JPH081441B2 - 空間フィルタによる距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、空間フィルタを用いた距離測定装置に関
し、測定精度を向上させるよう改良したものである。

B.発明の概要 空間フィルタを用いた距離測定装置において、走行路
面からの反射光を検出する光検出素子或いはその光学系
に塵や傷等が存在すると、正弦波信号，余弦波信号に直
流成分が重畳してしまうため、走行にともなって位相空
間内でベクトルが原点から離れて回転することになる
が、本発明では、ハイパスフィルタにより、直流成分を
除去するので位相空間内でベクトルが原点を離れて回転
することがなく、測定誤差を減少させることが出来る。

C.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。

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磨耗により精度良い計測が
出来なかった。

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
距離測定方法が開発されている。

この空間フィルタによる距離測定方法は第７図に示す
装置構成により行われる。即ち、同図に示すように、路
面１からの反射光は光学系２を介してラインセンサ（CC
D）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時元的に配列
したものであり、明暗に応じた信号が順次出力される。

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
光から任意の周波数成分を抽出し、その時空列的な変化
から、第８図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、第９図に示すフ
ローチャートに示すように先ず、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sin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S_bが求められる。ここで、sin荷重関
数S_iとは第10図に示すように、サイン関数とハニング関
数との積のことである。このサイン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）をフイルタピッチとよぶ。

次に、cos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S_aが求められる。ここで、cos荷重
関数C_iとは第10図にに示すように、コサイン関数とハニ
ング関数との積のことである。

更に、積和値S_a，S_b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S_a1，S_b1とし、今回
のサンプリングの積和値S_a2，S_b2とすることにする。こ
のようにすると、積和値をS_a1，S_b1、S_a2，S_b2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t₁，t₂は第８図のように示される。従って、１
サンプリング間における回転角Δφは位相差演算部７で
次式のように求められる。

ここで、移動距離x₀と上記回転角Δφ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２
πとの比となるので、移動距離X₀と速度Ｖとは次のよう
に求められる。

D.発明が解決しようとする課題 上述した従来技術によれば空間フィルタ演算部５によ
り求められる積和値S_a，S_bが、第11図に示すように零を
中心として振幅するならば、位相空間内でベクトルt₁，
t₂は第８図にしめすように頂点を中心として回転するは
ずである。

しかし、実際にはラインセンサ３或いはその光学系２
にゴミやチリが付着していたり、照明の光度分布が不均
一であるため、ラインセンサ３からの信号Ｐに第12図に
示すように移動に伴って移動しない静止部分が存在し、
その周波数成分が空間フィルタで抽出する周波数成分と
一致すると、空間フィルタ演算部５により求められる積
和値S_a，S_bに第13図（ｂ）に示すような直流成分が重畳
してしまう。この為、第13図（ｂ）に示すように位相空
間内でベクトルが原点を外れて回転してしまうこととな
り、回転角Δφが移動距離X₀に比例せず、計算結果に誤
差が生じていた。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであ
り、光学的な障害があっても精度良く、移動距離を求め
ることの出来る空間フィルタによる距離測定装置を提供
することを目的とするものである。

E.課題を解決するための手段及び作用 本発明では、空間フィルタ演算部により抽出された二
つの信号の直流成分を除去するハイパスフィルタを設け
たので、走行路面からの反射光を検出する光検出素子或
いはその光学系に塵や傷等が存在して正弦波信号，余弦
波信号に直流成分が重畳しても、ハイパスフィルタによ
り直流成分が除去され、位相空間内でベクトルが原点を
離れて回転することがなく、測定誤差を減少させること
が出来る。

F.実施例 以下、本発明について、図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。

第１図に本発明の第１の実施例を示す。同図に示すよ
うに本実施例はハイパスフィルタ8a,8bを追加したもの
であり、その他の構成は第７図に示す従来の構成と同一
である。即ち、車体底面に設けられたラインセンサ３に
は、路面１からの反射光が光学系２を介して入射する。
ラインセンサ３として設けられるCCDは多数の光電変換
素子を進行方向に沿って一次元的に配列してなるもので
あり、各光電変換素子から明暗に応じた信号Ｐが読出回
路４により読み出され、A/D変換器６でデジタル信号のC
CD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では、前述したように任
意の周波数成分を抽出して積和値S_aS_bを求める。この積
和値S_aS_bはハイパスフィルタ8a,8bを通過した後、位相
差演算部７に入力され、前述した（１）式により回転各
Δφが求められ、更に前述した（２）（３）式により移
動距離X₀，速度Ｖが求められることになる。ここで、ハ
イパスフィルタ8a,8bは直流成分を除去して、交流成分
のみを通過させる機能を有するものである。従って、第
２図（ａ）に示すように、直流成分を含むを積和値S_aS_b
をハイパスフィルタ8a,8bに通過させると、その中から
直流成分が除去され、零点を中心に振幅する交流成分だ
けが残ることになる。従って、ハイパスフィルタ8a,8b
に通過させずに、それをそのまま位相空間内でのベクト
ルとすると、第２図（ｂ）のように原点を離れて回転す
ることとなるが、ハイパスフィルタ8a,8bに通過させた
ために、第３図に示すようにベクトルは原点を中心とし
て回転することになる。

このように、本実施例ではラインセンサ３或いはその
光学系２にゴミやチリが付着し、照明の光度不均一の為
に、空間フィルタ演算部５により求められる積和値S_aS_b
に直流成分が含まれるとしても、ハイパスフィルタ8a,8
bに通過させた為に、直流成分が除去され、回転各Δφ
と移動距離X₀，速度Ｖとが精度良く比例する事となり、
測定誤差を減少させることが出来る。

次に、本発明の第２の実施例について第４図を参照し
て説明する。

本実施例はハイパスフィルタ9a,9bの時定数Ｔを前回
のサンプリングで得られたΔφに基づいて随時変化させ
るようにしたものである。即ち、ハイパスフィルタ8a,8
bのカットオフ周波数f_s（1/sec）を空間フィルタ抽出周
波数ｆ（1/sec）の1/10とする場合には、次の関係が成
り立つ。

f_s＝1/10・ｆ …（４） ｆ＝v/mp …（５） 但し、ｖは対象物の速度,mはこうがくけいの倍率,pは
フィルタピッチである。よって、時定数は時式で示さ
れ。

Ｔ＝1/2πf_s＝10/2πｆ＝10mp/2πｖ …（６） また、速度ｖは次式で示され、これを（６）式に代入す
ると、次のようになる。

ｖ＝（mp/2π）Δφ …（７） Ｔ＝10/Δφ …（８） （８）式に示すように、回転角Δφと時定数Ｔとは比例
関係にあるから、回転角Δφに応じて随時時定数Ｔを変
更することが出来る。従って、このように時定数Ｔを可
変とすると、空間フィルタ抽出周波数が変化しても直流
成分を確実に除去することが出来る。

なお、その他の構成は前述した実施例と同様であり、
同様の効果を奏する。

第５図及び第６図は本発明の第３の実施例を示すもの
である。本実施例は一定の回転角Δφ_ref毎に移動距
離、速度を演算するようにしたものである。即ち、空間
フィルタ演算部５から出力されたS_a（ｔ），S_b（ｔ）が
ハイパスフィルタ10a,10bを通過すると、S_aH（ｔ），S
_bH（ｔ）が計算され、その結果と前回値S_aH（ｔ−
１），S_bH（ｔ−１）とからΔφが演算される。ここ
で、括弧の中はサンプリングの回数を示すものである。
もし、このΔφ絶対値がある一定値Δφ_ref以下なら
ば、Δφ＝０として速度，移動距離の演算は行わない。
そして、前回値S_aL（ｔ−１），S_bL（ｔ−１）．S
_aH（ｔ−１），S_bH（ｔ−１）は書き換えず、そのまま
保持する。これらの前回値を基準にして速度，移動距離
を演算して、Δφを求めたところ、一定値Δφ_refを超
えたならば、この値により速度，移動距離の演算を行
う。そして、このときのS_aL（ｔ），S_bL（ｔ）．S
_aH（ｔ），S_bH（ｔ）を前回値S_aL（ｔ−１），S_bL（ｔ
−１）．S_aH（ｔ−１），S_bH（ｔ−１）と書き換え、今
後これを基準にΔφを演算する。

このように、本実施例では一定の回転角Δφ_ref毎に
移動距離、速度を演算するから、距離のディメンジョン
でのサンプリングということが出来る。ハイパスフィル
タの時定数ＴはΔφが一定であるため、可変とする必要
はない。

G.発明の効果 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発
明は空間フィルタ演算部により抽出された二つの信号の
直流成分を除去するハイパスフィルタを設けたので、走
行路面からの反射光を検出する光検出素子或いはその光
学系に塵や傷等が存在して正弦波信号，余弦波信号に直
流成分が重畳しても、ハイパスフィルタにより直流成分
が除去され、位相空間内でベクトルが原点を離れて回転
することがなく、測定誤差を減少させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例にかかる空間フィルタ距
離測定装置の構成図、第２図（ａ）（ｂ）はそれぞれ空
間フィルタ演算部出力波形とその位相空間内の変化をグ
ラフ、第３図（ａ）（ｂ）はそれぞれハイパスフィルタ
を通過した空間フィルタ演算部出力波形とその位相空間
内の変化をグラフ、第４図は本発明の第２の実施例にか
かる空間フィルタ距離測定装置の構成図、第５図は本発
明の第３の実施例にかかる空間フィルタ距離測定装置の
構成図、第６図（ａ）（ｂ）は本発明の第３の実施例に
かかる移動距離，速度を演算する過程を示すフローチャ
ート、第７図は従来技術にかかる空間フィルタ距離測定
装置の構成図、第８図は位相空間を示す説明図、第９図
は移動距離，速度を演算する過程を示すフローチャー
ト、第10図は空間フィルタ荷重関数を示すグラフ、第11
図は空間フィルタ出力波形を示すグラフ、第12図はライ
ンセンサからの信号Ｐを示すグラフ、第13図（ａ）
（ｂ）はそれぞれ直流成分が重畳した空間フィルタ演算
部出力波形とその位相空間内の変化をグラフである。 図面中、 １は路面、２は光学系、３はラインセンサ、４は読出回
路、５は空間フィルタ演算部、６はA/D変換器、７は位
相差演算部、8a,8b,9a,9b.10a,10bはハイパスフィルタ
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−273064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−127854（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−152468（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体に進行方向に沿って多数配設され走行
   路面で反射した光を検出して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、該読出回路から順に出力
   される電気信号に正弦波、余弦波を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回転角から前記車体の
   移動距離を演算する演算部とを有する空間フィルタによ
   る距離測定装置において、前記空間フィルタ演算部によ
   り抽出された二つの信号の直流成分を除去するハイパス
   フィルタを設けたことを特徴とする空間フィルタによる
   距離測定装置。