(57)【要約】【課題】  撮像カメラに用いられるオートフォーカス技術を利用し、低コストで物体の距離を測位することができる「距離測位装置」を提供する。【解決手段】  車載用の撮像カメラを利用して物体までの距離を測位する距離測位装置は、車両周辺の少なくとも一部を撮像する撮像カメラと、撮像カメラのレンズ３４の焦点が被写体Ａ、Ｂに合うようにレンズ３４の位置を調整する焦点制御手段（４０、４２、４４、１６）と、被写体Ａ、Ｂに焦点が合わせられたとき、被写体Ａ、Ｂまでの距離Ｄ１、Ｄ２を算出する距離算出手段１６と有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載用の撮像カメラを利用して物体までの距離を測位する距離測位装置であって、
車両周辺の少なくとも一部を撮像する撮像カメラと、
撮像カメラのレンズまたはレンズ群の焦点が被写体に合うように少なくとも一つのレンズの位置を調整する焦点制御手段と、
少なくとも一つのレンズの位置に基づき被写体までの距離を算出する距離算出手段と、
を有する距離測位装置。
【請求項２】
距離算出手段は、レンズの移動量に基づき被写体までの距離を算出する、請求項１に記載の距離測位装置。
【請求項３】
距離測位装置はさらに、レンズの位置とそれに対応する焦点距離の対応関係を記憶する記憶手段を有し、距離算出手段は、記憶手段に記憶された対応関係から被写体までの距離を算出する、請求項１に記載の距離測位装置。
【請求項４】
距離測位装置はさらに、撮像カメラにより撮像された画像データに特定の物体が含まれているか否かを識別する識別手段を含み、距離算出手段は、識別された物体までの距離を算出する、請求項１に記載の距離測位装置。
【請求項５】
距離測位装置はさらに、識別された特定の物体までの距離が一定値よりも小さいか否かを判定する判定手段とを有する、請求項４に記載の距離測位装置。
【請求項６】
距離測位装置はさらに、識別された特定の物体までの距離が一定値よりも小さいと判定されたとき、警告を発する警告手段とを有する、請求項５に記載の距離測位装置。
【請求項７】
距離測位装置はさらに、複数の物体に関する情報を記憶する物体情報記憶手段と、記憶された複数の物体から特定の物体を選択する選択手段とを有する、請求項４ないし６いずれか１つに記載の距離測位装置。
【請求項８】
選択手段は、ユーザからの入力に応じて特定の物体を選択する、請求項７に記載の距離測位装置。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか１つに記載の距離測位装置と、
距離測位装置に接続され、距離測位装置から画像データおよび特定の物体までの距離を受け取るナビゲーション装置とを有し、
ナビゲーション装置は、自車位置を検出する検出手段と、検出された自車位置周辺の地図等をディスプレイに表示する表示手段と、距離測位装置からの距離に基づき検出された自車位置を補正する補正手段を有する、ナビゲーション装置。
【請求項１０】
表示手段は、距離測位装置から得られた画像データをディスプレイに表示する、請求項９に記載の距離測位装置。
【請求項１１】
補正手段は、検出された自車位置から特定の物体までの距離と距離測位装置から受け取った特定の物体までの距離との差分が一定値より大きいとき、検出された自車位置に誤差があるとして自車位置を補正する、請求項９に記載のナビゲーション装置。
【請求項１２】
オートフォーカス機能を備えた車載用撮像カメラを利用した距離測位方法であって、
撮像カメラのレンズの焦点を被写体に合わせ、撮像された画像データをディスプレイに表示するステップと、
レンズの位置または移動量に基づき被写体までの距離を算出するステップと、
を有する距離測位方法。
【請求項１３】
距離測位方法はさらに、被写体までの距離が一定値よりも小さいとき、警告を出力するステップを有する、請求項１２に記載の距離測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両から物体までの距離を測位する距離測位装置に関し、特に、車両に搭載された撮像カメラのオートフォーカス機能を利用した距離測位技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像カメラや距離測位装置を車両に搭載し、運転に危険や障害を生じさるような状況を検知したとき、音声や映像で警報を与えるような運転支援システムが実用化されている。距離測位装置には、例えば、レーダーや超音波を利用したものがあり、車両の前部に、レーダーや超音波の発射する発射装置と物体からの反射波を受信する受信装置とを取り付け、物体までの距離を測位している。また、撮像カメラは、例えば、ＣＣＤ素子やＣＭＯＳセンサを利用しており単一もしくは複数の撮像カメラを車両に取り付け、車両の前方や後方を撮像したり、車両に接近する物体や運転者の死角の空間を撮像し、これらをディスプレイに映し出している。
【０００３】
特許文献１は、車載用の画像表示装置に関するもので、車両の左右に搭載されたカメラにより左右の風景を撮影し、この画像は、見通しの悪い交差点に近づいたとき、制御部によりディスプレイに表示される。カメラのフォーカス機能を用いて測定された被写体までの距離を基に、また、画像処理部での画像処理により、車両の横方向に延びる道路を撮影画像が捉えているか否かが判定され、道路が撮影されているときのみ、風景画像に経路案内用の矢印画像が合成される。これにより、分かり易い経路案内を表示している。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４８６５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、車両に搭載される距離測位装置には、レーダーや超音波を利用するものがあるが、それらは高価な装置や特別な機構等を必要とするためコストが高くなるという課題を抱えている。一方、特許文献１は、カメラのフォーカス機能を利用して被写体が近距離にあるのか遠距離のあるのかを判定しているが、これだけでは被写体までの距離を正確に算出することができず、距離測位装置の代替になり得るのもではない。
【０００６】
本発明は、撮像カメラに用いられるオートフォーカス技術を利用し、被写体までの距離を正確に測位することができる距離測位装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、車載用の撮像カメラを距離測位に兼用する低コストな距離測位装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、上記した距離測位装置を利用して自車位置を補正することができるナビゲーション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】
【０００７】
本発明に係る車載用の撮像カメラを利用して物体までの距離を測位する距離測位装置は、車両周辺の少なくとも一部を撮像する撮像カメラと、撮像カメラのレンズまたはレンズ群の焦点が被写体に合うように少なくとも一つのレンズの位置を調整する焦点制御手段と、少なくとも一つのレンズの位置に基づき被写体までの距離を算出する距離算出手段とを有する。すなわち、本発明の距離測位装置は、画像データを得るための撮像カメラのオートフォーカス機能を利用して、同時に被写体までの距離を測位する機能を有している。これにより、専用の距離測位装置が不要となり、低コストな距離測位装置を提供することができる。
【０００８】
好ましくは、距離算出手段は、レンズの移動量に基づき被写体までの距離を算出するようにしてもよい。距離測位装置はさらに、レンズの位置とそれに対応する焦点距離の対応関係を記憶する記憶手段を有し、距離算出手段は、記憶手段に記憶された対応関係から被写体までの距離を算出するようにしてもよい。
【０００９】
距離測位装置はさらに、撮像カメラにより撮像された画像データに特定の物体が含まれているか否かを識別手段を含み、距離算出手段は、識別された物体までの距離を算出することができる。距離測位装置はさらに、識別された特定の物体までの距離が一定値よりも小さいか否かを判定する判定手段を有し、さらに、その距離が一定値よりも小さいとき警告を発するようにすることができる。距離測位装置はさらに、複数の物体に関する情報を記憶する物体情報記憶手段と、記憶された複数の物体から特定の物体を選択する選択手段とを有するようにしてもよい。この場合、ユーザからの指示に応答して特定の物体を選択するようにしてもよい。
【００１０】
本発明に係るナビゲーション装置は、ＧＰＳ等により自車位置を検出する検出手段を有するとともに、検出された自車位置を、距離測位装置からの距離に基づき補正する補正手段を有する。ＧＰＳによる位置精度は、車両の電波受信環境に依存するため、ときとして位置精度が悪化することがある。このようなとき、距離測位装置からの距離を参照して自車位置を補正することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像カメラに搭載された自動焦点技術を利用して物体（被写体）までの距離を算出するようにしたので、従来と比較して、低コストで、かつ簡単に物体までの距離測位を実現することができる。これにより、撮像カメラを搭載する車両の運転支援システム等のコストを低減することができる。さらに、ナビゲーション装置において、距離測位装置により測位された距離を利用することで、位置精度が悪化したときなどに、その位置を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明の実施例に係る車載用の距離測位装置の構成を示すブロック図である。距離測位装置１は、自車に搭載された撮像カメラ１０、撮像カメラ１０により撮像された画像信号の２値化等の処理を行い、画像データを生成する画像処理部１２、画像データをディスプレイ等に表示させる表示制御部１４、各部を制御するＣＰＵ１６、距離測位のためのデータやプログラム等を記憶するメモリ１８、撮像カメラ１０の焦点を被写体へ自動的に合わせるオートフォーカス（ＡＦ）部２０を備えている。
【００１４】
撮像カメラ１０は、自車の前方や後方などに取り付けられ、自車の前方の視界や後方の視界を撮像する。撮像された画像データは、運転者に対する運転支援のための表示情報として用いられる。撮像カメラの取り付け位置や取り付け個数は、特に制限されるものではない。複数の撮像カメラを用いて自車の周囲を撮像するものであってもよい。
【００１５】
本実施例の距離測位装置において特徴的なことは、撮像カメラのオートフォーカス機能を利用して物体までの距離を測位可能にした点である。図２は、この特徴を詳しく説明する図である。撮像カメラ１０は、シリンダ３０内において、シリンダ３０の軸方向Ｙすなわち光軸方向に移動可能なレンズ鏡筒３２を有し、レンズ鏡筒３２にはレンズ３４が取り付けられている。レンズ鏡筒３２内に、さらに複数のレンズが包含され、複数のレンズのそれぞれの位置を調整してズーム機能を持たせるようにしてもよい。レンズ鏡筒３２の外壁には、シリンダ３０の内壁に形成されたネジと係合するネジが形成されており、レンズ鏡筒３２をモータにより回転させることで、レンズ鏡筒３２を光軸方向Ｙに自在に移動させることができる。レンズ鏡筒またはレンズの移動は、これ以外の手段によるものであってもよい。
【００１６】
ＡＦ部２０は、レンズ鏡筒３２を光軸方向Ｙに駆動するための駆動回路４０、レンズ３４による被写体の受像３６に基づき焦点が合っているか否かを検出するフォーカス検出部４２、フォーカス検出部４２の検出信号に基づき駆動回路４０を制御するサーボ回路４４、レンズ３４またはレンズ鏡筒３２の位置を検出するレンズ位置検出部４６を有している。フォーカス検出部４２は、例えば、アクティブ方式、コントラスト検知方式、位相差検知方式等の公知のオートフォーカス技術を用いて構成される。
【００１７】
例えば、被写体Ａを撮像する場合、フォーカス検出部４２は、受像３６に映し出された被写体Ａの像Ａ１に基づき、焦点が一致しているか否かを検出する。焦点が一致しているか否かは、例えば、受像３６の中央の一定領域を対象に行われる。焦点が一致していなければ、不一致であることを示す検出信号をサーボ回路４４へ出力する。サーボ回路４４は、駆動回路４０を介してレンズまたはレンズ鏡筒３２の光軸方向Ｙの位置を調整する。このようなサーボ機能により、レンズ３４の焦点が被写体Ａに一致される。焦点が一致されたとき、レンズ位置検出部４６は、レンズ３４の位置またはレンズ鏡筒３２の位置をＣＰＵ１６へ出力する。レンズ３４の位置は、ある基準位置（例えば、駆動回路４０によりレンズを一方の端部に最も移動させた位置）からの移動量であってもよい。
【００１８】
次に、ＣＰＵ１６による距離測位動作について図３のフローを参照して説明する。撮像カメラ１０により車両の前方または後方等の視界の撮像が開始されると（ステップＳ１０１）、ＡＦ部２０により撮像カメラの焦点の調整が行われる。ＣＰＵ１６は、フォーカス検出部４２の検出信号に応じて被写体への焦点が一致したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。焦点が一致したと判定したとき、ＣＰＵ１６は、レンズ位置検出部４６の検出信号に介してレンズ３４の位置または移動量を受け取る（ステップＳ１０３）。
【００１９】
次に、ＣＰＵ１６は、レンズ３４の位置または移動量に基づき被写体までの距離を算出する（ステップＳ１０４）。算出方法は、例えば、レンズの位置と焦点距離の関係式または近似式から被写体までの距離を算出したり、あるいは、図４に示すように、レンズの位置Ｚ１、Ｚ２、・・・Ｚｎとレンズの焦点距離Ｆ１、Ｆ２、・・・、Ｆｎの対応関係をメモリ１８に記憶しておき、その対応関係から被写体までの距離を算出するようにしてもよい。この場合、撮像カメラのレンズの移動可能範囲と、一致可能な焦点距離の範囲との対応関係を設定しておく。こうして算出された被写体までの距離は、表示制御部１４によりディスプレイに表示される（ステップＳ１０５）。この場合、撮像された画像データ上に重ねて距離を表示するようにしてもよい。
【００２０】
例えば、図２に示すように、被写体Ａについてレンズ３４の焦点が一致したとき、ＣＰＵ１６は、レンズ３４の位置から被写体Ａまでの距離Ｄ１を算出する。また、被写体Ｂに焦点が一致するようにレンズ３４が移動されると、ＣＰＵ１６は、レンズ３４の位置から被写体Ｂまでの距離Ｄ２を算出する。このように、被写体Ａから被写体Ｂへのオートフォーカスが行われるような場合、レンズ位置検出４６は、レンズ３４の移動量（差分）を検出するようにしてもよい。ＣＰＵ１６は、その移動量に応じて、前回に算出した被写体Ａまでの距離Ｄ１を基準に距離Ｄ２を算出するようにしてもよい。さらに、レンズ３４の移動量は、レンズ３４を駆動する駆動回路４０から得るようにしてもよい。
【００２１】
本実施例による距離測位装置によれば、車両の周囲を撮像する撮像カメラのオートフォーカス技術を利用するため、特別な機構を必要とせず、非常に簡単に、かつ低コストで被写体（物体）までの距離を測位することができる。また、撮像カメラのレンズには、次のような特性がある。
（１）被写界深度が浅いと、焦点の合う範囲が狭くなる。つまり、距離の測位誤差が小さくなり、精度が向上する。被写界深度は、図５（ａ）に示すような関係にある。
（２）被写体までの距離が近いほど、焦点の合う範囲が狭くなる。つまり、距離の測位誤差が小さくなり、精度が向上する。この関係を図５（ｂ）に示す。（３）明るすぎないほうが焦点が合い易い。
以上のことから、測位誤差が小さくなる条件は、望遠側で手前側の被写体であること、絞りが解放側であること、明るすぎないことを満足させることが望ましい。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例では、撮像カメラにより撮像された画像データの中の物体を認識し、認識された物体が接近したとき、警報を与えるものである。図６にその動作フローを示す。
【００２３】
第１の実施例と同様に被写体までの距離測位が行われた後（ステップＳ１０１〜Ｓ１０５）、ＣＰＵ１６は、画像処理部１２に対して、画像データ内に特定の物体が含まれているか否かを識別させる（ステップＳ２０１）。例えば、画像処理部１２は、特定の物体についてのパターンデータをメモリ１８から受け取り、このパターンデータと一致する物体が画像データ内にあるか否かを画像処理技術を用いて識別する。パターンデータは、例えば、人、自転車、自動車等の形状に関するデータや、これ以外にも、色やコントラストの情報を含めることができる。メモリ１８は、このような複数種のパターンデータを記憶し、ＣＰＵ１６からの指示に基づき所定のパターンデータを出力し、これが画像処理部１２へ与えられる。どのパターンデータを選択するかは、例えば、予め設定しておいてもよいし、ユーザが選択するようにしてもよい。
【００２４】
画像処理部１２により一致する物体が識別されると、その結果がＣＰＵ１６に伝えられる。ＣＰＵ１６は、当該識別された物体までの距離が一定値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０２）。物体までの距離が一定値よりも小さいとき、ＣＰＵ１６は、車両に接近する物体があるとして、図示しないスピーカ等から音声等により警報を出力する（ステップＳ２０３）。併せて表示制御部１４によりディスプレイに警報を表示するようにしてもよい。
【００２５】
一方、物体までの距離が一定値を超えているとき、ＣＰＵ１６は、レンズ位置検出部４６の出力に基づき、識別された物体までの距離が一定値を超えるか否かを監視し、一定値よりも小さくなったとき、警告を出力する。
【００２６】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例は、第１の実施例の距離測位装置をナビゲーション装置の自車位置の補正に適用したものである。図７は、第３の実施例に係るナビゲーション装置１００の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ受信機１０２は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信し車両の現在位置と現在方位を測定する。自立航法用センサ１０４は、車両の移動距離を検出する車速センサや車両の回転角度を検出する。ユーザ入力インターフェース１１０は、操作パネル１０２、音声入力部１０４およびリモコン操作部１０６を含み、こられの入力を制御部１３０に伝える。記憶装置１２０は、好ましくは大容量のハードディスク（ＨＤ）から構成され、ハードディスクには、ナビゲーションの各種機能を実行するためのプログラムおよびデータベースが記憶されている。データベースは、地図データおよび施設データを含み、地図データは、道路に関するリンクデータおよび交差点データを含む。制御部１３０は、自車位置周辺の地図データをディスプレイ１５０へ表示したり、目的地までのルート探索をしたり、音声案内をスピーカ１４０から出力させる。さらに、制御部１３０は、上記した距離測位装置１と接続され、撮像カメラにより撮像された画像データおよび物体までの距離情報を取得する。
【００２７】
図８は、自車位置を補正するときの動作フローである。ここでは、ルート案内を行っているときの自車位置の補正を説明する。制御部１３０は、ＧＰＳ受信機１０２および／または自立航法用センサ１０４の出力に基づき自車位置を検出し、自車位置周辺の地図データを記録装置１２０から読み出し、マップマッチング等の処理を施して、道路上に自車位置を表示する（ステップＳ３０１）。
【００２８】
例えば図９に示すように、自車２００が次の交差点Ｋを右折する場合、制御部１３０は、検出された自車位置と地図データに基づき交差点Ｋまでの距離Ｌを算出する（ステップＳ３０２）。交差点までの距離Ｌが一定値、例えば、交差点の手前７００メートルとなったとき、制御部１３０は、記憶装置１２０から交差点案内情報を読み出し、「７００メートル先の交差点を右折する」といった案内を行う（ステップＳ３０３）。このとき制御部１３０は、距離測位装置１の撮像カメラにより撮像された画像データをディスプレイ１５０に表示させるようにしてもよい。
【００２９】
さらに制御部１３０は、この案内をトリガにして、距離測位装置１に対して交差点までの距離を測位するように指示する（ステップＳ３０４）。これに応答して、測位距離装置１は、撮像カメラによる画像データ内に交差点を識別することが可能な物体が含まれているか否かを判定する。交差点を識別する情報として、例えば、横断歩道、信号機など用いることができる。
【００３０】
距離測位装置１は、第２の実施例で説明したように、交差点を識別する物体が画像データに含まれている場合には、その物体までの距離を測位し、測位した距離Ｍを制御部１３０へ出力する（ステップＳ３０５）。制御部１３０は、交差点までの距離Ｌと、距離測位装置１により測位された距離Ｍとを比較し、一定の差分があるときは（ステップＳ３０６）、検出された自車位置に誤差があると判定する（ステップＳ３０７）。自車位置の検出精度は、ＧＰＳ等の電波の受信環境により悪化することがあり、例えば、交差点Ｋの近傍に高層ビルＢがあるようなとき、マルチパスの影響を受けることがある。
【００３１】
誤差ありと判定したとき、制御部１３０は、距離測位装置１により取得された距離Ｍに基づき、上記差分が小さくなるように自車位置を修正する（ステップＳ３０８）。例えば、距離測位装置１により取得された距離Ｍが交差点Ｋまで６５０メートルであれば、自車位置を交差点から６５０メートルの位置に修正し、併せてディスプレイ上の自車位置を示すマークの位置を修正する。
【００３２】
自車２００の交差点Ｋへの接近に伴い、制御部１３０は交差点までの距離がＬ１（Ｌ１＜Ｌ）を算出すると、再び、交差点案内を実行し、かつ、距離測位装置１に対して交差点Ｋまでの距離Ｍ１（Ｍ１＜Ｍ）を測位するように指示を与える。制御部１３０は、距離測位装置により自車位置に誤差があるか否かを判定するが、上記した撮像カメラの特性により、自車２００が交差点に接近するほど、距離測位装置１により測位された距離Ｍ１の精度は向上する。従って、自車位置の誤差を判定するための一定の差分を小さくするようにしてもよい。これにより、自車位置の補正精度を向上させることができる。
【００３３】
このようにナビゲーション装置におけるＧＰＳ受信機等による自車位置の精度が悪化したような場合に、距離測位装置からの距離情報を参照することで容易に自車位置を補正することができる。なお上記例は、交差点を基準にして自車位置の補正を行うようにしたが、これに限らず、他の目標物を基準にして自車位置の補正を行うことも可能である。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る距離測位装置は、車両等の安全運転支援システムやナビゲーション装置として利用することができる。利用態様として、ナビゲーション装置や他のコンピュータ等の電子装置と機能的に結合することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例に係る距離測位装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例の距離測位装置の特徴を説明する図である。
【図３】本実施例の距離測位装置の動作を説明する図である。
【図４】ズームレンズの位置と被写体の距離との関係を示すテーブルである。
【図５】撮像カメラのレンズ特性を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る距離測位装置の動作フローを示す図である。
【図７】本発明を適用したナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図８】自車位置の補正を説明する動作フローである。
【図９】自車位置の補正例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１：距離測位装置                    １０：撮像カメラ
１２：画像処理部                    １６：ＣＰＵ
１８：メモリ                        ２０：ＡＦ部
３０：シリンダ                      ３２：レンズ鏡筒
３４：レンズ                    ４０：駆動回路
４２：フォーカス検出部              ４４：サーボ回路
４６：レンズ位置検出部
【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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