(57)【要約】【課題】車両と車両周辺の対象物との距離を精度よく推定する。【解決手段】車両用画像処理装置（２００）は、画像の撮像範囲の一部に光を照射するように照射手段（１２０）の照射範囲を制御すると共に、画像の撮像範囲を光で走査するように照射手段の照射角度を制御する第１制御手段（２１０）と、第１制御手段による走査中に、照射角度が異なる複数のタイミングで画像を取得するように取得手段（１１０）を制御する第２制御手段（２２０）と、複数のタイミングで取得された画像のうち一の画像において、照射手段の照射範囲に物体が存在している場合、一の画像が取得された際の、取得手段から見た物体の角度、照射手段の照射角度、及び取得手段と照射手段との位置関係に基づいて、車両と物体との位置関係を推定する推定手段（２５０）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前方の画像を取得する取得手段及び前記車両前方に光を照射する照射手段を備える前記車両で用いられる車両用画像処理装置であって、
前記画像の撮像範囲の一部に光を照射するように前記照射手段の照射範囲を制御すると共に、前記画像の撮像範囲を光で走査するように前記照射手段の照射角度を制御する第１制御手段と、
前記第１制御手段による走査中に、前記照射角度が異なる複数のタイミングで画像を取得するように前記取得手段を制御する第２制御手段と、
前記複数のタイミングで取得された画像のうち一の画像において、前記照射手段の照射範囲に物体が存在している場合、前記一の画像が取得された際の、（ｉ）前記取得手段から見た前記物体の角度、（ｉｉ）前記照射手段の照射角度、及び（ｉｉｉ）前記取得手段と前記照射手段との位置関係に基づいて、前記車両と前記物体との位置関係を推定する推定手段と
を備えることを特徴とする車両用画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の画像処理を実行する車両用画像処理装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、車両で撮像された画像を処理することで、車両と画像内の物体との距離を推定するものが知られている。例えば特許文献１では、車両周辺の対象物に所定方向から光（光像）を照射したとき、車両の輪郭部と光像の位置関係から、車両と対象物との位置関係（例えば、近距離なのか遠距離なのか）を目視で判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２０２７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている技術では、対象物に投影された光像が車両の輪郭部（例えば、ボンネット等）よりも高い位置（言い換えれば、車両の運転者から見える位置）にある場合は対象物が遠距離にあり、見えるか見えないかの境界にある場合には対象物が適正距離にあり、見えない場合には対象物が近距離にあると判定する。そのため、予め設定した一つの適正距離に対するずれを大まかに判定することしかできない。
【０００５】
また、特許文献１に記載されている技術では、車両の運転者の目の位置が高くなることで適正距離が近くなり、目の位置が低くなると適正距離が遠くなる。そして、運転者の目の位置が進行方向前方側になると適正距離は近くなり、進行方向後方側になると適正距離が遠くなる。このように、適正距離を予め設定した値に維持することも難しく、正確な距離を判定することは容易ではない。
【０００６】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、車両と車両周辺の対象物との距離を精度よく推定することが可能な車両用画像処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る車両用画像処理装置の一態様では、車両前方の画像を取得する取得手段及び前記車両前方に光を照射する照射手段を備える前記車両で用いられる車両用画像処理装置であって、前記画像の撮像範囲の一部に光を照射するように前記照射手段の照射範囲を制御すると共に、前記画像の撮像範囲を光で走査するように前記照射手段の照射角度を制御する第１制御手段と、前記第１制御手段による走査中に、前記照射角度が異なる複数のタイミングで画像を取得するように前記取得手段を制御する第２制御手段と、前記複数のタイミングで取得された画像のうち一の画像において、前記照射手段の照射範囲に物体が存在している場合、前記一の画像が取得された際の、（ｉ）前記取得手段から見た前記物体の角度、（ｉｉ）前記照射手段の照射角度、及び（ｉｉｉ）前記取得手段と前記照射手段との位置関係に基づいて、前記車両と前記物体との位置関係を推定する推定手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る車両用画像処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】ヘッドランプの照射エリアを垂直方向に分割した際に撮像される画像の一例を示す図である。
【図４】ヘッドランプの照射エリアを垂直方向に分割した際の走査方法を示す概念図である。
【図５】ヘッドランプの照射エリアを水平方向に分割した際に撮像される画像の一例を示す図である。
【図６】ヘッドランプの照射エリアを水平方向に分割した際の走査方法を示す概念図である。
【図７】ヘッドランプの照射エリアを垂直方向に分割した際の物体位置推定処理を示す概念図である。
【図８】ヘッドランプの照射エリアを水平方向に分割した際の物体位置推定処理を示す概念図である。
【図９】車両のピッチ角を用いた物体位置の補正方法を示す概念図である。
【図１０】車両の移動量を考慮した物体の追跡方法を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して車両用画像処理装置の実施形態について説明する。
【００１０】
＜装置構成＞
まず、本実施形態に係る車両用画像処理装置が搭載される車両全体の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る車両１０は、画像センサ１１０と、ヘッドランプ１２０と、内界センサ１３０と、車両用画像処理装置２００とを備えて構成されている。
【００１２】
画像センサ１１０は、例えば車載カメラとして構成されており、車両１０の前方画像を撮像可能に構成されている。ヘッドランプ１２０は、車両前方に光（例えば、可視光や赤外光等）を照射可能に構成されている。なお、本実施形態に係るヘッドランプ１２０は特に、照射範囲を垂直方向又は水平方向に分割して、一部の領域にのみ光を照射可能に構成されている。内界センサ１３０は、車両１０の内部パラメータを検出可能なセンサであり、例えば車速センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ等を含んでいる。なお、画像センサ１１０及びヘッドランプ１２０の各々は、後述する付記における「取得手段」及び「照射手段」の一具体例である。
【００１３】
車両用画像処理装置２００は、画像センサ１１０で取得される画像に基づいて、車両１０と画像内の物体との距離を推定することが可能に構成されている。車両用画像処理装置２００は、例えば車両１０に搭載されるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）として構成されており、その機能を実現するための論理的な処理ブロック又は物理的な処理回路として、ヘッドランプ照射制御部２１０、撮像制御部２２０、照射エリア検出部２３０、物体検出部２４０、一算出部２５０、自車姿勢／自車移動量統合部２６０、及び位置出力部２７０を備えている。
【００１４】
ヘッドランプ制御部２１０は、ヘッドランプ１２０の照射範囲を垂直方向又は水平方向に分割すると共に、照射角度を変更することで、画像センサ１１０の撮像範囲をヘッドランプ１２０からの光で走査するように制御することが可能に構成されている。ヘッドランプ照射制御部２１０によるヘッドランプ１２０の制御状況を示す情報（例えば、照射範囲の分割方向や分割幅、照射角度等に関する情報）は、撮像制御部２２０に出力される構成となっている。ヘッドランプ照射制御部２１０は、後述する付記における「第１制御手段」の一具体例である。
【００１５】
撮像制御部２２０は、ヘッドランプ制御部２１０による走査に合わせて（具体的には、ヘッドランプ１２０の照射角度が変わる度に）、画像を撮像するよう画像センサ１１０を制御可能に構成されている。また、撮像制御部２２０は、画像センサ１１０で撮像された画像を取得し、照射エリア検出部２３０に出力可能に構成されている。撮像制御部２２０は、後述する付記における「第２制御手段」の一具体例である。
【００１６】
照射エリア検出部２３０は、画像センサ１１０で撮像された画像から、ヘッドランプ１２０の光が照射されている「照射エリア」を検出可能に構成されている。なお、照射エリアの具体的な検出方法については、既存の技術を適宜採用することができるが、例えば、予め設定した閾値よりも高い輝度値を有する画素領域を照射エリアとして検出するようにしてもよい。照射エリア検出部２３０による検出結果は、物体検出部２５０に出力される構成となっている。
【００１７】
物体検出部２４０は、撮像された画像の照射エリアに存在する物体（例えば、路上に存在する障害物や車両１０の上方に存在する上方構造物等）を検出可能に構成されている。なお、物体の具体的な検出方法については、既存の技術を適宜採用することができるが、例えば、パターン認識等を用いて物体を検出するようにしてもよい。物体検出部２４０による検出結果は、位置算出部２５０に出力される構成となっている。
【００１８】
位置算出部２５０は、物体検出部２４０で検出された物体の位置（具体的には、車両１０と物体との相対的な位置関係）を算出（推定）可能に構成されている。位置算出部２５０による物体位置の推定方法は、後に詳述する。位置算出部２５０で推定された物体の位置に関する情報は、自車姿勢／自車移動量統合部２６０に出力される構成となっている。位置算出部２５０は、後述する付記における「推定手段」の一具体例である。
【００１９】
自車姿勢／自車移動量統合部２６０は、位置算出部２５０で推定された物体の位置を、自車姿勢（自車ピッチ角）を用いて補正する処理、及び物体検出部２４０で検出された物体を追跡し、ヘッドランプの光が照射されていない時点での物体の位置を推定する処理を実行可能に構成されている。自車姿勢／自車移動量統合部２６０が実行可能な各処理については、後に詳述する。自車姿勢／自車移動量統合部２６０の処理結果は、位置出力部２７０に出力される構成となっている。
【００２０】
位置出力部２７０は、自車姿勢／自車移動量統合部２６０の処理結果として出力される物体の位置を示す情報を、装置外部に出力可能に構成されている。位置出力部２７０は、例えば物体の位置を示す情報を、車両１０が備える運転支援装置（図示せず）等に出力可能に構成されている。
【００２１】
＜動作説明＞
次に、本実施形態に係る車両用画像処理装置２００の動作の流れについて、図２を参照して説明する。図２は、実施形態に係る車両用画像処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【００２２】
なお、以下で説明する一連の動作は、例えば車両１０の走行中に常時或いは所定の周期で実行されるものであってもよいし、任意の条件をトリガとして開始されるものであってもよい。一連の動作を開始するトリガとなる条件としては、例えば、他の手法で位置推定が行えない物体やシーンに遭遇した場合等が挙げられる。位置推定が難しい物体の例としては、幅／高さに基づく位置推定が行えない物体（例えば、落下物や路側物等）、接地していない対象（例えば、上方構造物）が挙げられる。位置推定が難しいシーンの例としては、接地位置に基づく位置推定が出来ないシーン（例えば、自車ピッチング等）が挙げられる。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態に係る車両用画像処理装置２００の動作時には、まずヘッドランプ照射制御部２１０が、ヘッドランプ１２０の照射を制御する（ステップＳ１０１）。具体的には、ヘッドランプ１２０の照射範囲を垂直方向又は水平方向に分割すると共に照射角度を変更することで、画像センサ１１０の撮像範囲を光で時系列走査するように制御する。
【００２４】
ヘッドランプ１２０の制御時には、撮像制御部２２０が、ヘッドランプ１２０による走査に合わせて（例えば、照射角度が変わるタイミングで）、画像を撮像するように画像センサ１１０を制御し、画像を取得する（ステップＳ１０２）。
【００２５】
続いて、照射エリア検出部２３０が、撮像された画像の照射エリアを検出する（ステップＳ１０３）。そして、物体検出部２４０が、照射エリア内に存在する物体を検出する（ステップＳ１０４）。
【００２６】
ここで、上述したステップＳ１０１からＳ１０４の各処理の詳細について、図３から図６を参照して具体的に説明する。図３はヘッドランプの照射エリアを垂直方向に分割した際に撮像される画像の一例を示す図である。図４は、ヘッドランプの照射エリアを垂直方向に分割した際の走査方法を示す概念図である。図５は、ヘッドランプの照射エリアを水平方向に分割した際に撮像される画像の一例を示す図である。図６は、ヘッドランプの照射エリアを水平方向に分割した際の走査方法を示す概念図である。
【００２７】
図３に示すように、ヘッドランプ照射制御２１０がヘッドランプ１２０の照射範囲を垂直方向に分割した場合、撮像した画像には、水平方向に伸びる照射エリアが発生する。走査時には、ヘッドランプ１２０の照射角度変更に伴い、照射エリアが上下方向に移動することになる。
【００２８】
図４に示すように、ヘッドランプ照射制御２１０は、ヘッドランプ１２０の照射範囲を垂直方向に分割した場合、ヘッドランプの照射角度を垂直方向に変化させ、垂直方向に走査するように制御する。垂直方向の走査では、路上に存在する障害物５０（例えば、タイヤ等）だけでなく、車両１０よりも上方側に存在する上方構造物６０（例えば、看板やトンネル等）も好適に検出できる。
【００２９】
図５に示すように、ヘッドランプ照射制御２１０がヘッドランプ１２０の照射範囲を水平方向に分割した場合、撮像した画像には、垂直方向に伸びる照射エリアが発生する。走査時には、ヘッドランプ１２０の照射角度変更に伴い、照射エリアが左右方向に移動することになる。
【００３０】
図６に示すように、ヘッドランプ照射制御２１０は、ヘッドランプ１２０の照射範囲を水平方向に分割した場合、ヘッドランプ１２０の照射角度を水平方向に変化させ、水平方向に走査するように制御する。なお、図６では、車両１０の左側のヘッドランプ１２０のみで走査する例を挙げているが、左側のヘッドランプ１２０に代えて、右側のヘッドランプ１２０を利用して走査してもよいし、左側及び右側のヘッドランプ１２０を両方利用して走査してもよい。
【００３１】
ヘッドランプ１２０の分割領域の大きさ（言い換えれば、照射エリアの幅）は、予め設定された固定値（例えば、１０ｄｅｇ等）とされてもよいし、検出結果に応じて適宜変更されてもよい。例えば、最初に全領域に光を照射し、その時の画像の輝度や色情報等を用いて同じ物体をグルーピングし、物体の大きさに合うように分割領域の大きさを変更してもよい。
【００３２】
本実施形態では、照射エリア内に存在する物体の位置を推定するため、分割領域の大きさは、検出される物体の大きさに応じたもの（例えば、照射エリアにちょうど物体が収まる大きさ）であることが望ましい。即ち、物体が複数の照射エリアにまたがらないように検出されることが望ましい。ただし、複数の照射エリアにまたがって物体が検出された場合には、車速及びヨーレート等を考慮して複数フレーム分で３Ｄ情報を結合させて保持しておき、後処理でグループ化することも可能である。
【００３３】
図２に戻り、物体が検出されると、続いて位置算出部２５０が、検出された物体の位置を推定する（ステップＳ１０５）。ここで、ステップＳ１０５の物体位置推定処理（即ち、画像内の物体の位置を推定する処理）について、図７及び図８を参照して具体的に説明する。図７は、ヘッドランプの照射エリアを垂直方向に分割した際の物体位置推定処理を示す概念図である。図８は、ヘッドランプの照射エリアを水平方向に分割した際の物体位置推定処理を示す概念図である。なお、図７及び図８では、画像センサ１１０の位置を原点（０，０）としている。
【００３４】
図７に示すように、ヘッドランプ１２０の照射範囲が垂直方向に分割されている場合には、物体（図中の障害物５０）の距離Ｚ及び高さＹを、画像角度θｃａｍｅｒａ、照射角度θｌｉｇｈｔ、及び画像センサ１１０から見たヘッドランプ１２０の位置（Ｚｌｉｇｈｔ，Ｙｌｉｇｈｔ）から、三角測量の原理で推定（算出）することができる。具体的には、物体の距離Ｚ／高さＹ＝原点を通る傾きｔａｎθｃａｍｅｒａの直線と、ヘッドランプ１２０の位置（Ｚｌｉｇｈｔ，Ｙｌｉｇｈｔ）を通る傾きｔａｎθｌｉｇｈｔの直線との交点となる。なお、この時の画像角度θｃａｍｅｒａは、物体を囲う検出枠の座標ｙ（即ち、画像の中心を基準とする物体の高さ）、画像センサ１１０の画像垂直解像度及び垂直画角を用いて、下記式（１）から求めることができる。
【００３５】
検出枠座標ｙ／画像垂直解像度＝画像角度θｃａｍｅｒａ／垂直画角  ・・・（１）
【００３６】
図８に示すように、ヘッドランプ１２０の照射範囲が水平方向に分割されている場合には、物体（図中の障害物５０）の距離Ｚ及び横位置Ｘを、画像角度θｃａｍｅｒａ、照射角度θｌｉｇｈｔ、及び画像センサ１１０から見たヘッドランプ１２０の位置（Ｚｌｉｇｈｔ，Ｘｌｉｇｈｔ）から、三角測量の原理で推定（算出）することができる。具体的には、物体の距離Ｚ／横位置Ｘ＝原点を通る傾きｔａｎθｃａｍｅｒａの直線と、ヘッドランプ１２０の位置（Ｚｌｉｇｈｔ，Ｘｌｉｇｈｔ）を通る傾きｔａｎθｌｉｇｈｔの直線との交点となる。なお、この時の画像角度θｃａｍｅｒａは、物体を囲う検出枠の座標ｘ（即ち、画像の中心を基準とする物体の横位置）、画像センサ１１０の画像水平解像度及び水平画角を用いて、下記式（２）から求めることができる。
【００３７】
検出枠座標ｘ／画像水平解像度＝画像角度θｃａｍｅｒａ／水平画角  ・・・（２）
【００３８】
なお、上記例における画像角度θｃａｍｅｒａは、後述する付記における「前記取得手段から見た前記物体の角度」の一具体例である。また、照射角度θｌｉｇｈｔは、後述する付記における「前記照射手段の照射角度」の一具体例である。ヘッドランプ１２０の位置（Ｚｌｉｇｈｔ，Ｙｌｉｇｈｔ）及び（Ｚｌｉｇｈｔ，Ｘｌｉｇｈｔ）の各々は、後述する付記における「前記取得手段と前記照射手段との位置関係」の一具体例である。
【００３９】
再び図２に戻り、物体の位置が推定されると、続いて自車姿勢／自車移動量統合部２６０が、位置算出部２５０で推定された物体の位置を補正する処理、及び物体検出部２４０で検出された物体を追跡して物体の位置を推定する処理を実行する（ステップＳ１０６）。なお、上記の２つの処理は、いずれか一方だけ行われてもよいし、不要な場合には省略されてもよい。
【００４０】
ここで、上述したステップＳ１０６の自車姿勢及び自車移動量を統合する処理について、図９及び図１０を参照して具体的に説明する。図９は、車両のピッチ角を用いた物体位置の補正方法を示す概念図である。図１０は、車両の移動量を考慮した物体の追跡方法を示す概念図である。
【００４１】
図９に示すように、車両１０に傾きが生じている場合には、自車姿勢／自車移動量統合部２６０が、自車姿勢に基づく補正処理を実行する。具体的には、内界センサ１３０で検出した車両１０の姿勢（ここでは、車両ピッチ角θｐｉｔｃｈ）に基づいて、位置算出部２５０で推定された物体の位置（Ｚ，Ｙ）を補正し、ピッチ無しの場合の物体の位置（Ｚｒｏａｄ，Ｙｒｏａｄ）を算出する。Ｚｒｏａｄ及びＹｒｏａｄは、下記式（３）及び（４）を用いて算出できる。
【００４２】
Ｚｒｏａｄ＝Ｚｃｏｓθｐｉｔｃｈ−Ｙｓｉｎθｐｉｔｃｈ  ・・・（３）
Ｙｒｏａｄ＝Ｚｓｉｎθｐｉｔｃｈ＋Ｙｃｏｓθｐｉｔｃｈ  ・・・（４）
【００４３】
図１０に示すように、物体に光が照射されないタイミングでの物体の位置は、車両１０の移動距離を考慮して推定することができる。例えば、時刻Ｔにおいて照射エリア内に検出された物体の、時刻Ｔ＋１における位置Ｚ２は、時刻Ｔ１における物体の位置Ｚ１から、時刻Ｔから時刻Ｔ＋１の間の車両１０の移動距離ΔＺを差し引くことで求められる。具体的には、下記式（５）及び（６）を用いて算出できる。
【００４４】
ΔＺ＝車速×｛（Ｔ＋１）−Ｔ｝  ・・・（５）
Ｚ２＝Ｚ１−ΔＺ  ・・・（６）
【００４５】
再び図２に戻り、自車姿勢及び自車移動量を統合する処理が終了すると、位置出力部２７０が、最終的に求められた物体の位置を示す情報を出力する（ステップＳ１０７）。なお、ヘッドランプ１２０による走査が実行されている期間には、上述した一連の動作が繰り返し実行される。
【００４６】
＜技術的効果＞
次に、本実施形態に係る車両用画像処理装置２００によって得られる技術的効果について説明する。
【００４７】
図１から図１０を用いて説明したように、本実施形態に係る車両用画像処理装置２００によれば、車両１０のヘッドランプ１２０を制御して撮像範囲を走査することで、画像内に存在する物体の位置を精度よく推定することができる。このような処理は、例えば複眼カメラやレーダ等の、比較的高価な検出装置を用いずに実行することができる。
【００４８】
なお、ヘッドランプ１２０の制御時には、照射範囲が実質的に狭められることになるが、素早く走査を行うことで、ヘッドランプ１２０本来の車両１０の前方を照らすという機能を損なうことなく、物体の位置を推定できる。また、ヘッドランプが可視光の場合は、物体の位置を推定できるのが基本的に夜間（即ち、十分に暗い環境）に限られてしまうが、赤外光を用いれば昼間（即ち、明るい環境）でも物体の位置を推定できる。
【００４９】
＜付記＞
以上説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。
【００５０】
（付記１）
付記１に記載の車両用画像処理装置は、車両前方の画像を取得する取得手段及び前記車両前方に光を照射する照射手段を備える前記車両で用いられる車両用画像処理装置であって、前記画像の撮像範囲の一部に光を照射するように前記照射手段の照射範囲を制御すると共に、前記画像の撮像範囲を光で走査するように前記照射手段の照射角度を制御する第１制御手段と、前記第１制御手段による走査中に、前記照射角度が異なる複数のタイミングで画像を取得するように前記取得手段を制御する第２制御手段と、前記複数のタイミングで取得された画像のうち一の画像において、前記照射手段の照射範囲に物体が存在している場合、前記一の画像が取得された際の、（ｉ）前記取得手段から見た前記物体の角度、（ｉｉ）前記照射手段の照射角度、及び（ｉｉｉ）前記取得手段と前記照射手段との位置関係に基づいて、前記車両と前記物体との位置関係を推定する推定手段とを備える。
【００５１】
付記１に記載の車両用画像処理装置によれば、照射手段からの光で走査中に撮像された複数の画像を用いて、車両と画像中の物体との位置関係を推定することができる。具体的には、画像を取得する取得手段からみた物体の角度、照射手段の照射角度、及び取得手段と照射手段との位置関係を用いることで、三角測量の原理から、物体の位置を精度よく推定することができる。
【００５２】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両用画像処理装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  車両
５０  障害物
６０  上方構造物
１１０  画像センサ
１２０  ヘッドランプ
１３０  内界センサ
２００  車両用画像処理装置
２１０  ヘッドランプ制御部
２２０  撮像制御部
２３０  照射エリア検出部
２４０  物体検出部
２５０  位置算出部
２６０  自車姿勢／自車移動量統合部
２７０  位置出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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