(57)【要約】【課題】カメラ光軸の変化に影響されることなく、撮像画像から車間距離を正しく算出する。【解決手段】車両検出部４０は、撮像部２０で撮像された画像から車両の検出を行う。車間距離算出部８０は、今回撮像した画像と前回撮像した画像上での検出車両の大きさ比および速度検出部６０によって検出された自車両速度と、変数として検出車両速度および車間距離とを用いた車間距離算出直線を算出する。撮像タイミングの異なる複数の画像より算出した所定数の車間距離算出直線をもとに、車間距離と速度を軸にした投票面上に投票を行い、投票値が所定値以上となる投票面上の位置から車間距離と検出車両速度を算出する。車間距離算出直線のパラメータとして、撮像部２０のカメラ光軸を用いていないので、カメラ光軸の変化に影響されることなく車間距離と検出車両速度を算出することができる。【選択図】　　　　　　図１
2004053523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作タイミングを指示するタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号生成部からの指示ごとに、車両周囲の道路風景を撮像する撮像部と、
前記タイミング信号生成部からの指示ごとに、自車両速度を検出する速度検出部と、
撮像された画像から車両の検出を行い、該検出された車両の位置と大きさとを算出する車両検出部と、
該車両検出部で検出された車両の位置と大きさとを記憶する車両記憶部と、
前記車両検出部によって検出された車両と自車両との車間距離を算出する車間距離算出部とを有し、
該車間距離算出部において、前記車両検出部によって検出された車両の速度および車間距離を変数として、撮像タイミングの異なる画像から検出した車両の画像上での大きさ比と、前記速度検出部で検出された自車両速度とを用いた車間距離算出直線を算出し、
撮像タイミングの異なる複数の画像よりそれぞれ算出した車間距離算出直線の交点より、前記車両検出部で検出された車両までの車間距離を算出することを特徴とする車間距離検出装置。
【請求項２】
前記車間距離算出部は、
距離と速度を軸にした投票面を用いて、該投票面上の、前記撮像タイミングの異なる複数の画像よりそれぞれ算出した車間距離算出直線に対応した位置に投票を行い、その投票値が所定値以上となる位置から、前記車両検出部で検出された車両までの車間距離を算出す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】
前記車間距離算出部は、
前記投票面上の、車間距離算出直線に対応した位置に投票を行う際に、所定回数より前に算出した車間距離算出直線に対応した位置の投票値を無効にすることによって、前記投票面上の投票値の更新を行い、前記車両検出部で検出された車両までの車間距離を算出す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】
前記車間距離算出部は、
前記車間距離算出直線をもとに、前記車両検出部で検出された車両の速度を算出することを特徴とする請求項１、２または３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、撮像した自車両周辺の画像から、自車両と撮像された車両との車間距離を検出する車間距離検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、走行中に自車両周辺の車両の検出を行い、検出された車両と自車両との位置関係をドライバ等に提示したり、自車両との車両間隔に応じて警報を発する装置がある。これは車両にカメラを搭載し、カメラによって撮像された画像から自車両周辺の車両の有無や、自車両から撮像された車両までの距離の検出を行っている。
【０００３】
自車両に搭載されたカメラによって撮像された画像から、検出車両までの距離を算出する公知技術として、撮像された車両の画像上での高さ方向の位置から算出する方法がある。これは車両に、カメラ光軸が地面と水平になるように所定の向きに取り付けられたカメラで、所定領域の車両を撮像し、その画像上の最下端から車両の地面との接地位置までの縦方向の画素数ｂを検出する。撮像された所定領域の車両までの距離Ｌを、カメラ光軸の地面からの高さｈと撮像画像上の縦方向の画素数ａとを用いて、
Ｌ＝ｈ／ｔａｎ（（ａ−ｂ）／ａ）
として検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような上記従来の方法にあっては、カメラ光軸と地面とが常に水平である必要があり、搭乗者の重量バランスやタイヤの空気圧変化、加速度等によりカメラ光軸と地面との成す角度が設定値から変化すると、所定領域の車両までの距離を正しく検出することができないといった問題があった。
【０００５】
そこで本発明はこのような従来の問題点に鑑み、カメラ光軸と地面の成す角度の変化に影響されることなく、撮像画像から車間距離を正しく検出することができる車間距離検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両検出部によって検出された車両の速度および車間距離を変数として、撮像タイミングの異なる画像から検出した車両の画像上での大きさ比と、速度検出部で検出された自車両速度とを用いた車間距離算出直線を算出し、撮像タイミングの異なる複数の画像をもとにそれぞれ算出した車間距離算出直線の交点より、車両検出部によって検出された車両までの車間距離を算出するものとした。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像タイミングの異なる画像から検出した車両の画像上での大きさ比および速度検出部で検出された自車両速度と、変数として車両検出部によって検出された車両の速度および車間距離を用いた車間距離算出直線を算出し、該車間距離算出直線と撮像タイミングの異なる複数の画像よりそれぞれ算出した車間距離算出直線の交点より、車間距離を算出することができる。このように車間距離を算出する際のパラメータに、撮像手段としてのカメラの光軸を用いていないので、カメラ光軸と地面の成す角度の変化に影響されることなく、撮像画像から車間距離を正しく算出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は、本発明の構成を示すブロック図である。
タイミング信号生成部１０が、各部の処理タイミングの基準となる時間間隔Δｔのタイミング信号を生成し、タイミング信号を撮像部２０、画像記憶部３０、車両検出部４０、速度検出部６０、加速度算出部７０および車間距離算出部８０へ出力する。
撮像部２０は、車両に取り付けられたビデオカメラ等で車両の前方の道路風景を、タイミング信号生成部１０からのタイミング信号に同期して撮像する。撮像した画像は画像メモリなどの画像記憶部３０に記憶する。
【０００９】
車両検出部４０では、撮像部２０によって撮像された画像から車両の検出を行う。車両の検出方法としては、たとえば特開平８−３２０９９９号公報に開示された方法を用いる。この方法は前方車両の側面で検出される縦エッジが車両最下端部において途切れる点と、車両の特徴である対象性とに着目して前方車両を検出するものであり、撮像された画像に画像処理を行って画像中の縦エッジを検出し、その縦エッジが途切れた点を車両最下端候補とし、たとえば画像中の右側と左側の車両最下端候補がほぼ同じ高さである場合に、検出物体が車両であると判断するものである。
【００１０】
車両が検出されると、車両記憶部５０は車両の識別のために検出された車両に番号をつけ、その画像上での位置と大きさ（車両幅の画素数［ｄｏｔ］）を記憶する。また、後述する車間距離算出部８０で得られた自車両と前方車両との車間距離および車両速度を記録する。
速度検出部６０では自車両の速度を検出する。たとえば時間間隔Δｔで車輪の回転数をカウントして、タイヤの外周長との積をとり車両速度を得る。
【００１１】
加速度算出部７０では、速度検出部６０で検出された速度の差分をとり、加速度を算出する。
車間距離算出部８０では、自車両から前方車両までの車間距離Ｌｎ、および前方車両速度Ｖｂを算出する。
【００１２】
以下に、時刻ｎ×Δｔにおける車間距離Ｌｎおよび前方車両速度Ｖｂの算出方法を示す。
時刻（ｎ−１）×Δｔの時に、車間距離算出部８０において前方車両と自車両との車間距離、および前方車両速度が算出されていない場合、時刻ｎ×Δｔにおいて図２に示すように、時刻ｎ×Δｔでの自車両１の速度をＶａｎ［ｍ／ｓ］、時刻ｎ×Δｔでの前方車両２の速度をＶｂｎ［ｍ／ｓ］とし、自車両１と前方車両２との車間距離がＬｎ［ｍ］であるとすると、
Ｄｎ＝Ｄｈ×Ｗ／（２×Ｌｎ×ｔａｎ（θ／２））　　　　　　　　　　（１）
で表される。ただし、Ｄｎは時刻ｎ×Δｔの撮像画像での車両幅の画素数［ｄｏｔ］、Ｄｈは撮像画像の横方向画素数［ｄｏｔ］、Ｗは前方車両幅［ｍ］、θは自車両１に備えられた撮像部２０の画角［ｒａｄ］とする。
【００１３】
ここで式（１）は、時刻（ｎ−１）×Δｔにおいても成り立つので、
Ｄｎ−１＝Ｄｈ×Ｗ／（２×Ｌｎ−１×ｔａｎ（θ／２））　　　　　　（２）
で表すことができる。
式（１）、式（２）からＷを消去してＬｎ−１とＬｎの関係を求めると、
Ｄｎ×Ｌｎ＝Ｄｎ−１×Ｌｎ−１　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
となる。
【００１４】
ここで時刻（ｎ−１）×Δｔと時刻ｎ×Δｔでの車間距離の関係は、自車両と前方車両との相対速度を用いて、
Ｌｎ＝Ｌｎ−１―（Ｖａｎ−Ｖｂｎ）×Δｔ　　　　　　　　　　　　　（４）
で表すことができる。
【００１５】
よって式（３）および式（４）からＬｎ−１を消去すると、
（Ｄｎ／Ｄｎ−１−１）×Ｌｎ＝Ｖａｎ×Δｔ−Ｖｂｎ×Δｔ　　　　　（５）
が求められる。
Ｖａｎは速度検出部６０からの出力により既知であり、Ｄｎ／Ｄｎ−１は車両検出部４０で前方車両を検出する際に前方車両幅の画素数を算出しているので既知である。よって式（５）を車間距離Ｌｎと、前方車両速度Ｖｂｎを変数とした直線と考えることができ、以下式（５）を車間距離算出直線Ａｎと表記する。
【００１６】
一方時刻（ｎ−１）×Δｔの時に、車間距離算出部８０において、前方車両と自車両との車間距離、および前方車両の速度が算出されている場合には、時刻ｎ×Δｔの時に撮像した撮像画像での前方車両幅Ｄｎから、式（３）を用いて車間距離Ｌｎを算出し、その値を用いて式（４）から前方車両速度Ｖｂｎを算出することができる。
よって、一旦前方車両の車両速度、車間距離が算出されると、式（３）、式（４）を用いて前方車両の車両速度、車間距離を算出することができるので、以降の処理において車間距離算出直線Ａｎを用いる必要がない。
【００１７】
自車両が加減速しているとき、図３に示すように、横軸に自車両と前方車両との車間距離Ｌ、縦軸に前方車両速度Ｖｂを示すグラフ上において、時刻ｎ×Δｔのときに撮像した画像から得られた自車両速度ＶａｎとＤｎ／Ｄｎ−１における車間距離算出直線Ａｎと、時刻（ｎ＋１）×Δｔのときに撮像した画像から得られた自車両速度Ｖａｎ＋１とＤｎ＋１／Ｄｎにおける車間距離算出直線Ａｎ＋１との交点Ｘを求めると、前方車両速度Ｖｂと車間距離Ｌが求められる。
【００１８】
ただし、相対速度Ｖａ―Ｖｂ＝０でなければ車間距離Ｌも変化しているので、直線Ａｎと直線Ａｎ＋１との交点Ｘは撮像回ごとに移動する。自車両速度Ｖａが前方車両速度Ｖｂに近いほど、撮像回ごとの車間距離Ｌの変化量が小さくなり、直線Ａｎと直線Ａｎ＋１との交点Ｘの移動量は小さいものとなる。
このように自車両が加減速しているとき、式（５）の車間距離算出直線Ａｎを逐次グラフ上に描写し、その交点Ｘを求めることで、前方車両との車間距離と前方車両の速度を算出することができる。
【００１９】
実際には図４に示すように、横軸に車間距離Ｌ、縦軸に前方車両速度Ｖｂを持つ投票面を用意し、前方車両速度をΔＶｂ幅、車間距離をΔＬ幅のブロックに分割して、距離Ｌの値をΔＬ刻みでΔＬ／２から検出最大距離Ｌｍａｘまで増加させて、各Ｌの値で式（５）の車間距離算出直線からＶｂの値を算出し、そのときの距離Ｌと前方車両速度Ｖｂの数値を含むブロックに＋１を加算することで投票を行う。
【００２０】
自車両に加速度があると前方車両との車間距離は常時変化し、古い時刻での車間距離算出直線と、現在の時刻での車間距離算出直線との交点を求めて車間距離や前方車両速度を算出しても誤差が大きいので、図４の投票面に用いる車間距離算出直線は現在から過去ｍ本の直線とする。よって時刻ｎ×Δｔでの車間距離算出直線Ａｎの投票を行う前に、時刻（ｎ−ｍ−１）×Δｔの車間距離算出直線Ａｎ−ｍ−１上の投票値を減算、すなわち−１する。
【００２１】
このように、図４に示す投票面上の車間距離算出直線部分に投票を行っていくと、車間距離算出直線の交点が集中した部分の投票値が大きくなる。そして投票面での投票値の最大値を検出し、その値が所定の閾値以上になったときに、最大となった投票値の位置から、前方車両速度と車間距離を求めることができる。
【００２２】
上記の方法によって車間距離と前方車両速度を求めるためには、自車両と前方車両との速度関係が例えば、一定速度で走行中の前方車両に、自車両が後方から接近して減速する場合や、車間距離を一定に保つように加減速している場合などのように、自車両に加速度がある必要がある。前者の速度関係の場合について、前方車両速度と車間距離の算出状況を説明する。
【００２３】
図５の（ａ）に示すように、前方車両が一定速度Ｖｂで走行中に、自車両速度が一定速度Ｖａ１で走行している状態から、自車両が時刻ｔ１から減速を開始して時刻ｔ２で前方車両と同じ車速Ｖｂになり、時刻ｔ３以降で一定速度Ｖａ２になるとする。このとき自車両の加速度は図５の（ｂ）に示すように、時刻ｔ１までは加速度０であり、時刻ｔ１を過ぎると加速度−Ａａまで降下する。時刻ｔ３近傍まで加速度−Ａａの一定値を取り、その後上昇し時刻ｔ３で加速度が０となる。
また、自車両と前方車両との車間距離は、図５の（ｃ）に示すように時刻ｔ２で最小値を取る弓形状となる。
【００２４】
時刻ｔ１までの自車両の加速度が０のとき、Δｔごとに算出される車間距離算出直線Ａｎは同一直線となるので前方車両速度および車間距離は算出されない。時刻ｔ１から自車両に加速度が生じると、前方車両速度および車間距離の算出処理が開始されるが、自車両と前方車両との相対速度が大きいので、車間距離は算出回ごとに大きく変化し、車間距離算出直線Ａｎの交点は一点に集中しない。前方車両の速度に近づくと直線Ａｎの交点は次第に集中をはじめ、時刻ｔ２の付近で最も集中する。時刻ｔ２以降、速度差が大きくなると次第に交点が集中しなくなる。
【００２５】
前方車両速度と車間距離が一度算出されれば、前述のように画像上での前方車両の大きさ変化から、式（３）を用いて車間距離を算出することができ、算出された車間距離から式（４）を用いて前方車両速度を算出することができる。よって自車両速度が一定であり、図４に示すような投票面を用いて前方車両速度および車間距離が算出できないときでも、常時前方車両の車速および車間距離を算出することができる。
【００２６】
本実施例は以上のように構成され、車間距離算出部８０において、既知である前方車両の画像上での大きさ比および自車両速度と、変数として前方車両速度および車間距離とを用いた車間距離算出直線を算出する。該車間距離算出直線と、今回より前に算出した所定数の車間距離算出直線をもとに、車間距離と前方車両速度を軸とする投票面上の車間距離算出直線に対応した位置に投票を行い、投票値が所定値以上となる位置より車間距離と前方車両速度の算出を行う。このように車間距離算出直線を用いることにより、様々な要因により車両に傾きが生じ、カメラ等で構成される撮像部２０の光軸が変化したとしても、検出車両までの車間距離と検出車両速度を算出することができる。
【００２７】
また、一旦車間距離と前方車両速度が算出されると、式（３）および式（４）を用いて、車間距離と前方車両速度を算出することができるので、自車両に加速度がない場合等、式（５）を用いて車間距離と前方車両速度を算出することができないときでも、常時車間距離と前方車両速度を算出することができる。
【００２８】
さらに、今回算出した車間距離算出直線にもとづいて投票面上に投票を行う際に、前回撮像された画像をもとに算出した車間距離算出直線から、所定数前に算出した車間距離算出直線に対応した投票面上の位置の値を減算して、投票面上の投票値の更新を行う。車間距離や前方車両の速度は常に変化しており、古い車間距離算出直線をもとに車間距離や前方車両速度の算出を行っても誤差が大きいので、現在算出した車間距離算出直線から所定数前までに算出した車間距離算出直線のみを用いて車間距離や前方車両速度の算出を行うことにより、常に新しい正確な値を算出することができる。
【００２９】
このように、投票面上の所定数前の車間距離算出直線に対応した位置の投票値を減算し、新たに算出した車間距離算出直線に対応した位置に投票を行うことによって投票面の更新を行うことにより、前方車両までの車間距離と速度を算出するたびごとに、所定数の車間距離算出直線に対応した投票面上の位置に投票を行う必要がなく、算出の際の作業量を少なくできる。
求められた車間距離と前方車両の速度は、自車両周囲を俯瞰した図などに変換して運転席のモニタに表示し、運転時の補助情報として使用されることにより、車両走行時の安全性が向上する。
【００３０】
なお、本実施例においてビデオカメラ等で構成された撮像部２０の撮像方向を、自車両前方に設定したが、これに限定されず、たとえば後方等の所定の向きに設定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例を示すブロック図である。
【図２】前方車両と自車両の位置関係を示す図である。
【図３】前方車両速度と車間距離を軸にしたグラフである。
【図４】車間距離算出直線をもとに投票を行う投票面を示す図である。
【図５】自車両と前方車両の走行状態を示す図である。
【符号の説明】
１　　自車両
２　　前方車両
１０　　タイミング信号生成部
２０　　撮像部
３０　　画像記憶部
４０　　車両検出部
５０　　車両記憶部
６０　　速度検出部
７０　　加速度算出部
８０　　車間距離算出部レーダ装置
【図１】
2004053523.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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