(57)【要約】【課題】検出目標物から検出妨害があったときにその検出目標物を見失うことなく検出するための対妨害性を改善した目標検出装置を提供する。【解決手段】目標検出装置１００は、目標物を撮像するために検出する光の強さの範囲が異なる２つの光検出レベルに分けられた第１画素部１１と第２画素部１２とが二次元マトリックス状に所定のパターンで配置され、第２画素部１２の光検出レベルが第１画素部１１の光検出レベルの光よりも強い光を検出するように設定されたイメージセンサ１０と、複数の第１，第２画素部１１，１２からの各出力信号に基づいて目標物の位置情報を求める信号処理装置２０を具備している。信号処理装置２０は、第１画素部１１の全てについてこれらが受光する光の強さが設定されている光検出レベルの上限を超えた状態にあるときに、第２画素部１２からの出力信号に基づいて目標物を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の目標物を撮像するための複数の画素部が二次元マトリックス状に所定のパターンで配置されてなるイメージセンサと、
前記複数の画素部からの出力信号に基づいて前記目標物の位置情報を求める信号処理装置とを具備し、
前記複数の画素部は、検出可能な光の強さの範囲が異なる複数の光検出レベルに分けられて所定のパターンで配置されており、
前記信号処理装置は、所定の光検出レベルに設定された画素部が受光する光の強さがその光検出レベルの上限を超えた状態にあるときに、それよりも強い光を検出可能な光検出レベルに設定された画素部からの出力信号に基づいて前記所定の目標物を検出することを特徴とする目標検出装置。
【請求項２】
所定の目標物を撮像するために検出する光の強さの範囲が異なる２つの光検出レベルに分けられた第１画素部と第２画素部とが二次元マトリックス状に所定のパターンで配置され、前記第２画素部の光検出レベルが前記第１画素部の光検出レベルの光よりも強い光を検出するように設定されたイメージセンサと、
前記複数の第１，第２画素部からの各出力信号に基づいて前記目標物の位置情報を求める信号処理装置とを具備し、
前記信号処理装置は、前記複数の第１画素部の全てについてこれらが受光する光の強さが設定されている光検出レベルの上限を超えた状態にあるときに、前記複数の第２画素部からの出力信号に基づいて前記所定の目標物を検出することを特徴とする目標検出装置。
【請求項３】
前記イメージセンサは、二次元マトリックス状に並べられた複数の受光素子と、これらの受光素子への入射光の強さを受光素子ごとに調整可能に構成されたフィルタとを有し、
前記フィルタには、前記複数の受光素子の配置に対応して透光率が大きい領域と透光率が小さい領域とが、前記第１画素部と前記第２画素部の配置パターンに対応させて設けられており、
前記第１画素部は前記フィルタにおける透光率が大きい領域とこの領域下の受光素子よりなり、
前記第２画素部は前記フィルタにおける透光率が小さい領域とその領域下の受光素子よりなることを特徴とする請求項２に記載の目標検出装置。
【請求項４】
前記第１画素部の数が前記第２画素部の数よりも多いことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の目標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体等の検出目標物をイメージセンサにより検出する目標検出装置に関し、特に、検出目標物から検出妨害があったときにもその検出目標物を見失うことなく検出するための対妨害性を改善した目標検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体等の所定の目標物を検出し追尾する装置として、撮像機により濃淡画像を得て、これを二値化することによって得られた画面中の領域から有意な領域を目標として選択し、その領域の重心位置を追尾位置として出力する装置が知られており、目標物の撮像には一般的にＣＣＤが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＣＣＤの画素の受光感度は、通常状態において、目標物に対する最大検出性能が得られる高いレベル、つまり少ない光量でも目標物を検出することができるレベルに設定されている。そのため、目標物からレーザ光等の強い光が撮像器へと照射された場合には、ＣＣＤの全ての画素が許容される受光感度を超えた強度の光を受けてしまうこととなる。その際には、濃淡のない画像が得られて目標物を判別するための有意な領域を画像から選択することができなくなり、目標物を見失うこととなる。
【特許文献１】特開平６−１７４８１８号公報（段落［００１５］、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、検出目標物から検出妨害があったときにもその検出目標物を見失うことなく検出するための対妨害性を改善した目標検出装置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】
【０００５】
本発明の第１の観点に係る目標検出装置は、所定の目標物を撮像するための複数の画素部が二次元マトリックス状に所定のパターンで配置されてなるイメージセンサと、
前記複数の画素部からの出力信号に基づいて前記目標物の位置情報を求める信号処理装置とを具備し、
前記複数の画素部は、検出可能な光の強さの範囲が異なる複数の光検出レベルに分けられて所定のパターンで配置されており、
前記信号処理装置は、ある光検出レベルに設定された画素部が受光する光の強さがその光検出レベルの上限を超えた状態にあるときに、それよりも強い光を検出可能な光検出レベルに設定された画素部からの出力信号に基づいて前記所定の目標物を検出することを特徴としている。
【０００６】
本発明の第２の観点に係る目標検出装置は、所定の目標物を撮像するために検出する光の強さの範囲が異なる２つの光検出レベルに分けられた第１画素部と第２画素部とが二次元マトリックス状に所定のパターンで配置され、前記第２画素部の光検出レベルが前記第１画素部の光検出レベルの光よりも強い光を検出するように設定されたイメージセンサと、
前記複数の第１，第２画素部からの各出力信号に基づいて前記目標物の位置情報を求める信号処理装置とを具備し、
前記信号処理装置は、前記複数の第１画素部の全てについてこれらが受光する光の強さが設定されている光検出レベルの上限を超えた状態にあるときに、前記複数の第２画素部からの出力信号に基づいて前記所定の目標物を検出することを特徴としている。
【０００７】
この第２の観点に係る目標検出装置において、第１画素部と第２画素部の光検出レベルの設定には、フィルタに透光率の異なる領域を設ける方法が好適に用いられる。目標物を、目標物から妨害等のための光が照射されていない状態において精度よく検出するために、第１画素部の数を第２画素部の数よりも多くすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検出目標物から妨害光の強い照射等の検出妨害があったときにも、目標物を見失うことなく検出することができ、これにより目標物の追尾（追跡）を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に目標検出装置の概略構成を示すブロック図を示す。この目標検出装置１００は、所定の目標物を検出するためのイメージセンサ１０と、イメージセンサ１０からの出力信号に基づいて目標物の位置情報を求める信号処理装置２０とを備えている。
【００１０】
図２Ａにイメージセンサ１０の概略構成を示す平面図を示し、図２Ｂに図２Ａ中の矢視ＡＡ断面図を示す。イメージセンサ１０は、二次元マトリックス状に並べられた複数の受光素子１３と、これらの受光素子１３への入射光量を受光素子ごとに調整するフィルタ１４とを有している。
【００１１】
受光素子１３は、具体的には、目標物を撮像するための所定波長の光（例えば、目標物から放射される赤外線）を受けるとその光の強さに応じた電気を発生させる光電変換素子（フォトダイオード）を有し、この光電変換素子に隣接した電極下のキャパシタに一定時間内に蓄積された信号電荷を半導体内に形成したアナログシフトレジスタで転送し、順次読み出す、電荷結合素子（ＣＣＤ）である。全ての受光素子１３は実質的に同じ光電変換特性を有している。なお、図２Ｂでは受光素子１３の詳細な構造の描画は省略している。
【００１２】
フィルタ１４は、複数の受光素子１３の大きさ，形状，配置に対応して、受光素子１３が検知可能な一定波長域の光の透光率が大きい領域１５とその光の透光率が小さい領域１６とが所定のパターンで配置された構造を有しており、透光率が大きい領域１５とこの領域１５下の受光素子から第１画素部１１が構成され、透光率が小さい領域１６とこの領域１６下の受光素子より第２画素部１２が構成されている。図２Ａ，２Ｂでは、領域１５と領域１６とを区別するために、領域１６にドットを分散させた表記としている。
【００１３】
図３に、第１画素部１１と第２画素部１２に入射する光の強さと受光により受光素子から出力される電圧信号の大きさとの関係を対比して示す。第１画素部１１に強さＬ１の光が入射すると、この光の強さは光の透光率が大きい領域１５を通過しても実質的に変わらないようになっており、第１画素部１１の受光素子はこの強さＬ１の光を受けることによって電圧値Ｖ１の電気を発生させるようになっている。また、第１画素部１１に強さＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）の光が入射すると、この光の強さは光の透光率が大きい領域１５を通過しても実質的に変わらず、第１画素部１１の受光素子はこの強さＬ２の光を受けることによって電圧値Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）の電気を発生させるようになっている。
【００１４】
第２画素部１２に強さＬ２の光が入射すると、この光の強さは光の透光率が小さい領域１６を通過することにより、強さＬ２ｆ（Ｌ２ｆ＜Ｌ２）の光となるように領域１６の透光率が設定されている。第２画素部１２の受光素子は、この強さＬ２ｆの光を受けると、第１画素部１１の受光素子と同様に、電圧値Ｖ１の電気を発生させるようになっている。また、第２画素部１２に強さＬ３（Ｌ３＞Ｌ２）の光が入射すると、この光の強さは光の透光率が小さい領域１６を通過することにより、強さＬ３ｆ（Ｌ３ｆ＜Ｌ３）の光となる。第２画素部１２の受光素子は強さＬ３ｆの光を受けると、第１画素部１１の受光素子と同様に、電圧値Ｖ２の電気を発生させる。
【００１５】
信号処理装置２０は、電圧値がＶ１以上Ｖ２未満の電圧信号を検出した場合に、そのような電圧信号を発生させた画素部が所定の目標物を検出している、と判断する。したがって、目標物からそれ自体が目標検出装置１００により検出されることを妨害するための強い光が目標検出装置１００へ向けて照射されていない状態（以下「通常検出状態」という）において、第１画素部１１が目標物を検出するために用いる光の強さの範囲、すなわち第１画素部１１の光検出レベルは、Ｌ１以上Ｌ２未満であり、目標物からそれ自体が目標検出装置１００により検出されることを妨害するための強い光が目標検出装置１００へ向けて照射されている状態（以下「妨害状態」という）において、第２画素部１２が目標物を検出するために用いる光の強さの範囲、すなわち第２画素部１２の光検出レベルは、Ｌ２以上Ｌ３未満である。このように第１画素部１１が目標物を検出することができる強さの光よりも強い光において第２画素部１２は目標物を検出することができるようになっている。
【００１６】
なお、全ての第１画素部１１が強さＬ１未満の光しか検出していない状況があり、その状況とは、イメージセンサ１０が目標物を捉えていない状態である。
【００１７】
イメージセンサ１０は、このような複数の第１画素部１１と複数の第２画素部１２とが、フィルタ１４における透光率が大きい領域１５と透光率が小さい領域１６に対応して、二次元マトリックス状に所定のパターンで配置された構造を有している。
【００１８】
通常検出状態において、目標物から放射される光が弱くてもそれを検出し続けて目標物を追尾するためには、第１画素部１１をイメージセンサ１０の中心部に配置し、目標物をイメージセンサ１０の中心部に追い込んで検知することができる構造とすることが好ましい。一方、妨害状態においては、目標物から照射される光は一定の範囲に拡がった光であることから、第２画素部１２はイメージセンサ１０における周辺部分に配置することが好ましい。
【００１９】
なお、図２Ａに示されるように、ここではイメージセンサ１０として、第１画素部１１と第２画素部１２とが縦５×横５の二次元マトリックス状に所定パターンで配置された構成のものを示したが、これは目標検出装置１００の機能を以下に理解しやすいように説明するためのものであって、実際のイメージセンサは縦５１２×横５１２等のより多くの受光素子から構成され、フィルタ１４はこれに対応して領域１５・１６が所定パターンで配置された構造を有している。
【００２０】
イメージセンサ１０からの出力信号とは、イメージセンサ１０を構成する第１画素部１１と第２画素部１２からの出力信号を指し、さらに第１画素部１１からの出力信号とは第１画素部１１を構成している受光素子からの出力信号すなわち電圧信号であり、第２画素部１２からの出力信号とは第２画素部１２を構成している受光素子からの出力信号すなわち電圧信号である。これらの電圧信号は全ての第１画素部１１および第２画素部１２から個々に出力される。したがって、イメージセンサ１０の構成では、図２Ａに示される通り、２５個の電圧信号が得られることになる。
【００２１】
信号処理装置２０が、イメージセンサ１０からの出力信号に基づいて目標物の位置情報（例えば、目標物までの距離、方位（座標）等）を求める方法としては、電圧値Ｖ１以上Ｖ２未満の電気を発生させた一群の画素部と、電圧値Ｖ１未満の電気を発生させた画素部および電気を発生させていない画素部からなる一群の画素部とに分けて、前者一群の画素部をマッピングしてその重心位置を求める方法や、電圧値Ｖ１以上Ｖ２未満の電気を発生させた画素部の中で最も大きな電圧を発生させた画素部の位置を求める方法、電圧値Ｖ１以上Ｖ２未満の電気を発生させた画素部に対して電圧値に応じた明暗を設けたマッピング（例えば、電圧値Ｖ１側は暗く、電圧値Ｖ２側で明るくする電光表示）を行い、そのマッピング結果から目標物の位置を求める方法等がある。
【００２２】
次に、目標検出装置１００による目標物の検出方法について説明する。ここでは、電圧値Ｖ１以上Ｖ２未満の電気を発生させた画素部に対して電圧値に応じた明暗を設けたマッピングを行い、その結果から目標物の位置を求める場合について説明する。図４にこの検出方法のフローチャートを示し、図５に第１画素部１１と第２画素部１２から出力される電圧信号の変化の一例を示す。
【００２３】
最初に検出すべき目標物を捉えるためにイメージセンサ１０の向きを変える等する目標物探索を行う（ＳＴ１）。この目標物探索においては、イメージセンサ１０を構成する第１画素部１１が目標物を検知する。イメージセンサ１０が目標物を捉えたときには、通常は、複数の第１画素部１１のうちの一部が目標物を検知している状態となるため、信号処理装置２０は電圧値がＶ１以上Ｖ２未満の電圧信号を出力している第１画素部を検出し（ＳＴ２）、そこから出力された電圧値に基づいてマッピングを行い、目標物の位置情報を求める（ＳＴ３）。通常検出状態においては、第２画素部１２からの出力は常に電圧値Ｖ１未満となっており、いずれの第２画素部１２からの電圧信号も目標物の検出には用いられない。
【００２４】
なお、信号処理装置２０が求めた位置情報は、所定の装置、例えば、目標検出装置１００を搭載している追尾装置の制御部等に送信され、追尾装置はこの位置情報にしたがって、イメージセンサ１０の中央部の画素部で目標物を検出することができるように、追尾装置そのものが目標物に対して移動したり、またはイメージセンサ１０の向きを変えたりして、目標物を追尾する。
【００２５】
信号処理装置２０は一定時間ごとに目標物の位置情報を更新する。そのために、信号処理装置２０は、複数の第１画素部１１のうち、電圧値がＶ１以上Ｖ２未満の電圧信号を出力しているものがあるか否かを判断する（ＳＴ４）。このＳＴ４の判断が“ＹＥＳ”の場合には、ＳＴ２に戻って、電圧値がＶ１以上Ｖ２未満の電圧信号を出力している第１画素部を検出し（ＳＴ２）、目標物の位置情報を求める（ＳＴ３）。これに対して、ＳＴ４の判断が“ＮＯ”の場合には、さらに、全ての第１画素部１１から個々に出力されている電圧信号の電圧値がＶ１未満であるか否かを判断する（ＳＴ５）。
【００２６】
ＳＴ５の判断が“ＹＥＳ”となる場合には、イメージセンサ１０は目標物を捉えていないことになるので、ＳＴ１に戻って目標物探索が行われることになる。一方、ＳＴ５の判断が“ＮＯ”となる場合とは、全ての第１画素部１１から出力される電圧信号の電圧値がＶ２となっていることと同じである。このことは、目標物から検出妨害等のための光がイメージセンサ１０に向けて照射されて、全ての第１画素部１１にその光検出レベルを超える光が入射した状態となっていることを示している。すなわち図５に示されるように、目標物からイメージセンサ１０に向けて照射された光により、全ての第１画素部１１から出力される電圧信号の電圧値がＶ２に跳ね上がり、これと同時に複数の第２画素部１２のうちの一部または全部からの出力電圧が電圧値Ｖ１未満から電圧値Ｖ１以上Ｖ２未満に跳ね上がった状態となっている。
【００２７】
そこで、ＳＴ５の判断が“ＮＯ”の場合には、全ての第２画素部１２の中に、電圧値がＶ１以上Ｖ２未満の電圧信号を出力している第２画素部があるか否かが判断される（ＳＴ６）。このＳＴ６の判断が“ＹＥＳ”の場合には、信号処理装置２０は、電圧値がＶ１以上Ｖ２未満の電圧信号を出力している第２画素部を検出し（ＳＴ７）、その結果に基づいて目標物の位置情報を求める（ＳＴ８）。
【００２８】
これに対して、ＳＴ６の判断が“ＮＯ”となる場合とは、目標物からイメージセンサ１０への光照射が行われていない状況となった場合である。すなわち、信号処理装置２０は一定時間ごとに目標物の位置情報を更新するために、ＳＴ８の終了から所定時間が経過すると、ＳＴ６へ戻ってその判断が行われることになるが、ここで、目標物からイメージセンサ１０への光照射が継続している場合には、ＳＴ６の判断は“ＹＥＳ”となる。しかし、目標物からイメージセンサ１０への光照射が行われていない状況になると、全ての第２画素部１２から出力される電圧信号の電圧値はＶ１未満となり、ＳＴ６の判断が“ＮＯ”となる。このとき、第１画素部１１が再び目標物を検出している状態となるので、ＳＴ６の判断が“ＮＯ”の場合には、ＳＴ４の判断、すなわち、複数の第１画素部１１の中に電圧値がＶ１以上Ｖ２未満の電圧信号を出力しているものがあるか否かが判断されることになる。
【００２９】
上述した一連の処理は、目標物の追尾の必要がなくなった場合に終了し、例えば、ＳＴ５の判断が“ＹＥＳ”となってＳＴ１に戻る際に終了する。
【００３０】
このように、目標検出装置１００は、目標物から検出妨害等のための光がイメージセンサ１０に照射されたとしても、目標物を見失うことなく検出して追尾することができる。
【００３１】
目標物の検出方法として、電圧値Ｖ１以上Ｖ２未満の電気を発生させた画素部の中で最も大きな電圧を発生させた画素部の位置を求める方法を用いる場合の処理フローは上述した処理フローと同様である。
【００３２】
また、目標物の検出方法として、電圧値Ｖ１以上Ｖ２未満の電気を発生させた一群の画素部と、電圧値Ｖ１未満の電気を発生させた画素部および電気を発生させていない画素部とからなる一群の画素部とに分けて、前者一群の画素部をマッピングしてその重心位置を求める方法を用いる場合には、全ての第１画素部１１から電圧値Ｖ１以上の電気が出力された時点で、第１画素部１１による目標物検出が不可能となる。
【００３３】
このとき、第２画素部１２から出力される電圧信号の電圧値はＶ１以上となっているとは限らない。そこで、全ての第１画素部１１から電圧値Ｖ１以上の電気が出力された時点で、全ての第２画素部１２から出力されている電圧信号の電圧値を対比して、最も大きな電圧値の電圧信号を出力している第２画素部の位置から目標物の位置情報を求めることができ、全ての第２画素部１２から出力される電圧信号の大きさをマッピングしてそこから目標物の位置情報を求めることができる。
【００３４】
上記実施の形態においては、目標検出装置として、第１画素部と第２画素部にそれぞれ異なる光検出レベルを設けたもの、すなわち２つの光検出レベルを有するイメージセンサを用いたものについて説明したが、より多くの光検出レベルに分けられた画素部から構成されたイメージセンサを用いることもできる。その場合、所定の光検出レベルに設定された画素部が受光する光の強さがその光検出レベルの上限を超えた状態にあるときに、それよりも強い光を検出可能な光検出レベルに設定された画素部からの出力信号に基づいて目標物を検出することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限られるものではない。例えば、受光素子としてＣＣＤを取り上げたが、これに代えて、ＣＭＯＳを用いることもできる。また、受光素子としてのＣＣＤから出力される電圧値から目標物を検出したが、ＣＣＤから出力される電流値を用いて目標物を検出してもよい。さらに、複数の受光素子はそれ単体では光電変換特性は全て同じとしたが、ＣＣＤを製造する過程で、所定位置の画素の構造を他の殆どの画素とは異なる構造とする（例えば、部分的に絶縁膜や電極として特性の異なるものを用いることでその部分の受光性能を変える等する）ことによって、同じ強さの光を受光したときにその構造に起因した所定電圧値の信号が出力されるものを用いることもでき、この場合は、別途、フィルタ１４や出力調整部１７を設ける必要がない。
【００３６】
上記説明においては、イメージセンサ１０を構成する全ての第１画素部１１へ検出可能な光検出レベルを超える光が入射した場合について説明したが、これに限られず、イメージセンサがより多くの画素部が二次元マトリックス状に配置された構造を有し（例えば、縦５１２×横５１２の画素）、かつ、第１画素部１１と第２画素部１２が分散配置されており、その内の一定範囲（例えば、縦１０×横１０の画素範囲）に検出可能な信号レベルを超える光が入射した場合には、大凡、この範囲に目標物があることは判断できるが、この範囲内に設けられた第２画素部１２からの出力信号を解析することにより、この範囲内においてさらに正確な目標物の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】目標検出装置の概略構成を示すブロック図。
【図２Ａ】目標検出装置を構成するイメージセンサにおける画素部の構成および配置を示す平面図。
【図２Ｂ】図２Ａ中の矢視ＡＡ断面図。
【図３】イメージセンサの第１画素部と第２画素部に入射する光の強さとフィルタにより調整された光の強さと受光素子から出力される電圧信号の大きさとの関係を対比して示す図。
【図４】目標物検出方法のフローチャート。
【図５】第１画素部と第２画素部から出力される電圧信号の変化の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３８】
１０…イメージセンサ、１１…第１画素部、１２…第２画素部、１３…受光素子、１４…フィルタ、１５…光の透光率の大きい領域、１６…光の透光率の小さい領域、１７…電圧調整部、１８…第１電圧調整素子、１９…第２電圧調整素子、２０…信号処理装置。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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