(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の結像レンズ及び光センサアレイからなる撮像手段と、各光センサアレイ上に結像した測距対象物の画像の位置ずれ量に基づいて三角測量原理により測距対象物までの距離を演算する演算手段とを備えた測距装置において、
前記演算手段は、
一対の光センサアレイの視野内においてそれぞれ部分的に設けられたウィンドウ画像データの組合せを、ウィンドウ位置を順次シフトさせながらそのシフト位置の数だけ作り、それぞれの組合せについて両ウィンドウ画像データ間の相関値を計算する相関値計算手段と、
最高の相関値が計算されたシフト位置の近傍の相関値の変化状態から両ウィンドウ画像データの一致不一致を判定する画像一致判定手段と、
最高の相関値が計算されたときの両ウィンドウ画像データのコントラスト値を求め、このコントラスト値を判定値と比較してコントラストの高低を判定するコントラスト判定手段と、
一対の光センサアレイの視野内の複数の測距点についての前記画像一致判定手段及びコントラスト判定手段の判定結果に基づいて、画像の乱れに基づく測距異常を判定する測距異常判定手段と、を有し、
前記測距異常判定手段は、光センサアレイの視野内の複数の測距点を対象として、コントラスト値が所定値以上あり、かつ画像が一致している測距点の数（第１の測距点数という）と、コントラスト値は所定値以上あるが画像が不一致である測距点の数（第２の測距点数という）とを求め、第２の測距点数／（第１の測距点数＋第２の測距点数）の比が所定値を超えた場合に測距異常と判定することを特徴とする測距装置。
【請求項２】
請求項１記載の測距装置において、
画像一致判定手段は、最高の相関値が計算されたときのシフト位置の前後の各複数の相関値が持つ勾配の平均値が所定の判定値より大きい場合は画像が一致しており、小さい場合は画像が不一致であると判定することを特徴とする測距装置。
【請求項３】
請求項１記載の測距装置において、
画像一致判定手段は、最高の相関値が計算されたときのシフト位置の前後の各複数の相関値が持つ勾配の平均値をそのときの両ウィンドウ画像データのコントラスト値により補正し、この補正後の平均値が所定の判定値より大きい場合は画像が一致しており、小さい場合は画像が不一致であると判定することを特徴とする測距装置。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の測距装置において、
コントラスト判定手段により求められるコントラスト値は、最高の相関値が計算されたときの両ウィンドウ画像データの微分値の絶対値をウィンドウ内の全画素について加算した値を用いることを特徴とする測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の車間距離測定装置等の測距装置に関し、特に、測距対象物からの光を受光する受光窓の曇り、雨滴、汚れ等による画像の乱れに起因した測距異常を正確かつ安定して検出可能な測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、先行車との距離を測定する車間距離測定装置の従来技術を説明する。
従来の車間距離測定装置としては、左右２つの光学系により結像された画像を電気的に比較して、三角測量の原理により測距を行うものが知られている。
図３は、この種の従来の車間距離測定装置５０を示す構成図であり、測距対象物５１を撮像する撮像手段５２と、この撮像手段５２によって得られた画像から測距対象物５１までの距離を計算する演算手段５３とを備えている。
前記撮像手段５２は、一対の結像レンズ６１，６２及びこれらに対応する一対の光センサアレイ６３，６４とから構成され、また、前記演算手段５３は、信号処理部６５と距離検出回路６６とから構成されている。
【０００３】
図３において、結像レンズ６１，６２は光軸間隔Ｂaを隔てて配置されている。
光センサアレイ６３，６４は、例えばＣＣＤリニアセンサアレイであり、各々結像レンズ６１，６２に対して焦点距離ｆの位置に配置されている。
これらの光センサアレイ６３，６４は、結像レンズ６１，６２により各々結像された測距対象物５１の画像を像信号Ｓ６１，Ｓ６２に変換し、信号処理部６５に出力する。
【０００４】
信号処理部６５は、増幅器６７，６８、Ａ／Ｄ変換器６９，７０、及び記憶装置７１からなっている。
光センサアレイ６３，６４からの像信号Ｓ６１，Ｓ６２は、増幅器６７，６８により増幅されて像データ３０Ａ，４０Ａとなった後、Ａ／Ｄ変換器６９，７０によりディジタルデータに変換され、像データＳ６３，Ｓ６４として記憶装置７１に出力される。
信号処理部６５の出力側に設けられた距離検出回略６６は、マイクロコンピュータによって構成されており、記憶装置７１に記憶された左右の像データＳ６３，Ｓ６４を比較して測距対象物５１までの距離を算出し、距離信号Ｓ６５として外部に出力する。
【０００５】
次に、距離検出の原理を図４を用いて説明する。
各結像レンズ６１，６２の光軸間の中点を原点Ｏとして横軸Ｘ、縦軸Ｙを設定し、光センサアレイ６３，６４上の結像位置Ｌ1，Ｒ1の座標をそれぞれ（−ａL1−Ｂa／２，−ｆ），（ａR1＋Ｂa／２，−ｆ）とする。ここで、ａL1，ａR1は、図示するように結像位置Ｌ1，Ｒ1と基準位置Ｌ0，Ｒ0との間の距離（位置ずれ量）である。
【０００６】
結像レンズ６１の中心点ＯLの座標は（−Ｂa／２，０）、結像レンズ６２の中心点ＯRの座標は（Ｂa／２，０）であり、測距対象物５１である点Ｍの座標を（ｘ，ｙ）とすれば、点ＭからＸ軸に下ろした垂線とＸ軸との交点Ｎの座標は（ｘ，０）、点ＯLの直下の基準位置Ｌ0の座標は（−Ｂa／２，−ｆ）、点ＯRの直下の基準位置Ｒ0の座標は（Ｂa／２，−ｆ）である。
このとき、三角形ＭＯLＮと三角形ＯLＬ1Ｌ0、三角形ＭＯRＮと三角形ＯRＲ1Ｒ0とは相似であるから、数式１、数式２が成り立つ。
【０００７】
【数１】
（ｘ＋Ｂa／２）ｆ＝ａL1・ｙ
【０００８】
【数２】
（−ｘ＋Ｂa／２）ｆ＝ａR1・ｙ
【０００９】
数式１、数式２から、数式３を得ることができる。
この数式３より、結像位置Ｌ1，Ｒ1に応じた距離ａL1，ａR1が分かれば、測距対象物５１までの距離ｙ（図４におけるＬ）を算出することができる。
【００１０】
【数３】
ｙ＝Ｂa・ｆ／（ａL1＋ａR1）
【００１１】
次に、距離検出回路６６の動作の詳細を説明する。
距離検出回略６６は、図５の実線に示すような左右の像データ６３Ｌ，６３Ｒを、別途設定した測距範囲７３（図６参照）について比較し、これらの像データ６３Ｌ，６３Ｒが一致しなければ、図５の破線のように、例えば左の像データ６３Ｌを右に、または右の像データ６４Ｒを左に順次シフトしていき、左右の像データ６３Ｌ，６３Ｒが一致した状態に最も近いときのシフト量（ａL1＋ａR1）を検出する。
【００１２】
ここで、左右の像データ６３Ｌ，６３Ｒは完全に一致するとは限らない。なぜなら、光センサアレイ６３，６４の空間的な画素の間に像の一致点があり得るからである。
距離検出回路６６は、前記シフト量（ａL1＋ａR1）と光軸間隔Ｂa、焦点距離ｆを用いて、測距対象物５１までの距離ｙを前記数式３により算出する。
【００１３】
図６は、先行車５１ａとの間の距離検出における正常時の画像を示す模式図である。
同図において、測定視野７２内に測距範囲７３を設定し、測距範囲７３内の対象物つまり先行車５１ａに対する距離を、前述の距離検出原理に基づき車間距離として検出する。
【００１４】
なお、光センサアレイを複数個配置し、同様な距離検出原理に基づき車両を検出して車間距離を検出する方式も、特開平９−７３５３９号公報に提案されている。
更に、特開平１０−４７９５５号公報においては、画像不一致の判定及び低コントラスト判定を行なっている。これらの判定原理を、図７を用いて簡単に説明する。
【００１５】
まず、低コントラスト判定を図７に基づいて説明する。この図７において、参照符号は図３と同一のものを使用している。光センサアレイ６３，６４のある一対のラインにおいて結像レンズ６１，６２により結像された像データをそれぞれＳ63（ｊ），Ｓ64（ｉ）（ここでは０≦ｉ≦２５５，０≦ｊ≦２５５とする）とする。更に、これらの像データを微分した像データをそれぞれＢＳ63（ｊ），ＢＳ64（ｉ）とする。
【００１６】
ここでは、測定対象物５１が車間距離測定装置５０の正面にあり、正面方向の測定点について測距を行うものとして説明する。この正面方向を測距するために、光センサアレイ６３，６４の視野内において、位置を画素配列方向に順次シフトさせながら、部分的に設けられたウィンドウ画像データの組み合わせを図のＣ0〜ＣEのように作る。ここで、０〜Ｅは順次シフトさせたシフト位置を示す数である。そして、上記組み合わせＣ0〜ＣEのそれぞれについて、両ウィンドウ画像データ間の相関値を計算する。相関値の計算方法として、例えば組み合わせＣkにおける相関値Ｖkは数式４のようになる。
【００１７】
【数４】
0003721803.tif 000002
【００１８】
ここで、Ｗは両ウィンドウ画像データを比較するためのウィンドウ幅（画素数）である。
相関値の関数を図８に示す。横軸は図７に示した０〜Ｅの組み合わせＣ0〜ＣEの数（つまりシフト位置）である。縦軸は各シフト位置における相関値であり、相関値が最小であるシフト位置が最高相関点となり、このときのシフト位置ｓが数式３の（ａL1＋ａR1）に相当する。なお、図８における相関値の勾配ｂ1，ｂ2については後述する。
この測距点におけるコントラスト値は、数式５のように計算される。
【００１９】
【数５】
0003721803.tif 000003
【００２０】
数式５において、ＣＴ64，ＣＴ63はそれぞれ光センサアレイ６４，６３のコントラスト値である。
低コントラスト判定は、ある判定値ＣＴに対して数式６が満たされるとき、この測距データは低コントラストであると判定する。
【００２１】
【数６】
ＣＴ64≦ＣＴ  または
ＣＴ63≦ＣＴ
【００２２】
次に、画像不一致の判定原理を図８に基づいて説明する。
最高相関点のシフト位置ｓの前後各２点ずつのシフト位置ｓ−２，ｓ−１，ｓ＋１，ｓ＋２における相関値をそれぞれＶs-2，Ｖs-1，Ｖs+1，Ｖs+2とすると、画像の一致度を表す値ＳCは、数式７のようになる。
【００２３】
【数７】
0003721803.tif 000004
【００２４】
そして、画像不一致の判定は、ある判定値ＳHに対して、数式８が成立するときに画像が不一致であると考える。
【００２５】
【数８】
ＳC≦ＳH
【００２６】
【発明の解決しようとする課題】
ところで、このような車間距離測定装置５０を用いる際、結像レンズ６１，６２自体やその前面を保護する受光窓の透明なカバーガラス等が曇ったり、汚れたり、更には雨滴が付着することで視界が不良になった場合、測距が不正確になるおそれがある。また、車室内に車間距離測定装置５０が配置され、フロントガラス越しに先行車等を測距する場合においても、雨滴や汚れ等がフロントガラスに付着することで同様な不都合が生じうる。
【００２７】
このような点に鑑み、本出願人による特願平９−１８９９５６号に示される解決方法が既に提案されている。
この従来技術によれば、図９のように結像レンズ６１，６２の前面のカバーガラス８０に雨滴や曇りが生じた場合、図１０に示すごとく光センサアレイ６３，６４の両画像とも低コントラストの状態が発生するので、この状態が所定時間以上続いた場合に測距異常であると判定している。
【００２８】
しかしながら、例えば夜間等においては車のライト部分しか高コントラストが検出されない、すなわち画像データ領域のうちの狭い範囲にだけ高コントラストが検出されることが多く、ライト以外は暗いため全体として低コントラストと判定されやすい。従って、雨滴や汚れがない場合でも測距異常と判定されてしまうおそれが強い。
また、昼間においても先行車そのもののコントラストが低く、視野内の風景にも空や壁のようにコントラストが低い対象物が多く含まれる場合に、測距異常と判定される可能性が高い。
【００２９】
そこで本発明は、従来の技術が持つ上記の問題点を解決し、測定視野内の対象物のコントラストの高低に影響されず、雨滴や汚れ等に起因する画像の乱れに基づく測距異常のみを正確かつ安定に検知できるようにした測距装置を提供しようとするものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、一対の結像レンズ及び光センサアレイからなる撮像手段と、各光センサアレイ上に結像した測距対象物の画像の位置ずれ量に基づいて三角測量原理により測距対象物までの距離を演算する演算手段とを備えた測距装置において、
前記演算手段は、
一対の光センサアレイの視野内においてそれぞれ部分的に設けられたウィンドウ画像データの組合せを、ウィンドウ位置を順次シフトさせながらそのシフト位置の数だけ作り、それぞれの組合せについて両ウィンドウ画像データ間の相関値を計算する相関値計算手段と、
最高の相関値が計算されたシフト位置の近傍の相関値の変化状態から両ウィンドウ画像データの一致不一致を判定する画像一致判定手段と、
最高の相関値が計算されたときの両ウィンドウ画像データのコントラスト値を求め、このコントラスト値を判定値と比較してコントラストの高低を判定するコントラスト判定手段と、
一対の光センサアレイの視野内の複数の測距点についての前記画像一致判定手段及びコントラスト判定手段の判定結果に基づいて、画像の乱れに基づく測距異常を判定する測距異常判定手段と、を有し、
前記測距異常判定手段は、光センサアレイの視野内の複数の測距点を対象として、コントラスト値が所定値以上あり、かつ画像が一致している測距点の数（第１の測距点数という）と、コントラスト値は所定値以上あるが画像が不一致である測距点の数（第２の測距点数という）とを求め、第２の測距点数／（第１の測距点数＋第２の測距点数）の比が所定値を超えた場合に測距異常と判定するものである。
【００３１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の測距装置において、画像一致判定手段が、最高の相関値が計算されたときのシフト位置の前後の各複数の相関値が持つ勾配の平均値が所定の判定値より大きい場合は画像が一致しており、小さい場合は画像が不一致であると判定するものである。
【００３２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の測距装置において、画像一致判定手段が、最高の相関値が計算されたときのシフト位置の前後の各複数の相関値が持つ勾配の平均値をそのときの両ウィンドウ画像データのコントラスト値により補正し、この補正後の平均値が所定の判定値より大きい場合は画像が一致しており、小さい場合は画像が不一致であると判定するものである。
【００３３】
請求項４記載の発明は、請求項１，２または３記載の測距装置において、コントラスト判定手段により求められるコントラスト値として、最高の相関値が計算されたときの両ウィンドウ画像データの微分値の絶対値をウィンドウ内の全画素について加算した値を用いるものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１に示す本発明の実施形態は、本発明の測距装置を車間距離測定装置５００に適用した場合のものである。
なお、図３と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
【００３６】
図１において、撮像手段５２及び信号処理部６５の構成は図３と同様であるが、この実施形態では、距離検出回路６６０に測距異常判定部５４が接続され、信号処理部６５と距離検出回路６６０と測距異常判定部５４とによって演算手段５３０が構成されている。
【００３７】
距離検出回路６６０内の相関値計算部６６０Ａ、画像一致判定部６６０Ｂ、コントラスト判定部６６０Ｃによって計算された画像一致度信号Ｓ６８及びコントラスト値信号Ｓ６９は、測距異常判定部５４に送信される。測距異常判定部５４ではこれらの信号Ｓ６８，Ｓ６９に基づいて測距異常か正常かを判定し、測距異常の場合には測距異常信号Ｓ６６を出力し、測距正常の場合には測距正常信号Ｓ６７を出力する。
また、距離検出回路６６０からは、従来と同様に距離信号Ｓ６５が出力される。
【００３８】
ここで、相関値計算部６６０Ａは、図７に示したように光センサアレイ６３，６４の視野内において部分的に設けられたウィンドウ画像データＳ63（ｊ），Ｓ64（ｉ）の組み合わせを作り、これらの像データＳ63（ｊ），Ｓ64（ｉ）を微分した像データＢＳ63（ｊ），ＢＳ64（ｉ）の組み合わせを生成する。この処理を、光センサアレイ６３，６４の視野内でウィンドウ位置を順次シフトしながらシフト位置の数だけ行い、ウィンドウ画像データの組み合わせＣ0〜ＣEを作る。
そして、個々の組み合わせＣ0〜ＣEについて、前述の数式４等を用いて両ウィンドウ画像データ間の相関値を計算し、図８に示したような最高相関点を求める。
【００３９】
画像一致判定部６６０Ｂは、最高の相関値が計算されたとき（最高相関点）のシフト位置ｓの近傍のシフト位置、例えばｓ−２，ｓ−１，ｓ＋１，ｓ＋２における相関値の変化状態に基づいて、前述の数式７により両画像データの一致度を表す値ＳCを求め、これを判定値ＳHと比較して画像一致度信号Ｓ６８を出力する。
【００４０】
なお、最高相関点を表した図８において、ｂ1は最高相関点（シフト位置ｓ）の前の部分の２つのシフト位置ｓ−２，ｓ−１における相関値が持つ勾配であり、ｂ2は後の部分の２つのシフト位置ｓ＋１，ｓ＋２における相関値が持つ勾配である。これらのｂ1，ｂ2はほぼ同様な値となるはずであるが、ばらつき等の誤差が含まれることがあるため、請求項２に示すようにｂ1，ｂ2を平均する形、すなわち数式７のようにｂ1，ｂ2を共に加味した計算式を用いることが望ましい。
【００４１】
また、数式７では、請求項３に示すごとく２画像の一致度を表す値ＳCをコントラスト値ＣＴ63，ＣＴ64により補正している。これは、コントラスト値ＣＴ63，ＣＴ64と前述した最高相関点の前後の勾配ｂ1，ｂ2は正の相関関係にあるためであり、数式７のようにコントラスト値を分母に含むことで値ＳCはコントラスト値に影響されず、数式８の画像不一致の判定値ＳHを一定値に固定することが可能となる。
【００４２】
コントラスト判定部６６０Ｃは、前記数式５により、最高の相関値が計算されたときの一対のウィンドウ画像データのコントラスト値ＣＴ63，ＣＴ64を求め、コントラスト値信号Ｓ６９として出力する。
すなわち、コントラスト値ＣＴ63，ＣＴ64は、請求項４に示すように、最高の相関値が計算されたときの一対のウィンドウ画像データを微分した画像データに対し、ウィンドウ内の全画素値の絶対値の和によって求められるものである。
【００４３】
次いで、測距異常判定部５４の判定原理を、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
測距異常判定部５４には、前述したように距離検出回路６６０から画像一致度信号Ｓ６８及びコントラスト値信号Ｓ６９が、車間距離測定装置５００の測定視野７２内のすべての測距範囲７３（測距点）について送信されてくる。
【００４４】
これらの信号に基づいて、測距異常判定部５４は、コントラストが十分にある、すなわちコントラスト値が所定値以上あり、しかも画像が一致している、すなわち画像一致度を表す値が所定値以上ある測距点の数（第１の測距点数）をＡとし、コントラスト値は所定値以上あるが画像が不一致である、すなわち画像一致度を表す値が所定値に達していない測距点の数（第２の測距点数）をＢとして、これらのＡ，Ｂを求める（ステップＳＴ１０１）。
更に、これらの測距点数Ａ，Ｂから、下記の数式９により測距異常判定値Ｃを算出する（同ＳＴ１０２）。
【００４５】
【数９】
Ｃ＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ）
【００４６】
更に、下記の数式１０により測距異常判定値Ｃと判定値ＣHとの大小関係を比較し（同ＳＴ１０３）、この数式１０が満たされるときには測距異常と判定して測距異常信号Ｓ６６を出力し（同ＳＴ１０４，ＳＴ１０５）、それ以外は測距正常と判定して測距正常信号Ｓ６７を出力する（同ＳＴ１０６，ＳＴ１０７）。
つまりこの実施形態によれば、コントラスト値が所定値以上の全測距点の中で、画像不一致の測距点数が多いほど測距異常と見なすという判定原理に従い、受光窓の曇りや雨滴、汚れ等に起因する画像の乱れによる測距異常を検出可能としている。
【００４７】
【数１０】
Ｃ＞ＣH
【００４８】
なお、上記実施形態は本発明を車間距離測定装置に適用した場合のものであるが、本発明の用途はこれに何ら限定されるものではなく、三角測量原理を利用して対象物までの距離を測定する各種の測距装置に適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜４に記載した発明によれば、測定視野内のコントラストの高低に影響されず、受光窓の曇りや雨滴、汚れ等に起因する画像の乱れに基づく測定異常を正確かつ安定に検知することができる。
また、例えば夜間時に車のライトしか視野内にコントラストとして捕えられず、全体としては視野内の対象物のコントラストが低い場合、あるいは、昼間であって道路や車両が視野内に模様として多く存在することによりコントラストが高い場合等についても、雨滴や汚れ等による画像の乱れに起因した測距異常のみを正確かつ安定に検知することができる。
【００５０】
請求項２に記載した発明によれば、画像一致判定手段が、最高相関点の前後における各複数の相関値が持つ勾配の平均値から画像一致判定を行うため、安定かつ正確に画像の一致、不一致を判定することが可能である。
【００５１】
請求項３に記載した発明によれば、画像一致判定手段が、最高相関点の前後における上記勾配の平均値を最高の相関値が計算されたときの一対のウィンドウ画像データのコントラスト値により補正するため、コントラストに影響されずに一定の判定値によって安定かつ正確に画像の一致、不一致を判定することが可能である。
【００５２】
請求項４に記載した発明によれば、請求項１，２または３の発明に用いられるコントラスト判定値として、最高の相関値が計算されたときの一対のウィンドウ画像データを微分した画像データについて、ウィンドウ内の全画素値の絶対値の和を用いるため、安定かつ正確にコントラスト判定値を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の測距異常判定部の処理を示すフローチャートである。
【図３】従来の車間距離測定装置を示す構成図である。
【図４】距離算出の原理を示した説明図である。
【図５】距離検出回略の動作を示した説明図である。
【図６】測距対象物の画像を示す模式図である。
【図７】低コントラスト判定原理の説明図である。
【図８】画像不一致の判定原理の説明図である。
【図９】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図１０】従来技術の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
５００  車間距離測定装置
５１  測距対象物
５１ａ  先行車
５２  撮像手段
５３０  演算手段
５４  測距異常判定部
６１，６２  撮像レンズ
６３，６４  光センサアレイ
６５  信号処理部
６６０  距離検出回路
６６０Ａ  相関値計算部
６６０Ｂ  画像一致判定部
６６０Ｃ  コントラスト判定部
６７，６８  増幅器
６９，７０  Ａ／Ｄ変換器
７１  記憶装置
７２  測定視野
７３  測距範囲
８０  カバーガラス
Ｓ６１，Ｓ６２  像データ
Ｓ６３，Ｓ６４  Ａ／Ｄ変換後の像データ
Ｓ６５  距離信号
Ｓ６６  測距異常信号
Ｓ６７  測距正常信号
Ｓ６８  画像一致度信号
Ｓ６９  コントラスト値信号
３０Ａ，４０Ａ  像データ
６３Ｌ  左の像データ
６４Ｒ  右の像データ
【図１】
0003721803.tif 000005
【図２】
0003721803.tif 000006
【図３】
0003721803.tif 000007
【図４】
0003721803.tif 000008
【図５】
0003721803.tif 000009
【図６】
0003721803.tif 000010
【図７】
0003721803.tif 000011
【図８】
0003721803.tif 000012
【図９】
0003721803.tif 000013
【図１０】
0003721803.tif 000014