JPH0526682A - 空間フイルタによる速度距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間フィルタによる速度、距離の測定におい
て、空間周波数の分布の変化に基づく誤差の減少。 【構成】 二つの空間フィルタ演算部５ａ，５ｂと２つ
の位相回転演算部７ａ，７ｂとにより各々位相差Δφ_1n
とΔφ_2nを求め、位相差演算部１２により二つの空間フ
ィルタ間の位相差の前回値Δθ_n-1 と今回値Δθ_n を求
め、二つの空間フィルタ間の予め設定した相対位相差ψ
を用いて、補正演算部１３によりΔφ_n ＝（Δφ_1n＋Δ
φ_2n）ψ／（Δθ_n-1 ＋Δθ_n ）を演算してこの位相差
Δφ_n から速度、距離を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空間フィルタを用いて速
度または距離またはこれらの双方を測定する装置に関
し、測定精度を向上させるために改良したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、無人搬送車等の自動走行に当たっ
て走行路上に電磁誘導線や光学式反射テープを敷設して
走行ガイドを形成する方式や、車軸，計測輪にエンコー
ダやタコジェネレータを取り付けて、車輪の回転に応じ
たパルス又はアナログ電圧から無人車の速度，移動距離
を計測する方式がある。

【０００３】しかしながら、これらの方式は路面に反射
テープ等を敷設する工事を必要なため走行路を変更する
毎にその工事を行わなければならず煩雑であり、また路
面の凹凸，外力によるスリップや車輪の摩耗により精度
良い計測が出来なかった。

【０００４】このため、外部からの誘導が不要で、かつ
非接触で移動距離を計測する方法として、空間フィルタ
を利用した速度距離測定方法が開発されている。

【０００５】この空間フィルタによる距離測定方法は図
３に示す装置構成により行われている。即ち、同図に示
すように、路面１からの反射光は光学系２を介して一次
元のラインセンサ（ＣＣＤ）３により検出され、所定の
周期でサンプリングされて電気信号に変換される。光学
系２，ラインセンサ３は図示しない車体の底面に取り付
けられている。ラインセンサ３は光学変換素子を進行方
向に沿って一次元的に配列したものであり、明暗に応じ
た信号が順次出力される。

【０００６】ラインセンサ３からの出力信号Ｐは読出回
路４を通過し、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号のＣＣＤ
データに変換された後、空間フィルタ演算部５に入力さ
れる。空間フィルタ演算部５はこの出力信号を所定範囲
内で積分することにより、光学的にランダムな周波数か
ら構成される反射光から任意の所定の周波数成分を抽出
し、その時空列的な変化から、図４に示す位相空間にお
いて移動距離に対応するベクトルを求めるものである。
即ち、Ｎ画素からなるラインセンサ３からのＣＣＤデー
タＤ_i （ｉ＝１，２，…Ｎ）は荷重関数Ｓ_i（ｉ＝１，
２，…Ｎ）と共に読み込まれて、添字の等しいものの積
が順次Ｎ回加えられることにより積和演算が行われ、積
和値ｂ_n が求められる。ここで、荷重関数Ｓ_i とは図５
に示すように、正弦波関数とハニング関数との積として
ある。この正弦波関数はラインセンサの長さＬの中にｎ
個の波数を有するもので、以下その波長ｐ（＝Ｌ／ｎ）
をフィルタピッチとよぶ。

【０００７】次に、荷重関数Ｃ_i (i＝１，２，…Ｎ）が
読み込まれると、ＣＣＤデータＤ_i （ｉ＝１，２，…
Ｎ）との間で、添字の等しいものの積が順次Ｎ回加えら
れることにより積和演算が行われ、積和値ａ_nが求めら
れる。ここで、荷重関数Ｃ_i とは図５に示すように、余
弦波関数とハニング関数との積としてある。

【０００８】更に、積和値ａ_n ，ｂ_n はサンプリング毎
に求められるので、前回のサンプリングの積和値をａ
_n-1 ，ｂ_n-1 とし、今回のサンプリングの積和値を
ａ_n ，ｂ_n とすることにする。このようにすると、積和
値ａ_n-1 ，ｂ_n-1 、ａ_n ，ｂ_n を二次元の座標とする位
相空間内における各サンプリング時でのベクトルＡ₁ ，
Ａ₂ は図４のように示される。従って、前回と今回のサ
ンプリング間における位相差Δφ_n は位相回転演算部７
で次式（１）のように求められる。

【０００９】

【数１】 Δφ_n ＝arctan｛(b_n-1 ・ａ_n −ａ_n-1 ・ｂ_n ）／（ａ_n-1 ・ａ_n −ｂ_n-1 ・ｂ_n ）｝ …式（１）

【００１０】ここで、移動距離ｘ₀ と上記位相差Δφ_n
とは比例関係にあり、その比例定数はフィルタピッチｐ
（＝Ｌ／ｎ）と２πとの比となるので、移動距離ｘ₀ と
速度Ｖとは次式（２），（３）のように求められる。但
し、１サンプリング間における位相差は１回転以内とす
る。

【００１１】

【数２】 ｘ₀ ＝（ｐ／２π）・ΣΔφ_n …式（２）

【００１２】

【数３】 Ｖ＝（ｐ／２π）・Δφ_n …式（３）

【００１３】従って、その後、速度距離演算部１１にお
いて、累算器８により位相差Δφ_n が総和され、乗算器
９，１０により（ｐ／２π）が積算されて、それぞれ移
動距離ｘ₀ 、速度Ｖが求められる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように空間フ
ィルタを使用した速度距離測定装置は、非接触、且つ高
精度な測定が可能であるといった特長を有する。

【００１５】しかし、実際には路面からの反射光が急変
する所や不規則となる所では、移動距離や速度の検出精
度が低下する問題があった。

【００１６】即ち、空間フィルタを使用した測定装置で
は、無人搬送車が移動することにより、ラインセンサ３
の測定範囲から外れる領域と、新たにその測定範囲とな
る領域とがあり、それらの領域に含まれる空間周波数成
分の分布が等しいことを前提として速度や移動距離を検
出しているが、実際にはその分布が異なるのである。こ
の為、この分布の差が位相差Δφ_n の演算の誤差となっ
て現れ、測定精度の低下に結びついていたのである。

【００１７】そこで、本発明者等は、路面からの反射光
が一定でない場合であっても、比較的検出精度の良い移
動距離測定装置を既に考案し、出願しているが（実願昭
６３−１４５９６９号，特願平１−２８９９８０号）、
それでも精度向上に限界があった。

【００１８】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、路面からの反射光が急変する所でも不規則
な所でも精度の良い速度や移動距離の検出ができる測定
装置を提供することを目的とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の空間フィルタに
よる速度距離測定装置の構成は、入射した光を電気信号
に変換する光電変換素子と、該光電変換素子から所定周
期でサンプリングして順に出力する読出回路と、該読出
回路からサンプリング毎に順に出力される電気信号に正
弦波、余弦波を荷重関数として別々に掛け合わせて所定
範囲内で積分することにより、任意の周波数成分を抽出
する空間フィルタ演算部と、該空間フィルタ演算部によ
り抽出された二つの信号を二次元の座標とするベクトル
の位相平面上での原点を中心とする前回と今回のサンプ
リング時との間の位相差Δφ_n を演算する位相回転演算
部と、前記位相回転演算部により求められた位相差Δφ
_n に比例する速度と移動距離の少なくとも一方を演算す
る速度距離演算部とを有する空間フィルタによる速度距
離測定装置において、

【００２０】前記空間フィルタ演算部として一定の相対
位相差ψだけ周期のずれた荷重関数を使用する二つの空
間フィルタ演算部を設けると共に前記位相回転演算部と
して二つの空間フィルタ演算部により抽出された周波数
の信号に基づいてそれぞれ位相空間内の位相差Δφ_1n，
Δφ_2nを演算する二つの位相回転演算部とを設け、前記
二つの空間フィルタ演算部により同一サンプリング時に
おいて抽出された二つの信号を二次元の座標とする位相
空間でのベクトルの位相差Δθを演算する位相差演算部
を設け、更に該位相差演算部により求められた位相差の
前回値Δθ_n-1 と今回値Δθ_n 、前記相対位相差ψ、並
びに前記二つの位相回転演算部により求められた位相差
Δφ_1nとΔφ_2nを用いて、Δφ_n ＝（Δφ_1n＋Δφ_2n）
・ψ／（Δθ_n-1 ＋Δθ_n ）なる補正演算により位相差
Δφ_n を求める補正演算部を設け、この補正演算部によ
り求められた位相差Δφ_n から速度と移動距離の少くと
も一方を前記速度距離演算部が演算することを特徴とす
るものである。

【００２１】

【作用】二つの空間フィルタ演算部が使用する荷重関数
の間に相対位相差ψがあることから、本発明装置では、
二つの空間フィルタがψに相当する距離Ｄだけ離れて幾
何学的に直列に配置されたことと等価である。従い、測
定対象からの反射光が急変せず、また不規則でなく空間
周波数成分の分布に変化がない場合は、二つの位相回転
演算部で得た位相差Δφ_1nとΔφ_2nとは一致する。ま
た、位相差演算部で得た位相差の前回値Δθ_n-1 も今回
値Δθ_n も、相対位相差ψに一致する。

【００２２】逆に、空間周波数成分の分布に変化がある
場合は、一般に、Δφ_1n≠Δφ_2n、Δθ_n-1 ≠Δθ_n ≠
ψである。しかし、平均値で考えると、（Δθ_n-1 ＋Δ
θ_n ）／２とψとの比Ｋ＝２ψ／（Δθ_n-1 ＋Δθ_n ）
に応じて、（Δφ_1n＋Δφ_2n）／２が変化するはずであ
る。

【００２３】そこで、Δφ_n ＝（Δφ_1n＋Δφ_2n）・ψ
／（Δθ_n-1 ＋Δθ_n ）と補正演算を行う。これによ
り、空間周波数成分の分布に変化があっても精度の良い
移動距離、速度の演算が可能となる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。尚、前述した実施例と同一部
分には同一符号、添字を付して説明を省略する。

【００２５】図１に本発明の一実施例を示す。同図に示
すように本実施例は二種類の空間フィルタ演算部５ａ，
５ｂ、位相回転演算部７ａ，７ｂを設けると共に位相差
演算部１２，補正演算部１３等を設けたものである。

【００２６】空間フィルタ演算部５ａ，５ｂは、基本構
成は図３の空間フィルタ演算部５と同じであるが同一周
期で位相が相対的に位相差ψだけ異なる荷重関数を使用
するものであり、ここでは相対位相差ψとしてπ／４と
した。即ち、図６（ａ）に示される空間フィルタ演算部
５ａの荷重関数に比較して、図６（ｂ）に示す空間フィ
ルタ演算部５ｂの荷重関数は位相がπ／４だけずれてい
る。そして、空間フィルタ演算部５ａにより演算された
積和値をそれぞれａ_n ，ｂ_n とし、空間フィルタ演算部
５ｂにより演算された積和値をｃ_n ，ｄ_n とした。積和
値ａ_n ，ｂ_n は前回値ａ_n-1 ，ｂ_n-1 と共に位相回転演
算部７ａに、積和値ｃ_n ，ｄ_n は前回値ｃ_n-1 ，ｄ_n-1
と共に位相回転演算部７ｂに入力され、それぞれ下式
（４），（５）に従い、それぞれ図２に示す位相差Δφ
_1n，Δφ_2nを演算する。

【００２７】

【数４】

【００２８】

【数５】

【００２９】このように演算された位相差Δφ_1nとΔφ
_2nは、空間周波数の分布の変化がなければ、一致するは
ずであるが、一般に、空間周波数の分布に変化が有るの
で一致しないことが多い。

【００３０】一方、同一サンプリングでの積和値ａ_n ，
ｂ_n ，ｃ_n ，ｄ_n が位相差演算部１２に入力され、下式
（６）のように位相差Δθ_n が演算される。

【００３１】

【数６】

【００３２】このようにして演算された今回の位相差Δ
θ_n と前回の位相差Δθ_n-1 は、空間周波数の分布に変
化がなければ、互いに一致し、また図２に示す上記相対
位相差ψ例えばπ／４に一致するはずであるが、実際に
は空間周波数の分布に変化があるので、上記相対位相差
ψに一致しないことが多い。

【００３３】そこで、この位相差Δφ_n-1 とΔθ_n の平
均値の相対位相差ψに対する比で、上記位相差Δφ_1n，
Δφ_2nを修正する為、この位相差の前回値Δθ_n-1 と今
回値Δθ_n 及び上記位相差Δφ_1n，Δφ_2nが補正演算部
１３に入力される。この補正演算部１３では、下式
（７）に従い位相差Δφ_n を修正して得る。

【００３４】

【数７】 Δφ_n ＝（Δφ_1n＋Δφ_2n）・ψ／（Δθ_n-1 ＋Δθ_n ） …式（７）

【００３５】このように補正演算部１３で修正された位
相差Δφ_n は、その後、速度距離演算部１１に入力さ
れ、図３に示した累算器８、乗算器９，１０を経て、移
動距離ｘ₀ 、速度Ｖが演算される。

【００３６】次に、上述した誤差補正の妥当性について
説明する。今、無人車走行線上の位置ｘにおける位相を
ψ（ｘ）とし、測定対象１のパターンによる位相変化ｆ
（ｘ）が、次式（８）であるとする。

【００３７】

【数８】

【００３８】ここで、ｘ_n をサンプリングタイミングｎ
での空間フィルタ対の位置、Ｄを空間フィルタ間の距
離、ｄを移動距離とすると、サンプリングタイミングｎ
での空間フィルタ間の位相差Δθ_n は次式（９）とな
り、各空間フィルタの１サンプリング即ちｎ−１とｎ間
における位相差Δφ_1nとΔφ_2nは次式（１０）となる。

【００３９】

【数９】

【００４０】

【数１０】

【００４１】そして、前式（９），（１０）におけるｆ
（ｘ）の積分に関する項を台形で近似すると、次式（１
１），（１２）を得る。

【００４２】

【数１１】

【００４３】

【数１２】

【００４４】前式（１１），（１２）より、Ｄは空間フ
ィルタ間の距離であるから同空間フィルタ間の幾何学的
相対位相差ψに相当し、ｄは移動距離であるからΔφ_n
に相当することを考慮すると、次式（１３）が成立す
る。従って、前述した誤差補正式（７）が成立する。

【００４５】

【数１３】 Δφ_1n＋Δφ_2n＝（Δθ_n-1 ＋Δθ_n ）ｄ／Ｄ ＝（Δθ_n-1 ＋Δθ_n ）Δφ_n ／ψ …式（１３）

【００４６】図１に示した構成を有する本実施例の速度
距離測定装置は図７のフローチャートに従って実施され
る。即ち、空間フィルタ演算部５ａ，５ｂにより積和値
ａ_n ，ｂ_n 、ｃ_n ，ｄ_n が演算され、その後上述した式
に基づいて位相回転演算部７ａ，７ｂ、位相差演算部１
２によりΔφ_1n，Δφ_2n，Δθ_n-1 ，Δθ_n が演算され
る。次いで、補正演算部１３により式（７）が演算され
て、補正した位相差Δφ_n が求められる。そして、この
位相差Δφ_n から、速度距離演算部１１により、位相差
Δφ_n の累算により移動距離ｘ₀ が、また、累算せずに
速度Ｖが演算される。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では２つの
空間フィルタを用いて速度や距離を測定する。この場
合、相対位相差ψだけ周期のずれた荷重関数を使用する
二つの空間フィルタ演算部を設けて、同一サンプリング
時における位相空間内での位相差Δθ_n-1 とΔθ_n を求
めると、これは、誤差がないと仮定した場合には、相対
位相差ψとなるはずである。しかし、反射光が急変する
所や不規則な所では、測定精度に誤差が生じ易く、実際
には位相差Δθ_n-1 とΔθ_n は相対位相差ψと一致しな
いので、その不一致の程度により、誤差を補正して前回
と今回のサンプリング時における位相空間内の位相差Δ
θ_1nとΔφ_2nとの和から位相差Δφ_n を求める。これに
より、反射光が一定でない所等、空間周波数の分布に変
化があっても、測定誤差を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る空間フィルタによる速
度距離測定装置の構成を示す図。

【図２】位相空間内でのベクトルの回転を示す図。

【図３】従来の装置例を示す図。

【図４】位相空間内でのベクトルの回転を示す図。

【図５】荷重関数の例を示す図。

【図６】本発明の一実施例で用いた荷重関数の例を示す
図。

【図７】本発明の一実施例に係るフローチャート。

【符号の説明】

１ 測定対象（路面） ２ 光学系 ３ ラインセンサ ４ 読出回路 ５ａ，５ｂ 空間フィルタ演算部 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ａ，７ｂ 位相回転演算部 １１ 速度距離演算部 １２ 位相差演算部 １３ 補正演算部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 入射した光を電気信号に変換する光電変
   換素子と、該光電変換素子から所定周期でサンプリング
   して順に出力する読出回路と、該読出回路からサンプリ
   ング毎に順に出力される電気信号に正弦波、余弦波を荷
   重関数として別々に掛け合わせて所定範囲内で積分する
   ことにより、任意の周波数成分を抽出する空間フィルタ
   演算部と、該空間フィルタ演算部により抽出された二つ
   の信号を二次元の座標とするベクトルの位相平面上での
   原点を中心とする前回と今回のサンプリング時との間の
   位相差Δφ_n を演算する位相回転演算部と、前記位相回
   転演算部により求められた位相差Δφ_n に比例する速度
   と移動距離の少なくとも一方を演算する速度距離演算部
   とを有する空間フィルタによる速度距離測定装置におい
   て、前記空間フィルタ演算部として一定の相対位相差ψ
   だけ周期のずれた荷重関数を使用する二つの空間フィル
   タ演算部を設けると共に前記位相回転演算部として二つ
   の空間フィルタ演算部により抽出された周波数の信号に
   基づいてそれぞれ位相空間内の位相差Δφ_1n，Δφ_2nを
   演算する二つの位相回転演算部とを設け、前記二つの空
   間フィルタ演算部により同一サンプリング時において抽
   出された二つの信号を二次元の座標とする位相空間での
   ベクトルの位相差Δθを演算する位相差演算部を設け、
   更に該位相差演算部により求められた位相差の前回値Δ
   θ_n-1 と今回値Δθ_n 、前記相対位相差ψ、並びに前記
   二つの位相回転演算部により求められた位相差Δφ_1nと
   Δφ_2nを用いて、Δφ_n ＝（Δφ_1n＋Δφ_2n）・ψ／
   （Δθ_n-1 ＋Δθ_n ）なる補正演算により位相差Δφ_n
   を求める補正演算部を設け、この補正演算部により求め
   られた位相差Δφ_n から速度と移動距離の少くとも一方
   を前記速度距離演算部が演算することを特徴とする空間
   フィルタによる速度距離測定装置。