(57)【要約】  【課題】  路面形状が非平面の場合であっても車間距離を適切に求めることができる車間距離測定装置及び方法を提供する。  【解決手段】  車間距離測定装置は、車両に搭載されたカメラと、車両の走行中にカメラにて逐次撮影された画像に基づいて、先行車両との車間距離を求める制御部とを備え、制御部は、画像中から先行車両の下端を識別し、カメラの光学中心と下端とを結ぶ直線を求め、求めた直線のデータを記憶部に記憶し、逐次撮影される画像に基づいてカメラの運動パラメタを求め、カメラの運動パラメタに基づいて車両が通過した道路の起伏を求め、起伏のデータと直線のデータとに基づいて直線が道路と交差する位置を求め、その交差した位置と直線を求めたときのカメラの位置とに基づいて、先行車両との車間距離を求める。【選択図】  図５
2015079388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたカメラと、
前記車両の走行中に前記カメラにて逐次撮影された画像に基づいて、先行車両との車間距離を求める制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記画像中から先行車両の下端を識別し、前記カメラの光学中心と前記下端とを結ぶ直線を求め、求めた直線のデータを記憶部に記憶し、
逐次撮影される前記画像に基づいて前記カメラの運動パラメタを求め、前記カメラの運動パラメタに基づいて車両が通過した道路の起伏を求め、前記起伏のデータと前記直線のデータとに基づいて前記直線が前記道路と交差する位置を求め、その交差した位置と前記直線を求めたときのカメラの位置とに基づいて、先行車両との車間距離を求める車間距離測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記先行車両の中にある２点間の画像内での距離を求め、前記２点間の画像内での距離と前記車間距離とに基づいて前記２点間の実距離を求めて記憶部に記憶しておき、
前記２点間の実距離を記憶した後は、逐次撮影される画像内の前記２点間の距離と前記記憶部に記憶された実距離とに基づいて、前記先行車両との車間距離を求める請求項１に記載の車間距離測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記カメラにて撮影した複数の画像のそれぞれから前記画像内に映る先行車両の下端を識別し、前記カメラの光学中心と前記下端とを結ぶ直線を求める処理を行い、求めた複数の直線のデータを記憶部に記憶し、
前記複数の直線を用いて先行車両との車間距離を求める請求項１または２に記載の車間距離測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数の直線が前記カメラの光学中心と前記先行車両の下端との間で互いに交差する場合には、当該直線のデータを記憶部から消去する請求項３に記載の車間距離測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記直線と前記道路とが交差する位置が見つかるまでは、前記直線とカメラの光学中心の道路からの高さとから、先行車両との車間距離を求める請求項１ないし４のいずれかに記載の車間距離測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、車間距離を求める処理を直線区間において行う請求項１ないし５のいずれかに記載の車間距離測定装置。
【請求項７】
車両に搭載されたカメラを備えた車間距離測定装置によって、先行車両との車間距離を求める車間距離測定方法であって、
前記カメラが、前記車両の走行中に画像を撮影するステップと、
前記車間距離測定装置が、前記画像中から先行車両の下端を識別し、前記カメラの光学中心と前記下端とを結ぶ直線を求め、求めた直線のデータを記憶部に記憶するステップと、
前記車間距離測定装置が、逐次撮影される前記画像に基づいて前記カメラの運動パラメタを求め、前記カメラの運動パラメタに基づいて車両が通過した道路の起伏を求めるステップと、
前記車間距離測定装置が、前記起伏のデータと前記直線のデータとに基づいて前記直線が前記道路と交差する位置を求め、その交差した位置と前記直線を求めたときのカメラの位置とに基づいて、先行車両との車間距離を求めるステップと、
を備える車間距離測定方法。
【請求項８】
車両に搭載されたカメラを備えた車間距離測定装置によって、先行車両との車間距離を求めるためのプログラムであって、前記車間距離測定装置に、
前記カメラにて前記車両の走行中に撮影された画像を入力するステップと、
前記画像中から先行車両の下端を識別し、前記カメラの光学中心と前記下端とを結ぶ直線を求め、求めた直線のデータを記憶部に記憶するステップと、
逐次撮影される前記画像に基づいて前記カメラの運動パラメタを求め、前記カメラの運動パラメタに基づいて車両が通過した道路の起伏を求めるステップと、
前記起伏のデータと前記直線のデータとに基づいて前記直線が前記道路と交差する位置を求め、その交差した位置と前記直線を求めたときのカメラの位置とに基づいて、先行車両との車間距離を求めるステップと、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両前方に搭載した単眼カメラを用いて、先行車両までの車間距離を求める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、単眼カメラを用いて車間距離を求めるための様々な方法が提案されている。特許文献１は、画像内における先行車両の幅、先行車両の下端（接地点）、車線の消失点の測定から、先行車両の実幅の算出を介して車間距離を求める方法を開示している。この方法によれば、先行車両の下端がカメラの視野外になる状況においても頑健に車間距離を求めることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０９４５５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に記載された方法は、路面とカメラとの実距離と先行車両の実幅の比が、画像から得られる先行車両の下端と車線の消失点のピクセル距離と先行車両のピクセル幅の比に等しいという仮定に基づいて車間距離を求めるものである。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、先行車両の背面に、後輪の下端から上向きにカメラの高さだけ移動した点を点Ａと呼ぶこととすると、カメラと点Ａを通るベクトルＣと平行な複数の直線は、透視投影平面において同一の消失点を持つことが知られている。その消失点は、図１１（ａ）に示すように、点Ａを透視投影した点と一致する。自車両と先行車両が走行する路面が同一平面である場合は、ベクトルＣと車線は平行であるため、上記の仮定が成立する。
【０００５】
しかし、自車両と先行車両が走行する路面形状が非平面かつ未知である場合には、この手法は以下の理由で使用が不可能となる。図１２（ｂ）のように、路面が湾曲している場合を考えると車線は曲線となり、直線と直線の交点として定義される消失点は定まらない（図１２（ａ）参照）。仮に車線の接線の消失点を求めることが可能であったとしても、ベクトルＣに対して平行な接線を発見することは、路面形状が既知でない限り不可能である。以上の理由から、特許文献１に記載の手法は、非平面な路面形状においては安定的に車間距離を求められない。
【０００６】
これまでに知られている車間距離の測定方法はいずれも、路面が平坦であることを前提としたものであり、路面が非平面であることを考慮したものは知られておらず、特許文献１と同様の課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑み、路面形状が非平面の場合であっても車間距離を適切に求めることができる車間距離測定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】
【０００８】
本発明の車間距離測定装置は、車両に搭載されたカメラと、前記車両の走行中に前記カメラにて逐次撮影された画像に基づいて、先行車両との車間距離を求める制御部とを備え、前記制御部は、前記画像中から先行車両の下端を識別し、前記カメラの光学中心と前記下端とを結ぶ直線を求め、求めた直線のデータを記憶部に記憶し、逐次撮影される前記画像に基づいて前記カメラの運動パラメタを求め、前記カメラの運動パラメタに基づいて車両が通過した道路の起伏を求め、前記起伏のデータと前記直線のデータとに基づいて前記直線が前記道路と交差する位置を求め、その交差した位置と前記直線を求めたときのカメラの位置とに基づいて、先行車両との車間距離を求める。
【０００９】
このようにカメラの運動パラメタに基づいて車両が通過した道路の起伏を求め、求めた起伏を考慮したうえで、先行車両の下端を臨む直線と道路とが交差する位置を求める構成により、道路が平坦でない場合であっても車間距離を適切に求めることができる。
【００１０】
本発明の車間距離測定装置において、前記制御部は、前記先行車両の中にある２点間の画像内での距離を求め、前記２点間の画像内での距離と前記車間距離とに基づいて、前記２点間の実距離を求めて記憶部に記憶しておき、前記２点間の実距離を記憶した後は、逐次撮影される画像内の前記２点間の距離と前記記憶部に記憶された実距離とに基づいて、前記先行車両との車間距離を求めてもよい。
【００１１】
このように先行車両の中にある２点間の実距離（現実の空間における実際の距離）を求めて記憶しておき、この実距離を用いて車間距離を求める構成により、実距離が求まった後は、カメラにて撮影した画像から直ちに車間距離を求めることができる。
【００１２】
本発明の車間距離測定装置において、前記制御部は、前記カメラにて撮影した複数の画像のそれぞれから前記画像内に映る先行車両の下端を識別し、前記カメラの光学中心と前記下端とを結ぶ直線を求める処理を行い、求めた複数の直線のデータを記憶部に記憶し、前記複数の直線を用いて先行車両との車間距離を求めてもよい。
【００１３】
このように逐次撮影される画像を用いて、カメラの光学中心と先行車両の下端とを結ぶ複数の直線を求め、複数の直線を用いて車間距離を求めることにより、車間距離の算出精度を高めることができる。
【００１４】
本発明の車間距離測定装置において、前記制御部は、前記複数の直線が前記カメラの光学中心と前記先行車両の下端との間で互いに交差する場合には、当該直線のデータを記憶部から消去してもよい。
【００１５】
逐次撮影される画像を用いて求められるカメラの光学中心と先行車両の下端を結ぶ複数の直線は、先行車両がバックしない限り、カメラの光学中心と先行車両の下端との間においては互いに交差することはない。複数の直線が互いに交差している場合には、画像処理の過程で誤差を含んでいると考えられるので、その直線のデータを除外することにより、車間距離算出の精度の低下を防止できる。
【００１６】
本発明の車間距離測定装置において、前記制御部は、前記直線と前記道路とが交差する位置が見つかるまでは、前記直線とカメラの光学中心の道路からの高さとから、先行車両との車間距離を求めてもよい。
【００１７】
この構成により、先行車両の下端までの直線と道路とが交差する点が求まる前には、道路の起伏を考慮しない大まかな車間距離を求めることができ、安全運転に資することができる。
【００１８】
本発明の車間距離測定装置において、前記制御部は、車間距離を求める処理を直線区間において行ってもよい。
【００１９】
直線区間においては、カメラと先行車両の下端とを結ぶ直線の方向と、道路の起伏を求める方向とが一致するので、適切に車間距離を求めることができる。
【００２０】
本発明の車間距離測定方法は、車両に搭載されたカメラを備えた車間距離測定装置によって、先行車両との車間距離を求める方法であって、前記カメラが前記車両の走行中に画像を撮影するステップと、前記車間距離測定装置が前記画像中から先行車両の下端を識別し、前記カメラの光学中心と前記下端とを結ぶ直線を求め、求めた直線のデータを記憶部に記憶するステップと、前記車間距離測定装置が逐次撮影される前記画像に基づいて前記カメラの運動パラメタを求め、前記カメラの運動パラメタに基づいて車両が通過した道路の起伏を求めるステップと、前記起伏のデータと前記直線のデータとに基づいて前記直線が前記道路と交差する位置を求め、その交差した位置と前記直線を求めたときのカメラの位置とに基づいて、先行車両との車間距離を求めるステップとを備える。また、本発明のプログラムは、車間距離測定方法の各ステップを車間距離測定装置に実行させるプログラムである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、道路が平坦でない場合であっても、先行車両との車間距離を適切に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態の車間距離測定装置の構成を示す図である。
【図２】カメラが車両に搭載された例を示す図である。
【図３】カメラの軌跡と地面点の軌跡を示す図である。
【図４】（ａ）カメラの光学中心と先行車両の下端とを結ぶ直線Ｌを示す図である。（ｂ）カメラの光学中心と先行車両の下端とを結ぶ直線Ｌを示す図である。
【図５】（ａ）地面点の軌跡、および直線Ｌを、世界座標系にプロットした図である。（ｂ）地面点の軌跡、および直線Ｌを、世界座標系にプロットした図である。
【図６】本実施の形態の車間距離測定方法の動作を示すフローチャートである。
【図７】車幅を用いた車間距離測定の動作を示すフローチャートである。
【図８】画像から検出された車両の左端、右端、下端の座標の算出例を示す図である。
【図９】複数の時刻において求めた直線から車間距離を求める例を示す図である。
【図１０】道路の高低差（Ｙ成分）をも考慮して車間距離を求める例を示す図である。
【図１１】（ａ）従来技術にかかる車間距離測定方法を説明するための図である。（ｂ）従来技術にかかる車間距離測定方法を説明するための図である。
【図１２】（ａ）従来技術の問題点を説明するための図である。（ｂ）従来技術の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る車間距離測定装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
［車間距離測定装置の構成］
図１は、車間距離測定装置１０の構成を示す図である。車間距離測定装置１０は、車両に搭載されたカメラ１１と、制御部１２と、出力部１３とを備えている。カメラ１１は、例えば、ＣＣＤカメラである。
【００２４】
図２は、カメラ１１の設置位置を示す図である。カメラ１１は、車両の先端（フロントバンパー）に設置される。カメラ１１の地面からの高さをＨとし、本書では、カメラ１１の光学中心の鉛直下方向の地面を地面点という。
【００２５】
カメラ１１の車両への設置に際して、カメラ１１の光軸（Ｚ軸）が車両の進行方向と一致し、カメラ１１によって撮影された画像の横軸（Ｘ軸）が地面と平行になるように、カメラ１１の設置角度等が調整される。この結果、画像の縦軸（Ｙ軸）は、地面に垂直な方向に一致する。このカメラ１１は、車両が走行している間に画像を撮影して、その撮影した画像を制御部１２に入力する。
【００２６】
制御部１２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータの他、カメラ１１から出力された画像をデジタル画像に変換するためのＡ／Ｄ変換器や、変換されたデジタル画像を保存する画像メモリ等を備えている。なお、画像メモリは、複数の画像を保存可能な記憶容量を有している。制御部１２は、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムに従って、カメラ１１にて撮影された画像に基づき、先行車両との車間距離を算出する。このようなプログラムも本発明の範囲に含まれる。
【００２７】
出力部１３は、先行車両との車間距離のデータを出力する機能を有する。出力部１３は、例えば、ユーザに対して車間距離のデータを表示するモニタであってもよいし、他の車載機器に対して車間距離のデータを出力する通信インターフェースであってもよい。
【００２８】
［制御部の機能］
制御部１２は、カメラ１１にて撮影した画像に基づいて先行車両との車間距離を求める機能を有する。制御部１２は、大きく分けて、以下の３つの機能を有する。
（１）車両が通過した道路の起伏を求める機能
（２）道路の起伏のデータを用いて車間距離および先行車両の車幅を求める機能
（３）車幅のデータを用いて車間距離を求める機能
以下、それぞれの機能について順番に説明する。
【００２９】
（１）車両が通過した道路の起伏を求める機能
制御部１２は、カメラ１１にて逐次撮影された画像を解析することにより、カメラ１１の運動パラメタを求める。移動する単眼カメラ１１の画像からカメラ１１の位置および姿勢を求める方法は、例えば、S. Lovegroveら、「Accurate Visual Odometry from a Rear Parking Camera」2011 IEEE Intelligent Vehicles Symposiumの技術を用いることができる。
【００３０】
カメラ１１は、地面点から高さＨの場所において車両に固定されているので、走行しながらカメラ１１の運動パラメタを毎フレーム求めることで、カメラ１１と地面点の軌跡を作成することが出来る。
【００３１】
図３は、カメラ１１の軌跡と地面点の軌跡を示す図である。図３においては、初期の時刻におけるカメラ１１の位置を原点、光軸方向をＺ軸、地面方向をＹ軸とし、Ｘ軸は右手座標系によって定めている（世界座標系）。ＹＺ平面上で記述された地面点の軌跡は、地面の起伏を示しており、これにより、車両が通過した道路の起伏が分かる。なお、カメラ１１座標系から世界座標系への変換については、後述する。
【００３２】
（２）道路の起伏のデータを用いて車間距離および先行車両の車幅を求める機能
制御部１２は、カメラ１１にて撮影した画像から、先行車両の下端を識別し、その画像座標を求める。この画像座標を用いて、図４（ａ）に示すように、カメラ１１の光学中心と先行車両の下端とを結ぶ直線Ｌを求める。続いて、カメラ１１にて撮影した次のフレームの画像から、同様に、カメラ１１の光学中心と先行車両の下端とを結ぶ直線Ｌを求める。図４（ｂ）に示すように、自車両および先行車両が前方に進んでいるので、先に求めた直線Ｌとは異なる直線が求まる。
【００３３】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、地面点の軌跡、および直線Ｌを、世界座標系にプロットした図である。図５（ａ）に示す状態では、先行車両の下端がある方向は分かるものの、何ｍ先の位置に先行車両があるのかを確定することはできない。
【００３４】
図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ１までに記述された地面点の軌跡と、過去の時刻ｔ０における直線Ｌとが交差したとすると、この交点は、時刻ｔ０で観測された先行車両の下端があった位置であることが分かる。したがって、制御部１２は、時刻ｔ１に求められた交点の位置と、時刻ｔ０におけるカメラ１１の光学中心の位置とに基づいて車間距離を求めることができる。図５（ｂ）から分かるように、本実施の形態の車間距離測定の原理は、地面を「測量」しつつ進むことで、過去の（時刻ｔ０における）車間距離を測定するというものである。
【００３５】
なお、車間距離を求める処理は、車両が直線区間を走行していることが好ましい。直線区間においては、道路の起伏を「測量」する方向と、先行車両の下端を臨む方向が一致するためである。
【００３６】
制御部１２は、車間距離が求まると、求めた車間距離と先行車両の画像内における車幅とに基づいて、先行車両の実際の車幅（以下、「実幅」という）を算出する。車両の実幅は、次の要領で算出する。時刻ｔ０における先行車両の右端と左端の画像平面上での長さをｗとする。地面点の軌跡と時刻ｔ０における直線Ｌの交点の世界座標を（ＸG，ＹG，ＺG）Tとする。この交点の座標を、時刻ｔ０におけるローカル座標系に戻したものを（ＸL，ＹL，ＺL）Tとする。先行車両の車幅の実幅Ｗは、Ｗ＝（ｗ／ｆ）・ＺLによって求められる。
【００３７】
そして、制御部１２は、先行車両の実幅のデータを制御部１２内のＲＡＭ等の記憶部に記憶しておく。
【００３８】
（３）車幅のデータを用いて車間距離を求める機能
制御部１２は、ＲＡＭに記憶された実幅のデータを用いて車間距離を求める。具体的には、車幅の実幅をＷとし、画像内における車幅をｗ、カメラ１１の焦点距離をｆとすると、車間距離ＺLは、ＺL＝ｆ・（Ｗ／ｗ）で求めることができる。
【００３９】
上式において、カメラ１１の焦点距離ｆと先行車両の車幅Ｗは既知であるので、画像内での先行車両の車幅ｗを求めれば、直ちに、車間距離を求めることができる。したがって、先行車両の実幅Ｗのデータを記憶した後は、上記（２）の方法を使って先行車両との車間距離を求める必要がなくなる。
【００４０】
なお、上記（２）で説明した方法では、先行車両を最初に発見した時から、自車両が先行車両を最初に発見した時点での先行車両の位置に到達するまで（最初の交点が出来るまで）は、距離の測定を行うことができない。制御部１２は、最初の交点が発見されるまでは、自車と先行車両が走行する路面は平面であると仮定して、先行車両の下端座標から車間距離の推定をしてもよい。すなわち、制御部１２は、先行車両の下端座標を見下ろす角度とカメラ１１の高さＨとから、三角関数により、先行車両までの距離を容易に求めることができる。
【００４１】
［車間距離測定装置の動作］
図６は、本実施の形態の車間距離測定方法の動作を示すフローチャートである。
車間距離測定装置１０は、カメラ１１にて進行方向の画像を撮影し、その画像を制御部１２に入力する（Ｓ１０）。制御部１２は、カメラ１１から入力された画像を解析して、カメラ１１の運動パラメタを求める（Ｓ１１）。
【００４２】
ここで、カメラ１１の運動パラメタを求める具体的な方法について説明する。まず、制御部１２は、カメラ１１によって撮影された画像を取り込み、画像メモリに保存する。画像メモリに新たなデジタル画像が保存されると、そのデジタル画像における特徴点として、物体の角等を抽出する。そして、異なるタイミングで画像メモリに保存された２つの画像において、同一の特徴点を対応付けることにより、その特徴点の動きベクトルに相当するオプティカルフローを算出する。このオプティカルフローの算出方法として、例えばＬＫ法が挙げられる、ＬＫ法は特徴点を中心とする画像内の小領域と相関の高いもう一つの画像内の小領域の勾配法による探索を行うものである。なお、ここでは、物体の角等の点を特徴点として算出する例を挙げたが、他の手法によって特徴点を算出することも可能である。
【００４３】
次に、カメラ１１の運動パラメタを推定する。カメラ１１は車両に搭載されており、車両の並進運動及び回転運動に伴い、カメラ１１も同様に並進運動及び回転運動を行う。このため、カメラ１１の並進運動量ならびに回転移動量から、車両の運動パラメタを推定できる。
【００４４】
カメラ１１の運動パラメタは、以下の式に示すカメラ１１の３次元の並進移動量Ｖ＝（Ｖx，Ｖy，Ｖz）と、回転移動量Ω=（Ωx,Ωy,Ωz)と、静止点の座標（ｘ，ｙ）と、そのオプティカルフローｖ＝（ｖx,ｖy）との良く知られた関係式から求めることができる。なお、ｆは、カメラ１１の焦点距離である。
【数１】
2015079388.tif 000003
【００４５】
ここで、無限遠点（ＦＯＥ）の定義式（ｘF,ｙF）＝（ｆ・Ｖx／Ｖz，ｆ・Ｖy／Ｖz）を用いると、以下の式が成立する。なお、無限遠点（ＦＯＥ）とは、放射状に広がる静止物体の特徴点のオプティカルフローの中心点を示すものである。
【数２】
2015079388.tif 000004
【００４６】
上式で示される数式を解くことで、カメラ１１の並進移動の方向を表す無限遠点（ｘF，ｙF)、ならびにカメラ１１の回転移動によって生成されるオプティカルフローの成分を除去したオプティカルフロー(ｕx，ｕy)を求めることができる。
【００４７】
なお、上記の数式１、数式２は静止点に対してのみ成立するものであり、移動点やアウトライア（誤対応により誤って算出された外れ値）を持つ点では、式の誤差が大きな値をとると考えられる。このため、無限遠点（ｘF，ｙF)及びオプティカルフロー(ｕx，ｕy)を求める際には、ロバスト推定による解法を用いることが望ましい。ロバスト推定として、例えば、Ｍ推定（参考文献：P. J. Huber and E. M. Ronchetti,「Robust Statistics, 2nd Edition」Wiley Interscience,2009.）の適応が考えられる。
【００４８】
また、カメラ１１の運動パラメタ（カメラ１１の回転移動により生じた成分を除去したオプティカルフロー）は、車両に取り付けられた車速センサやヨーレートセンサなどの検出値を用いて、算出することも可能である。また、無限遠点は、公知のように、ＲＡＮＳＡＣ法やクラスタリング法などの手法により、特徴点における移動点と静止点とを分離し、分離した静止点のオプティカルフローから求めるようにしてもよい。
【００４９】
次に、ＦＯＥ座標から、カメラ１１のフレーム間並進移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を求める。フレーム間の車速をＶとして観測したとき、次の連立方程式により（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）が求まる。
【数３】
2015079388.tif 000005
【００５０】
自車両と先行車両との車間距離を測定するためには、カメラ１１座標系を世界座標系に変換して、計算を行う必要がある。ここで、カメラ１１座標系（ローカル座標系）と世界座標系との関係について説明する。本実施の形態では、車間距離測定装置１０が、先行車両を最初に検知した時刻におけるカメラ１１の位置を世界座標系の原点とし、カメラ１１の光軸方向をＺ軸、鉛直下方向をＹ軸と定め、Ｘ軸は右手座標系によって定める。
【００５１】
時刻ｔにおける世界座標系に対するカメラ１１の姿勢は、次の式で与えられる。
【数４】
2015079388.tif 000006
【００５２】
また、時刻ｔにおける世界座標系におけるカメラ１１の位置は次式によって与えられる。ただし、Ｒは回転行列である。下付きのＣはカメラの光学中心の位置を示す。
【数５】
2015079388.tif 000007
【００５３】
次に、車間距離測定装置１０は、カメラ１１のフレーム間並進移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）に基づいて、道路の起伏（地面点の軌跡）のデータを作成する（Ｓ１２）。地面点は、カメラ１１から距離Ｈだけ下（Ｙ軸のプラス方向）にあるので、カメラ１１のｙ座標値に対してＨを加算することによって地面点の位置を求めることができる。この処理をフレーム毎に行うことにより、道路の起伏（地面点の軌跡）を描くことができる。
【００５４】
ローカル座標系において、時刻ｔ０の地面点を記述するベクトル（０，Ｈ，０）Tを世界座標系に変換すると、以下の式で表される。下付きのＧは地面点の位置を示す。
【数６】
2015079388.tif 000008
【００５５】
また、車間距離測定装置１０は、入力された画像から先行車両を識別する（Ｓ１３）。例えば、画像からＨＯＧ特徴を抽出し、得られた特徴量に対してサポートベクトルマシンなどのパターン識別器を適応する。ＨＯＧ特徴は、N. Dalal and B. Triggs「Histograms of oriented gradients for human detection」CVPR 2005.に詳しく紹介されている。
【００５６】
次に、図８に示すように、画像から検出された車両の左端のｘ座標、右端のｘ座標、下端のｙ座標を算出する。画像座標は、横方向をｘ、縦方向をｙ、単位をピクセル、原点を光軸の通過点とする。左端の求め方は、例えば、識別器を当てた窓の左の端の近傍のうち、輝度勾配の変化の最も大きな箇所としてよい。または、前のフレームと現在のフレームの間の、先行車両の画像平面上の移動量（オプティカルフロー）を求めることにより、前のフレームの左端の座標を現在のフレームに移動させてもよい。
【００５７】
次に、車間距離測定装置１０は、下端座標を使ってローカル座標系における直線Ｌを算出する。直線Ｌの方向は、透視投影モデルを使って、（ｘF，ｙF，ｆ）Tで表現できる（直線Ｌは光学中心＝カメラ座標系における原点を通る）。
【００５８】
直線Ｌは、ローカル座標系において、光学中心（０，０，０）Tと（ｘF，ｙF，ｆ）Tを通る直線であるから、（０，０，０）Tを始点、（ｘF，ｙF，ｆ）Tを終点とするベクトルの世界座標への変換を考え、以下の式により世界座標系における式に変換できる。
【数７】
2015079388.tif 000009
【００５９】
車間距離測定装置１０は、車両が進行するに伴って道路の起伏のデータを求め、求めたデータを用いて直線Ｌと道路とが交差したか否かを判定する（Ｓ１５）。道路が直線Ｌと交差していない場合には（Ｓ１５でＮＯ）、車間距離測定装置１０は、カメラ１１にて撮像された画像を用いて道路の起伏のデータを求める処理を行う。
【００６０】
直線Ｌと道路とが交差した場合には、交差した位置と最初に先行車両を識別したときのカメラ１１の位置に基づいて、先行車両との車間距離を求める（Ｓ１６）。本実施の形態では、最初に先行車両を検知した位置を世界座標の原点としているので、直線Ｌと道路とが交差した位置のＺ座標値を車間距離とする（図５（ｂ）参照）。
【００６１】
続いて、車間距離測定装置１０は、最初に先行車両を検知したときの画像に映る先行車両の車幅と、求められた車間距離とに基づいて、先行車両の実際の車幅を求める。
【００６２】
図７は、車幅を用いた車間距離測定の動作を示すフローチャートである。車間距離測定装置１０は、カメラ１１にて撮像された画像を入力すると（Ｓ２０）、入力された画像の中から先行車両を識別する（Ｓ２１）。車間距離測定装置１０は、撮影画像から識別された先行車両が実幅を測定した先行車両と同じであるか否かを判定する。その結果、先行車両が実幅を測定した先行車両と同じでなかった場合には（Ｓ２２でＮＯ）、図６に示したフローにより、車間距離および実幅を求める。
【００６３】
一方、先行車両が実幅を測定した先行車両と同じ場合には、車間距離測定装置１０は、先行車両の画像内における幅を求め（Ｓ２３）、画像内における幅ｗと実幅Ｗとを用いて、先行車両との車間距離を求める（Ｓ２４）。
【００６４】
以上、本実施の形態の車間距離測定装置１０の構成について説明した。本実施の形態の車間距離測定装置１０は、カメラ１１にて撮影した画像から道路の起伏を求め、道路の起伏を考慮して、先行車両の下端を臨む直線Ｌと道路との交点を求めているので、道路が平坦でない場合であっても、先行車両との車間距離を適切に求めることができる。
【００６５】
以上、本発明の車間距離測定装置について実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態の車間距離測定装置１０では、時刻ｔ０における先行車両の下端までの距離を求める例について説明したが、複数の時刻において、先行車両の下端までの距離を求め、その平均をとってもよい。例えば、図９に示すように、３つの時刻において求めた車間距離１〜３の平均をとる。
【００６６】
なお、図９から分かるように、直線Ｌ１〜Ｌ３は、先行車両がバックしたときには交差する可能性があるが、通常であれば交差しない。複数の時刻に求めた直線Ｌが互いに交差しているような場合には、画像解析の過程に誤差があった可能性があるので、そのような直線を除外して、車間距離の測定を行うことが好ましい。
【００６７】
上記した実施の形態では、先行車両の車幅の実幅を求め、これに基づいて車間距離を測定する例について説明したが、実距離を求めるのは車幅でなくてもよい。例えば、先行車両のテールランプの間隔でもよいし、バックミラーの間隔でもよい。
【００６８】
上記した実施の形態では、直線Ｌと道路とが交差した位置のＺ座標値を車間距離として求める例について説明したが、図１０に示すように、道路の高低差（Ｙ成分）をも考慮して、車間距離を求めることとしてもよい。
【００６９】
上記した実施の形態では、カメラ１１の運動パラメタを求める際に車両の走行速度Ｖを用いる例を挙げたが、車両の走行速度Ｖを用いないで運動パラメタを求めてもよい。具体的には路面のオプティカルフローを使うことで、フレーム間のカメラ１１の実移動量を推定することが可能である。これには、例えば、S. Lovegroveら「Accurate Visual Odometry from a Rear Parking Camera」2011 IEEE Intelligent Vehicles Symposiumに記載された方法を採用することができる。
【００７０】
上記した実施の形態では、先行車両の実幅に基づいて車間距離を求めているが、ノイズ等の影響により、時系列でみたときの変動が大きい場合には、カルマンフィルタを用いて平滑化することとしてもよい。時刻ｔにおける状態を
【数８】
2015079388.tif 000010
とする。ここでＺは光軸方向の車間距離である。Ｑ（ｔ）を距離の観測値（上記実施の形態の出力）とする。加速度Ａ（ｔ）は平均０、分散ＣAを持つ正規分布に従う乱数とする。観測誤差を平均０、分散ＣVを持つ正規分布に従う乱数とする。以下の式を用いることで、カルマンフィルタの適応により、平滑化された車間距離が求まる。
【数９】
2015079388.tif 000011
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上に説明したとおり、本発明によれば、道路の傾斜や凹凸等の起伏を考慮して先行車両の下端の位置を特定することで、道路が平坦でない場合でも車間距離を適切に求めることができ、車間距離を測定する装置として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  車間距離測定装置
１１  カメラ
１２  制御部
１３  出力部
【図１】
2015079388.tif 000012
【図２】
2015079388.tif 000013
【図３】
2015079388.tif 000014
【図４】
2015079388.tif 000015
【図５】
2015079388.tif 000016
【図６】
2015079388.tif 000017
【図７】
2015079388.tif 000018
【図８】
2015079388.tif 000019
【図９】
2015079388.tif 000020
【図１０】
2015079388.tif 000021
【図１１】
2015079388.tif 000022
【図１２】
2015079388.tif 000023