(57)【要約】【課題】安価な構成で、逆光の影響を受けない映像を撮影する車載用カメラ装置を提供する。【解決手段】車載用画像処理カメラ装置は、カメラ部１１と、ＡＤ変換部１７と、画像処理部１８とを備える。カメラ部１１は、さらにレンズ１２とＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）からなる撮像領域１４とを備える。カメラ部１１が車両前方を撮影するように搭載されたとき、撮像領域１４の中心がレンズ１２の光軸１５よりも下方にあり、かつ、ＣＣＤの垂直転送方向が下向きになるように、レンズ１２撮像領域１４とが配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと撮像領域を形成するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）とを備えた車載用カメラ装置において、
前記車載用カメラ装置を車両に搭載したときに、前記撮像領域の中心が前記レンズの光軸よりも下方にあり、かつ、前記ＣＣＤの垂直転送方向が下向きになるように、前記レンズと前記ＣＣＤとが配置されている車載用カメラ装置。
【請求項２】
前記レンズを通過して結ばれた像において、前記結ばれた像の領域の中心よりも下方に水平線の像があり、前記水平線の像がＣＣＤ上で結像されるように、前記レンズおよび前記ＣＣＤが配置されている請求項１の車載用画像処理カメラ装置。
【請求項３】
レンズと撮像領域を形成するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）とを備えた車載用カメラ装置において、
前記車載用カメラ装置を車両に搭載したときに、前記撮像領域の中心が前記レンズの光軸よりも上方であり、かつ、前記ＣＣＤの垂直転送方向が下向きになるように、前記レンズと前記ＣＣＤとが配置されている車載用カメラ装置。
【請求項４】
前記レンズを通過して結ばれた像において、前記結ばれた像の領域の中心よりも上方に水平線の像があり、前記水平線の像がＣＣＤ上で結像されるように、前記レンズおよび前記ＣＣＤが配置されている請求項３の車載用画像処理カメラ装置。
【請求項５】
前記レンズまたは前記ＣＣＤの前方に減光フィルタをさらに備える請求項１〜４の車載用画像処理カメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両前方を撮影する車載カメラ装置に関し、特に、逆光の場合でも確実に画像認識を行うために良好な画像を撮影するための車載用カメラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載カメラ装置では、撮像素子としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられることが多い。ＣＣＤは、ある一定以上の強い光を受けた場合、スミアやブルーミングと呼ばれる特有の映像ノイズが発生する。
【０００３】
ここで、図７を用いて、ブルーミング及びスミア現象と被写体の明るさの関係について説明する。図７（ａ）はＣＣＤ素子１００に比較的弱いスポット光を照射した場合の映像を示す。ここでは、光源１０１が映し出されている。図７（ｂ）は比較的強いスポット光をＣＣＤ素子に照射した場合の映像を示す。ここでは、光源周辺の光のあたっていない部分も明るく見えるブルーミング１０２と、光源からＣＣＤの垂直転送方向に明るい帯をひくスミア１０３が発生する。図７（ｃ）は、強烈なスポット光をＣＣＤ素子に照射した場合の映像を示す。図７（ｂ）の状態からさらに悪化し、特にインタライン転送方式ＣＣＤの場合はスミアと逆方向にも明るい帯状にブルーミング１０２が発生する。（実際は露光時間や撮像素子の性能、レンズ開口率などによって発生条件が変わるため、明るさを相対的な表現で記した。）
特に、車載用画像処理カメラ装置においては、車両前方の映像を撮影するために、逆光時、太陽光の強烈な光が入射される場合がある。その際、これらの現象が発生し、白線認識を行うための画像処理において処理精度を低下させる要因となっている。
【０００４】
このため、特開平１１−３３１７１２号公報に記載の技術においては、ＣＣＤを光学系の結像範囲内に位置する使用領域と、結像範囲から外れて天側に位置する非使用領域に分けて使用することが開示されている。そして、非使用領域にはマスキング部材を設けて遮光し、撮像素子における露光タイミング前後で使用領域に蓄積された信号電荷を、垂直転送路を介して非使用領域へ高速に待避させて、スミアの少ない画像を得るようにしたものである。
【０００５】
また特開２００１−２１３４６号公報に記載の技術においては、撮像素子にフレーム転送式ＣＣＤを採用し、通常の使用状態と天地を逆（１８０°反転）に配置するものである。フレーム転送式ＣＣＤは片方向にのみスミアが発生するため、上（空）方向のみスミアが発生し、下（路面）方向にスミアは発生しない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−３３１７１２号公報記載の技術では、寸法公差については考慮されていないため、この公差によって生じる遮光できない領域でのスミア現象の対策に課題があった。また、この技術では、白線が存在する路面を映す使用領域と、太陽などの高輝度被写体を遮光する非使用領域との２つの領域に分けるため、撮像面に部材を用いて非使用領域をマスクしている。このため、組立てや材料寸法のばらつきなどにより、境界位置にばらつきが生じ、白線を検出するための十分な映像領域を得ることができない、または十分に遮光できないなどの課題があった。
【０００７】
例えば、１／３インチ光学サイズ、２７万画素ＣＣＤを想定した場合、垂直転送方向における隣接する画素間の距離は約０．０１ｍｍである。組立てや材料による寸法誤差を仮に±０．２ｍｍ内に押えたとしても垂直方向で最大約４０画素、即ち画面の約１／１０位置ずれが生じることになる。通常、白線を検出するための使用領域を確保することが優先的に設計されることから、画面の約１／１０に相当する遮光できない領域が発生する。さらに路面の勾配などを考慮すると、遮光できない領域はより大きくなり、この領域に入射されるスミアの影響で、白線認識を行うための画像処理において処理精度を低下させる要因となる。
【０００８】
また、特開２００１−２１３４６号公報に記載の従来例においては、フレーム転送式ＣＣＤを採用しているが、これは、蓄積部と同じ画素だけの転送部が必要な構造のため、チップサイズが大きくなり、必然的に高価になる。従って、フレーム転送式ＣＣＤを採用するとコスト面で問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を解消するためになされたもので、車載用画像処理カメラ装置が、安価な構成で、逆光の影響を受けない映像を撮影するための技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの実施形態に従うレンズと撮像領域を形成するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）とを備えた車載用カメラ装置は、前記車載用カメラ装置を車両に搭載したときに、前記撮像領域の中心が前記レンズの光軸よりも下方にあり、かつ、前記ＣＣＤの垂直転送方向が下向きになるように、前記レンズと前記ＣＣＤとが配置されている。
【００１１】
好適な実施形態では、前記レンズを通過して結ばれた像において、前記結ばれた像の領域の中心よりも下方に水平線の像があり、前記水平線の像がＣＣＤ上で結像されるように、前記レンズおよび前記ＣＣＤが配置されている。
【００１２】
本発明の一つの実施形態に従うレンズと撮像領域を形成するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）とを備えた車載用カメラ装置は、前記車載用カメラ装置を車両に搭載したときに、前記撮像領域の中心が前記レンズの光軸よりも上方であり、かつ、前記ＣＣＤの垂直転送方向が下向きになるように、前記レンズと前記ＣＣＤとが配置されている。
【００１３】
好適な実施形態では、前記レンズを通過して結ばれた像において、前記結ばれた像の領域の中心よりも上方に水平線の像があり、前記水平線の像がＣＣＤ上で結像されるように、前記レンズおよび前記ＣＣＤが配置されている。
【００１４】
好適な実施形態では、前記レンズまたは前記ＣＣＤの前方に減光フィルタをさらに備えてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る車載用画像処理カメラ装置の構成を示す図である。この車載用画像処理カメラ装置は、車両前方に設置され、フロントガラス越しに前方の景色を撮影するカメラ部１１と、アナログの映像信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部１７と、カメラ部１１が撮影した画像を処理する画像処理部１８とを備える。
【００１７】
ＡＤ変換部１７は、撮像素子１３から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換して、画像処理部１８へ転送する。
【００１８】
画像処理部１８は、図示しないメモリやマイコン、画像処理用のＬＳＩなどを有し、ディジタル化された画像データを受信して、画像処理を行って路面上の白線や先行車両の認識を行う。そして、画像認識の結果を、図示しない車両コントロールユニットへ通知する。
【００１９】
なお、後述するように、本実施形態では結像領域１６の周辺の像を用いるため、映像の歪みが生じる場合がある。このときは、画像処理部１８に歪み補正ロジック１８ａを組み込んで、補正後の映像データの画像処理を行う。
【００２０】
減光フィルタ３０は、例えばガラス板をコーティングした部材で実現できる。また、レンズを直接コーティングして実現することもできる。さらに、散乱光を抑制する偏光フィルタと共用しても良い。減光フィルタ３０は、省略することが可能である。
【００２１】
カメラ部１１は、さらに、レンズ１２と、撮像部１３と、減光フィルタ３０とを備える。
【００２２】
レンズ１２の位置および画角は、白線認識に必要な路面情報の範囲や、白線認識に必要な解像度などに基づいて決定される。
【００２３】
撮像部１３の撮像面には、撮像素子が並べられた撮像領域１４を有する。そして、撮像部１３は、撮像面がレンズの光軸１５と垂直になるように配置される。このとき、撮像領域１４の中心はレンズ光軸１５とは一致せず、シフトした位置に配置される。撮像部１３のシフトについては後述する。
【００２４】
撮影対象の物体からやってくる光は、レンズ１２を通ってレンズ１２から焦点距離ｆだけ離れた撮像部１３の撮像面上で結像する。この像が結ばれた結像領域１６は、レンズ光軸１５を中心とした円である。結ばれた像は天地が逆さまになる。そして、撮像領域１４の撮像素子は、受けた光の情報を電気信号に変換して出力する。
【００２５】
本実施形態では、撮像領域１４を構成する撮像素子として、カムコーダなどで使用されているインタライン転送式ＣＣＤ（以下、単にＣＣＤと呼ぶ）を用いる。ここで、ＣＣＤの構成を模式的に示したものが図３である。ＣＣＤ４０は、光電変換を行うフォトダイオード４１が２次元の配列状に配置されている。そして、フォトダイオード４１の一列おきに垂直シフトレジスタ４２が配置される。そして、垂直シフトレジスタ４２が電荷を垂直転送方向４５へ転送する。電荷が転送されていく先には、水平シフトレジスタ４３が配置されている。各フォトダイオード４１は光を受けると電荷を蓄積し、蓄積された電荷が垂直シフトレジスタ４２へ転送される。垂直シフトレジスタ４２は、この電荷を垂直転送方向４５へ順次シフトする。水平シフトレジスタ４３は垂直シフトレジスタ４２から転送された電荷を、水平転送方向４６へ順次シフトする。
【００２６】
図１を参照すると、撮像領域１４となるＣＣＤは、カメラ部１１を車両に搭載したときに、垂直シフトレジスタの垂直転送方向４５が下（地面側、以下同じ）から上（天側、以下同じ）の方向になるように配置する。
【００２７】
図２は、レンズ１２、撮像領域１４および結像領域１６の位置関係を示す図である。（ｂ）に示すように、結像領域１６には、路面１９、水平線２０、太陽２１、ボンネット２２が、天地逆さまに結像している。
【００２８】
ここで、上述の通り、撮像領域１４の中心は、レンズ光軸１５とは一致しない。すなわち、撮像部１３を下方に移動させるか、またはレンズ１２を上方へ移動させるかして、レンズ光軸１５に対して撮像装置１３を相対的に下方にシフトさせ、撮像領域１４の一部が結像領域１６の周辺から飛び出して、重なり合わないように配置する。さらに、結ばれた像の中の水平線２０が、結像領域１６の中心または中心線（結像領域１６の中心を通る水平な線）１６ａより下に来るように調整する。ここで、水平線２０は、結像領域１６の下端と一致すれば理想である。しかし、自車輌のピッチングや道路勾配、またはカメラ部１１を組立てるときの誤差などを考慮して、水平線２０と結像領域１６下端との間に若干の隙間Ｘ１ができるようにする。このＸ１は、実験などにより経験的に定める。
【００２９】
この結果、結像領域１６には空の映像がほとんど含まれず、路面の映像が多く含まれることになる。そして、上述のような位置関係に配置することにより、図２（ｂ）に示すように撮像領域１４に水平線２０および路面が含まれ、撮像領域１４の下方には像が結ばれない。
【００３０】
また、空の領域は大部分が結像領域１６外なので、太陽の映像は多くの場合結像されない。しかし、図２（ｂ）に示すよう場合のように、水平線２０と結像領域１６の隙間Ｘ１から太陽光２１が入射されることがある。この場合、太陽２１は水平線２０に近い位置にあるので、夕方または早朝などで、太陽光の光量は比較的弱いと考えられる。従って、この場合は片方向スミアのみが発生する。
【００３１】
しかしながら、撮像領域１４のＣＣＤは、垂直シフトレジスタの垂直転送方向上から下（結像領域の外へ向かう向き）になるように配置されているので、スミアは映像の下（空）の方向に発生する。そのため白線のある路面情報への影響はない。
【００３２】
また、撮像素子の感度や地域や気候、天候などの撮影環境によって、水平線付近の太陽でも上下方向にスミア、ブルーミングが発生する明るさであることが考えられる。この場合は、地域、気候、天候、季節等も考慮して適当な減光フィルタ３０を用いてさらに太陽光の光量を落としても良い。
【００３３】
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図４を用いて説明する。ここでは第１の実施形態との相違点を中心に説明する。さらに、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【００３４】
図４に示すように、本実施形態でも第１の実施形態と同様に、レンズ１２と撮像部１３と減光フィルタ３０を有するカメラ部１１と、ＡＤ変換部１７と、画像処理部１８とを備える。
【００３５】
ここで、撮像部１３において、撮像領域１４となるＣＣＤは、垂直シフトレジスタの垂直転送方向が上から下の方向になるように配置する。
【００３６】
本実施形態では、レンズ光軸１５に対して撮像部１３を相対的にずらす方向が第１の実施形態と異なる。すなわち、図５（ａ）に示すように、撮像部１３を上方向へ移動させるか、またはレンズ１２を下方向に移動させるかして、レンズ光軸１５に対する撮像領域１４の位置を相対的に上方へシフトさせる。そして、結ばれた像の中の水平線２０が結像領域１６の中心または中心線１６ａより上に来るように調整する。そして、水平線２０と撮像領域１４の下端とが一致すれば理想であるが、第１の実施形態と同様に、自車輌のピッチングや道路勾配、またはカメラ部１１を組立てるときの誤差などを考慮して、水平線２０と撮像領域１４下端との間に若干の隙間Ｘ２ができるようにする。このＸ２は、実験などに基づいて経験的に定める。
【００３７】
この結果、撮像領域１４には空の映像がほとんど含まれず、路面１９の映像が多く含まれることになる。つまり、太陽は多くの場合、撮像領域１４の外に位置するため撮像されず、かつ白線認識に必要な路面１９の映像を得ることができる。
【００３８】
しかし、隙間Ｘ２から太陽光が入射される場合がある。この場合は、第１の実施形態と同様に、スミアは片方向にのみ発生すると考えられ、垂直シフトレジスタのシフト方向が下から上（結像領域の中心へ向かう向き）になるように配置されているので、スミアもこの方向に生じる。従って、スミアの発生する向きは、路面とは反対方向であり、スミアが発生しても、白線のある路面１９への影響はない。
【００３９】
また、減光フィルタ３０については、第１の実施形態と同様に調整することができる。
【００４０】
さらに、単純にカメラ部１１を路面方向にシフトしたり、傾けただけであると、ボンネットが映し出される場合がある。太陽光はボンネットで反射する場合があり、不本意な光が撮像素子１３の撮像領域１４に入射され、白線認識を行うための画像処理において処理精度を低下させることがある。本実施形態では、レンズ１２あるいは撮像部１３をシフトによって、結像領域１６の外にボンネットを位置させることが可能である。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態は、第１の実施形態の構成に加えて、撮像部１３を垂直方向に移動させるＣＣＤ駆動部３１をさらに備える。
【００４２】
ＣＣＤ駆動部３１は、例えば、画像処理部１８からスミアを検出したことを示す信号を受ける付けると、撮像部１３を移動させて撮像領域１４に太陽が写らないようにすることができる。
【００４３】
さらに、図６に示すように、レンズ１２を路面方向に傾けて、光軸１５と撮像領域１４とが垂直ではない、所定の角度で交差するようにしてもよい。これにより、画像処理部１８が路面上の白線を認識するために必要な遠方の分解能を確保できる。
【００４４】
上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、逆光の影響を受けない映像を撮影するための車載用画像処理カメラ装置が、安価な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態に係る車載用画像処理カメラ装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態における結像領域と撮像領域との位置関係を説明するための図である。
【図３】インタライン転送方式ＣＣＤの構成を模式的に示した図である。
【図４】本発明を適用した第２の実施形態に係る車載用画像処理カメラ装置の構成を示す図である。
【図５】第２の実施形態における結像領域と撮像領域との位置関係を説明するための図である。
【図６】本発明を適用した第３の実施形態に係る車載用画像処理カメラ装置の構成を示す図である。
【図７】ＣＣＤにおけるブルーミングとスミアを説明するための図である。
【符号の説明】
１１…カメラ部、１２…レンズ、１３…撮像部、１４…撮像領域、１５…光軸、１６…結像領域、１７…ＡＤ変換部、１８…画像処理部、３１…ＣＣＤ駆動部、１００…ＣＣＤ素子、１０１…光源の像、１０２…ブルーミング、１０２…スミア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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