(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車と先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、前記先行車を撮像する１つの撮像手段とを備えた車間距離検出装置において、
前記車間距離検出手段の不作動時に、前記先行車との車間距離Ｄを推定する車間距離推定手段をそなえ、
前記車間距離推定手段は、
前記撮像手段で得られた先行車画像を入力する画像入力部と、
前記車間距離検出手段で得られた先行車までの車間距離Ｄ及び方向に基づいて前記先行車画像の複数個所にそれぞれ追尾点を配置する画像処理部と、
前記先行車画像の前記複数箇所の追尾点について追尾を行うことによって得られる前記追尾点の集団の位置情報、および、この際に前記車間距離検出手段によって得られる前記先行車までの車間距離から車間距離計測用係数ｈを算出し、前記算出した車間距離計測用係数ｈおよび現時点における追尾点の集団の位置情報から車間距離Ｄを算出する車間距離計算部とを備えて構成されている
ことを特徴とする、車間距離検出装置。
【請求項２】
前記追尾点の集団の位置情報には、前記追尾点の分散値が用いられることを特徴とする、請求項１記載の車間距離検出装置。
【請求項３】
前記分散値は、前記追尾点の集団の水平方向の分散値σであることを特徴とする、請求項２記載の車間距離検出装置。
【請求項４】
前記車間距離計測用係数ｈは、ある時点において得られる、前記追尾点の集団の水平方向の分散値σと前記車間距離検出手段による前記先行車までの車間距離Ｄとの乗算値（Ｄ×σ）であることを特徴とする、請求項３記載の車間距離検出装置。
【請求項５】
前記車間距離推定手段では、前記車間距離検出手段の不作動時に、予め得られた前記車間距離計測用係数ｈを現時点において得られる、前記追尾点の集団の水平方向の分散値σeで除して、前記先行車との車間距離の推定値Ｄeを得ることを特徴とする、請求項４記載の車間距離検出装置。
【請求項６】
前記車間距離計算部では、前記複数箇所の追尾点について追尾を行う際に、前記複数の追尾点を順次に注目点として選択し、該注目点周りにテンプレートを設定し、所定時間後に、該注目点が移動したと考えられる候補点を含む範囲に上記テンプレートと同様な窓を設定し、該注目点のテンプレート内の画素の明るさと、該候補点の窓内の画素の明るさとの差が、最小なものを移動した追尾点に設定することを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の車間距離検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は先行車までの車間距離を検出する車間距離検出装置に係り、特に先行車に接近したときの車間距離を精度良く検出するのに好適な車間距離検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ドライバーが安全な車間距離で楽に運転できるように車両の自動追尾システムが提案されている。このシステムは、例えば車両が先行車に近づいたときは自動的にスロットル又はブレーキを制御して車両を減速し、逆に遠ざかったときは自動的にスロットルを制御して車両を加速し、これによって先行車までの車間距離を所定範囲に維持するものである。従って、この種のシステムには先行車までの車間距離を検出する車間距離検出装置が備えられている。
【０００３】
車間距離を検出する装置としては、例えば特開平４−２７６５８５号公報に開示された車載用測距装置がある。この装置は近距離用測距センサと遠距離用測距センサを併用したもので、近距離用測距センサにはＣＣＤカメラや超音波レーダ装置が、また遠距離用測距センサにはレーザレーダや電波レーダが用いられている。そして、近距離を走行する先行車までの車間距離の測定において、先行車のコントラストがほとんどない場合や超音波が反射されずに先行車までの測距を近距離用測距センサで行うことができなかった場合に、車速から推定される対象物までの距離および本来距離出力として採用されない遠距離用測距センサからの距離出力に基づいて距離を演算し、いずれか小なる方の距離を採用して先行車の追従走行を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、近距離用測距センサとして用いられるＣＣＤカメラを車両フロント部に所定間隔離間して２個上下又は左右に設置し、両ＣＣＤカメラの結像位置の相違を検出して三角測量の原理を用いて先行車までの車間距離を計測する。しかしながら、このセンサは２台のＣＣＤカメラを有することから、センサ自体のコストが高くなり、しかもカメラ２台分の取付スペースが必要となるという問題がある。その上、このセンサは長時間使用した場合、車両走行中の振動等により２台のＣＣＤカメラの離間間隔が変化し、その結果、三角測量の原理を用いて行う車間距離測定の精度が低下するという問題もある。
そこで、このような複数のＣＣＤカメラを用いることなく、レーザレーダ等の車間距離検出センサの精度を上げて、遠距離から近距離までの車間距離をこの車間距離検出センサにより計測するように構成することが考えられる。しかし、この場合には、車間距離検出センサが何らかの原因で不作動状態となったときでも車間距離の検出ができるように構成する必要がある。そのため、このような場合に備えて簡易な車間距離検出用の補助的手段を設けることが求められる。
【０００５】
従って本発明の目的は、車間距離検出手段の不作動時に、１台の撮像手段を用いて先行車までの車間距離を精度良く検出し得る車間距離検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車間距離検出装置は、カメラ等の撮像手段で得られた先行車画像を入力し、別途レーザレーダ等の車間距離検出手段で得られた先行車までの車間距離及び方向に基づいて前記先行車画像の複数箇所にそれぞれ追尾点を配置し、この追尾点の集団の位置情報および前記先行車までの車間距離から車間距離計測用係数を算出し、前記算出した車間距離計測用係数および現時点における追尾点の集団の位置情報から車間距離を算出するよう構成した車間距離推定手段を備え、前記レーザレーダ等の車間距離検出手段の不作動時には、前記車間距離推定手段を用いて、先行車との車間距離を推定するものである。ここで、追尾点の集団の位置情報としては、例えば追尾点の集団の分散の値を用いることができる。この場合、車間距離と画像における先行車の幅には相関関係があるため、分散の算出は計算を簡略化するため水平方向について求め、垂直方向については省略することができる。
【０００７】
また、車間距離検出手段の不作動時とは、例えば、車間距離検出手段としてレーザレーダが用いられる装置においては、レーザレーダ自体の故障により出力が得られない場合、あるいは大型トラックのような先行車に車両が接近してレーザレーダからのレーザ光が先行車下部に潜り込んで反射光が得られない場合、レーザレーダに太陽光もしくは他車のレーザ光が入り込み、検出精度が低下し一時的に作動不能になった場合、さらには距離検出の主体がレーザレーダからカメラに自動的に又は人為的に切り換えられた場合等が含まれる。上述のように構成することにより、車間距離検出手段の不作動時において、その直前に計算し保持された車間距離計測用係数を用いて、追尾点の集団の位置情報から先行車までの車間距離を精度良く検出することができる。
なお、車間距離推定手段は、撮像手段で得られた先行車画像を入力する画像入力部と、車間距離検出手段で得られた先行車までの車間距離Ｄ及び方向に基づいて前記先行車画像の複数個所にそれぞれ追尾点を配置する画像処理部と、先行車画像の前記複数箇所の追尾点について追尾を行うことによって得られる追尾点の集団の位置情報、および、この際に、車間距離検出手段によって得られる前記先行車までの車間距離から車間距離計測用係数ｈを算出し、前記算出した車間距離計測用係数ｈおよび現時点における追尾点の集団の位置情報から車間距離Ｄを算出する車間距離計算部とを備えて構成される。
また、前記車間距離計測用係数ｈは、ある時点において得られる、前記追尾点の集団の水平方向の分散値σと前記車間距離検出手段による前記先行車までの車間距離Ｄとの乗算値（Ｄ×σ）とすることができる。そして、車間距離推定手段では、車間距離検出手段の不作動時に、予め得られた前記車間距離計測用係数ｈを現時点において得られる、前記追尾点の集団の水平方向の分散値σeで除して、前記先行車との車間距離の推定値Ｄe（ｈ／σe）を得ることができる。
さらに、前記車間距離計算部では、前記複数箇所の追尾点について追尾を行う際に、前記複数の追尾点を順次に注目点として選択し、この注目点周りにテンプレートを設定し、所定時間後に、かかる注目点が移動したと考えられる候補点を含む範囲に上記テンプレートと同様な窓を設定し、該注目点のテンプレート内の画素の明るさと、該候補点の窓内の画素の明るさとの差が、最小なものを移動した追尾点に設定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る車間距離検出装置を搭載した車両の模式図である。図のように、コントローラ１は車間距離推定手段２および制御信号生成部３を備えており、車両４の室内前方上部に配置されたカメラ５で得られた先行車の画像情報を入力し、また車両４の先端部に配置された車間距離検出センサ６、例えばレーザレーダや電波レーダなど（以下、総称してレーザレーダという）で得られた先行車までの車間距離及び方向を入力する。コントローラ１は、通常時においては、レーザレーダ６で得られた先行車までの車間距離情報に基づいてブレーキアクチュエータ７やスロットルアクチュエータ８を制御する。一方、レーザレーダ６の不作動時においては、コントローラ１は、カメラ５で得られた先行車の画像情報およびレーザレーダ６の正常作動時に得られた先行車までの車間距離情報に基づいて算出された車間距離の値にしたがってブレーキアクチュエータ７やスロットルアクチュエータ８を制御する。また車間距離の値は、車両室内の操作・情報表示部９に表示される。
【０００９】
図２は、本発明に係る車間距離検出装置の一実施例を示す図である。図のように、車間距離推定手段２は、カメラ５で得られた先行車の画像情報を入力する画像入力部２１と、レーザレーダ６で得られた先行車までの車間距離情報を用いて上述の先行車画像上の複数箇所にそれぞれ後述する追尾点を配置する画像処理部２２と、これらの追尾点の集団の位置情報および上述の先行車までの車間距離情報から車間距離計測用係数を算出し、この算出した車間距離計測用係数および現時点における追尾点の集団の位置情報から車間距離を算出する車間距離計算部２３とを備える。制御信号生成部３にはスイッチ１０が接続される。スイッチ１０の入力端子の一方は車間距離推定手段２側に接続され、他方はレーザレーダ６側に接続される。スイッチ１０は、レーザレーダ（Ｌ／Ｒ）不作動検出部１１からの出力で切り換えられる。
【００１０】
通常時、スイッチ１０はレーザレーダ６側に接続されている。制御信号生成部３は、レーザレーダ６で得られた先行車までの車間距離情報をスイッチ１０を介して入力し、ブレーキアクチュエータ７やスロットルアクチュエータ８を制御する信号、および操作・情報表示部９へ表示する信号を生成する。レーザレーダ不作動検出部１１はレーザレーダ６で得られた車間距離情報を監視し、レーザレーダ６の不作動が検出されると、スイッチ１０をレーザレーダ６側から車間距離推定手段２側に切り換える。レーザレーダ６の不作動の検出は、例えば車間距離情報に特異な値が現れた場合に行われる。これにより制御信号生成部３は、車間距離推定手段２で得られた車間距離の算出値をスイッチ１０を介して入力し、ブレーキアクチュエータ７やスロットルアクチュエータ８を制御する信号、および操作・情報表示部９へ表示する信号を生成する。
【００１１】
図３は、本発明に係る車間距離検出装置の動作を示すフローチャートである。図のように、ステップ３１にて、カメラ５で得られた画像を入力する。ステップ３２では、図４（ａ）に示すように、レーザレーダ（Ｌ／Ｒ）６で得られた先行車までの車間距離及び方向に基づいて、入力画像中において先行車の存在する範囲４８を決定する。ステップ３３では、図４（ｂ）に示すように、先行車画像４２の存在範囲４８に複数の追尾点を配置する。ステップ３４では、これらの追尾点を順次に注目点４３として選択し先行車の追尾を行うためのテンプレート４４を作成する。ここでテンプレート４４は、追尾点の周りに仮想的に設けた小さな窓である。ステップ３５では、このテンプレート４４を用いて、次のようにして先行車を追尾する。すなわち、時刻ｔから時間ｄｔ経過後、図４（ｃ）に示すように、この注目点が移動したと考えられる候補点を含む範囲に対して、テンプレートと同様な複数の小さな窓を考える。この候補点の窓と移動前の注目点の窓との間で、窓内の画素の明るさの差の絶対値和を求める。この絶対値和（ＳＳＤ：Ｓｕｍ  ｏｆ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ）は、注目座標（ｘｔ，ｙｔ）の明るさをＢ（ｘｔ，ｙｔ）、追尾の候補点の座標（ｘｔ＋ｄｔ，ｙｔ＋ｄｔ）の明るさをＢ（ｘｔ＋ｄｔ，ｙｔ＋ｄｔ）、そして窓をＷとすると、次の（数１）より求められる。
【００１２】
【数１】
0003580152.tif 000002
【００１３】
候補点のうちでＳＳＤ値の最も小さい（相関が高い）窓に対応する点４６を移動先の点として決定する。ステップ３６では、それぞれの点が追尾に成功したか失敗したかを判定する。この判定部分はレーザレーダが正常に作動しているときのみ動作し、レーザレーダ不作動時には動作しない。図４（ｃ）に示すように、レーザレーダによる先行車存在範囲４５の範囲内にある点は追尾に成功したものとし、ステップ３４に戻って追尾を継続する。一方、範囲外にある点４７は追尾に失敗した点とし、ステップ３７にて新たな追尾点を作成し追尾をやり直す。そして最終的に全ての追尾点が先行車画像上に配置されるようにする。以上のような画像処理を行なった後、車間距離を算出する動作に移る。
【００１４】
車間距離の算出では、まずステップ３８にて、先行車画像上に配置された複数の追尾点の集団の重心を計算する。そしてステップ３９にて、この重心との関係を用いて追尾点位置の水平方向の分散σを算出する。追尾点の集団（ｎ個）の重心を（Ｘ，Ｙ）、追尾点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）としたとき、ｎ個の追尾点の集団の水平方向の分散σは次の（数２）で求められる。
【００１５】
【数２】
0003580152.tif 000003
【００１６】
図４（ａ）のように、先行車までの車間距離が小さくなったときは、先行車画像は画面中で大きくなり画像上の各追尾点の間隔が広がって、水平方向の各追尾点位置（Ｘｋ）が重心位置（Ｘ）から離れるので分散σは大きくなる。逆に、図４（ｃ）のように、先行車までの車間距離が大きくなったときは、先行車画像は画面中で小さくなり画像上の各追尾点の間隔が狭まって、水平方向の各追尾点位置（Ｘｋ）が重心位置（Ｘ）に近づくので分散σは小さくなる。ステップ４０では、この分散と車間距離との関係を用いて車間距離計測用係数ｈを算出する。即ち、ある時点においてレーザレーダ６で得られた先行車までの車間距離をＤとし分散をσとすると、車間距離計測用係数ｈは、ｈ＝Ｄ×σより算出される。算出された車間距離計測用係数ｈは、車間距離計算部２３に備えられた図示しない記録媒体に保持される。ステップ４１では、レーザレーダ６の不作動時において、この算出された車間距離計測用係数ｈおよびレーザレーダ不作動時点における分散σｅを用いて、先行車までの車間距離Ｄｅを計算し推定する。推定車間距離Ｄｅは、Ｄｅ＝ｈ／σｅより算出される。この推定車間距離Ｄｅの値に基づいて、制御信号生成部３は制御信号を出力し、ブレーキアクチュエータ７やスロットルアクチュエータ８を制御し、また推定車間距離の値を車両室内の操作・情報表示部９に表示する。
【００１７】
このように本実施例では、レーザレーダ６の不作動時において、その直前に得られたレーザレーダによる先行車までの車間距離および追尾点の集団の分散から車間距離を計算し推定しているので、先行車までの車間距離を精度良く推定することができる。また、１台のカメラで得られた先行車画像に複数の追尾点を付与し同時に追尾するので、追尾に失敗した点が何点かあっても車間距離算出の精度に影響が少ない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、車間距離検出手段の不作動時に、１台の撮像手段を用いて先行車までの車間距離を精度良く検出可能な車間距離検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車間距離検出装置を搭載した車両の模式図である。
【図２】本発明に係る車間距離検出装置の一実施例を示す図である。
【図３】本発明に係る車間距離検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ追尾点を用いて先行車を追尾する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１  コントローラ
２  車間距離推定手段
３  制御信号生成部
４  車両
５  カメラ
６  レーザレーダ
７  ブレーキアクチュエータ
８  スロットルアクチュエータ
９  操作・情報表示部
１０  スイッチ
１１  Ｌ／Ｒ不作動検出部
２１  画像入力部
２２  画像処理部
２３  車間距離計算部
【図１】
0003580152.tif 000004
【図２】
0003580152.tif 000005
【図３】
0003580152.tif 000006
【図４】
0003580152.tif 000007