JP7379021B2 - 距離計測装置、距離計測方法、及び速度計測装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、距離計測装置、距離計測方法、及び速度計測装置に関する。

ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と称される距離計測装置が知られている。この距離計測装置では、レーザ光を計測対象に照射し、計測対象により反射された反射光の強度をセンサ出力に基づき時系列輝度信号に変換する。これにより、レーザ光の発光の時点と、輝度信号値のピークに対応する時点との時間差に基づき、計測対象までの距離が計測される。

また、この距離計測装置では、異なる時点で測定された複数の時系列輝度信号を用いて、計測対象の速度測定が試みられている。ところが、複数の時系列輝度信号が同一計測対象からの反射光に基づく時系列輝度信号でない場合があり、速度測定を誤る、あるいは精度が低下してしまうおそれがある。

特表２０１７－５３９００９号公報

Ken Tanabe, Hiroshi Kubota, Akihide Sai and Nobu Matsumoto, " Inter-Frame Smart-Accumulation Technique for Long-Range and High-Pixel Resolution LiDAR", Proc. IEEE COOL CHIPS, pp. 1-3, Apr. 2019.

本発明が解決しようとする課題は、複数の時系列輝度信号が同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるか否かを判定可能な距離計測装置、距離計測方法、及び速度計測装置を提供することである。

本実施形態に係る距離計測装置は、レーザ光の反射光に応じたセンサ出力に基づき生成された時系列輝度信号に処理を行う距離計測装置であって、記憶部と、判定部とを備える。記憶部は、第１計測対象からのレーザ光の反射光に基づく第１時系列輝度信号と、第２計測対象からのレーザ光の反射光に基づく第２時系列輝度信号とを記憶する。判定部は、第１時系列輝度信号と、第２時系列輝度信号との相関性に基づき、第１計測対象と第２計測対象とが同一計測対象であるか否かを判定する。

本実施形態に係る運転支援システムの概略的な全体構成を示す図。 第１の実施形態に係る距離計測装置の構成例を示す図。 １フレームにおける光源の出射パターンを模式的に示している図。 １フレームにおけるレーザ光の計測対象上の照射位置を拡大して示す模式図。 図４と照射順が異なる計測対象上の照射位置を拡大して示す模式図。 一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射した例を示す図。 一次元状のレーザ光源を用いて、水平行別に縦一列を同時に照射した例を示す図。 照射範囲の部分領域に計測対象が存在する例を示す図。 現フレームの時系列輝度信号の一例を示す図。 信号処理部の構成を示すブロック図。 隣接領域、及び時系列輝度信号を模式的に示す図。 時系列輝度信号に基づき、隣接領域内で得られた隣接距離を示す図。 選択部の選択処理の一例を示す図。 積算フィルタと環境光の関係を概念的に示す図。 現フレームの時系列輝度信号と前フレームの時系列輝度信号の例を示す図。 現フレームの累積値と前フレームの累積値との例を示す図。 距離計測装置の処理動作を説明するフローチャート。 サブルーティンのフローチャート。 高速フレームにおけるレーザ光の計測対象上の照射位置を拡大して示す模式図。 第２実施形態に係る距離計測装置５の構成例を示す図。 時間取得部、及び距離計測部の詳細な構成を示すブロック図。 時間取得部による計測信号の立ち上がり時間、及び立ち下がり時間の一例を示す図。 認識処理部による認識結果例を示す図。

以下、本発明の実施形態に係る距離計測装置、距離計測方法、及び速度計測装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

（第１実施形態）
本実施形態に係る距離計測装置は、前フレームの第１時系列輝度信号と、現フレームの第２時系列輝度信号との相関性を評価し、第１時系列輝度信号と第２時系列輝度信号とが同一計測対象に基づく時系列輝度信号であると判定される場合に、第１、第２時系列輝度信号に基づく速度を演算することにより、速度測定を誤る、あるいは精度が低下することを抑制しようとしたものである。より詳しく、以下に説明する。

図１は、本実施形態に係る運転支援システムの概略的な全体構成を示す図である。まず、図１に基づき、運転支援システム１の概略的な全体構成を説明する。図１に示すように運転支援システム１は、距離画像に基づく運転支援を行う。運転支援システム１は、距離計測システム２と、運転支援装置５００と、音声装置５０２と、制動装置５０４と、表示装置５０６とを、を備えて構成されている。距離計測システム２は、計測対象１０の距離画像、速度画像を生成するものであり、距離計測装置５と、計測情報処理装置４００とを備える。

距離計測装置５は、走査方式及びＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて、計測対象１０までの距離、相対速度を計測する。より具体的には、この距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００とを備えて構成されている。

出射部１００は、レーザ光Ｌ１を間欠的に出射する。光学機構系２００は、出射部１００が出射するレーザ光Ｌ１を計測対象１０に照射するとともに、計測対象１０上で反射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を計測部３００に入射させる。ここで、レーザ光とは、位相および周波数が揃った光を意味する。また、反射光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１による散乱光のうちの所定方向の光を意味する。

計測部３００は、光学機構系２００を介して受光した反射光Ｌ２に基づき、計測対象１０までの距離を計測する。すなわち、この計測部３００は、出射部１００がレーザ光Ｌ１を計測対象１０に照射した時点と、反射光Ｌ２が計測された時点との時間差に基づき、計測対象１０までの距離を計測する。また、計測部３００は、計測対象１０までの単位時間あたりの距離変動に基づき相対速度を計測する。なお、相対速度から距離計測装置５の速度を減じると速度になる。すなわち、距離計測装置５が停止している場合には、相対速度は速度である。このため、本実施形態では相対速度、速度、距離値の差分値などを速度に関する値と呼ぶ場合がある。

計測情報処理装置４００は、ノイズの低減処理を行い、計測対象１０上の複数の測定点までの距離に基づき距離画像データ、相対速度データを出力する。計測情報処理装置４００の一部または全ては、距離計測装置５の筐体内に組み込んでもよい。

運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に応じて車両の運転を支援する。運転支援装置５００には、音声装置５０２、制動装置５０４、表示装置５０６などが接続されている。

音声装置５０２は、例えばスピーカであり、車両内の運転席から聴講可能な位置に配置されている。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、例えば音声装置５０２に「対象物まで５メートルです」などの音声を発生させる。これにより、例えば運転士の注意力が低下している場合にも、音声を聴講することで、運転士の注意を喚起させることが可能となる。

制動装置５０４は、例えば補助ブレーキである。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、例えば対象物が所定の距離、例えば３メートルまで近接した場合に、制動装置５０４に車両を制動させる。

表示装置５０６は、例えば液晶モニタである。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、表示装置５０６に画像を表示する。これにより、例えば逆光時などでも、表示装置５０６に表示される画像を参照することで、外部情報をより正確に把握可能となる。

次に、図２に基づき、本実施形態に係る距離計測装置５の出射部１００、光学機構系２００、および計測部３００のより詳細な構成例を説明する。図２は、第１の実施形態に係る距離計測装置５の構成例を示す図である。図２に示すように、距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００と、計測情報処理装置４００と、を備えて構成されている。ここでは、散乱光Ｌ３の内、所定の方向の散乱光を反射光Ｌ２と呼ぶこととする。図２に記載のブロック図は、信号例であり、順序、配線はこれに限定されない。

出射部１００は、光源１１と、発振器１１ａと、第１駆動回路１１ｂと、制御部１６と、第２駆動回路１６ａとを、有する。

光学機構系２００は、照射光学系２０２と、受光光学系２０４とを有する。照射光学系２０２は、レンズ１２と、第１光学素子１３と、レンズ１３ａ、ミラー（反射デバイス）１５とを有する。

受光光学系２０４は、第２光学素子１４と、ミラー１５とを有する。すなわち、これら照射光学系２０２、及び受光光学系２０４は、ミラー１５を共有している。

計測部３００は、光検出器１７と、センサ１８と、レンズ１８ａと、第１増幅器１９と、第１距離計測部３００ａとを有する。なお、光を走査する既存方法として、ここではミラー１５を用いているが、ミラー１５を用いる他に、距離計測装置５を回転させる方法（以下、回転方法と呼ぶ）がある。また、別の走査する既存方法として、ＯＰＡ方法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、回転方法やＯＰＡ方法により光を走査してもよい。また、本実施形態に係る信号処理部２２が速度計測装置に対応する。

出射部１００の発振器１１ａは、制御部１６の制御に基づき、パルス信号を生成する。第１駆動回路１１ｂは、発振器１１ａの生成したパルス信号に基づいて光源１１を駆動する。光源１１は、例えばレーザダイオードなどのレーザ光源であり、第１駆動回路１１ｂによる駆動に応じてレーザ光Ｌ１を間欠的に発光する。

次に、図３に基づき１フレームにおける光源１１の出射パターンを説明する。ここで、フレームとは、周期的に繰り返されるレーザ光Ｌ１の出射の組み合わせを意味する。図３は、１フレームにおける光源１１の出射パターンを模式的に示している図である。図３において、横軸は時刻を示し、縦線は光源１１の出射タイミングを示している。上側の図は、下側の図における部分拡大図である。この図３に示すように光源１１は、例えばＴ＝数マイクロ秒～数十マイクロ秒の間隔で、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を間欠的に繰り返し発光する。ここで、ｎ番目に発光されるレーザ光Ｌ１をＬ１（ｎ）と表記する。Ｎは、１フレームにおける計測対象１０を測定するために照射するレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射回数を示している。１フレーム分の照射が終了すると、次フレーム分の照射をＬ１（０）から開始する。

図２に示すように、照射光学系２０２の光軸Ｏ１上には、光源１１、レンズ１２、第１光学素子１３、第２光学素子１４、及びミラー１５がこの順番に配置されている。これにより、レンズ１２は、間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１をコリメートして、第１光学素子１３に導光する。

第１光学素子１３は、レーザ光Ｌ１を透過させると共に、レーザ光Ｌ１の一部を光軸Ｏ３に沿って光検出器１７に入射させる。第１光学素子１３は、例えばビームスプリッタである。

第２光学素子１４は、第１光学素子１３を透過したレーザ光Ｌ１を更に透過して、レーザ光Ｌ１をミラー１５に入射させる。第２光学素子１４は、例えばハーフミラーである。

ミラー１５は、光源１１から間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１を反射する反射面１５ａを有する。反射面１５ａは、例えば、互いに交差する２つの回動軸線ＲＡ１、ＲＡ２を中心として回動可能となっている。これにより、ミラー１５は、レーザ光Ｌ１の照射方向を周期的に変更する。

制御部１６は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有し、反射面１５ａの傾斜角度を連続的に変更させる制御を第２駆動回路１６ａに対して行う。第２駆動回路１６ａは、制御部１６から供給された駆動信号に従って、ミラー１５を駆動する。すなわち、制御部１６は、第２駆動回路１６ａを制御して、レーザ光Ｌ１の照射方向を変更させる。

次に、図４に基づき、１フレームにおけるレーザ光Ｌ１の照射方向について説明する。図４は、１フレームにおけるレーザ光Ｌ１の計測対象１０上の照射位置を拡大して示す模式図である。この図４に示すように、反射面１５ａ（図２）は、レーザ光Ｌ１ごとに照射方向を変更して計測対象１０上のほぼ平行な複数の直線経路Ｐ１～Ｐｍ（ｍは２以上の自然数）に沿って、離散的に照射させる。このように、本実施形態に係る距離計測装置５は、各フレームｆ（ｍ）（０≦ｍ＜Ｍ）ごとにレーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を変更しつつ、計測対象１０に向けて１回ずつ照射する。ここで、レーザ光Ｌ１（ｎ）の照射方向をＯ（ｎ）で表記する。すなわち、本実施形態に係る距離計測装置５では、レーザ光Ｌ１（ｎ）は、照射方向Ｏ（ｎ）に一回照射される。照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）は各フレームで同一であるため、ｍフレーム目の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）とｍ－１フレーム目の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）とは一致する。

次に、図５乃至図７に基づき、図４と異なるレーザ光Ｌ１の照射例を説明する。
図５は、図４と照射順が異なる計測対象１０上の照射位置を拡大して示す模式図である。図６は、一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射した例を示す図である。
図７は、一次元状のレーザ光源を用いて、水平行別に縦一列を同時に照射した例を示す図である。

このように、本実施形態に係るレーザ光Ｌ１（ｎ）は図４、５に示す様に一点ずつ順次照射されるが、これに限定されず、複数点を同時に照射してもよい。例えば、図６、或いは図７に示す様に、一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射してもよい。ここでは、説明を容易にするため、計測対象１０を平板状として図８に模式的に図示しているが、実際の計測では、計測対象１０は、例えば自動車などである。

次に、図８に基づき、１フレームにおけるレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射範囲に計測対象１０と他の反射物が存在する例を説明する。
図８は、照射範囲の部分領域に計測対象１０が存在する例を示す図である。図８に示すように、計測対象１０が遠方に存在する場合には、計測対象１０はレーザ光Ｌ１の照射範囲の部分領域に存在する。計測対象１０の範囲外には、例えば建物１０ａ、他の自動車１０ｂ、人、道路、空などが存在する。このため、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）が照射される反射対象物が異なると、その計測距離も異なる。

図２に示すように、受光光学系２０４の光軸Ｏ２上には、反射光Ｌ２が入射する順に、ミラー１５の反射面１５ａ、第２光学素子１４、レンズ１８ａ、センサ１８が配置されている。ここで、光軸Ｏ１とは、レンズ１２の中心位置を通過するレンズ１２の焦点軸である。光軸Ｏ２とは、レンズ１８ａの中心位置を通過するレンズ１８ａの焦点軸である。

反射面１５ａは、計測対象１０上で散乱された散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２に沿って進む反射光Ｌ２を第２光学素子１４に入射させる。第２光学素子１４は、反射面１５ａで反射された反射光Ｌ２の進行方向を変えて、光軸Ｏ２に沿って計測部３００のレンズ１８ａに入射させる。レンズ１８ａは、光軸Ｏ２に沿って入射した反射光Ｌ２をセンサ１８に集光させる。

一方で、散乱光Ｌ３のうちレーザ光Ｌ１と異なる方向に反射された光の進行方向は、受光光学系２０４の光軸Ｏ２からずれている。このため、散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２と異なる方向に反射された光は、仮に受光光学系２０４内に入射しても、センサ１８の入射面からずれた位置に入射される。これに対して、何らかの物体により散乱された太陽光などの環境光の中には、光軸Ｏ２に沿って進行する光があり、これらの光は、ランダムにセンサ１８の入射面に入射して、ランダムなノイズとなる。

なお、図２においては、明確化のためにレーザ光Ｌ１と反射光Ｌ２の光路を分けて図示しているが、実際にはこれらは重なっている。また、レーザ光Ｌ１の光束の中心の光路を光軸Ｏ１として図示している。同様に、反射光Ｌ２の、光束の中心の光路を光軸Ｏ２として図示している。

このセンサ１８は、例えば、フォトマルチプライヤ（ＳｉＰＭ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）により構成される。フォトマルチプライヤは、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を複数集積したフォトンカウンティングデバイスである。フォトマルチプライヤは、フォトンカウンティングレベルの微弱光を検出することが可能である。

より具体的には、センサ１８は、受光光学系２０４を介して受光した反射光Ｌ２を電気信号に変換する。このセンサ１８の受光素子は、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄ）と、クエンチ抵抗とを有するＳＰＡＤを、複数並列に接続したものである。

アバランシェフォトダイオードは、アバランシェ増倍と呼ばれる現象を利用して受光感度を上昇させた受光素子である。ガイガーモードで使用されるアバランシェフォトダイオードは、一般にクエンチング素子（後述）と共に使用されて単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ： Ｓｉｎｇｌｅ－Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）とよばれ、シリコンを材料としたものは、例えば２００ｎｍ～１０００ｎｍまでの波長の光に感度を有する。

本実施形態に係るセンサ１８は、シリコンフォトマルチプライヤにより構成されるが、これに限定されない。例えば、センサ１８を、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、アバランシェダイオード（ＡＢＤ：ａｖａｌａｎｃｈｅ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｄｉｏｄｅ）、化合物半導体を材料としたフォトマルチプライヤなどを複数配置して構成してもよい。フォトダイオードは、例えば光検出器として働く半導体により構成される。アバランシェダイオードは、特定の逆電圧にてアバランシェ降伏を起こすことにより、受光感度を上げたダイオードである。

図２に示すように、第１距離計測部３００ａは、レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を信号化した計測信号をアナログデジタル変換した時系列輝度信号Ｂに基づき計測対象１０までの距離を計測する。この第１距離計測部３００ａは、信号生成部２０と、記憶部２１と、信号処理部２２と、出力インターフェース２３とを有する。

信号生成部２０は、センサ１８が出力する電気信号を所定のサンプリング間隔で時系列輝度信号に変換する。この信号生成部２０は、増幅器２０ａと、ＡＤ変換器２０ｂと、を有する。増幅器２０ａは、例えば反射光Ｌ２に基づく電気信号を増幅する。より具体的には、増幅器２０ａとしては、センサ１８の電流信号を、電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）などが用いられる。このように、反射光Ｌ２に基づく電気信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングした信号を時系列輝度信号と呼ぶこととする。すなわち、時系列輝度信号は、反射光Ｌ２の時間的変化を所定のサンプリング間隔でサンプリングして得た値の系列である。

ＡＤ変換器２０ｂ（ＡＤＣ： Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）は、増幅器２０ａが増幅した計測信号を複数のサンプリングタイミングにおいてサンプリングして、レーザ光Ｌ１の照射方向に対応する時系列輝度信号に変換する。すなわち、ＡＤ変換器２０ｂは、増幅器２０ａが増幅した計測信号をサンプリングする。

次に、図９に基づき、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ）の一例を説明する。図９は、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ）の一例を示す図である。すなわち、信号生成部２０（図２）による計測信号のサンプリング値の一例を示す図である。図８の横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は時系列輝度信号Ｂ（ｍ）のサンプリング値、すなわち輝度値を示している。

例えば、サンプリングタイミングｔ０～ｔ３２にブランキング時間を加えたものは、レーザ光Ｌ１（ｎ）が照射されてから次のレーザ光Ｌ１（ｎ＋１）が照射されるまでの経過時間Ｔ（図３）に対応する。図中のピークが反射光Ｌ２に基づくサンプリング値であり、このピークを示すサンプリングタイミングＴＬ２が計測対象１０までの距離の２倍に対応する。

より具体的には、距離＝光速×（サンプリングタイミングＴＬ２－光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。ここで、サンプリングタイミングは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻からの経過時間である。

ここで、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）のｍ（０≦ｍ＜Ｍ）はフレームｆの番号を示し、座標（ｘ、ｙ）は、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向に基づき定められる座標を示している。すなわち、座標（ｘ、ｙ）は、現フレームｆ（ｍ）の距離画像、速度画像を生成した際の座標に対応する。より具体的には、図８に示すように、Ｌ１（０）に対応する座標（０、０）を原点とし、水平方向へのＬ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射数をＨＮとする。また、関数［β］を、β以下の最大の整数を示す関数とする。この場合、ｘ＝ｎ－［ｎ÷ＨＮ］×ＨＮであり、ｙ＝［ｎ÷ＨＮ］である。なお、図示したサンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲は一例であり、サンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲を変更してもよい。また、輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）は、近接する座標の輝度信号を積算して使用しても良い。例えば、２×２、３×３、５×５の座標範囲の輝度信号を積算しても良い。このような、２×２、３×３、５×５の座標範囲の輝度信号を積算する処理は、平均化と呼ばれる場合がある。ここで、積算とは、座標（ｘ、ｙ）の近辺・隣接した座標（例えば、座標ｘ＋１、ｙ＋１）の時系列輝度情報を、座標（ｘ、ｙ）のそれに加え合わせて最終的な時系列輝度情報を求める技術である。これによりＳ／Ｎを向上させる技術である。つまり、最終的な時系列輝度情報には、近辺・隣接した座標の時系列輝度情報も含まれ得る。更に言えば、単純化のために、本実施系値に係る時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）の座標（ｘ、ｙ）は同一であるとして説明するが、前者の座標はその近辺・隣接した座標であってもよい。

図２に示すように、記憶部２１は、例えば、ロジック回路におけるレジスタやＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。

信号処理部２２は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んだロジック回路で構成され、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出するタイミングと、センサ１８が反射光Ｌ２を検出するタイミングとの時間差に基づき、距離を計測する。信号処理部２２の詳細は、後述する。

出力インターフェース２３は、第１距離計測部３００ａ内の各構成と接続され、信号を計測情報処理装置４００などの外部装置に出力する。

ここで、図１０に基づき信号処理部２２の詳細な構成を説明する。図１０は、信号処理部２２の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、信号処理部２２は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとに対応する距離値を生成する処理部であり、選択部２２０と、信頼度生成部２２２と、計測処理部２２４と、判定部２２６と、出力部２２８と、速度演算部２３０とを、有する。これら選択部２２０と、信頼度生成部２２２、計測処理部２２４、判定部２２６、出力部２２８、及び速度演算部２３０のそれぞれは、回路で構成される。なお、本実施に係る信号処理部２２が速度計測装置に対応する。上述のように、ＨＮは水平方向への、ＶＮは垂直方向へのＬ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射数である。また、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）が第１時系列輝度信号に対応し、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）が第２時系列輝度信号に対応する。なお、図１０に記載のブロック図は、信号例であり、順序、配線はこれに限定されない。

選択部２２０は、前フレームｆ（ｍ－１）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）に基づき得られた距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の情報を用いて、現フレームｆ（ｍ）における各時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）のピークｐを１個あるいは、複数個選択する。距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、記憶部２１に記憶されており、選択部２２０により記憶部２１から取得される。なお、選択部２２０の詳細は後述する。以下では記載を簡略化するために、座標などの範囲の記載を省略する場合がある。例えば時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を単にＢ、Ｂ（ｍ）、Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）と記す場合がある。同様に、Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を単にＤｉｓ、Ｄｉｓ（ｍ）、Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）と記す場合がある。なお、本実施形態に係るＤｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）が第１距離値に対応し、Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）が第２距離値に対応する。

信頼度生成部２２２は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ）ごとに選択された各ピーク値に対応する信頼度を生成する。ここで、信頼度が高いピーク値ほど、確からしいことを表す。信頼度生成部２２２の詳細も後述する。

計測処理部２２４は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ）ごとに選択された各ピーク値に対応する信頼度に基づき、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ）ごとに対応する距離値Ｄｉｓ（ｍ）を生成する。より具体的には、この計測処理部２２４は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ）ごとに選択された各ピーク値に対応する信頼度のうちの最大値を示すピークに対応する距離値Ｄｉｓ（ｍ）を生成する。この距離値Ｄｉｓ（ｍ）は、記憶部２１に記憶される。

判定部２２６は、第１計測対象の反射光に基づく第１時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と、第２計測対象の反射光に基づく第２時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）との相関性に基づき、前記第１計測対象と前記第２計測対象とが同一計測対象であるか否かを判定する。すなわち、判定部２２６は、第１時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と第２時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）との相関性に基づき、時系列輝度信号Ｂ（ｍ）と対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１）が同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるか否かを判定する。例えば、判定部２２６は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１）と距離値Ｄｉｓ（ｍ）とに基づき、各時系列輝度信号Ｂ（ｍ）について、時系列輝度信号Ｂ（ｍ）と対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１）が同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるか否かを判定する。対応する時系列輝度信号とは、例えば同一座標（ｘ、ｙ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）とを意味する。例えば、対応する時系列輝度信号とは、レーザ光Ｌ１の照射方向Ｏが同一である時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）とＢ（ｍ、ｘ、ｙ）とを意味する。

判定部２２６は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）の所定のピークと、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の所定のピークとの相関性とに基づき、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）とが同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるか否かを判定する。

さらにまた、判定部２２６は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）の環境光に関する値と、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の環境光に関する値との相関性に基づき、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）とが同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるか否かを判定する。これら、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）のピークの情報、及び環境光に関する値と、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）のピークの情報、及び環境光に関する値とは、記憶部２１に記憶される。相関性に基づき判定を行う具体的な方法、および判定部２２６の詳細も後述する。

出力部２２８は、判定部２２６による判定が同一計測対象である座標に関し、ユニークなＩｄ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を判別情報として付与し、同一計測対象でない座標に関し、Ｉｄ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）＝０を判別情報として付与する。例えば、前フレームｍ－１、特定座標（ｘ、ｙ）の情報として、１つのピークの距離値、輝度値、環境光の大きさのみを保持する。この場合を、省メモリモードと呼ぶことにする。省メモリモードでは、同一計測判別情報に対して判別情報として１を保持する。判別情報は１ビットでよく、他の保持する情報も少なく、メモリ消費を節約できる。そして、出力部２２８は、判別情報Ｉｄを計測情報処理装置４００に出力する。これにより、速度演算部２３０を計測情報処理装置４００に配置することも可能である。

また、出力部２２８は、距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）及び、速度演算部２３０が演算する相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を計測情報処理装置４００に出力する。これにより、計測情報処理装置４００は、距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の距離画像と、相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の速度画像を生成することが可能となる。

速度演算部２３０は、Ｉｄ（ｍ、ｘ、ｙ）＝１である座標（ｘ、ｙ）に関し、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）との差分値と、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１）に対応するレーザ光Ｌ１の照射タイミングと時系列輝度信号Ｂ（ｍ）に対応するレーザ光Ｌ１の照射タイミングとの時間差Δｔとに基づき、測定計測対象１０の深さ方向、すなわち光軸Ｌ１方向の相対速度を演算する。より具体的には、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）との差分値を時間差Δｔで除算することにより、相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を演算する。相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、記憶部２１に記憶される。本実施形態に係る時間差Δｔは、フレーム周期により定まる。例えば、２０ｆｐｓの場合、時間差Δｔは５０ミリ秒である。また、上述のように、速度演算部２３０は、相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）から、距離計測装置５の速度を減じることにより、速度を演算することも可能である。

ここで、図１１乃至１４に基づき、前フレームｆ（ｍ－１）における隣接距離ＮＤｉｓを用いた現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の第２選択ピークを選択する方法を説明する。時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の各ピークの中からピークの値の大きい順に所定数選択された各ピークを第１選択ピークと呼び、第１選択ピークの他に、前フレームｆ（ｍ－１）の隣接距離ＮＤｉｓを用いて選択されたピークを第２選択ピークと呼ぶこととする。

まず、図１１に基づき、第１選択ピークだけでは、計測対象１０に基づくピークを選択できない例を説明する。
図１１は、前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ、及び時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と、現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ、及び時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の例を模式的に示す図である。左上図が前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄを示し、左下図が座標（ｘ、ｙ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）を示し、右上図が現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄを示し、右下図が現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）を示している。ここで、隣接領域Ａｄの中心座標（ｘ、ｙ）を太線で示す。計測対象１０は、例えば自動車であり、距離計測装置５（図２）における照射光学系２０２の光軸Ｏ１上の８０メートル先にある。図１１では、自動車がｘ軸に沿って左から右に移動している様に示しているが、自動車と判り易い様に横向きに描いただけであり、前後に移動していてもよい。隣接領域Ａｄは、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ、）に対応するレーザ光Ｌ１（ｎ）（ｎ＝ＨＮ×（ｙ－１）＋ｘ）の照射方向から所定の範囲内の方向に照射したレーザ光Ｌ１（ｎ）（ｎ＝ＨＮ×（Ｙ－１）＋Ｘ、ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に対応する範囲を示している。ここでは、ｎｄ＝２である。すなわち、隣接領域Ａｄは、座標（ｘ、ｙ）を中心とする（２＊ｎｄ＋１）×（２＊ｎｄ＋１）の座標範囲である。

図１１に示すように、前フレームｆ（ｍ－１）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）では、計測対象１０の位置８０メートルに対応するピークが現れている。一方で、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ、）の例では、ノイズ光が第１～第３ピークとして支配的に現れ、計測対象１０の位置７８．５メートルに対応するピークが第４ピークとして現れている。第１～第３ピーク、すなわち、所定数を３とする第１選択ピークの中には、計測対象１０の位置７８．５メートルに対応する第４ピークは含まれない。このような場合、第１ピークを距離値とする一般的な計測方法では、計測対象１０の位置７８．５メートルを得ることは出来ない。

次に、図１２に基づき、前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ内で得られた隣接距離ＮＤｉｓを説明する。
図１２は、図１１の左上図に対応する図であり、前フレームｆ（ｍ－１）において時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に基づき、隣接領域Ａｄ内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）を示す図である。ここで、隣接領域Ａｄの中心座標（ｘ、ｙ）を太線で示す。例えば、隣接距離値ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）は、５メートル、８０メートルとＮＵＬＬを示している。５メートルは計測対象１０以外の物体までの距離を示し、８０メートルは計測対象１０までの距離を示し、ＮＵＬＬは、例えば背景の空間領域や道路などであり、信頼度が低く測定値を棄却したことを示している。

次に、図１３に基づき、前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ内で得られた隣接距離ＮＤｉｓを用いて、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の第２選択ピークを選択する方法を説明する。
図１３は、選択部２２０の選択処理の一例を示す図である。図１３に示すように、例えば５メートル、８０メートルは、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ（図１２）内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）を示している。第４ピークが計測対象１０に対応している。なお、フレーム周期を２０ｆｐｓとすれば、レーザ光Ｌ１の照射間隔は５０ｍｓとなる。これにより、図１２の自動車の相対速度＝（８０ｍ－７８．５ｍ）／５０ｍｓ＝１０８Ｋｍ／ｈとなる。

選択部２２０は、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の第１選択ピークを大きい方から所定数選択（第１～第３ピーク）し、前フレームｆ（ｍ－１）における隣接距離値（５メートル、８０メートル）の情報を用いて、現フレームｆ（ｍ）フレームにおける時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の所定の第２選択ピーク（第４ピーク）を更に選択する。ここで、第１選択ピークの所定数は例えば３である。例えば、選択部２２０は、隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）及び相対速度値Ｖ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に基づく、時間範囲に対応するピークを選択する。なお、時間は距離に対応するので、時間範囲は距離範囲に対応する。

より具体的には、選択部２２０は、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ（図１２）内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に対応する時間範囲の値を係数Ｋとし、他の範囲を例えば０とした時系列な値を有する積算フィルタ（ウィンドウ）を時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）に乗算する。Ｋは例えば１である。例えば、隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）の一つが８０メートルであれば、８０メートルを光速で除算し、２倍した時間を中心とした所定範囲が、隣接距離８０メートルに対応する時間範囲である。この時間範囲が積算フィルタの幅に対応する。ここで、積算フィルタの開始起点は例えば図９のｔ０である。すなわち、積算フィルタの範囲は例えばｔ０～ｔ７ or ｔ０～ｔ３に対応する。

次に図１４に基づき、積算フィルタ（ウィンドウ）の幅と相対速度との関係を説明する。選択部２２０は、積算フィルタの幅を相対速度Ｖ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に応じて設定する。例えば、選択部２２０は、相対速度値Ｖ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）が小さくなるに従い、積算フィルタの範囲を小さくする。

図１４は、積算フィルタと環境光との関係を概念的に示す図である。上図は相対速度がより大きい場合の積算フィルタ（ウィンドウ）の幅を示し、下図は上図よりも相対速度が小さい場合の積算フィルタ（ウィンドウ）の幅を示す。横軸は、レーザ光Ｌ１が照射されてからの時間を示す。すなわち、横軸は距離に換算される。このように、相対速度がより小さくなるに従い、積算フィルタの幅をより狭く設定することにより、環境光ノイズの影響をより抑制可能となる。

選択部２２０は、この積算フィルタ処理により得られたピークを、第２選択ピークとして選択する。そして選択部２２０は、所定の選択ピークとして、第１選択ピークに第２選択ピークを加える処理を行う。例えば、隣接領域Ａｄ（図１２）内で得られた隣接距離が５種類ある場合には、積算フィルタ（ウィンドウ）においてＫが１となる範囲は５箇所となる。Ｋが１となる範囲は、相対速度値Ｖ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）に基づく幅に対して時間的なマージンを持たせた範囲である。

また、選択部２２０は、隣接領域Ａｄ（図１２）の範囲をフレーム間で計測対象１０が移動する範囲に基づき設定する。これらにより、計測対象１０が想定される相対速度内で移動しても、計測対象１０に対応するピークを第２選択ピークに含めることが可能となる。なお、本実施形態に係る積算フィルタにおいて、Ｋが１となる範囲外の値を０としているがこれに限定されず、例えば０．１などの数値を与えても良い。

このように、選択部２２０は、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとの第１選択ピークとしてピーク値の大きい方から所定数選択し、前フレームｆ（ｍ－１）における隣接距離値ＮＤｉｓｔ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の情報を用いて、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとの第２選択ピーク値を更に選択する。すなわち、選択部２２０は、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとに対応するレーザ光Ｌ１（ｎ）（ｎ＝ＨＮ×（ｙ－１）＋ｘ）の照射方向から所定の範囲内の方向に照射した前フレームｆ（ｍ－１）のレーザ光Ｌ１（ｎ）（ｎ＝ＨＮ×（Ｙ－１）＋Ｘ、ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に基づく隣接距離値ＮＤｉｓｔ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を取得し、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとに隣接距離値ＮＤｉｓｔ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）に対応する範囲の第２ピーク値を選択する。

また、選択部２２０は、輝度信号Ｂ（ｍ）のＳ／Ｎ比が所定値を超える場合には、第２選択ピークを選択しないように構成する。Ｓ／Ｎ比が良い場合には、第２選択による効果は殆ど無く、かつそのデメリットのみが残る。例えばデノイズの閾値が若干増大してしまう。このため、Ｓ／Ｎ比が良い場合には、第２選択ピークを選択しないことにより、測距結果を向上できる。

これらの説明から分かるように、所定の選択ピークとして第１選択ピークに第２選択ピークを加えることが可能となる。例えば、ノイズなどが混在した際に、第１選択ピークしか選択していない場合には、計測対象１０に対応する第４ピークなどが選択されない場合がある。これに対して、隣接距離値ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に対応する第２選択ピークを選択することにより、第４ピークなどが第１選択ピークに含まれない場合にも、計測対象１０からの反射光に基づくピークを第２選択ピークに含めることが可能となる。更に、相対速度値Ｖ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）が小さくなるに従い、積算フィルタの範囲を小さくするので、環境光の影響を低減できる。

本実施形態では、前フレームの時系列輝度信号（ＡＤＣ結果あるいはその積算結果）を保持せず、その結果を直接積算しない。そして、その検出結果のみを記憶部２１に保持する。このため、前フレームの古い結果による、誤測距や測距誤差の増大の可能性を少なくできる。例えば、現フレームのピークが存在しない図１３の５ｍに該当する積算フィルタは測距結果に影響せず、誤測距の原因とはならない。また、前フレームの時系列の輝度信号を保持する必要がないため、それを保持した場合と比べて記憶部２１の記憶容量を２パーセント未満に抑えることが可能となる。例えば、水平４５０画素と垂直１９２画素のフレームに対して、従来の積算方法ＳＡＴに対して、～１．７３ＭＢの追加で実装可能である。前フレームのＡＤＣ結果のデータ量９５ＭＢと比べて１．８％に収まっている（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、選択部２２０で選択された各ピークの信頼度Ｒ１を生成する信頼度生成部２２２の詳細な処理例を説明する。信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、現フレームｆ（ｍ）の情報を用いる第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）と、前フレームのｆ（ｍ－１）の情報も用いる第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ｐ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）とで構成される。

（１）式で示す信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の計算に必要となる情報は、記憶部２１に記憶されている。すなわち、記憶部２１は、現フレームｆ（ｍ）のピークｐの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ｐ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）及び対応する輝度値Ｌｕｍｉ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ｐ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）と、前フレームｆ（ｍ－１）のピークｐの距離値Ｄ（ｐ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｐ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）及び対応する輝度値Ｌｕｍｉ（ｐ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｐ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）と、現フレームｆ（ｍ）の環境光の情報ＮＣ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）、及び前フレームｆ（ｍ－１）の環境光の情報ＮＣ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ ｙ＜ＶＮ）、を記憶している。ここで、環境光の情報ＮＣ（ｍ、ｘ、ｙ）は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）のＳ／Ｎを示す値に関連する情報である。

ここで、ｐは、選択部２２０により選択されたピークの番号であり、ピークの大きさの順番に対応している。例えばｐ＝１は第１ピークを示し、ｐ＝２は第２ピークを示す。ＰＮは、選択部２２０により選択されたピークの数であり、隣接領域Ａｄ（図１２）内で得られた隣接距離により選択された数に基づいている。距離値Ｄ（ｐ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｐ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）はｐ＝１であるので、ピークｐの距離値Ｄ（１、ｍ－１、ｘ、ｙ）は距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と同一の値である。

（１）式で示す信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、例えば（２）式で示す第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）の二乗と、（３）式で示す第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）の二乗と加算値の平方根である。

第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、現フレームｆ（ｍ）のピークｐの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ｐ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を用いた信頼度である。ここで、ｎｄ１とｎｄ２は、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域の範囲を示す定数である。例えばｎｄ１＝３、ｎｄ２＝３である。

（２－１）式で示す関数Ｑ１１（Ｄ１－Ｄ２）は、距離値Ｄ１と距離値Ｄ２との距離がｓｑｒｔ（Ｄ１）の所定数Ｃ１倍以内であれば１を示し、大きければ０を示す。別の例では、ｋｓ（Ｄ１）＝ｍａｘ（Ｃ１×ｓｑｒｔ（Ｄ１）、Ｃ２）としてもよい。これにより、（２）式で示す第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離ｃ１×ｓｑｒｔ（Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ））内の距離値を有する隣接領域内のピークａの輝度値の二乗和を示している。Ｃ１、Ｃ２は定数である。

（２）式で示す関数Ｑ２１（Ｌｕｍｉ）は、Ｌｕｍｉが環境光の情報に基づく閾値ＴＨ以下であればＬｕｍｉを出力し、ＴＨより大きければ０を出力する。すなわち、ＴＨより大きければ、関数Ｑ２１（Ｌ）が０を出力することにより、Ｓ／Ｎが所定値よりも大きなピークを第１信頼度Ｒ１１の演算から除くことが可能となる。

環境光値ＮＣ１（ｍ，ｘ，ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の情報は、現フレームｆ（ｍ）及び前フレームｆ（ｍ－１）の座標（ｘ、ｙ）ごとに記憶部２１に記憶してもよい。この場合、（２）式では、座標（ｘ、ｙ）ごとに環境光値ＮＣ１（ｍ，ｘ，ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）に基づく閾値ＴＨ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を用いる。

これらから分かるように、ピークｐに対して隣接領域内に同等の距離値を有するピークａがより多く存在し、そのピークの輝度値が大きくなるに従い第１信頼度Ｒ１１はより大きくなる。計測対象１０に対応するピークｐは、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａが発生するため、第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）はより大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、ノイズに対応するピークｐの第１信頼度Ｒ１１は、測計測対象１０に対応するピークｐの第１信頼度Ｒ１１よりも小さくなる。

第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ｐ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、前フレームｆ（ｍ－１）のピークｐの距離値Ｄ（ｐ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｐ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を用いた信頼度である。（３）式に示すように、ピークｐの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離ｋｐ内の距離値を有する隣接領域内のピークｐの輝度値の二乗和を示している。また、ｐ＝１とすることにより、記憶部２１の記憶量を抑制可能である。すなわち、距離値Ｄ（ｐ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｐ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、前フレームで決定された座標（ｘ、ｙ）に対応するＤｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）である。

（３）式で示す関数Ｑ２１（Ｌｕｍｉ）は、（２）式と同様に、Ｌｕｍｉが環境光の情報に基づく閾値ＴＨ以下であればＬｕｍｉを出力し、ＴＨより大きければ０を出力する。すなわち、ＴＨより大きければ、関数Ｑ２１（Ｌ）が０を出力することにより、Ｓ／Ｎが所定値よりも大きなピークを第１信頼度Ｒ１１の演算から除くことが可能となる。

（４－１）、（４－２）式で示すように、Ｑ１３は、ウィンドウを規定する判別関数であり、このウィンドウは前フレームの距離Ｄ１とその変化量であるＶ×Δｔにより決まる。ここで、Ｖ１は、前フレームの距離Ｄ１に対応する相対速度である。すなわち、前フレームの距離Ｄ（ａ、ｍ－１、Ｘ、Ｙ）には、相対速度Ｖ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）が対応する。Δｔはレーザ光Ｌ１の照射間隔であり、このため、変化量Ｖ×Δｔは計測対象１０の動きを意味する。このウィンドウは、相対速度Ｖが小さければ、それだけ狭くなり、環境光ノイズの影響が低減される。例えばＱ１３は、（４－１）式の条件を満たす場合に１を出力し、それ以外の場合に０を出力する。

（４－２）式で示すように、計測対象１０の動きを許容するため、閾値ｋｐは進行方向の相対速度Ｖの絶対値に依存する分だけ、（２－２）で示す閾値ｋｓよりも大きく設定される。探索ウィンドウＱ１３は、相対速度Ｖが小さくなるに従い狭くなる。これにより、環境ノイズの影響を低減できる。

これらから分かるように、前フレームｆ（ｍ－１）の隣接領域内に、ピークｐに対応する計測対象１０の相対速度を考慮した距離と、同等の距離を有するピークａが多く存在し、そのピークａの輝度値が大きくなるに従い第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は大きくなる。計測対象１０に対応するピークｐは、前フレームｆ（ｍ－１）においても計測対象１０の相対速度Ｖを考慮した距離と同等の距離を有する。このため、計測対象１０に対応するピークｐの隣接領域内に、計測対象１０の相対速度を考慮した距離と同等の距離値を有するピークａがより多く発生する。これにより、計測対象１０に対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２は、より大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、隣接領域内に、計測対象１０の相対速度を考慮した距離と同等の距離値を有するピークａはノイズの発生確率に従い少なくなる。このため、ノイズに対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２は、計測対象１０に対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２よりも一般に小さくなる。

このように、計測対象１０に対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、前フレームｆ（ｍ－１）及び現フレームｆ（ｍ）における隣接領域内に、計測対象１０の相対速度を考慮した距離と同等の距離を有するピークａがより多く存在し、そのピークａの輝度値が大きくなるに従い信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）はより大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、隣接領域内に計測対象１０の相対速度を考慮した同等の距離値を有するピークａは少なくなる。このため、ノイズに対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、計測対象１０に対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）よりも一般に小さくなる。

ここで、前述の「相関性に基づく判別方法」および判定部２２６についての詳細を説明する。判定部２２６は、（５）式で示す評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）に基づき、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）ごとに時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）と対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）が同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるかを判定する。評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）と対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）が同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号である可能性が高くなるにしたがい高い値を出力する。このように、同一計測対象から反射された情報を用いて、速度などを求めることにより、信頼度の正確さを向上させる。また、積算技術を組み合わせることにより、更に計測結果を改善（測距成功率を高める、距離精度を高める）することが可能になる。

判定部２２６は、評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）が所定値以上である場合に、同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であると判定する。評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）は、距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）と、ピーク評価値Ｅ２（ｍ、ｘ、ｙ）と、環境光評価値Ｅ３（ｍ、ｘ、ｙ）とに基づき演算される。ｃｅ１、ｃｅ２、ｃｅ３は、定数である。また、判定部２２６は、ｃｅ１、ｃｅ２、ｃｅ３のいずれかのみを１とし、他の定数を０とすることも可能である。すなわち、判定部２２６は、距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）、ピーク評価値Ｅ２（ｍ、ｘ、ｙ）、環境光評価値Ｅ３（ｍ、ｘ、ｙ）のいずれかに基づく評価を行うことも可能である。

（６）式で示すように、距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）とに基づく評価値である。上述のように、Δｔは、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）に対応するレーザ光Ｌ１の照射タイミングｔ（ｍ－１，ｘ、ｙ）と時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）に対応するレーザ光Ｌ１の照射タイミングｔ（ｍ，ｘ、ｙ）との時間差である。例えば関数ＦＥ１（ｘ）は、ｘの値が小さくなるほど大きな値を出力する関数である。また、関数ＦＥ１（ｘ）は、ｘの値が所定値未満になると定数を出力する非線形な関数である。ｃｅ４は定数である。

このように、距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）との差分値の絶対値と、対象物の移動距離（Ｖ（ｍ－１、ｘ、ｙ）×Δｔ））を考慮した距離値の絶対値との差が小さくなるほど大きな評価値を出力する。なお、ｃｅ４を０として距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）を演算してもよい。この場合、距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）との差分値の絶対値が小さくなるに従い大きな評価値を出力する。また、この場合には、Ｖ（ｍ－１、ｘ、ｙ）の情報がない場合にも距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）を演算可能である。

（６）式からわかるように、例えば、ｃｅ２、ｃｅ３を０とする場合、判定部２２６は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）との差分値の絶対値が、時間差Δｔに基づく所定値、すなわち移動距離（Ｖ（ｍ－１、ｘ、Ｙ）×Δｔ））の絶対値に基づく距離値以内である場合に、同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であると判定することが可能である。また、ｃｅ２、ｃｅ３、ｃｅ４を０とする場合、判定部２２６は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）との相関性に基づき、同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるか否かを判定可能である。すなわち、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）との差分値の絶対値が所定値以下である場合に、同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるか否かを判定可能である。

また、ピーク評価値Ｅ２（ｍ、ｘ、ｙ）は、輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）とに基づく評価値である。Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）に対応するピークの輝度値であり、Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）に対応するピークの輝度値である。ピーク評価値Ｅ２（ｍ、ｘ、ｙ）の詳細は後述する。

さらにまた、環境光評価値Ｅ３（ｍ、ｘ、ｙ）は、環境光の大きさを示す累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（Ｔ）と累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）とに基づく評価値である。累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（Ｔ）は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）に対応する環境光の情報であり、累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）に対応する環境光の情報である。環境光評価値Ｅ３（ｍ、ｘ、ｙ）の詳細は後述する。なお、本実施形態に係る累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（Ｔ）が第１環境光に関する値に対応し、累積値Ａｔ（ｍ１、ｘ、ｙ）（Ｔ）が第２環境光に関する値に対応に対応する。

ここで、図１５に基づき、ピーク評価値Ｅ２（ｍ、ｘ、ｙ）の詳細を説明する。図１５は、現フレームの時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）と前フレームの時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）の例を示す図である。横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は輝度信号値を示す。

図１５（Ａ）は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）に基づくピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）を示し、図１５（Ｂ）は、同一計測対象１０に基づき得られた時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）におけるピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）を示し、図１５（Ｃ）は、異なる対象物に基づき得られた時系列輝度信号Ｂ’（ｍ－１、ｘ、ｙ）におけるピークの輝度値Ｌ’ｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）を示す。

図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、同一計測対象１０から反射された反射光に基づくピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）と、輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）とは、同じ値を示す傾向が見られる。一方で、図１５（Ｃ）に示すように、ピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）と、異なる計測対象１０から反射された反射光に基づくピークの輝度値Ｌ１’ｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）とは、異なる値を示す傾向が見られる。

このため、判定部２２６は、（６）式に示すように、輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）と、輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）との相関性に基づき判定する。すなわち、この判定部２２６は、輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）と、輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）との値が近づくにしたがいより大きな値を出力するピーク評価値Ｅ２（ｍ、ｘ、ｙ）を演算する。関数ＦＥ２（ｘ）は、例えばｘが１のとき、最大値を示し、ｘの値が１から乖離するにしたがい値が小さくなる非線形な関数である。これにより、ピーク評価値Ｅ２（ｍ、ｘ、ｙ）は、ピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）と、ピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）との比率が１のとき、最も高い値を示し、１から乖離するにしたがい小さな値を示す。また、記憶部２１には、Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）が記憶される。

また、（８）式に示すように、単なる比率でなく、オフセットα、最小値βを関数ＦＥ２（ｘ）に加えることも可能である。

ここで、図１６に基づき、環境光評価値Ｅ３（ｍ、ｘ、ｙ）の詳細を説明する。図１６は、現フレームの時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（ｔ）と前フレームの時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）の累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｔ）との例を示す図である。横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は輝度信号値を示す。累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（ｔ）は、環境光の大きさに従い変動する値であり、環境光の情報の一例である。

図１６（Ａ）は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）に基づく累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（ｔ）を示している図である。矢印の時間範囲ＴＡが累積を行う時間範囲を示している。図１６（Ａ）中の累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（ｔ）は、（９）式に示すように、時間範囲ＴＡを順に０からサンプリングの終了時まで移動させながら時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の累積を行った結果を示している。ここで、Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）、Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）をサンプリングタイミングｔの関数として、Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（ｔ）、Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｔ）で表記する。

図１６（Ｂ）は、（１０）式に示すように、同一計測対象１０に基づき得られた時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）の累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｔ）を示し、図１６（Ｃ）は、異なる対象物に基づき得られた時系列輝度信号Ｂ’（ｍ－１、ｘ、ｙ）における累積値Ａ’ｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｔ）を示す。

図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、同一計測対象１０から反射された反射光に基づく時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）の累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｔ）は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（ｔ）と同等となる傾向を示す。一方で、図１６（Ａ）、（Ｃ）に示すように、異なる物体から反射された反射光に基づく時系列輝度信号Ｂ’（ｍ－１、ｘ、ｙ）の累積値Ａ’ｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｔ）は、累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（ｔ）と値が異なる傾向を示す。

このため、判定部２２６は、（１１）式に示すように、累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）と、Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（Ｔ）とのとの相関性に基づき判定する。すなわち、この判定部２２６は、輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）と、輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）との値が近づくにしたがいより大きな値を出力するピーク評価値Ｅ３（ｍ、ｘ、ｙ）を演算する。関数ＦＥ３（ｘ）は、例えばｘが１のとき、最大値を示し、ｘの値が１から乖離するにしたがい値が小さくなる非線形な関数である。これにより、環境光評価値Ｅ３（ｍ、ｘ、ｙ）は、累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）と、累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（Ｔ）との比率が１のとき、最も高い値を示し、１から乖離するにしたがい小さな値を示す。（１１）式では、任意の固定時間Ｔの間に測定された時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（ｔ）、Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（ｔ）の累積値を用いている。すなわち、記憶部２１には、環境光の情報として、Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）が記憶される。

また、（１２）式に示すように、単なる比率でなく、オフセットα、最小値βを関数ＦＥ３（ｘ）に加えることも可能である。

以上が本実施形態に係る構成の説明であるが、以下に本実施形態に係る距離計測装置５の動作例を詳細に説明する。

図１７は、本実施形態による距離計測装置５の処理動作を説明するフローチャートである。
図１８は、距離値、ピークの輝度値、環境光の情報を求めて記憶する処理動作を説明するサブルーティンのフローチャートである。図１７、１８に基づき、距離計測装置５の処理動作例を説明する。ここでは、信号生成部２０が時系列輝度信号Ｂを生成した後の処理例を説明する。

図１７に示すように、信号処理部２２（図１０）は、前フレームの距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）、ピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）、環境光の情報である累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（Ｔ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を記憶部２１から読み出し保持する（ステップＳ１００）。距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）、ピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）、累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）、などが記憶されていない場合には、引き数Ｍ＝ｍ－１をサブルーティン（図１８）に引き渡し、演算する。

続けて、信号処理部２２は、引き数Ｍ＝ｍをサブルーティン（図１８）に引き渡し、現フレームの距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）、ピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）、環境光の情報である累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を演算し、記憶部２１に保持する（ステップＳ１０２）。

次に、信号処理部２２の判定部２２６（図１０）は、ｎに０を設定し（ステップＳ１０４）、ｘ座標と、ｙ座標を演算する（ステップＳ１０６）。判定部２２６は、ｘ＝ｎ－［ｎ÷ＨＮ］×ＨＮ、ｙ＝［ｎ÷ＨＮ］として演算する。

次に、判定部２２６は、（５）式で示す評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）を演算する（ステップＳ１０８）。続けて、判定部２２６は、評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）が所定値Ｔｈｅ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。判定部２２６は、評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）が所定値Ｔｈｅ以上である場合（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、時系列輝度信号（ｍ－１、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号（ｍ、ｘ、ｙ）とが同一計測対象１０から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であると判定する。

次に、速度演算部２３０（図１０）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）に基づき、相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）を演算し、記憶部２２に記憶する（ステップＳ１１２）。

一方で、判定部２２６は、評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）が所定値Ｔｈｅ以上でない場合（ステップＳ１１０のＮＯ）、時系列輝度信号（ｍ－１、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号（ｍ、ｘ、ｙ）とが同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号でないと判定する。続けて判定部２２６は、同一計測対象から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であるか否かを示す識別情報Ｉｄ（ｍ、ｘ、ｙ）を記憶部２１に記憶する（ステップＳ１１４）。

次に、判定部２２６は、ｎがＮ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。判定部２２６は、ｎがＮ未満であると判定した場合（ステップＳ１１６のＹＥＳ）、ｎに１を追加し（ステップＳ１１８）、ステップＳ１０６からの処理を繰り返す。

一方で、判定部２２６は、ｎがＮ未満であると判定しない場合（ステップＳ１１６のＮＯ）、出力部２２８は座標（ｘ、ｙ）に関連付けられた識別情報を計測情報処理装置４００に出力し（ステップＳ１２０）、全体処理を終了する。

図１８に示すように、信号処理部２２（図１０）は、引き数Ｍの値を取得する（ステップＳ１０００）。続けて、信号処理部２２は、ｎに０を設定し（ステップＳ１００２）、ｘ座標と、ｙ座標を演算する（ステップＳ１００４）。信号処理部２２は、ｘ＝ｎ－［ｎ÷ＨＮ］×ＨＮ、ｙ＝［ｎ÷ＨＮ］として演算する。

次に、信号処理部２２の選択部２２０（図１０）は、時系列輝度信号Ｂ（Ｍ、ｘ、ｙ）を取得し（ステップＳ１００６）、ＰＮ個のピークを選択する（ステップＳ１００８）。続けて、信頼度生成部２２２は、選択部２２０が選択したピークごとに信頼度Ｒ１（ｐ、Ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ）を生成する（ステップＳ１０１０）。

次に、計測処理部２２４（図１０）は、距離値Ｄｉｓ（Ｍ、ｘ、ｙ）、輝度値Ｌｕｍｉ（Ｍ、ｘ、ｙ）を演算し、判定部２２６（図１０）は、累積値Ａｔ（Ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）を演算する（ステップＳ１０１２）。ここで、計測処理部２２４は、信頼度Ｒ１（ｐ、Ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ）のうちから最大値を示すピークを選択し、距離値Ｄｉｓ（Ｍ、ｘ、ｙ）、輝度値Ｌｕｍｉ（Ｍ、ｘ、ｙ）を演算する。

次に、計測処理部２２４は、距離値Ｄｉｓ（Ｍ、ｘ、ｙ）、輝度値Ｌｕｍｉ（Ｍ、ｘ、ｙ）、累積値Ａｔ（Ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）を記憶部２１に記憶する（ステップＳ１０１４）。

次に、信号処理部２２は、ｎがＮ未満であるか否かを判定し（ステップＳ１０１６）、ｎがＮ未満であると判定した場合（ステップＳ１０１６のＹＥＳ）、ｎに１を加算して（ステップＳ１０１８）、ステップＳ１００４からの処理を繰り返す。

一方で、信号処理部２２は、ｎがＮ未満でないと判定した場合（ステップＳ１０１６のＮＯ）、全体処理を終了する。

以上のように本実施形態によれば、信号処理部２２が、前フレームの距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）、ピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ－１、ｘ、ｙ）、環境光の情報である累積値Ａｔ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（Ｔ）と、現フレームの距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）、ピークの輝度値Ｌｕｍｉ（ｍ、ｘ、ｙ）、環境光の情報である累積値Ａｔ（ｍ、ｘ、ｙ）（Ｔ）と、を演算する。続けて、判定部２２６は、（５）式で示す評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）を演算し、評価値Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）が所定値Ｔｈｅ以上である場合、時系列輝度信号（ｍ－１、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号（ｍ、ｘ、ｙ）とが同一計測対象１０から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であると判定する。そして、速度演算部２３０は、同一計測対象１０から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であると判定された場合に、相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）を演算する。このように、時系列輝度信号（ｍ－１、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号（ｍ、ｘ、ｙ）とが同一計測対象１０から反射された反射光に基づく時系列輝度信号であると判定される場合に、速度演算部２３０が相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）を演算するので、より高精度に相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）を演算することができる。

記憶部２１に保持された判別情報は、測距結果の距離と共に、距離計測装置５から出力インターフェース２３を介して外部、例えば計測情報処理装置４００や運転支援装置５００に出力される。このため、出力後に、距離値（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値（ｍ、ｘ、ｙ）の差から速度を求めることが可能である。この場合は、距離計測装置５は速度を求める必要はない。特に、省メモリモードにて、判別情報が１ビットの場合は、外部への転送が軽微となる。また、第２実施形態に後述する様に、判別情報に基づいて、物体認識を行うことが可能である。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例に係る距離計測装置５のミラー１５がより高速で駆動される点で第１実施形態に係る運転支援システム１と相違する。以下では、第２実施形態に係る運転支援システム１と相違する点に関して説明する。

図１９は、高速フレームにおけるレーザ光の計測対象上の照射位置を拡大して示す模式図であり、図１９に基づき一フレームの中でレーザ光Ｌ１の照射範囲が重複する例を説明する。図１９に示すように、レーザ光Ｌ１がエリアＡ１０を照射した後に、レーザ光Ｌ１がエリアＡ１２を照射する。このため、エリアＡ１０とエリアＡ１２とが重複するエリアＡ１４が発生する。第１実施形態の変形例に係るミラー１５（図２）のデバイスは、例えばＭＥＭＥＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）により構成される。

このため、エリアＡ１４では、エリアＡ１０を照射した際の時系列輝度信号Ｂｓ（ｍｓ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＳＨＮ、０≦ｙ＜ＳＶＮ）と、エリアＡ１２を照射した際の時系列輝度信号Ｂｓ（ｍｓ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＳＨＮ、０≦ｙ＜ＳＶＮ）が生成される。ここで、ｍｓは、エリアＡ１４のフレーム番号を示し、ＳＨＮは、エリアＡ１４の水平方向の座標範囲を示し、ＳＶＮは、エリアＡ１４の垂直方向の座標範囲を示す。すなわち、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を時系列輝度信号Ｂｓ（ｍｓ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＳＨＮ、０≦ｙ＜ＳＶＮ）で置き換え、Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を時系列輝度信号Ｂｓ（ｍｓ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＳＨＮ、０≦ｙ＜ＳＶＮ）で置き換えることが可能である。例えば時系列輝度信号Ｂｓ（ｍｓ－１、ｘ、ｙ）に対応するレーザ光の発光タイミングと時系列輝度信号Ｂｓ（ｍｓ、ｘ、ｙ）に対応するレーザ光の発光タイミングとの差が１０ミリ秒であり、計測対象１０の相対速度Ｖが時速４０キロメートルの場合、距離差は１１．１センチメートルであり、距離装置５の測定精度内である。

以上のように本変形例によれば、一フレームの間に重複するエリアＡ１４を生成することとした。これにより、エリアＡ１４では、一フレームの照射時間内において第１実施形態に係る距離計測装置５と同等の測定値を得ることが可能となる。すなわち、識別情報Ｔ（ｍｓ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＳＨＮ、０≦ｙ＜ＳＶＮ）、距離値Ｄｉｓ（ｍｓ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＳＨＮ、０≦ｙ＜ＳＶＮ）、距離値Ｄｉｓ（ｍｓ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＳＨＮ、０≦ｙ＜ＳＶＮ）及び、速度演算部２３０が演算する相対速度Ｖ（ｍｓ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＳＨＮ、０≦ｙ＜ＳＶＮ）などを得ることが可能である。このように、同一計測対象からの反射光に基づく時系列輝度信号Ｂｓ（ｍｓ、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号Ｂｓ（ｍｓ－１、ｘ、ｙ）とを相対速度Ｖ（ｍｓ、ｘ、ｙ）の演算に用いることができ、より高速に相対速度Ｖ（ｍｓ、ｘ、ｙ）を得ることが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る運転支援システム１は、距離計測装置５が、レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を、ＡＤ変換器２０ｂを用いずに時間デジタル変換器（ＴＤＣ：Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が信号化した計測信号に基づき、計測対象１０までの距離を計測する第２距離計測部３００ｂを更に備える点で、第１実施形態に係る運転支援システム１と相違する。

また、計測情報処理装置４０が記憶部４０ａと、認識処理部４０ｂと、速度演算部２３０を備える点で第１実施形態に係る運転支援システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る運転支援システム１と相違する点に関して説明する。すなわち、第１距離計測部３００ａでは、ＡＤ変換器２０が用いられていたが、本実施形態に係る第２距離計測部３００ｂでは、信号の生成に時間デジタル変換器である第１ＴＤＣ２６ｂ、第２ＴＤＣ２６ｄが用いられる点で相違する。

まず、図２０に基づき、本実施形態に係る距離計測装置５の構成例を説明する。図２０は、第２実施形態に係る距離計測装置５の構成例を示す図である。図２０に示すように、距離計測装置５は、第２距離計測部３００ｂを更に備えている。第２距離計測部３００ｂは、第２増幅器２４と、時間取得部２６と、距離計測部２８とを有する。計測情報処理装置４０は、記憶部４０ａと、認識処理部４０ｂと、速度演算部２３０とを有する。本実施形態に係る速度演算部２３０は、信号処理部２２内に設けられる代わりに、計測情報処理装置４０内に設けられる。すなわち、記憶部２１に保持された判別情報は、測距結果の距離と共に、距離計測装置５から出力インターフェース２３を介して外部装置である計測情報処理装置４０に出力される。このように、本実施形態に係る速度演算部２３０は、判別情報が計測情報処理装置４０に出力された後に、第１距離計測部３００ａが測定した距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）の差、又は第２距離計測部３００ｂの測定した距離値Ｄｉｓ２（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）の差から速度を求める。なお、図２０に記載のブロック図は、信号例であり、順序、配線はこれに限定されない。

第２距離計測部３００ｂの距離測定精度は、計測対象１０までの距離が近距離の場合、例えば２０メートル以内の場合に、第１距離計測部３００ａよりも高くなる。このため、本実施形態に係る距離計測装置５は、近距離の場合の測定距離に関し、第２距離計測部３００ｂの測定した距離Ｄｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を用いる点で第１実施形態と相違する。

第２増幅器２４は、例えばトランスインピーダンスアンプ（Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）であり、反射光Ｌ２に基づく計測信号を増幅する。第２増幅器２４は、例えばセンサ１８の電流信号を計測信号としての電圧信号に増幅変換する。

時間取得部２６は、レーザ光Ｌ１の反射光を信号化した計測信号が第１閾値に達する立ち上がり時間と、第１閾値に達した後に第２閾値に達する立ち下がり時間と、を取得する。
距離計測部２８は、時間取得部２６が取得した立ち上がり時間に第１重み係数で重み付けした第１時間、及び時間取得部２６が取得した立ち下がり時間に第２重み係数で重み付けした第２時間に基づくタイミングと、レーザ光Ｌ１の照射タイミングとの時間差に基づいて、計測対象１０までの距離を計測する。

次に、図２１及び２２に基づき、時間取得部２６、及び距離計測部２８の詳細を説明する。
図２１は、時間取得部２６、及び距離計測部２８の詳細な構成を示すブロック図である。図２１に示すように、時間取得部２６は、立ち上がり検出部２６ａと、第１ＴＤＣ２６ｂと、立ち下がり検出部２６ｃと、第２ＴＤＣ２６ｄとを有する。距離計測部２８は、距離計測処理部２８ａを有する。なお、図２１に記載のブロック図は、信号例であり、順序、配線はこれに限定されない。

図２２は、時間取得部２６による計測信号の立ち上がり時間、及び立ち下がり時間の一例を示す図である。図２２の横軸はレーザ光Ｌ１の発光時刻からの経過時間を示し、縦軸は計測信号の信号値を示す。ここでは、計測信号のピークタイミングＴＬ２における値が異なる２種類の信号を図示している。計測信号が第１閾値Ｔｈ１に達する立ち上がり時間Ｔｕｐと、第１閾値に達した後に計測信号が低下して第２閾値Ｔｈ２に達する立ち下がり時間Ｔｄｎとをそれぞれ２種類の計測信号に対して示している。

図２１に示すように、立ち上がり検出部２６ａは、例えば比較器であり、第２増幅器２４が出力する計測信号の信号値と第１閾値とを比較し、計測信号の値が第１閾値を超えた時刻に立ち上がり信号を出力する。すなわち、立ち上がり検出部２６ａは、正理論により計測信号が第１閾値に達すると、立ち上がり信号を出力する。

第１ＴＤＣ２６ｂは、例えば時間デジタル変換器（ＴＤＣ：Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であり、レーザ光Ｌ１が出射されてから立ち上がり検出部２６ａが立ち上がり信号を出力するまでの立ち上がり時間Ｔｕｐを計測する。すなわち、第１ＴＤＣ２６ｂは、レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を信号化した計測信号が第１閾値に達する立ち上がり時間Ｔｕｐを取得する。

立ち下がり検出部２６ｃは、例えば比較器であり、第２増幅器２４が出力する計測信号の信号値と第２閾値とを比較し、計測信号の値が第２閾値を超えた時刻に立ち下がり信号を出力する。すなわち、立ち下がり検出部２６ｃは、負理論により計測信号が第２閾値に達すると、立ち下がり信号を出力する。例えば、立ち下がり検出部２１ｂは、第１閾値に達した後に計測信号の値が低下して第２閾値に達すると立ち下がり信号を出力する。すなわち、立ち上がり信号が出力される時間は、レーザ光Ｌ１の発光時刻から計測信号が第１閾値に達した後に第２閾値に達する時間に対応する。

第２ＴＤＣ２６ｄは、例えば時間デジタル変換器（ＴＤＣ：Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であり、レーザ光Ｌ１が出射されてから立ち下がり検出部２６ｃが立ち下がり信号を出力するまでの立ち下がり時間Ｔｄｎを計測する。すなわち、第２ＴＤＣ２６ｄは、レーザ光の反射光を信号化した計測信号が第２閾値に達する立ち下がり時間Ｔｄｎを取得する。

なお、計測信号をネガティブ反転して閾値処理をしてもよい。この場合、立ち上がり検出部２６ａは、第２増幅器２４が出力する計測信号の信号値と第１閾値とを比較し、時系列に変化する計測信号の値が時間経過と共に低下し、第１閾値を超えた際に立ち上がり信号を出力する。立ち下がり検出部２６ｂは、第２増幅器２４が出力する計測信号の信号値と第２閾値とを比較し、時系列に変化する計測信号の値が時間経過と共に増加し、第１閾値に達した後に第２閾値を超えた際に立ち下がり信号を出力する。

距離計測部２８は、例えば加算器、減算器、乗算器、及び除算器を含んで構成され、時間取得部２６で取得された立ち上がり時間Ｔｕｐ（図２２）及び、及び立ち下がり時間Ｔｄｎ（図２２）に基づき、対象物までの距離を計測する。すなわち、この距離計測処理部２８ａは、立ち上がり時間Ｔｕｐ（図２２）に第１重み係数Ｗ１で重み付けした第１時間、及び立ち下がり時間Ｔｄｎ（図２２）に第２重み係数Ｗ２で重み付けした第２時間に基づくタイミングと、レーザ光の照射タイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離を計測する。例えば、距離計測処理部２８ａは、立ち上がり時間Ｔｕｐ（図２２）に第１重み係数Ｗ１で重み付けした第１時間、及び立ち下がり時間Ｔｄｎ（図２２）に第２重み係数Ｗ２で重み付けした第２時間に基づき、計測信号のピークタイミングＴＬ２に対応するタイミングＴＬ３を取得する。すなわち、タイミングＴＬ３＝第１重み係数Ｗ１×立ち上がり時間Ｔｕｐ＋第２重み係数Ｗ２×立ち下がり時間Ｔｄｎで示すことができる。本実施形態に係る第１閾値Ｔｈ１（図２２）は第２閾値Ｔｈ２（図２２）と等しいため、第２重み係数Ｗ２＝（１－第１重み係数Ｗ１）の関係がある。

このように、距離計測処理部２８ａは、計測距離＝光速×（タイミングＴＬ３－光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミングＴＬ１）／２なる式に基づき、対象物までの距離を計測する。このように、計測距離は（１）式として示すことができる。

時間取得部２６、及び距離計測部２８のそれぞれは、ハードウェアで構成される。例えば、時間取得部２６、及び距離計測部２８のそれぞれは、回路で構成される。なお、上述のように、本実施形態に係る第２しきい値Ｔｈ２は、重み係数の計算を簡略化するために、第１しきい値Ｔｈ１と同じ値にするが、これに限定されない。

本実施形態に係る判定部２２６（図１０）は、距離計測処理部２８ａが算出した計測距離Ｄｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）が所定距離Ｄｔｈ１以下である場合に、距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の演算に、Ｄｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を用いる。すなわち、距離値Ｄｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ））が所定距離Ｄｔｈ１以下である場合に、（６）式のＤｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）をＤｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）に置き換えて、距離評価値Ｅ１（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を演算する。一方で、ピーク評価値Ｅ２（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）、環境光評価値Ｅ３（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）に関しては、信号生成部２０により生成された時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）、Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）に基づき演算する。これにより、近距離における判定精度がより向上する。Ｄｔｈ１は例えば２０メートルである。

本実施形態に係る出力部２２８（図１０）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を計測情報処理装置４００に出力する。出力部２２８は、距離計測処理部２８ａが算出した距離Ｄｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ）が所定距離Ｄｔｈ１以下である場合に、Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）をＤｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ）に置き換えて、出力インターフェース２３を介して出力する。

記憶部４０ａは、記憶部２１と同等の構造である。記憶部４０ａは、出力インターフェース２３が出力する信号に含まれる情報を記憶する。すなわち、記憶部４０ａは、距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）、識別情報Ｉｄ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）などを記憶する。

速度演算部２３０は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）との差分に基づき相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を演算する。すなわち、本実施形態に係る速度演算部２３０は、距離計測処理部２８ａが算出した計測距離Ｄｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ）が所定距離Ｄｔｈ１以下である場合に、Ｄｉｓ２（ｍ、ｘ、ｙ）を用いて、相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）を演算する。

ここでは、図２３を参照しつつ、レーザ光Ｌ１の照射中心Ｏｍに対する照射方向に垂直な方向ｙの速度の演算方法を説明する。

図２３は、認識処理部４０ｂによる認識結果例を示す図である。領域Ａ２３０は、レーザ光Ｌ１の照射範囲を示し、領域Ｒ２３０は、前フレームにおいて認識処理部４０ｂが認識した同一計測対象の範囲を示し、領域Ｒ２３２は、現フレームにおいて認識処理部４０ｂが認識した同一計測対象の範囲を示している。また、点Ｏｍはレーザ光Ｌ１の照射中心である。

認識処理部４０ｂは、相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の値を２次元状の速度画像として構成し、相対速度の値でクラスタリングする。すなわち、相対速度の値が所定範囲である領域をクラスタリング処理により算出する。これにより、認識処理部４０ｂは、速度画像においてクラスタリングされた領域を同一計測対象１０の領域として認識する。ここで、速度画像とは、相対速度Ｖに関する値を二次元状に配置した画像を意味する。相対速度Ｖに関する値は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）との差分値でもよい。なお、本実施形態に係る距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と距離値Ｄｉｓ（ｍ、ｘ、ｙ）との差分値、相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）、及び相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）から距離計測装置５の速度を減じた速度が、相対速度Ｖに関する値に対応する。

また、出力インターフェース２３（図２０）が、識別情報Ｉｄ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）を出力した後では、認識処理部４０ｂは、識別情報Ｉｄを更に用いてクラスタリング処理を行ってもよい。これにより、識別情報Ｉｄ＝０である領域の情報を除くことが可能となり、二次元画像上での同一計測対象の認識精度がより向上する。計測情報処理装置４０は、距離画像、速度画像、認識処理結果を表示装置５０６に表示させる。計測情報処理装置４０は、例えば、認識処理結果として、クラスタリング処理で得られた同一計測対象の領域の輪郭線を距離画像上、速度画像上などに表示させる。

図２３に示すように、本実施形態に係る速度演算部２３０（図２０）は、認識処理部４０ｂが認識した同一計測対象の範囲Ｒ２３２の所定時間Δｔあたりのレーザ光の照射中心Ｏｍに垂直な方向ｙに対する移動距離Ｍｄに基づき、レーザ光Ｌ１の照射中心Ｏｍに対する照射方向に垂直な方向ｙの速度を演算する。すなわち、移動距離Ｍｄ÷Δｔにより、方向ｙの速度ＶＨを演算する。移動距離Ｍｄは、領域Ｒ２３２までの距離にθを乗算した値である。θはＭｄに相当する弧度法の角度であり、光学機構系２００により定められる。より具体的には、θは、移動距離Ｍｄに対応する速度画像における画素の位置及び画素数により演算可能である。

以上説明した様に、レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を信号化した計測信号に基づき計測対象１０までの距離値を計測する第２距離計測部３００ｂを更に備えることとした。これにより、計測対象１０までの計測対象１０距離値が所定値以内である場合には、第２距離計測部３００ｂ用いて計測対象１０までの第２距離値を取得し、第１距離計測部３００ａを用いて時系列輝度信号のピークの輝度値、及び第２環境光に関する値を取得することが可能となる。このため、計測対象１０距離値が所定値以内である場合における相対速度Ｖ（ｍ、ｘ、ｙ）の演算精度がより向上する。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

５：距離計測装置、１０：計測対象、２０：信号生成部、２１：記憶部、４０ｂ：認識処理部、１００：出射部、２００：光学機構系、２２０：選択部、２２２：信頼度生成部、２２４：計測処理部、２２６：判定部、２２８：出力部、２３０：速度演算部、３００ａ：第１距離計測部、３００ｂ：第２距離計測部。

Claims (19)

1. レーザ光の反射光に応じたセンサ出力に基づき生成された時系列輝度信号に処理を行う距離計測装置であって、
   第１計測対象からの前記レーザ光の反射光に基づく第１時系列輝度信号と、第２計測対象からの前記レーザ光の反射光に基づく第２時系列輝度信号とを記憶する記憶部と、
   前記第１時系列輝度信号と、前記第２時系列輝度信号との相関性に基づき、前記第１計測対象と前記第２計測対象とが同一計測対象であるか否かを判定する判定部と、
   を備え、
   前記判定部は、前記第１時系列輝度信号における所定の時間範囲の積算値に対応する第１環境光に関する値と、前記第２時系列輝度信号における所定の時間範囲の積算値に対応する第２環境光に関する値との相関性に基づき、前記判定を行う、距離計測装置。
2. 前記判定部は、前記第１時系列輝度信号に基づき得られた前記第１計測対象までの第１距離値と、前記第２時系列輝度信号に基づき得られた前記第２計測対象までの第２距離値との差分値の絶対値が、前記第１時系列輝度信号に対応する第１レーザ光の照射タイミングと、前記第２時系列輝度信号に対応する第２レーザ光の照射タイミングと、の時間差に基づく所定値以内である場合に、前記第１計測対象と前記第２計測対象とが同一計測対象であると判定する、請求項１に記載の距離計測装置。
3. 前記判定部は、前記第１時系列輝度信号における第１ピークの輝度値と、前記第２時系列輝度信号における第２ピークの輝度値との相関性に基づき、前記判定を行う、請求項１に記載の距離計測装置。
4. 前記判定部は、前記第１時系列輝度信号に基づき得られた前記第１計測対象までの第１距離値と、前記第２時系列輝度信号に基づき得られた前記第２計測対象までの第２距離値との相関性と、
   前記第１距離値に対応する前記第１時系列輝度信号における第１ピークの輝度値と、前記第２距離値に対応する前記第２時系列輝度信号における第２ピークの輝度値との相関性と、
   前記第１時系列輝度信号に対応する前記第１環境光に関する値と、前記第２時系列輝度信号に対応する前記第２環境光に関する値との相関性とに基づき、前記判定を行う、請求項１に記載の距離計測装置。
5. 前記判定が前記第１計測対象と前記第２計測対象とが同一計測対象である場合に、前記同一計測対象であることを示す識別情報を出力する出力部を更に備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の距離計測装置。
6. 前記判定が同一計測対象である場合に、前記第１時系列輝度信号に基づき得られた前記第１計測対象までの第１距離値と、前記第２時系列輝度信号に基づき得られた前記第２計測対象までの第２距離値との差分値と、
   前記第１時系列輝度信号に対応する第１レーザ光の照射タイミングと前記第２時系列輝度信号に対応する第２レーザ光の照射タイミングとの時間差と、
   に基づき、前記同一計測対象の速度に関する値を演算する速度演算部を更に備える、請求項１に記載の距離計測装置。
7. 前記第１時系列輝度信号は、前フレームにおいて異なる方向に複数回照射された前記レーザ光の反射光に基づき取得された各時系列輝度信号の中の一つであり、前記第２時系列輝度信号は、現フレームにおいて前記異なる方向に複数回照射された前記レーザ光の反射光に基づき取得された各時系列輝度信号の中の一つであり、
   前記記憶部は、前記前フレームの前記各時系列輝度信号に基づいて得られた距離値及び速度に関する情報を記憶し、
   前記第２時系列輝度信号におけるピークの中から、前記距離値及び速度に関する値に基づくピークを前記第２距離値の候補として選択する選択部を、
   更に備える、請求項６に記載の距離計測装置。
8. 前記選択部は、前記第２時系列輝度信号のピーク値の大きい順に所定数のピークを第１選択ピークとして選択し、さらに前記距離値及び速度に関する値に基づくピークを第２選択ピークとして選択する、請求項７に記載の距離計測装置。
9. 前記選択部は、第２選択ピークとして、前記距離値及び速度に関する値に基づく距離範囲に対応するピークを選択しており、前記速度に関する値が小さくなるに従い前記距離範囲を狭くする、請求項８に記載の距離計測装置。
10. 前記第１選択ピーク及び前記第２選択ピークごとに信頼度を生成する信頼度生成部と、 前記第１選択ピーク及び前記第２選択ピークごとの信頼度の中で最大値を示す信頼度に対応するピークに基づき、前記第２距離値を生成する計測処理部と、
    を更に備える、請求項９に記載の距離計測装置。
11. 前記信頼度生成部は、前記第２時系列輝度信号に対応する前記レーザ光の照射方向から所定の範囲内の方向に照射された現フレームの前記時系列輝度信号を取得し、前記選択部が選択したピークごとに対応する第２距離範囲に含まれる前記現フレームの前記時系列輝度信号ごとのピークの輝度値に基づき、前記選択したピークごとの前記信頼度を生成する、請求項１０に記載の距離計測装置。
12. 前記信頼度生成部は、前記第２時系列輝度信号に対応する前記レーザ光の照射方向から所定の範囲内の方向に照射された前記前フレームの前記時系列輝度信号を取得し、前記選択部が選択したピークごとに対応する第２距離範囲に含まれる前記前フレームの前記時系列輝度信号ごとの距離値を選択して、選択された前記距離値に対応するピークの輝度値に基づき、前記選択したピークごとの前記信頼度を生成する、請求項１０又は１１に記載の距離計測装置。
13. 前記距離範囲は、前記速度に関する値が小さくなる従い小さくする、請求項１１又は１２に記載の距離計測装置。
14. 前記レーザ光の反射光を信号化した計測信号をアナログデジタル変換した前記第２時系列輝度信号に基づき前記第２計測対象までの前記第２距離値を計測する第１距離計測部と、
    前記レーザ光の反射光を信号化した計測信号に基づき前記第２計測対象までの前記第２距離値を計測する第２距離計測部と、を備え、
    前記第２計測対象までの前記第２距離値が所定値以内である場合には、前記第２距離計測部を用いて前記第２計測対象までの前記第２距離値を取得し、前記第１距離計測部を用いて前記第２時系列輝度信号の前記第２ピークの輝度値、及び前記第２環境光に関する値を取得する、請求項４に記載の距離計測装置。
15. 前記現フレームの前記各時系列輝度信号に対応する前記速度に関する値が所定範囲である領域を前記同一計測対象の範囲として認識する認識部を更に備える、請求項７に記載の距離計測装置。
16. 前記速度演算部は、前記同一計測対象の範囲の所定時間あたりの前記レーザ光の照射中心に垂直な方向に対する移動距離に基づき、前記レーザ光の照射中心に垂直な方向の速度を求める、請求項１５に記載の距離計測装置。
17. 前記レーザ光は、一フレームの間に重複するエリアを照射しており、
    前記第１距離値、前記第１ピークの輝度値、及び前記第１環境光に関する値のうちの少なくとも前記第１距離値と、前記第２距離値、前記第２ピークの輝度値、及び前記第２環境光に関する値のうちの少なくとも前記第２距離値とは、一フレームの間に前記記憶部に記憶される、請求項４に記載の距離計測装置。
18. レーザ光の反射光に応じたセンサ出力に基づき生成された時系列輝度信号に処理を行う距離計測方法であって、
    第１計測対象からの前記レーザ光の反射光に基づく第１時系列輝度信号と、第２計測対象からの前記レーザ光の反射光に基づく第２時系列輝度信号とを記憶する記憶工程と、
    前記第１時系列輝度信号と、前記第２時系列輝度信号との相関性に基づき、前記第１計測対象と前記第２計測対象とが同一計測対象であるか否かを判定する判定工程と、
    を備え、
    前記判定工程は、前記第１時系列輝度信号における所定の時間範囲の積算値に対応する第１環境光に関する値と、前記第２時系列輝度信号における所定の時間範囲の積算値に対応する第２環境光に関する値との相関性に基づき、前記判定を行う、距離計測方法。
19. レーザ光の反射光に応じたセンサ出力に基づき生成された時系列輝度信号に処理を行う速度計測装置であって、
    第１計測対象からの前記レーザ光の反射光に基づく第１時系列輝度信号と、第２計測対象からの前記レーザ光の反射光に基づく第２時系列輝度信号と、前記第１時系列輝度信号に基づいて得られた第１距離値を記憶する記憶部と、
    前記第１時系列輝度信号と、前記第２時系列輝度信号との相関性に基づき、前記第１計測対象と前記第２計測対象とが同一計測対象であるか否かを判定する判定部と、
    前記第１距離値の情報に応じて選択したピークを含む前記第２時系列輝度信号のピークに基づき、第２距離値を取得する取得部と、
    前記判定が同一計測対象である場合に、前記第１距離値と前記第２距離値との差分値に基づき、速度に関する値を演算する速度演算部と、
    を備え、
    前記判定部は、前記第１時系列輝度信号における所定の時間範囲の積算値に対応する第１環境光に関する値と、前記第２時系列輝度信号における所定の時間範囲の積算値に対応する第２環境光に関する値との相関性に基づき、前記判定を行う、速度計測装置。

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