(57)【要約】      （修正有）【課題】路面の凹形状な領域を鳥瞰図画像を利用して精度良く検出する。【解決手段】制御部１６の制御により、投光装置５はスリット光を路面に向けて投光する。車両に設置された第１撮像装置２ａおよび第２撮像装置２ｂは、路面上に投影されたスリット光の投影パターンを撮像する。画像変換部１２は、撮像された画像のそれぞれを鳥瞰図画像に変換する。路面状況検出部１４は、鳥瞰図画像のそれぞれから投影パターンを抽出する。路面状況検出部１４は、抽出した投影パターンの形状にもとづき、路面の凹凸状況の判定を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面に向けて光を投光する投光装置と、
前記路面上に投影された前記光のパターンを、車両に設置された少なくとも二つの撮像装置で撮像し、前記二つの撮像装置で撮像した画像のそれぞれを、同一の鳥瞰図座標系の鳥瞰図画像に変換する画像変換部と、
前記画像変換部で変換された二つの鳥瞰図画像に含まれる前記光の投影パターンの形状に基づき、路面状況を検出する路面状況検出部と、
を備えることを特徴とする車両周囲監視装置。
【請求項２】
前記路面状況検出部は、前記鳥瞰図画像から前記光の投影パターンを抽出し、前記抽出した投影パターンの少なくとも一部が、前記鳥瞰図画像の画面中央線上に重なるように前記二つの鳥瞰図画像をそれぞれ座標変換し、前記座標変換した二つの鳥瞰図画像の差分をとることで、前記路面状況を検出することを特徴とする請求項１に記載の車両周囲監視装置。
【請求項３】
前記路面状況検出部は、前記二つの鳥瞰図画像の画素ごとに差分をとって差分鳥瞰図画像を生成し、前記差分鳥瞰図画像の画面右領域内の差分値を累積した右領域累積値と、前記差分鳥瞰図画像の画面左領域の差分値を累積した左領域累積値との比較結果に基づき、前記路面状況を検出することを特徴とする請求項２に記載の車両周囲監視装置。
【請求項４】
前記投光装置は、投光する方向を可変制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両周囲監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両周囲監視技術に関し、特に車両に設置された撮像装置によって撮像した画像をもとに、車両の周囲を監視する車両周辺監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両にカメラを設置し、運転者の死角となりやすい周辺状況の撮像映像をカーナビゲーションなどの画面に表示する監視装置の開発が行われている。
【０００３】
また、単に撮像画像を表示するだけでなく、車両周囲に複数のカメラを設置し、撮像されたそれぞれの撮像画像を鳥瞰図画像に変換し、これらの差分をとることで、撮像画像中の障害物を検出するものもある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両の走行面（以下、路面ともいう）に凸形状の領域（例えば、路面上に立体物が存在している領域）があれば、そこは路面から高さがある領域なので、その領域を鳥瞰図画像に変換したときの差分値も大きくなる。しかしながら、路面に凹形状の領域（例えば、路面が陥没している領域）があると、そこは路面から深さがある領域なので、その領域を鳥瞰図画像に変換したときの差分値は大きくならないことも多い。このため、路面の凹形状な領域を鳥瞰図画像を利用して精度良く検出することが困難であった。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、路面の凹形状な領域を鳥瞰図画像を利用して精度良く検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、車両周囲監視装置である。この車両周囲監視装置は、路面に向けて光を投光する投光装置と、車両に設置された少なくとも二つの撮像装置で撮像され、前記路面上に投影された前記光のパターンを含む二つの画像のそれぞれを、同一の鳥瞰図座標系の鳥瞰図画像に変換する画像変換部と、前記画像変換部で変換された二つの鳥瞰図画像に含まれる前記光の投影パターンの形状に基づき、路面状況を検出する路面状況検出部と、を備えることを特徴とする車両周囲監視装置である。
【０００８】
また、前記路面状況検出部は、前記鳥瞰図画像から前記光の投影パターンを抽出し、前記抽出した投影パターンの少なくとも一部が、前記鳥瞰図画像の画面中央線上に重なるように前記二つの鳥瞰図画像をそれぞれ座標変換し、前記座標変換した二つの鳥瞰図画像の差分をとることで、前記路面状況を検出することが好ましい。
【０００９】
また、前記路面状況検出部は、前記二つの鳥瞰図画像の画素ごとの差分をとって差分鳥瞰図画像を生成し、前記差分鳥瞰図画像の画面右領域内の差分値を累積した右領域累積値と、前記差分鳥瞰図画像の画面左領域の差分値を累積した左領域累積値との比較結果に基づき、前記路面状況を検出することが好ましい。  
【００１０】
また、前記制御部は、前記投光装置が投光する方向を可変制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明よれば、路面の凹形状な領域を鳥瞰図画像を利用して精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態における車両周囲監視装置３を搭載した車両１の構成を示す概念図
【図２】本発明の実施の形態における車両周囲監視装置３の構成を示す概念図
【図３】路面上に立体物が存在する状況を示す図
【図４】路面上に立体物が存在する場合に、光の投影パターンを検出する方法を示す図
【図５】路面に窪みが存在する状況を示す図
【図６】路面に窪みが存在する場合に、鳥瞰図画像に変換された光の投影パターンを検出する方法を示す図
【図７】差分鳥瞰図画像から左右領域の累積値を算出するときの手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を具体的に説明する前に概要について述べる。本発明の実施の形態は、路面状況を検出する車両周囲監視装置に関する。車両周囲監視装置は、車両の後方に設置された二つの車載カメラから、路面上に投影される光のパターンの撮像画像を取得し、撮像画像のそれぞれを同一の鳥瞰図画像座標系の二つ鳥瞰図画像に変換する。
【００１４】
ここで、路面に凸形状の領域が存在する場合と、路面に凹形状の領域が存在する場合とでは、鳥瞰図画像上に変換される光の投影パターンが異なる。
【００１５】
そこで、車両周囲監視装置は、路面上に投影された光の投影パターンを鳥瞰図画像に変換し、鳥瞰図画像から光の投影パターンを抽出し、これを参照することで、路面に凸形状の領域が存在するのか、あるいは凹形状の領域が存在するのかを判別する。
【００１６】
これにより、路面の凹形状の領域を正確に検出することが可能となり、鳥瞰図画像を利用した路面状況の検出を精度良く行うことができる。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態における車両１の構成を示す概念図である。車両１は、撮像装置２と総称される第１撮像装置２ａ、第２撮像装置２ｂ、車両周囲監視装置３、表示装置４、投光装置５を含む。なお、車両１には、エンジン、シャーシ、ハンドル、ブレーキ等のような、車両１の本来の動作を実現するための構成要素が含まれているが、図の簡略化のため、図１では省略する。
【００１８】
撮像装置２は、投光装置５が路面上に向けて投光した光の投影パターンが含まれる画像を連続的に撮像し、撮像した画像を車両周囲監視装置３へ供給する。第１撮像装置２ａは車両の後方部分の右側に設置され、第２撮像装置２ｂは車両の後方部分の左側に設置されている。なお、撮像装置２の数は「２」に限定されない。
【００１９】
車両周囲監視装置３は、撮像装置２ごとに受け取った二つの画像を鳥瞰図画像に変換し、鳥瞰図画像のそれぞれから光の投影パターンを抽出する。
【００２０】
ここで、路面上に投影された光のパターンを撮像し、この画像を鳥瞰図画像に変換すると、路面が平坦であれば直線のパターンとして鳥瞰図画像上に変換される。
【００２１】
また、路面上に凸形状の領域があると、その領域に対応する鳥瞰図画像上の領域で直線が不連続となり、かつ、第１撮像装置２ａに対応する鳥瞰図画像上では、不連続領域で撮像地点に遠い方向に枝分かれした線を有するパターンに変換され、第２撮像装置２ｂに対応する鳥瞰図画像上では、不連続領域で撮像地点に遠い方向に枝分かれした線を有するパターンに変換される。ここで、第１撮像装置２ａは車両の後方右側から撮像するのに対して、第２撮像装置２ｂは車両の後方左側から撮像するので、第１撮像装置２ａに対応する鳥瞰図画像上のパターンは、第２撮像装置２ｂに対応する鳥瞰図画像上のパターンと反対の方向に枝分かれしている。
【００２２】
一方、路面上に凹形状の領域があると、その領域に対応する鳥瞰図画像上の領域で直線が不連続となり、かつ、第１撮像装置２ａに対応する鳥瞰図画像上では、不連続領域で撮像地点に近い方向に枝分かれした線を有するパターンに変換され、第２撮像装置２ｂに対応する鳥瞰図画像上では、不連続領域で撮像地点に近い方向に枝分かれした線を有するパターンに変換される。上述したように第１撮像装置２ａと第２撮像装置２ｂの撮像地点は左右逆となっているので、第１撮像装置２ａに対応する鳥瞰図画像上のパターンは、第２撮像装置２ｂに対応する鳥瞰図画像上のパターンと反対の方向に枝分かれしている。
【００２３】
つまり、路面上に凸形状の領域がある場合と、路面上に凹形状の領域がある場合とでは、撮像装置２のそれぞれに対応する鳥瞰図画像上で、直線から枝分かれする線の方向が逆になる。そこで、車両周囲監視装置３は、鳥瞰図画像から抽出した光の投影パターンに基づいて、路面状況を判定する。
【００２４】
また、車両周囲監視装置３は、鳥瞰図画像に検出した路面状況を運転者が識別可能な態様で表示し（例えば、凸形状の領域を赤枠で囲み、凹形状の領域を青枠で囲む表示など）、表示装置４に供給する。
【００２５】
表示装置４は、例えば液晶モニタであり、車両周囲監視装置３から受け取った鳥瞰図画像を表示する。このため、運転者にとって車両後方の状況を実感しやすくなり、正確なハンドル操作が可能となる。
【００２６】
投光装置５は、車両１の後方部分の車両中心線上に設置されており、撮像装置２ａと撮像装置２ｂとの中間に位置する。投光装置５は、車両周囲監視装置３の制御により可視光線をスリット光にして、路面に向けて投光する。投光装置５から投光される光の波長は、撮像装置２で撮像できるなら、赤外線のような可視領域外の波長でもよい。また、投光装置５は、スリット光を投光する方向を自由に変える機構を備えている。このため、車両周囲監視装置３は、投光装置５を可変制御することで、スリット光を所望の方向に投光することができる。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態における車両周囲監視装置３の構成を示す概念図である。車両周囲監視装置３は、フレームバッファ１０と総称される第１フレームバッファ１０ａ、第２フレームバッファ１０ｂ、画像変換部１２、路面状況検出部１４、制御部１６を含む。
【００２８】
フレームバッファ１０は、図示しない各撮像装置２に対応づけられて配置されている。すなわち、第１フレームバッファ１０ａと第２フレームバッファ１０ｂは、第１撮像装置２ａと第２撮像装置２ｂにそれぞれ対応づけられている。フレームバッファ１０は、撮像装置２から受け取った画像を記憶する。
【００２９】
画像変換部１２は、フレームバッファ１０に記憶されている各画像を読み出し、それぞれを鳥瞰図画像へ変換する。画像変換部１２は、図示しない変換テーブル記憶部を含んでいる。変換テーブル記憶部は、画像から鳥瞰図画像への変換の際に利用される座標テーブルを記憶している。画像変換部１２は、この変換テーブル記憶部を参照することによって、フレームバッファ１０から受け取った各画像のそれぞれを鳥瞰図画像へ変換する。つまり、鳥瞰図画像は、変換前の画像を撮像した撮像装置２ごとに対応付けられている。なお、鳥瞰図画像への変換は、公知の技術、例えば、特開２００８−８５７１０号公報に開示された技術を使用すればよいので、ここでは説明を省略する。
【００３０】
路面状況検出部１４は、画像変換部１２から受け取った鳥瞰図画像に含まれる光の投影パターンを抽出する。光の投影パターンを含む画像を鳥瞰図画像に変換すると、鳥瞰図画像上に光の波長に対応した所定色の軌跡が生じる。そこで、路面状況検出部は、鳥瞰図画像から所定色に対応する画素値のデータを検出することで、光の投影パターンを抽出する。
【００３１】
また、路面状況検出部１４は、抽出した光の投影パターンについて、鳥瞰図画像上に直線として変換されたパターンに不連続領域があるか否か、さらに、不連続領域がある場合は、直線から枝分かれした線の方向を直接的または間接的に確認し、路面の凹凸状況を判定する。
【００３２】
以下、図３〜図６を用いて、この判定について具体的な説明を行う。まず路面上に凸形状の領域がある場合について説明する。
【００３３】
図３は、投光装置５が立体物１０２に向けてスリット光１００を投光し、それが立体物１０２を含む路面上に投影されることによって形成された投影パターン１０４を、第１撮像装置２ａおよび第２撮像装置２ｂが撮像している状況を示している。
【００３４】
第１撮像装置２ａおよび第２撮像装置２ｂで撮像された投影パターン１０４を鳥瞰図画像に変換すると、上述したように第１撮像装置２ａに対応する鳥瞰図画像上の投影パターン１０４と、第２撮像装置２ｂに対応する鳥瞰図画像上の投影パターン１０４とでは、枝分かれした線の方向が異なる。枝分かれした線の方向は、鳥瞰図画像上でパターン認識を行えば確認することができるが、投影パターン１０４の直線部分を鳥瞰図画像の中央線上に配置することで、パターン認識を行わなくてもその違いを確認できるようになる。
【００３５】
図４（ａ）は、第１撮像装置２ａで撮像した画像であり、投影パターン１０４を含む。図４（ｂ）は、第２撮像装置２ｂで撮像した画像であり、投影パターン１０４を含む。撮像装置２で撮像した画像を鳥瞰図画像に変換（以下、第１変換ともいう）し、さらに路面上の平坦な領域の投影パターンが鳥瞰図画像の中央線上に配置されるように変換（以下、第２変換ともいう）したものを図４（ｃ）および図４（ｄ）に示す。
【００３６】
第１撮像装置２ａで撮像した場合は、図４（ｃ）に示すように、路面上の平坦な領域の投影パターン１０４は、鳥瞰図画像上で不連続な直線のパターン１０６ａに変換される。路面上の立体物１０２の投影パターン１０４は、鳥瞰図画像上で分断された直線の一端から画面右方向に枝分かれした線のパターン１０８ａに変換される。
【００３７】
一方、第２撮像装置２ｂで撮像した場合は、図４（ｄ）に示すように、路面上の平坦な領域の投影パターン１０４は、鳥瞰図画像上で不連続な直線のパターン１０６ｂに変換される。路面上の立体物１０２の投影パターン１０４は、鳥瞰図画像上で分断された直線の一端から画面左方向に枝分かれした線のパターン１０８ｂに変換される。
【００３８】
図４（ｅ）に、第２撮像画像２ｂで撮像した画像を第２変換した鳥瞰図画像（以下、第２鳥瞰図画像ｂともいう）と、第２撮像装置２ａで撮像した画像を第２変換した鳥瞰図画像（以下、第２鳥瞰図画像ａともいう）との差分をとって生成した鳥瞰図画像（以下、差分鳥瞰図画像ともいう）を示す。図４（ｅ）に、示すように、差分鳥瞰図画像では、差分値が画面左領域のパターン１０８ｂに対応する位置で正値となり、画面右領域のパターン１０８ａに対応する位置で負値となり、それ以外は零値（なお、第２変換した鳥瞰図画像にノイズ成分が含まれる場合等を考慮し、差分値の絶対値が所定のしきい値以下の場合も零値とする）となる。
【００３９】
そこで、路面状況検出部１４は、第２鳥瞰図画像ｂから第２鳥瞰図画像ａの差分をとった画像の画素ごとの輝度信号の大きさ（以下、輝度値ともいう）の差分値（以下、差分画素値ともいう）を参照し、画面左領域の差分画素値が正値であり、かつ画面右領域の差分画素値が負値である場合、路面上に凸形状の領域があると判定する。なお、差分画素値は、画素ごとの輝度値の差分をとるものとしたが、これには限定されず、画素の色差信号を用いてもよく、三原色信号を用いてもよい。
【００４０】
次に、路面上に凹形状の領域がある場合について説明する。図５は、投光装置５が窪み１１２に向けてスリット光１００を投光し、それが窪み１１２を含む路面上に投影されることによって形成された投影パターン１１４を、第１撮像装置２ａおよび第２撮像装置２ｂが撮像している状況を示している。
【００４１】
第１撮像装置２ａおよび第２撮像装置２ｂで撮像された投影パターン１１４を鳥瞰図画像に変換すると、上述したように第１撮像装置２ａに対応する鳥瞰図画像上の投影パターン１１４と、第２撮像装置２ｂに対応する鳥瞰図画像上の投影パターン１１４とでは、枝分かれした線の方向が逆になる。路面上に凹形状の領域がある場合も、投影パターン１１４の直線部分を鳥瞰図画像の中央線上に配置することで、パターン認識を行わなくてもその違いを確認できる。
【００４２】
図６（ａ）は、第１撮像装置２ａで撮像した画像であり、投影パターン１１４を含む。図６（ｂ）は、第２撮像装置２ｂで撮像した画像であり、投影パターン１１４を含む。撮像装置２で撮像した画像を鳥瞰図画像に変換し、さらに路面上の平坦な領域の投影パターンが鳥瞰図画像の中央線上に配置されるように変換したものを図６（ｃ）および図６（ｄ）に示す。
【００４３】
第１撮像装置２ａで撮像した場合は、図６（ｃ）に示すように、路面上の平坦な領域の投影パターン１１４は、鳥瞰図画像上で不連続な直線のパターン１１６ａに変換される。路面上の窪み１１２の投影パターン１１４は、鳥瞰図画像上で分断された直線の一端から画面左方向に枝分かれした線のパターン１１８ａに変換される。
【００４４】
一方、第２撮像装置２ｂで撮像した場合は、図６（ｄ）に示すように、路面上の平坦な領域の投影パターン１１４は、鳥瞰図画像上で不連続な直線のパターン１１６ｂに変換される。路面上の窪み１１２の投影パターン１１４は、鳥瞰図画像上で分断された直線の一端から画面右方向に枝分かれした線のパターン１１８ｂに変換される。
【００４５】
図６（ｅ）に、第２鳥瞰図画像ｂと、第２鳥瞰図画像ａとの差分をとって生成した差分鳥瞰図画像を示す。図６（ｅ）に、示すように、差分鳥瞰図画像では、差分値は画面右領域のパターン１１８ｂに対応する位置で正値となり、画面左領域のパターン１１８ａに対応する位置で負値となり、それ以外は零値となる。
【００４６】
そこで、路面状況検出部１４は、差分鳥瞰図画像の差分画素値を参照し、画面右領域の差分画素値が正値であり、かつ画面左領域の差分画素値が負値である場合、路面上に凹形状の領域があると判定する。
【００４７】
なお、路面上に凸形状の領域も凹形状の領域もない場合、スリット光１００の投影パターンは、第２鳥瞰図画像ａ上および第２鳥瞰図画像ｂ上で連続した直線のパターンに変換される。よって、差分鳥瞰図画像の差分画素値は、画面全領域において零値となる。そこで、路面状況検出部１４は、画面全領域の差分画素値が零値である場合、路面は平坦であると判定する。
【００４８】
図２に戻る。路面状況検出部１４は、差分演算部１８、累積演算部２０、判定部２２を含む。
【００４９】
差分演算部１８は、画像変換部１２から受け取った鳥瞰図画像のそれぞれから、スリット光１００の波長に対応した画素値のデータを抽出し、投影パターンを抽出する。
【００５０】
差分演算部１８は、抽出した投影パターンそれぞれに対して第２変換を行い、第２鳥瞰図画像ａおよび第２鳥瞰図画像ｂを生成する。第２変換は、例えば、投影パターンの直線部分が画面縦方向に沿うように座標を回転させる変換と、回転させた座標を投影パターンの直線部分が画面中央線に重なるように平行移動させる変換との合成変換で実現できる。
【００５１】
なお、撮像装置２の撮像方向はあらかじめ固定されているので、投光装置５が車両１の短手方向に垂直な方向に投光したときに、投影パターンを画面中央線に重なるようにする座標変換をあらかじめ求めておき、投光装置５の投光方向に応じて、この座標変換を補正することにより、合成変換を実現してもよい。また、上述した変換テーブル記憶部で第１変換と第２変換の合成変換を実現する座標テーブルを記憶しておき、投光装置５の投光方向を参照しながらこの座標テーブルを利用して、第１変換と第２変換を同時に行ってもよい。
【００５２】
差分演算部１８は、第２鳥瞰図画像ｂから第２鳥瞰図画像ａを減算することによって、差分鳥瞰図画像を生成し、累積演算部２０に供給する。
【００５３】
累積演算部２０は、差分演算部１８から受け取った差分鳥瞰図画像について、左右それぞれの領域での差分値を累積する。図７を参照しながらこの手順について説明を行う。
【００５４】
累積演算部２０は、差分演算部１８から差分鳥瞰図画像を受け取ったタイミングで、右領域累積値を初期化し（S10）、左領域累積値を初期化する（S12）。累積演算部２０は、差分鳥瞰図画像から未処理の差分画素値を取り出し（S14）、取り出した画素の位置情報をもとに、差分鳥瞰図画像の右領域の差分画素値か否かを識別する（S16）。右領域の差分画素値であれば（S16のY）、右領域累積値に差分画素値を加算する（S18）。右領域の差分画素値でなければ（S16のN）、左領域累積値に差分画素値を加算する（S20）。以下、差分鳥瞰図画像の全ての画素について処理するまで上記手順を繰り返す（S22）。
【００５５】
累積演算部２０は、算出した右領域累積値および左領域累積値を判定部２２に供給する。
【００５６】
判定部２２は、累積演算部２０から受け取った右領域累積値および左領域累積値にもとづき、路面状況の判定を行う。すなわち、右領域累積値が正値であり、かつ左領域累積値が負値であれば、路面上に凹形状の領域があると判定する。 右領域累積値が負値であり、かつ左領域累積値が正値であれば、路面上に凸形状の領域があると判定する。右領域累積値および左領域累積値がともに零値であれば、路面は平坦であると判定する。
【００５７】
このような本発明の実施の形態によれば、車両に設置された投光装置５から投光された光の投影パターンを第１撮像装置２ａおよび第２撮像装置２ｂで撮像し、撮像した画像それぞれを鳥瞰図画像に変換し、二つの鳥瞰図画像に含まれている投影パターンの形状にもとづき路面状況の判定を行うので、路面上の凹形状の領域がある場合でもこれを精度良く検出することができる。よって、路面の凹形状な領域を鳥瞰図画像を利用して精度良く検出することができる。
【００５８】
また、第２鳥瞰図画像ｂと第２鳥瞰図画像ａとの差分結果にもとづいて路面状況の判定を行うので、複雑な計算を必要とせず迅速な検出を行うことができる。また、第２鳥瞰図画像ｂと第２鳥瞰図画像ａの差分をとって、差分鳥瞰図画像を生成し、差分鳥瞰図画像の右領域累積値と左領域累積値との比較結果にもとづいて路面状況の判定を行うので、鳥瞰図画像にノイズがあった場合でも精度良い検出を行うことができる。また、制御部１６は、投光装置５の投光する方向を可変制御するので、車両後方の路面状況を的確に把握することができ、運転者の利便性が向上する。
【００５９】
以上、本発明を実施するための形態について説明をしてきたが、本発明は、この実施の形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に規定された本発明の適用範囲にあり、上述した実施の形態の構成が備える機能を達成可能であれば、いろいろな変形が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
２ａ  第１撮像装置、２ｂ  第２撮像装置、５  投光装置、１０  フレームバッファ、１２  画像変換部、１４  路面状況検出部、１６  制御部、１８  差分演算部、２０  累積演算部、２２  判定部。
【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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