JP4918732B2 - 光測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は環境光のスペクトルを測定するための光測定装置及び方法に関する。

車両をより安全に走行させるためには、運転者の死角を低減するだけでなく、夜間、荒天時等の視界不良時に、車両周辺、特に車両前方の他の自動車、歩行者、自転車、その他の障害物等をいち早く検知して運転者に通知することが重要になる。近年、このような運転時の視界を補助する視界補助装置の実現に向けて様々な研究が為されている。

視界補助装置では、車両周辺の全ての物体を検知して運転者に通知すると、運転者に過剰な情報を与えることになり、運転に対する注意力を阻害してしまう。そこで、注視すべき対象物のみを運転者に通知できるように、対象物を光学的に識別する手法が検討されている。

対象物を光学的に識別するには、該対象物からの放射光や反射光等を正確に抽出しなければならず、該対象物へ照射される環境光のスペクトルを取得する光測定装置が必要になる。

なお、環境光のスペクトルを取得する手法を示したものではないが、特許文献１には、被検出光（蛍光等の放射光）の強度等を測定するために、照明光や外光等の背景光を除去するための手法が記載されている。

特許文献１では、周期が異なる２種類の背景光Ｆａ（ｔ）及びＦｂ（ｔ）の存在下で被検出光を含む光を測定する検出測定と、被検出光を含まない光を測定する参照測定とを、各背景光の周期ｆａ及びｆｂの最小公倍数の整数倍となるように時間間隔Ｔｋを設定して実施し、検出測定で取得した測定値Ｓｐｃから参照測定で取得した測定値Ｓｐｓを減算することで背景光を除去する手法が記載されている。

特開２００１−６６２５４号公報

上述したように、対象物を光学的に識別するには、該対象物からの放射光や反射光等を抽出しなければならず、そのためにはノイズ光である該対象物に照射される環境光のスペクトルを取得する必要がある。このとき、環境光のスペクトルを安定して取得できないと、対象物のスペクトルも安定して取得することができない。

例えば、周囲に環境光を遮る物が無い飛行中の航空機であれば、機体上部等に受光センサを設置することで環境光のスペクトルを直接測定することができる。しかしながら、路上を走行する車両等では、周囲に様々な人工物や自然物が存在するため、環境光のスペクトルが時々刻々と変化する。そのため、直接測定する方法では、環境光のスペクトルを安定して得るのは困難である。

本発明は上述したような背景技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、環境光のスペクトルを安定して取得できる光測定装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の光測定装置は、スペクトルが既知の光を路面へ出射する光源部と、
前記路面で反射した前記既知の光の反射光である第１の反射光を受光する第１の受光部と、
前記路面で反射した環境光の反射光である第２の反射光を受光する第２の受光部と、
前記既知の光のスペクトルのデータが予め格納された記憶部と、
前記第１の受光部で受光した前記第１の反射光のスペクトル及び前記記憶部に格納された前記既知の光のスペクトルから前記路面の反射スペクトルを算出し、前記第２の受光部で受光した前記第２の反射光のスペクトル及び算出した前記路面の反射スペクトルから前記環境光のスペクトルを算出する演算部と、
を有する。

一方、本発明の光測定方法は、光源からスペクトルが既知の光を路面へ出射し、
前記路面で反射した前記既知の光の反射光である第１の反射光を第１の受光部で受光し、
前記第１の受光部で受光した前記第１の反射光のスペクトルと予め記憶部に格納された前記既知の光のスペクトルから前記路面の反射スペクトルを算出し、
前記路面で反射した環境光の反射光である第２の反射光を第２の受光部で受光し、
前記第２の受光部で受光した前記第２の反射光のスペクトル及び算出した前記路面の反射スペクトルから前記環境光のスペクトルを算出する方法である。

本発明によれば、環境光のスペクトルを安定して取得できる。

本発明の光測定装置の一構成例を示すブロック図である。 本発明の光測定装置の処理手順を示すフローチャートである。 図２に示した路面スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。 図２に示した環境光下路面スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。 図２に示した環境光スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。 図２に示した環境光下対象物スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。 図２に示した対象物スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。

次に本発明について図面を用いて説明する。

本発明の光測定装置では、第１段階にて、スペクトルが既知の光を路面に照射し、その反射光を取得する。この取得したスペクトルのデータと予め備えた上記既知の光のスペクトルのデータとから路面の反射スペクトルを算出する。次に、第２段階にて、環境光が照射された路面の反射スペクトルを取得し、該環境光下における路面の反射スペクトルのデータと先に算出した路面の反射スペクトルのデータとを用いて環境光のスペクトルを求める。これら２段階の処理を実行することで、時々刻々と変化する環境光のスペクトルを安定して取得できる。

図１は、本発明の光測定装置の一構成例を示すブロック図である。

図１に示しように、本発明の光測定装置は、光源部１、第１の受光部２、第２の受光部３、第３の受光部４、演算部５、第１の記憶部６、第２の記憶部７及び制御部８を備え、これらが互いにデータの送受信が可能に接続された構成である。

光源部１は、例えば車体１０の下部に取り付けられ、スペクトルが既知である光（以下、既知光と称す）ａを路面１１へ向けて出射する。

第１の受光部２は、光源部１から出射され、路面１１で反射した既知光ａ（第１の反射光）を受光する受光センサである。第１の受光部２は、環境光を受光しない、例えば車体１０の下部に取り付けられる。

第２の受光部３は、路面１１で反射した環境光の反射光（第２の反射光）を受光する受光センサである。第２の受光部３は、路面１１で反射した環境光の反射光を受光できるように、例えば車体１０の側面、前面または後面に取り付けられる。

第３の受光部３は、検知対象である対象物１２の放射光や対象物１２で反射した環境光の反射光（第３の反射光）を受光する受光センサである。第３の受光部４は、対象物１２の放射光や対象物１２で反射した環境光の反射光を受光できるように、例えば車体１０の前面に取り付けられる。

第２の受光部３及び第３の受光部４には、第１の受光部２と同一の分光感度特性を備えた受光センサが用いられる。なお、第２の受光部３及び第３の受光部４は、例えば演算部５により第１の受光部２と分光感度特性が同一となるように出力値を補正できれば、第１の受光部２と異なる分光感度特性を備えていてもよい。また、第２の受光部３及び第３の受光部４は、路面１１からの反射光と対象物１２からの光とを分離できれば、共通の受光センサを用いて実現してもよい。その場合、路面１１からの反射光と対象物１２からの光とを分離する手段としては、例えば受光センサの受光面を路面１１または対象物１２へ切り換える機構、あるいは演算部５により受光センサの出力データを画像処理することで路面１１と対象物１２とを判別する手法等が考えられる。

第１の記憶部６は、既知光ａのスペクトルのデータが予め格納されたメモリである。

演算部５は、第１の受光部２、第２の受光部３及び第３の受光部４を用いて取得したスペクトルのデータ、並びに第１の記憶部６に格納された既知光ａのスペクトルのデータを用いて路面の反射スペクトル、環境光のスペクトル及び対象物１２のスペクトルをそれぞれ算出する。

第２の記憶部７は、演算部５による演算結果がそれぞれ格納されるメモリである。

制御部８は、光源部１、第１の受光部２、第２の受光部３、第３の受光部４、演算部５、第１の記憶部６及び第２の記憶部７を含む光測定装置全体の動作を制御する。

制御部８、演算部５、第１の記憶部６及び第２の記憶部７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、メモリ、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換器、各種の論理回路等を含む周知の情報処理装置（コンピュータ）で実現できる。

次に本実施形態の光測定装置の動作について図面を用いて説明する。

図２は本発明の光測定装置の処理手順を示すフローチャートである。

図３は図２に示した路面スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートであり、図４は図２に示した環境光下路面スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。図５は図２に示した環境光スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートであり、図６は図２に示した環境光下対象物スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。また、図７は図２に示した対象物スペクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。なお、図２から図７に示す本発明の光測定装置の各処理は、制御部８の指示にしたがって、光源部１、第１の受光部２、第２の受光部３、第３の受光部４、演算部５、第１の記憶部６及び第２の記憶部７が動作することで実現される。

図２に示すように、本発明の光測定装置では、まず路面スペクトル算出処理にて、既知光ａを用いて路面１１の反射光のスペクトルを算出する。また、環境光下路面スペクトル算出処理にて、環境光下における路面１１の反射光のスペクトルを取得する。

次に、本発明の光測定装置では、環境光スペクトル算出処理にて、路面スペクトル算出処理で得られた路面１１の反射光のスペクトルのデータと、環境光下路面スペクトル算出処理で得られた環境光下における路面１１の反射光のスペクトルのデータとを用いて環境光のスペクトルを算出する。

環境光のスペクトルを取得できれば、環境光下対象物スペクトル算出処理にて環境光下における対象物１２のスペクトルを取得し、対象物スペクトル算出処理にて、環境光スペクトル算出処理で得られた環境光のスペクトルのデータと環境光下対象物スペクトル算出処理で得られた環境光下における対象物１２のスペクトルのデータとを用いて対象物１２のスペクトルを算出できる。

図３に示すように、路面スペクトル算出処理において、制御部８は、光源部１により既知光ａを路面１１に照射し（ステップＡ１）、路面１１から反射した既知光ａの反射光を第１受光部２にて受光し、既知光ａに対応する路面１１の反射光のスペクトルを取得する（ステップＡ２）。そして、取得した既知光ａに対応する路面１１の反射光のスペクトルのデータを第２データとして第２の記憶部７で保存する（ステップＡ３）。

次に、制御部８は、第１の記憶部６に格納された既知光ａのスペクトルのデータ（第１データ）を読み出し、第２の記憶部７から第２データを読み出し（ステップＡ４）、演算部５により第２データを第１データで除算することで路面１１の反射光のスペクトルを算出する（ステップＡ５）。そして、算出した路面１１の反射光のスペクトルのデータを第３データとして第２の記憶部７で保存する（ステップＡ６）。

図４に示すように、環境光下路面スペクトル算出処理において、制御部８は、環境光が照射されている路面１１からの反射光を第２の受光部３で受光し、環境光下における路面１１の反射光のスペクトルを取得する（ステップＢ１）。そして、取得した環境光下における路面１１の反射光のスペクトルのデータを第４データとして第２の記憶部７で保存する（ステップＢ２）。

図５に示すように、環境光スペクトル算出処理において、制御部８は、第２の記憶部７から第３データ及び第４データをそれぞれ読み出し（ステップＣ１）、演算部５により第４データを第３データで除算することで環境光のスペクトルを算出する（ステップＣ２）。そして、算出した環境光のスペクトルのデータを第５データとして第２の記憶装置７で保存する（ステップＣ３）。

図６に示すように、環境光下対象物スペクトル算出処理において、制御部８は、環境光が照射されている対象物１２からの反射光を第３の受光部４で受光し、環境光下における対象物１２のスペクトルを取得する（ステップＤ１）。そして、取得した環境光下における対象物１２のスペクトルのデータを第６データとして第２の記憶部７で保存する（ステップＤ２）。

図７に示すように、対象物スペクトル算出処理において、制御部８は、第２の記憶部７から第５データ及び第６データをそれぞれ読み出し（ステップＥ１）、演算部５により第６データを第５データで除算して対象物１２のスペクトルを算出する（ステップＥ２）。そして、算出した対象物１２のスペクトルのデータを第７データとして第２の記憶装置７で保存する（ステップＥ３）。

本実施形態の光測定装置によれば、既知光ａを路面１１へ出射し、環境光を受光しない位置に取り付けられた第１の受光部２で路面１１からの反射光（既知光ａ）を受光して路面１１自体の反射スペクトルを算出するため、路面１１の反射スペクトルを安定して取得できる。また、第２の受光部３で受光した路面１１からの環境光の反射スペクトル及び上記算出した路面１１の反射スペクトルを用いて環境光のスペクトルを算出することで、光測定装置を搭載する車両等が走行することで環境光が時々刻々と変化しても、該環境光のスペクトルを安定して取得できる。したがって、算出した環境光のスペクトルを用いて検知対象である対象物１２のスペクトルを求めれば、該対象物１２のスペクトルも安定して取得できる。

１ 光源部
２ 第１の受光部
３ 第２の受光部
４ 第３の受光部
５ 演算部
６ 第１の記憶部
７ 第２の記憶部
８ 制御部

Claims (8)

1. スペクトルが既知の光を路面へ出射する光源部と、
   前記路面で反射した前記既知の光の反射光である第１の反射光を受光する第１の受光部と、
   前記路面で反射した環境光の反射光である第２の反射光を受光する第２の受光部と、
   前記既知の光のスペクトルのデータが予め格納された記憶部と、
   前記第１の受光部で受光した前記第１の反射光のスペクトル及び前記記憶部に格納された前記既知の光のスペクトルから前記路面の反射スペクトルを算出し、前記第２の受光部で受光した前記第２の反射光のスペクトル及び算出した前記路面の反射スペクトルから前記環境光のスペクトルを算出する演算部と、
   を有する光測定装置。
2. 前記演算部は、
   前記第１の受光部で受光した前記第１の反射光のスペクトルを、前記記憶部に格納された前記既知の光のスペクトルで除算することで前記路面の反射スペクトルを算出し、
   前記第２の受光部で受光した前記第２の反射光のスペクトルを、算出した前記路面の反射スペクトルで除算することで前記環境光のスペクトルを算出する請求項１記載の光測定装置。
3. 検知対象である対象物から反射した前記環境光の反射光である第３の反射光を受光する第３の受光部をさらに有し、
   前記演算部は、
   前記第３の受光部で受光した前記第３の反射光のスペクトル及び算出した前記環境光のスペクトルから前記対象物の反射スペクトルを算出する請求項１または２記載の光測定装置。
4. 前記第２の受光部は、
   検知対象である対象物から反射した前記環境光の反射光である第３の反射光を、前記第２の反射光から分離可能に受光し、
   前記演算部は、
   前記第２の受光部で受光した前記第３の反射光のスペクトル及び算出した前記環境光のスペクトルから前記対象物の反射スペクトルを算出する請求項１または２記載の光測定装置。
5. 光源からスペクトルが既知の光を路面へ出射し、
   前記路面で反射した前記既知の光の反射光である第１の反射光を第１の受光部で受光し、
   前記第１の受光部で受光した前記第１の反射光のスペクトルと予め記憶部に格納された前記既知の光のスペクトルから前記路面の反射スペクトルを算出し、
   前記路面で反射した環境光の反射光である第２の反射光を第２の受光部で受光し、
   前記第２の受光部で受光した前記第２の反射光のスペクトル及び算出した前記路面の反射スペクトルから前記環境光のスペクトルを算出する光測定方法。
6. 前記第１の受光部で受光した前記第１の反射光のスペクトルを、前記記憶部に格納された前記既知の光のスペクトルで除算することで前記路面の反射スペクトルを算出し、
   前記第２の受光部で受光した前記第２の反射光のスペクトルを、算出した前記路面の反射スペクトルで除算することで前記環境光のスペクトルを算出する請求項５記載の光測定方法。
7. 検知対象である対象物から反射した前記環境光の反射光である第３の反射光を第３の受光部で受光し、
   前記第３の受光部で受光した前記第３の反射光のスペクトル及び算出した前記環境光のスペクトルから前記対象物の反射スペクトルを算出する請求項５または６記載の光測定方法。
8. 検知対象である対象物から反射した前記環境光の反射光である第３の反射光を、前記第２の受光部で前記第２の反射光から分離可能に受光し、
   前記第２の受光部で受光した前記第３の反射光のスペクトル及び算出した前記環境光のスペクトルから前記対象物の反射スペクトルを算出する請求項５または６記載の光測定方法。

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