(57)【要約】【課題】  先行車両によって反射された照射光を精度良く抽出することができる照射光抽出装置等を提供する。【解決手段】  照射光抽出装置は、所定の照射範囲に照射光を投光する投光器１０と、所定の周波数で照射時間を変化させる照度パターンに従って、所定の単位時間であるサンプリング時間ごとの投光器１０の照射時間を制御する照射制御部３４及び変調部３５と、サンプリング時間ごとに、投光器１０から投光されて対象物から反射された照射光を電気信号として蓄積する光検知器２１及び積分器２２と、蓄積されたサンプリング時間ごとの電気信号から、サンプリング時間ごとの照射時間で表された照射光の強度を抽出する乗算器３１及びディジタルフィルタ部３２とを備え、抽出した照射光の強度を用いて距離計測部３３が先行車両との距離を求める。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の照射範囲に照射光を投光する投光器と、
所定の周波数で照射時間を変化させる照度パターンに従って、所定の単位時間であるサンプリング時間ごとの前記投光器の照射時間を制御する照射制御手段と、
前記サンプリング時間ごとに、前記投光器から投光されて対象物から反射された照射光を電気信号として蓄積する蓄積手段と、
前記蓄積手段に蓄積されたサンプリング時間ごとの電気信号から、前記サンプリング時間ごとの照射時間で表された照射光の強度を抽出する照射光抽出手段と
を備えることを特徴とする照射光抽出装置。
【請求項２】
前記照射光抽出手段は、前記蓄積手段に蓄えられた電気信号をディジタル信号に変換するサンプリング部と、前記サンプリング部でサンプリングされたディジタル信号と前記照度パターンの乗算を行う乗算部と、前記乗算部で算出されたディジタル信号の高周波成分を削除するディジタルフィルタ部とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の照射光抽出装置。
【請求項３】
前記サンプリング部が電気信号からディジタル信号に変換する非線形特性を表すテーブルを記憶する記憶手段を備え、
前記照射制御手段は、前記記憶手段に記憶されたテーブルを参照して、前記サンプリング部の非線形性を相殺するように前記投光器の照射時間を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照射光抽出装置。
【請求項４】
照射光を検知する感度特性を表すテーブルを記憶する記憶手段を備え、
前記照明制御手段は、前記記憶手段に記憶されたテーブルを参照して、前記感度特性による非線形性を相殺するように前記投光器の照射時間を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照射光抽出装置。
【請求項５】
前記照射光抽出手段により抽出された照射光の強度に基づいて、前記対象物までの距離を演算する距離演算手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の照射光抽出装置。
【請求項６】
所定の周波数で照射時間を変化させる照度パターンに従って、所定の単位時間であるサンプリング時間ごとの照射時間を制御して、前記投光器から所定の照射範囲に照射光を投光し、
前記投光器から投光されて対象物から反射された照射光を、前記サンプリング時間ごとに電気信号として蓄積し、
前記蓄積手段に蓄積されたサンプリング時間ごとの電気信号から、前記サンプリング時間ごとの照射時間で表された照射光の強度を抽出すること
を特徴とする照射光抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物に対して照射光を投光し、当該対象物によって反射された照射光を抽出する照射光抽出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、対象物に照射した光をカメラで撮像し、撮像画像から照射光を抽出することによって対象物までの距離を計測する技術が知られている。このような距離計測技術においては、照明等の背景光に対象物が照らされていても、当該対象物に照射した距離計測用の照射光のみを抽出する技術が下記の特許文献１にて知られている。
【０００３】
この特許文献１には、受光した照射光から得た電気信号のアナログ値に対して、周波数フィルタリング及び振幅変化パタンのフィルタリングを行って照射光を抽出している。
【非特許文献１】"Correlation Image Sensor" IEEE Trans. Electron Device, vol.50, no.10 pp.2059-2066, 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した照射光を抽出する技術では、アナログ値を参照してフィルタリングを行っているので、アナログ回路における非線形特性の影響により照射光の照度変化を高精度に測定することが困難である。特に、対象物が日光などの高照度環境下に置かれている場合には、アナログ値によって現れる照度値のほとんどが日光による照度値となり、照射光の割合が少ない。したがって、アナログ回路の非線形特性の影響を大きく受け、照射光が対象物に反射したことによる照度変化が高精度で得られない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、対象物によって反射された照射光を精度良く抽出することができる照射光抽出装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、所定の周波数で照射時間を変化させる照度パターンに従って、所定の単位時間であるサンプリング時間ごとの照射時間を制御して、投光器から所定の照射範囲に照射光を投光する。そして、投光器から投光されて対象物から反射された照射光を、サンプリング時間ごとに電気信号として蓄積し、蓄積手段に蓄積されたサンプリング時間ごとの電気信号から、サンプリング時間ごとの照射時間で表された照射光の強度を抽出することにより、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、サンプリング時間ごとに、照射光の照射時間を調整すると共に反射された光を受光して蓄積した電気信号から照射光の強度を抽出するので、サンプリング時間ごとの照射時間と非照射時間との比によりディジタル的に光照射を行い、当該サンプリング時間に蓄積した電気信号から照射光を抽出することができる。したがって、本発明によれば、光照射における非線形特性及び照射強度を測定する時の非線形特性を排除することができ、対象物により反射された照射光を精度良く抽出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
［照射光抽出装置の構成］
本発明は、図１及び図２に示すように構成された照射光抽出装置に適用される。この照射光抽出装置は、車両に搭載され、車両の運転者に車両前方に存在する他車両の距離情報を表示する。この照射光抽出装置は、車両前部に設けられた投光器１０と、車室内上部に設けられたカメラ２０と、車両のインストルメントパネル内に設けられた演算ユニット３０と、インストルメントパネルの幅方向における中央付近であって運転者から視認可能な位置に設けられたディスプレイ４０とを備える。なお、図１に示す照射光抽出装置において、カメラ２０及び演算ユニット３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたコンピュータによるハードウエアで構成されているが、図１においては便宜的に機能ブロック毎に分けて、説明を行っている。
【００１０】
投光器１０は、車両前方の所定の照射範囲に、周波数変調したパルス状の照射光を投光する。投光器１０は、演算ユニット３０における照射制御部３４から制御信号が供給される。投光器１０は、制御信号に従って、照射光の照度を１００％と０％との間で切り換えることによって、パルス状の照射光を投光する。
【００１１】
カメラ２０は、計測対象物である先行車両から反射した照射光を受光する。先行車両が存在する場合には、投光器１０によって投光された照射光は、当該先行車両に照射される。したがって、カメラ２０によって受光した光には、日光や蛍光灯などの外乱光の他に、先行車両で反射された照射光が含まれる。カメラ２０は、受光した光の照度に応じた明るさの画像信号を生成する。この画像信号は、時系列の電気信号である。
【００１２】
カメラ２０は、光検知器２１と、積分器２２と、ディジタルサンプリング部２３とを備える。光検知器２１は、受光した光を画像信号に変換する。積分器２２は、光検知器２１により変換された画像信号を蓄積する。この蓄積された画像信号は、照度に応じた画素値からなる。ディジタルサンプリング部２３は、積分器２２に蓄積された画像信号をディジタル信号である画像データに変換する。この画像データは、カメラ２０におけるディジタルサンプリング部２３から演算ユニット３０に供給される。
【００１３】
演算ユニット３０は、投光器１０を制御すると共に、カメラ２０から供給された時系列の画像データに基づいて先行車両との距離を演算する。この演算ユニット３０は、乗算器３１と、ディジタルフィルタ部３２と、距離計測部３３と、照射制御部３４と、変調部３５と、補正テーブル記憶部３６とを備える。
【００１４】
乗算器３１は、ディジタルサンプリング部２３から供給された画像データと変調部３５から供給された変調信号とを乗算する。この乗算の結果得られた画像データは、ディジタルフィルタ部３２に供給される。ディジタルフィルタ部３２は、画像データの画素毎に照射光の変調周波数成分のみを抽出するディジタルフィルタ処理を行う。ディジタルフィルタ部３２によって、先行車両によって反射された照射光成分からなる画像データとなる。
【００１５】
距離計測部３３は、ディジタルフィルタ部３２によってフィルタ処理がなされた照射光成分のみからなる画像データが供給される。距離計測部３３は、画像データの各画素の位置、カメラ２０の取り付け角度、投光器１０から照射した光の角度、投光器１０、カメラ２０の配置から幾何学的な計算を行うことで、先行車両までの距離を算出する。距離計測部３３は、先行車両の距離情報をディスプレイ４０に出力する。
【００１６】
ディスプレイ４０は、演算ユニット３０から供給された先行車両の距離情報を表示する。なお、照射光抽出装置においては、ディスプレイ４０によって先行車両の距離情報を表示するのみならず、他の計器で距離情報を提示しても良く、音声によって提示しても良い。
【００１７】
変調部３５は、乗算器３１及び照射制御部３４に対して変調信号を供給する。この変調信号は、所定の周波数で照射時間を変化させる照度パターンを表す。
【００１８】
照射制御部３４は、変調部３５から供給された変調信号に従って、投光器１０を制御する。照射制御部３４は、照度パターンにおける照度が高いほどサンプリング時間ごとの照射時間を長くするような制御信号を投光器１０に出力する。
【００１９】
補正テーブル記憶部３６には、ディジタルサンプリング部２３が画像信号からディジタル信号に変換する非線形特性を表す補正テーブルが記憶されている。この補正テーブル記憶部３６に記憶された補正テーブルは、照射制御部３４によって読み込まれる。そして、照射制御部３４は、補正テーブルを参照して、ディジタルサンプリング部２３から供給された画像データの画素値の非線形性を相殺するように投光器１０の照射時間を制御する。
【００２０】
また、補正テーブル記憶部３６には、光検知器２１によって照射光を検知する感度特性を表す補正テーブルを記憶していても良い。この補正テーブル記憶部３６に記憶された補正テーブルは、照射制御部３４によって読み込まれる。そして、照射制御部３４は、当該補正テーブルを参照し、ディジタルサンプリング部２３から出力された画像データに応じて、光検知器２１の感度特性による非線形性を相殺するように投光器１０の照射時間を制御する。
【００２１】
［照射光抽出装置の動作］
このように構成された照射光抽出装置において、具体的な動作を図３乃至図５を参照して説明する。
【００２２】
照射光抽出装置において、変調部３５が出力する変調信号は、図３（ａ）のように正弦波である。このような変調信号に対し、照射制御部３４は、図３（ｂ）に示すように、照度に応じたサンプリング時間の照射時間となるように投光器１０を制御する。これにより、投光器１０は、変調信号が大きくなるほどサンプリング時間における照射時間を長くし、変調信号の最大値ではサンプリング時間の全体に亘って照射時間となり、変調信号の最小値ではサンプリング時間の全体に亘って消灯時間となる。ここで、各サンプリング時間における照射時間は、補正テーブル記憶部３６に記憶されている補正テーブルによって補正される。
【００２３】
カメラ２０は、図３（ｃ）のように所定のサンプリング時間ごとに光を蓄積し、画像データを生成する。この画像データは、先行車両が存在する場合において、図３（ｄ）に示すようにサンプリング時間ごとに照射時間に比例した離散値となる。画像データは、変調部３５によって生成された変調信号と同じ周波数成分を含む。
【００２４】
このように、照射光抽出装置は、投光器１０における照射強度を時間軸上でオンオフ制御することにより、照度で照射強度を調整する時の投光器１０の非線形特性の影響が排除できる。また、先行車両で反射した照射光を検出する場合でも、照射光の蓄積時間に応じて投光器１０から照射した光の強度を復元することができる。
【００２５】
したがって、この照射光抽出装置によれば、投光器１０の照射光を照射する時の投光器１０の非線形特性を排除することができ、且つ、照射強度を測定する時の光検知器２１の非線形特性を排除することができる。これにより、照射光抽出装置は、先行車両によって反射された照射光の照度を精度良く計測することができる。
【００２６】
演算ユニット３０は、カメラ２０のディジタルサンプリング部２３からディジタル信号としての画像データから、照射制御部３４及び変調部３５によって周波数変調されて照射された照射光のうちで、先行車両によって反射された照射光を抽出する。ここで、演算ユニット３０は、図４に示すように、
ｓｉｎ（ω２ｔ＋β）   （式１）
という式１で表される変調信号を変調部３５により生成する。ここで、ｓｉｎ（ω２ｔ＋β）において、ω２は変調周波数に応じた値、βは任意の位相である。
【００２７】
そして、照射制御部３４は、変調信号（ｓｉｎ（ω２ｔ＋β））に従った照度となるようにサンプリング時間ごとの投光器１０の照射時間を制御する。この変調された照射光は、先行車両で反射された成分（反射光）がカメラ２０で検知される。カメラ２０によって反射光を検知して得たディジタル信号（観測ディジタルデータ）は、ｓｉｎ（ω１ｔ＋α）で表される。ここで、ｓｉｎ（ω１ｔ＋α）において、ω１は変調周波数、αは任意の位相である。
【００２８】
このディジタル信号は、投光器１０から照射した照射光成分を表すｓｉｎ（ω１ｔ＋α）と、太陽光のような直流成分ＤＣと、蛍光灯のような周期的な交流成分Ｇ・ｓｉｎ（ω２ｔ＋γ）とが混合されて、
Ｇ・ｓｉｎ（ω１ｔ＋α）＋ＤＣ＋Ｇ・ｓｉｎ（ω２ｔ＋γ）        （式２）
と表される。ここで、ディジタル信号を表す上記式２における位相αは、投光器１０から照射した照射光における位相βに対する位相変化分である。また、上記式におけるＧは、減衰分である。
【００２９】
そして、上記式１の変調信号と、上記式２の反射された照射光を表すディジタル信号とは、乗算器３１によって乗算され、
Ｇ・｛ｃｏｓ（β−α）／２−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）／２｝
＋ＤＣ・ｓｉｎ（ω１ｔ＋β）
＋ｃｏｓ（（ω１−ω２）ｔ＋β−α）／２
−ｃｏｓ（（ω１＋ω２）ｔ＋α＋β）／２        （式３）
という上記式３で表される信号となる。この式３の信号は、ディジタルフィルタ部３２によってローパスフィルタ処理が施される。これにより、ローパスフィルタ処理の結果として得られる信号は、式３の信号から、時間変動分が除去されて、
Ｇ・ｃｏｓ（β―α）／２      （式４）
となる。式４によれば、変調周波数ω１と同じ周波数成分を含むディジタル信号のみが直流成分として観測され、太陽光などの直流成分や蛍光灯等の変調周波数と異なる交流成分は取り除かれて零となっている。すなわち、カメラ２０によって得られたディジタル信号に対して、投光器１０から投光する照射光と同じ変調周波数を乗算し、ローパスフィルタ処理を行うことで、ディジタル信号に含まれる照射光成分のみを抽出することができる。
【００３０】
つぎに、図５を参照して、本発明を適用した照射光抽出装置により、先行車両までの距離を演算して提示する手順について説明する。
【００３１】
車両のイグニッションスイッチがオンとなっている状況において、ステップＳ１において、変調部３５は、正弦波状の変調信号を生成する。この変調信号は、上述したように投光器１０の照度パターンを表す。
【００３２】
次のステップＳ２において、照射制御部３４は、ステップＳ１にて生成された変調信号を、所定のサンプリング時間ごとの照射光の照射時間に変換する。すなわち、照射制御部３４は、変調信号の振幅が高いほど、サンプリング時間中で照度が１００％となる照射時間を長くする。ここで、照射制御部３４は、補正テーブル記憶部３６に記憶されている補正テーブルに従って変調信号に対するサンプリング時間ごとの照射時間を調整しても良い。
【００３３】
次のステップＳ３において、照射制御部３４は、サンプリング時間ごとに照射時間を制御するように投光器１０により照射光を出力させる。これにより、照射光抽出装置は、投光器１０から所定の照射範囲に、パルス状の照射光を出力する。
【００３４】
そして、ステップＳ４において、カメラ２０の光検知器２１は、先行車両で反射された照射光を含む光を受光して光電変換を行う。
【００３５】
次のステップＳ５において、積分器２２は、ステップＳ４にて生成された電気信号を、所定のサンプリング時間だけ蓄積する。
【００３６】
次のステップＳ６において、ディジタルサンプリング部２３は、ステップＳ５にて蓄積された電気信号である画像信号を、ディジタル信号である画像データにＡ／Ｄ変換して、演算ユニット３０に出力する。
【００３７】
ステップＳ７において、演算ユニット３０の乗算器３１は、ステップＳ６にて出力されたディジタル信号である画像データと、変調部３５により生成された変調信号とを乗算する。これにより、上記式３のような信号を得て、当該信号は、乗算器３１からディジタルフィルタ部３２に供給される。
【００３８】
次のステップＳ８において、ディジタルフィルタ部３２は、ステップＳ７にて乗算器３１から供給された信号に対してフィルタ処理を行い、画像データに含まれる交流成分を取り除いて、直流成分である照射光を抽出する。
【００３９】
次のステップＳ９において、距離計測部３３は、ステップＳ８にて得られた直流成分のみを含む画像データを解析して、先行車両との距離を求める。ここで、距離計測部３３は、投光器１０及びカメラ２０の取り付け位置、画素位置等の幾何学的な関係に基づいて三角測量演算を行って、先行車両との距離を求める。
【００４０】
次のステップＳ１０において、ディスプレイ４０は、ステップＳ９にて演算ユニット３０の距離計測部３３によって演算された先行車両との距離を表示させる。
【００４１】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した照射光抽出装置によれば、サンプリング時間ごとの照射光の照射時間を制御して投光器１０から照射光を発光し、サンプリング時間ごとに蓄積した電気信号からサンプリング時間ごとの照射時間で表された照射光の強度を抽出する構成となっているので、サンプリング時間ごとの照射時間と非照射時間との比によりディジタル的に投光器１０の光照射を行い、当該サンプリング時間に蓄積した電気信号から照射光を抽出することができる。したがって、この照射光抽出装置によれば、投光器１０の非線形特性及び照射強度を測定する時の光検知器２１の非線形特性を排除することができ、先行車両により反射された照射光を精度良く抽出することができる。
【００４２】
また、この照射光抽出装置によれば、ディジタルサンプリング部２３で生成されたディジタル信号からディジタルフィルタ部３２によって照射光成分を抽出する構成となっているので、複数の光検知器２１がある場合でも、各光検知器２１に対応した複数のディジタルサンプリング部２３で生成された複数のディジタル信号を順次処理することができる。これにより、この照射光抽出装置によれば、部品点数が減らすことができ、小型化及び低コスト化が実現できる。
【００４３】
更に、本発明を適用した照射光抽出装置によれば、蓄積した電気信号をディジタル信号に変換する処理、ディジタル信号と照度パターンとの乗算処理、乗算されたディジタル信号の高周波成分を削除するディジタルフィルタ処理を行うことにより照射光の抽出を行うことができ、アナログ処理の非線形特性によらず、高精度に照射光を抽出することができる。
【００４４】
更にまた、この照射光抽出装置によれば、ディジタルサンプリング部２３が電気信号からディジタル信号に変換する非線形特性を表すテーブルを記憶しておき、当該テーブルを参照して、ディジタルサンプリング部２３の非線形性を相殺するように投光器１０の照射時間を制御するので、蓄積した結果得た電気信号の値に応じてディジタル信号に変換する特性にずれがある場合でも、当該ずれを少なくように投光器１０から照射する照射光の照度を制御できる。したがって、この照射光抽出装置によれば、より高精度に照射光を抽出することができる。
【００４５】
更にまた、この照射光抽出装置によれば、照射光を検知する感度特性を表すテーブルを記憶しておき、当該テーブルを参照して、ディジタルサンプリング部２３から出力されたディジタル信号に応じて、感度特性による非線形性を相殺するように投光器１０の照射時間を制御するので、受光する照射光の強度によって光検知器２１の感度が鈍い領域であっても、当該感度のブレを少なくするように投光器１０から照射する照射光の照度を制御できる。したがって、この照射光抽出装置によれば、より高精度に照射光を抽出することができる。
【００４６】
更にまた、この照射光抽出装置によれば、蓄積した電気信号を変換したディジタル信号と変調信号との乗算処理及び高周波成分を取り除くディジタルフィルタ処理によって得た照射光の強度に基づいて、先行車両までの距離を演算するので、当該先行車両までの距離を高精度に得ることができる。
【００４７】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４８】
すなわち、上述した照射光抽出装置の説明では、対象物を先行車両として説明したが、これに限らず、後方や後側方に存在する障害物までの距離を求めるものであっても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を適用した照射光抽出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】投光器、カメラ、演算ユニットの取り付け状態を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用した照射光抽出装置の動作を示すタイムチャートである。
【図４】本発明を適用した照射光抽出装置におけるディジタル処理を説明する図である。
【図５】本発明を適用した照射光抽出装置の動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  投光器
２０  カメラ
２１  光検知器
２２  積分器
２３  ディジタルサンプリング部
３０  演算ユニット
３１  乗算器
３２  ディジタルフィルタ部
３３  距離計測部
３４  照射制御部
３５  変調部
３６  補正テーブル記憶部
４０  ディスプレイ
【図１】
2010054373.tif 000003
【図２】
2010054373.tif 000004
【図３】
2010054373.tif 000005
【図４】
2010054373.tif 000006
【図５】
2010054373.tif 000007