより反射された前記第２レーザー光を検出する光センサと、
前記光源が前記第１レーザー光を出射したタイミングと、前記光センサが前記第２レーザー光を検出したタイミングとに基づいて、前記被写体との距離を計測する計測回路と、
外部からの第１信号に基づいて、前記第１レーザー光の出射方向を変更する第１制御回路と、
を備える、測距装置。
前記光源から出射された第１レーザー光と、外部の被写体により反射された前記第１レーザー光に対応する第２レーザー光とのそれぞれを反射可能な可動ミラーと、
前記可動ミラーにより反射された前記第２レーザー光を検出する光センサと、
前記光源が前記第１レーザー光を出射したタイミングと、前記光センサが前記第２レーザー光を検出したタイミングとに基づいて、前記被写体との距離を計測する計測回路と、
外部からの第１信号に基づいて、前記第１レーザー光の出射方向を変更する第１制御回路と、
を備える、測距装置。
【請求項2】
前記第１制御回路は、等速で回転する前記可動ミラーが１回転する間に前記光源が前記第１レーザー光を間欠的に出射するタイミングを変更することによって、前記第１レーザー光の出射方向を変更する、
請求項１に記載の測距装置。
請求項１に記載の測距装置。
【請求項3】
輸送機器に搭載される測距システムであって、
請求項１に記載の測距装置と、
情報を収集する情報収集装置と、前記情報に基づいて前記第１信号を生成する第２制御回路と、を備える、
測距システム。
請求項１に記載の測距装置と、
情報を収集する情報収集装置と、前記情報に基づいて前記第１信号を生成する第２制御回路と、を備える、
測距システム。
【請求項4】
前記情報収集装置は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）装置を含み、
前記ＧＮＳＳ装置は、前記輸送機器の現在位置を衛星信号に基づいて算出し、前記情報の一部として出力する、
請求項３に記載の測距システム。
前記ＧＮＳＳ装置は、前記輸送機器の現在位置を衛星信号に基づいて算出し、前記情報の一部として出力する、
請求項３に記載の測距システム。
【請求項5】
前記輸送機器の進行経路の位置情報に関連付けられた測距方向の情報を含む第１データベースを記憶する記憶装置をさらに備え、
前記第２制御回路は、前記ＧＮＳＳ装置から受け取った前記輸送機器の現在位置の情報を用いて前記第１データベースを参照して、前記光源が現在位置に関連付けられた測距方向に前記第１レーザー光を出射するための制御パラメータを含む前記第１信号を生成する、
請求項４に記載の測距システム。
前記第２制御回路は、前記ＧＮＳＳ装置から受け取った前記輸送機器の現在位置の情報を用いて前記第１データベースを参照して、前記光源が現在位置に関連付けられた測距方向に前記第１レーザー光を出射するための制御パラメータを含む前記第１信号を生成する、
請求項４に記載の測距システム。
【請求項6】
前記情報収集装置は、カメラを含み、
前記カメラは、撮影した画像を前記情報の一部として出力する、
請求項３に記載の測距システム。
前記カメラは、撮影した画像を前記情報の一部として出力する、
請求項３に記載の測距システム。
【請求項7】
前記第２制御回路は、前記画像から前記輸送機器の進行経路を検出し、検出した前記進行経路に基づいて前記第１信号を生成する、
請求項６に記載の測距システム。
請求項６に記載の測距システム。
【請求項8】
前記第２制御回路は、前記光源が前記輸送機器からの距離が第１の距離である部分を含む方向に前記第１レーザー光を出射するための制御パラメータを含む前記第１信号を生成する、
請求項７に記載の測距システム。
請求項７に記載の測距システム。
【請求項9】
前記第１の距離は、前記進行経路に沿った距離である、
請求項８に記載の測距システム。
請求項８に記載の測距システム。
【請求項10】
前記第２制御回路は、前記画像から支障物を検出し、前記光源が前記支障物の位置に前記第１レーザー光を出射することが可能な制御パラメータを含む前記第１信号を生成する、
請求項６に記載の測距システム。
請求項６に記載の測距システム。
【請求項11】
前記支障物に対応する複数の障害物のそれぞれの形状の情報を含む第２データベースを記憶する記憶装置をさらに備え、
前記第２制御回路は、前記画像において前記複数の障害物のそれぞれの形状の情報との類似度の高い部分を、前記支障物が存在すると判定する、
請求項１０に記載の測距システム。
前記第２制御回路は、前記画像において前記複数の障害物のそれぞれの形状の情報との類似度の高い部分を、前記支障物が存在すると判定する、
請求項１０に記載の測距システム。
【請求項12】
前記第２制御回路は、前記画像から前記輸送機器の進行経路を検出し、前記支障物が前記進行経路上に位置する場合に、前記光源が前記支障物の位置を含む方向に前記第１レーザー光の出射することが可能な制御パラメータを含む前記第１信号を生成する、
請求項１０に記載の測距システム。
請求項１０に記載の測距システム。
【請求項13】
前記測距システムを搭載する可動台をさらに備え、
前記第２制御回路は、前記情報に基づいて前記可動台を制御することによって、前記第１レーザー光の出射方向を変更する、
請求項３に記載の測距システム。
前記第２制御回路は、前記情報に基づいて前記可動台を制御することによって、前記第１レーザー光の出射方向を変更する、
請求項３に記載の測距システム。
【請求項14】
前記輸送機器は、鉄道車両である、
請求項３乃至請求項１３のいずれかに記載の測距システム。
請求項３乃至請求項１３のいずれかに記載の測距システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
実施形態は、測距装置及び測距システムに関する。
【背景技術】
【0002】
ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）と呼ばれる測距装置が知られている。ＬｉＤＡＲは、レーザー光を測距ターゲットに向けて出射する。出射されたレーザー光は、測距ターゲットにより反射され、ＬｉＤＡＲの光センサによって検出される。これにより、ＬｉＤＡＲは、レーザー光を出射した時間と、測距ターゲットにより反射されたレーザー光を検出した時間とに基づいて、ＬｉＤＡＲと測距ターゲットとの間の距離を計測することができる。ＬｉＤＡＲにおいて、取得可能な距離情報の画角と解像度とは、トレードオフの関係を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６２７２３４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
課題は、解像度を維持しつつ、注目する範囲を測距することが可能な測距装置及び測距システムを提供すること。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の測距装置は、光源と、可動ミラーと、光センサと、計測回路と、第１制御回路とを含む。可動ミラーは、光源から出射された第１レーザー光と、外部の被写体により反射された第１レーザー光に対応する第２レーザー光とのそれぞれを反射可能に設けられる。光センサは、可動ミラーにより反射された第２レーザー光を検出する。計測回路は、光源が第１レーザー光を出射したタイミングと、光センサが第２レーザー光を検出したタイミングとに基づいて、被写体との距離を計測する。第１制御回路は、外部からの第１信号に基づいて、第１レーザー光の出射方向を変更する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態に係る測距システムの構成の一例を示す概略図。
【図2】第１実施形態に係る情報処理装置の構成の一例を示すブロック図。
【図3】第１実施形態に係る測距装置の構成の一例を示すブロック図。
【図4】第１実施形態に係る測距装置が備える光学系の構成の一例を示す概略図。
【図5】第１実施形態に係る測距装置によるスキャン領域の構成の一例を示す概略図。
【図6】第１実施形態に係る測距装置における測距方向の設定例を示すタイミングチャート。
【図7】第１実施形態に係る測距システムの機能構成の一例を示すブロック図。
【図8】第１実施形態に係る測距システムの測距動作の一例を示すフローチャート。
【図9】第２実施形態に係る測距システムの構成の一例を示す概略図。
【図10】第２実施形態に係る測距システムの機能構成の一例を示すブロック図。
【図11】第３実施形態に係る測距システムの構成の一例を示すブロック図。
【図12】第３実施形態に係る測距システムの機能構成の一例を示すブロック図。
【図13】第３実施形態に係る測距システムの測距方向調整動作の一例を示すフローチャート。
【図14】第３実施形態に係る測距システムによる測距方向の調整例を示す概略図。
【図15】第４実施形態に係る測距システムの機能構成の一例を示すブロック図。
【図16】第４実施形態に係る測距システムの測距方向調整動作の一例を示すフローチャート。
【図17】第４実施形態に係る測距システムによる測距方向の調整例を示す概略図。
【図18】第５実施形態に係る測距システムの機能構成の一例を示すブロック図。
【図19】第５実施形態に係る測距システムの測距方向調整動作の一例を示すフローチャート。
【図20】第５実施形態に係る測距システムによる測距方向の調整例を示す概略図。
【図21】第６実施形態に係る情報処理装置に記憶された設定情報の一例を示すテーブル。
【図22】第６実施形態に係る測距システムの測距方向調整動作の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、各実施形態について図面を参照して説明する。各実施形態は、発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示している。図面は、模式的又は概念的なものである。各図面の寸法及び比率等は、必ずしも現実のものと同一とは限らない。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素には、同一の符号が付加されている。
【0008】
＜１＞第１実施形態
以下に、第１実施形態に係る測距システム１について説明する。
以下に、第１実施形態に係る測距システム１について説明する。
【0009】
＜１－１＞構成
＜１－１－１＞測距システム１の構成
図１は、第１実施形態に係る測距システム１の構成の一例を示す概略図である。図１は、測距システム１を備える輸送機器ＶＥが所定の経路を移動している状況を示している。図１に示すように、測距システム１は、情報処理装置１０及び測距装置２０を備える。輸送機器ＶＥは、例えば、車両、列車、航空機、船舶である。
＜１－１－１＞測距システム１の構成
図１は、第１実施形態に係る測距システム１の構成の一例を示す概略図である。図１は、測距システム１を備える輸送機器ＶＥが所定の経路を移動している状況を示している。図１に示すように、測距システム１は、情報処理装置１０及び測距装置２０を備える。輸送機器ＶＥは、例えば、車両、列車、航空機、船舶である。
【0010】
情報処理装置１０は、例えば、自身の状態や、輸送機器ＶＥの現在位置や、周辺環境などの情報を収集する装置を有する。また、情報処理装置１０は、測距装置２０を制御可能に構成される。情報処理装置１０は、収集した情報に基づいて、測距装置２０に対して測距方向を指示し得る。なお、情報処理装置１０は、輸送機器ＶＥの加減速や進行方向などを制御可能に構成されてもよい。すなわち、情報処理装置１０は、輸送機器ＶＥの自律走行を支援する機能を有していてもよい。
【0011】
測距装置２０は、ＬｉＤＡＲの一種である。測距装置２０は、レーザー光を出射し、被写体（測距ターゲット）により反射されたレーザー光を検出する。そして、測距装置２０は、レーザー光の出射時刻と反射されたレーザー光の検出時刻とに基づいて、測距装置２０と被写体との間の距離を計測する。測距装置２０は、例えば、輸送機器ＶＥの前方に搭載（設置）され、輸送機器ＶＥの進行方向における所定の画角の距離情報を取得する。また、測距装置２０は、情報処理装置１０の指示に基づいて、画角を変更することなく測距方向を変更し得る。本明細書では、測距装置２０の画角、すなわち測距装置２０により測距される範囲のことを、“ＦＯＶ（Field Of View）”とも呼ぶ。
【0012】
＜１－１－２＞情報処理装置１０の構成
図２は、第１実施形態に係る情報処理装置１０の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、情報処理装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、ストレージ装置１４、ユーザインターフェース１５、通信インターフェース１６、及び情報収集装置１７を備える。
図２は、第１実施形態に係る情報処理装置１０の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、情報処理装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、ストレージ装置１４、ユーザインターフェース１５、通信インターフェース１６、及び情報収集装置１７を備える。
【0013】
ＣＰＵ１１は、様々なプログラムを実行することが可能な集積回路である。ＣＰＵ１１、情報処理装置１０の全体の動作を制御する。ＲＯＭ１２は、不揮発性の半導体メモリである。ＲＯＭ１２は、情報処理装置１０の制御プログラムや制御データ等を記憶する。ＲＡＭ１３は、例えば、揮発性の半導体メモリである。ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１の作業領域として使用される。例えば、ＲＡＭ１３には、ＲＯＭ１２に記憶された制御プログラムや制御データ等が展開される。ストレージ装置１４は、データやプログラム等の記憶に使用される記憶媒体である。ストレージ装置１４には、例えば、輸送機器ＶＥが移動可能な経路の情報を含む地図情報が記憶される。
【0014】
ユーザインターフェース１５は、ユーザにより使用される入力インターフェースである。ユーザは、ユーザインターフェース１５を用いて、情報処理装置１０を操作し得る。通信インターフェース１６は、ネットワークに接続可能なインターフェース回路である。通信インターフェース１６は、測距装置２０と通信可能に構成される。すなわち、情報処理装置１０は、通信インターフェース１６を介して測距装置２０を制御し得る。情報収集装置１７は、現在位置に関する情報や輸送機器ＶＥの状態に関する情報や輸送機器ＶＥの周囲に関する情報を収集する。情報収集装置１７は、例えば、カメラやセンサ等を含む。
【0015】
なお、ストレージ装置１４に記憶される情報は、ネットワーク上のサーバーを介してダウンロードされてもよい。ストレージ装置１４や情報収集装置１７は、情報処理装置１０に外部接続されてもよい。情報処理装置１０は、ネットワーク上の端末の制御に基づいて動作してもよいし、ネットワーク上のサーバーに記憶された情報に基づいて動作してもよい。情報処理装置１０は、ネットワークを介して接続された複数の装置により構築されたシステムであってもよい。情報処理装置１０により使用されるネットワークは、有線であってもよいし、無線であってもよいし、有線と無線との両方が使用されてもよい。
【0016】
＜１－１－３＞測距装置２０の構成
図３は、第１実施形態に係る測距装置２０の構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、測距装置２０は、例えば、測距制御装置２１、レーザードライバ２２、レーザーダイオード２３、ミラー制御装置２４、光学系２５、光センサ２６、及び計測装置２７を備える。光学系２５は、例えば、回転ミラー２５１を含む。
図３は、第１実施形態に係る測距装置２０の構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、測距装置２０は、例えば、測距制御装置２１、レーザードライバ２２、レーザーダイオード２３、ミラー制御装置２４、光学系２５、光センサ２６、及び計測装置２７を備える。光学系２５は、例えば、回転ミラー２５１を含む。
【0017】
測距制御装置２１は、測距装置２０の全体の動作を制御する。測距制御装置２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び発振器を含む（図示せず）。測距制御装置２１のＲＯＭは、測距装置２０の制御プログラム等を記憶する。測距制御装置２１のＣＰＵは、制御プログラムに従って、レーザードライバ２２、ミラー制御装置２４、光センサ２６、及び計測装置２７を制御する。測距制御装置２１のＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として使用される。発振器は、間欠的なパルス信号の生成に使用される。測距制御装置２１は、様々なデータ処理や、演算処理を実行可能に構成されてもよい。
【0018】
レーザードライバ２２は、レーザーダイオード２３を駆動する。すなわち、レーザードライバ２２は、レーザーダイオード２３の電流供給源として機能する。レーザーダイオード２３は、レーザードライバ２２により供給された駆動電流に基づいて、レーザ光を出射する。レーザーダイオード２３により出射されたレーザ光は、光学系２５に入射する。測距制御装置２１は、レーザーダイオード２３が間欠的にレーザー光を出射するようにレーザードライバ２２を制御する。以下では、パルス信号に基づいて生成されるレーザー光のことを、“パルスレーザー”とも呼ぶ。測距装置２０において、パルスレーザーは、所定のパルス幅及び周期で出射される。
【0019】
ミラー制御装置２４は、光学系２５に含まれた回転ミラー２５１を駆動する。すなわち、ミラー制御装置２４は、回転ミラー２５１を回転させるためのモーターの電源回路として機能する。回転ミラー２５１は、ミラー制御装置２４により供給された駆動電流に基づいて駆動（回転）し、入射したレーザー光を反射する。回転ミラー２５１は、例えば、１つの軸を中心として回転可能に構成される。回転ミラー２５１は、両面ミラーであってもよいし、３以上の反射面（鏡面）を有するポリゴンミラーであってもよい。光学系２５は、レーザーダイオード２３や光センサ２６の配置に応じた光学素子をさらに有する。光学系２５の詳細な構成については後述する。なお、回転ミラー２５１の回転数は、測距制御装置２１の指示に基づいて変更され得る。回転ミラー２５１は、２軸のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーであってもよい。回転ミラー２５１としては、回転ミラーと、一部の領域のスキャンに割り当てられた１軸のＭＥＭＳミラーとの組み合わせが使用されてもよい。回転ミラー２５１は、“可動ミラー”と呼ばれてもよい。
【0020】
光センサ２６は、測距装置２０に入射した光を検知する受光素子である。光センサ２６は、レーザーダイオード２３から出射され且つ測距装置２０の外部の対象物により反射されたレーザー光が、光学系２５を介して入射するように配置される。そして、光センサ２６は、測距装置２０に入射したレーザー光を電気信号に変換する。それから、光センサ２６は、変換した電気信号の出力レベルを調整して、計測装置２７に出力する。光センサ２６は、光を電気信号に変換する素子として、例えば、光電子増倍素子を含む。光電子増倍素子としては、例えば、アバランシェフォトダイオードの一種である単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Single-Photon Avalanche Diode）が使用される。
【0021】
計測装置２７は、光センサ２６から転送された受光結果に基づいて、光センサ２６がレーザー光を検出した時刻を計測する。例えば、計測装置２７は、受光結果を測距点数に応じて単位時間毎に積算し、積算された信号のピーク部分をレーザー光の検出時刻として判定する。そして、計測装置２７は、レーザーダイオード２３がレーザー光を出射した時刻と、被写体により反射されたレーザー光を検出した時刻との差に基づいて、レーザー光の飛行時間（ＴｏＦ：Time of Flight）を算出する。それから、計測装置２７は、レーザー光の飛行時間とレーザー光の速度とに基づいて、測距装置２０と被写体との間の距離を計測（測距）する。このような測距方法は、“ＴｏＦ方式”とも呼ばれる。計測装置２７は、測距装置２０が出射するレーザー光毎に、測距結果を情報処理装置１０に出力する。
【0022】
なお、計測装置２７は、レーザーダイオード２３がレーザー光を出射した時刻を、例えば、測距制御装置２１からの通知により取得する。レーザー光が出射された時刻は、レーザーダイオード２３から出射されたレーザー光を測距装置２０内の光センサによって検出することによって計測されてもよい。計測装置２７は、測距制御装置２１の指示に基づいて、受光結果の積算設定を変更し得る。
【0023】
また、測距制御装置２１は、情報処理装置１０の指示に基づいて、レーザーダイオード２３にパルスレーザーを出射させる周期及びタイミングや、回転ミラー２５１の回転速度や、計測装置２７による受光結果の積算設定などを変更することができる。これにより、測距制御装置２１は、測距装置２０の画角及び測距点数を変更することができる。言い換えると、測距制御装置２１は、情報処理装置１０から転送された画角及び測距点数の設定に基づいて、レーザードライバ２２、ミラー制御装置２４、及び計測装置２７のそれぞれの設定を連携して変更することができる。
【0024】
（光学系２５の構成）
図４は、第１実施形態に係る測距装置２０が備える光学系２５の構成の一例を示す概略図である。図４は、レーザーダイオード２３、光センサ２６、及び物体ＯＢも併せて示している。図４に示すように、光学系２５は、例えば、光学素子２５２、２５３及び２５４をさらに有する。光学素子２５２及び２５４のそれぞれは、例えば、レンズやミラーである。光学素子２５２及び２５４のそれぞれは、複数のレンズ及び複数のミラーの組み合わせにより構成されてもよい。光学素子２５３は、例えば、ハーフミラーや穴あきミラーである。以下では、レーザーダイオード２３により出射されるパルスレーザーのことを、“出射光ＬＥ”とも呼ぶ。物体ＯＢにより反射されたパルスレーザー（出射光ＬＥ）のことを、“反射光ＬＲ”とも呼ぶ。
図４は、第１実施形態に係る測距装置２０が備える光学系２５の構成の一例を示す概略図である。図４は、レーザーダイオード２３、光センサ２６、及び物体ＯＢも併せて示している。図４に示すように、光学系２５は、例えば、光学素子２５２、２５３及び２５４をさらに有する。光学素子２５２及び２５４のそれぞれは、例えば、レンズやミラーである。光学素子２５２及び２５４のそれぞれは、複数のレンズ及び複数のミラーの組み合わせにより構成されてもよい。光学素子２５３は、例えば、ハーフミラーや穴あきミラーである。以下では、レーザーダイオード２３により出射されるパルスレーザーのことを、“出射光ＬＥ”とも呼ぶ。物体ＯＢにより反射されたパルスレーザー（出射光ＬＥ）のことを、“反射光ＬＲ”とも呼ぶ。
【0025】
光学素子２５２は、レーザーダイオード２３から出射された出射光ＬＥを、光学素子２５３に導く。光学素子２５２により導かれた出射光ＬＥは、光学素子２５３を透過又は通過して、回転ミラー２５１に照射される。回転ミラー２５１は、照射された出射光ＬＥを、照射面に対する出射光ＬＥの入射角度に応じた方向に反射する。反射された出射光ＬＥは、測距装置２０の外部で出射光ＬＥの進行方向に位置する物体ＯＢにより反射される。 物体ＯＢからの反射光ＬＲは、回転ミラー２５１により反射されて、光学素子２５３に照射される。光学素子２５３は、回転ミラー２５１により反射された反射光ＬＲを、光学素子２５４に向けて反射する。光学素子２５４は、光学素子２５３により反射された反射光ＬＲを、光センサ２６に導く。光センサ２６は、光学素子２５４により導かれた反射光ＬＲを電気信号に変換して、計測装置２７に出力する。
【0026】
本明細書では、回転ミラー２５１が６つの反射面Ｓ１～Ｓ６を有するポリゴンミラーである場合が例示されている。反射面Ｓ１～Ｓ６のそれぞれのチルト角は、異なっている。測距制御装置２１は、一定の画角及び測距レートに基づいた一定の回転速度で回転するように回転ミラー２５１を制御する。測距装置２０は、間欠的に出射される出射光ＬＥと回転ミラー２５１とによって、測距したい場所を２次元的にスキャンすることができる。
【0027】
以下では、測距装置２０によりスキャンされ得る領域のことを、“スキャン領域ＳＡ”と呼ぶ。１回のスキャンに対応する複数点の測距結果の組のことを“フレーム”と呼ぶ。１フレームの画像は、例えば、回転ミラー２５１の１回転に対応して生成される。測距装置２０は、スキャンを連続的に実行することによって、測距装置２０の前方の物体ＯＢとの距離情報を逐次取得することができる。なお、光学系２５は、レーザー光を用いたスキャンが可能な構成を有していれば良く、その他の構成であってもよい。
【0028】
（スキャン領域ＳＡの構成）
図５は、第１実施形態に係る測距装置２０によるスキャン領域ＳＡの構成の一例を示す概略図である。図５は、スキャン領域ＳＡにおける１フレーム分の出射光ＬＥの出射方向の一例を示している。図５に示すように、出射光ＬＥは、ＰＱＲ空間に照射される。Ｒ軸は、測距装置２０から被写体に向かう軸であり、例えば、出射光ＬＥの出射方向の中心に沿っている。ＰＱ面は、Ｒ軸に直交し、出射光ＬＥの出射口から同心円状に広がる曲面である。Ｐ軸及びＱ軸は、ＰＱ面内において互いに直交する軸である。各出射光ＬＥに基づいて計測される距離データは、例えば、ＰＱ面への写像として生成される。測距システム１は、空間ＰＱＲに存在する物体までの距離データをスキャン領域ＳＡ内のＦＯＶに対応づけてマッピングし、ＦＯＶに存在する物体までの距離を認識することができる。
図５は、第１実施形態に係る測距装置２０によるスキャン領域ＳＡの構成の一例を示す概略図である。図５は、スキャン領域ＳＡにおける１フレーム分の出射光ＬＥの出射方向の一例を示している。図５に示すように、出射光ＬＥは、ＰＱＲ空間に照射される。Ｒ軸は、測距装置２０から被写体に向かう軸であり、例えば、出射光ＬＥの出射方向の中心に沿っている。ＰＱ面は、Ｒ軸に直交し、出射光ＬＥの出射口から同心円状に広がる曲面である。Ｐ軸及びＱ軸は、ＰＱ面内において互いに直交する軸である。各出射光ＬＥに基づいて計測される距離データは、例えば、ＰＱ面への写像として生成される。測距システム１は、空間ＰＱＲに存在する物体までの距離データをスキャン領域ＳＡ内のＦＯＶに対応づけてマッピングし、ＦＯＶに存在する物体までの距離を認識することができる。
【0029】
具体的には、測距制御装置２１は、設定されたＦＯＶに基づいたタイミングで出射光ＬＥを間欠的に出射するようにレーザードライバ２２やミラー制御装置２４等を制御することによって、Ｐ方向（横方向）のスキャンを実現する。６つの反射面Ｓ１～Ｓ６を有する回転ミラー２５１が使用される場合、スキャン領域ＳＡは、第１行ＳＳ１～第６行ＳＳ６を含む。第１行ＳＳ１～第６行ＳＳ６のスキャン位置は、それぞれ反射面Ｓ１～Ｓ６のチルト角に基づいている。すなわち、測距装置２０は、回転ミラー２５１の回転により異なる反射面に出射光ＬＥが照射されることによって、Ｑ方向（縦方向）でシフトした複数行のスキャンを実現する。さらに、測距装置２０は、出射光ＬＥの出射タイミングを調整することによって、測距方向（ＦＯＶの位置）を変更できる。
【0030】
図５には、３種類のＦＯＶ１～ＦＯＶ３が示されている。ＦＯＶ１、ＦＯＶ２及びＦＯＶ３は、スキャン領域ＳＡの左側部分、中間部分、右側部分にそれぞれ対応付けられている。本例では、ＦＯＶ２に対応する出射光ＬＥが示されている。ＦＯＶ２の測距を実行する場合、測距制御装置２１は、ＦＯＶ２において間欠的に出射光ＬＥが出射されるように、レーザードライバ２２やミラー制御装置２４等を制御する。これにより、測距装置２０は、ＦＯＶ２における距離情報を取得できる。また、測距装置２０は、ＦＯＶ２と同様に、ＦＯＶ１及びＦＯＶ３のそれぞれに向けて選択的に出射光ＬＥを出射し、対応付けられたＦＯＶの距離情報を取得することができる。なお、本例では、互いに重ならない３種類のＦＯＶが例示されているが、ＦＯＶの位置はこれらに限定されない。測距装置２０は、スキャン領域ＳＡ内であれば、ＦＯＶの位置を任意の位置に変更することができる。
【0031】
なお、測距装置２０は、１つの出射光ＬＥに基づいて、１次元に配列された複数の画素（距離データ）を生成し得る。１次元に配列された複数の画素は、例えば、Ｑ軸に沿って並ぶ。測距装置２０は、１つの出射光ＬＥに関連付けられた計測に関する計測周期の処理を、第１行ＳＳ１～第６行ＳＳ６のそれぞれでＰ軸に沿って１次元的にシフトさせながら繰り返し実行する。これにより、測距装置２０は、設定されたＦＯＶにおける距離データを生成することができる。このようなスキャン方法は、“マルチチャネルラスタスキャン”とも呼ばれる。マルチチャネルラスタスキャンを実現する手段としては、縦方向に細長い形状の照射面を有する出射光ＬＥが使用される。なお、測距装置２０の１回のスキャンにおける行数やスキャン方向は、その他の設定であってもよい。
【0032】
（測距装置２０の測距方向の設定例）
以下に、測距装置２０の測距方向の設定例について説明する。
以下に、測距装置２０の測距方向の設定例について説明する。
【0033】
測距装置２０において、回転ミラー２５１の回転速度は、例えば、一定である。このため、回転ミラー２５１による出射光ＬＥの反射方向は、回転ミラー２５１の初期位置からの時間経過に基づいて決定され得る。従って、測距装置２０は、出射光ＬＥの出射方向を、回転ミラー２５１の初期位置からの時間経過に基づいて制御することができる。すなわち、測距装置２０は、出射光ＬＥの出射タイミングを制御することによって、回転ミラー２５１の回転数を細かく制御することなく、測距方向を制御することができる。
【0034】
図６は、第１実施形態に係る測距装置２０における測距方向の設定例を示すタイミングチャートである。図６は、図４に示された光学系２５の構成で、図５で例示されたＦＯＶ１～ＦＯＶ３のそれぞれに対応する測距方向を設定する方法の一例を示している。図６の“アクティブ（状態）”は、測距制御装置２１がレーザードライバ２２にパルス信号を供給し、レーザーダイオード２３が出射光ＬＥを間欠的に出射する状態を示している。図６の“非アクティブ（状態）”は、測距制御装置２１がレーザードライバ２２にパルス信号を供給せず、レーザーダイオード２３が出射光ＬＥを出射しない状態を示している。
【0035】
図６に示すように、本例において、１フレームは、６つの期間Ｐ１～Ｐ６に分割される。期間Ｐ１～Ｐ６は、出射光ＬＥが、回転ミラー２５１の反射面Ｓ１～Ｓ６によりそれぞれ反射される期間に対応する。期間Ｐ１は、時刻ｔ１－１、ｔ１－２及びｔ１－３を含む。期間Ｐ２は、時刻ｔ２－１、ｔ２－２及びｔ２－３を含む。期間Ｐ３は、時刻ｔ３－１、ｔ３－２及びｔ３－３を含む。期間Ｐ４は、時刻ｔ４－１、ｔ４－２及びｔ４－３を含む。期間Ｐ５は、時刻ｔ５－１、ｔ５－２及びｔ５－３を含む。期間Ｐ６は、時刻ｔ６－１、ｔ６－２及びｔ６－３を含む。時刻ｔ１－１、ｔ２－１、ｔ３－１、ｔ４－１、ｔ５－１、及びｔ６－１は、それぞれ期間Ｐ１～Ｐ６の開始時刻に対応する。時刻ｔ１－２、ｔ２－２、ｔ３－２、ｔ４－２、ｔ５－２、及びｔ６－２は、それぞれ期間Ｐ１～Ｐ６の開始時刻から第１時間経過した後の時刻に対応する。時刻ｔ１－３、ｔ２－３、ｔ３－３、ｔ４－３、ｔ５－３、及びｔ６－３は、それぞれ期間Ｐ１～Ｐ６の開始時刻から第１時間よりも長い第２時間経過した後の時刻に対応する。
【0036】
ＦＯＶ１を測距する設定では、測距装置２０が、時刻ｔ１－１、ｔ２－１、ｔ３－１、ｔ４－１、ｔ５－１、及びｔ６－１のそれぞれを起点としたサブ期間ＳＰ１においてアクティブ状態になり、その他の期間において非アクティブ状態になる。この場合、測距装置２０は、スキャン領域ＳＡの左側部分において出射光ＬＥを間欠的に照射し、サブ期間ＳＰ１に対応付けられた測距方向（ＦＯＶ１）を測距することができる。
【0037】
ＦＯＶ２を測距する設定では、測距装置２０が、時刻ｔ１－２、ｔ２－２、ｔ３－２、ｔ４－２、ｔ５－２、及びｔ６－２のそれぞれを起点としたサブ期間ＳＰ２においてアクティブ状態になり、その他の期間において非アクティブ状態になる。この場合、測距装置２０は、スキャン領域ＳＡの中間部分において出射光ＬＥを間欠的に照射し、サブ期間ＳＰ２に対応付けられた測距方向（ＦＯＶ２）を測距することができる。
【0038】
ＦＯＶ３を測距する設定では、測距装置２０が、時刻ｔ１－３、ｔ２－３、ｔ３－３、ｔ４－３、ｔ５－３、及びｔ６－３のそれぞれを起点としたサブ期間ＳＰ３においてアクティブ状態になり、その他の期間において非アクティブ状態になる。この場合、測距装置２０は、スキャン領域ＳＡの右側部分において出射光ＬＥを間欠的に照射し、サブ期間ＳＰ３に対応付けられた測距方向（ＦＯＶ３）を測距することができる。
【0039】
以上で説明されたように、測距装置２０は、レーザードライバ２２にパルス信号を供給するタイミングを制御することによって、測距方向を調整することができる。なお、画角を固定した状態で測距方向のみが変更される場合、サブ期間ＳＰ１、ＳＰ２及びＳＰ３のそれぞれの長さは、略等しく設定される。これは、測距方向が上記のＦＯＶ１～ＦＯＶ３と異なるＦＯＶに設定された場合においても同様である。また、注目する範囲をＦＯＶに含めることが可能であれば、期間Ｐ１～Ｐ６の間で、サブ期間ＳＰの開始タイミング及び終了タイミングがずれていてもよい
＜１－１－４＞測距システム１の機能構成
図７は、第１実施形態に係る測距システム１の機能構成の一例を示すブロック図である。図７に示すように、測距システム１において、情報処理装置１０は、情報処理部１０１及び画像処理部１０２として機能し、測距装置２０は、出射制御部２０１、投光部２０２、受光部２０３、及び計測部２０４として機能する。情報処理部１０１は、例えば、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ１３、及び情報収集装置１７に対応する機能ブロックである。画像処理部１０２は、例えば、ＣＰＵ１１及びＲＡＭ１３に対応する機能ブロックである。出射制御部２０１は、例えば、測距制御装置２１及びレーザードライバ２２に対応する機能ブロックである。投光部２０２は、レーザーダイオード２３及び光学系２５に対応する機能ブロックである。受光部２０３は、光学系２５及び光センサ２６に対応する機能ブロックである。計測部２０４は、計測装置２７に対応する機能ブロックである。
＜１－１－４＞測距システム１の機能構成
図７は、第１実施形態に係る測距システム１の機能構成の一例を示すブロック図である。図７に示すように、測距システム１において、情報処理装置１０は、情報処理部１０１及び画像処理部１０２として機能し、測距装置２０は、出射制御部２０１、投光部２０２、受光部２０３、及び計測部２０４として機能する。情報処理部１０１は、例えば、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ１３、及び情報収集装置１７に対応する機能ブロックである。画像処理部１０２は、例えば、ＣＰＵ１１及びＲＡＭ１３に対応する機能ブロックである。出射制御部２０１は、例えば、測距制御装置２１及びレーザードライバ２２に対応する機能ブロックである。投光部２０２は、レーザーダイオード２３及び光学系２５に対応する機能ブロックである。受光部２０３は、光学系２５及び光センサ２６に対応する機能ブロックである。計測部２０４は、計測装置２７に対応する機能ブロックである。
【0040】
情報処理部１０１は、情報収集装置１７のセンサ等から取得された情報に基づいて、測距装置２０の測距方向（ＦＯＶ）を決定する。そして、情報処理部１０１は、決定したＦＯＶに対応する制御パラメータを、出射制御部２０１と画像処理部１０２とのそれぞれに送信する。出射制御部２０１は、情報処理部１０１から受け取った制御パラメータに基づいて、投光部２０２にパルス信号を供給する。投光部２０２は、出射制御部２０１から受け取ったパルス信号に応じて出射光ＬＥを出射する。また、投光部２０２は、回転ミラー２５１の回転と、出射制御部２０１による出射光ＬＥの出射タイミングとの制御に基づいて、情報処理部１０１により決定された測距方向（ＦＯＶ）をスキャンする。
【0041】
受光部２０３は、ＦＯＶ内の物体ＯＢから反射された反射光ＬＲを受光して、電気信号に変換する。そして、受光部２０３は、変換した電気信号（受光結果）を計測部２０４に送信する。計測部２０４は、受光部２０３から受け取った各出射光ＬＥの受光結果に基づいて、各測距点における距離データを生成する。また、計測部２０４は、生成した距離データを、画像処理部１０２に送信する。画像処理部１０２は、計測部２０４から受け取った距離データと、情報処理部１０１から受け取った測距方向の情報とを用いて、フレーム単位で画像を生成する。画像処理部１０２により生成された画像は、測距装置２０とＦＯＶ内の物体ＯＢとの間の距離情報を含む。画像処理部１０２により生成された画像は、例えば、測距システム１が設置された車両などの制御プログラムによって参照される。
【0042】
【0043】
測距システム１は、例えば、輸送機器ＶＥが動作を開始すると、測距動作を開始する（開始）。
【0044】
まず、測距システム１は、測距設定をロードする（Ｓ１１）。測距設定は、例えば、画角、解像度、測距方向などの設定を含む。
【0045】
次に、測距システム１は、ロードした測距設定に基づいて測距を開始する（Ｓ１２）。すなわち、情報処理装置１０が、測距設定に基づく制御パラメータを測距装置２０に送信する。そして、測距装置２０が、受け取った制御パラメータに基づいた画角、解像度及び測距方向で測距を開始する。
【0046】
次に、測距システム１は、情報解析処理を実行する（Ｓ１３）。情報解析処理は、情報処理装置１０が情報収集装置１７のカメラやセンサなどによって収集された情報を解析する処理である。情報処理装置１０が解析する情報の具体例については、第３～第５実施形態で説明する。
【0047】
次に、測距システム１は、解析された情報に基づいて測距装置２０の測距方向を調整する（Ｓ１４）。すなわち、情報処理装置１０が、Ｓ１３の処理における解析結果に基づいたＦＯＶに対応する制御パラメータを、測距装置２０に送信する。そして、測距装置２０は、受け取った制御パラメータに基づいて、測距方向を調整する。測距装置２０は、測距方向の調整に、例えば、図６を用いて説明された方法を使用する。Ｓ１４の処理において、情報処理装置１０は、出射光ＬＥの出射タイミングを測距装置２０に指示してもよいし、プリセットされたＦＯＶの設定から解析結果に基づくＦＯＶの設定を指定してもよい。なお、以下では、Ｓ１３及びＳ１４の処理の組のことを、“測距方向調整動作”とも呼ぶ。
【0048】
次に、測距システム１は、測距動作の終了指示を受信したか否かを確認する（Ｓ１５）。測距動作の終了指示は、ユーザインターフェース１５を介して受け取ってもよいし、所定の条件に応じて生成されてもよい。
【0049】
Ｓ１５の処理において測距動作の終了指示を受信していない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ１３の処理に進む。これにより、定期的にＳ１３及びＳ１４の処理が実行され、輸送機器ＶＥの動作時において、測距方向が適宜変更される。
【0050】
Ｓ１５の処理において測距動作の終了指示を受信した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、測距システム１は、図８の一連の処理を終了する（終了）。
【0051】
＜１－３＞第１実施形態の効果
以上で説明された第１実施形態に係る測距システム１に依れば、解像度を維持しつつ、注目する範囲を測距することができる。以下に、第１実施形態の効果の詳細について説明する。
以上で説明された第１実施形態に係る測距システム１に依れば、解像度を維持しつつ、注目する範囲を測距することができる。以下に、第１実施形態の効果の詳細について説明する。
【0052】
輸送機器ＶＥの前方の被写体を検知する方法として、単眼カメラやステレオカメラを用いた手法が知られている。一方で、これらのカメラは、長距離の被写体の検出精度に課題を有する。これに対して、長距離の測距が可能な測距装置として、ＴｏＦ方式を利用したＬｉＤＡＲが知られている。ＬｉＤＡＲは、レーザー光の出射及び受光の組毎に測距する。このため、ＬｉＤＡＲの単位面積当たりの測距点数、すなわちＬｉＤＡＲの測距点数は、受光だけで画像を得ることが可能なカメラと比べて少ない。カメラにより取得される２次元画像は、例えば、２～２０メガピクセルである。一方で、ＬｉＤＡＲの１フレームで測距可能な点数は、例えば、０．１～０．２メガピクセル程度である。
【0053】
このように、ＬｉＤＡＲは、１フレームで測距可能な点数に制限を有する。測距点数が固定されている場合、ＬｉＤＡＲの解像度は、画角が広く設定されるほど低く、画角が狭く設定されるほど高くなる。従って、ＬｉＤＡＲにおいて要求される解像度を満たす方法としては、画角を狭くする、すなわちスキャン領域ＳＡ内の一部の測距方向（ＦＯＶ）に集中して出射光ＬＥを出射することが考えられる。これにより、ＬｉＤＡＲは、高い解像度の測距結果を取得することができ、長距離の被写体の検出精度を向上させることができる。しかしながら、狭い画角に設定されたＬｉＤＡＲでは、輸送機器ＶＥが注目すべき方向への測距がおろそかになるおそれがある。
【0054】
そこで、第１実施形態に係る測距システム１では、情報処理装置１０が、センサ等により収集した情報に基づいて、測距装置２０（ＬｉＤＡＲ）の測距方向を制御する。具体的には、情報処理装置１０は、収集した情報に基づいて、注目すべき被写体を含むように、測距装置２０の測距方向（ＦＯＶ）を決定する。そして、情報処理装置１０は、決定した測距方向の設定を測距装置２０に通知する。測距装置２０は、情報処理装置１０からの通知に基づいて、出射光ＬＥの出射タイミングを変更する。これにより、測距装置２０は、スキャン領域ＳＡ内で出射光ＬＥを照射する画角を固定しつつ、測距方向を輸送機器ＶＥが移動する上で注目すべき方向に変更することができる。
【0055】
以上で説明されたように、第１実施形態に係る測距システム１は、測距方向や解像度等を適切に設定することによって、長距離の被写体の検出精度を高めることができる。そして、測距システム１は、輸送機器ＶＥの前方でユースケースから要求される測距領域、すなわち注目する範囲の測距において、要求される測距解像度を確保することができる。また、測距システム１は、カメラ等で視界を確保できない領域における被写体の情報を、測距装置２０の方向制御により取得することができる。従って、測距システム１を利用する輸送機器ＶＥは、移動時における安全性を向上させることができる。
【0056】
＜２＞第２実施形態
第２実施形態に係る測距システム１Ａは、ＬｉＤＡＲの筐体が設置された可動台を利用することによって、ＬｉＤＡＲの測距方向を変更する。以下に、第２実施形態に係る測距システム１Ａについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
第２実施形態に係る測距システム１Ａは、ＬｉＤＡＲの筐体が設置された可動台を利用することによって、ＬｉＤＡＲの測距方向を変更する。以下に、第２実施形態に係る測距システム１Ａについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
【0057】
＜２－１＞構成
＜２－１－１＞測距システム１Ａの構成
図９は、第２実施形態に係る測距システム１Ａの構成の一例を示す概略図である。図９に示すように、測距システム１Ａは、例えば、情報処理装置１０Ａ（図示せず）、測距装置２０、及び可動台３０を備える。
＜２－１－１＞測距システム１Ａの構成
図９は、第２実施形態に係る測距システム１Ａの構成の一例を示す概略図である。図９に示すように、測距システム１Ａは、例えば、情報処理装置１０Ａ（図示せず）、測距装置２０、及び可動台３０を備える。
【0058】
情報処理装置１０Ａは、第１実施形態に係る情報処理装置１０と同様の構成を有し、可動台３０をさらに制御する。情報処理装置１０Ａは、情報収集装置１７により収集された情報に基づく制御信号を可動台３０に供給する。測距システム１Ａにおいて、測距装置２０は、可動台３０の上に設置されている。可動台３０は、情報処理装置１０Ａの制御に基づいて駆動する台である。可動台３０は、例えば、１つの軸を中心として回転可能に構成される。可動台３０が回転すると、可動台３０上の測距装置２０も回転する。なお、可動台３０は、多軸で稼働するように構成されてもよい。例えば、可動台３０は、測距装置２０の向きを、水平方向と垂直方向との両方で変えることが可能に構成されてもよい。測距装置２０が、可動台３０としての機能を有していてもよい。
【0059】
＜２－１－２＞測距システム１Ａの機能構成
図１０は、第２実施形態に係る測距システム１Ａの機能構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すように、情報処理装置１０Ａは、情報処理部１０１Ａ及び画像処理部１０２として機能し、測距装置２０は、第１実施形態と同様に、出射制御部２０１、投光部２０２、受光部２０３、及び計測部２０４として機能し、可動台３０は、モーター制御部３０１として機能する。情報処理部１０１Ａは、例えば、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ１３、及び情報収集装置１７に対応する機能ブロックである。モーター制御部３０１は、可動台３０に対応する機能ブロックである。
図１０は、第２実施形態に係る測距システム１Ａの機能構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すように、情報処理装置１０Ａは、情報処理部１０１Ａ及び画像処理部１０２として機能し、測距装置２０は、第１実施形態と同様に、出射制御部２０１、投光部２０２、受光部２０３、及び計測部２０４として機能し、可動台３０は、モーター制御部３０１として機能する。情報処理部１０１Ａは、例えば、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ１３、及び情報収集装置１７に対応する機能ブロックである。モーター制御部３０１は、可動台３０に対応する機能ブロックである。
【0060】
情報処理部１０１Ａは、第１実施形態の情報処理部１０１と同様に、情報収集装置１７のセンサ等から取得された情報に基づいて、測距装置２０の測距方向（ＦＯＶ）を決定する。そして、情報処理部１０１Ａは、決定したＦＯＶに対応する測距方向の制御パラメータを、モーター制御部３０１と出射制御部２０１とのそれぞれに送信する。モーター制御部３０１は、情報処理部１０１から受け取った制御パラメータに基づいて可動台３０を駆動（回転）させ、測距装置２０の出射口の向きを調整する。出射制御部２０１は、第１実施形態と同様に、情報処理部１０１Ａから受け取った制御パラメータに基づいて、投光部２０２にパルス信号を供給する。
【0061】
第２実施形態に係る測距システム１Ａのその他の構成及び動作は、第１実施形態に係る測距システム１と同様である。なお、モーター制御部３０１へ送信される制御パラメータと、出射制御部２０１へ送信される制御パラメータとは、異なっていてもよい。情報処理部１０１Ａにより送信される制御パラメータは、決定したＦＯＶに対応する測距が可能なように、モーター制御部３０１と出射制御部２０１とのそれぞれに最適化されていればよい。第２実施形態において、測距装置２０の測距方向は、測距装置２０の測距タイミングを変更することなく、可動台３０の駆動のみを利用して変更されてもよい。
【0062】
＜２－２＞第２実施形態の効果
第２実施形態に係る測距システム１Ａは、情報処理装置１０の制御に基づいて駆動する可動台３０を備える。そして、可動台３０は、情報処理装置１０により決定されたＦＯＶの設定に基づいて、測距装置２０の測距方向を制御可能に構成される。これにより、第２実施形態に係る測距システム１Ａは、スキャン可能な領域を広げることができ、第１実施形態に係る測距システム１よりも広範囲に測距方向を調整することができる。
第２実施形態に係る測距システム１Ａは、情報処理装置１０の制御に基づいて駆動する可動台３０を備える。そして、可動台３０は、情報処理装置１０により決定されたＦＯＶの設定に基づいて、測距装置２０の測距方向を制御可能に構成される。これにより、第２実施形態に係る測距システム１Ａは、スキャン可能な領域を広げることができ、第１実施形態に係る測距システム１よりも広範囲に測距方向を調整することができる。
【0063】
＜３＞第３実施形態
第３実施形態に係る測距システム１Ｂは、鉄道車両ＲＶに搭載され、鉄道車両ＲＶの位置情報に基づいて測距装置２０の測距方向を変更する。以下に、第３実施形態に係る測距システム１Ｂについて、第１及び第２実施形態と異なる点を説明する。
第３実施形態に係る測距システム１Ｂは、鉄道車両ＲＶに搭載され、鉄道車両ＲＶの位置情報に基づいて測距装置２０の測距方向を変更する。以下に、第３実施形態に係る測距システム１Ｂについて、第１及び第２実施形態と異なる点を説明する。
【0064】
＜３－１＞構成
＜３－１－１＞測距システム１Ｂの構成
図１１は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂの構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、測距システム１Ｂは、情報処理装置１０Ｂ、及び測距装置２０を備える。情報処理装置１０Ｂは、第１実施形態に係る情報処理装置１０が、鉄道車両ＲＶ向けの自律走行システムとして適応した構成を有している。具体的には、情報処理装置１０Ｂは、列車制御装置４０、車速制御装置４１、画像処理装置４２、車速センサ４３、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）装置４４、カメラ４５、及び線路情報データベース４６を備える。
＜３－１－１＞測距システム１Ｂの構成
図１１は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂの構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、測距システム１Ｂは、情報処理装置１０Ｂ、及び測距装置２０を備える。情報処理装置１０Ｂは、第１実施形態に係る情報処理装置１０が、鉄道車両ＲＶ向けの自律走行システムとして適応した構成を有している。具体的には、情報処理装置１０Ｂは、列車制御装置４０、車速制御装置４１、画像処理装置４２、車速センサ４３、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）装置４４、カメラ４５、及び線路情報データベース４６を備える。
【0065】
列車制御装置４０は、車速センサ４３から取得された車速情報や、画像処理装置４２からの指示や、線路情報データベース４６から取得された運行情報等に基づいて、鉄道車両ＲＶの加減速に関する制御信号を生成する。画像処理装置４２から得られる情報は、例えば、鉄道車両ＲＶの位置情報を含む。そして、列車制御装置４０は、生成した制御信号を車速制御装置４１に送信する。これにより、列車制御装置４０は、駅と駅の間で速度を調整して鉄道車両ＲＶの走行を制御する。
【0066】
車速制御装置４１は、鉄道車両ＲＶの速度を調整するための加速手段と、減速手段とを備える。そして、車速制御装置４１は、列車制御装置４０から受け取った制御信号に基づいて、鉄道車両ＲＶの加減速や停止を制御する。例えば、車速制御装置４１は、鉄道車両ＲＶの車輪に繋がっているモーターや、ブレーキを制御する。
【0067】
画像処理装置４２は、例えば、測距装置２０からの距離情報に基づいて画像を生成する。また、画像処理装置４２は、カメラ４５からの画像情報や、測距装置２０からの測距情報や、ＧＮＳＳ装置４４からの位置情報や、線路情報データベース４６を総合して、鉄道車両ＲＶの始点からの距離を求める。画像処理装置４２は、鉄道車両ＲＶの始点を、例えば、線路情報データベース４６に基づいて特定し得る。画像処理装置４２は、始点からの距離を検知した結果や測距結果に応じて、列車を停止させたりする必要がある場合に、列車制御装置４０に鉄道車両ＲＶの停止を指示する。さらに、画像処理装置４２は、収集した情報に基づいて、測距装置２０の測距方向を変更する。
【0068】
車速センサ４３、ＧＮＳＳ装置４４、及びカメラ４５は、鉄道車両ＲＶの自身若しくは周辺の情報を収集するための装置群である。車速センサ４３は、鉄道車両ＲＶの現在の速度を検知するセンサである。車速センサ４３は、検知した速度の情報を、列車制御装置４０に送信する。ＧＮＳＳ装置４４は、複数の人工衛星から発せられた電波を受信し、受信した電波に基づいて鉄道車両ＲＶの現在位置を特定する測位装置である。ＧＮＳＳ装置４４は、例えば、衛星信号をデジタルデータに変換する受信装置と、衛星信号を受信するための受信アンテナと、加速度センサやジャイロセンサなどの自立計測装置と、衛星信号から現在位置を算出する演算処理装置と、記憶装置とを有する。ＧＮＳＳ装置４４は、衛星信号に基づいて算出した位置情報を、画像処理装置４２に送信する。カメラ４５は、鉄道車両ＲＶの周辺の画像を撮影可能な光学装置である。カメラ４５は、鉄道車両ＲＶの前方に設置される。カメラ４５は、取得した画像情報を画像処理装置４２に送信する。
【0069】
線路情報データベース４６は、鉄道車両ＲＶが走行する線路の情報や鉄道車両ＲＶの運行に関する情報等を保持する。例えば、線路情報データベース４６は、鉄道車両ＲＶが走行する線路上の始点からの距離情報を含む。列車の運行に必要な情報としては、鉄道車両ＲＶの制限速度の情報や、止まるべき駅の情報や、駅の停止位置の情報等が挙げられる。列車の運行に必要な情報は、始点からの距離情報、又は位置情報に応じて設定される。
【0070】
第３実施形態に係る測距装置２０は、画像処理装置４２からの指示に基づいて、測距方向を変更し得る。画像処理装置４２から測距装置２０への測距方向の指示は、注目すべきターゲットへの位置又は測距方向に関する情報を含む。測距装置２０は、画像処理装置４２により指定されたＦＯＶに基づいて鉄道車両ＲＶの前方に存在する支障物等の被写体の測距情報を２次元的に取得し、取得した測距情報を画像処理装置４２に送信する。画像処理装置４２からの指示は、例えば、停止予定の駅までの距離情報や、停止位置の基準となる標識位置の情報などに基づいている。停止予定の駅までの距離情報は、例えば、線路情報データベース４６から取得された運航情報と、ＧＮＳＳ装置４４により取得される。
【0071】
なお、情報処理装置１０Ｂにおいて、列車制御装置４０及び画像処理装置４２のそれぞれは、例えば、第１実施形態に係る情報処理装置１０のＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、及びＲＡＭ１３に対応する。つまり、列車制御装置４０及び画像処理装置４２のそれぞれは、例えば、互いに通信可能に構成されたコンピュータである。線路情報データベース４６は、例えば、ストレージ装置１４に記憶される。車速センサ４３、ＧＮＳＳ装置４４、及びカメラ４５は、情報収集装置１７に対応している。情報処理装置１０Ｂ内の機器間の接続は、例えば、イーサネット（登録商標）といったネットワークケーブルにより接続されてもよい。本明細書において、“支障物”は、例えば列車運行に差し支える物体のことを示している。
【0072】
＜３－１－２＞測距システム１Ｂの機能構成
図１２は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂの機能構成の一例を示すブロック図である。図１２に示すように、測距システム１Ｂにおいて、情報処理装置１０Ｂは、位置情報収集部１０３、経路情報取得部１０４、線路情報データベース４６、及び画像処理部１０２として機能し、測距装置２０は、第１実施形態と同様に、出射制御部２０１、投光部２０２、受光部２０３、及び計測部２０４として機能する。位置情報収集部１０３は、ＧＮＳＳ装置４４及び画像処理装置４２に対応する機能ブロックである。経路情報取得部１０４は、画像処理装置４２に対応する機能ブロックである。
図１２は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂの機能構成の一例を示すブロック図である。図１２に示すように、測距システム１Ｂにおいて、情報処理装置１０Ｂは、位置情報収集部１０３、経路情報取得部１０４、線路情報データベース４６、及び画像処理部１０２として機能し、測距装置２０は、第１実施形態と同様に、出射制御部２０１、投光部２０２、受光部２０３、及び計測部２０４として機能する。位置情報収集部１０３は、ＧＮＳＳ装置４４及び画像処理装置４２に対応する機能ブロックである。経路情報取得部１０４は、画像処理装置４２に対応する機能ブロックである。
【0073】
位置情報収集部１０３は、ＧＮＳＳ装置４４の計測結果に基づいて、鉄道車両ＲＶの位置情報を収集する。位置情報収集部１０３は、位置情報の収集に、例えば、衛星測位信号処理、自立計測データ演算処理、時刻演算処理を含む位置計測演算処理アルゴリズムを利用する。位置情報収集部１０３は、収集した位置情報を、経路情報取得部１０４に送信する。
【0074】
経路情報取得部１０４は、位置情報収集部１０３から受け取った位置情報に基づいて、線路情報データベース４６から、鉄道車両ＲＶの現在位置近傍における運行情報を取得する。そして、経路情報取得部１０４は、取得した運行情報に基づいて、測距装置２０の測距方向（ＦＯＶ）を決定する。そして、経路情報取得部１０４は、決定したＦＯＶに対応する制御パラメータを、出射制御部２０１と画像処理部１０２とのそれぞれに送信する。なお、線路情報データベース４６が、位置情報と測距方向とを関連付けた情報を有する場合、経路情報取得部１０４は、位置情報を用いて線路情報データベース４６を参照して、現在位置における測距方向を取得してもよい。
【0075】
第３実施形態の出射制御部２０１は、経路情報取得部１０４から受け取った制御パラメータに基づいて、投光部２０２にパルス信号を供給する。以下、第１実施形態と同様に、投光部２０２は、出射制御部２０１から受け取ったパルス信号に応じてパルスレーザー（出射光ＬＥ）を出射する。受光部２０３は、ＦＯＶ内の物体ＯＢから反射された反射光ＬＲを受光して、電気信号に変換する。計測部２０４は、受光部２０３から受け取った電気信号（受光結果）を、画像処理部１０２に送信する。画像処理部１０２は、計測部２０４から受け取った距離データと、経路情報取得部１０４から受け取った測距方向の情報とを用いて、フレーム単位で画像を生成する。第３実施形態に係る測距システム１Ｂのその他の構成は、第１実施形態に係る測距システム１と同様である。
【0076】
＜３－２＞動作
図１３は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂの測距方向調整動作の一例を示すフローチャートである。以下に、図１３を参照して、第３実施形態に係る測距システム１Ｂの測距方向調整動作について説明する。
図１３は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂの測距方向調整動作の一例を示すフローチャートである。以下に、図１３を参照して、第３実施形態に係る測距システム１Ｂの測距方向調整動作について説明する。
【0077】
測距方向調整動作が開始すると（開始）、情報処理装置１０Ｂは、ＧＮＳＳ装置４４から位置情報を収集する（Ｓ３１）。
【0078】
次に、情報処理装置１０Ｂは、取得した位置情報と線路情報データベース４６とに基づいて、現在位置の運行情報を取得する（Ｓ３２）。
【0079】
次に、情報処理装置１０Ｂは、取得した運行情報に基づいて、測距装置２０の測距方向を変更する（Ｓ３３）。
【0080】
Ｓ３３の処理が完了すると、測距システム１Ｂは、図１３の一連の処理、すなわち１回の測距方向調整動作を終了する（終了）。第３実施形態に係る測距システム１Ｂのその他の動作は、第１実施形態に係る測距システム１と同様である。
【0081】
図１４は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂによる測距方向の調整例を示す概略図である。図１４に示すように、本例では、線路ＲＬ０上に鉄道車両ＲＶ１が位置している。線路ＲＬ０は、分岐部ＢＲを介して２つの線路ＲＬ１及びＲＬ２に分岐している。線路ＲＬ１及びＲＬ２の間に、鉄道車両ＲＶのホームＨＭが位置している。例えば、ホームＨＭに隣接する線路ＲＬ１及びＲＬ２の部分は、それぞれ１番線ＦＬ、２番線ＳＬに対応している。また、本例では、１番線ＦＬに、鉄道車両ＲＶ２が停車している。
【0082】
本例では、鉄道車両ＲＶ１は、１番線ＦＬに停車する予定である。鉄道車両ＲＶ１は、線路ＲＬ０の位置に移動したことを検知すると、線路ＲＬ０の位置に基づく運行情報を取得し、測距方向（ＦＯＶの向き）を決定する。この場合、鉄道車両ＲＶ１は、線路ＲＬ０上から１番線ＦＬに向かう測距方向に設定する。これにより、鉄道車両ＲＶ１は、進行方向で停車中の鉄道車両ＲＶの有無や、支障物の有無などを確認することができる。なお、第３実施形態に係る測距システム１Ｂは、少なくとも鉄道車両ＲＶの位置情報と線路情報データベース４６とに基づいて、現在位置の測距方向を決定していればよい。
【0083】
＜３－３＞第３実施形態の効果
鉄道車両において前方の支障物を検知する手法としては、単眼カメラやステレオカメラを用いた手法が知られている。しかしながら、これらのカメラは、第１実施形態で説明されたように、長距離の検出精度に課題を有する。さらに、カメラによる被写体の検出精度は、光量が不足した場合に悪くなる傾向を有する。カメラの撮影は、鉄道車両ＲＶの前方の照明によって補助可能であるが、照明では追従できない領域が発生するおそれがある。
鉄道車両において前方の支障物を検知する手法としては、単眼カメラやステレオカメラを用いた手法が知られている。しかしながら、これらのカメラは、第１実施形態で説明されたように、長距離の検出精度に課題を有する。さらに、カメラによる被写体の検出精度は、光量が不足した場合に悪くなる傾向を有する。カメラの撮影は、鉄道車両ＲＶの前方の照明によって補助可能であるが、照明では追従できない領域が発生するおそれがある。
【0084】
これに対して、第３実施形態に係る測距システム１Ｂは、鉄道車両ＲＶが測距装置２０を備えている。測距装置２０は、第１実施形態て説明されたように、狭い画角で設定されることによって、カメラよりも高精度に遠距離の支障物を検知することができる。さらに、第３実施形態に係る測距システム１Ｂは、走行する鉄道車両ＲＶの現在位置に応じて線路情報データベース４６を参照し、測距装置２０の測距方向を制御する。ＧＮＳＳ装置４４は、周辺の光量に依らず計測可能である。つまり、測距システム１Ｂは、周辺の光量に依らずに、運行情報に基づいた測距方向を測距装置２０に設定することができる。
【0085】
その結果、第３実施形態に係る測距システム１Ｂは、第１実施形態と同様に、測距装置２０の画角（ＦＯＶ）を要求された解像度を有する設定にしつつ、測距方向を注目すべき方向に変更することができる。言い換えると、測距システム１Ｂは、鉄道車両ＲＶの前方でユースケースから要求される測距領域、すなわち注目する範囲の測距において、要求される測距解像度を確保することができる。また、測距システム１Ｂは、カメラ及び照明等で視界を確保できない領域における被写体の情報を、測距装置２０の方向制御により取得することができる。従って、測距システム１Ｂを利用する鉄道車両ＲＶは、走行時における安全性を向上させることができる。
【0086】
＜４＞第４実施形態
第４実施形態に係る測距システム１Ｃは、鉄道車両ＲＶに搭載され、鉄道車両ＲＶの進行方向における線路の形状に基づいて測距装置２０の測距方向を変更する。以下に、第４実施形態に係る測距システム１Ｃについて、第１～第３実施形態と異なる点を説明する。
第４実施形態に係る測距システム１Ｃは、鉄道車両ＲＶに搭載され、鉄道車両ＲＶの進行方向における線路の形状に基づいて測距装置２０の測距方向を変更する。以下に、第４実施形態に係る測距システム１Ｃについて、第１～第３実施形態と異なる点を説明する。
【0087】
＜４－１＞構成
第４実施形態に係る測距システム１Ｃは、情報処理装置１０Ｃ、及び測距装置２０を備える。情報処理装置１０Ｃのハードウェア構成は、例えば、第３実施形態に係る情報処理装置１０Ｂと同様である。
第４実施形態に係る測距システム１Ｃは、情報処理装置１０Ｃ、及び測距装置２０を備える。情報処理装置１０Ｃのハードウェア構成は、例えば、第３実施形態に係る情報処理装置１０Ｂと同様である。
【0088】
図１５は、第４実施形態に係る測距システム１Ｃの機能構成の一例を示すブロック図である。図１５に示すように、測距システム１Ｃにおいて、情報処理装置１０Ｃは、画像収集部１０５、線路検出部１０６、及び画像処理部１０２として機能し、測距システム１Ｃの測距装置２０は、第１実施形態と同様に、出射制御部２０１、投光部２０２、受光部２０３、及び計測部２０４として機能する。画像収集部１０５は、カメラ４５及び画像処理装置４２に対応する機能ブロックである。線路検出部１０６は、画像処理装置４２に対応する機能ブロックである。
【0089】
画像収集部１０５は、カメラ４５により撮影された画像を収集する。そして、画像収集部１０５は、収集した画像を線路検出部１０６に送信する。線路検出部１０６は、画像収集部１０５から受け取った画像から線路を検出する。つまり、線路検出部１０６は、鉄道車両ＲＶの前方の線路を検出し、線路上で鉄道車両ＲＶが走行する領域を判定する。そして、線路検出部１０６は、取得した線路の情報に基づいて、測距装置２０の測距方向（ＦＯＶ）を決定する。例えば、線路検出部１０６は、検出した線路の軌跡に基づいて、進行方向の距離を算出し、別途指定された列車前方距離に対応する点を含むように、測距方向を決定する。列車前方距離は、例えば、鉄道車両ＲＶの前方における線路に沿った距離である。列車前方距離は、プリセットされてもよいし、線路情報データベース４６から取得されてもよい。その後、線路検出部１０６は、決定したＦＯＶに対応する制御パラメータを、出射制御部２０１と画像処理部１０２とのそれぞれに送信する。
【0090】
第４実施形態の出射制御部２０１は、線路検出部１０６から受け取った制御パラメータに基づいて、投光部２０２にパルス信号を供給する。以下、第３実施形態と同様に、投光部２０２は、出射制御部２０１から受け取ったパルス信号に応じてパルスレーザー（出射光ＬＥ）を出射する。受光部２０３は、ＦＯＶ内の物体ＯＢから反射された反射光ＬＲを受光して、電気信号に変換する。計測部２０４は、受光部２０３から受け取った電気信号（受光結果）を、画像処理部１０２に送信する。画像処理部１０２は、計測部２０４から受け取った距離データと、線路検出部１０６から受け取った測距方向の情報とを用いて、フレーム単位で画像を生成する。第４実施形態に係る測距システム１Ｃのその他の構成は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂと同様である。
【0091】
なお、線路検出部１０６は、所定の基準に基づいた線路らしさを表す尺度となり得る特徴量に基づいて、線路を検出する。線路検出部１０６は、線路の検出に、検出済みの線路の情報や、線路幅の情報や、分岐の情報等を用いてもよい。線路の具体的な検出方法については、例えば、“線路検出装置”という２０１８年６月２２日に出願された日本国特許出願２０１８－１１９１２５号明細書に記載されている。この特許出願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
【0092】
＜４－２＞動作
図１６は、第４実施形態に係る測距システム１Ｃの測距方向調整動作の一例を示すフローチャートである。以下に、図１６を参照して、第４実施形態に係る測距システム１Ｃの測距方向調整動作について説明する。
図１６は、第４実施形態に係る測距システム１Ｃの測距方向調整動作の一例を示すフローチャートである。以下に、図１６を参照して、第４実施形態に係る測距システム１Ｃの測距方向調整動作について説明する。
【0093】
測距方向調整動作が開始すると（開始）、情報処理装置１０Ｃは、カメラ４５から画像を収集する（Ｓ４１）。
【0094】
次に、情報処理装置１０Ｃは、取得した画像を解析して、線路を検出する（Ｓ４２）。
【0095】
次に、情報処理装置１０Ｃは、線路の検出結果に基づいて、鉄道車両ＲＶの測距点を決定する（Ｓ４３）。Ｓ４３の処理で決定される測距点は、所定の列車前方距離に基づいている。
【0096】
次に、情報処理装置１０Ｃは、決定した測距点の情報に基づいて、測距装置２０の測距方向を変更する（Ｓ４４）。
【0097】
Ｓ４４の処理が完了すると、測距システム１Ｃは、図１６の一連の処理、すなわち第４実施形態における測距方向調整動作を終了する（終了）。第４実施形態に係る測距システム１Ｃのその他の動作は、第１実施形態に係る測距システム１と同様である。
【0098】
図１７は、第４実施形態に係る測距システム１Ｃによる測距方向の調整例を示す概略図である。図１７に示すように、本例では、蛇行する線路ＲＬ上に鉄道車両ＲＶが位置している。また、鉄道車両ＲＶの前方に設置されたカメラ４５の画角が、“ＦＯＶｃ”として示されている。カメラ４５のＦＯＶｃは、測距装置２０のＦＯＶよりも広く設計される。
【0099】
本例では、鉄道車両ＲＶは、線路ＲＬが右側にカーブしている部分を走行している。鉄道車両ＲＶは、カメラ４５の画像に基づいて右側にカーブした線路ＲＬを検出して、線路ＲＬに沿った列車前方距離を算出する。そして、鉄道車両ＲＶは、所定の列車前方距離を含むように、測距方向に設定する。これにより、鉄道車両ＲＶは、進行方向における線路上の支障物の有無などを確認することができる。
【0100】
＜４－３＞第４実施形態の効果
第４実施形態に係る測距システム１Ｃは、第１実施形態と同様に、測距装置２０の画角（ＦＯＶ）を要求された解像度を有する設定にしつつ、測距方向を注目すべき方向に変更することができる。また、第４実施形態に係る測距システム１Ｃは、所定の列車前方距離にＦＯＶを設定するため、進行方向に存在する支障物を早期に発見することができる。従って、測距システム１Ｃを利用する鉄道車両ＲＶは、走行時における安全性を向上させることができる。
第４実施形態に係る測距システム１Ｃは、第１実施形態と同様に、測距装置２０の画角（ＦＯＶ）を要求された解像度を有する設定にしつつ、測距方向を注目すべき方向に変更することができる。また、第４実施形態に係る測距システム１Ｃは、所定の列車前方距離にＦＯＶを設定するため、進行方向に存在する支障物を早期に発見することができる。従って、測距システム１Ｃを利用する鉄道車両ＲＶは、走行時における安全性を向上させることができる。
【0101】
＜５＞第５実施形態
第５実施形態に係る測距システム１Ｄは、鉄道車両ＲＶに搭載され、鉄道車両ＲＶの周囲で検出された物体に応じて測距装置２０の測距方向を変更する。以下に、第５実施形態に係る測距システム１Ｄについて、第１～第４実施形態と異なる点を説明する。
第５実施形態に係る測距システム１Ｄは、鉄道車両ＲＶに搭載され、鉄道車両ＲＶの周囲で検出された物体に応じて測距装置２０の測距方向を変更する。以下に、第５実施形態に係る測距システム１Ｄについて、第１～第４実施形態と異なる点を説明する。
【0102】
＜５－１＞構成
第５実施形態に係る測距システム１Ｄは、情報処理装置１０Ｄ、及び測距装置２０を備える。情報処理装置１０Ｄのハードウェア構成は、第３実施形態に係る情報処理装置１０Ｂと同様である。
第５実施形態に係る測距システム１Ｄは、情報処理装置１０Ｄ、及び測距装置２０を備える。情報処理装置１０Ｄのハードウェア構成は、第３実施形態に係る情報処理装置１０Ｂと同様である。
【0103】
図１８は、第５実施形態に係る測距システム１Ｄの機能構成の一例を示すブロック図である。図１８に示すように、測距システム１Ｄの情報処理装置１０Ｄは、画像収集部１０５、物体認識部１０７、サンプルデータベース（サンプルＤＢ）４７、及び画像処理部１０２として機能する。測距システム１Ｃの測距装置２０は、第１実施形態と同様に、出射制御部２０１、投光部２０２、受光部２０３、及び計測部２０４として機能する。物体認識部１０７は、画像処理装置４２に対応する機能ブロックである。サンプルデータベース４７は、例えば、ストレージ装置１４に記憶される。
【0104】
画像収集部１０５は、第４実施形態と同様に、カメラ４５により撮影された画像を収集する。そして、画像収集部１０５は、収集した画像を線路検出部１０６に送信する。物体認識部１０７は、画像収集部１０５から受け取った画像から物体を検出する。物体認識部１０７は、物体の検出に、例えば、サンプルデータベース４７を参照する。サンプルデータベース４７は、鉄道車両ＲＶの走行における支障物に関するライブラリを含む。サンプルデータベース４７に記録される支障物の情報としては、例えば、人物、動物、倒木、車両など、線路内に存在し得る障害物の形状が挙げられる。サンプルデータベース４７のライブラリは、これらの障害物の形状等に関する情報を含む。物体認識部１０７は、例えば、サンプルデータベース４７の支障物のライブラリと、画像収集部１０５から受け取った画像とを照らし合わせて、類似度の高い領域の画像位置を算出する。そして、物体認識部１０７は、類似度の高い領域を、支障物が存在すると判定する。それから、物体認識部１０７は、三次元的にみて、支障物が存在すると判定した点の方向に、測距装置２０の測距方向（ＦＯＶ）を決定する。その後、物体認識部１０７は、決定したＦＯＶに対応する制御パラメータを、出射制御部２０１と画像処理部１０２とのそれぞれに送信する。
【0105】
なお、物体認識部１０７は、第４実施形態で説明されたようなアルゴリズムに基づいて、鉄道車両ＲＶの前方の線路を検出してもよい。そして、物体認識部１０７は、検出した線路と物体の位置関係に応じて、ＦＯＶを設定してもよい。第５実施形態に係る測距システム１Ｄのその他の構成は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂと同様である。
【0106】
＜５－２＞動作
図１９は、第５実施形態に係る測距システム１Ｄの測距方向調整動作の一例を示すフローチャートである。以下に、図１９を参照して、第５実施形態に係る測距システム１Ｄの測距方向調整動作について説明する。
図１９は、第５実施形態に係る測距システム１Ｄの測距方向調整動作の一例を示すフローチャートである。以下に、図１９を参照して、第５実施形態に係る測距システム１Ｄの測距方向調整動作について説明する。
【0107】
測距方向調整動作が開始すると（開始）、情報処理装置１０Ｄは、カメラ４５から画像を収集する（Ｓ５１）。
【0108】
次に、情報処理装置１０Ｄは、取得した画像を解析して、物体ＯＢを検出する（Ｓ５２）。Ｓ５２の処理において、情報処理装置１０Ｄは、さらに線路を検出してもよい。
【0109】
次に、情報処理装置１０Ｄは、物体ＯＢが所定の領域内で検出されたか否かを確認する（Ｓ５３）。所定の領域は、例えば、線路ＲＬ上である。これに限定されず、所定の領域は、線路ＲＬの近傍の領域を含んでいてもよい。
【0110】
物体ＯＢが所定の領域内で検出されなかった場合（Ｓ５３：ＮＯ）、測距システム１Ｄは、図１９の一連の処理、すなわち第５実施形態における測距方向調整動作を終了する（終了）。
【0111】
物体ＯＢが所定の領域内で検出された場合（Ｓ５３：ＹＥＳ）、測距システム１Ｄは、物体ＯＢの検出位置の情報に基づいて、測距装置２０の測距方向を変更する（Ｓ５４）。
【0112】
Ｓ５４の処理が完了すると、測距システム１Ｃは、図１９の一連の処理、すなわち第５実施形態における測距方向調整動作を終了する（終了）。第５実施形態に係る測距システム１Ｃのその他の動作は、第１実施形態に係る測距システム１と同様である。
【0113】
図２０は、第５実施形態に係る測距システム１Ｄによる測距方向の調整例を示す概略図である。図２０に示すように、本例では、蛇行する線路ＲＬ上に鉄道車両ＲＶが位置している。また、鉄道車両ＲＶの前方に設置されたカメラ４５の画角が、“ＦＯＶｃ”として示されている。カメラ４５のＦＯＶｃは、測距装置２０のＦＯＶよりも広く設計される。
【0114】
本例では、鉄道車両ＲＶは、線路ＲＬが右側にカーブしている部分を走行している。鉄道車両ＲＶは、カメラ４５の画像に基づいて、右側にカーブした線路ＲＬ上に物体ＯＢを検出する。この場合、鉄道車両ＲＶは、物体ＯＢ含むように、測距方向に設定する。これにより、鉄道車両ＲＶは、線路上の支障物との距離を正確に取得することができる。
【0115】
＜５－３＞第５実施形態の効果
第５実施形態に係る測距システム１Ｄは、第１実施形態と同様に、測距装置２０の画角（ＦＯＶ）を要求された解像度を有する設定にしつつ、測距方向を注目すべき方向に変更することができる。また、第５実施形態に係る測距システム１Ｄでは、所定の領域内の支障物（物体ＯＢ）との距離を正確に算出することができ。従って、第５実施形態に係る測距システム１Ｄは、走行の危険性の判定や、走行の危険性に基づく車速制御をより精密に行うことができる。従って、測距システム１Ｄを利用する鉄道車両ＲＶは、走行時における安全性を向上させることができる。
第５実施形態に係る測距システム１Ｄは、第１実施形態と同様に、測距装置２０の画角（ＦＯＶ）を要求された解像度を有する設定にしつつ、測距方向を注目すべき方向に変更することができる。また、第５実施形態に係る測距システム１Ｄでは、所定の領域内の支障物（物体ＯＢ）との距離を正確に算出することができ。従って、第５実施形態に係る測距システム１Ｄは、走行の危険性の判定や、走行の危険性に基づく車速制御をより精密に行うことができる。従って、測距システム１Ｄを利用する鉄道車両ＲＶは、走行時における安全性を向上させることができる。
【0116】
＜６＞第６実施形態
第６実施形態に係る測距システム１Ｅは、鉄道車両ＲＶに搭載され、第３実施形態～第５実施形態で説明された測距方向の変更方法を使い分ける。以下に、第６実施形態に係る測距システム１Ｅについて、第１～第５実施形態と異なる点を説明する。
第６実施形態に係る測距システム１Ｅは、鉄道車両ＲＶに搭載され、第３実施形態～第５実施形態で説明された測距方向の変更方法を使い分ける。以下に、第６実施形態に係る測距システム１Ｅについて、第１～第５実施形態と異なる点を説明する。
【0117】
＜６－１＞構成
第６実施形態に係る測距システム１Ｅは、情報処理装置１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄのそれぞれの機能を有する情報処理装置１０Ｅと、測距装置２０とを備える。情報処理装置１０Ｅのハードウェア構成は、第３実施形態に係る情報処理装置１０Ｂと同様である。情報処理装置１０Ｅにおいて、ＲＡＭ１３は、設定情報を記憶する。設定情報は、測距方向調整動作の設定に関する情報を含む。設定情報は、ストレージ装置１４に記憶されてもよいし、測距システム１に有線又は無線で接続された外部の機器に記憶されてもよい。
第６実施形態に係る測距システム１Ｅは、情報処理装置１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄのそれぞれの機能を有する情報処理装置１０Ｅと、測距装置２０とを備える。情報処理装置１０Ｅのハードウェア構成は、第３実施形態に係る情報処理装置１０Ｂと同様である。情報処理装置１０Ｅにおいて、ＲＡＭ１３は、設定情報を記憶する。設定情報は、測距方向調整動作の設定に関する情報を含む。設定情報は、ストレージ装置１４に記憶されてもよいし、測距システム１に有線又は無線で接続された外部の機器に記憶されてもよい。
【0118】
図２１は、第６実施形態に係る情報処理装置１０Ｅに記憶された設定情報の一例を示すテーブルである。図２１に示すように、設定情報は、第１設定、第２設定、及び第３設定のそれぞれが有効であるか否かを示す情報を有する。第１設定は、第３実施形態で説明された、鉄道車両ＲＶの位置情報に基づいた測距方向の調整方法に関連付けられている。第２設定は、第４実施形態で説明された、線路の形状に基づいた測距方向の調整方法に関連付けられている。第３設定は、第５実施形態で説明された、特定の物体の検出結果に基づいた測距方向の調整方法に関連付けられている。
【0119】
第６実施形態に係る情報処理装置１０Ｅでは、第１設定、第２設定、及び第３設定のうち一つが有効（“○”）に設定され得る。情報処理装置１０Ｅでは、第３～第５実施形態で説明された測距方向の調整方法を利用しない場合に、第１設定、第２設定、及び第３設定のそれぞれが無効（“－”）に設定される。第６実施形態に係る測距システム１Ｅのその他の構成は、第３実施形態に係る測距システム１Ｂと同様である。
【0120】
【0121】
測距システム１Ｅは、測距動作が開始すると、定期的に図２２の一連の処理を実行する（開始）。
【0122】
まず、測距システム１Ｅは、ＲＡＭ１３に記憶された設定情報を参照して、第１設定が有効であるか否かを確認する（Ｓ６１）。
【0123】
Ｓ６１の処理において第１設定が有効であることが確認された場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）、測距システム１Ｅは、位置基準の測距方向設定、すなわち第３実施形態で説明された測距方向調整動作を実行する（Ｓ６２）。測距システム１Ｅは、Ｓ６２の処理が完了すると、図２２の一連の処理を終了する（終了）。
【0124】
Ｓ６１の処理において第１設定が有効でないことが確認された場合（Ｓ６１：ＮＯ）、測距システム１Ｅは、ＲＡＭ１３に記憶された設定情報を参照して、第２設定が有効であるか否かを確認する（Ｓ６３）。
【0125】
Ｓ６３の処理において第２設定が有効であることが確認された場合（Ｓ６３：ＹＥＳ）、測距システム１Ｅは、線路基準の測距方向設定、すなわち第４実施形態で説明された測距方向調整動作を実行する（Ｓ６４）。測距システム１Ｅは、Ｓ６４の処理が完了すると、図２２の一連の処理を終了する（終了）。
【0126】
Ｓ６３の処理において第２設定が有効でないことが確認された場合（Ｓ６３：ＮＯ）、測距システム１Ｅは、ＲＡＭ１３に記憶された設定情報を参照して、第３設定が有効であるか否かを確認する（Ｓ６５）。
【0127】
Ｓ６５の処理において第３設定が有効であることが確認された場合（Ｓ６５：ＹＥＳ）、測距システム１Ｅは、物体基準の測距方向設定、すなわち第５実施形態で説明された測距方向調整動作を実行する（Ｓ６６）。測距システム１Ｅは、Ｓ６６の処理が完了すると、図２２の一連の処理を終了する（終了）。
【0128】
Ｓ６５の処理において第３設定が有効でないことが確認された場合（Ｓ６５：ＮＯ）、測距システム１Ｅは、現在の測距方向の設定を維持して、図２２の一連の処理を終了する（終了）。
【0129】
＜６－３＞第６実施形態の効果
以上で説明されたように、第６実施形態に係る測距システム１Ｅは、第３～第５実施形態で説明された測距方向調整動作を、ユーザのリクエストに応じて使い分け可能に構成される。これにより、測距システム１Ｅは、鉄道車両ＲＶの使用環境により適した方式を用いて測距方向を調整することができる。
以上で説明されたように、第６実施形態に係る測距システム１Ｅは、第３～第５実施形態で説明された測距方向調整動作を、ユーザのリクエストに応じて使い分け可能に構成される。これにより、測距システム１Ｅは、鉄道車両ＲＶの使用環境により適した方式を用いて測距方向を調整することができる。
【0130】
＜７＞その他
上記実施形態は、可能な範囲で組み合わされてもよい。例えば、第２実施形態は、第３～第６実施形態のいずれと組み合わせてもよい。第３～第６実施形態では、輸送機器ＶＥが鉄道車両ＲＶで有る場合について例示したが、これに限定されない。第３～第６実施形態は、線路と同様に経路を示す要素を利用する輸送機器ＶＥに適用され得る。例えば、第３～第６実施形態は、路線バスなどにも適用され得る。
上記実施形態は、可能な範囲で組み合わされてもよい。例えば、第２実施形態は、第３～第６実施形態のいずれと組み合わせてもよい。第３～第６実施形態では、輸送機器ＶＥが鉄道車両ＲＶで有る場合について例示したが、これに限定されない。第３～第６実施形態は、線路と同様に経路を示す要素を利用する輸送機器ＶＥに適用され得る。例えば、第３～第６実施形態は、路線バスなどにも適用され得る。
【0131】
上記実施形態で説明された動作を実現可能であれば、情報処理装置１０の一部の機能が、測距装置２０に搭載されてもよい。例えば、情報処理部１０１及び１０１Ａ、経路情報取得部１０４、線路検出部１０６、及び物体認識部１０７のそれぞれの機能が、測距装置２０により実現されてもよい。測距方向調整動作において、測距方向（ＦＯＶ）を決定する処理は、測距装置２０の測距制御装置２１により実行されてもよい。この場合、測距制御装置２１に対して、情報収集装置１７の各センサにより取得された情報が転送される。測距制御装置２１の機能の一部は、光センサ２６や計測装置２７に実装されてもよい。これにより、測距装置２０は、細かい操作をタイムリーに行うことができる。各実施形態において説明された構成の分類は、各実施形態で説明された動作を実現することが可能であれば、その他の分類であってもよい。測距方向調整動作は、ＣＰＵ、メモリ、バス、及び入出力回路（Ｉ／Ｏ）を有する組み込みコンピュータによって実現されてもよい。
【0132】
測距システム１に含まれたＣＰＵは、その他の回路であってもよい。例えば、ＣＰＵの替わりに、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等が使用されてもよい。各実施形態において説明された処理のそれぞれは、専用のハードウェアによって実現されてもよい。各実施形態では、ソフトウェアにより実行される処理と、ハードウェアによって実行される処理とが混在していてもよいし、どちらか一方のみであってもよい。測距制御装置２１やＣＰＵは、“制御回路”や“プロセッサ”と呼ばれてもよい。計測装置２７は、“計測回路”と呼ばれてもよい。画像処理装置４２は、“画像処理回路”と呼ばれてもよい。レーザーダイオード２３は、“光源”と呼ばれてもよい。“列車前方距離”は、輸送機器ＶＥの種類に応じて言い換えられてもよい。“線路”は、“進行経路”と言い換えられてもよい。
【0133】
上記実施形態では、測距装置２０によりマルチチャネルラスタスキャンが実行される場合について例示したが、その他のスキャン方法が使用されてもよい。例えば、測距装置２０は、その他のスキャン方法として、“ラスタスキャン”や、“マルチチャネルスキャン”や、“ＯＰＡ方法（Optical Phased Array）”等を使用してもよい。つまり、測距装置２０は、スキャン方法として機械的な方法とＯＰＡ方法とのいずれが使用された場合においても、例えば、パルスレーザーの出射タイミングを調整することによって、測距方向（ＦＯＶの位置）を調整可能であればよい。
【0134】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0135】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…測距システム、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…情報処理装置、１１…ＣＰＵ、１２…ＲＯＭ、１３…ＲＡＭ、１４…ストレージ装置、１５…ユーザインターフェース、１６…通信インターフェース、１７…情報収集装置、２０…測距装置、２１…測距制御装置、２２…レーザードライバ、２３…レーザーダイオード、２４…ミラー制御装置、２５…光学系、２６…光センサ、２７…計測装置、３０…可動台、４０…列車制御装置、４１…車速制御装置、４２…画像処理装置、４３…車速センサ、４４…ＧＮＳＳ装置、４５…カメラ、４６…線路情報データベース、４７…サンプルデータベース、５０…画像処理部、１０１，１０１Ａ…情報処理部、１０２…画像処理部、１０３…位置情報収集部、１０４…経路情報取得部、１０５…画像収集部、１０６…線路検出部、１０７…物体認識部、２０１…出射制御部、２０２…投光部、２０３…受光部、２０４…計測部、２５１…回転ミラー、２５２～２５４…光学素子、２５４…光学素子、３０１…モーター制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
