JP2013205355A - ターゲットサイズ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザビームを用いて対象物のサイズを測定する際における測定誤差を低減する。
【解決手段】ターゲットサイズ測定装置は、背面物４からの反射光を利用する背面反射利用測定を実行する。背面反射利用サイズ測定では、受光量データを用いてターゲット２が存在しないときの背面物４からの反射光の受光量を基準受光量として取得する。与えられた距離データが示す距離に位置するターゲットに照射されたときのレーザビームの直径をビームサイズとして取得する。距離データが与えられた時点の前後において連続して与えられた受光量データのそれぞれが表す受光量のうち背面物４からの反射光に対応する受光量を比較受光量として取得する。基準受光量に対する比較受光量の変化割合に基づいて、その比較受光量に対応する反射光の元になったレーザビームがターゲット２に照射された照射割合を求める。ビームサイズおよび照射割合に基づいて、ターゲット２の検出方向についての長さを求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザビームを用いて対象物のサイズを測定するターゲットサイズ測定装置に関する。

レーザビーム（レーザ光）を用いて対象物（ターゲット）までの距離を測定するレーザレーダ装置が知られている。レーザレーダ装置は、例えば１８０度の範囲で水平方向（検出方向）に回転しながらレーザビームを断続的に放射し、その反射光を受光する。そして、レーザビームを放射した時点から、そのレーザビームの反射光を受光した時点までの時間に基づいて、そのレーザビームを反射したターゲットまでの距離が測定される（例えば、特許文献１参照）。

なお、上記レーザレーダ装置は、例えばホームセキュリティシステムなどに用いられることが多い。その場合、ターゲットの背面側（レーザビームが照射される側とは反対側）に壁面などの背面物が存在する。そのため、放射されたレーザビームは、ターゲットだけでなく、その背面物にも照射されることになる。従って、レーザレーダ装置は、ターゲットおよび背面物の両方からの反射光を受光することになる。そして、レーザレーダ装置は、受光した反射光のうち、ターゲットからの反射光を利用して上記距離の測定を行う。

このようなレーザレーダ装置において、連続して距離が測定された数（連続測距点数）およびターゲットに照射されたときのレーザビームの直径などに基づいて、ターゲットのサイズ（検出方向についての長さ）を測定（推定）することが考えられている。連続測距点数は、連続して反射光を受光した数に相当する。なお、反射光を受光したか否かについては、例えば反射光を受光する受光部の出力信号（受光信号）のレベル（例えば波高値）が所定の閾値を超えているか否かに応じて判断される。また、ターゲットに照射されたときのレーザビームの直径は、放射した時点（つまり距離＝０ｍ）におけるレーザビームの直径、ターゲットまでの距離を測定可能（測距可能）な最大距離におけるレーザビームの直径および測定されたターゲットまでの距離を用いた演算により求めることができる。あるいは、上記直径および距離を関係付けたマップなどを予め準備しておけば、そのマップを参照することにより、ターゲットに照射されたときのレーザビームの直径を求めることもできる。

特開２００７−１２１１５８号公報

上述した従来の方法は、ターゲットサイズの測定精度が低く、実際のターゲットのサイズと測定されるサイズとの差（測定誤差）が大きくなる場合がある。以下、図１５および図１６を参照しながら、従来の方法による測定の精度が低い理由について説明する。図１５に示すように、検出方向についての長さが同一のターゲット１０１のサイズを測定する場合でも、ターゲット１０１の位置（検出方向についての位置）が異なると連続測距点数が変化する。すなわち、図１５（ａ）の場合、連続測距点数が３点となるのに対し、図１５（ｂ）の場合、連続測距点数が２点となる。従って、図１５の（ａ）および（ｂ）では、実際のサイズが同じであるにも関わらず、測定されるターゲットサイズが互いに異なる結果となる。

また、図１６に示すように、検出方向についての長さが同一であり、且つ検出方向についての位置も同一であるターゲット１０２ａ、１０２ｂのサイズを測定する場合でも、ターゲット表面の反射率が異なると連続測距点数が変化する。すなわち、図１６（ａ）に示すターゲット１０２ａの表面が高い反射率（高反射）である場合、ターゲット１０２ａに照射された３つのレーザビームによる反射光が良好に得られる。

つまり、３つのレーザビームのターゲット１０２ａへの照射率（照射割合）としては、中央のものが１００％であり、両端のものが５０％である。ターゲット１０２ａの表面の反射率が例えば９０％であるとすると、受光信号の波高値としては、放射されたレーザビームの波高値を基準として、中央のものが約９０％となり、両端のものが約４５％となる。前述した閾値が例えば３０％に設定されていれば、それらの受光信号は全て閾値を超えるため、連続測距点数が３点となる。

これに対し、図１６（ｂ）に示すターゲット１０２ｂの表面が低い反射率（低反射）である場合、ターゲット１０２ｂに照射された３つのレーザビームうち、真ん中の１つによる反射光だけが良好に得られる。つまり、３つのレーザビームのターゲット１０２ｂへの照射率は、前述したターゲット１０２ａへの照射率と同じである。しかし、ターゲット１０２ｂの表面の反射率が例えば４０％であるとすると、受光信号の波高値としては、中央のものが約４０％となり、両端のものが約２０％となる。そのため、中央のレーザビームの反射光による受光信号だけが閾値を超えるため、連続測距点数が１点となる。従って、図１６の（ａ）および（ｂ）でも、実際のサイズが同じであるにも関わらず、測定されるターゲットサイズが互いに異なる結果となる。

このように、従来の方法では、ターゲットの位置やターゲット表面の反射率によって、ターゲットサイズの測定結果が大きく変化するために測定の精度が低く、その結果、測定誤差が大きくなる場合がある。さらに、ターゲットに照射されたときのレーザビームの直径は、ターゲットまでの距離が遠くなるほど大きくなる。そのため、従来の方法では、ターゲットまでの距離が遠くなるほど、上記測定誤差が大きくなる。従って、従来の方法においては、ターゲットまでの距離が非常に遠い場合などにおいて、例えば、ターゲットが人間および自動車のいずれであるのかを完全に判別できないといった状況が発生する可能性があり、実用性の点で問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザビームを用いて対象物のサイズを測定する際における測定誤差を低減することができるターゲットサイズ測定装置を提供することにある。

請求項１に記載の手段によれば、レーザレーダ装置から与えられる測距データを用いて対象物の検出方向についての長さ（以下、ターゲットサイズとも称す）を測定する。レーザレーダ装置は、検出方向に回転しながらレーザビームを放射するとともに、その放射されたレーザビームの反射光を受光し、レーザビームの放射時点から反射光の受光時点までの時間に基づいて、そのレーザビームを反射した対象物までの距離を測定するものである。測距データは、受光量データおよび距離データを含んでいる。受光量データは、レーザビームの放射時点を基準とした経過時間と、受光した反射光の受光量とを対応付けたものである。距離データは、測定された対象物までの距離の値を示すものである。そして、本手段では、背面物からの反射光の反射光の受光量を利用してターゲットサイズを測定する背面反射利用測定が実行される。背面物とは、対象物のレーザビームが照射される側とは反対側に位置する固定された物体であり、例えば壁面などである。

背面反射利用測定においては、背面物からの反射光の受光量を利用するため、受光量データが示す受光量について、対象物からの反射光の受光量と背面物からの反射光の受光量とを切り分ける必要がある。背面物および対象物が前述したとおりの位置関係にあるため、レーザレーダ装置から背面物までの距離は、レーザレーダ装置から対象物までの距離に比べて長い。そのため、背面物からの反射光を表す部分に対応する経過時間は、対象物からの反射光を表す部分に対応する経過時間に比べて長い時間になる。このような経過時間の違いに着目することにより、上記切り分けを行うことが可能である。

背面反射利用測定では、受光量データを用いて、対象物からの反射光が存在しないときにおける背面物からの反射光の受光量が基準受光量として取得される。そして、距離データが与えられると、その距離データが示す距離に位置する対象物に照射されたときのレーザビームの直径がビームサイズとして取得される。対象物に照射されたときのレーザビームの直径は、いずれも既知の値である放射した時点（距離＝０）におけるレーザビームの直径、測距可能な最大距離におけるレーザビームの直径および測定された対象物までの距離の値を用いた演算により求めることができる。あるいは、上記直径および距離を関係付けたマップなどを予め準備しておけば、そのマップを参照することにより、対象物に照射されたときのレーザビームの直径を求めることもできる。

また、距離データが与えられた時点の前後において連続して与えられた受光量データのそれぞれが表す受光量のうち、背面物からの反射光に対応する受光量が比較受光量として取得される。比較受光量は、対象物が存在しないときにおける反射光の受光量である基準受光量に対し、レーザビームが対象物に照射されている割合に応じて変化する（減少する）。本手段では、このような点に着目し、基準受光量に対する比較受光量の変化割合に基づいて、その比較受光量に対応する反射光の元になったレーザビームが対象物に照射された割合である照射割合が求められる。

このようにして求められた照射割合と、取得されたビームサイズとに基づいて、ターゲットサイズが求められる。すなわち、ビームサイズおよび照射割合から、対応するレーザビームが対象物に照射されている部分の検出方向についての長さを求めることができる。従って、連続する受光量データのそれぞれに対応するレーザビームが対象物に照射されている部分の検出方向についての長さを求め、それらを全て加算すれば、ターゲットサイズを求めることができる。

このような背面反射利用測定により求められるターゲットサイズは、レーザビームが対象物に照射された照射割合に基づいて求められるものであるため、対象物の検出方向についての位置が変化したとしても概ね一定の値となる。また、背面物からの反射光の受光量を用いて上記照射割合を求めているため、対象物の表面の反射率に関係なく、求められるターゲットサイズは概ね一定の値となる。つまり、本手段によれば、対象物の位置や対象物表面の反射率によって、ターゲットサイズの測定結果が変化することがないため、従来の連続測距点数を用いる方法に比べ、その測定の精度が極めて高い。そのため、本手段によれば、ターゲットサイズの測定誤差を低く抑えることができる。

レーザレーダ装置の設置場所によっては、背面物が存在しないことも考えられる。そのような場合、請求項２に記載の手段を採用するとよい。すなわち、請求項２に記載の手段によれば、背面物からの反射光が得られない場合、対象物からの反射光の受光量を利用してターゲットサイズを測定するターゲット反射利用サイズ測定が実行される。ターゲット反射利用サイズ測定では、距離データが与えられた時点の前後において３回以上連続して受光量データが与えられている場合、距離データが示す距離に位置する対象物に照射されたときのレーザビームの直径がビームサイズとして取得される。

３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものに対応する反射光の元になったレーザビームは、対象物に対して全て照射されているとは限らない。なぜなら、これらのレーザビームは、対象物の端部に照射されているからである。これに対し、３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いたものに対応する反射光の元になったレーザビームは、対象物に対して全て照射されていると考えられる。なぜなら、これらのレーザビームは、対象物の端部を除く中間の部分に照射されているからである。そのため、連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いた受光量データのうち、いずれかが表す受光量が基準受光量として取得される。この基準受光量は、レーザビームの全体が対象物に照射されている場合の反射光の受光量に相当する。

なお、３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いた受光量データのうち、いずれかが表す受光量（任意の受光量）を基準受光量とする理由は、次のとおりである。すなわち、連続する受光量データが表す受光量は互いに同一ではない。なぜなら、それらに対応する反射光の元になったレーザビームの入射角（対象物に照射される際の角度）が互いに異なるためである。しかし、通常、一つの対象物に連続して照射される各レーザビームの入射角の違いは、数度〜１０数度程度の範囲に収まる。入射角が数度〜１０度異なることによる反射光のレベル（受光量）の違いは僅かである。従って、本手段では、３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いた受光量データのうち、任意の受光量が基準受光量として取得される。

また、連続する受光量データのそれぞれが表す受光量が比較受光量として取得される。比較受光量は、レーザビームの全体が対象物に照射されている場合の反射光の受光量に相当する基準受光量に対し、レーザビームが対象物に照射されている割合に応じて変化する。本手段では、このような点に着目し、基準受光量に対する比較受光量の変化割合に基づいて、その比較受光量に対応する反射光の元になったレーザビームが対象物に照射された割合である照射割合が求められる。

このようにして求められた照射割合と、取得されたビームサイズとに基づいて、請求項１に記載した背面反射利用測定と同様に、ターゲットサイズが求められる。このようなターゲット反射利用測定により求められるターゲットサイズは、レーザビームが対象物に照射された照射割合に基づいて求められるものであるため、対象物の検出方向についての位置が変化したとしても概ね一定の値となる。また、同一の対象物からの反射光の受光量を用いて上記照射割合を求めているため、対象物の表面の反射率に関係なく、求められるターゲットサイズは概ね一定の値となる。つまり、本手段によっても、請求項１に記載の手段と同様の作用および効果が得られる。

ただし、対象物の表面の反射率が部位によって変化する場合、その違いの影響を受けてターゲットサイズの測定精度が、請求項１に記載の手段に比べて若干低下する可能性がある。しかしながら、本手段によれば、背面物からの反射光を利用できるか否かに関わらず、つまりレーザレーダの設置環境（背面物の有無）を問わず、ターゲットサイズの測定を行うことができるという効果が得られる。

第１の実施形態を示すターゲットサイズ測定装置の概略構成図 ターゲットおよび背面物にレーザビームが照射される態様を示す図 ターゲットおよび背面物からの反射光の受光量データを示す図 従来の測定方法において用いられる各要素を説明するための図 連続測距点数が３点のときにおける推定最大サイズおよび推定最小サイズを説明するための図 連続測距点数が２点のときにおける図５相当図 連続測距点数が１点のときにおける図５相当図 従来の測定方法による推定最大サイズおよび推定最小サイズの差とターゲットの距離との関係図 従来の測定方法による推定最大サイズとターゲットの距離との関係図 従来の測定方法による推定最小サイズとターゲットの距離との関係図 ターゲットが人間である場合および自動車である場合における推定最大サイズの範囲を示す図９相当図 ターゲットが人間である場合および自動車である場合における推定最小サイズの範囲を示す図１０相当図 第２の実施形態を示すもので、ターゲットにレーザビームが照射される態様を示す図 ターゲットからの反射光の受光量データを示す図 従来技術を示すもので、レーザビームがターゲットに照射される態様の一例を示す図 レーザビームがターゲットに照射される態様の他の例を示す図

以下、ターゲットサイズ測定装置の複数の実施形態について説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図１２を参照しながら説明する。
図１に示すレーザレーダ装置１は、レーザビームを放射するレーザダイオードを含む発光部、対象物からの反射光を受光するフォトダイオードを含む受光部、それらを制御する制御部（いずれも図示せず）などを備えている。レーザレーダ装置１は、例えば１８０度の範囲で水平方向（検出方向）に高速回転しながらレーザビームＬを断続的に放射し、その反射波を受光する。レーザレーダ装置１は、レーザビームＬを放射した時点から反射光を受光した時点までの時間に基づいてターゲット２（対象物に相当）までの距離を測定する。

ターゲット２までの距離の測定（測距）は、反射光を受光する受光部の出力信号（受光信号）のレベル（例えば波高値）が所定の閾値を超えている場合に行われる。また、上記反射光を受光した時点とは、受光した反射光に応じて変化する受光信号が波高値（ピーク値）に達した時点である。ターゲットサイズ測定装置３は、レーザレーダ装置１から与えられる測距データＤａ（詳細は後述する）を用いてターゲット２の水平方向（検出方向）についての長さ（以下、ターゲットサイズとも称す）を測定する。

レーザレーダ装置１における光学条件は、実際の仕様に応じて適宜変更されるものであるが、ここでは、ターゲットサイズの測定方法に関する説明を分かり易くするため、次の（１）〜（３）のようになっているものとする。
（１）レーザビームの形状は真円である。
（２）回転角度分解能（レーザビームが放射される間隔）は０．２５°である。
（３）ターゲットに到達した際（照射された際）におけるレーザビームのサイズ（直径）と、レーザビームの中心同士の間隔（走査分解能）とは一致している。
なお、走査分解能は、下記（１）式により表される。
走査分解能＝ターゲットまでの距離×ｔａｎ（回転角度分解能） …（１）

続いて、上記構成によるターゲットサイズの測定方法について説明する。
なお、この場合、図２に示すように、ターゲット２の背面側（レーザビームが照射される側とは反対側）に背面物４が存在するものとする。背面物４は、例えば壁面などであり、その位置は固定されている。測距データＤａは、受光量データおよび距離データを含んでいる。受光量データは、レーザビームの放射時点を基準とした経過時間および受光した反射光の受光量（受光信号の積分値＝面積）を対応付けたものである（図３参照）。距離データは、測定されたターゲットまでの距離の値を示すものである。

ターゲットサイズ測定装置３は、背面物４からの反射光が得られる場合、その反射光の受光量を利用してターゲットサイズを測定する背面反射利用測定を実行する。ターゲットサイズ測定装置３による背面反射利用測定は、次のように行われる。すなわち、ターゲットサイズ測定装置３は、受光量データを用いて、ターゲット２からの反射光が存在しないときにおける背面物４からの反射光の受光量を基準受光量として取得する。基準受光量の取得は、ターゲットサイズ測定装置３の起動直後に一度だけ行うようにしてもよいし、定期的（所定の間隔毎）に行い、基準受光量の値を常に更新するようにしてもよい。

なお、ターゲット２からの反射光の受光量と、背面物４からの反射光の受光量とは、次のようにして切り分けることができる。背面物４およびターゲット２は、前述したとおりの位置関係にある。そのため、レーザレーダ装置１から背面物４までの距離は、レーザレーダ装置１からターゲット２までの距離に比べて必ず長くなる。従って、図３に示すように、受光量データのうち、背面物４からの反射光を表す部分に対応する経過時間は、ターゲット２からの反射光を表す部分に対応する経過時間に比べて長い時間になる。本実施形態では、このような経過時間の違いに着目することにより、上記切り分けを行っている。

そして、レーザレーダ装置１から距離データが与えられると、その距離データが示す距離に位置するターゲット２に照射されたときのレーザビームの直径がビームサイズとして取得される。ターゲット２に照射されたときのレーザビームの直径Ｅ［ｍｍ］は、下記（２）式により求めることができる。ただし、放射した時点（距離＝０ｍ）におけるレーザビームの直径をＥminとし、測距可能な最大距離（例えば３０ｍ）をＡmaxとし、測距可能な最大距離におけるレーザビームの直径をＥmaxとし、測定されたターゲット２までの距離の値をＡとする。なお、ＥminおよびＥmaxは、レーザレーダ装置１の仕様に応じて定まる既知の値である。
Ｅ＝Ｅmin＋（（Ｅmax−Ｅmin）／Ａmax）×Ａ …（２）
なお、上記（２）式に基づく演算により算出する方法に代えて、上記直径および距離を関係付けたマップなどを予め準備しておき、そのマップを参照することにより、ターゲットに照射されたときのレーザビームの直径Ｅを求めるようにしてもよい。

距離データが与えられた時点の前後において連続して与えられた受光量データのそれぞれが表す受光量のうち、背面物４からの反射光に対応する受光量が比較受光量として取得される。なお、これら連続する受光量データに対応する反射光の元になったレーザビームは、距離が測定された同一のターゲット２に照射されていると考えられる。

そして、基準受光量Ｘｒに対する比較受光量Ｘｃの変化の割合（変化割合）に基づいて、その比較受光量Ｘｃに対応する反射光の元になったレーザビームがターゲット２に照射された割合（照射割合Ｘ）が求められる。具体的には、照射割合Ｘは、下記（３）式により求められる。なお、（３）式において、（Ｘｃ／Ｘｒ）の項が前述した変化割合に相当する。
Ｘ＝（Ｘｒ−Ｘｃ）／Ｘｒ
＝１−（Ｘｃ／Ｘｒ） …（３）

例えば、レーザビームの全体がターゲット２に照射されている場合（照射割合Ｘ＝１）、背面物４からの反射光は存在せず、比較受光量Ｘｃはゼロになる（図２および図３の（ｂ）参照）。そのため、上記（３）式から求められる照射割合Ｘは１（＝１−０）となり、実際の照射割合に合致する。

また、レーザビームの一部がターゲット２に照射されている場合（照射割合＝Ｎ、０＜Ｎ＜１）、背面物４からの反射光の受光量である比較受光量Ｘｃは、基準受光量Ｘｒに対して、ターゲット２に照射された分だけ減少する。そのため、上記（３）式から求められる照射割合ＸはＮ（＝１−（（１−Ｎ）／１））となり、実際の照射割合に合致する。

例えば、レーザビームの５０％（＝０．５）がターゲット２に照射されている場合（照射割合Ｘ＝０．５）、背面物４からの反射光の受光量である比較受光量Ｘｃは、基準受光量Ｘｒの５０％（＝０．５）となる（図２および図３の（ｃ）参照）。つまり、変化割合が０．５となるため、上記（３）式から求められる照射割合Ｘは０．５（＝１−０．５）となり、実際の照射割合に合致する。

また、レーザビームの３０％（＝０．３）がターゲット２に照射されている場合（照射割合Ｘ＝０．３）、背面物４からの反射光の受光量である比較受光量Ｘｃは、基準受光量Ｘｒの７０％（＝０．７）となる（図示略）。つまり、変化割合が０．７となるため、上記（３）式から求められる照射割合Ｘは０．３（＝１−０．７）となり、実際の照射割合に合致する。

このように、本実施形態では、レーザビームがターゲット２に照射された割合に応じて変化する比較受光量Ｘｃの基準受光量Ｘｒに対する変化割合に基づいて、レーザビームがターゲット２に照射された照射割合Ｘを求めるようにしている。

このようにして求められた照射割合Ｘと、取得されたビームサイズＥとに基づいて、ターゲットサイズが求められる。すなわち、ビームサイズＥと照射割合Ｘとを乗算した結果から、対応するレーザビームがターゲット２に照射されている部分の検出方向についての長さを求めることができる。

例えば、ターゲット２が位置する距離（例えば３０ｍ）におけるビームサイズＥが例えば１３ｃｍであるとすれば、図３（ｂ）の場合には、レーザビームがターゲット２に照射された部分の検出方向についての長さは、１３ｃｍ（＝１３ｃｍ×１）となる。また、図３（ｃ）の場合には、レーザビームがターゲット２に照射された部分の検出方向についての長さは、６．５ｃｍ（＝１３ｃｍ×０．５）となる。従って、連続する受光量データのそれぞれに対応するレーザビームがターゲット２に照射されている部分の検出方向についての長さを求め、それらを全て加算することにより、ターゲットサイズが求められる。

このような背面反射利用測定により測定されるターゲットサイズは、レーザビームがターゲット２に照射された照射割合Ｘに基づいて求められるものである。そのため、実際のターゲットサイズが同一であれば、ターゲット２の検出方向についての位置に関係なく概ね同一の測定結果が得られる。また、背面物４からの反射光の受光量である基準受光量Ｘｒおよび比較受光量Ｘｃを用いて照射割合Ｘを求めているため、実際のターゲットサイズが同一であれば、ターゲット２の表面の反射率に関係なく概ね同一の測定結果が得られる。つまり、本実施形態によれば、ターゲット２の位置やターゲット２表面の反射率によって、ターゲットサイズの測定結果が変化することがないため、従来の連続測距点数を用いる方法に比べ、その測定精度が極めて高い。そのため、本実施形態によれば、ターゲットサイズの測定誤差を低く抑えることができる。

続いて、本実施形態によるターゲットサイズの測定方法と、従来の連続測距点数を用いる測定方法とを比較する。
従来の連続測距点数を用いる測定方法によれば、ターゲットサイズＦは、距離値Ａ、回転角度分解能Ｂ、連続測距点数Ｃ、走査分解能ＤおよびビームサイズＥ（図４参照）を用いて、次のようにして求められる。まず、レーザレーダ装置１により測定されたターゲット２までの距離の値である距離値Ａ、回転角度分解能Ｂおよび連続測距点数Ｃが取得される。回転角度分解能Ｂは、レーザレーダ装置１の仕様に応じて定まる固定の値（例えば、０．２５°）である。そして、下記（４）式に基づいて、ターゲット２に到達した際におけるレーザビームの中心同士の間隔である走査分解能Ｄが算出される。
Ｄ＝Ａ×ｓｉｎ（Ｂ） …（４）

続いて、下記（５）式に基づいてターゲットサイズＦが算出される。ただし、ターゲット２に到達した際におけるレーザビームの直径であるビームサイズをＥとしている。ビームサイズＥは、本実施形態と同様の方法により取得することができる。
（Ｃ−１）×Ｄ−Ｅ ＜ Ｆ ＜ （Ｃ＋１）×Ｄ＋Ｅ （５）

上記（５）式において、左辺は推定される最小のサイズ（推定最小サイズ）であり、右辺は推定される最大のサイズ（推定最大サイズ）である。なお、左辺がマイナスの値になった場合、最小のサイズをゼロとする。このように、従来の測定方法によるターゲットサイズの測定結果としては、推定最小サイズから推定最大サイズまでの幅のある値となる。従来の測定方法において、ターゲットサイズＦの測定結果に幅を持たせる理由は、次のようなケースに対応するためである。

＜連続測距点数Ｃ＝３点＞
図５の（ａ）に示すターゲット２１は、ターゲットサイズＦがビームサイズＥの５倍よりも若干短い。そのため、ターゲット２１の位置によっては、ターゲット２１には５つの連続するレーザビームが照射されるものの、そのうちの両端のレーザビームの一部分がターゲット２１に照射されない（僅かに欠ける）場合がある（図５の（ａ）参照）。このようなケースにおいて、ターゲット２１の表面の反射率が低い場合には、ターゲット２１に照射された５つのレーザビームうち、中間に位置する３つによる反射光だけが良好に得られるため、連続測距点数Ｃが３点となる。

一方、図５の（ｂ）に示すターゲット２２は、ターゲットサイズＦがビームサイズＥの１倍よりも若干長い。そのため、ターゲット２２の位置によっては、ターゲット２２には３つの連続するレーザビームが照射される場合がある（図５の（ｂ）参照）。なお、その場合、３つのレーザビームのうち両端のレーザビームは、その一部分だけがターゲット２２に照射される（僅かにあたる）。このようなケースにおいて、ターゲット２２の表面の反射率が高い場合には、ターゲット２２に照射された３つのレーザビームによる反射光が全て良好に得られるため、連続測距点数Ｃが３点となる。

このように、図５の（ａ）および（ｂ）のいずれにおいても連続測距点数Ｃが３点となる。従って、従来の測定方法では、連続測距点数Ｃが３点のときに求められるターゲットサイズＦの推定最小サイズがビームサイズＥの１倍の長さとなり、推定最大サイズがビームサイズＥの５倍の長さとなるようにしている。

＜連続測距点数Ｃ＝２点＞
図６の（ａ）に示すターゲット２３は、ターゲットサイズがビームサイズＥの４倍よりも若干短い。そのため、ターゲット２３の位置によっては、ターゲット２３には４つの連続するレーザビームが照射されるものの、そのうちの両端のレーザビームの一部分がターゲット２３に照射されない場合がある（図６の（ａ）参照）。このようなケースにおいて、ターゲット２３の表面の反射率が低い場合には、ターゲット２３に照射された４つのレーザビームうち、中間に位置する２つによる反射光だけが良好に得られるため、連続測距点数Ｃが２点となる。

一方、図６の（ｂ）に示すターゲット２４は、ターゲットサイズがビームサイズＥの１倍よりも短い。しかし、ターゲット２４の位置によっては、ターゲット２４には２つの連続するレーザビームが照射される場合がある（図６の（ｂ）参照）。なお、その場合、２つのレーザビームは、その一部分だけがターゲット２４に照射される（僅かにあたる）。このようなケースにおいて、ターゲット２４の表面の反射率が高い場合には、ターゲット２４に照射された２つのレーザビームによる反射光が全て良好に得られるため、連続測距点数Ｃが２点となる。

このように、図６の（ａ）および（ｂ）のいずれにおいても連続測距点数Ｃが２点となる。従って、従来の測定方法では、連続測距点数Ｃが２点のときに求められるターゲットサイズＦの推定最小サイズがゼロ（ビームサイズＥの０倍の長さ）となり、推定最大サイズがビームサイズＥの４倍の長さとなるようにしている。

＜連続測距点数Ｃ＝１点＞
図７の（ａ）に示すターゲット２５は、ターゲットサイズがビームサイズＥの３倍よりも若干短い。そのため、ターゲット２５の位置によっては、ターゲット２５には３つの連続するレーザビームが照射されるものの、そのうちの両端のレーザビームの一部分がターゲット２５に照射されない場合がある（図７の（ａ）参照）。このようなケースにおいて、ターゲット２５の表面の反射率が低い場合には、ターゲット２５に照射された３つのレーザビームうち、中間に位置する１つによる反射光だけが良好に得られるため、連続測距点数Ｃが１点となる。

一方、図７の（ｂ）に示すターゲット２６は、ターゲットサイズがビームサイズＥの１倍よりも短い。そのため、ターゲット２６の位置によっては、ターゲット２６には１つのレーザビームだけが照射される場合がある（図７の（ｂ）参照）。なお、その場合、レーザビームは、その一部分だけがターゲット２６に照射される（僅かにあたる）。このようなケースにおいて、ターゲット２６の表面の反射率が高い場合には、ターゲット２６に照射された１つのレーザビームによる反射光が良好に得られるため、連続測距点数Ｃが１点となる。

このように、図７の（ａ）および（ｂ）のいずれにおいても連続測距点数Ｃが１点となる。従って、従来の測定方法では、連続測距点数Ｃが１点のときに求められるターゲットサイズＦの推定最小サイズがゼロ（ビームサイズＥの０倍の長さ）となり、推定最大サイズがビームサイズＥの３倍の長さとなるようにしている。

このように、従来の測定方法では、連続測距点数Ｃが１点のときに推定されるターゲットサイズＦには、ビームサイズＥの３倍の長さに相当する幅が存在する。また、連続測距点数Ｃが２点および３点のときに推定されるターゲットサイズＦには、ビームサイズＥの４倍の長さに相当する幅が存在する。なお、連続測距点数Ｃが４点以上のときに推定されるターゲットサイズＦには、２点および３点のときと同様に、ビームサイズＥの４倍の長さに相当する幅が存在する。

図８は、従来の測定方法による推定最大サイズ（ＭＡＸ推定サイズ）および推定最小サイズ（ＭＩＮ推定サイズ）の差とターゲットまでの距離との関係を示している。図９は、従来の測定方法による推定最大サイズとターゲットまでの距離との関係を示している。図１０は、従来の測定方法による推定最小サイズとターゲットまでの距離との関係を示している。なお、図８〜図１０には、連続測距点数Ｃが１点〜１０点の場合を示している。

図８〜図１０に示すように、従来の測定方法では、ターゲットまでの距離が遠くなるほど、推定最大サイズおよび推定最小サイズの差（測定結果の幅）が大きくなることが分かる。また、推定最大サイズおよび推定最小サイズの差と距離との関係は、連続測距点数が１点の場合と、２点以上の場合とによって異なることが分かる。

続いて、ターゲットまでの距離が遠い場合（距離＝３０ｍ＝３００００ｍｍ）、従来の測定方法により、そのターゲットが人間であるか自動車であるのか判別することが可能であるか否かを検証する。なお、この場合、検出方向についての長さは、人間が５００ｍｍであり、自動車が１０００ｍｍであると仮定する。また、ターゲットの表面の反射率については不明であるとする。

図１１および図１２によれば、ターゲットが人間である場合、連続測距点数Ｃが２点〜５点となる可能性がある。従って、ターゲットサイズＦの推定最小サイズは０ｍｍ（連続測距点数Ｃが２点のときの推定最小サイズに相当）となり、推定最大サイズは９１５ｍｍ（連続測距点数Ｃが５点のときの推定最大サイズに相当）となる。また、ターゲットが自動車である場合、連続測距点数Ｃが６点〜９点となる可能性がある。従って、ターゲットサイズＦの推定最小サイズは５２４ｍｍ（連続測距点数が６点のときの推定最小サイズに相当）となり、推定最大サイズは１４３８ｍｍ（連続測距点数が９点のときの推定最大サイズに相当）となる。

このように、従来の測定方法では、３０ｍ先のターゲットが人間（実際のターゲットサイズ＝５００ｍｍ）である場合における測定結果（０〜９１５ｍｍ）と、自動車（実際のターゲットサイズ＝１０００ｍｍ）である場合における測定結果（５２４〜１４３８ｍｍ）とは、その一部が重複する結果となっている。従って、従来の測定方法では、測定精度が低いため、３０ｍ先のターゲットが人間であるか自動車であるのかを判別することはできない。

これに対し、本実施形態の測定方法によれば、レーザビームがターゲットに照射した割合である照射割合に基づいてターゲットサイズが求められるため、従来の測定方法に比べ、ターゲットまでの距離に関わらず、その測定誤差が極めて高く、その測定誤差が低く抑えられる。そのため、例えば３０ｍ先のターゲットが人間であるか自動車であるのかを判別することが可能となる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図１３および図１４を参照しながら説明する。
本実施形態のターゲットサイズ測定装置３は、背面物からの反射光が得られるか否か（背面物が存在するか否か）に関わらず、ターゲット２からの反射光の受光量を利用してターゲットサイズを測定するターゲット反射利用サイズ測定を実行する。

ターゲットサイズ測定装置３によるターゲット反射利用測定は、次のように行われる。すなわち、ターゲットサイズ測定装置３は、距離データが与えられた時点の前後において３回以上連続して受光量データが与えられている場合、その距離データが示す距離に位置するターゲット２に照射されたときのレーザビームの直径がビームサイズとして取得される。なお、ビームサイズは、第１の実施形態と同様の方法により取得することができる。

そして、３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものに対応する反射光の元になったレーザビームは、ターゲット２に対して全て照射されているとは限らない。なぜなら、これらのレーザビームは、ターゲット２の端部に照射されているからである。これに対し、３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いたものに対応する反射光の元になったレーザビームは、ターゲット２に対して全て照射されていると考えられる。なぜなら、これらのレーザビームは、ターゲット２の端部を除く中間の部分に照射されているからである。そのため、連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いた受光量データのうち、任意の受光量が基準受光量として取得される。つまり、この基準受光量は、レーザビームの全体がターゲット２に照射されている場合の反射光の受光量に相当する。

なお、３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いた受光量データのうち、いずれかが表す受光量（任意の受光量）を基準受光量とする理由は、次のとおりである。すなわち、連続する受光量データが表す受光量は互いに同一ではない。なぜなら、それらに対応する反射光の元になったレーザビームの入射角（ターゲット２に照射される際の角度）が互いに異なるためである。

しかし、通常、一つのターゲット２に連続して照射される各レーザビームの入射角の違いは、数度〜１０数度程度の範囲に収まる。入射角が数度〜１０数度異なることによる反射光のレベル（受光量）の違いは僅かである。従って、連続する受光量データのうち、いずれが表す受光量を基準受光量とした場合であっても、後述する照射割合の算出結果は概ね同じ結果となる。従って、本実施形態では、３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いた受光量データのうち、任意の受光量を基準受光量として取得するようにしている。

また、連続する受光量データのそれぞれが表す受光量が比較受光量として取得される。そして、基準受光量Ｙｒに対する比較受光量Ｙｃの変化の割合（変化割合）に基づいて、その比較受光量Ｙｃに対応する反射光の元になったレーザビームがターゲット２に照射された割合（照射割合Ｙ）が求められる。具体的には、照射割合Ｙは、下記（６）式により求められる。なお、（６）式における右辺が前述した変化割合に相当する。
Ｙ＝Ｙｃ／Ｙｒ …（６）

例えば、レーザビームの全体がターゲット２に照射されている場合（照射割合Ｙ＝１）、ターゲット２からの反射光の受光量である比較受光量Ｙｃは基準受光量Ｙｒと同一の値を示す（図１３および図１４の（ａ）参照）。そのため、上記（６）式から求められる照射割合Ｙは１となり、実際の照射割合に合致する。

また、レーザビームの一部がターゲット２に照射されている場合（照射割合＝Ｎ、０＜Ｎ＜１）、ターゲット２からの反射光の受光量である比較受光量Ｙｃは、基準受光量Ｙｒに対して、レーザビームがターゲット２に照射されている割合に応じて変化する。そのため、上記（６）式から求められる照射割合ＹはＮ（＝Ｎ／１）となり、実際の照射割合に合致する。

例えば、レーザビームの５０％（＝０．５）がターゲット２に照射されている場合（照射割合Ｙ＝０．５）、ターゲット２からの反射光の受光量である比較受光量Ｙｃは、基準受光量Ｙｒの５０％（＝０．５）となる（図示略）。つまり、変化割合が０．５となるため、上記（６）式から求められる照射割合Ｙは０．５となり、実際の照射割合に合致する。

また、レーザビームの３０％（＝０．３）がターゲット２に照射されている場合（照射割合Ｙ＝０．３）、ターゲット２からの反射光の受光量である比較受光量Ｙｃは、基準受光量Ｙｒの３０％（＝０．３）となる（図１３および図１４の（ｂ）参照）。つまり、変化割合が０．３となるため、上記（６）式から求められる照射割合Ｙは０．３となり、実際の照射割合に合致する。

このように、本実施形態では、レーザビームがターゲット２に照射された割合に応じて変化する比較受光量Ｙｃの基準受光量Ｙｒに対する変化割合に基づいて、レーザビームがターゲット２に照射された照射割合Ｙを求めるようにしている。

このようにして求められた照射割合Ｙと、取得されたビームサイズＥとに基づいて、ターゲットサイズが求められる。すなわち、ビームサイズＥと照射割合Ｙとを乗算した結果から、対応するレーザビームがターゲット２に照射されている部分の検出方向についての長さを求めることができる。従って、連続する受光量データのそれぞれに対応するレーザビームがターゲット２に照射されている部分の検出方向についての長さを求め、それらを全て加算することにより、ターゲットサイズが求められる。

このようなターゲット反射利用測定により測定されるターゲットサイズは、レーザビームがターゲット２に照射された照射割合Ｙに基づいて求められるものである。そのため、実際のターゲットサイズが同一であれば、ターゲット２の検出方向についての位置に関係なく概ね同一の測定結果が得られる。また、同一のターゲット２からの反射光の受光量である基準受光量Ｙｒおよび比較受光量Ｙｃを用いて照射割合Ｙを求めているため、実際のターゲットサイズが同一であれば、ターゲット２の表面の反射率に関係なく概ね同一の測定結果が得られる。つまり、本実施形態によれば、ターゲット２の位置やターゲット２表面の反射率によって、ターゲットサイズの測定結果が変化することがないため、従来の連続測距点数を用いる方法に比べ、その測定精度が極めて高い。そのため、本実施形態によれば、ターゲットサイズの測定誤差を低く抑えることができる。

また、本実施形態によれば、ターゲット２からの反射光の受光量を用いてターゲットサイズを測定しているため、ターゲット２の周囲の環境（例えば、ターゲット２の背面に壁面などの背面物が存在するか否かなど）に関わらず、つまりレーザレーダ装置１の設置場所を問わず、ターゲットサイズの測定を行うことができるという効果が得られる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
レーザレーダ装置１の検出方向（回転方向）は水平方向に限らずともよい。
レーザビームの形状が真円ではなく楕円である場合、ビームサイズＥは、レーザビームの検出方向についての長さとすればよい。

ビームサイズＥと、レーザビームの中心同士の間隔（走査分解能Ｄ）とが一致しない場合（Ｅ＜Ｄ）、ターゲットサイズＦは、下記（７）式により求められる。ただし、上記各実施形態の測定方法により求められるターゲットサイズをＦ’とし、距離データが与えられた時点の前後において連続して与えられた受光量データの数をＣ’とする。
Ｆ＝Ｆ’＋（Ｃ’−１）×（Ｄ−Ｅ） …（７）

ターゲットサイズ測定装置３は、背面反射利用測定およびターゲット反射利用測定の双方を実行可能に構成してもよい。その場合、ターゲットサイズ測定装置３は、背面物４からの反射光の有無を確認し、背面物４からの反射光が得られる場合には背面反射利用測定を実行し、背面物４からの反射光が得られない場合にはターゲット反射利用測定を実行するとよい。このようにすれば、背面物４が存在すれば、より測定精度の高い背面反射利用測定によりターゲットサイズを測定することができる上、背面物４が存在しない場合であっても、測定精度の高いターゲット反射利用測定によりターゲットサイズを測定することができる。

なお、背面物４からの反射光が得られるか否かについては、次のように判断することができる。すなわち、背面物４が存在しない場合、受信信号は、ターゲット２からの反射光の成分だけを含むものであり、そのピーク（山）は１つしか存在しない。これに対し、背面物４が存在する場合、受信信号は、ターゲット２および背面物４の両方からの反射光の成分を含むものであり、そのピークは２つ（または３つ以上）存在する。従って、受信信号にピークが複数あるか否かにより、背面物４からの反射光が得られるか否かを判断することができる。

第２の実施形態では、ターゲット反射利用測定において、３つ以上の連続する受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いた受光量データのうち、任意の受光量を基準受光量として取得していたが、基準受光量として取得する受光量として次のような限定を加えてもよい。すなわち、連続する受光量データのうち、ターゲット２の水平方向についての中心部分に照射されたレーザビーム（例えば、連続数が奇数であれば丁度真ん中のものであり、偶数であれば真ん中の２つのいずれかのもの）の反射光の受光量を基準受光量として取得してもよい。このようにすれば、取得された基準受光量は、両端のそれぞれに照射されたレーザビームの反射光の受光量に対し、入射角による反射光のレベルの違いが均一化される（偏りが少なくなる）。従って、これらに基づいて求められる照射割合、ひいてはターゲットサイズの測定精度が向上する。

あるいは、ターゲット反射利用測定が実行される際、距離データが与えられた時点の前後において４回以上連続して受光量データが与えられている場合、基準受光量を次のように取得してもよい。すなわち、連続する受光量データのうち、２番目に与えられたものを第１の基準受光量として取得し、最後より１つ前に与えられたものを第２の基準受光量として取得してもよい。そして、少なくとも、最初に与えられた受光量データに相当する比較受光量を用いた照射割合の演算に第１の基準受光量を用いるとともに、最後に与えられた受光量データに相当する比較受光量を用いた照射割合の演算に第２の基準受光量を用いる。このようにすれば、ターゲット２の表面の反射率が部位によって異なる（均一ではない）場合でも、その反射率の違いが、ターゲット２の両端に照射されたレーザビームの照射割合の演算結果、ひいてはターゲットサイズの測定精度に及ぼす影響を低減することができる。

図面中、１はレーザレーダ装置、２はターゲット（対象物）、３はターゲットサイズ測定装置、４は背面物を示す。

Claims (2)

1. 検出方向に回転しながらレーザビームを断続的に放射するとともに、その放射されたレーザビームの反射光を受光し、前記レーザビームの放射時点から前記反射光の受光時点までの時間に基づいて、そのレーザビームを反射した対象物までの距離を測定するレーザレーダ装置から与えられる測距データを用いて前記対象物の前記検出方向についての長さを測定するターゲットサイズ測定装置であって、
   前記測距データは、前記レーザビームの放射時点を基準とした経過時間および受光した前記反射光の受光量を対応付けた受光量データと、測定された前記対象物までの距離の値を示す距離データとを含み、
   前記対象物の前記レーザビームが照射される側とは反対側に位置する固定された物体である背面物からの反射光の受光量を利用して前記対象物の前記検出方向についての長さを測定する背面反射利用測定を実行し、
   前記背面反射利用サイズ測定では、
   前記受光量データを用いて、前記対象物からの反射光が存在しないときにおける前記背面物からの反射光の受光量を基準受光量として取得し、
   前記距離データが与えられると、
   前記距離データが示す距離に位置する前記対象物に照射されたときの前記レーザビームの直径をビームサイズとして取得し、
   前記距離データが与えられた時点の前後において連続して与えられた前記受光量データのそれぞれが表す受光量のうち、前記背面物からの反射光に対応する受光量を比較受光量として取得し、
   前記基準受光量に対する前記比較受光量の変化割合に基づいて、その比較受光量に対応する反射光の元になった前記レーザビームが前記対象物に照射された割合である照射割合を求め、
   前記ビームサイズおよび前記照射割合に基づいて、前記対象物の前記検出方向についての長さを求めることを特徴とするターゲットサイズ測定装置。
2. 前記背面物からの反射光が得られない場合、前記対象物からの反射光の受光量を利用して前記対象物の前記検出方向についての長さを測定するターゲット反射利用サイズ測定を実行し、
   前記ターゲット反射利用測定では、
   前記距離データが与えられた時点の前後において３回以上連続して前記受光量データが与えられている場合、
   前記距離データが示す距離に位置する前記対象物に照射されたときの前記レーザビームの直径をビームサイズとして取得し、
   連続する前記受光量データのうち、最初および最後に与えられたものを除いた前記受光量データのうち、いずれかが表す受光量を基準受光量として取得し、
   連続する前記受光量データのそれぞれが表す受光量を比較受光量として取得し、
   前記基準受光量に対する前記比較受光量の変化割合に基づいて、その比較受光量に対応する反射光の元になった前記レーザビームが前記対象物に照射された割合である照射割合を求め、
   前記ビームサイズおよび前記照射割合に基づいて、前記対象物の前記検出方向についての長さを求めることを特徴とする請求項１に記載のターゲットサイズ測定装置。

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