(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズと受光面に多数の光電変換素子が配列された撮像素子とを備え、車両周辺の路面を撮像するために車両に搭載される車載撮像装置であって、
車載撮像装置の車両への搭載位置の視点位置と異なる目的の視点位置からの画像が撮影されるように、前記搭載位置の視点位置における撮像レンズの中心から、前記車両周辺の路面上の撮影範囲の車両から最も遠い位置の前記受光面での結像位置までの光軸に沿った距離ｇ１が下記（１）式を満たし、前記搭載位置の視点位置における撮像レンズの中心から、前記撮影範囲の車両から最も近い位置の前記受光面での結像位置までの光軸に沿った距離ｇ２が下記（２）式を満たすように、撮像レンズの光軸及び撮像素子の受光面の少なくとも一方を撮影光軸に対して傾斜させた車載撮像装置。
ｆ１／Ｖ１＝ｇ１／Ｌ１      ・・・（１）
ｆ１／Ｖ２＝ｇ２／Ｌ２      ・・・（２）
ただし、ｆ１は、前記撮像レンズの焦点距離、Ｖ１は、前記目的の視点位置における撮像レンズの中心から、前記撮影範囲の車両から最も遠い位置までの光軸に沿った距離、Ｖ２は、前記目的の視点位置における撮像レンズの中心から、前記撮影範囲の車両から最も近い位置までの光軸に沿った距離、Ｌ１は、前記搭載位置の視点位置における撮像レンズの中心から、前記撮影範囲の車両から最も遠い位置までの光軸に沿った距離、及びＬ２は、前記搭載位置の視点位置における撮像レンズの中心から、前記撮影範囲の車両から最も近い位置までの光軸に沿った距離である。
【請求項２】
撮像レンズの光軸及び撮像素子の受光面の少なくとも一方を撮影光軸に対して傾斜させた状態で、撮像レンズ及び撮像素子の少なくとも一方をシフトして撮像素子の受光面上の撮像範囲を調整した請求項１記載の車載撮像装置。
【請求項３】
撮像レンズと受光面に多数の光電変換素子が配列された撮像素子とを備え、車両周辺の路面を撮像するために車両に搭載される車載撮像装置であって、
車載撮像装置の車両への搭載位置と異なる視点位置からの画像が得られるように、前記光電変換素子の配列を変更した車載撮像装置。
【請求項４】
前記車載撮像装置の車両への搭載位置データ及び撮像レンズの焦点距離に基づいて前記光電変換素子の配列を変更した請求項３記載の車載撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載撮像装置に係り、特に、車両周辺の状況をドライバに指示したり、物標を検出するために車両に取り付けられる車載撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の車載撮像装置（車載カメラ）は、撮像レンズと受光面に多数の光電変換素子が配列された撮像素子とを備え、車両周辺の路面を撮像するために車両に搭載されている。撮像素子は、撮影レンズの光軸と受光面とが直交するように配置されている。
【０００３】
従来の車載カメラは、車体の形状やデザイン上の制約から目的とする視点位置に搭載できないことが多い。特に、搭載された車載カメラの視点位置が目的とする視点位置に比較して低い場合には次のような問題がある。すなわち、ドライバに車両周辺の画像を提示する用途の場合には、車両から遠方での像の車載カメラの縮小率が大きいため距離感等の視認性において問題がある。また、路面のマークや障害物等の物標検出用途の場合には、対象物体の画面上の大きさが小さかったり、車両からの距離に応じた縮小率の変化が大きいため、検出し難い等の問題がある。
【０００４】
上記の問題点を解消するために、９９年ＩＴＳ国際会議では、車体後部に斜め下向きに取り付けられたカメラの画像を撮影領域の真上から真下を向いたカメラから撮影した俯瞰画像に電子的に変換する例が発表されている。また、特開平７−１２９７９２号公報には、多くの異なる視点位置から撮影した画像をデータベースとして保持し、目的の視点位置からの画像をデータベースに基づいて電子的に生成する技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記の電子的な方法を用いて目的の視点位置の画像に変換する方法は、一般的には、変換処理を高速に行うために専用のハードウエアや大規模な画像データベースが必要なため、装置が高価になる、という問題がある。また、電子的な変換では変換対象の画像の撮影範囲や解像度の制約があるため、変換後の画像の一部分が欠けたり、解像度が低下するため画像にボケが生じる。このため、ドライバに車両周辺の画像を提示する用途の場合には、視認性が低下し、画像処理による路面のマークや障害物等の物標検出用途の場合には、検出機能を低下させる原因となる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成で、解像度を低下させることなく、車載撮像装置の車両への搭載位置と異なる視点位置からの画像が得られるようにした車載撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、撮像レンズと受光面に多数の光電変換素子が配列された撮像素子とを備え、車両周辺の路面を撮像するために車両に搭載される車載撮像装置であって、車載撮像装置の車両への搭載位置の視点位置と異なる目的の視点位置からの画像が撮影されるように、撮像レンズの光軸及び撮像素子の受光面の少なくとも一方を撮影光軸に対して傾斜させたことを特徴とする。
【０００８】
車載撮像装置の搭載位置データ（取り付け位置データ）は、設計図面またはマーク観測に基づくカメラキャリブレーションにより予め求めることができ、車載撮像装置の被写体は車載撮像装置と相対位置関係が殆ど変化しない路面（地平面）である。このため、撮影光軸に対する傾斜角度は、前記車載撮像装置の車両への搭載位置データ及び前記撮像レンズの焦点距離に基づいて前記撮影光軸に対する傾斜角度を決定することができる。
【０００９】
請求項１の発明では、傾斜角の大きさによっては、撮像素子上の結像位置が撮像素子の受光面からずれることがある。このずれを補正するためには、請求項２の発明のように、撮像レンズの光軸及び撮像素子の少なくとも一方を撮影光軸に対して傾斜させた状態で、撮像レンズ及び撮像素子の少なくとも一方をシフトして撮像素子の受光面上の撮像範囲を調整するのが効果的である。
【００１０】
上記請求項１の発明によれば、車載撮像装置の車両への搭載位置と異なる視点位置からの画像が得られるように、撮像レンズの光軸及び撮像素子の受光面の少なくとも一方が撮影光軸に対して傾斜されているので、電子的な画像処理を行うことなく目的の視点位置からの画像を得ることができる。これによって、目的の視点位置からの画像を得ることができる簡単な構成で低コストで、かつ解像度が低下しない車載撮像装置を提供することができる。
【００１１】
請求項３の発明は、撮像レンズと受光面に多数の光電変換素子が配列された撮像素子とを備え、車両周辺の路面を撮像するために車両に搭載される車載撮像装置であって、車載撮像装置の車両への搭載位置と異なる視点位置からの画像が得られるように、前記光電変換素子の配列を変更したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明を、車両へ搭載された車載撮像装置の視点位置が目的とする視点位置に比較して低い場合に適用する際には、車両から遠い路面の画像の縮小率は大きいので、車両から遠い路面の画像が結像される部分の光電変換素子を密に配列し、車両から近い路面の画像の縮小率は小さいので、車両から近い路面の画像が結像される光電変換素子を疎に配列する。すなわち、縮小率が大きい程光電変換素子を密に配列し、縮小率が小さい程光電変換素子を疎に配列する。
【００１３】
上記で説明したように、車載撮像装置の取り付け位置データは、予め求めることができ、車載撮像装置の被写体は路面であるので、光電変換素子の配列は、車載撮像装置の車両への取り付け位置データ及び撮像レンズの焦点距離に基づいて変更することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、車載撮像装置の車両への搭載位置と異なる視点位置からの画像が得られるように、光電変換素子の配列を変更したので、電子的な画像処理を行うことなく目的の視点位置からの画像を得ることができる。これによって、目的の視点位置からの画像を得ることができる簡単な構成で低コストで、かつ解像度が低下しない車載撮像装置を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１に示すように、第1の実施の形態の車載撮像装置（車載カメラ）１０は、撮像レンズ１２と受光面１４Ａに多数の光電変換素子が配列された撮像素子１４とを備え、車両周辺の路面１８を撮像するために車両１６に搭載されている。この車載カメラ１０は、使用する前、すなわち、車両に取り付けた後でドライバが使用する前に、車載カメラの搭載位置と異なる目的の視点位置からの画像が得られるように、撮像素子の受光面が撮影光軸に対して以下に示すように傾斜される。
【００１６】
図２に目的とする視点位置（所望のカメラ位置）における車載カメラを実線で示し、図３に実際に車両に搭載された車載カメラの位置を実線で示す。また、実際の車載カメラにおいて、撮影範囲Ｅの車両から最も遠い路面の受光面上での結像位置をＡ点、撮影範囲Ｅの車両から最も近い路面の受光面上での結像位置をＢ点とし、目的の視点位置の車載カメラにおいて、撮影範囲Ｅの車両から最も遠い路面の受光面上での結像位置をＡ’点、撮影範囲Ｅの車両から最も近い路面の受光面上での結像位置をＢ’点とする。
【００１７】
目的の視点位置の車載カメラにおける結像位置を焦点面上と仮定すれば、実際の車載カメラにおいて目的の視点位置の車載カメラで撮影したのと同様の画像を得るためには、Ａ’点の縮小率とＡ点の縮小率とが一致し、Ｂ’点の縮小率とＢ点の縮小率とが一致するように撮影レンズと受光面との距離ｇ１、ｇ２を調整すればよいので、以下に示す（１）式及び（２）式が成り立つ。
【００１８】
ｆ１／Ｖ１＝ｇ１／Ｌ１                ・・・（１）
ｆ１／Ｖ２＝ｇ２／Ｌ２                ・・・（２）
ただし、Ｌ１は実際の車載カメラにおける撮影範囲Ｅの車両から最も遠い路面から撮影レンズの中心までの光軸に沿った距離、Ｌ２は実際の車載カメラにおける撮影範囲Ｅの車両から最も近い路面から撮影レンズの中心までの光軸に沿った距離、ｇ１は実際の車載カメラにおける撮影レンズの中心から受光面１４Ａ上のＡ点までの光軸に沿った距離、ｇ２は実際の車載カメラにおける撮影レンズの中心から受光面１４Ａ上のＢ点までの光軸に沿った距離、Ｖ１は目的の視点位置の車載カメラにおける撮影範囲Ｅの車両から最も遠い路面から撮影レンズの中心までの光軸に沿った距離、Ｖ２は目的の視点位置の車載カメラにおける撮影範囲Ｅの車両から最も近い路面から撮影レンズの中心までの光軸に沿った距離、ｆ１は実際の車載カメラ及び目的の視点位置の車載カメラにおける撮影レンズの焦点距離である。なお、本実施の形態では、撮影レンズの光軸と撮影光軸とは一致している。
【００１９】
車載カメラの車両への取り付け角度、及び取り付け場所等の取り付け位置情報、すなわち搭載位置情報は、設計図面またはマーク観測等に基づくカメラキャリブレーションにより得ることができ、このカメラキャリブレーションにより路面と車載カメラとの相対位置関係を求めることが可能である。このため、カメラキャリブレーションにより距離Ｌ１、Ｌ２、Ｖ１、Ｖ２は既知となる。また、撮影レンズの焦点距離ｆ１は、車載カメラの場合固定値であり、Ａ点、Ｂ点間の距離Ｄは測定により求めることができるため、上記（１）式及び（２）式より撮影レンズの中心を通りかつ撮影レンズの光軸と直交する平面と受光面１４Ａとが成す角度θは、以下の（３）式で与えられる。
【００２０】
ｓｉｎθ＝（ｇ１−ｇ２）／Ｄ                ・・・（３）
上記のように、撮影レンズの中心を通りかつ撮影レンズの光軸と直交する平面と受光面１４Ａとが角度θを成すように、撮影レンズの光軸に対して受光面１４Ａを傾斜させることにより、実際の車載カメラにおいて、目的の視点位置における車載カメラで撮影した画像と同様の画像が得られることになる。従って、本実施の形態では、撮影レンズの中心を通りかつ撮影レンズの光軸と直交する平面と撮像素子の受光面とが角度θなすように、撮影レンズの光軸に対して受光面を傾斜させた状態で、車載カメラを車両に取り付ける。
【００２１】
なお、上記では撮像素子の受光面を撮影光軸に対して傾斜させる例について説明したが、撮像レンズの光軸を撮影光軸に対して傾斜させるようにしても、撮像素子の受光面を撮影光軸に対して傾斜させることができる。
【００２２】
上記のように撮影レンズの光軸に対して撮像素子の受光面を傾斜させると、実際のカメラにおいて目的の視点位置の画像が得られるものの、傾斜角度が大きいと図４に示すように、撮像された路面が撮像素子の受光面からずれて結像されることがある。このため、第１の実施の形態では、図５に示すように、撮影レンズの中心を通りかつ撮影レンズの光軸と直交する平面と受光面１４Ａとの成す角度をθに保持した状態で、撮像された路面が撮像素子の受光面の全体において結像するように、撮像素子をシフトし、撮影された路面の画像全体が受光面上に結像するように受講面上の撮像範囲を調整するのがよい。なお、この場合、撮像素子をシフトする代わりに、撮影レンズをシフトしてもよく、また撮影素子と撮影レンズとをシフトしてもよい。
【００２３】
さらに、撮影素子のシフト量、撮影光軸に対する撮影レンズの傾き、及び撮影レンズと撮像素子との距離ｇ１’、ｇ２’以下の（４）、（５）式を満足するように調節することで、図６（１）、（２）に示すように、実際のカメラ搭載位置において種種な光軸方向を向く車載カメラを構成することも可能になる。
【００２４】
ｇ１’／Ｌ１’＝ｇ１／Ｌ１                ・・・（４）
ｇ２’／Ｌ２’＝ｇ２／Ｌ２                ・・・（５）
以上説明したように本実施の形態によれば、見易い視点位置からの画像が得られるため、ドライバのために表示した画像の視認性が向上する。その結果、ドライバにとって撮影された物標の距離感や位置関係の把握、物標の識別が容易になる。また、対象とする物標の画像上の例えば大きさ等の見え方を改善できるため、画像上のレーンマークや障害物を画像処理を用いて検出する際の性能が向上する。また、従来の車載カメラと同じ部品を使用して各部品の位置関係を調整・変更するだけで、画像を電子的に処理するハードウエアやデータベース等を用いた画像変換処理部を設ける必要がないので、電子的に目的の視点位置の画像を画像処理によって求める方法に比較して車載カメラの構造を簡単にしかつ安価に製造できると共に、画像変換に伴う解像度低下等の問題をなくすことができる。
【００２５】
次に、上記実施の形態における撮像素子の傾斜角を調整する機構を備えた車載カメラの例について説明する。
【００２６】
図７、図８に示すように、この車載カメラは、上方が開口された撮像素子収納用筐体４４と、筐体４４の開口部を閉鎖する蓋状の筐体４２とを備えている。
【００２７】
撮影レンズ１２は、円筒状のレンズ支持部４０に固定されている。レンズ支持部４２は、上記で説明したように接続部の螺旋溝と突起とによって円筒状部が形成された筐体４２の円筒状部に連結されており、レンズ支持部４０を回転させることにより、撮像素子１４までの距離を変化させることができる。レンズ支持部４０の筐体４２に対する位置、すなわち撮影レンズの撮像素子に対する位置は、車載カメラの出荷前に調整し固定しておく。
【００２８】
撮像素子１４は、車載カメラの筐体内部に設けられた回転機構を構成する板状の撮像素子台４６に固定されている。撮影素子台４６は、一対の第１のリンク４８と第１のリンクより短い一対の第２のリンク５０を介してスライダ５２と連結されている。第１のリンク４８及び第２のリンク５０の各々には、図示しないばねが取り付けられており、撮像素子台４６はばねにより第１のリンク４８方向でかつスライダ５２側に常時付勢されている。これによって、撮影素子台４６の第１のリンク４８と連結された側は、筐体４４の壁面に当接されている。
【００２９】
スライダ５２には、雌ねじが穿設されており、この雌ねじにロッド５４に穿設された雄ねじが歯合している。ロッド５４の両端部は、筐体４４の壁面を貫通して外部に突出しており、この突出部の各々につまみ５６が固定されている。
【００３０】
本実施の形態によれば、つまみ５６を回転させるとロッド５４が回転し、この回転に伴ってスライダ５２が筐体４４の撮像素子台が当接している壁面方向に移動する。このとき、第１のリンクが第２のリンクより長いため、撮像素子台４６は回転運動を伴って撮影レンズの光軸に沿った並進運動を行う。この結果、撮像素子台４６は、図９に示すように筐体の外部に位置する擬似的な回転中心Ｖ０を中心とした回転運動を行う。
【００３１】
次に、第２の実施の形態について説明する。図１０に示すように、本実施の形態の車載カメラ１０は、撮像レンズ１２と受光面１４Ａに多数の光電変換素子が配列された撮像素子１４とを備え、車両周辺の路面１８を撮像するために車両１６に搭載されている。撮像素子１４は、撮影レンズ１２の光軸と受光面１４Ａとが直交するように配置され、車載カメラ１０撮影範囲Ｅの路面を撮影する。
【００３２】
図１１に目的とする視点位置（所望のカメラ位置）における車載カメラを実線で示し、図１２に実際に車両に搭載された車載カメラの位置を実線で示す。また、実際の車載カメラにおいて、撮影範囲Ｅの車両から最も遠い路面の受光面上での結像位置をＡ点、撮影範囲Ｅの車両から最も近い路面の受光面上での結像位置をＢ点とし、目的の視点位置の車載カメラにおいて、撮影範囲Ｅの車両から最も遠い路面の受光面上での結像位置をＡ’点、撮影範囲Ｅの車両から最も近い路面の受光面上での結像位置をＢ’点とする。
【００３３】
目的の視点位置の車載カメラにおける結像位置を焦点面上と仮定すれば、実際の車載カメラにおいて目的の視点位置の車載カメラで撮影したのと同様の画像を得るためには、Ａ’点の縮小率とＡ点の縮小率とが一致し、Ｂ’点の縮小率とＢ点の縮小率とが一致るように光電変換素子の配列（光電変換素子の密度）を変更すればよいので、以下に示す（６）式及び（７）式が成り立つ。
【００３４】
ｆ１／Ｖ１＝Ｒａ・ｇ／Ｌ１                ・・・（６）
ｆ１／Ｖ２＝Ｒｂ・ｇ／Ｌ２                ・・・（７）
ただし、Ｌ１は実際の車載カメラにおける撮影範囲Ｅの車両から最も遠い路面から撮影レンズの中心までの光軸に沿った距離、Ｌ２は実際の車載カメラにおける撮影範囲Ｅの車両から最も近い路面から撮影レンズの中心までの光軸に沿った距離、ｇは実際の車載カメラにおける撮影レンズの中心から受光面１４Ａ上のＡ点までの光軸に沿った距離、Ｖ１は目的の視点位置の車載カメラにおける撮影範囲Ｅの車両から最も遠い路面から撮影レンズの中心までの光軸に沿った距離、Ｖ２は目的の視点位置の車載カメラにおける撮影範囲Ｅの車両から最も近い路面から撮影レンズの中心までの光軸に沿った距離、ｆ１は実際の車載カメラ及び目的の視点位置の車載カメラにおける撮影レンズの焦点距離、Ｒａは目的の視点位置の車載カメラのＡ’点の光電変換素子の密度（セル密度）に対する実際の車載カメラのＡ点の光電変換素子の密度の比、Ｒｂは目的の視点位置の車載カメラのＢ’点の光電変換素子の密度に対する実際の車載カメラのＢ点の光電変換素子の密度の比である。
【００３５】
車載カメラの車両への取り付け角度、及び取り付け場所等の取り付け位置情報は、設計図面またはマーク観測等に基づくカメラキャリブレーションにより得ることができ、このカメラキャリブレーションにより路面と車載カメラとの相対位置関係を求めることが可能である。このため、カメラキャリブレーションにより距離Ｌ１、Ｌ２、Ｖ１、Ｖ２は既知となる。また、撮影レンズの焦点距離ｆ１は、車載カメラの場合固定値であり、光電変換素子の密度の比（セル密度の比）は、上記（６）式及び（７）式より求めることができる。
【００３６】
通常の車載カメラにおける光電変換素子は、図１３に示すように、受光面全体で等しい密度で配列されている。本実施の形態の車載カメラの光電変換素子は、車両から遠い路面の画像の縮小率は大きいので、Ａ点では光電変換素子を密に配列し、車両から近い路面の画像の縮小率は小さいので、Ｂ点では光電変換素子を疎に配列し、Ａ点とＢ点との間の光電変換素子は画像の縮小率に応じて、縮小率が大きい程光電変換素子を密に配列し、縮小率が小さい程光電変換素子を疎に配列されている。
【００３７】
なお、上記では撮影レンズの光軸と受光面とが直交する例について説明したが、撮影レンズの光軸と受光面とが直交しない場合においても撮影レンズの光軸と受光面とが成す角度が既知であれば、同様に光電変換素子の密度を調整し、光電変換素子の配列を変更することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１〜５の発明によれば、電子的な画像処理を行うことなく目的の視点位置からの画像を得ることができるので、簡単な構成で低コストで、かつ解像度を低下させることなく、目的の視点位置からの画像を得ることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の概略図である。
【図２】第１の実施の形態の目的とする視点位置における車載カメラを実線で示す概略図である。
【図３】第１の実施の形態の実際に車両に搭載された車載カメラの位置を実線で示す概略図である。
【図４】第１の実施の形態で路面が受光面からずれて結象した状態を示す概略図である。
【図５】第１の実施の形態で撮像素子をシフトした状態を示す概略図である。
【図６】（１）、（２）は、各々異なる光軸方向を持つ車載カメラを示す概略図である。
【図７】受光面の傾斜角度を調節する機構を備えた車載カメラの縦断面図である。
【図８】図７の横断面図である。
【図９】受光面の傾斜角度を調節する機構を備えた車載カメラの動作を説明するための概略図である。
【図１０】第２の実施の形態の概略図である。
【図１１】第２の実施の形態の目的とする視点位置における車載カメラを実線で示す概略図である。
【図１２】第２の実施の形態の実際に車両に搭載された車載カメラの位置を実線で示す概略図である。
【図１３】従来の車載カメラの光電変換素子を示す平面面図である。
【図１４】第２の実施の形態の車載カメラの光電変換素子を示す平面面図である。
【符号の説明】
１０  車載カメラ
１２  撮影レンズ
１４  撮像素子
１６  車両
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004433575.tif 000011
【図１１】
0004433575.tif 000012
【図１２】
0004433575.tif 000013
【図１３】
0004433575.tif 000014
【図１４】
0004433575.tif 000015