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特許7111497画像処理装置、画像処理方法、距離計測装置、及び距離計測システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-25
(45)【発行日】2022-08-02
(54)【発明の名称】画像処理装置、画像処理方法、距離計測装置、及び距離計測システム
(51)【国際特許分類】
G01S 17/894 20200101AFI20220726BHJP
G01S 17/10 20200101ALI20220726BHJP
G08G 1/16 20060101ALI20220726BHJP
【ＦＩ】
G01S17/894
G01S17/10
G08G1/16 C
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2018079090
(22)【出願日】2018-04-17
(65)【公開番号】P2019184545
(43)【公開日】2019-10-24
【審査請求日】2020-08-31
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091982
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082991
【氏名又は名称】佐藤 泰和
(74)【代理人】
【識別番号】100105153
【弁理士】
【氏名又は名称】朝倉 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(74)【代理人】
【識別番号】100125151
【弁理士】
【氏名又は名称】新畠 弘之
(72)【発明者】
【氏名】久保田 寛
(72)【発明者】
【氏名】松本 展
【審査官】仲野 一秀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－１６４４６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３１３５２７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００８－４６１０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３６８９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】大石 修士 ほか３名，レーザ反射強度を用いた距離画像の平滑化，情報処理学会 画像の認識・理解シンポジウム（MIRU2011）論文集，2011年07月20日，第1292-1297頁
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１
１７／００－１７／９５
Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定距離を画素値とする２次元の距離画像と、前記２次元の距離画像における画素毎の前記測定距離に対応する信号値に関する信号情報と、を取得する情報取得部と、前記２次元の距離画像内の対象画素を中心画素とし、前記中心画素から所定範囲内の画素のうちで前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数と、前記中心画素に対応する前記信号値とに基づく信頼度を生成する信頼度生成部と、
を備え、
前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数が同じ場合に、第１の大きさの前記信号値に基づいて生成される前記信頼度は、前記第１の大きさよりも小さい第２の大きさの前記信号値に基づいて生成される前記信頼度以上の大きさとなることを特徴とする、画像処理装置。
【請求項2】
前記信頼度は、前記中心画素の前記信号値に、前記中心画素の距離値と所定範囲内の距離値を有する画素の画素数の平方根を乗算した値である、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項3】
前記信頼度は、前記所定範囲内の距離値を有する画素に対応する前記信号値をそれぞれ加算した加算値を前記中心画素の距離値と前記所定範囲内の距離値を有する画素の画素数で除算し、更に前記画素数の平方根を乗算した値である、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項4】
前記信頼度は、前記所定範囲内の距離値を有する画素に対応する前記信号値に所定の係数を乗算した乗算値をそれぞれ加算した加算値を、前記信号値に乗算した前記所定の係数をそれぞれ加算した加算値により除算し、更に前記所定範囲内の距離値を有する画素の画素数の平方根を乗算した値である、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項5】
前記信頼度は、前記所定範囲内の距離値を有する画素に対応する前記信号値のべき乗をそれぞれ加算した加算値に基づく、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項6】
前記信頼度は、前記所定範囲内の距離値を有する画素に対応する前記信号値のべき乗に所定の係数を乗算した値をそれぞれ加算した加算値に基づく、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項7】
前記信号値は、複数の時系列なデジタル信号を重み値に基づき累積した時系列なデジタル信号の前記測定距離に対応する時点の値であり、前記係数は前記重み値に基づく値である、請求項６に記載の画像処理装置。
【請求項8】
前記信頼度は、前記加算値の平方根に基づく、請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項9】
前記信頼度に基づき、ノイズ低減処理を行うノイズ低減処理部を更に備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像処理装置。
【請求項10】
前記信頼度に基づき、前記距離画像の評価を行う画像評価部を更に備える、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像処理装置。
【請求項11】
前記信頼度に基づき、所定の結果を出力するニューラルネット型のニューラルネット処理部を更に備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像処理装置。
【請求項12】
測定距離を画素値とする２次元の距離画像と、前記２次元の距離画像における画素毎の前記測定距離に対応する信号値に関する信号情報と、を取得する情報取得工程と、前記２次元の距離画像内の対象画素を中心画素とし、前記中心画素から所定範囲内の画素のうちで前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数と、前記中心画素に対応する前記信号値とに基づく信頼度を生成する信頼度生成工程と、
を備え、
前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数が同じ場合に、第１の大きさの前記信号値に基づいて生成される前記信頼度は、前記第１の大きさよりも小さい第２の大きさの前記信号値に基づいて生成される前記信頼度以上の大きさとなることを特徴とする、画像処理方法。
【請求項13】
第１照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第１デジタル信号と、前記第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第２デジタル信号との類似性に基づいて、前記第２デジタル信号の重み値を取得する取得部と、前記第１デジタル信号に、前記重み値で前記第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号を生成する積算部と、
前記レーザ光の照射タイミングと、前記第３デジタル信号中のピーク位置のタイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離値を得るとともに、前記第３デジタル信号中のピーク位置に対応する信号値とを得る距離計測部と、
前記第１照射方向を変更する制御部と、
前記距離値を画素値とする２次元の距離画像と、前記２次元の距離画像における画素毎の前記距離値に対応する前記信号値に関する信号情報と、を取得する情報取得部と、
前記２次元の距離画像内の対象画素を中心画素とし、前記中心画素から所定範囲内の画素のうちで前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数と、前記中心画素に対応する前記信号値とに基づく信頼度を生成する信頼度生成部と、
を備え、
前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数が同じ場合に、第１の大きさの前記信号値に基づいて生成される前記信頼度は、前記第１の大きさよりも小さい第２の大きさの前記信号値に基づいて生成される前記信頼度以上の大きさとなることを特徴とする、距離計測装置。
【請求項14】
距離計測装置と画像処理装置とを備える距離計測システムであって、前記距離計測装置は、
第１照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第１デジタル信号と、前記第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第２デジタル信号との類似性に基づいて、前記第２デジタル信号の重み値を取得する取得部と、
前記第１デジタル信号に、前記重み値で前記第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号を生成する積算部と、
前記レーザ光の照射タイミングと、前記第３デジタル信号中のピーク位置のタイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離値を得るとともに、前記第３デジタル信号中のピーク位置に対応する信号値とを得る距離計測部と、
前記第１照射方向を変更する制御部と、
を有し、
前記画像処理装置は、
前記距離値を画素値とする２次元の距離画像と、前記２次元の距離画像における画素毎の前記距離値に対応する前記信号値に関する信号情報と、を取得する情報取得部と、
前記２次元の距離画像内の対象画素を中心画素とし、前記中心画素から所定範囲内の画素のうちで前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数と、前記中心画素に対応する前記信号値とに基づく信頼度を生成する信頼度生成部と、
を有し、
前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数が同じ場合に、第１の大きさの前記信号値に基づいて生成される前記信頼度は、前記第１の大きさよりも小さい第２の大きさの前記信号値に基づいて生成される前記信頼度以上の大きさとなることを特徴とする、距離計測システム。
【請求項15】
測定距離を画素値とする２次元の距離画像と、前記２次元の距離画像における画素毎の前記測定距離に対応する信号値に関する信号情報と、を取得する情報取得部と、
前記２次元の距離画像内の対象画素を中心画素とし、前記中心画素から所定範囲内の画素のうちで前記中心画素の距離値に対して所定範囲内の距離値を有する画素の画素数と、前記中心画素に対応する前記信号値とに基づく信頼度を生成する信頼度生成部と、
を備え、
前記信頼度の値は、前記中心画素の前記信号値が同じなら、前記画素数が増加するに従い高くする、画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、画像処理装置、画像処理方法、距離計測装置、及び距離計測システムに関する。
【背景技術】
【0002】
ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と称される距離計測システムが知られている。この距離計測装置では、レーザ光を計測対象物に照射し、計測対象物により反射された反射光の強度をセンサ出力に基づき時系列なデジタル信号に変換する。これにより、レーザ光の発光の時点と、デジタル信号の信号値のピークに対応する時点との時間差に基づき、計測対象物までの距離が計測される。センサには、物体により散乱された太陽光などの環境光も入射され、ランダムに発生するノイズとなる。
【0003】
距離計測システムでは、隣接した方向に照射したレーザ光に基づく複数のデジタル信号を累積して、Ｓ／Ｎ比を向上させる処理が行われる。ところが、複数のデジタル信号を累積すると、ノイズのクラスタ化が生じてしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１１－２１５００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、クラスタ化したノイズを含む距離画像の画素毎の信頼度を生成可能な画像処理装置、画像処理方法、距離計測装置、及び距離計測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本実施形態に係る画像処理装置は、情報取得部と、信頼度生成部と、を備える。情報取得部は、定距離を画素値とする２次元の距離画像と、２次元の距離画像における画素毎の測定距離に対応する信号値に関する信号情報と、を取得する。信頼度生成部は、２次元の距離画像の画素毎に、各画素を中心画素とし、中心画素から所定範囲内の画素のうちで中心画素の距離値と所定範囲内の距離値を有する画素の情報と、中心画素に対応する信号値とに基づく信頼度を生成する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本実施形態に係る距離計測装置の概略的な全体構成を示す図。
【図2】本実施形態に係る距離計測装置の構成例を示す図。
【図3】光源の出射パターンを模式的に示している図。
【図4】レーザ光それぞれの計測対象物上の照射位置を拡大して示す模式図。
【図5】ＡＤ変換部による電気信号のサンプリング値の一例を示す図。
【図6】計測処理部の詳細な構成を示すブロック図。
【図7】基準となるレーザ光と、隣接する第２照射方向に照射されたレーザ光を模式的に示す図。
【図11】累積処理部の詳細な構成を示すブロック図。
【図12】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は類似性の高い第２デジタル信号を重み付き累積した場合を模式的に示す図。
【図13】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は類似性の低い第２デジタル信号を重み付き累積した場合を模式的に示す図。
【図14】画像処理装置の詳細な構成を示す図。
【図15A】２次元の距離画像の例を示す図。
【図15B】領域１４００の拡大図。
【図16】信頼度を計算する画素範囲を説明する図
【図17】クラスタサイズ及び輝度値と距離測定の成功率との関係を示す図。
【図18】係数Ｃ（ｉ，ｊ）は配置パターン例を示す図。
【図19】第２信頼度Ｒ２ｉに用いるＣ（ｉ，ｊ）の値の配置パターン例を示す図。
【図20】各信頼度と失敗率１％ラインとの関係を示す図。
【図21】信頼度に基づき、９９％のデノイズを行った結果の測距成功率を示す図。
【図22】ノイズ低減処理を行って、ノイズを除去した後の測距成功率を示す図。
【図23】ノイズ低減処理を行った図。
【図24】距離計測システムの処理動作を説明するフローチャート。
【図25】第１変形例に係る画像処理装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態に係る画像処理装置、画像処理方法、距離計測装置、及び距離計測システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
【0009】
（一実施形態）
図１は、本実施形態に係る運転支援システム１の概略的な全体構成を示す図である。この図１に示すように運転支援システム１は、距離画像に基づく運転支援を行う。運転支援システム１は、距離計測システム２と、運転支援装置５００と、音声装置５０２と、制動装置５０４と、表示装置５０６とを、を備えて構成されている。距離計測システム２は、計測対象物１０の距離画像を生成し、距離計測装置５と、画像処理装置４００とを備える。
図１は、本実施形態に係る運転支援システム１の概略的な全体構成を示す図である。この図１に示すように運転支援システム１は、距離画像に基づく運転支援を行う。運転支援システム１は、距離計測システム２と、運転支援装置５００と、音声装置５０２と、制動装置５０４と、表示装置５０６とを、を備えて構成されている。距離計測システム２は、計測対象物１０の距離画像を生成し、距離計測装置５と、画像処理装置４００とを備える。
【0010】
距離計測装置５は、走査方式及びＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて、計測対象物１０までの距離を計測する。より具体的には、この距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００画像処理装置４００を備えて構成されている。
【0011】
出射部１００は、レーザ光Ｌ１を間欠的に出射する。光学機構系２００は、出射部１００が出射するレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射するとともに、計測対象物１０上で反射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を計測部３００に入射させる。ここで、レーザ光とは、位相および周波数が揃った光を意味する。
【0012】
計測部３００は、光学機構系２００を介して受光した反射光Ｌ２に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。すなわち、この計測部３００は、出射部１００がレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射した時点と、反射光Ｌ２が計測された時点との時間差に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。
【0013】
画像処理装置４００は、ノイズの低減処理を行い、計測対象物１０上の複数の測定点までの距離に基づき距離画像データを出力する。画像処理装置４００の一部または全ては、距離計測装置５の筐体内に組み込んでもよい。画像処理装置４００の詳細な構成は後述する。
【0014】
運転支援装置５００は、画像処理装置４００の出力信号に応じて車両の運転を支援する。運転支援装置５００には、音声装置５０２、制動装置５０４、表示装置５０６などが接続されている。
【0015】
音声装置５０２は、例えばスピーカであり、車両内の運転席から聴講可能な位置に配置されている。運転支援装置５００は、画像処理装置４００の出力信号に基づき、例えば音声装置５０２に「対象物まで５メートルです」などの音声を発生させる。これにより、例えば運転士の注意力が低下している場合にも、音声を聴講することで、運転士の注意を喚起させることが可能となる。
【0016】
制動装置５０４は、例えば補助ブレーキである。運転支援装置５００は、画像処理装置４００の出力信号に基づき、例えば対象物が所定の距離、例えば３メートルまで近接した場合に、制動装置５０４に車両を制動させる。
【0017】
表示装置５０６は、例えば液晶モニタである。運転支援装置５００は、画像処理装置４００の出力信号に基づき、表示装置５０６に画像を表示する。これにより、例えば逆光時などでも、表示装置５０６に表示される画像を参照することで、外部情報をより正確に把握可能となる。
【0018】
次に、図２に基づき、本実施形態に係る距離計測装置５の出射部１００、光学機構系２００、および計測部３００のより詳細な構成例を説明する。図２は、第１の実施形態に係る距離計測装置５の構成例を示す図である。図２に示すように、距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００と、画像処理装置４００と、を備えて構成されている。ここでは、散乱光Ｌ３の内、所定の方向の散乱光を反射光Ｌ２と呼ぶこととする。
【0019】
出射部１００は、光源１１と、発振器１１ａと、第１駆動回路１１ｂと、制御部１６と、第２駆動回路１６ａとを、有する。
【0020】
光学機構系２００は、照射光学系２０２と、受光光学系２０４とを有する。照射光学系２０２は、レンズ１２と、第１光学素子１３と、レンズ１３ａ、ミラー（反射デバイス）１５とを有する。
【0021】
受光光学系２０４は、第２光学素子１４と、ミラー１５とを有する。すなわち、これら照射光学系２０２、及び受光光学系２０４は、ミラー１５を共有している。
【0022】
計測部３００は、光検出器１７と、センサ１８と、レンズ１８ａと、第１増幅器１９と、ＡＤ変換部２０と、記憶部２１と、計測処理部２２と、を有する。なお、光を走査する既存方法としては、距離計測装置５を回転させる方法（以下、回転方法と呼ぶ）がある。また、別の走査する既存方法として、ＯＰＡ方法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、回転方法やＯＰＡ方法により光を走査してもよい。
【0023】
出射部１００の発振器１１ａは、制御部１６の制御に基づき、パルス信号を生成する。第１駆動回路１１ｂは、発振器１１ａの生成したパルス信号に基づいて光源１１を駆動する。光源１１は、例えばレーザダイオードなどのレーザ光源であり、第１駆動回路１１ｂによる駆動に応じてレーザ光Ｌ１を間欠的に発光する。
【0024】
図３は、光源１１の出射パターンを模式的に示している図である。図３において、横軸は時刻を示し、縦線は光源１１の出射タイミングを示している。下側の図は、上側の図における部分拡大図である。この図３に示すように光源１１は、例えばＴ＝数マイクロ秒～数十マイクロ秒の間隔で、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を間欠的に繰り返し発光する。ここで、ｎ番目に発光されるレーザ光Ｌ１をＬ１（ｎ）と表記する。Ｎは、計測対象物１０を測定するために照射するレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射回数を示している。
【0025】
図２に示すように、照射光学系２０２の光軸Ｏ１上には、光源１１、レンズ１２、第１光学素子１３、第２光学素子１４、及びミラー１５がこの順番に配置されている。これにより、レンズ１２は、間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１をコリメートして、第１光学素子１３に導光する。
【0026】
第１光学素子１３は、レーザ光Ｌ１を透過させると共に、レーザ光Ｌ１の一部を光軸Ｏ３に沿って光検出器１７に入射させる。第１光学素子１３は、例えばビームスプリッタである。
【0027】
第２光学素子１４は、第１光学素子１３を透過したレーザ光Ｌ１を更に透過して、レーザ光Ｌ１をミラー１５に入射させる。第２光学素子１４は、例えばハーフミラーである。
【0028】
ミラー１５は、光源１１から間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１を反射する反射面１５ａを有する。反射面１５ａは、例えば、互いに交差する２つの回動軸線ＲＡ１、ＲＡ２を中心として回動可能となっている。これにより、ミラー１５は、レーザ光Ｌ１の照射方向を周期的に変更する。
【0029】
制御部１６は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有し、反射面１５ａの傾斜角度を連続的に変更させる制御を第２駆動回路１６ａに対して行う。第２駆動回路１６ａは、制御部１６から供給された駆動信号に従って、ミラー１５を駆動する。すなわち、制御部１６は、第２駆動回路１６ａを制御して、レーザ光Ｌ１の照射方向を変更させる。
【0030】
図４は、レーザ光Ｌ１の計測対象物１０上の照射位置を拡大して示す模式図である。この図４に示すように、反射面１５ａは、レーザ光Ｌ１毎に照射方向を変更して計測対象物１０上のほぼ平行な複数の直線経路Ｐ１～Ｐｍ（ｍは２以上の自然数）に沿って、離散的に照射させる。このように、本実施形態に係る距離計測装置５は、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を変更しつつ、計測対象物１０に向けて１回ずつ照射する。ここで、レーザ光Ｌ１（ｎ）の照射方向をＯ（ｎ）で表記する。すなわち、本実施形態に係る距離計測装置５では、レーザ光Ｌ１（ｎ）は、照射方向Ｏ（ｎ）に一回照射される。なお、本実施形態に係るレーザ光Ｌ１（ｎ）は一点ずつ順次照射されるが、これに限定されず、複数点を同時に照射してもよい。例えば一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射してもよい。
【0031】
レーザ光Ｌ１（ｎ）とＬ１（ｎ＋１）との計測対象物１０上の照射位置の間隔は、レーザ光Ｌ１間の照射間隔Ｔ＝数マイクロ秒～数十マイクロ秒（図３）に対応している。このように、各直線経路Ｐ１～Ｐｍ上に照射方向の異なるレーザ光Ｌ１が離散的に照射される。なお、直線経路の数や走査方向は特に限定されない。
【0032】
図２に示すように、受光光学系２０４の光軸Ｏ２上には、反射光Ｌ２が入射する順に、ミラー１５の反射面１５ａ、第２光学素子１４、レンズ１８ａ、センサ１８が配置されている。ここで、光軸Ｏ１とは、レンズ１２の中心位置を通過するレンズ１２の焦点軸である。光軸Ｏ２とは、レンズ１８ａの中心位置を通過するレンズ１８ａの焦点軸である。
【0033】
反射面１５ａは、計測対象物１０上で散乱された散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２に沿って進む反射光Ｌ２を第２光学素子１４に入射させる。第２光学素子１４は、反射面１５ａで反射された反射光Ｌ２の進行方向を変えて、光軸Ｏ２に沿って計測部３００のレンズ１８ａに入射させる。レンズ１８ａは、光軸Ｏ２に沿って入射した反射光Ｌ２をセンサ１８にコリメートさせる。
【0034】
一方で、散乱光Ｌ３のうちレーザ光Ｌ１と異なる方向に反射された光の進行方向は、受光光学系２０４の光軸Ｏ２からずれている。このため、散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２と異なる方向に反射された光は、仮に受光光学系２０４内に入射しても、受光光学系２０４が配置されている筐体内の黒体などに吸収されるか、センサ１８の入射面からずれた位置に入射される。これに対して、何らかの物体により散乱された太陽光などの環境光の中には、光軸Ｏ２に沿って進行する光があり、これらの光は、ランダムにセンサ１８の入射面に入射して、ランダムなノイズとなる。
【0035】
なお、図２においては、明確化のためにレーザ光Ｌ１と反射光Ｌ２の光路を分けて図示しているが、実際にはこれらは重なっている。また、レーザ光Ｌ１の光束の中心の光路を光軸Ｏ１として図示している。同様に、反射光Ｌ２の、光束の中心の光路を光軸Ｏ２として図示している。
【0036】
センサ１８は、レンズ１８ａから入射する反射光Ｌ２を検出する。このセンサ１８は、受光光学系２０４を介して受光した反射光Ｌ２を電気信号に変換する。
【0037】
ＡＤ変換部２０は、センサ１８が出力する電気信号を所定のサンプリング間隔でデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２０は、例えば反射光Ｌ２に基づく電気信号を増幅する増幅器とＡＤ変換器（ＡＤＣ： Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）で構成され、増幅器がセンサ１８の電気信号を増幅し、ＡＤ変換器が増幅した電気信号を複数のサンプリングタイミングにおいてサンプリングして、レーザ光Ｌ１の照射方向に対応するデジタル信号に変換する。
【0038】
図５は、ＡＤ変換部２０による電気信号のサンプリング値の一例を示す図である。図５の横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸はサンプリング値（輝度）、すなわちデジタル信号の値を示す。サンプリングタイミングは、距離に対応する。例えば、サンプリングタイミングｔ０～ｔ３２にブランキング時間を加えたものは、レーザ光Ｌ１が照射されてから次のレーザ光Ｌ１が照射されるまでの経過時間Ｔ（図３）に対応する。図中のピークが反射光Ｌ２に基づくサンプリング値であり、このピークを示すサンプリングタイミングＴＬ２が計測対象物１０までの距離の２倍に対応する。
【0039】
より具体的には、距離＝光速×（サンプリングタイミングＴＬ２－光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。ここで、サンプリングタイミングは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻からの経過時間であり、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミングは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻である。
【0040】
なお、図示したサンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲は一例であり、サンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲を変更してもよい。
【0041】
図２に示すように、記憶部２１は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。制御部１６は、レーザ光Ｌ１が照射されたタイミングにおけるミラー１５の照射方向の情報と、レーザ光Ｌ１のデジタル信号を対応させて時系列に記憶部２１に記憶させる。すなわち、記憶部２１は、ＡＤ変換部２０が変換した第１デジタル信号をレーザ光Ｌ１の照射方向毎にそれぞれ対応させて時系列に記憶している。
【0042】
計測処理部２２は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出するタイミングと、センサ１８が反射光Ｌ２を検出するタイミングとの時間差に基づき、距離を計測する。
【0043】
【0044】
積算処理部２２０は、記憶部２１に記憶されたレーザ光Ｌ１毎のデジタル信号のＳ／Ｎ比を改善した計測用のデジタル信号を得る処理を行う。積算処理部２２０は、取得部２２０Ａと、積算部２２０Ｂとを有する。
【0045】
取得部２２０Ａは、記憶部２１に記憶された、第１照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２をデジタル化した第１デジタル信号と、第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２をデジタル化した第２デジタル信号と、の類似性に基づいて、第２デジタル信号の重み値を生成、或いは取得する。
【0046】
積算部２２０Ｂは、第１デジタル信号に、取得部２２０Ａにより生成された重み値で第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて計測用のデジタル信号（第３デジタル信号）を生成する。取得部２２０Ａ及び積算部２２０Ｂの詳細な処理は後述する。
【0047】
距離計測部２２２は、Ｓ／Ｎ比の改善された時系列な第３デジタル信号に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。より具体的には。レーザ光Ｌ１の照射に基づく時点と、第３デジタル信号の信号値のピーク位置に基づく時点との時間差に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。距離計測部２２２は、レーザ光Ｌ１毎、つまり照射方向毎の距離情報と第３デジタル信号のピーク位置に対応する信号値の情報を含む信号Ｄ１（図２）を画像処理装置４００に供給する。すなわち、距離計測部２２２は、照射方向毎に、測定距離の情報と、距離測定に用いた複数の時系列なデジタル信号（第１デジタル信号と第２デジタル信号）に基づく時系列な第３デジタル信号の測定距離に対応する信号値（ピーク位置の輝度値）の情報とを画像処理装置４００に供給する。
【0048】
ここで、図７に基づき、基準となるレーザ光Ｌ１（ｎ）の第１照射方向と第１照射方向とは異なる第２照射方向の関係について説明する。
【0049】
図７は、基準となるレーザ光Ｌ１（ｎ）と、第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｂ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｃ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｄ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｆ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｇ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｈ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）を模式的に示している。ここでは、基準となるレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射方向を第１照射方向とよび、第１照射方向と異なる照射方向を第２照射方向とよぶこととする。図７に示すように、基準となるＬ１（ｎ）がＬ１Ｅに対応している。同様に、Ｌ１（ｉ＋ｍａ）がＬ１Ａに対応し、Ｌ１（ｉ＋ｍｂ）がＬ１Ｂに対応し、Ｌ１（ｉ＋ｍｃ）がＬ１Ｃに対応し、Ｌ１（ｉ＋ｍｄ）がＬ１Ｄに対応し、Ｌ１（ｉ＋ｍｆ）がＬ１Ｆに対応し、Ｌ１（ｉ＋ｍｇ）がＬ１Ｇに対応し、Ｌ１（ｉ＋ｍｆ）がＬ１Ｆに対応する。
【0050】
第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１の照射順を示すｎ＋ｍａ、ｎ＋ｍｂ、ｎ＋ｍｃは（０≦ｎ≦Ｎ）の中の連続する自然数である。Ｎは、上述したように、計測対象物１０を測定するために照射するレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射回数を示している。同様に、ｎ＋ｍｄ、ｎ、ｎ＋ｍｆも連続する自然数であり、ｎ＋ｍｇ、ｎ＋ｍｈ、ｎ＋ｍｉも連続する自然数である。図４に示すように、複数の直線経路Ｐ１～Ｐｍ（ｍは２以上の自然数）の一つの直線経路上の測定点の数をＬ＝Ｎ／ｍとすると、ｎ＋ｍｄ＝ｎ＋ｍａ＋Ｌ、ｎ＋ｍｇ＝ｎ＋ｍｄ＋Ｌなる関係がある。
【0051】
第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｂ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｃ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｆ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）の進行先には、同一の計測対象物１０があり、第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍｄ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｇ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｈ）の進行先には、計測対象物１０よりも手前に計測対象物１０と異なる物体がある例を説明する。すなわち、基準となるレーザ光Ｌ１（ｎ）が照射された計測対象物１０上の測定点がＥであり、レーザ光Ｌ１（ｎ）に隣接する第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｂ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｃ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｆ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）が照射された計測対象物１０上の測定点がＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｉである。一方で、レーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍｄ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｇ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｈ）が照射された計測対象物１０と異なる物体上の測定点がＤ、Ｇ、Ｈである。これらの測定点は同一平面上にはないが、図７中では、測定点を模式的に同一平面上に投影させて表示している。
【0052】
このように、ｍａ～ｍｉは、直線経路上の測定点の数Ｌにより変更されるので、説明を簡単にするため、本実施形態においては、レーザ光Ｌ１（ｎ）に隣接する照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）～Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）をＬ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））により表記することとする。すなわち、ｎを中心とした第２照射方向の照射順をｎ＋ｍ（Ｚ）で表記する。Ｚは自然数であり、Ｍは、第１照射方向に隣接する第２照射方向の数を示している。例えば、図７では、隣接する照射方向の数がＭ＝８であるので、隣接する第２照射方向をＬ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦７））で表記する。これにより、ｍａ＝ｍ（０）、ｍｂ＝ｍ（１）、ｍｃ＝ｍ（２）、ｍｄ＝ｍ（３）、ｍｆ＝ｍ（４）、ｍｇ＝ｍ（５）、ｍｈ＝ｍ（６）、ｍｉ＝ｍ（７）で表すことができる。なお、Ｍは任意の数である。
【0053】
以下の説明では、第１照射方向のレーザ光Ｌ１（ｎ）の反射光Ｌ２（ｎ）に基づく第１デジタル信号をＤ（ｎ）で表記する。また、レーザ光Ｌ１（ｎ）に隣接する第２照射方向のレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））の反射光をＬ２（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））で表記し、第２照射方向のレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））の照射方向をＯ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））で表記し、反射光Ｌ２（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））に基づく第２デジタル信号をＤ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））で表記する。また、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）における所定期間ＴＡの累積値を第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）で表記し、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））における所定期間ＴＡの累積値を第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））で表記する。ｔは、サンプリングタイミングを示している。
【0054】
次に図７を参照にしつつ、図８に基づき第１デジタル信号と第２デジタル信号の特性を説明する。図８は、図７で示したレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｂ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｃ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｄ）、Ｌ１（ｎ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｆ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｇ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｈ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）の反射光に基づき得られたデジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩを模式的に示す図である。すなわち、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）を第１デジタル信号ＤＥで示し、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦Ｚ≦７）のそれぞれを第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩで示している。
【0055】
図８（Ａ）は、同一の計測対象物１０上から反射した反射光に基づき得られたデジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＩを模式的に示し、図８（Ｂ）は、計測対象物１０と異なる物体から反射した反射光に基づき得られたデジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨを模式的に示している。縦軸は信号値（輝度値）であり、横軸は、サンプリングタイミングである。
【0056】
図８（Ａ）に示すように、計測対象物１０上から反射された反射光Ｌ２に基づき得られた第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩは、第１デジタル信号ＤＥと類似する傾向が見られる。一方で、図８（Ｂ）に示すように、計測対象物１０と異なる物体から反射した反射光に基づき得られた第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨは、第１デジタル信号ＤＥとの類似性が低くなる傾向が見られる。
【0057】
次に図７及び図８を参照にしつつ図９に基づき、デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩの所定時間ＴＡ内の累積値について説明する。図９は、図８で示したデジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩの所定時間ＴＡ内の累積値の例を示す図である。図９は、例えば日中の測定結果であり、太陽光などの環境光の影響を受けている例である。縦軸は信号値（輝度値）であり、横軸は、サンプリングタイミングである。
【0058】
図９（Ａ）は、第１デジタル信号ＤＥに基づく第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）を示している図である。矢印の時間範囲ＴＡが累積を行う時間範囲を示している。図９（Ａ）中の第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）は、この時間範囲ＴＡを順に０からサンプリングの終了時まで移動させながら第１デジタル信号ＤＥの累積を行った結果を示している。
【0059】
図９（Ｂ）は、第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩに基づく第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（Ｚ＝０、１、２、４、７）を示し、図９（Ｃ）は、第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨに基づく第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（Ｚ＝３、５、６）を示している。第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）、及び第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）の詳細は後述する。
【0060】
図９（Ｄ）は、重み値に基づき、第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩを第１デジタル信号ＤＥに累積することにより得られた第３デジタル信号の例を示している。
【0061】
図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この所定時間ＴＡ内の第１デジタル信号ＤＥを累積した第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）は、第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩをそれぞれ時間範囲ＴＡ内で累積した第２累積値第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（Ｚ＝０、１、２、４、７）とほぼ同じ値を示す傾向が見られる。一方で、図９（Ｃ）に示すように、第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）は、第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨをそれぞれ所定時間ＴＡ内で累積した第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（Ｚ＝３、５、６）とは、異なる値を示す傾向が見られる。これは、異なる反射対象物により反射される環境光などの強度が、対象物毎に異なることが影響しているためと考えられている。例えば、測定点Ｄ、Ｇ、Ｈの方が測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｉよりも近距離であったり、反射係数の高い物体であったりすると所定時間ＴＡ内のデジタル信号の累積値は高くなる傾向がある。
【0062】
次に図７及び図８を参照にしつつ図１０に基づき、デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩのピーク値について説明する。図１０は、図８で示したデジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩに基づき得られたデジタル信号のピーク値を示す模式図である。横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は信号値を示す。図１０は、例えば夜間の測定結果であり、太陽光などの環境光の影響が低減されている例である。
【0063】
図１０（Ａ）は、第１デジタル信号ＤＥに基づく第１ピーク値を示し、図１０（Ｂ）は、第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩに基づく第２ピーク値を示し、図１０（Ｃ）は、第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨに基づくピーク値を示し、図１０（Ｄ）は、重み値に基づき累積した第３デジタル信号を示している。ここで、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）に基づくピーク値を第１ピーク値とよび、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））に基づくピーク値を第２ピーク値とよぶこととする。
【0064】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１デジタル信号ＤＥの第１ピーク値は、同一の計測対象物１０から反射された反射光に基づく第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩの第２ピーク値とは、同じ値を示す傾向が見られる。一方で、図１０（Ｂ）に示すように、第１デジタル信号ＤＥの第１ピーク値と、異なる計測対象物１０から反射された反射光に基づく第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨの第２ピーク値とは、異なる値を示す傾向が見られる。
【0065】
図１０（Ｄ）に示すように、類似性の高い第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩの重み値を大きくし、類似性の低い第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨの重み値を小さくして、第１デジタル信号ＤＥに累積すれば、第３デジタル信号ＡｄのＳ／Ｎ比を改善させることが可能となる。特に、夜間の測定においてより測定精度を上げることが可能となる。
【0066】
次に図７、図９及び１０を参照にしつつ、図１１に基づき、取得部２２０Ａの詳細な構成を説明する。図１１は、取得部２２０Ａの詳細な構成を示すブロック図である。図１１に示すように、取得部２２０Ａは、第１累積値演算部２２００と、第２累積値演算部２２０２と、第１比率演算部２２０４と、第１ピーク値検出部２２０６と、第２ピーク値検出部２２０８と、第２比率演算部２２１０と、を有している。
【0067】
第１累積値演算部２２００は、図９（Ａ）に示すように、第１照射方向に間欠的に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ）の反射光Ｌ２（ｎ）をそれぞれデジタル化した複数の第１デジタル信号Ｄ（ｎ）（ｔ）を所定期間ＴＡ内で累積した第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）を求める。例えば、第１累積値演算部２２００は、（１）式にしたがい第１累積値Ａｔ（ｎ）を求める。ここでは、Ｄ（ｎ）をサンプリングタイミングｔの関数Ｄ（ｎ）（ｔ）で表記する。
【0068】
【数1】
【0069】
第２累積値演算部２２０２は、図９（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第２照射方向に間欠的に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））の反射光をそれぞれデジタル化した複数の第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））を所定期間ＴＡ内に累積した第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））を求める。第２累積値演算部２２０２は、（２）式にしたがい第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）を求める。ここでは、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））をサンプリングタイミングｔの関数Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）で表記する。上述のようにＺは０≦Ｚ≦（Ｍ－１）の範囲の自然数であり、Ｍは、第１照射方向に隣接する第２照射方向の数を示している。
【0070】
【数2】
【0071】
第１比率演算部２２０４は、第１累積値演算部２２００が累積した第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）と第２累積値演算部２２０２が累積した第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））との第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を求める。第１比率演算部２２０４は、（１）、（２）式のｔに任意の固定時間Ｔを代入し、（３）式にしたがい、第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を演算する。すなわち、本実施形態に係る第１比率演算部２２０４では、第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））の演算に任意の固定時間Ｔの間に測定されたデジタル信号の累積値を用いている。ここで、単なる比率でなく、オフセット・最小値処理を入れることも可能で、その場合（３－２）式となる。
【0072】
【数3】
【0073】
【数3-2】
【0074】
第１ピーク値検出部２２０６は、例えば図１０（Ａ）に示すように第１デジタル信号Ｄ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の信号振幅が最大または最小となる第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を検出する。ここでは、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）の第１ピーク値をＰｅａｋ（ｎ）で表記する。
【0075】
同様に、第２ピーク値検出部２２０８は、例えば図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示すように第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の信号振幅が最大または最小となる第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦ｎ＜Ｎ）を検出する。ここで、Ｚは隣接する第２照射方向の数を示している。また、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の第２ピーク値をＰｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））により表記する。
【0076】
第２比率演算部２２１０は、第１ピーク値検出部２２０６が検出した第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と、第２ピーク値検出部２２０８が検出した第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を求める。より具体的には第２比率演算部２２１０は（４）式にしたがい第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を求める。ここで、単なる比率でなく、オフセット、最小値処理を入れることも可能で、その場合（４－２）式となる。
【0077】
【数4】
【0078】
【数4-2】
【0079】
図６に示すように、取得部２２０Ａは、これらの第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））のいずれかに基づき、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する。
取得部２２０Ａは、例えば（５）式に示すように、第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と第一累積値Ａに基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号（ｎ＋ｍ（Ｚ））との間の類似性を示す第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する。
取得部２２０Ａは、例えば（５）式に示すように、第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と第一累積値Ａに基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号（ｎ＋ｍ（Ｚ））との間の類似性を示す第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する。
【0080】
【数5】
【0081】
ここで、関数Ｆ１（ｘ）は、例えばｘが１のとき、最大値を示し、ｘの値が１から乖離するにしたがい値が小さくなる非線形な関数である。これにより、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１累積値と第２累積値との比率が１のとき、最も高い値を示し、１から乖離するにしたがい値が小さくなる。また、（５）式で示すように、累積値を用いた第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、累積値を用いるため、ランダムなノイズの影響を受けにくいので、太陽光などの環境光の影響を受けやすい日中の計測処理に適している。
【0082】
また、取得部２２０Ａは、例えば（６）式に示すように、第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）に基づき、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得してもよい。
【0083】
【数6】
【0084】
すなわち、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との比率が１のとき、最も高い値を示し、１から乖離するにしたがい値が小さくなる。また、（６）式で示すように、ピーク値を用いた第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、ピーク値の測定精度がより上がる、環境光のない夜間の計測処理に適している。
【0085】
なお、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との類似性を示す値であれば、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との第２比率ＥＲａ２（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））に限定されない。例えば、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との差分値の絶対値と第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）との比率を第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））としてもよい。この場合、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との差分値の絶対値と第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）との比率が０のとき、最も高い値を示し、０より大きくなるにしたがい値が小さくなる。
【0086】
また、取得部２２０Ａは、第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と、第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））とに基づき、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得してもよい。この場合、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））および第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））の双方が共に１に近ければ、最も高い値を示し、いずれか一方の比率が１よりも大きくなる、又は１よりも小さくなるにしたがい、値がより低下する。このように、積算値及びピーク値を用いた第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、昼夜間のいずれの時間帯の計測処理にも適している。
【0087】
取得部２２０Ａは、例えば（７）乃至（９）式で示すように、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との間の重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を生成する。すなわち、（７）式は、第１比率ＥＲａ１（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））を用いて重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を生成する場合を示し、（８）式は、第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を用いて重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を生成する場合を示し、（９）式は、第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））とを用いて重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を生成する場合を示している。
【0088】
【数7】
【0089】
【数8】
【0090】
【数9】
【0091】
なお、（３）式又は（３－２）式により第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を演算する際に、累積値の代わりにデジタル信号のＳ／Ｎを表す信号である標準偏差、分散、振幅値、平均値からの差の絶対値の積算などを用いてもよい。すなわち、取得部２２０Ａは、第１デジタル信号所定期間内におけるＳ／Ｎを表す信号である標準偏差、分散、振幅値、及び、平均値からの差の絶対値の積算値の内のいずれか一つを第１演算値として演算し、第２デジタル信号所定期間内におけるＳ／Ｎを表す信号である標準偏差、分散、振幅値、及び、平均値からの差の絶対値の積算値の内のいずれか一つを第２演算値として演算し、第１演算値と第２演算値の比率に基づいて、第２デジタル信号の重み値を生成してもよい。
【0092】
ここで、関数Ｆ２（ｘ）は、例えばＸの単調増加関数であり、最大値が例えば１．０であり、最小値が０である。Ｆ３（ｘ１、ｘ２）は、第１比率ＥＲａ１（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））と、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））との２値関数であり、第１比率ＥＲａ１（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））と、第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））との双方が共に１に近ければ、その値がより大きくなり、いずれか一方の比率が１よりも大きくなる、又は１よりも小さくなるにしたがい、その値がより小さくなる関数である。このように、取得部２２０Ａは、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と類似性の高い第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））をより大きな値として生成する。
【0093】
また、取得部２２０Ａは、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））の取得に用いた第１比率ＥＲａ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））又は、第２比率ＥＲａ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））が所定の範囲を超える場合に、重み値を０にする。すなわち、重み値が０となった第２デジタル信号は累積されない。これにより、特性の相違が大きなデジタル信号の影響を抑制できる。なお、本実施形態に係る第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、所定の時間範囲の累積値の比率、ピーク値の比率などに基づき取得されるが、これらに限定されず、デジタル信号間の類似性を示す数値であればよい。なお、第１、第２のデジタル信号の類似性を示す第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））などを別の計算部やＣＰＵで処理をしてもよい。
【0094】
積算部２２０Ｂは、以下の式（６）に示すように、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）に、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））で第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を生成する。上述のように、Ｍは、第１照射方向に隣接する第２照射方向の数を示している。
【0095】
【数10】
【0096】
【数11】
【0097】
また、取得部２２０Ａは、（１１）式に示す重み値の情報を画像処理装置４００に出力する。この重み値の情報は、後述する信頼度の生成に用いることが可能である。
【0098】
まず、図１２に基づき、第１デジタル信号との類似性の高い第２デジタル信号を累積した第３デジタル信号について説明する。図１２は、第１デジタル信号ＤＥと第２デジタル信号ＤＡ（図８）とを重み付き累積をした場合を模式的に示す図である。
【0099】
図１２（Ａ）は、計測対象物１０の反射光Ｌ２に基づき得られた第１デジタル信号ＤＥを模式的に示し、図１２（Ｂ）は、計測対象物１０の反射光Ｌ２に基づき得られた第２デジタル信号ＤＡを模式的に示す。図１２（Ｃ）は、第１デジタル信号ＤＥと第２デジタル信号ＤＡとを重み付き累積した第３デジタル信号を模式的に示す。ここでの第１デジタル信号ＤＥと第２デジタル信号ＤＡの類似性が高いので、重み値は例えば最大値１．０に近い値が付与されている。
【0100】
図１２（Ｃ）に示すように、計測対象物１０からの反射光Ｌ２は、ほぼ同じサンプリングタイミングでサンプリングされるので、累積することで信号の強度が増加する。一方で、太陽光や、乱反射された光などのランダムなノイズは再現性がないため、累積により計測対象物１０からの反射光Ｌ２と比較して相対的に低減される。信号値Ｓ１２は、累積された時系列なデジタル信号の測定距離に対応する時点の値を示している。
【0101】
次に、図１３に基づき第１デジタル信号に類似性の低い第２デジタル信号を累積した第３デジタル信号について説明する。図１３は、第１デジタル信号ＤＥに第２デジタル信号ＤＤ（図８）を重み付き累積した場合を模式的に示す図である。図１３（Ａ）は、計測対象物１０の反射光に基づき得られた第１デジタル信号ＤＥを模式的に示し、図１３（Ｂ）は、計測対象物１０と異なる物体から反射した反射光に基づき得られた第２デジタル信号ＤＤを模式的に示す。第１デジタル信号ＤＥと第２デジタル信号ＤＤとの類似性は低いので、重み値は例えば最小値０に近い値が付与されている。
【0102】
このように、第１照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第１デジタル信号と、第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第２デジタル信号と、の類似性に基づいて、第２デジタル信号の重み値を生成する。取得部２２０Ａは、これにより、類似性が高い場合には、第２デジタル信号の重みを増すことができる。重み付けされた第２デジタル信号を第１デジタル信号に累積させて第３デジタル信号を生成することで、第３デジタル信号中のピーク位置のタイミングとレーザ光の照射タイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離をノイズに影響されることなく精度よく、かつ安定的に計測できる。
【0103】
次に、図１４に基づき画像処理装置４００の詳細な構成を説明する。図１４は、画像処理装置４００の詳細な構成を示す図である。図１４に示すように、画像処理装置４００は、ノイズ低減処理を行うことが可能な装置であり、記憶部４０２と、画像処理部４０４とを備えて構成されている。
【0104】
上述のように、第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）のｎは、レーザ光Ｌ１（ｎ）の照射の順番を示している。ここでは、第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）に基づき得られた測定距離Ｄｉｓ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）をＤｉ（０≦ｉ＜Ｎ）と表記し、Ｄｉ（０≦ｉ＜Ｎ）は、２次元の距離画像を構成する画素値を示すこととする。すなわち、本実施形態に係る測定の順番ｎは、距離画像を構成する画素の順番ｉに対応する。
【0105】
同様に、測定距離を示す画素値Ｄｉ（０≦ｉ＜Ｎ）に対応する第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）のピーク時の信号値をＬｉ（０≦ｉ＜Ｎ）と表記することとする。同様に、（１１）式で示した重み値Ｗ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦ｎ＜Ｎ、０≦Ｚ≦（Ｍ－１））を距離画像に対応する重み値Ｗ（ｉ，ｊ）、（０≦ｉ＜Ｎ、ｊ∈Ａ）により表記することとする。Ａは後述する図１６の中心画素ＭＰから所定範囲Ａ内を意味する。例えばＷ（ｉ，ｊ）、ｊ∈Ａと表記すると、画素ｉと画素ｊとの間の重み値を示し、ｊは中心画素ｉから所定範囲Ａ内の画素を意味する。
【0106】
記憶部４０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。記憶部４０２は、計測部３００から供給された情報を記憶する。
【0107】
記憶部４０２は、測定距離を示す画素値Ｄｉ（０≦ｉ＜Ｎ）、測定距離Ｄｉに対応する信号値Ｌｉ（０≦ｉ＜Ｎ）、第３デジタル信号Ａｄ（ｉ）（０≦ｉ＜Ｎ）を累積するために用いた重み値Ｗ（ｉ，ｊ）、（０≦ｉ＜Ｎ、ｊ∈Ａ）を計測部３００から取得し、記憶している。
【0108】
画像処理部４０４は、画像生成部４０６と、画像取得部４０８と、信頼度生成部４１０と、ノイズ低減処理部４１２と、画像評価部４１４とを有する。
【0109】
画像生成部４０６は、記憶部４０２に記憶された情報に基づき、測定距離Ｄｉ（０≦ｉ＜Ｎ）を画素値とする２次元の距離画像と、２次元の距離画像の画素毎に関連づけられた信号値Ｌｉ（０≦ｉ＜Ｎ）の情報を生成し、記憶部４０２に出力する。
【0110】
情報取得部４０８は、記憶部４０２から測定距離離Ｄｉ（０≦ｉ＜Ｎ）を画素値とする２次元の距離画像と、２次元の距離画像の画素毎に関連づけられた信号値Ｌｉ（０≦ｉ＜Ｎ）の情報とを、取得する。また、情報取得部４０８は、記憶部４０２から重み値Ｗ（ｉ，ｊ）、（０≦ｉ＜Ｎ、ｊ∈Ａ）を取得する。なお、情報取得部４０８は、ネットワークを介して、他の装置から２次元の距離画像と、２次元の距離画像の画素毎に関連づけられた信号値、重み値の情報を取得してもよい。
【0111】
信頼度生成部４１０は、２次元の距離画像の画素毎に信頼度を生成する。この信頼度は、例えば値が小さくなるにしたがいその画素がノイズである可能性が高くなる。換言すると、信頼度は値が大きくなるにしたがいその画素がノイズでない可能性が高くなる。
【0112】
図１５Ａは、２次元の距離画像の例を示す図である、領域１４００は、空などのノイズ領域を示している。ここでは、濃淡で距離情報を示している。
【0113】
図１５Ｂは、領域１４００の拡大図であり、領域１４０２は、ノイズがクラスタ化した領域である。すなわち、信頼度生成部４１０は、例えばこのようなノイズがクラスタ化した領域の信頼度が、概ね、ノイズではない他の領域よりも低くなるように信頼度を生成することが可能である。
【0114】
上述の（１０）式で示したように、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）に、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））で第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を生成する。Ｍは、第１照射方向に隣接する第２照射方向の数を示している。このため、Ｍで示す重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））の範囲に強い輝度値を有するノイズＮＨが存在すると、ノイズＮＨを加算範囲とする複数の第３デジタル信号Ａｄに強い輝度値を有するノイズＮＨが加算される。これにより、ノイズＮＨに起因するピーク値が複数の第３デジタル信号Ａｄに生じてしまい、このピーク値が複数の第３デジタル信号Ａｄそれぞれの測定距離として測定され、ノイズのクラスタ化が生じると考えられている
【0115】
図１６は、信頼度を計算する画素範囲を説明する図である。図１６に示すように、画素範囲Ａ内の画素が画素中心Ｍｐの信頼度の生成に用いられる。この画素範囲Ａは、例えば画素中心Ｍｐの８隣接、２４隣接などの範囲である。
【0116】
図１７は、クラスタサイズ及び輝度値と距離測定の成功率との関係を示すシミュレーション結果の図である。縦軸は、クラスタサイズを示し、横軸は輝度値を示す。より詳細には、２次元の距離画像の全画素ｉ（０≦ｉ≦Ｎ、Ｎは全画素数）に対して後述する（１２）式、（１３）式により算出したクラスタサイズＮｉと信号値Ｌｉとの組み合わせを求め、その組み合わせに対応する各画素ｉ（０≦ｉ≦Ｎ、Ｎは全画素数）が真の距離値である割合を測距成功率として示した図である。
【0117】
例えばＧ５は測距成功率が９０％のラインであり、Ｇ４は測距成功率が８０％のラインであり、Ｇ３は測距成功率が７０％のラインであり、Ｇ２は測距成功率が０％のラインである。ラインＧ１は信号値Ｌの２乗×Ｎ＝定数としたラインであり、ラインＧ２～Ｇ５の傾向と一致している。なお、０％は測距可能な物体が存在しない場合（例えば空）に該当する。
【0118】
ラインＧ５上のクラスタサイズと輝度の組み合わせの場合、ノイズでない可能性が９０％であることを示し、ラインＧ４上のクラスタサイズと輝度の組み合わせの場合、ノイズでない可能性が８０％であることを示し、ラインＧ３上のクラスタサイズと輝度の組み合わせの場合、ノイズでない可能性が７０％であることを示し、ラインＧ２上のクラスタサイズと輝度の組み合わせの場合、ノイズでない可能性が０％であることを示している。この図１７の矢印１７００に示すように、右上に向かうほど、測距成功率が高くなる。信頼度は、輝度とクラスタサイズの大きさが大きくなるにしたがい、大きくなるべきことがわかる。
【0119】
【数12】
【0120】
【数13】
【0121】
（１３）式に示すよう、Ｎｉは、中心画素ｉから所定範囲Ａ内（図１６）の画素のうちで中心画素ｉの距離値Ｄｉと所定範囲Ｋ内の距離値Ｄｊを有する画素数を示す。Ｎｉは、クラスタサイズと呼ばれる。
【0122】
信頼度生成部４１０は、画素ｉの第１信頼度Ｒ１ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）を生成する。より詳細には、（１４）式に示すように、画素ｉの第１信頼度Ｒ１ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）は、中心画素ｉの信号値Ｌｉ（０≦ｉ＜Ｎ）に、（１３）式で示す画素数Ｎｉの平方根を乗算した値である。すなわち、画素ｉの第１信頼度Ｒ１ｉは、中心画素ｉから所定範囲Ａ内、例えば８隣接、の画素のうちで中心画素ｉの距離値Ｄｉと所定範囲ｋ（（１２）式）内の距離値Ｄｊを有する画素数Ｎｉと、中心画素ｉに対応する信号値Ｌｉとに基づく値である。
【0123】
Ｌｉは、上述の測定距離の測定に用いた第３デジタル信号Ａｄ（ｉ）（０≦ｉ＜Ｎ）が複数のデジタルデータを累積していない場合、画素ｉに関連付けられた信号値Ｌｉそれ自体の値となる。
【0124】
一方で、第３デジタル信号Ａｄ（ｉ）（０≦ｉ＜Ｎ）が複数のデジタルデータを累積している場合、信号値Ｌｉは、（１５）式、又は（１６）式で計算される。（１５）式は、画素範囲Ａ内の各画素に関連付けられた信号値Ｌｊを（１２）式で示すＰ（ｉ，ｊ）で乗算した値をそれぞれ加算し、（１３）式で示すＮｉで除算した値である。この場合、（１３）式で示す中心画素ｉから所定の範囲であるＡは、例えば第３デジタル信号Ａｄ（ｉ）（０≦ｉ＜Ｎ）を累積したデジタル信号の範囲、すなわち重み値Ｗ（ｉ，ｊ）、（０≦ｉ＜Ｎ、ｊ∈Ａ）の範囲Ａと一致する。
【0125】
これにより、（１５）式を（１４）式に代入した信頼度Ｒ１ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）は、中心画素ｉから所定範囲Ａ内の画素のうちで中心画素ｉの距離値Ｄｉと所定範囲ｋ（（１２）式）内の距離値Ｄｊを有する画素ｊに対応する信号値Ｌｊをそれぞれ加算した加算値を画素数Ｎｉで除算し、更に画素数Ｎｉの平方根を乗算した値となる。
【0126】
（１６）式に示すように更に係数Ｃ（ｉ，ｊ）を乗算してもよい。これにより、（１６）式を（１４）式に代入した信頼度Ｒ１ｉは、中心画素ｉから所定範囲Ａ内の画素のうちで中心画素ｉの距離値Ｄｉと所定範囲ｋ（（１２）式）内の距離値Ｄｊを有する画素ｊに対応する信号値Ｌｊに所定の係数Ｃ（ｉ，ｊ）を乗算した乗算値をそれぞれ加算した加算値を、信号値Ｌｊに乗算した所定の係数Ｃ（ｉ，ｊ）をそれぞれ加算した加算値により除算し、更に画素数Ｎｉの平方根を乗算した値となる。
【0127】
図１８は、係数Ｃ（ｉ，ｊ）の配置パターン例を示す図である。中心画素ｉの係数を１１ｂで示し、加算範囲Ａ内の周辺画素の係数を０１ｂで示している。例えば、係数１１ｂは１であり、係数０１ｂは、１、１／２、１／４などの中から選択される。
【0128】
【数14】
【0129】
【数15】
【0130】
【数16】
【0131】
【数17】
【0132】
また、信頼度生成部４１０は、第２信頼度Ｒ２ｉを生成する。（１７）式に示すように、第２信頼度Ｒ２ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）は、中心画素ｉから所定範囲Ａ内の画素のうちで中心画素ｉの距離値Ｄｉと所定範囲ｋ（（１２）式）内の距離値Ｄｊを有する画素ｊに対応する信号値Ｌｉのべき乗をそれぞれ加算した加算値に基づく値である。より具体的には、第２信頼度Ｒ２ｉは、中心画素ｉから所定範囲Ａ内の画素のうちで中心画素ｉの距離値Ｄｉと所定範囲ｋ（（１２）式）内の距離値Ｄｊを有する画素ｊに対応する信号値Ｌｉのべき乗に所定の係数Ｃ（ｉ，ｊ）を乗算した値をそれぞれ加算した加算値に基づく値である。
【0133】
図１９は、第２信頼度Ｒ２ｉに用いるＣ（ｉ，ｊ）の値の配置パターン例を示す図である。中心画素ｉの係数を１１ｂで示し、加算範囲Ａ内の周辺画素の係数を０１ｂで示している。例えば、係数１１ｂは１であり、係数を０１ｂは、１、１／２、１／４などの中から選択される。００ｂは０であり、重み値Ｗ（ｉ，ｊ）、（０≦ｉ＜Ｎ、ｊ∈Ａ）を参照し、加算しなかったデジタル信号に対応する画素の係数を０としている。また、例えば図１８で示した係数のパターンに重み値Ｗ（ｉ，ｊ）、（０≦ｉ＜Ｎ、ｊ∈Ａ）を乗算して係数のパターンとしてもよい。
【0134】
【数18】
【0135】
図１４に示すように、ノイズ低減処理部４１２は、第１信頼度Ｒ１ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）、第２信頼度Ｒ２ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）を用いて距離画像のノイズ低減処理を行う。ノイズ低減処理部４１２は、例えば、ノイズ低減の失敗率が１％になる閾値を第１信頼度Ｒ１ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）又は第２信頼度Ｒ２ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）に設定し、閾値以下の信頼度の画素をノイズとして除去する。本実施形態にかかるノイズ低減処理部４１２の処理は、データの選択と棄却のみを行うため、実際に存在しないデータを生成する恐れが無く、より安全性の高いノイズ低減処理が可能である。
【0136】
画像評価部４１４は、画像の画質を評価する。画像評価部４１４は、距離画像を構成する各画素ｉ（０≦ｉ≦Ｎ、Ｎは全画素数）の評価位置第１信頼度Ｒ１ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）、第２信頼度Ｒ２ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）の平均値を距離画像の画像評価値として生成する。この画像評価値により、距離画像の画質を客観的に評価可能となる。
【0137】
図２０は、各信頼度と失敗率１％ラインとの関係を示す図である。（ａ）は、第３信頼度Ｒ０（（１８）式）と失敗率１％ラインとの関係を示し、（ｂ）は、第１信頼度Ｒ１（（１４）式）と失敗率１％ラインとの関係を示し、（ｃ）は、第２信頼度Ｒ２（（１７）式）と失敗率１％ラインとの関係を示している。横軸は信頼度の値を示し、縦軸は失敗率を示している。失敗率１％ラインは、ノイズとして除去した画素の９９％がノイズであることを示すラインである。すなわち、９９％デノイズを行う場合の閾値に相当する。ＧＬ１は４画素平均の失敗率１％ラインであり、ＧＬ２は９画素平均の失敗率１％ラインであり、ＧＬ３は１６画素平均の失敗率１％ラインであり、ＧＬ４は２５画素平均の失敗率１％ラインである。
【0138】
（ａ）に示すように、第３信頼度Ｒ０を用いた場合には、平均化した画素数に依存して失敗率１％ラインの値が変動する。換言すると第３信頼度Ｒ０は、クラスタリングの影響を受けてしまう。なお、第３信頼度Ｒ０は、所謂信頼性を示している。
【0139】
一方で、第１信頼度Ｒ１、第２信頼度Ｒ２はクラスタリングの原因である測定用のデジタル信号の積算範囲の広狭、すなわち平均化の強弱に依存しないことがわかる。なお、積算範囲を１とした場合、例えば第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）の累積範囲が１、つまり累積していない場合、第１信頼度Ｒ１、第２信頼度Ｒ２は、第３信頼度Ｒ０と一致する。
【0140】
図２１は、信頼度に基づき、９９％のデノイズを行った結果の測距成功率を示す図である。縦軸は測距成功率を示し、横軸は測定距離を示す。実線の丸印が第３信頼度Ｒ０を用いた場合の測距成功率を示し、点線の三角印が第１信頼度Ｒ１を用いた場合の測距成功率を示し、実線の四角印が第２信頼度Ｒ２を用いた場合の測距成功率を示し、実線の一回り大きな四角印がセカンドリターンによる第２信頼度Ｒ２を用いた場合の測距成功率を示し、点線の丸印がデノイズを行わない場合の測距成功率を示している。成功率９０％を測距可能条件とした場合、測距可能距離は、第１信頼度Ｒ１ｉ、第２信頼度Ｒ２ｉを用いると、信頼度Ｒ０を用いる場合の２倍程度になることが分かる。セカンドリターンは、第３デジタル信号Ａｄ（ｉ）（（１０）式）の２番目に大きなピーク信号を意味する。セカンドリターンによる距離値Ｄ２ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）と信号値Ｌ２ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）を用いて、第１信頼度Ｒ１、第２信頼度Ｒ２を演算することも可能である。
【0141】
図２２は、ノイズ除去前が成功率９０％の距離画像を対象とし、ノイズ低減処理部４１２がノイズ低減処理を行って、ノイズを除去した後の測距成功率を示す図である。縦軸は測距成功率を示し、横軸は、第１信頼度Ｒ１ｉ、第２信頼度Ｒ２ｉを演算するために用いた画素範囲Ａ内の画素数を示す。実線の丸印が第３信頼度Ｒ０を用いた場合の測距成功率を示し、点線の三角印が第１信頼度Ｒ１を用いた場合の測距成功率を示し、実線の四角印が第２信頼度Ｒ２を用いた場合の測距成功率を示し、実線の一回り大きな四角印がセカンドリターンによる第２信頼度Ｒ２を用いた場合の測距成功率を示し、点線の丸印がデノイズを行わない場合の測距成功率を示している。デノイズを行わない場合は、元の距離画像を示すので、成功率は９０％となる。すなわち距離画像の全画素中のノイズでない画素が９０％であることを示している。
【0142】
図２２に示すように、比較対象とする第３信頼度Ｒ３を用いたノイズ低減処理と比較すると、第１信頼度Ｒ１、第２信頼度Ｒ２を用いたノイズ低減処理では成功率が飛躍的に向上する。セカンドリターンによる第１信頼度Ｒ１、第２信頼度Ｒ２を併用することにより、成功率をさらに向上させることが可能となる。
【0143】
図２３は、ノイズ低減処理部４１２がノイズ低減処理を行った図である。上側の図（ａ）、（ｃ）は第３信頼度Ｒ０を用いて９９％デノイズを行った例であり、下側の図（ｂ）、（ｄ）は第１信頼度Ｒ１を用いて９９％デノイズを行った例である。第１信頼度Ｒ１を用い場合には、第３信頼度Ｒ０を用いた場合と比較して、遠くの物体（車など）が明瞭に検出されることがわかる。
【0144】
本実施形態においては、画像処理部４０４は、例えば、プロセッサにより構成される。ここで、プロセッサという文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ： ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ： ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ： ＣＰＬＤ）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ： ＦＰＧＡ）等の回路を意味する。プロセッサは、記憶部４０２に保存されたプログラムを読み出して実行することにより画像生成部４０６と、情報取得部４０８と、信頼度生成部４１０と、ノイズ低減処理部４１２と、画像評価部４１４とを実現する。なお、記憶部４０２にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成して構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、プロセッサは、プロセッサ単一の回路として構成されている場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて、１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１４における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合して、その機能を実現するようにしてもよい。また、画像生成部４０６と、情報取得部４０８と、信頼度生成部４１０と、ノイズ低減処理部４１２と、画像評価部４１４とを独立した回路で構成してもよい。また、本実施形態に係る画像処理部４０４の処理は、高速なＨＷとして実装可能なため、障害物検知の様な、緊急性の高い応用にも使用可能となる。図１４における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合した場合、例えば回路規模は１１３Ｋｇａｔｅｓであり、消費電力は１５．８ｍＷ（２０ｃｈ）で構成可能である。２８ｎｍの場合、１．２ｍｍ２／１４８４Ｋｇａｔｅｓ（１６ｃｈ）を１１３Ｋｇａｔｅｓとすると、０．０９８ｍｍ２、例えば実質サイズ３．１×２．９ｍｍとなる。
【0145】
以上が本実施形態に係る構成の説明であるが、以下に本実施形態に係る距離計測システム２の動作例を詳細に説明する。
【0146】
【0147】
まず、出射部１００内の制御部１６は、ｎに０を設定し、第２駆動回路１６ａを制御してミラー１５の位置を照射方向Ｏ（ｎ）に向けて変更する（ステップＳ１００、Ｓ１０２）。
【0148】
次に、制御部１６は、発振器１１ａ及び第１駆動回路１１ｂを制御してレーザ光Ｌ１（ｎ）を発光させる（ステップＳ１０４）。
【0149】
次に、受光光学系の光軸Ｏ２に沿って進行する反射光Ｌ２（ｎ）は、ミラー１５、第２光学素子１４、及びレンズ１８ａを介してセンサ１８に受光され、電気信号に変換される（ステップＳ１０６）。
【0150】
次に、ＡＤ変換部２０は、反射光Ｌ２（ｎ）に対応する電気信号のサンプリングを行い、制御部１６は、照射方向Ｏ（ｎ）に対応させたデジタル信号Ｄ（ｎ）を時系列に記憶部２１に記憶させる（ステップＳ１０８）。
【0151】
次に、制御部１６は、ｎがＮ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、ｎがＮ以下である場合（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、ｎに１を追加し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０２からの処理を繰り返す。
【0152】
一方で、ｎがＮより大きくなった場合（ステップＳ１１０のＮＯ）、計測処理部２２は、
ｎに０を設定し、記憶部２１に記憶されるデジタル信号Ｄ（ｎ）の第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を取得する（ステップＳ１１４、Ｓ１１６）。続けて、計測処理部２２は、重み値Ｗ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））を画像処理装置４００に供給する。
ｎに０を設定し、記憶部２１に記憶されるデジタル信号Ｄ（ｎ）の第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を取得する（ステップＳ１１４、Ｓ１１６）。続けて、計測処理部２２は、重み値Ｗ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦Ｚ≦（Ｍ－１））を画像処理装置４００に供給する。
【0153】
次に、計測処理部２２は、第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）に基づく照射方向Ｏ（ｎ）における計測対象物１０までの距離Ｄｉｓ（ｎ）を計測し、画像処理装置４００に距離Ｄｉｓ（ｎ）とピーク値の輝度信号Ｌ（ｎ）を供給する（ステップＳ１１８）。
【0154】
次に、計測処理部２２は、ｎがＮ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、ｎがＮ以下の場合（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、ｎに１を追加し（ステップＳ１２２）、（ステップＳ１１６）からの処理を繰り返す。
【0155】
一方で、ｎがＮより大きくなった場合（ステップＳ１２０のＮＯ）、画像処理装置４００の画像生成部４０６は、記憶部４０２から取得した距離Ｄｉｓ（ｎ）、輝度信号Ｌ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）に基づき、２次元の距離画像と、２次元の距離画像の各画素ｎに対応する信号として輝度信号Ｌ（ｎ）の情報を関連付けた信号情報とを生成記憶部４０２に供給する（ステップＳ１２４）。
【0156】
次に、情報取得部４０８は、記憶部４０２から２次元の距離画像、２次元の距離画像の各画素ｎに対応する輝度信号Ｌ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）と、重み値Ｗ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦ｎ＜Ｎ、０≦Ｚ≦（Ｍ－１））を取得し、信頼度生成部４１０に供給する。信頼度生成部４１０は、２次元の距離画像距離の画素値であるＤｉｓ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）、輝度信号Ｌ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）と、重み値Ｗ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦ｎ＜Ｎ、０≦Ｚ≦（Ｍ－１））に基づき、第１信頼度Ｒ１（ｎ）、第２信頼度Ｒ２（ｎ）を生成する（ステップＳ１２６）。ここでは、Ｒ１ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）をＲ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）、Ｒ２ｉ（０≦ｉ＜Ｎ）をＲ２（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）と表記することとする。
【0157】
次に、ノイズ低減処理部４１２は、第１信頼度Ｒ１（ｎ）および第２信頼度Ｒ２（ｎ）の内の一方を用いて距離画像からノイズを低減、すなわち除く処理を行い（ステップＳ１２８）、全体処理を終了する。
【0158】
このように、まず、距離計測装置５は、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）のデジタル信号Ｄ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）のサンプリングを行う。その後に、デジタル信号Ｄ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）の重み付き累積値である第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）を取得しつつ、Ａｄ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）に基づく距離Ｄｉｓ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）を計測する。そして、画像処理装置４００の信頼度生成部４１０は、距離Ｄｉｓ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）、輝度信号Ｌ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）と、重み値Ｗ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦ｎ＜Ｎ、０≦Ｚ≦（Ｍ－１））に基づき、第１信頼度Ｒ１（ｎ）、第２信頼度Ｒ２（ｎ）を生成する。そして、ノイズ低減処理部４１２は、第１信頼度Ｒ１（ｎ）および第２信頼度Ｒ２（ｎ）の内の一方を用いて距離画像からノイズを低減する。
【0159】
以上のように本実施形態に係る画像処理装置４００によれば、信頼度生成部４１０が、２次元の距離画像の画素ｉ毎に、各画素ｉを中心画素とし、中心画素ｉから所定範囲Ａ内の画素ｊのうちで中心画素ｉの距離値Ｄｊと所定範囲ｋ内の距離値を有する画素ｊの画素数Ｎｉと、中心画素ｉに対応する信号値Ｌｉとに基づく信頼度Ｒ１、Ｒ２を生成することとした。これにより、クラスタ化したノイズを含む２次元の距離画像中の画素毎の信頼度をより高精度に生成することができる。
【0160】
（一実施形態の第１変形例）
一実施形態の第１変形例は、ノイズ低減処理にニューラルネットを用いることで、一実施形態と相違する。図２５は、第１変形例に係る画像処理装置４００Ｂの構成を示す図である。ノイズ低減処理部４１２の代わりにニューラルネット処理部４１６を備える点で一実施形態と相違する。
一実施形態の第１変形例は、ノイズ低減処理にニューラルネットを用いることで、一実施形態と相違する。図２５は、第１変形例に係る画像処理装置４００Ｂの構成を示す図である。ノイズ低減処理部４１２の代わりにニューラルネット処理部４１６を備える点で一実施形態と相違する。
【0161】
ニューラルネット処理部４１６は、所謂ディープラーニングにより学習されたニューラルネットワーク（ＤＮＮ）である。このＤＮＮは、入力データとして、ノイズの位置が分かっている距離画像と、その第１信頼度Ｒ１および第２信頼度Ｒ２の内の一方のデータを与え、正解としてノイズ位置を与えて学習したものである。
【0162】
ニューラルネット処理部４１６は、画像生成部で生成された距離画像と、信頼度生成部で生成された第１信頼度Ｒ１および第２信頼度Ｒ２の内の一方が入力されるとノイズの位置と、ノイズ低減処理を施した距離画像とを出力する。
【0163】
以上のように一実施形態の第１変形例は、入力データとして、ノイズの位置が分かっている距離画像と、その信頼度のデータを与え、正解としてノイズ位置を与えて学習したＤＮＮによりノイズ低減処理を行うこととした。これにより、信頼度の閾値を設定せずともノイズ低減処理を行うことが可能となる。
以上、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す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。これらの実施形態やその変形例は、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。
以上、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す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。これらの実施形態やその変形例は、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】
【0164】
１：運転支援システム、２：距離計測システム、５：距離計測装置、１０：計測対象物、１１：光源、１５：ミラー、１８：センサ、２０：ＡＤ変換部、２１：記憶部、２０２：照射光学系、２０４：受光光学系、２２０：積算処理部、２２０Ａ：取得部、２２０Ｂ：積算部、２２２：距離計測部、４００、４００Ｂ：画像処理装置、４０８：情報取得部、４１０：信頼度生成部、４１２：ノイズ低減処理部、４１６：ニューラルネット処理部
【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15A】
【図15B】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】