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JP3790048B2 - Object detection device - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の自動運転システム等に好適な小型、軽量で、耐振動性に優れた物体検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の物体検出装置としては、超音波の反射波を利用したものや光線を照射した画像における光線の不連続を検出して物体の存在を認識する方法、所謂、光切断法を利用したもの等がある。
しかし、超音波の場合は、5〜10m程度が限界で測定距離が短く、また、物体の形状を認識できない。
【0003】
その点、光切断法では、遠距離の物体まで検出可能であり、形状の認識も可能である。
光切断法による物体検出の原理について説明すると、物体検出領域をレーザ光をスキャンすると共に、物体検出領域内の画像をカメラで取り込む。前方に物体が存在しなければ、取り込んだ画像内のレーザ光のスキャン線は連続した直線となる。物体が存在する場合には、物体とその背景の距離差からレーザ光のスキャン線が不連続となり、物体の存在を認識できる。更に、撮像装置の取付け角度と取付け位置、レーザ光の照射角度と照射位置等の位置関係が既知であれば、画像内におけるスキャン線のXY直交座標値から三角測量の原理に基づいて物体までの距離を求めることができ、XY直交座標値を三次元円柱座標系に変換することで物体の形状も認識できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光切断法においては、レーザ光のスキャン走査は、一般的には重量のあるポリゴンミラーを利用し、これをモータを用いて回転駆動させている。また、振動等による光軸のずれを防止するには、支持機構の剛性を上げる必要があり支持機構も頑丈なものが必要となる。このため、レーザ光のスキャン機構を小型化するのが難しく、また、消費電力も多い。従って、小型化、軽量化、更には省電力化等の要求が強く、また、常時振動を受けるような、例えば、自動車等に搭載して障害物検出に利用することが難しかった。
【0005】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、自動車等の移動体にも搭載可能な小型、軽量、且つ、耐振動性に優れた物体検出装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に記載の物体検出装置では、レーザ光を間欠的に発光するレーザ光発振源からのレーザ光を反射し、物体検出領域に対して前記反射レーザ光を二次元的に走査する半導体ガルバノミラーと、水平方向に所定の間隔を設けて設置され、前記物体検出領域をそれぞれ撮像する2台のCCDカメラと、各CCDカメラで撮像された各レーザ光走査画像に基づいて、レーザ光走査画像が不連続状になった時のCCD上の不連続部分の直交座標値を算出して三次元座標系に変換して物体の形状及び位置を認識する光切断法認識処理を実行し、2つのレーザ光走査画像の差から物体の形状及び位置を認識するステレオ法認識処理を実行し、前記光切断法認識処理の認識結果と前記ステレオ法認識処理の認識結果が略一致した時に当該認識結果を物体の形状及び位置とする画像処理手段と、前記半導体ガルバノミラーのぶれを検出するぶれ検出手段と、該ぶれ検出手段の検出結果に基づいて前記画像処理手段の前記光切断法認識処理で算出した座標位置を補正する補正手段とを備えて構成した。
【0007】
かかる構成では、半導体ガルバノミラーを回動駆動して、レーザ光発振源からのレーザ光を物体検出領域に対して二次元的に走査すると共に、2台のCCDカメラで、レーザ光が走査される物体検出領域の画像を取り込む。画像処理手段は、取り込んだ画像におけるレーザ光の走査画像が不連続状であれば、物体有りと判断する。そして、画像から不連続のレーザ光走査線の直交座標値を算出する。この際に、ぶれ検出手段によって、レーザ光を走査する際の半導体ガルバノミラーの振動等に起因するぶれを検出し、補正手段によって、振れ検出手段からの検出値に基づいて算出された直交座標値を補正する。画像処理手段は、直交座標の補正値を三次元座標系に変換し、光切断法認識処理により物体の形状及び位置を認識する。また、画像処理手段は、2つのレーザ光の走査画像の差から物体の形状及び位置を認識するステレオ法認識処理により物体の形状及び位置を認識する。そして、両認識処理結果が略一致すればその認識結果を物体の形状及び位置と判断する。
【0008】
また、請求項2に記載の発明では、移動体に搭載することを特徴とする。
かかる物体検出装置を移動体に搭載することで、移動体周囲の障害物を精度良く検出できる。また、小型、軽量であるため、移動体への搭載が容易である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る物体検出装置の実施形態を示す概略ブロック構成図である。
図1において、CCDカメラ1,11を、水平方向に所定の間隔を設けて設置し、恰も人間が両目で見る場合のように2台のCCDカメラ1,11で物体の検出領域を撮影する。CCDカメラ1,11で取り込んだ画像情報は、ディジタル画像信号として画像信号入出力部2を介して画像処理部3に入力される。画像処理部3では、後述する光切断法による物体の形状及び位置を認識するための画像処理が行われる。また、画像処理部3は、光切断法による物体検出処理と同時に、2台のカメラで異なる方向からの画像を取り込み、その差から物体の形状及び位置を認識する、従来公知の所謂ステレオ法による物体検出処理を行う。また、画像処理部3による画像処理後、画像入出力部2を介して処理画像がモニタ4で表示される。レーザ光発振源であるレーザ光発振器5は、レーザ駆動部6により間欠的にレーザ光を発振するよう駆動制御される。半導体ガルバノミラー200は、ガルバノミラー駆動制御部7によって所定の周期で回動駆動され、レーザ光発振器5からのレーザ光を反射して物体検出領域内を二次元的に走査する。コントローラ8は、画像入出力部2、画像処理部3、レーザ駆動部6及びガルバノミラー駆動制御部7の駆動及びそのタイミングを制御すると共に、画像処理部3からの画像処理データに基づいて物体の形状及び位置を決定するため各種演算を実行し、物体の形状及び位置を決定する。
【0010】
前記半導体ガルバノミラー200は、後述するように、振動等に起因するミラーのぶれ(変位角)を検出するぶれ検出手段としての機能を有し、検出したぶれの情報をコントローラ8にフィードバックする。コントローラ8は、半導体ガルバノミラー200からのぶれ値に基づいて画像処理部3からの画像処理データ(後述する直交座標値)を補正する。ここで、画像処理部3とコントローラ8とで画像処理手段を構成している。また、コントローラ8は、補正手段の機能も有する。
【0011】
次に、半導体ガルバノミラーの具体的構成について説明する。
半導体ガルバノミラー200は、半導体製造技術を用いて製造する。この半導体ガルバノミラー200は、本出願人により特開平7−175005号公報及び特開平7−218857号公報等により先に提案されたものであり、上記各公報に詳細に説明されているので、ここでは簡単に説明する。
【0012】
図2に、本実施形態に適用する半導体ガルバノミラーの一例の分解斜視図を示す。
図2において、半導体ガルバノミラー200は、シリコン基板201に外側可動板204Aがトーションバー205Aによって基板上下方向に揺動可能に軸支され、この外側可動板204Aの内側に、内側可動板204Bが前記トーションバー205Aと軸方向が直交するトーションバー205Bによって基板上下方向に揺動可能に軸支されている。外側可動板204Aは、枠状に形成され、その上面にシリコン基板201上面に形成した一対の外側電極端子209A,209Aにトーションバー205Aの一方の部分を介して電気的に接続する平面コイル206A(図では模式的に1本線で示す)が絶縁層で被覆されて設けられている。また、内側可動板204Bは、平板状に形成され、その上面にはシリコン基板201に形成された一対の内側電極端子209B,209Bにトーションバー205Bの一方から外側可動板204A部分を通り、トーションバー205Aの他方側を介して電気的に接続する平面コイル206B(図では模式的に1本線で示す)が絶縁層で被覆されて設けられている。平面コイル206Bで囲まれた内側可動板204Bの中央部には、ミラー208が形成されている。
【0013】
シリコン基板201の上下面には、それぞれ例えばホウケイ酸ガラス等からなる上側及び下側ガラス基板202,203が陽極接合されている。上側ガラス基板202は、平板部の中央に角状の開口部202Aを有し、可動板上方部分が開放された形状である。下側ガラス基板203は、平板部の中央に角状の溝部203Aを有し、平面コイル206A,206Bとの相互インダクタンスに基づいて外側可動板204A,204Bの変位を検出するための検出コイル214A,214Bを、各トーションバー205A,205Bに対してそれぞれ対称に有している。上側及び下側ガラス基板202,203とシリコン基板201とで3層構造とし、両可動板204A,204Bの揺動空間を確保するようにしている。
【0014】
上側及び下側ガラス基板202,203には、2個づつ対となったそれぞれ8個づつ永久磁石210A〜213Aと210B〜213Bが図示のように配置されている。上側ガラス基板202の互いに向き合う永久磁石210A,211Aは、下側ガラス基板203の永久磁石210B,211Bとで外側可動板駆動用の磁界を発生させる。また、上側ガラス基板202の互いに向き合う永久磁石212Aと213Aは、下側ガラス基板203の永久磁石212B,213Bとで内側可動板駆動用の磁界を発生させる。
【0015】
次に、半導体ガルバノミラー200の動作原理について簡単に説明する。
例えば、電極端子209A,209Aの一方を+極、他方を−極として平面コイル206Aに電流を流す。外側可動板204Aの両側では、永久磁石210Aと210B、永久磁石211Aと211Bによって、外側可動板204Aの平面に沿って平面コイル206Aを横切るような方向に磁界が形成される。この磁界中の平面コイル206Aに電流が流れると、平面コイル206Aの電流密度と磁束密度に応じて外側可動板204Aの両端に、電流・磁束密度・力のフレミングの左手の法則に従った方向に力が作用し、外側可動板204Aが回動する。外側可動板204Aが回動するとトーションバー205Aが捩じられ、これによつて発生するトーションバー205Aのばね反力と外側可動板204Aに作用する電磁力とが釣り合う位置まで外側可動板204Aは回動する。
【0016】
この時の、外側可動板204Aの変位角は平面コイル206Aに流れる電流に比例する。従って、平面コイル206Aに流す電流を制御することにより、外側可動板204A、即ちミラー208の変位角を制御することができる。そして、予め平面コイルに流す電流量と可動板の変位角との関係を求めておけば、電流量を制御することでミラー208を所望の変位角位置にセットすることができる。
【0017】
内側可動板204Bは、外側可動板204Aと同様の動作原理によってトーションバー205Bを軸として回動し、平面コイル206Bに流す電流量の制御によってその変位角を制御できる。
このように外側及び内側可動板204A,204Bをそれぞれ回動制御することで、ミラー208によるレーザ光の反射方向を可変制御できる。そして、例えば、内側可動板204Bを回動させてレーザ光を横方向に走査し、外側可動板204Aを回動させてレーザ光を縦方向に走査することで,物体検出領域を二次元的に走査することができる。
【0018】
また、ミラー208の変位角を制御する際に、平面コイル206Aに、駆動電流に重畳して駆動電流周波数に比べて高周波数の変位角検出用電流を流す。すると、この検出用電流に基づいて、平面コイル206Aと下側ガラス基板203に設けた検出コイル214A,214Bとの間の相互インダクタンスによる誘導電圧がそれぞれの検出コイル214A,214Bに発生する。検出コイル214A,214Bに発生する各誘導電圧は、外側可動板204Aが水平位置にある時には、各検出コイル214A,214Bと対応する平面コイル206Aとの距離が等しくその差は零である。外側可動板204Aが電磁力によってトーションバー205A回りに回動すると、一方の検出コイル214A(214B)では接近して相互インダクタンスの増加により誘導電圧は増大し、他方の検出コイル214B(214A)では離間して相互インダクタンスの減少により誘導電圧は低下する。従って、両検出コイル214A,214Bに発生する誘導電圧は、可動板の変位角に応じて変化し、この誘導電圧を検出することで、可動板、即ち、ミラー208の変位角を検出できる。そして、例えば、ブリッジ回路等を用いて両検出コイル214A,214Bに発生する誘導電圧差を差動増幅器を介してコントローラ8にフィードバックする。予め前記誘導電圧差とミラーの変位角との関係データを記憶させておけば、フィードバックされた誘導電圧差の値からミラーの変位角を知ることができ、その時のミラー変位角の設定値とのずれを検出できる。
【0019】
次に、本実施形態の物体検出装置の動作を説明する。
コントローラ8によりレーザ駆動部6を駆動制御し、レーザ光発振器から半導体ガルバノミラー200にレーザ光を間欠的に照射する。半導体ガルバノミラー200は、コントローラ8からの指令によりガルバノミラー駆動制御部7により内側可動板204Bと外側可動板204Bが回動駆動制御され、入射するレーザ光を、図3の矢印aで示すように物体検出領域内を横方向に走査し、更に図3の矢印bで示すように上下方向に走査して物体検出領域を二次元的に走査する。
【0020】
CCDカメラ1は、レーザ光の発振に同期したタイミングで物体検出領域の画像を順次取り込み、CCDカメラ1からのディジタル画像信号は、画像信号入出力部2を介して画像処理部3に伝送される。画像処理部3からの画像情報に基づいてモニタ4に取り込まれた映像が表示される。
そして、例えば図3のように、物体検出領域内に物体A、Bが存在し、レーザ光が図中実線で示すように物体A、Bに照射していると、CCDカメラ1で取り込まれた画像は、図4に示すように背景と物体A、Bとの距離差によりレーザ光の走査線は不連続な線になる。この画像から光切断法により物体の位置及び形状を認識するための画像処理を行い、処理データをコントローラ8に入力する。CCDカメラ11からのディジタル画像信号についてもCCDカメラ1の場合と同様の処理を行う。
【0021】
画像処理部3では、各CCDカメラ1,11で取り込んだ各画像に対して、例えば、従来公知の光切断法において行う画像処理と同様にして物体のレーザ光照射点の座標値の算出処理が行われる。
光切断法は従来公知であり、ここでは、図5及び図6に基づいて簡単に説明する。
図5及び図6において、レーザの照射方向をX軸、高さ方向をY軸、走査方向(横方向)をZ軸とする。CCDカメラ1の焦点位置をF、地上に対する、レーザ光の照射角とカメラ1の傾斜角をそれぞれをα、β、レーザ光の走査角をθとする。また、1AをCCDカメラのCCD面と仮定する。
【0022】
傾斜角βは、カメラの取付け角度で決まる。レーザ光の照射角αは、レーザ光発振器5からのレーザ光照射方向と半導体ガルバノミラー200の変位角とから決まり、レーザ光照射方向は固定されるので半導体ガルバノミラー200の変位角αから定めることができる。
図5において、X−Y平面の物体におけるレーザ光照射点Mを求める。これは、レーザ光線の直線式Y1と焦点Fと照射点Mを結ぶ直線式Y2の交点を求めればよい。直線式Y1は、レーザ光線の射出点Nは既知であり、レーザ光の照射角αから求めることができる。直線式Y2は、CCD面1A上に映ったレーザ光の照射点の座標値と焦点Fの座標値から求めることができ、CCD面1A上の座標値はCCDの上下方向の画素数とカメラの傾斜角βから求めることができる。これにより、直線式Y1、Y2を知ることができ、両直線の交点を演算することでレーザ光照射点Mが求められる。
【0023】
次に、図6において、X−Z平面の物体におけるレーザ光照射点Mを求める。これは、レーザ光線の直線式Y3と焦点Fと照射点Mを結ぶ直線式Y4の交点を求めればよい。直線式Y3は、レーザ光線の走査角θと図5で求めた照射点MのX座標値から求めることができる。直線式Y4は、CCD面1A上に映ったレーザ光の照射点の座標値と焦点Fの座標値から求めることができ、CCD面1A上の座標値はCCDの左右方向の画素数で決まる。これにより、直線式Y3、Y4を知ることができ、両直線の交点を演算することでX−Z平面におけるレーザ光照射点Mの座標値が求められる。
【0024】
これら算出した座標値データをコントローラ8に入力する。コントローラ8では、入力された座標値データを三次元座標系に変換し、三次元座標情報から物体の実際の形状及び位置を決定する。この際、半導体ガルバノミラー200が振動等によりぶれると、レーザ光が図3に点線で示すようにぶれる。このため、半導体ガルバノミラー200のぶれ検出機能により、このぶれ量を検出してコントローラ8にフィードバックする。コントローラ8は、このフィードバック情報に基づいて画像処理部3からの直交座標値を補正した後、三次元座標系に変換し、三次元座標情報から物体の実際の形状及び位置を決定する。
CCDカメラ11で取り込んだ画像についても同様にして物体の形状及び位置を決定する。そして、両方の物体検出処理結果を合成して最終的な物体の形状及び位置を決定する。また、光切断法による物体検出処理と同時に、2台のCCDカメラ1,11で取り込んだ異なる方向からの画像の差から物体の形状及び位置を認識する、従来公知の所謂ステレオ法による物体検出処理を行う。更に、光切断法から得られた物体情報とステレオ法から得られた物体情報を比較し、両者の認識結果の一致/不一致を判定し、略一致した時に最終的な物体の形状及び位置を決定する。
【0025】
そして、例えば、この物体検出装置を自動車に搭載して障害物検出装置に適用する場合、認識した障害物を回避する必要があった時に、コントローラ8から出力される障害物認識情報により、障害物の回避動作が自動的に行われるような制御システムを構成するとよい。
かかる構成によれば、物体の形状及び位置が認識でき、高精度で物体検出が行えるだけでなく、半導体ガルバノミラー200を用いてレーザ光を走査するので、従来のポリゴンミラーを用いる場合に比べて、レーザ光の走査機構を格段に小型化、軽量化でき、消費電力も大幅に低減できる。また、振動等に起因するレーザ光線のぶれを補正できる。従って、自動車等に搭載して障害物検出装置として適用するのに好適である。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、半導体製造技術を用いて製造される半導体ガルバノミラーを用いてレーザ光を走査するので、レーザ光の走査機構を格段に、小型化、軽量化でき、電力消費も大幅に低減できる。また、レーザ光のぶれを検出して座標位置を補正するので、物体の形状及び位置を精度良く検出できる。
【0030】
請求項2に記載のように、振動の影響を受け易い移動体等に搭載した場合、振動の影響等による誤検出を低減でき、移動体周囲の障害物検出に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の物体検出装置の実施形態の概略構成ブロック図
【図2】半導体ガルバノミラーの説明図
【図3】レーザ光の走査動作図
【図4】物体が存在する場合の画面上でのレーザ光走査線の状態を示す図
【図5】本実施形態の光切断法による座標値算出の説明図
【図6】本実施形態の光切断法による座標値算出の説明図
【符号の説明】
1,11 CCDカメラ
3 画像処理部
5 レーザ光発振器
6 レーザ駆動部
7 ガルバノミラー駆動制御部
8 コントローラ
200 半導体ガルバノミラー
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an object detection apparatus that is small, lightweight, and excellent in vibration resistance suitable for an automatic driving system for a moving body.
[0002]
[Prior art]
As a conventional object detection device, a method using an ultrasonic reflected wave, a method of detecting the discontinuity of a light beam in an image irradiated with a light beam, and recognizing the presence of an object, a device using a so-called light cutting method, etc. There is.
However, in the case of ultrasonic waves, the measurement distance is short with a limit of about 5 to 10 m, and the shape of the object cannot be recognized.
[0003]
In this respect, the light cutting method can detect even a long-distance object and can recognize the shape.
The principle of object detection by the light cutting method will be described. A laser beam is scanned in the object detection area, and an image in the object detection area is captured by the camera. If there is no object ahead, the scan line of the laser light in the captured image is a continuous straight line. When an object exists, the scan line of the laser beam becomes discontinuous from the distance difference between the object and the background, and the presence of the object can be recognized. Furthermore, if the positional relationship between the mounting angle and mounting position of the imaging device, the laser beam irradiation angle and the irradiation position, etc. is known, the XY orthogonal coordinate value of the scan line in the image is used to determine the object based on the principle of triangulation. The distance can be obtained, and the shape of the object can also be recognized by converting the XY orthogonal coordinate values into a three-dimensional cylindrical coordinate system.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional light cutting method, the scanning scan of the laser beam generally uses a heavy polygon mirror, which is rotated by a motor. Further, in order to prevent the optical axis from being shifted due to vibration or the like, it is necessary to increase the rigidity of the support mechanism, and the support mechanism must be sturdy. For this reason, it is difficult to downsize the laser beam scanning mechanism, and the power consumption is also large. Accordingly, there is a strong demand for downsizing, weight reduction, and further power saving, and it is difficult to use it for obstacle detection by mounting it in a car or the like that is constantly subjected to vibration.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an object detection apparatus that is small, lightweight, and excellent in vibration resistance that can be mounted on a moving body such as an automobile.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the object detection apparatus according to claim 1, the laser beam from the laser beam oscillation source that intermittently emits the laser beam is reflected, and the reflected laser beam is scanned two-dimensionally with respect to the object detection region. A semiconductor galvanometer mirror, two CCD cameras which are installed at a predetermined interval in the horizontal direction and respectively image the object detection region, and laser light scanning images captured by the CCD cameras. When the optical scanning image becomes discontinuous, the orthogonal coordinate value of the discontinuous part on the CCD is calculated, converted into a three-dimensional coordinate system, and the light section recognition processing is executed to recognize the shape and position of the object. A stereo method recognition process for recognizing the shape and position of the object from the difference between the two laser light scanning images is executed, and when the recognition result of the light cutting method recognition process substantially matches the recognition result of the stereo method recognition process Recognition Results and image processing means for the shape and position of the object, a blur detecting means for detecting a shake of the semiconductor galvano mirror, by the light section method recognition of the image processing unit based on a detection result of said shake detecting means And a correction means for correcting the calculated coordinate position.
[0007]
In such a configuration, the semiconductor galvanomirror driving rotation, while two-dimensionally scanning the laser beam relative to the object detection region from the laser beam oscillation source, in two CCD cameras, laser beam is scanned Capture the image of the object detection area. The image processing means determines that there is an object if the scanned image of the laser light in the captured image is discontinuous. And the orthogonal coordinate value of the discontinuous laser beam scanning line is calculated from the image. At this time, the shake detection means detects shake caused by the vibration of the semiconductor galvanometer mirror when scanning the laser beam, and the correction means calculates the orthogonal coordinate value calculated based on the detection value from the shake detection means. Correct. The image processing means converts the correction value of the orthogonal coordinates into a three-dimensional coordinate system, and recognizes the shape and position of the object by the light cutting method recognition processing . Further, the image processing means recognizes the shape and position of the object by stereo method recognition processing for recognizing the shape and position of the object from the difference between the scanned images of the two laser beams. If the two recognition processing results substantially match, the recognition result is determined as the shape and position of the object.
[0008]
Further, the invention according to claim 2 is mounted on a moving body.
By mounting such an object detection device on a moving body, an obstacle around the moving body can be detected with high accuracy. Moreover, since it is small and lightweight, it can be easily mounted on a moving body.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of an object detection apparatus according to the present invention.
In FIG. 1, CCD cameras 1 and 11 are installed at a predetermined interval in the horizontal direction, and an object detection area is photographed by two CCD cameras 1 and 11 as if a human is looking with both eyes . Image information captured by the CCD cameras 1 and 11 is input to the image processing unit 3 through the image signal input / output unit 2 as a digital image signal. The image processing unit 3 performs image processing for recognizing the shape and position of an object by a light cutting method described later. The image processing unit 3 uses a so-called stereo method known in the art, which simultaneously captures an object from the light detection method and captures images from different directions using two cameras and recognizes the shape and position of the object from the difference. Perform object detection processing. Further, after the image processing by the image processing unit 3, the processed image is displayed on the monitor 4 via the image input / output unit 2. The laser beam oscillator 5 which is a laser beam oscillation source is controlled to be intermittently oscillated by the laser driving unit 6. The semiconductor galvanometer mirror 200 is rotationally driven by the galvanometer mirror drive controller 7 at a predetermined cycle, reflects the laser beam from the laser beam oscillator 5 and scans the object detection region two-dimensionally. The controller 8 controls the driving and timing of the image input / output unit 2, the image processing unit 3, the laser driving unit 6, and the galvano mirror drive control unit 7, and based on the image processing data from the image processing unit 3, Various operations are performed to determine the shape and position, and the shape and position of the object are determined.
[0010]
As will be described later, the semiconductor galvanometer mirror 200 has a function as a shake detection means for detecting a shake (displacement angle) of the mirror caused by vibration or the like, and feeds back the detected shake information to the controller 8. The controller 8 corrects image processing data (orthogonal coordinate values described later) from the image processing unit 3 based on the shake value from the semiconductor galvanometer mirror 200. Here, the image processing unit 3 and the controller 8 constitute an image processing means. The controller 8 also has a function of a correction unit.
[0011]
Next, a specific configuration of the semiconductor galvanometer mirror will be described.
The semiconductor galvanometer mirror 200 is manufactured using a semiconductor manufacturing technique. This semiconductor galvanometer mirror 200 has been previously proposed by the present applicant in Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-175005 and 7-218857, and is described in detail in the above-mentioned publications. Let's briefly explain.
[0012]
FIG. 2 shows an exploded perspective view of an example of a semiconductor galvanometer mirror applied to this embodiment.
In FIG. 2, a semiconductor galvanometer mirror 200 has an outer movable plate 204A supported on a silicon substrate 201 so as to be swingable in the vertical direction of the substrate by a torsion bar 205A, and an inner movable plate 204B is disposed inside the outer movable plate 204A. The torsion bar 205A is pivotally supported by a torsion bar 205B whose axial direction is orthogonal to the upper and lower directions of the substrate. The outer movable plate 204A is formed in a frame shape, and a planar coil 206A (electrically connected to a pair of outer electrode terminals 209A and 209A formed on the upper surface of the silicon substrate 201 on one surface of the outer movable plate 204A via one portion of the torsion bar 205A. In the figure, a single line) is schematically covered with an insulating layer. The inner movable plate 204B is formed in a flat plate shape, and a pair of inner electrode terminals 209B and 209B formed on the silicon substrate 201 is formed on the upper surface of the inner movable plate 204B from one of the torsion bars 205B through the outer movable plate 204A. A planar coil 206B (schematically shown as a single line in the figure) electrically connected via the other side of 205A is provided so as to be covered with an insulating layer. A mirror 208 is formed at the center of the inner movable plate 204B surrounded by the planar coil 206B.
[0013]
Upper and lower glass substrates 202 and 203 made of borosilicate glass, for example, are anodically bonded to the upper and lower surfaces of the silicon substrate 201, respectively. The upper glass substrate 202 has a rectangular opening 202A at the center of the flat plate portion, and has a shape in which the upper portion of the movable plate is opened. The lower glass substrate 203 has a square groove 203A at the center of the flat plate portion, and the detection coils 214A and 214B for detecting the displacement of the outer movable plates 204A and 204B based on the mutual inductance with the planar coils 206A and 206B. 214B is provided symmetrically with respect to the torsion bars 205A and 205B. The upper and lower glass substrates 202 and 203 and the silicon substrate 201 have a three-layer structure so as to ensure a swinging space for both movable plates 204A and 204B.
[0014]
On the upper and lower glass substrates 202 and 203, two permanent magnets 210A to 213A and 210B to 213B in pairs of two are arranged as shown in the figure. The permanent magnets 210A and 211A facing each other on the upper glass substrate 202 generate a magnetic field for driving the outer movable plate with the permanent magnets 210B and 211B on the lower glass substrate 203. Further, the permanent magnets 212A and 213A facing each other on the upper glass substrate 202 generate a magnetic field for driving the inner movable plate with the permanent magnets 212B and 213B of the lower glass substrate 203.
[0015]
Next, the operation principle of the semiconductor galvanometer mirror 200 will be briefly described.
For example, a current is passed through the planar coil 206A with one of the electrode terminals 209A and 209A serving as a positive pole and the other serving as a negative pole. On both sides of the outer movable plate 204A, the permanent magnets 210A and 210B and the permanent magnets 211A and 211B form a magnetic field in a direction crossing the planar coil 206A along the plane of the outer movable plate 204A. When a current flows through the planar coil 206A in the magnetic field, the current, the magnetic flux density, and the force framing in the direction according to the left hand rule at the both ends of the outer movable plate 204A according to the current density and the magnetic flux density of the planar coil 206A. A force acts, and the outer movable plate 204A rotates. When the outer movable plate 204A rotates, the torsion bar 205A is twisted, and the outer movable plate 204A rotates to a position where the spring reaction force of the torsion bar 205A generated thereby and the electromagnetic force acting on the outer movable plate 204A balance. Move.
[0016]
The displacement angle of the outer movable plate 204A at this time is proportional to the current flowing through the planar coil 206A. Therefore, the displacement angle of the outer movable plate 204A, that is, the mirror 208 can be controlled by controlling the current flowing through the planar coil 206A. If the relationship between the amount of current flowing through the planar coil and the displacement angle of the movable plate is obtained in advance, the mirror 208 can be set at a desired displacement angle position by controlling the amount of current.
[0017]
The inner movable plate 204B rotates about the torsion bar 205B on the basis of the same operating principle as the outer movable plate 204A, and the displacement angle can be controlled by controlling the amount of current flowing through the planar coil 206B.
Thus, by controlling the rotation of the outer and inner movable plates 204A and 204B, the reflection direction of the laser beam by the mirror 208 can be variably controlled. Then, for example, the inner movable plate 204B is rotated to scan the laser beam in the horizontal direction, and the outer movable plate 204A is rotated to scan the laser beam in the vertical direction, thereby making the object detection region two-dimensionally. Can be scanned.
[0018]
Further, when controlling the displacement angle of the mirror 208, a displacement angle detection current having a frequency higher than the drive current frequency is passed through the planar coil 206A in a manner superimposed on the drive current. Then, based on this detection current, induced voltages due to mutual inductance between the planar coil 206A and the detection coils 214A and 214B provided on the lower glass substrate 203 are generated in the respective detection coils 214A and 214B. When the outer movable plate 204A is in the horizontal position, the induced voltages generated in the detection coils 214A and 214B have the same distance between the detection coils 214A and 214B and the corresponding planar coil 206A, and the difference between them is zero. When the outer movable plate 204A is rotated around the torsion bar 205A by electromagnetic force, one detection coil 214A (214B) approaches and the induction voltage increases due to an increase in mutual inductance, and the other detection coil 214B (214A) moves away. As a result, the induced voltage decreases due to the decrease in mutual inductance. Therefore, the induced voltage generated in both detection coils 214A and 214B changes in accordance with the displacement angle of the movable plate, and the displacement angle of the movable plate, that is, the mirror 208 can be detected by detecting this induced voltage. Then, for example, an induced voltage difference generated in both detection coils 214A and 214B is fed back to the controller 8 through a differential amplifier using a bridge circuit or the like. If the relation data between the induced voltage difference and the mirror displacement angle is stored in advance, the mirror displacement angle can be known from the fed back induced voltage difference value, and the set value of the mirror displacement angle at that time Deviation can be detected.
[0019]
Next, the operation of the object detection device of this embodiment will be described.
The controller 8 drives and controls the laser driving unit 6, and laser light is intermittently emitted from the laser light oscillator 5 to the semiconductor galvanometer mirror 200. In the semiconductor galvanomirror 200, the inner movable plate 204B and the outer movable plate 204B are rotationally driven and controlled by the galvanomirror drive control unit 7 according to a command from the controller 8, and the incident laser light is indicated by an arrow a in FIG. The object detection area is scanned in the horizontal direction, and further scanned in the vertical direction as indicated by the arrow b in FIG. 3 to scan the object detection area in a two-dimensional manner.
[0020]
The CCD camera 1 sequentially captures the image of the object detection area at a timing synchronized with the oscillation of the laser beam, and the digital image signal from the CCD camera 1 is transmitted to the image processing unit 3 via the image signal input / output unit 2. . The video captured on the monitor 4 based on the image information from the image processing unit 3 is displayed.
Then, for example, as shown in FIG. 3, when the objects A and B exist in the object detection area and the laser beams are radiated to the objects A and B as indicated by solid lines in the figure, they are captured by the CCD camera 1 In the image, as shown in FIG. 4, the scanning line of the laser beam becomes a discontinuous line due to the difference in distance between the background and the objects A and B. Image processing for recognizing the position and shape of the object is performed from this image by a light cutting method, and processing data is input to the controller 8. The same processing as in the case of the CCD camera 1 is performed on the digital image signal from the CCD camera 11.
[0021]
In the image processing unit 3, for each image captured by each CCD camera 1, 11, for example, a coordinate value calculation process of a laser beam irradiation point of an object is performed in the same manner as image processing performed in a conventionally known light cutting method. Done.
The light cutting method is conventionally known, and will be briefly described here with reference to FIGS. 5 and 6.
5 and 6, the laser irradiation direction is the X axis, the height direction is the Y axis, and the scanning direction (lateral direction) is the Z axis. The focal position of the CCD camera 1 is F, the irradiation angle of the laser beam with respect to the ground and the tilt angle of the camera 1 are α and β, respectively, and the scanning angle of the laser beam is θ. Further, 1A is assumed to be the CCD surface of the CCD camera.
[0022]
The inclination angle β is determined by the mounting angle of the camera. The laser beam irradiation angle α is determined from the laser beam irradiation direction from the laser beam oscillator 5 and the displacement angle of the semiconductor galvanometer mirror 200. Since the laser beam irradiation direction is fixed, it is determined from the displacement angle α of the semiconductor galvanometer mirror 200. Can do.
In FIG. 5, a laser beam irradiation point M on an object in the XY plane is obtained. This can be achieved by obtaining the intersection of the linear equation Y1 of the laser beam and the linear equation Y2 connecting the focal point F and the irradiation point M. In the linear equation Y1, the laser beam emission point N is known and can be determined from the laser beam irradiation angle α. The linear formula Y2 can be obtained from the coordinate value of the irradiation point of the laser beam reflected on the CCD surface 1A and the coordinate value of the focal point F, and the coordinate value on the CCD surface 1A is determined based on the number of pixels in the vertical direction of the CCD and the camera. It can be obtained from the inclination angle β. Thereby, the linear equations Y1 and Y2 can be known, and the laser beam irradiation point M is obtained by calculating the intersection of both straight lines.
[0023]
Next, in FIG. 6, a laser light irradiation point M on an object in the XZ plane is obtained. This may be obtained by obtaining the intersection of the linear equation Y3 of the laser beam and the linear equation Y4 connecting the focal point F and the irradiation point M. The linear formula Y3 can be obtained from the scanning angle θ of the laser beam and the X coordinate value of the irradiation point M obtained in FIG. The linear formula Y4 can be obtained from the coordinate value of the irradiation point of the laser beam reflected on the CCD surface 1A and the coordinate value of the focal point F, and the coordinate value on the CCD surface 1A is determined by the number of pixels in the horizontal direction of the CCD. Thereby, the linear equations Y3 and Y4 can be known, and the coordinate value of the laser beam irradiation point M on the XZ plane can be obtained by calculating the intersection of both straight lines.
[0024]
The calculated coordinate value data is input to the controller 8. The controller 8 converts the input coordinate value data into a three-dimensional coordinate system, and determines the actual shape and position of the object from the three-dimensional coordinate information. At this time, when the semiconductor galvanometer mirror 200 is shaken by vibration or the like, the laser beam is shaken as shown by a dotted line in FIG. For this reason, this blur amount is detected and fed back to the controller 8 by the blur detection function of the semiconductor galvanometer mirror 200. The controller 8 corrects the orthogonal coordinate value from the image processing unit 3 based on this feedback information, converts it to a three-dimensional coordinate system, and determines the actual shape and position of the object from the three-dimensional coordinate information.
The shape and position of the object are determined in the same manner for the image captured by the CCD camera 11. Then, the final object shape and position are determined by combining both object detection processing results. Simultaneously with the object detection processing by the light cutting method, the object detection processing by the conventionally known so-called stereo method for recognizing the shape and position of the object from the difference between the images captured by the two CCD cameras 1 and 11 from different directions. I do. Furthermore, the object information obtained from the light cutting method and the object information obtained from the stereo method are compared, and the coincidence / non-coincidence of the recognition results of the both is determined. When the two substantially coincide, the final object shape and position are determined. To do.
[0025]
For example, when this object detection device is mounted on an automobile and applied to an obstacle detection device, when there is a need to avoid a recognized obstacle, the obstacle recognition information output from the controller 8 It is preferable to configure a control system that automatically performs the avoidance operation.
According to such a configuration, not only can the shape and position of the object be recognized and the object can be detected with high accuracy, but also the semiconductor galvanometer mirror 200 is used to scan the laser beam, so compared with the case where a conventional polygon mirror is used. The laser beam scanning mechanism can be significantly reduced in size and weight, and the power consumption can be greatly reduced. Further, it is possible to correct the blur of the laser beam caused by vibration or the like. Therefore, it is suitable to be mounted on an automobile or the like and applied as an obstacle detection device.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the laser light is scanned using the semiconductor galvanometer mirror manufactured using the semiconductor manufacturing technology, so that the laser light scanning mechanism is significantly reduced in size and weight. Power consumption can be greatly reduced. Also, since the coordinate position is corrected by detecting the blur of the laser beam, the shape and position of the object can be detected with high accuracy.
[0030]
As described in claim 2, when it is mounted on a moving body or the like that is easily affected by vibration, it is possible to reduce false detection due to the influence of vibration or the like, which is suitable for detecting an obstacle around the moving body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an embodiment of an object detection apparatus of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of a semiconductor galvanometer mirror. FIG. 3 is a scanning operation diagram of a laser beam. FIG. 5 is a diagram illustrating a state of a laser beam scanning line in the above. FIG. 5 is an explanatory diagram of coordinate value calculation by the light cutting method of the present embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram of coordinate value calculation by the light cutting method of the present embodiment. Explanation of]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 CCD camera 3 Image processing part 5 Laser light oscillator 6 Laser drive part 7 Galvano mirror drive control part 8 Controller 200 Semiconductor galvano mirror

Claims (2)

レーザ光を間欠的に発光するレーザ光発振源からのレーザ光を反射し、物体検出領域に対して前記反射レーザ光を二次元的に走査する半導体ガルバノミラーと、
水平方向に所定の間隔を設けて設置され、前記物体検出領域をそれぞれ撮像する2台のCCDカメラと、
各CCDカメラで撮像された各レーザ光走査画像に基づいて、レーザ光走査画像が不連続状になった時のCCD上の不連続部分の直交座標値を算出して三次元座標系に変換して物体の形状及び位置を認識する光切断法認識処理を実行し、2つのレーザ光走査画像の差から物体の形状及び位置を認識するステレオ法認識処理を実行し、前記光切断法認識処理の認識結果と前記ステレオ法認識処理の認識結果が略一致した時に当該認識結果を物体の形状及び位置とする画像処理手段と、
前記半導体ガルバノミラーのぶれを検出するぶれ検出手段と、
該ぶれ検出手段の検出結果に基づいて前記画像処理手段の前記光切断法認識処理で算出した座標位置を補正する補正手段と、
を備えて構成したことを特徴とする物体検出装置。
A semiconductor galvanometer mirror that reflects laser light from a laser light oscillation source that emits laser light intermittently and scans the reflected laser light two-dimensionally with respect to an object detection region;
Two CCD cameras installed at predetermined intervals in the horizontal direction and imaging each of the object detection areas;
Based on each laser beam scanning image captured by each CCD camera, the orthogonal coordinate value of the discontinuous portion on the CCD when the laser beam scanning image becomes discontinuous is calculated and converted to a three-dimensional coordinate system. The light cutting method recognition process for recognizing the shape and position of the object is executed, the stereo method recognition process for recognizing the shape and position of the object from the difference between the two laser light scanning images is executed, An image processing means for setting the recognition result to the shape and position of the object when the recognition result and the recognition result of the stereo method recognition process substantially coincide with each other ;
Blur detection means for detecting blur of the semiconductor galvanometer mirror;
Correction means for correcting the coordinate position calculated in the light cutting method recognition processing of the image processing means based on the detection result of the shake detection means;
An object detection device characterized by comprising:
移動体に搭載することを特徴とする請求項1に記載の物体検出装置。  The object detection apparatus according to claim 1, wherein the object detection apparatus is mounted on a moving body.
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