專利名稱：距離測(cè)量系統(tǒng)和距離測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種將照射光投射到檢測(cè)對(duì)象上并計(jì)算到檢測(cè) 對(duì)象的距離的信息的距離測(cè)量系統(tǒng)，并涉及一種距離測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
已知的距離測(cè)量系統(tǒng)向4全測(cè)目標(biāo)區(qū)域4殳射光，利用如CCD 等攝像裝置拍攝由于鏡面反射和/或散射而從檢測(cè)對(duì)象返回的 反射光的圖像，并且對(duì)拍攝到的圖像的信息進(jìn)行處理以測(cè)量到 檢測(cè)對(duì)象的距離或該檢測(cè)對(duì)象的形狀。在所投射的光被鏡面反 射的情況下，鏡面反射的光有時(shí)接著發(fā)生散射，并作為多重反 射光入射到攝像裝置上，從而提供了錯(cuò)誤的距離信息。換句話 說(shuō)，這種多重反射光的存在使得難以獲得高精確的距離信息。
因此，為了消除多重反射的影響，使用空碼(space code)的 傳統(tǒng)距離測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)如下來(lái)判斷是否存在多重反射將預(yù)定 空碼分配給在照射步驟投射的測(cè)量光束的投射角，并且判斷在 拍攝到的圖像信息中該空碼是否增加(參見日本特開 2000-193438)。
發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述傳統(tǒng)技術(shù)中，當(dāng)判斷出接收到的光是多重反 射光時(shí)，僅在去除由于多重反射光所產(chǎn)生的錯(cuò)誤距離信息之后 計(jì)算到測(cè)量對(duì)象的距離。因此，不可能計(jì)算出到位于鏡面反射 率高的位置處的檢測(cè)對(duì)象的距離。
考慮到傳統(tǒng)技術(shù)的上述問(wèn)題，做出了本發(fā)明。本發(fā)明的目 的在于提供一種能夠計(jì)算出到位于鏡面反射率高的位置處的檢測(cè)對(duì)象的距離的距離測(cè)量系統(tǒng)和距離測(cè)量方法。
本發(fā)明的第 一方面提供一種距離測(cè)量系統(tǒng)。該距離測(cè)量系
統(tǒng)包括投射設(shè)備，用于至少以第一投射角和第二投射角向檢 測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光束；攝像設(shè)備，用于拍攝來(lái)自所述檢測(cè)區(qū)域 的第一反射光的圖像和第二反射光的圖像并輸出圖像信號(hào)。所 述第一反射光與以所述第一投射角投射的測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)，并 且所述第二反射光與以所述第二投射角投射的測(cè)量光束相對(duì) 應(yīng)。所述距離測(cè)量系統(tǒng)還包括距離計(jì)算單元，用于基于所述 圖像信號(hào)，根據(jù)所述第 一 反射光到所述攝像設(shè)備上的第 一 入射 角、所述第一投射角和所述投射設(shè)備與所述攝像設(shè)備之間的設(shè) 備間距離來(lái)計(jì)算到第一測(cè)量點(diǎn)的第一距離，并根據(jù)所述第二反 射光到所述攝像設(shè)備上的第二入射角、所述第二投射角和所述 設(shè)備間距離來(lái)計(jì)算到第二測(cè)量點(diǎn)的第二距離；判斷單元，用于 當(dāng)所述第一反射光的所述第一入射角等于所述第二反射光的所 述第二入射角時(shí)，判斷為發(fā)生了鏡面反射；以及運(yùn)算單元，用 于當(dāng)所述判斷單元判斷為發(fā)生了所述鏡面反射時(shí)，基于到所述 第 一測(cè)量點(diǎn)的所述第 一距離和到所述第二測(cè)量點(diǎn)的所述第二距 離中較長(zhǎng)的距離以及當(dāng)判斷為所迷第一入射角和所述第二入射 角相等時(shí)的所述第一投射角和所述第二投射角，來(lái)計(jì)算到發(fā)生 所述鏡面反射的檢測(cè)對(duì)象的距離。
本發(fā)明的第二方面提供一種距離測(cè)量方法。該距離測(cè)量方 法包括至少以第一投射角和第二投射角向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量 光束；拍攝來(lái)自所述檢測(cè)區(qū)域的第一反射光的圖像和第二反射 光的圖像并輸出圖像信號(hào)。所述第一反射光與以所述第一投射 角投射的所述測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)，并且所述第二投射光與以所述 第二投射角投射的所迷測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)。所述距離測(cè)量方法還 包括基于所述圖像信號(hào)，根據(jù)所述第一反射光到攝像設(shè)備上的第一入射角、所述第一投射角和投射設(shè)備與所述攝像設(shè)備之 間的設(shè)備間距離來(lái)計(jì)算到第 一 測(cè)量點(diǎn)的第 一距離，并根據(jù)所述 第二反射光到所述攝像設(shè)備上的第二入射角、所述第二投射角
和所述設(shè)備間距離來(lái)計(jì)算到第二測(cè)量點(diǎn)的第二距離；當(dāng)所述第 一反射光的所述第一入射角等于所述第二反射光的所述第二入
射角時(shí)，判斷為發(fā)生了鏡面反射；以及當(dāng)判斷為發(fā)生了所述鏡
面反射時(shí)，基于到所述第一測(cè)量點(diǎn)的所述第一距離和到所述第 二測(cè)量點(diǎn)的所述第二距離中較長(zhǎng)的距離以及當(dāng)判斷為所述第一 入射角和所述第二入射角相等時(shí)的所述第一投射角和所述第二
投射角，來(lái)計(jì)算到發(fā)生所述鏡面反射的檢測(cè)對(duì)象的距離。 本發(fā)明的第三方面提供一種距離測(cè)量系統(tǒng)。該距離測(cè)量系
統(tǒng)包括投射設(shè)備，用于以多個(gè)投射角向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光 束；攝像設(shè)備，用于拍攝與所述測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)的反射光的圖 像，并輸出圖像信號(hào)；判斷單元，用于基于所述圖像信號(hào)來(lái)判 斷是否發(fā)生了鏡面反射；以及運(yùn)算單元，用于當(dāng)判斷為發(fā)生了 所述鏡面反射時(shí)，使用第一距離算術(shù)表達(dá)式來(lái)計(jì)算到發(fā)生所述 鏡面反射的檢測(cè)對(duì)象的距離，并且當(dāng)判斷為未發(fā)生所述鏡面反 射時(shí)，使用第二距離算術(shù)表達(dá)式來(lái)計(jì)算到發(fā)生散射的點(diǎn)的距離。
本發(fā)明的第四方面提供一種距離測(cè)量方法。該距離測(cè)量方 法包括以多個(gè)投射角向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光束；拍攝與所述 測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)的反射光的圖像，并輸出圖像信號(hào)；基于所述 圖像信號(hào)來(lái)判斷是否發(fā)生了鏡面反射；以及當(dāng)判斷為發(fā)生了所 述鏡面反射時(shí)，使用第一距離算術(shù)表達(dá)式來(lái)計(jì)算到發(fā)生所述鏡 面反射的檢測(cè)對(duì)象的距離，并且當(dāng)判斷為未發(fā)生所述鏡面反射 時(shí)，使用第二距離算術(shù)表達(dá)式來(lái)計(jì)算到發(fā)生散射的點(diǎn)的距離。
本發(fā)明的第五方面提供一種距離測(cè)量方法。該距離測(cè)量方 法包括至少以第一投射角和第二投射角投射測(cè)量光束；拍攝當(dāng)以所述第一投射角投射所述測(cè)量光束時(shí)來(lái)自特定測(cè)量點(diǎn)的第
一反射光的圖像，并測(cè)量到所述特定測(cè)量點(diǎn)的距離；當(dāng)在以所 述第二投射角投射所述測(cè)量光束時(shí)拍攝到來(lái)自所述特定測(cè)量點(diǎn) 的第二反射光的圖像時(shí)，判斷為產(chǎn)生了鏡面反射光；以及基于 所述第 一 投射角和所述第二投射角以及到所述特定測(cè)量點(diǎn)的距 離來(lái)計(jì)算到產(chǎn)生所述鏡面反射光的點(diǎn)的距離。
圖l是示出安裝了根據(jù)本發(fā)明第 一 實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng) 的車輛的立體圖2 A是示出在第 一 實(shí)施例中在距離測(cè)量期間的照相機(jī)視 野中的圖像的例子的圖2B是示出在圖2A的狀態(tài)下車輛外部的布置的平面圖3是用于說(shuō)明通過(guò)三角測(cè)量法來(lái)進(jìn)行距離測(cè)量的原理的
圖4是示出距離測(cè)量系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)的圖； 圖5是示出距離測(cè)量系統(tǒng)的控制單元的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖6是示出距離信息表的圖7A是示出鏡面反射時(shí)入射角與反射角之間的關(guān)系的圖； 圖7B是示出鏡面反射率的例子的圖7C是示出散射(漫射)時(shí)入射角與散射角之間的關(guān)系的
圖7D是示出散射率的例子的圖8 A是示出在第 一 實(shí)施例中在檢測(cè)多重反射光的情況下 照相機(jī)視野中的圖像的例子的圖8B是示出在圖8A的狀態(tài)下車輛外面的布置的平面圖； 圖9中的(A)是示出多重反射光的光路的例子的圖；圖9中的(B)是示出多重反射光的兩個(gè)反射點(diǎn)、來(lái)自光投射 設(shè)備的測(cè)量光束的投射角和攝像設(shè)備的拍攝角之間的關(guān)系的
圖10是示出多重反射光的另 一例子的平面圖ll是示出第 一 實(shí)施例中的距離測(cè)量操作的例子的流程
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng)的控制 單元的結(jié)構(gòu)的框圖13是示出在多重反射光的檢測(cè)期間車輛的布置的平面
圖14是示出多重反射光的兩個(gè)反射點(diǎn)、來(lái)自光投射設(shè)備的 測(cè)量光束的投射角、攝像設(shè)備的拍攝角、反射點(diǎn)處的傾斜角等 之間的關(guān)系的圖；以及
圖15是示出第二實(shí)施例中的距離測(cè)量操作的例子的流程圖。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例
參考圖l到圖8,給出對(duì)本發(fā)明的距離測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施例的 說(shuō)明。為如客車等車輛提供根據(jù)本實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng)。圖l 示出安裝了本實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng)的車輛MB。距離測(cè)量系統(tǒng) 包括第一光投射設(shè)備1L和第二光投射設(shè)備1R、攝像設(shè)備2以及 圖5的控制單元CU。
第一光投射設(shè)備1L和第二光投射設(shè)備1R分別設(shè)置在車輛 MB的前保險(xiǎn)杠3的左端和右端附近。第 一 光投射設(shè)備1 L和第二 光投射設(shè)備1R分別向車輛前方的沖全測(cè)目標(biāo)區(qū)域才殳射來(lái)自內(nèi)部 激光源的激光束。在向檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域投射光束時(shí)，投射設(shè)備1L和1R沿左右方向4殳射。照射光是沿垂直于路面的方向的細(xì)長(zhǎng)的 狹縫光束，而且僅應(yīng)該是可以讀出其到檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域的投射角 的照射光。該照射光可以是點(diǎn)束。第一光投射設(shè)備1L和第二光 投射設(shè)備1R相同。第一光投射設(shè)備1L斜向車輛右前方投射光 束。第二光投射設(shè)備1R斜向車輛左前方投射光束。攝像設(shè)備2 與第一光投射設(shè)備1L和第二光投射設(shè)備1R各自的光投射同步 地拍攝圖像。下面將第一光投射設(shè)備1L和第二光投射設(shè)備1R中 的每個(gè)均稱為光投射設(shè)備1 。
照射光可以是^^沖光，并且可以通過(guò)一個(gè)^^沖或多個(gè)脈沖 以預(yù)定光投射角來(lái)獲得單個(gè)圖像。
攝像設(shè)備2包括照相機(jī)，該照相機(jī)附接在擋風(fēng)玻璃的上端中 間部分附近，或者位于頂蓋4背側(cè)上的前端的中間部分處的后視 鏡(未示出)附近。在本實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng)中，當(dāng)攝像設(shè)備2 拍攝車輛前方視野的圖像時(shí)，光投射設(shè)備1向車輛前方投射狹縫 光束。攝像設(shè)備2拍攝通過(guò)反射從光投射設(shè)備1投射到檢測(cè)對(duì)象 的測(cè)量光束而產(chǎn)生的光的亮度圖像。距離測(cè)量系統(tǒng)向車輛前方 的檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域中的檢測(cè)對(duì)象投射檢測(cè)光束，并且檢測(cè)來(lái)自枱r 測(cè)對(duì)象的反射光。在本說(shuō)明書的說(shuō)明中，該反射光包括由于鏡 面反射和/或散射(漫射)而返回的光。
圖2A示出由攝像設(shè)備2的照相機(jī)(下文中，僅稱為攝像設(shè)備 2)拍攝到的車輛前方視野的圖像例子2F 。圖2B是示出與圖2A的 圖像例子2 F相對(duì)應(yīng)的車輛外部的布置的平面圖。如在圖2 B中所 示，光投射設(shè)備1沿水平和垂直方向移動(dòng)狹縫狀的測(cè)量光束PL1 以掃描車輛前方的區(qū)域。為了方1^更說(shuō)明，測(cè)量光束沿水平方向 斜向下地掃描車輛前方的區(qū)域。在這種情況下，；險(xiǎn)測(cè)對(duì)象是車 輛MB的正前方、右前方和左前方的車輛、^各人(未示出)等，例 如，右前方的車輛MB1。路面僅用于多重反射光的判斷，并不是檢測(cè)對(duì)象。也可以通過(guò)沿垂直方向移動(dòng)水平的狹縫光束以進(jìn) 行掃描來(lái)拍攝檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域的圖像。
在圖2B中，將測(cè)量光束PL1投射到路面上的點(diǎn)P1。為了方 ^J兌明，在圖2A的^L野2F中也示出測(cè)量光束PL1。然而，實(shí)際 上，攝像設(shè)備2沒有拍攝測(cè)量光束PL1，并且攝像設(shè)備2通過(guò)來(lái) 自點(diǎn)P的反射光來(lái)拍攝點(diǎn)P的圖像。
圖3是使用光投射設(shè)備1和攝像設(shè)備2的距離測(cè)量原理的說(shuō) 明圖。在圖3中，光投射角a是從光投射設(shè)備l投射到點(diǎn)Pl的測(cè) 量光束PL1與車輛寬度方向之間的角度。拍攝角y(還稱為入射角 "是來(lái)自地面上的點(diǎn)P1的反射光LB1相對(duì)于車輛的前進(jìn)方向， 或者相對(duì)于攝像設(shè)備2內(nèi)的物鏡的光軸AX的入射角。"e"是光投 射設(shè)備1與攝像設(shè)備2之間沿車輛寬度方向的已知距離。通過(guò)三 角測(cè)量原理，利用下面的等式(1)來(lái)計(jì)算攝像設(shè)備2和點(diǎn)P1之間
的距離dl。
,, f sin oc cos y、
圖4示出光投射設(shè)備1和攝像設(shè)備2的結(jié)構(gòu)。光投射設(shè)備l包 括激光源(線激光)7,其輸出由激光構(gòu)成的測(cè)量光束PL;反射 鏡8,其反射測(cè)量光束PL;激光驅(qū)動(dòng)單元6，其驅(qū)動(dòng)激光源7; 以及反射鏡驅(qū)動(dòng)單元5，其驅(qū)動(dòng)反射鏡8。反射鏡驅(qū)動(dòng)單元5和激 光驅(qū)動(dòng)單元6接收來(lái)自圖5的控制單元CU的光投射信號(hào)T1。激光 驅(qū)動(dòng)單元6根據(jù)該光投射信號(hào)T1打開激光源7。反射鏡驅(qū)動(dòng)單元 5根據(jù)該光投射信號(hào)T1通過(guò)未示出的馬達(dá)來(lái)旋轉(zhuǎn)反射鏡8。驅(qū)動(dòng) 反射鏡8 ，使得測(cè)量光束P L的投射角a i以恒定角速度從預(yù)定的最 小角al改變?yōu)轭A(yù)定的最大角al(I是不小于2的整數(shù)，i=l I)。
在圖4中，攝像設(shè)備2包括物鏡11和攝像元件12(光電轉(zhuǎn)換元 件12),該攝像元件12包括二維排列的電荷耦合裝置(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)等的多個(gè)像素。當(dāng)光投射設(shè)備l投 射照射光時(shí)，攝像設(shè)備2拍攝車輛前方區(qū)域的圖像。攝像設(shè)備2 還包括A/D轉(zhuǎn)換器13(模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器)，其將從攝像元件12 輸出的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)；以及圖像存儲(chǔ)器14, 其存儲(chǔ)A/D轉(zhuǎn)換后的圖像信號(hào)。
盡管圖4僅示出沿水平線排列的J個(gè)像素PXj(j^ J)(J是不 小于2的整數(shù))，但是二維排列有圖像攝像元件12的多個(gè)像素。 在下面的說(shuō)明中，對(duì)一行中的像素PXj的圖像信號(hào)sj(t)進(jìn)行處 理，但是還對(duì)其它行中的像素的圖像信號(hào)進(jìn)行處理。
在圖4中，測(cè)量光束PL以投射角ai投射到點(diǎn)P,并且來(lái)自點(diǎn) P的反射光LB以相對(duì)物鏡11的光軸AX的角yj或拍攝角TJ入射到 第j個(gè)像素PXj。以類似的方式，例如，當(dāng)測(cè)量光束PL以投射角 ah投射到點(diǎn)PA時(shí)，由第k個(gè)像素PXk以拍攝角Yk接收來(lái)自點(diǎn)PA 的反射光LBA。如上所述，預(yù)先已知每個(gè)像素PXj所接收到的反 射光的拍攝角YJ 。攝像元件12上的反射光的圖像的大小根據(jù)攝 像設(shè)備2和點(diǎn)P之間的距離而變化。然而，例如，通過(guò)指定具有 最大光量的像素(這里為PXj),可以精確地計(jì)算出作為來(lái)自點(diǎn)P 的反射光LB的入射角的拍攝角xj。
因此，可以通過(guò)如下來(lái)計(jì)算到點(diǎn)P的距離dl:載入在以任 意投射角ai進(jìn)行投射時(shí)拍攝并創(chuàng)建的單個(gè)圖像；指定各行中具 有最大亮度的像素；確定預(yù)先分配給所指定的像素的拍攝角yj; 并將拍攝角TJ和投射角ai代入表達(dá)式(l)。
攝像元件12在與光投射信號(hào)Tl同步地從圖5的控制單元CU 輸出的照相機(jī)控制信號(hào)T 2時(shí)開始攝像。每次在以任意投射角a i 投射測(cè)量光束PL時(shí)攝像元件12拍攝車輛前方的檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域 的圖像時(shí)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器13將從攝像元件12的各像素PXj讀出 的圖像信號(hào)sj(t)存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器14中。以類似的方式對(duì)來(lái)自攝像元件12的其它行的各像素的圖像信號(hào)進(jìn)行處理。圖像存儲(chǔ) 器14存儲(chǔ)與多個(gè)投射角oci相對(duì)應(yīng)的多個(gè)圖像的數(shù)據(jù)。當(dāng)攝像設(shè) 備2在測(cè)量光束PL掃描車輛前方的整個(gè)檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域的同時(shí)在 各個(gè)預(yù)定時(shí)間處拍攝車輛前方區(qū)域的圖像時(shí)，將在預(yù)定時(shí)間處 獲得的多個(gè)圖像的數(shù)據(jù)與各個(gè)投射角相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ) 器14中。
測(cè)量光束PL按投射角a逐步變化的預(yù)定模式來(lái)照射檢測(cè)目 標(biāo)區(qū)域。通常，為了測(cè)量到檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各種檢測(cè)對(duì)象的 距離，僅需要投射測(cè)量光束PL從而使投射角ai從al到al變化一 次。
圖5示出控制光投射設(shè)備1和攝像設(shè)備2的操作并處理攝像 設(shè)備2的圖像信號(hào)以檢測(cè)車輛前方的檢測(cè)對(duì)象的控制單元CU。 控制單元CU是包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、中央處理單元(CPU)和外圍電路等的控制電路?？刂茊?元CU通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行后面所述的各種類型的處理?？梢酝?過(guò)包括專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)等硬件 邏輯電路的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)控制單元CU。
控制單元CU包括驅(qū)動(dòng)控制單元31,其統(tǒng)一控制整個(gè)系統(tǒng) 的操作；距離計(jì)算單元32;多重反射判斷單元33;反射對(duì)象距 離運(yùn)算單元34;以及距離信息合并單元35。
驅(qū)動(dòng)控制單元31向光投射設(shè)備1和攝像設(shè)備2分別發(fā)送光投 射信號(hào)T1和照相機(jī)控制信號(hào)T2。當(dāng)接收到來(lái)自驅(qū)動(dòng)控制單元31 的照相機(jī)控制信號(hào)T2時(shí)，攝像設(shè)備2開始對(duì)車輛前方區(qū)域進(jìn)行 攝像。當(dāng)將光投射信號(hào)T1從驅(qū)動(dòng)控制單元31發(fā)送到光投射設(shè)備 l時(shí)，從光投射設(shè)備1發(fā)射測(cè)量光束PL，并且旋轉(zhuǎn)反射鏡8，從 而使測(cè)量光束PL掃描車輛前方區(qū)域。將根據(jù)由攝像元件同步于 利用測(cè)量光束PL的掃描所拍攝到的圖像而創(chuàng)建的圖像信號(hào)sj(t),即當(dāng)以任意投射角ai投射測(cè)量光束PL時(shí)拍攝到的圖像的 圖像信號(hào)暫時(shí)存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器14中。此后，將圖像信號(hào)發(fā)送 到距離計(jì)算單元32，并將其記錄在距離計(jì)算單元32的圖像信號(hào) 存儲(chǔ)器上。
驅(qū)動(dòng)控制單元31向距離計(jì)算單元32提供光投射信息信號(hào) T3。光投射信息信號(hào)T3包括測(cè)量光束PL的投射角ai的信息。當(dāng) 將光投射信息信號(hào)T3輸入到距離計(jì)算單元32中時(shí)，將表示以投 射角ai拍攝到的并且存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器14中的圖像的圖像信號(hào) (像素信號(hào)串)載入到圖像信號(hào)存儲(chǔ)器上。在與投射角ai相對(duì)應(yīng) 的圖像數(shù)據(jù)中，指定每行的圖像信號(hào)sj(t)中具有最高信號(hào)級(jí)的 像素PXj，以獲得投射角為ai時(shí)來(lái)自檢測(cè)對(duì)象的反射光的拍攝角 力。將這些角ai和YJ分別代入等式(l)中的投射角a和拍攝角Y,從 而計(jì)算到由像素P Xj (拍攝角yj)拍攝的檢測(cè)對(duì)象的距離d 1 j 。
以與像素PXj的圖像信號(hào)sj(t)類似的方式對(duì)其它行中的像 素的圖像信號(hào)進(jìn)行處理。因此，在單個(gè)圖像中提取亮度不低于 預(yù)定亮度的多個(gè)像素區(qū)域，從而計(jì)算距離。
這里，給出對(duì)如下情形的說(shuō)明例如，從圖4的光投射設(shè)備 1發(fā)出的所有測(cè)量光束P L基本都在檢測(cè)對(duì)象上的第 一 點(diǎn)處鏡面 反射，然后，所有被鏡面反射的測(cè)量光束PL基本都在同一或其 它檢測(cè)對(duì)象上或者路面上的第二點(diǎn)處散射，并且入射到攝像設(shè) 備2上。換句話說(shuō)，來(lái)自光投射設(shè)備1的測(cè)量光束PL在經(jīng)過(guò)多個(gè) 反射點(diǎn)之后被攝像元件2攝取(接收)。將測(cè)量光束PL在從光投射 設(shè)備1投射與入射到攝像設(shè)備2上之間鏡面反射了 一次或多次的 反射方式稱為多重反射。將通過(guò)多個(gè)反射點(diǎn)由攝像設(shè)備2攝取的 反射光稱為多重反射光。
當(dāng)存在在第一點(diǎn)處鏡面反射的多重反射光時(shí)，反射光難以 入射到位于將第一點(diǎn)和攝像設(shè)備2的物鏡的中心相連接的軸上的像素，即假定接收到來(lái)自第一點(diǎn)的反射光的像素。因此，等 式(l)不能提供第 一點(diǎn)的真實(shí)距離信息。
距離計(jì)算單元32使用在當(dāng)以任意投射角cti投射測(cè)量光束時(shí) 拍攝到的各圖像中指定的像素PXj(拍攝角力)，來(lái)基于等式(1) 計(jì)算到檢測(cè)對(duì)象的距離di。距離計(jì)算單元32創(chuàng)建圖6所示的表， 并且在圖像中相互關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)投射角ai、像素PXj(拍攝角力)和 距離dl。
圖5的控制單元CU的多重反射判斷單元33基于從距離計(jì)算 單元32提供的圖6的距離信息表的數(shù)據(jù)，來(lái)判斷是否存在多重反 射。在圖6的表的例子中，與投射角a3和al5相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)了同 一像素PX6，因此判斷為存在多重反射(一次或多次鏡面反射)。 反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34基于多重反射判斷單元33對(duì)是否存在 多重反射的判斷結(jié)果，來(lái)計(jì)算到多重反射光的反射點(diǎn)至少之一
重反射的像素PXj(拍攝角xj)的距離d的信息直接提供到距離信 息合并單元35。距離信息合并單元35合并由距離計(jì)算單元32獲 得的距離信息和由反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34獲得的距離信息。
下面詳細(xì)說(shuō)明多重反射光的距離檢測(cè)原理以及多重反射判 斷單元33、反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34和距離信息合并單元35的 操作。為了檢測(cè)多重反射光，尤其是首先基本鏡面反射然后散 射從而入射到攝像設(shè)備2上的多重反射光(雙重反射光)，利用在 圖7B和7D中示出的鏡面反射光的反射率(鏡面反射率RM)與由 于散射(漫射)產(chǎn)生的反射光的反射率(散射率RS)之間的差異。
對(duì)于如圖7A所示的入射角9i和反射角9r相等的鏡面反射 光，如圖7B所示，作為鏡面反射光的反射率的鏡面反射率RM 隨著角ei增大而增大。另一方面，對(duì)于如圖7C所示的針對(duì)入射
角ei基本上以全方向es反射的、由于散射(漫射)產(chǎn)生的反射光，如圖7D所示，作為其反射率的漫射率RS隨著入射角ei減小而增 大?？梢哉J(rèn)為類似路面的粗糙表面的散射率是基本恒定的，而
與入射角ei無(wú)關(guān)。
來(lái)自車輛MB的測(cè)量光束到如在右或左車道上行駛的車輛 的后保險(xiǎn)杠或者迎面車輛的前保險(xiǎn)杠等具有近似鏡面的反射構(gòu)
件上的入射角ei通常在圖7B的預(yù)定范圍5e(低反射率范圍)內(nèi)。 因此減少了鏡面反射光，并且由于來(lái)自反射構(gòu)件的散射光的量
足夠大，因此可以檢測(cè)到該散射光。這使得圖5的距離計(jì)算單元 32可以精確地計(jì)算距離。
另一方面，給出對(duì)如下情形的說(shuō)明如在圖8A的圖像2F中 所示，在鄰近車道上行駛的車輛MB1與本實(shí)施例的車輛MB平 行。在這種情況下，從車輛MB投射的測(cè)量光束PL2以超出圖7D 的預(yù)定范圍5 e (高散射率范圍)的角度入射到車輛M B1的近似鏡 面的側(cè)表面上的反射點(diǎn)P3上。因此來(lái)自反射點(diǎn)P3的散射光很 弱，并且測(cè)量光束PL2的大部分被鏡面反射。以這種方式鏡面 反射的測(cè)量光束PL3在路面上的點(diǎn)P2處被散射，并且作為多重 反射光入射到攝像設(shè)備2上。因此，攝像設(shè)備2拍攝到點(diǎn)P2的圖 像。攝像設(shè)備2沒有攝取圖8A的測(cè)量光束PL2和PL3。
圖8B是示出與圖8A所示的車輛前方區(qū)域的圖像相對(duì)應(yīng)的 車輛外部的布置的平面圖。如在圖8B中所示，從光投射設(shè)備l 投射的測(cè)量光束PL2首先在車輛MB1的側(cè)表面中的反射點(diǎn) P3(作為第一反射點(diǎn)或與攝像設(shè)備2較接近的反射點(diǎn))處鏡面反 射。此后，測(cè)量光束PL2在路面上的點(diǎn)P2(第二反射點(diǎn))處散射， 并作為多重反射光LB2(這里為雙重反射光)入射到攝像設(shè)備2 上。
參考圖9(A)和9(B)，給出對(duì)用于在發(fā)生了這樣的多重反射 時(shí)計(jì)算到車輛MB1的側(cè)表面中的反射點(diǎn)P3的距離的方法的說(shuō)明。在這種情況下，將來(lái)自圖4的光投射設(shè)備1的測(cè)量光束PL逆 時(shí)鐘移動(dòng)以進(jìn)行掃描。
如在圖9(A)中所示，當(dāng)測(cè)量光束PL2的才更射角變?yōu)閍l5時(shí)， 在反射點(diǎn)P3和P2處發(fā)生多重反射，并且來(lái)自點(diǎn)P2的多重反射光 L B 2入射到攝像設(shè)備2上。假定與拍攝角y相對(duì)應(yīng)的像素是像素 PX6。在這種情況下，在圖6的距離信息表中，將針對(duì)投射角a15
具有最大像素值的像素記錄為像素PX6(拍攝角y)。距離計(jì)算單 元32使用拍攝角y和投射角al5來(lái)基于等式(l)計(jì)算距離d2。然
后，通過(guò)下面的等式(2)來(lái)表示距離d2,并在圖6的距離信息表
中將該距離d2記錄為針對(duì)投射角al5的距離d2。
距離d2是攝像設(shè)備2與虛擬點(diǎn)P4之間的距離，其中，在該 虛擬點(diǎn)P4處，測(cè)量光束PL2和多重反射光LB2相交。虛擬點(diǎn)P4 比圖9(A)的反射點(diǎn)P3離攝像設(shè)備2更近。
隨后，當(dāng)測(cè)量光束PL2進(jìn)一 步逆時(shí)鐘移動(dòng)以進(jìn)行掃描時(shí)， 如在圖9(B)中所示，測(cè)量光束PL1的投射角變?yōu)閍3(a3〉a15)。在 這種情況下，與圖9(A)的情況相同，測(cè)量光束PL1直接投射到 點(diǎn)P2上。因此，由于散射產(chǎn)生的來(lái)自點(diǎn)P2的反射光LB1以拍攝 角y入射到攝像設(shè)備2上。在圖6的距離信息表中，將針對(duì)投射角 (x3具有最大像素值的像素記錄為像素PX6(拍攝角力。此外，還 將圖5的距離計(jì)算單元32使用拍攝角y和投射角a基于等式(l)所 計(jì)算出的距離dl記錄為圖6的距離信息表中的距離di 。距離 dl(dlXi2)是攝像設(shè)備2與點(diǎn)P2之間的距離，其中，在圖9(B)中 在該點(diǎn)P2處，測(cè)量光束PL1和反射光PL3相交。
多重反射判斷單元33基于圖6的距離信息表的信息如下進(jìn) 行判斷。具體地，當(dāng)如投射角a3和al5或距離dl和d2,投射角
d2 = e.或距離針對(duì)同 一像素PX6(拍攝角y)具有兩個(gè)或更多個(gè)不同的值 時(shí)，判斷為入射到該像素上的反射光束中的某些反射光束進(jìn)行 了多重反射，即進(jìn)行了一次或多次的鏡面反射。此外，多重反 射判斷單元33判斷為在距離計(jì)算單元32中所獲得的距離dl和d2 中較短的距離d2(以較小的投射角al 5獲得的數(shù)據(jù))是通過(guò)由于 多重反射導(dǎo)致的錯(cuò)誤計(jì)算所獲得的。例如，這意味著檢測(cè)到的 多重反射光被第一鏡面反射反射到遠(yuǎn)處，然后通過(guò)第二散射被 攝像設(shè)備2所接收。
多重反射判斷單元33將當(dāng)發(fā)生多重反射時(shí)獲得的投射角 a3和ctl5、拍射角y、以及距離dl和d2的信息發(fā)送到反射對(duì)象距 離運(yùn)算單元34。將其入射光束被判斷為未進(jìn)行多重反射的像素 (拍射角)的距離di的信息發(fā)送到距離信息合并單元35。反射對(duì)象 距離運(yùn)算單元34基于從多重反射判斷單元33接收到的信息，來(lái) 計(jì)算攝像設(shè)備2和圖9(B)的多重反射的第一反射點(diǎn)(較近的反射 點(diǎn))P3之間的距離d4。
在本實(shí)施例中，假定包括反射點(diǎn)P3的表面(車輛MB1的側(cè)表 面)與車輛MB平行。根據(jù)下面的等式(3),使用計(jì)算出的到圖9(B) 的較遠(yuǎn)點(diǎn)P2的距離dl以及來(lái)自光投射設(shè)備l的被判斷為進(jìn)行了 多重反射的測(cè)量光束的兩個(gè)投射角cx3和al5(a3Xx15),來(lái)計(jì)算距 離d4。等式(3)的計(jì)算利用測(cè)量光束PL在反射點(diǎn)P3處的鏡面反射 (正反射)。
d4 =— 2
1 +
tan oc3
(3)
tan ocl 5,
將距離d4存儲(chǔ)在圖6的距離信息表中，作為與投射角al5和 距離d2相關(guān)聯(lián)的反射對(duì)象距離dr。將關(guān)于投射角al 5的包括到多 重反射的反射點(diǎn)P3的距離d4的距離信息從圖5的反射對(duì)象距離 運(yùn)算單元34提供到距離信息合并單元35。距離信息合并單元35合并從反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34發(fā)送 來(lái)的到反射點(diǎn)的反射對(duì)象距離d r的距離信息和從多重反射判斷 單元33發(fā)送來(lái)的距離信息di,以生成關(guān)于^r測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的檢 測(cè)對(duì)象的距離信息。具體地，在距離信息合并單元35中，可以 獲得關(guān)于到未發(fā)生多重反射的檢測(cè)對(duì)象的第 一 距離d i和到發(fā)生 了多重反射的檢測(cè)對(duì)象的第二距離dr的信息。
上面給出了對(duì)如下情況的說(shuō)明將測(cè)量光束以投射角a15 從光投射設(shè)備l投射到在右車道上行駛的車輛MB 1的側(cè)表面上 的反射點(diǎn)P3。如在圖10中所示，上述說(shuō)明同樣適用于這種情形 將來(lái)自光投射設(shè)備1的測(cè)量光束PL2L以投射角aL投射到在車輛
給出對(duì)其的簡(jiǎn)要說(shuō)明。
在圖10中，在某些情況下，在反射點(diǎn)P3L處鏡面反射的測(cè) 量光束PL3L到達(dá)路面上的點(diǎn)P2，并且在點(diǎn)P2處散射的多重反射 光LB2L以拍攝角y入射到攝像設(shè)備2上。當(dāng)將以投射角a(cKaL) 從光投射設(shè)備l發(fā)出的測(cè)量光束PL1投射到點(diǎn)P2時(shí)，其反射光 L B1以相同的拍攝角y入射到攝像設(shè)備2上。
在這種情況下，以與圖9(A)的例子類似的方式來(lái)進(jìn)行使用 投射角a對(duì)距離dl的計(jì)算，但是測(cè)量光束PL2L與多重反射光 LB2L不相交。因此，當(dāng)針對(duì)投射角aL使用等式(l)來(lái)計(jì)算距離 dl時(shí)，距離dl變?yōu)椴豢赡艿呢?fù)值。因此，圖5的距離計(jì)算單元32 判斷為不能計(jì)算出該距離。在圖6的距離信息表中，將距離dl 記錄為針對(duì)投射角a的距離數(shù)據(jù)，但在與投射角aL相對(duì)應(yīng)的距 離數(shù)據(jù)欄中記錄表示不能計(jì)算出該距離的錯(cuò)誤信息。
之后，基于距離信息表的內(nèi)容，多重反射判斷單元33判斷 為入射到當(dāng)以投射角aL投射測(cè)量光束時(shí)具有最大亮度的像素 上的反射光進(jìn)行了多重反射。通過(guò)將ltanaLI和tana分別代入等式(3)的tan a3和tan a15,反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34可以計(jì)算出 到圖9中的多重反射的較近反射點(diǎn)P3L的距離(與圖9(B)的d4相 對(duì)應(yīng)的3巨離)。
然后，參考圖ll的流程圖，簡(jiǎn)要說(shuō)明第一實(shí)施例中用于計(jì) 算到檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的檢測(cè)對(duì)象的距離的信息的操作的例子。 由圖5的控制單元CU內(nèi)的驅(qū)動(dòng)控制單元31來(lái)控制該操作。
在圖ll的步驟Sl中，將光投射信號(hào)T1和照相機(jī)控制信號(hào)T2 從圖5的驅(qū)動(dòng)控制單元31輸入到光投射設(shè)備1和掘」象設(shè)備2 ，并相 互同步地開始利用圖4的光投射設(shè)備1的測(cè)量光束PL進(jìn)行的掃 描(光投射)以及由攝像設(shè)備2進(jìn)行的反射光LB的攝像。針對(duì)各個(gè) 投射角a計(jì)算具有最大像素值的像素PXj。在步驟S3中，距離計(jì) 算單元32使用與具有最大像素值的像素相關(guān)聯(lián)的投射角ai和拍 攝角TJ,來(lái)基于等式(l)計(jì)算距離di。將這種信息存儲(chǔ)在圖6的距 離信息表中。
在步驟S5中，多重反射判斷單元33參考圖6的距離信息來(lái) 判斷是否存在多重反射。在本實(shí)施例中，通過(guò)如下來(lái)判斷是否 存在多重反射
(a) 與不同的投射角ai相對(duì)應(yīng)的具有最大像素值的像素中的 一些像素是否相同；或者
(b) 針對(duì)同 一像素計(jì)算出的距離是否具有不同的值。 當(dāng)不存在多重反射時(shí)，或者當(dāng)由于多重反射而不存在具有
最大像素值的像素時(shí)，僅將距離信息表中的距離di(第一距離) 的數(shù)據(jù)發(fā)送到距離信息合并單元35。在步驟S5中，當(dāng)存在多重 反射時(shí)，或者當(dāng)由于多重反射而存在具有最大像素值的像素時(shí)， 將像素的信息中的拍攝角y提供到反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34,并 將其它像素的信息提供到距離信息合并單元35。
在步驟S7中，針對(duì)由于多重反射而具有最大像素值的像素，反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34使用等式(3)來(lái)計(jì)算到發(fā)生第一次 反射的點(diǎn)(真實(shí)反射點(diǎn))的距離dr(第二距離)。反射對(duì)象距離運(yùn)算 單元34將計(jì)算出的距離dr提供到距離信息合并單元35。在下一 步驟S9中，距離信息合并單元35將計(jì)算出的多重反射點(diǎn)的距離 信息(第一距離)和不具有多重反射的距離信息(第二距離)合并， 以計(jì)算檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域的距離信息。
根據(jù)本實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng)和車輛，可以獲得下面的操 作效果。
(1) 當(dāng)多重反射判斷單元33將反射光判斷為鏡面反射光時(shí)， 反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34可以基于測(cè)量光束PL的投射角的信 息和接收反射光的像素PXj的信息，計(jì)算出到從光投射設(shè)備發(fā) 出的測(cè)量光束的第一真實(shí)反射點(diǎn)的距離的信息。因此，可以計(jì) 算到之前不能測(cè)量的、位于鏡面反射率高的位置處的檢測(cè)對(duì)象 的距離，從而擴(kuò)大了檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)能夠獲得精確距離信息的 范圍。
(2) 在以不同的投射角獲得的多個(gè)圖像中，當(dāng)針對(duì)同 一像素 計(jì)算出兩個(gè)不同的距離時(shí)，判斷為包括了由多重反射光產(chǎn)生的 圖像信號(hào)。因此，與傳統(tǒng)技術(shù)的距離測(cè)量單元不同，無(wú)需將空 碼分配給照射光。
(3) 根據(jù)距離測(cè)量單元不可缺少的距離計(jì)算單元的計(jì)算結(jié) 果，基于針對(duì)同一像素是否計(jì)算出了至少兩個(gè)距離或者對(duì)于計(jì) 算出的距離之一是否記錄了錯(cuò)誤信息，來(lái)判斷是否存在多重反 射。這使得不需要特別算法來(lái)判斷是否存在多重反射。
(4) 本實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng)還包括距離信息合并單元35， 該距離信息合并單元35將由距離計(jì)算單元32獲得的到未進(jìn)行多 重反射的反射光的反射點(diǎn)的距離(第一距離)的信息與由反射對(duì) 象距離運(yùn)算單元34獲得的到多重反射光的最近反射點(diǎn)的距離(第二距離)的信息合并。因此，可以精確地測(cè)量到位于整個(gè)檢 測(cè)目標(biāo)區(qū)域中的任意位置處的多個(gè)檢測(cè)對(duì)象的距離。
(5) 當(dāng)檢測(cè)對(duì)象是在路面上行駛的車輛并且多重反射光是
在車輛后的3各面上反射的光時(shí)，可以確定4企測(cè)到來(lái)自在側(cè)車道 上行駛的車輛的側(cè)表面的多重反射光。因此，可以在寬范圍的 環(huán)境中測(cè)量到多重反射光的反射點(diǎn)(即車輛)的距離。
(6) 前述實(shí)施例的車輛MB包括前述實(shí)施例的距離測(cè)量系 統(tǒng)。光投射設(shè)備l向作為檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域的車輛MB前方區(qū)域沖殳射 測(cè)量光束PL，并且4聶像設(shè)備2可以接收來(lái)自車輛MB前方區(qū)域的 反射光。因此，可以消除多重反射光的影響，并精確地測(cè)量到 車輛MB前方的才全測(cè)對(duì)象的距離。
第二實(shí)施例
參考圖12到15,給出對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例的說(shuō)明。上述 第 一 實(shí)施例示出了發(fā)生多重反射的反射面(車輛MB1的側(cè)表面) 與車輛M B平行的例子(參見圖8 B)。第二實(shí)施例被配置為即使當(dāng)
時(shí)也精確地測(cè)量到多重反射光的反射點(diǎn)的距離。在下文，使用 圖12到15給出對(duì)發(fā)生多重反射的反射面(車輛MB1的側(cè)表面)與 車輛MB不平行的情況的說(shuō)明。對(duì)圖12到15中與圖5、 7、 8B和 10的部分相對(duì)應(yīng)的 一 些部分指定相同的附圖標(biāo)記或符號(hào)。
圖12示出本實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng)的控制單元CUA。控制 單元CUA與圖5的控制單元CU的不同之處在于反射面推定單元 36。下面主要給出對(duì)反射面推定單元36的操作以及與其相關(guān)的 反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34的操作的說(shuō)明。距離計(jì)算單元32以與 第 一 實(shí)施例相同的方式創(chuàng)建圖6所示的距離信息表。
圖13是示出另 一車輛MB1正在安裝了本實(shí)施例的距離測(cè)量 系統(tǒng)的車輛MB的右前方行駛的例子的平面圖，其中，該另一車輛MB1與車輛MB不平行。如在圖13中所示，在反射點(diǎn)P6處鏡 面反射從光投射設(shè)備l以投射角(3投射到車輛MB1的側(cè)表面中的 反射點(diǎn)P6的測(cè)量光束PL2，該測(cè)量光束PL2入射到3各面上的點(diǎn)P5 并發(fā)生散射，然后作為多重反射光LB2入射到攝像設(shè)備2。此時(shí)， 包括反射點(diǎn)P6的反射面與車輛MB不平行。
像第一實(shí)施例一樣，沿著多重反射光LB2的光路計(jì)算出到 點(diǎn)P5和虛擬點(diǎn)p7的兩個(gè)距離。因此，圖12的多重反射判斷單元 33判斷為在圖13的情況下也存在多重反射。
圖14示意性示出圖13的狀態(tài)。在圖14中，在利用以兩個(gè)投 射角a和(3投射的測(cè)量光束拍攝到的兩個(gè)圖像中，在點(diǎn)P5處反射 的反射光入射到攝像設(shè)備2的同一像素上。換句話說(shuō)，在從投射 角al到aj的 一次掃描期間拍攝到的多個(gè)圖像中，在這些圖像的 一些圖像中將同一像素指定為具有最大像素值的像素。在圖14
中，用y表示入射到該像素的反射光的拍攝角。在這種情況下， 如在第一實(shí)施例中所述，對(duì)于在兩個(gè)不同的圖像中以同 一拍攝
角Y接收反射光的同 一像素，計(jì)算到點(diǎn)P5(投射角cx)的距離dl和 到虛擬點(diǎn)P7(投射角P)的距離d2。因此，圖12的多重反射判斷單 元33判斷為存在多重反射。多重反射判斷單元33將存在多重反 射、距離dl和d2中較大的距離dl以及投射角a和(3發(fā)送到反射面 推定單元36和反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34。
這里，作為例子，給出了對(duì)在圖13所示的情形下發(fā)生多重 反射的情況下的反射面推定單元36的說(shuō)明。如在圖13中所示， 測(cè)量光束PL2入射到車輛MB1的側(cè)表面上。由于測(cè)量光束PL2 的入射角大，因此在反射點(diǎn)P6處鏡面反射成分占主要。然而， 在車輛MB1的后保險(xiǎn)杠BB1上，來(lái)自光投射設(shè)備l的測(cè)量光束的 入射角小。因此，在后保險(xiǎn)杠上散射成分占主要，并且可以直 接檢測(cè)到所反射的測(cè)量光束。因此，使用上述等式(l)通過(guò)三角測(cè)量原理可以計(jì)算到后保險(xiǎn)杠B B1的距離。
參考圖6的距離信息表，反射面推定單元36在判斷為在圖13 的情形下發(fā)生多重反射的反射點(diǎn)附近的區(qū)域中識(shí)別出貌似后保 險(xiǎn)杠的反射構(gòu)件。具體地，將具有高亮度的像素處于水平延伸 的矩形上的區(qū)域識(shí)別為后保險(xiǎn)杠BB1。此后，例如，基于與由 攝像設(shè)備2拍攝到的反射構(gòu)件的兩端周圍的圖像的像素有關(guān)的 信息，指定來(lái)自光投射設(shè)備l的在兩端附近掃描的測(cè)量光束 PLB1和PLB2的投射角aBl和aB2以及距離dBl和dB2?；诰嚯x dBl和dB2之間的差以及計(jì)算出到其的距離dBl和dB2的反射構(gòu) 件的兩端之間的間隔，反射面推定單元3 6可以計(jì)算反射構(gòu)件的 傾凍牛角(p。
此外，可以通過(guò)使用投射角aBl到aB2的范圍中的距離的信
當(dāng)假定包括發(fā)生多重反射的反射點(diǎn)P6的車輛MB 1的表面與后 保險(xiǎn)杠BB1垂直時(shí)，推定包括反射點(diǎn)P6的表面具有與角cp相等的 傾斜角。將該傾斜角cp的信息提供到圖12的反射對(duì)象距離運(yùn)算 單元34。
反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34根據(jù)計(jì)算出的到點(diǎn)P5的距離dl 、 點(diǎn)P5的拍攝角y和距離e來(lái)計(jì)算光投射設(shè)備1與路面上的點(diǎn)P5之 間沿車輛寬度方向的距離h,然后使用計(jì)算出的該距離h來(lái)計(jì)算 到傾斜表面上的反射點(diǎn)P6的距離d5。基于下面的等式(4),使用 拍攝角y、包括反射點(diǎn)P6的表面的傾斜角cp、計(jì)算出的到點(diǎn)P5和 P7的距離dl和d2、來(lái)自光投射設(shè)備1的測(cè)量光束到點(diǎn)P5和P7的
投射角a和(3以及間距e來(lái)計(jì)算距離d5。
2(dl —d2)tanpA /J1A 、
d5 = ^-^-^ + tan ot (dl. tan y + e) (4、
l + tan(a - 2小) '' l"
將計(jì)算出的到反射點(diǎn)P6的距離d5的信息發(fā)送到圖12的距離信息合并單元35，從而獲得檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域的距離信息，即到 未發(fā)生多重反射的檢測(cè)對(duì)象的第一距離和到發(fā)生了多重反射的 檢測(cè)對(duì)象的第二距離。
參考圖15的流程圖，說(shuō)明在第二實(shí)施例中用于計(jì)算檢測(cè)目 標(biāo)區(qū)域的距離信息的，燥作的例子。由圖12的控制單元C U A中的 驅(qū)動(dòng)控制單元31來(lái)控制該操作。
圖15的步驟S1和S3與圖11中的步驟相同。在步驟S3中，距 離計(jì)算單元32使用與具有最大像素值的像素相關(guān)聯(lián)的投射角ai 和拍攝角Y，來(lái)基于等式(l)計(jì)算距離di。將該信息存儲(chǔ)為圖6的 距離信息表。當(dāng)在步驟S51中判斷為不存在多重反射時(shí)，將距 離信息表的內(nèi)容直接發(fā)送到距離信息合并單元35。當(dāng)在步驟 S51中判斷為存在多重反射時(shí)，操作進(jìn)入步驟S53。
在步驟S53中，反射面推定單元36判斷在多重反射的反射 點(diǎn)附近是否存在形狀與預(yù)定的后保險(xiǎn)杠類似的反射構(gòu)件。當(dāng)不 存在反射構(gòu)件時(shí)，將包括多重反射的反射點(diǎn)的表面的傾斜角確 定為零，并且操作進(jìn)入步驟S57。另一方面，當(dāng)在步驟S53中存 在反射構(gòu)件時(shí)，操作進(jìn)入步驟S55，并且反射面推定單元36如 上所述計(jì)算反射構(gòu)件的傾斜角cp,并且將傾斜角cp的信息發(fā)送到 反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34。在步驟S57中，反射對(duì)象距離運(yùn)算 單元34基于等式(4)計(jì)算到多重反射的反射點(diǎn)的距離，并且將該 距離發(fā)送到距離信息合并單元35。在步驟S9中，距離信息合并 單元35將計(jì)算出的到多重反射點(diǎn)的距離的信息與到未發(fā)生多重 反射的反射點(diǎn)的距離的信息合并，從而獲得位于檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域 內(nèi)的各檢測(cè)對(duì)象的距離信息。
根據(jù)第二實(shí)施例的距離測(cè)量系統(tǒng)，可以獲得下面的操作效果。
當(dāng)多重反射判斷單元33判斷為存在多重反射光時(shí)，在多重反射光的反射點(diǎn)附近提取貌似后保險(xiǎn)杠的矩形反射構(gòu)件，并計(jì) 算出平面圖中的反射構(gòu)件的傾斜角cp。在將發(fā)生了多重反射的 反射面的角設(shè)置為傾斜角cp的情況下，計(jì)算到在該車輛前方的
d5。因此，即使考慮到進(jìn)行多重反射的測(cè)量光束入射的反射面 的傾斜角，也可以計(jì)算到進(jìn)行多重反射的測(cè)量光束的反射點(diǎn)P6 的距離d5。
由于基本上為矩形并且其反射率高，因此可以容易地檢測(cè) 到車輛的后保險(xiǎn)杠。
可以將上述第二實(shí)施例變形為如下。
在上迷第二實(shí)施例中，通過(guò)設(shè)置反射構(gòu)件的反射面的傾斜 角來(lái)計(jì)算到反射點(diǎn)的距離。然而，還可以如下從攝像設(shè)備2的圖 像信息來(lái)檢測(cè)反射構(gòu)件的反射面的傾斜角的變化。
例如，當(dāng)反射面的傾斜角改變時(shí)，在由圖5的攝像設(shè)備2獲 得的圖像中，反射面中的反射點(diǎn)(多重反射點(diǎn))的圖像在亮度上 發(fā)生變化。這是因于測(cè)量光束到反射點(diǎn)上的入射角的變化使得 鏡面反射成分增加或減少。因此，當(dāng)從圖像信息獲得的反射光 的亮度降低時(shí)，推定為反射面的傾斜角cp增大。這使得可以檢 測(cè)表面以預(yù)定傾斜角與車輛M B的行駛方向相交的反射構(gòu)件。
另一方面，隨著反射角的亮度增大，反射面的傾斜角cp減 小。這使得可以推定傾斜角的變化，從而提供反射面的角度變 化的信息。
在第 一 實(shí)施例中，距離計(jì)算單元32針對(duì)與投射角ai相對(duì)應(yīng) 的圖像數(shù)據(jù)指定每行的圖像信號(hào)sj(t)中具有最高信號(hào)級(jí)的像素 P Xj,并且針對(duì)光投射角a i確定從物體到攝像設(shè)備2的反射光的 拍攝角YJ。然而，在本實(shí)施例中，可以由不同的單元分別進(jìn)行 像素PXj的指定和拍攝角yj的確定。例如，指定單元可以指定像素PXj，并且確定單元可以確定拍攝角力。
此外，在第二實(shí)施例中，反射面推定單元36識(shí)別出多重反 射光的反射點(diǎn)附近貌似后保險(xiǎn)杠的矩形反射構(gòu)件，然后計(jì)算反 射構(gòu)件的傾斜角cp。然而，在本實(shí)施例中，可以由不同的單元 分別進(jìn)行反射構(gòu)件的指定和傾斜角cp的計(jì)算。例如，提取單元 可以提取反射構(gòu)件，并且傾斜角計(jì)算單元可以計(jì)算傾斜角cp。
上述第 一 實(shí)施例和第二實(shí)施例示出本發(fā)明應(yīng)用于安裝在車 輛上的距離測(cè)量系統(tǒng)的例子。然而，本發(fā)明不限于此。例如， 可以將本發(fā)明應(yīng)用于如火車和^^船等其它交通工具、如工業(yè)用、 警備用或護(hù)理用機(jī)器人等機(jī)器人以及安裝在工業(yè)裝備的移動(dòng)機(jī) 器上的測(cè)量系統(tǒng)等。此外，本發(fā)明可應(yīng)用于固定使用的測(cè)量?jī)x 器(形狀測(cè)量設(shè)備等)等。
此外，從光投射設(shè)備投射的光不限于上述實(shí)施例中示出的 測(cè)量光束PL(照射光)，并且可以是根據(jù)所應(yīng)用的設(shè)備、檢測(cè)目 標(biāo)區(qū)域和檢測(cè)對(duì)象的任意最佳光。例如，可將照射光配置為僅 照射整個(gè)檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域。這種配置允許計(jì)算到多重反射光的反 射點(diǎn)的距離。
此外，只要本發(fā)明的功能特征未被破壞，本發(fā)明就不受限 于上述實(shí)施例。此外，可以組合上述實(shí)施例和變形例。例如， 根據(jù)本發(fā)明的距離測(cè)量系統(tǒng)可以配置成包括投射設(shè)備，用于 以多個(gè)投射角向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光束；攝像設(shè)備，用于拍攝 來(lái)自檢測(cè)區(qū)域的與測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)的反射光的圖像，并輸出圖 像信號(hào)；以及判斷單元，用于基于圖像信號(hào)來(lái)判斷是否發(fā)生鏡 面反射；運(yùn)算單元，用于當(dāng)判斷為發(fā)生了鏡面反射時(shí)，使用第 一距離算術(shù)表達(dá)式(上述等式(3))來(lái)計(jì)算到發(fā)生鏡面反射的檢測(cè) 對(duì)象的距離，并且當(dāng)判斷為未發(fā)生鏡面反射時(shí)，使用第二距離 算術(shù)表達(dá)式(上述等式(2))來(lái)計(jì)算到發(fā)生散射的點(diǎn)的距離。如下所述，；K利要求書的組成元件與前述實(shí)施例的組成元 件相對(duì)應(yīng)。具體地，判斷單元對(duì)應(yīng)于多重反射判斷單元33;運(yùn) 算單元對(duì)應(yīng)于反射對(duì)象距離運(yùn)算單元34或距離計(jì)算單元32;并 且傾斜角計(jì)算單元對(duì)應(yīng)于反射面推定單元36。
2007年11月30日提交的日本專利申請(qǐng)2007-3 10620以及 2008年7月23日提交的日本專利申請(qǐng)2008-189690的全部?jī)?nèi)容在 此通過(guò)引用而并入。
盡管以上已經(jīng)通過(guò)參考本發(fā)明的某些實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā) 明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，并且依據(jù)此處的教導(dǎo)，各 種變形對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見。參考所附權(quán)利要求書 來(lái)限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種距離測(cè)量系統(tǒng)，包括投射設(shè)備，用于至少以第一投射角和第二投射角向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光束；攝像設(shè)備，用于拍攝來(lái)自所述檢測(cè)區(qū)域的第一反射光的圖像和第二反射光的圖像并輸出圖像信號(hào)，所述第一反射光與以所述第一投射角投射的測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)，并且所述第二反射光與以所述第二投射角投射的測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)；距離計(jì)算單元，用于基于所述圖像信號(hào)，根據(jù)所述第一反射光到所述攝像設(shè)備上的第一入射角、所述第一投射角和所述投射設(shè)備與所述攝像設(shè)備之間的設(shè)備間距離來(lái)計(jì)算到第一測(cè)量點(diǎn)的第一距離，并根據(jù)所述第二反射光到所述攝像設(shè)備上的第二入射角、所述第二投射角和所述設(shè)備間距離來(lái)計(jì)算到第二測(cè)量點(diǎn)的第二距離；判斷單元，用于當(dāng)所述第一反射光的所述第一入射角等于所述第二反射光的所述第二入射角時(shí)，判斷為發(fā)生了鏡面反射；以及運(yùn)算單元，用于當(dāng)所述判斷單元判斷為發(fā)生了所述鏡面反射時(shí)，基于到所述第一測(cè)量點(diǎn)的所述第一距離和到所述第二測(cè)量點(diǎn)的所述第二距離中較長(zhǎng)的距離以及當(dāng)判斷為所述第一入射角和所述第二入射角相等時(shí)的所述第一投射角和所述第二投射角，來(lái)計(jì)算到發(fā)生所述鏡面反射的檢測(cè)對(duì)象的距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，還 包括提取單元，用于當(dāng)所述判斷單元判斷為發(fā)生了所述鏡面反 射時(shí)，提取位于發(fā)生所述鏡面反射的反射點(diǎn)附近的具有預(yù)定形 狀的反射構(gòu)件；以及傾斜角計(jì)算單元，用于計(jì)算由所述提取單元提取出的所述反射構(gòu)件的傾斜角，其中，所述運(yùn)算單元基于所述第一投射角和所述第二投射 角、所述第一距離和所述第二距離、所述傾斜角、所述設(shè)備間 距離、以及相等的所述第一入射角和所述第二入射角，來(lái)計(jì)算 到產(chǎn)生鏡面反射光的點(diǎn)的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像設(shè)備包括具有二維排列的多個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換元 件，并且與所述測(cè)量光束的投射同步地輸出所述多個(gè)像素的像 素信號(hào)串，以及所述距離計(jì)算單元包括指定單元，用于指定通過(guò)以所述 第一投射角和所述第二投射角投射所述測(cè)量光束所拍攝到的各 個(gè)圖像的所述像素信號(hào)串中輸出具有高亮度的像素值的像素； 以及確定單元，用于確定入射在由所述指定單元指定的4象素上 的所述第一入射光的所述第一入射角和所述第二入射光的所述 第二入射角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述指定單元在當(dāng)以所述第一投射角和所述第二投射角 投射所述測(cè)量光束時(shí)拍攝到的至少兩個(gè)圖像中指定了同 一像素 時(shí)，所述判斷單元判斷為發(fā)生了所述鏡面反射。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)在當(dāng)以所述第 一 投射角和所述第二投射角投射所述測(cè)量 光束時(shí)拍攝到的至少兩個(gè)圖像中，針對(duì)由所述指定單元指定的 同一像素計(jì)算出不同的距離時(shí)，所述判斷單元判斷為發(fā)生了所 述鏡面反射。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述運(yùn)算單元基于所述第一投射角和所述第二投射角以及所述第 一 距離和所述第二距離中針對(duì)未被鏡面反射的所述測(cè)量光束計(jì)算出的距離，通過(guò)三角測(cè)量法來(lái)計(jì)算到產(chǎn)生鏡面反射光 的點(diǎn)的距離。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)對(duì)象是車輛，并且所述反射構(gòu)件是所述車輛的保 險(xiǎn)杠。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述投射設(shè)備安裝在車輛上，從而向作為所述檢測(cè)區(qū)域的 所述車輛前方的區(qū)域投射所述測(cè)量光束，以及所述攝像設(shè)備安裝在所述車輛上，從而接收來(lái)自所述車輛 前方的區(qū)域的所述第一反射光和所述第二反射光。
9. 一種距離測(cè)量系統(tǒng)，包括投射設(shè)備，用于以多個(gè)投射角向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光束； 攝像設(shè)備，用于拍攝與所述測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)的反射光的圖像，并輸出圖像信號(hào)；判斷單元，用于基于所述圖像信號(hào)來(lái)判斷是否發(fā)生了鏡面反射；以及運(yùn)算單元，用于當(dāng)判斷為發(fā)生了所述鏡面反射時(shí)，使用第 一距離算術(shù)表達(dá)式來(lái)計(jì)算到發(fā)生所述鏡面反射的檢測(cè)對(duì)象的距離，并且當(dāng)判斷為未發(fā)生所述鏡面反射時(shí)，使用第二距離算術(shù) 表達(dá)式來(lái)計(jì)算到發(fā)生散射的點(diǎn)的距離。
10. —種距離測(cè)量方法，包括至少以第 一投射角和第二投射角向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光束；拍攝來(lái)自所述檢測(cè)區(qū)域的第一反射光的圖像和第二反射光 的圖像并輸出圖像信號(hào)，所述第一反射光與以所述第一投射角 投射的測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)，并且所述第二反射光與以所述第二投 射角投射的測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)；基于所述圖像信號(hào)，根據(jù)所述第 一 反射光到攝像設(shè)備上的 第一入射角、所述第一投射角和投射設(shè)備與所述攝像設(shè)備之間 的設(shè)備間距離來(lái)計(jì)算到第一測(cè)量點(diǎn)的第一距離，并根據(jù)所述第 二反射光到所述攝像設(shè)備上的第二入射角、所述第二投射角和所述設(shè)備間距離來(lái)計(jì)算到第二測(cè)量點(diǎn)的第二距離；當(dāng)所述第一反射光的所述第一入射角等于所述第二反射光 的所述第二入射角時(shí)，判斷為發(fā)生了鏡面反射；以及當(dāng)判斷為發(fā)生了所述鏡面反射時(shí)，基于到所述第一測(cè)量點(diǎn) 的所述第一距離和到所述第二測(cè)量點(diǎn)的所述第二距離中較長(zhǎng)的 距離以及當(dāng)判斷為所述第 一入射角和所述第二入射角相等時(shí)的 所述第一投射角和所述第二投射角，來(lái)計(jì)算到發(fā)生所述鏡面反 射的檢測(cè)對(duì)象的距離。
11. 一種距離測(cè)量方法，包括以多個(gè)投射角向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光束； 拍攝與所述測(cè)量光束相對(duì)應(yīng)的反射光的圖像，并輸出圖像 信號(hào)；基于所述圖像信號(hào)來(lái)判斷是否發(fā)生了鏡面反射；以及 當(dāng)判斷為發(fā)生了所述鏡面反射時(shí)，使用第一距離算術(shù)表達(dá) 式來(lái)計(jì)算到發(fā)生所述鏡面反射的檢測(cè)對(duì)象的距離，并且當(dāng)判斷為未發(fā)生所述鏡面反射時(shí)，使用第二距離算術(shù)表達(dá)式來(lái)計(jì)算到 發(fā)生散射的點(diǎn)的距離。
12. —種距離測(cè)量方法，包括至少以第 一 投射角和第二投射角投射測(cè)量光束；拍攝當(dāng)以所述第一投射角投射所述測(cè)量光束時(shí)來(lái)自特定測(cè)量點(diǎn)的第一反射光的圖像，并測(cè)量到所述特定測(cè)量點(diǎn)的距離； 當(dāng)在以所述第二投射角投射所述測(cè)量光束時(shí)拍攝到來(lái)自所述特定測(cè)量點(diǎn)的第二反射光的圖像時(shí)，判斷為產(chǎn)生了鏡面反射光；以及基于所述第一投射角和所述第二投射角以及到所述特定測(cè) 量點(diǎn)的距離來(lái)計(jì)算到產(chǎn)生所述鏡面反射光的點(diǎn)的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種距離測(cè)量系統(tǒng)和距離測(cè)量方法。該距離測(cè)量系統(tǒng)包括投射設(shè)備(1)，其以至少第一和第二投射角(α3、α15、α、β)向檢測(cè)區(qū)域投射測(cè)量光束(PL1、PL2)；攝像設(shè)備(2)，其拍攝來(lái)自檢測(cè)區(qū)域的第一反射光(LB1)的圖像和第二反射光(LB2)的圖像。該距離測(cè)量系統(tǒng)還包括距離計(jì)算單元(32)，其計(jì)算到第一測(cè)量點(diǎn)(P2、P5)的第一距離(d1)和到第二測(cè)量點(diǎn)(P4、P7)的第二距離(d2)；判斷單元(33)，其判斷是否發(fā)生了鏡面反射；以及運(yùn)算單元(34)，其當(dāng)判斷單元(33)判斷為發(fā)生了鏡面反射時(shí)，計(jì)算到發(fā)生鏡面反射的檢測(cè)對(duì)象(MB1、MB2)的距離(d4)。
文檔編號(hào)G01S17/08GK101446641SQ200810179310
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者北野尚吾 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社