JPH04332866A - 非接触走行距離・速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトランスフアークレーン
、走行台車等における走行速度、走行距離検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】トランスフアークレーンや走行台車の無
人運転、自動走行化には、走行装置の走行距離並びに走
行速度の検出が不可欠である。接触方式としては、例え
ば車輪の回転数より求める方法やワイヤの繰り出し量な
どで求める方法があり、非接触方式では、路面に描かれ
たマーカを光電変換器で検出する方法やレーザを使った
方法等がある。

【０００３】又、特に路面に新たにマーカ等を描く必要
のない空間フイルター法などが提案されている。特に耐
久性や構造上の利点から、非接触方式の採用が主流とな
っているが、中でも空間フイルター法は走行装置以外の
設備に何ら手を加える必要がなく、走行路面の濃淡や輝
度模様から走行速度や走行距離が求まる事から、簡便な
検出器として注目されている。

【０００４】以下、空間フイルター法の原理を図３乃至
図９について説明する。図３はトランスフアークレーン
に空間フイルター型検出装置を取り付けた際の概念図を
示したもので、クレーン走行車輪の脇に走行路面がその
視野に入るように鉛直下向きに取り付けられたテレビカ
メラ８と、そのテレビカメラの映像信号を空間フイルタ
ー処理して走行速度、距離を測定する信号処理装置（図
４参照）とからなる。図３において、１はコンテナ、２
は運転室、３はスプレツダー、４はトロリー、５はシヤ
ーシ、６はタイヤ、７は桁である。図４において、９は
カメラアンプ、１０は空間フイルター形状を指定するた
めのパターン発生器、１１はそのパターンに従い空間フ
イルター処理する処理器、１２は空間フイルター処理器
の出力を基に走行速度、距離を演算する走行処理器、１
３はその結果を基にクレーンの走行制御を行なうための
制御装置である。

【０００５】図５は、テレビカメラ８により撮像された
走行路面パターンを示すテレビ画像２０であり、格子状
空間フイルターパターン２１を重ねて示してある。次に
、空間フイルター処理方法について説明する。最も基本
的で走行検知に有効なフイルター形状は格子状である。 この格子状フイルターを画面の走行方向に対して直角に
、あるピツチＰで設置する。又、フイルターは形状の同
じパターンをそれぞれ９０度（Ｐ／４）ずらせて配置す
る。これ等のフイルターをそれぞれａ及びｂで区別すれ
ば、ａがＳＩＮフイルター、ｂがＣＯＳフイルターとな
る。ピツチＰやフイルター幅Ｗなどの決定に関しては、
測定速度や精度等に基づいて行なう必要があるが、本質
的な問題ではないので詳細な説明は省略する。空間フイ
ルター処理とは、格子パターン内に有る画像の輝度信号
を全て加え合わせる処理を言うが、その際、奇数番号の
フイルターは正（＋）の重み付け、偶数番号のフイルタ
ーは負（−）の重み付けをして加え合わせるものとする
。この処理をｓｉｎ及びｃｏｓフイルターについてそれ
ぞれ独立に行なう。なお、具体的には、＋１、０、−１
で格子パターンに従って重み付けされたパターン発生器
１０の重みパターンと、テレビカメラで撮影されたパタ
ーンとを重ね合せて、積和演算することにより実現でき
る。

【０００６】以上の状態において、走行装置が走行する
と、路面の輝度パターンが図５の左から右に移動するた
め、上記の空間フイルター信号は、２Ｐのピツチで変化
する事となる。この様子を図６に示す。このｓｉｎ及び
ｃｏｓ信号から次式により位相情報及び周波数情報が得
られる。

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】なお、ここでφｋ　は時間ｋでの瞬時位相
、ｆｎ　は瞬時周波数を示し、Ｓｋ　はその時のｓｉｎ
フイルターの出力値、Ｃｋ　はｃｏｓフイルターの出力
値を示す。すなわち、ある計測時間ｋでの前後の値を用
いて位相と周波数が求まる事になる。このうち周波数は
、ｓｉｎ及びｃｏｓ出力の変化する周期を示しており、
次式により瞬時的な走行速度ｖが求められる。

【００１０】

【数３】

【００１１】ここでフイルターピツチＰは、画像の視野
に対応した長さとして求める事ができる。一方、瞬時位
相は、走行に合わせて図７のように画像が２Ｐ移動する
毎に周期的に変化する信号となるため、この信号をカウ
ントする事によりカウント数をｎとして次式で求める事
ができる。

【００１２】

【数４】

【００１３】よって、ある停止位置からこのＸを演算す
る事により、そこからの走行距離、すなわちフイルター
に直交する方向成分の移動位置が検出できる事になる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前項で説明した空間フ
イルターによる非接触走行速度、距離検出では、テレビ
カメラにより撮像される画像の輝度パターンが左から右
に移動する間に変化しなければ、（数１）及び（数２）
で計算される位相及び周波数信号は正常に求める事が出
来る。しかし、もし輝度が変化した場合、図６のデータ
には図８で示すような偏りＳｏが生じる事になる。特に
位相φｋ　は、図９に示すように、ｓｉｎとｃｏｓの変
化の比から求めているため、その誤差の影響は高精度測
定では無視できない。（誤差＝φｋ　′−φｋ　）通常
、路面状態は走行では変化しないため大きく変わらない
が、太陽光や照明の関係で、その輝度パターンは微妙に
変わるため、上述のような影響は、度合いを別にすれば
必ず生じる問題である。

【００１５】空間フイルター法の原理を特にクレーンの
ような屋外で使用するような対象に利用し、実用化を図
って行くためには、上記問題の解決が不可欠である。本
発明は、太陽光や照明による明るさの変化による空間フ
イルター法の測定誤差を除去したトランスフアークレー
ン等の走行装置用の比接触型走行距離・速度の測定装置
を提供することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】空間フイルター法による
検出値を、フイルター出力の偏りＳｏ　を用いて補正す
る。走行装置の速度が遅い場合は、ｓｉｎ信号及びｃｏ
ｓ信号の変化が小さいので、フイルター出力の変化割合
がある値以下になった場合は、偏りＳｏ　による補正は
行わない。

【００１７】

【作用】空間フイルター法では輝度パターンを速度・距
離検出の基準とするため、太陽光、照明等の変化により
輝度が変化すると誤差を生ずることになる。しかしフイ
ルター出力の偏りＳｏ　を用いて修正することにより誤
差が減少する。走行速度が非常に遅くなり、ｓｉｎ信号
及びｃｏｓ信号の変化が極めて小さくなった場合には、
偏りＳｏ　による補正は誤差を拡大することになるため
、フイルター出力の割合変化が所定値以下になった時は
前回値をホールドする。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図１、図２について説明す
る。図１に示したブロツク線図において、部材番号８乃
至１３は図４に示した従来技術の部材と同様であり、１
４が新しく付加された信号処理器で、その具体的な演算
内容を図２に示す。１５はｓｉｎ及びｃｏｓフイルター
出力をサンプリングし、ｋ−１、ｋ、ｋ＋１時点の値を
ストアするメモリであり、１６はそれらの値を用いて、
後述する（数６）の分母εを演算する回路、１７は（数
６）に基づき、偏り量Ｓｏ　を演算する回路であり、１
８は演算器１６により算出されるεが設定器１９で設定
された値より小さい場合には、前回算出した偏り量Ｓｏ
　（ｋ−１）を、そうでない場合には、新たに１７によ
り算出された偏り量Ｓｏ　（ｋ）を走行速度・距離演算
器に出力する働きをする判定回路を示す。

【００１９】なお、設定器１９の設定値は、応用される
対象に応じて、実験的に決められるものである。今、あ
る瞬間のフイルター出力の偏りをＳｏ　とすると、Ｓｏ
　は急変しないと仮定して、フイルター出力はそれぞれ

【００２０】

【数５】

【００２１】で表現される。これにｓｉｎ２　θ＋ｃｏ
ｓ２　θ＝１なる関係式を使って整理すると、　　　　
　　　　（Ｓｋ　−Ｓｏ　）２　＋（Ｃｋ　−Ｓｏ　）
２　＝Ａ２　同様に、（Ｓｋ−１　−Ｓｏ　）２　＋（
Ｃｋ−１　−Ｓｏ　）２　＝Ａ２　　　　　　　　　（
Ｓｋ＋１　−Ｓｏ　）２　＋（Ｃｋ＋１　−Ｓｏ　）２
　＝Ａ２　以上３式よりＡ２　を消去すると、次の２式
が得られる。 Ｓｋ＋１２＋Ｃｋ＋１２＋Ｓｋ　２　−Ｃｋ　２　＋２
（Ｓｋ　＋Ｃｋ　−Ｓｋ−１　−Ｃｋ−１　）Ｓｏ　＝
０Ｓｋ　２　＋Ｃｋ　２　−Ｓｋ−１２−Ｓｋ−１２＋
２（Ｓｋ−１　＋Ｃｋ−１　−Ｓｋ　−Ｃｋ　）Ｓｏ　
＝０もちろん、それぞれの式からＳｏ　は算出できるが
、変化分をできるだけ大きく取る事を考えて、更に両者
を加えてＳｏ　を算出すると

【００２２】

【数６】

【００２３】が得られ、時間ｋ時点の前後の値を用いて
ｋ時点での偏りＳｏが求まる事になる。ただし、（ｋ＋
１）時点と（ｋ−１）時点での差が極端に小さい場合、
分母は零に近づき、Ｓｏ　の演算誤差は増大する。これ
を回避するため、分母を常時モニターして置き、ある値
以下（実験的に算出）になった場合は、Ｓｏ　の演算は
行なわず、前回値をそのまま偏りとして用いる方法が可
能である。

【００２４】なお、変化が少ない事は、走行速度も下が
っているためであり、移動距離が少なければ、逆にその
間での偏りの変化は無視できるため、上述のように、前
回値を用いても測定には支障ないと言える。以上により
算出したＳｏも基に、偏りを持ったフイルター出力（数
５）よりＳｏ　を減算し、偏りの無いｓｉｎ及びｃｏｓ
フイルター出力を算出する事ができる。

【００２５】このようにして、（数１）、（数２）より
偏りＳｏ　の影響を除去した走行速度、距離の演算が可
能となる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、走行装置に設けたテレビカメ
ラで捕えた走行路面画像の走行方向に直交して、互いに
９０度位相の異なる格子状空間フイルターを配置し、そ
の画像信号を空間フイルターリング処理を行なうことに
より前記走行装置の走行距離並びに走行速度を非接触で
測定する装置において、９０度位相の異なる２つの格子
状空間フイルターの出力値を基に演算によりテレビカメ
ラ画像の走行に伴なう輝度変化を補正することにより、
次の効果を有する。

【００２７】特に屋外などで使用する場合に問題となる
走行路面画像の輝度変化に起因する検出誤差を、空間フ
イルター出力の複数の値を用いて補正する事により、除
去し高精度の検出を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のシステム構成図である。

【図２】図１の信号処理器のブロツク図である。

【図３】空間フイルター法を適用するコンテナクレーン
の概略図である。

【図４】従来の空間フイルター法のシステム構成図であ
る。

【図５】図４におけるテレビ画像に格子状空間フイルタ
ーパターンを重ねた図面である。

【図６】走行中の空間フイルター信号を示す線図である
。

【図７】空間フイルター信号の瞬時位相を示す線図であ
る。

【図８】フイルター出力の偏りを示す線図である。

【図９】図８における誤差を示す線図である。

【符号の説明】

８　　テレビカメラ ９　　カメラアンプ １０　　パターン発生器 １１　　空間フイルター処理器 １２　　走行処理器 １３　　走行制御装置 １４　　信号処理器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　走行装置に設けたテレビカメラで捕え
   た走行路面画像の走行方向に直交して、互いに９０度位
   相の異なる格子状空間フイルターを配置し、その画像信
   号を空間フイルターリング処理を行なうことにより前記
   走行装置の走行距離並びに走行速度を非接触で測定する
   装置において、９０度位相の異なる２つの格子状空間フ
   イルターの出力値を基に演算によりテレビカメラ画像の
   走行に伴なう輝度変化を補正することを特徴とする非接
   触走行距離・速度測定装置。