(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の光学系（２Ａ，２Ｂ）によりイメージセンサ（３Ａ，３Ｂ）上に結像した一対の画像信号を比較して両画像の光軸からのずれ量を電気的に検出し、三角測量の原理に基づく演算を前記ずれ量を用いて実行して対象物（４）までの距離を測定する車両用距離測定装置において、前記両光学系（２Ａ，２Ｂ）で定まる視野全体に分布した複数の小ウインドを定める小ウインド設定手段（７）と、前記小ウインドをそれぞれ複数ずつ含む縦長配置とした距離測定用の複数の追尾ウインドを対象物（４）の移動を追尾すべく前記視野内に定める追尾ウインド決定手段（８）と、各追尾ウインド内の小ウインド毎に前記三角測量の原理に基づく演算を実行する距離演算手段（１０）と、各追尾ウインドがそれぞれ含む複数の小ウインドを対象物との間の距離の演算に今回採用するか否かを追尾ウインド内の各小ウインド毎に判定する距離判定手段（１１）と、該距離判定手段（１１）で採用した小ウインドの各追尾ウインド内での分布に基づいて各追尾ウインドでの小ウインドの重心位置を定めるとともに該重心位置が設定高さよりも高い位置にある追尾ウインドだけを対象物（４）までの距離演算に採用するようにして各追尾ウインドの距離演算への採用の可否を判定する追尾ウインド判定手段（１２）と、前記追尾ウインド決定手段（８）で定めた複数の追尾ウインドのうち前記追尾ウインド判定手段（１２）で採用可であると判定した追尾ウインドに基づいて対象物（４）までの距離を演算する対象物距離演算手段（１３）とを備えることを特徴とする車両用距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の光学系によりイメージセンサ上に結像した一対の画像信号を比較して両画像の光軸からのずれ量を電気的に検出し、三角測量の原理に基づく演算を前記ずれ量を用いて実行して対象物までの距離を測定する車両用距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる車両用距離測定装置は、たとえば特開平６−２６６８２５号公報および特開平７−８３６５５号公報等により既に知られており、特開平６−２６６８２５号公報では、設定した複数のウインド毎に対象物までの距離をそれぞれ演算し、それらのウインド毎に得られた距離の差に基づいて追尾対象物であるか否かを判定し、また特開平７−８３６５５号公報では、鉛直ライン上に配置した複数のウインド毎に得た距離がほぼ同一であったときに、そのライン上に立体物が存在すると判定し、同様の結果が所定数以上の鉛直ラインで得られたときに先行車両を検出していると判断するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平６−２６６８２５号公報で開示されたものでは、追尾対象物付近の路面上に存在する白線や文字等について、偶然に対象物とほぼ同一の距離を得ることがあった場合には、先行車両の追尾性能が悪化する可能性がある。また上記特開平７−８３６５５号公報で開示されたものでは、追尾対象物の一部が日陰に入る等の原因により、画像のコントラスト差が無くなり、鉛直ライン上の一部のウインドで距離出力が得られなくなった場合（あるいは距離精度が低下して同一距離と判定できなくなった場合）には、先行車両の認識性能が悪化する可能性がある。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、路面上の白線や文字等を誤認識することなく、追尾対象物を正確に認識して、追尾対象物までの距離を正確に測定し得るようにした車両用距離測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、一対の光学系によりイメージセンサ上に結像した一対の画像信号を比較して両画像の光軸からのずれ量を電気的に検出し、三角測量の原理に基づく演算を前記ずれ量を用いて実行して対象物までの距離を測定する車両用距離測定装置において、前記両光学系で定まる視野全体に分布した複数の小ウインドを定める小ウインド設定手段と、前記小ウインドをそれぞれ複数ずつ含む縦長配置とした距離測定用の複数の追尾ウインドを対象物の移動を追尾すべく前記視野内に定める追尾ウインド決定手段と、各追尾ウインド内の小ウインド毎に前記三角測量の原理に基づく演算を実行する距離演算手段と、各追尾ウインドがそれぞれ含む複数の小ウインドを対象物との間の距離の演算に今回採用するか否かを追尾ウインド内の各小ウインド毎に判定する距離判定手段と、該距離判定手段で採用した小ウインドの各追尾ウインド内での分布に基づいて各追尾ウインドでの小ウインドの重心位置を定めるとともに該重心位置が設定高さよりも高い位置にある追尾ウインドだけを対象物までの距離演算に採用するようにして各追尾ウインドの距離演算への採用の可否を判定する追尾ウインド判定手段と、前記追尾ウインド決定手段で定めた複数の追尾ウインドのうち前記追尾ウインド判定手段で採用可であると判定した追尾ウインドに基づいて対象物までの距離を演算する対象物距離演算手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
このような構成によれば、縦長である追尾ウインドに含まれる複数の小ウインドのうち、前回の対象物までの演算距離からかけ離れた距離値を示す小ウインドは、先行の対象物を捕捉していないと仮に判断することができ、追尾ウインド内の各小ウインドのうち先行の対象物を捕捉していないと仮に判断した小ウインドを除く他の小ウインドの分布に基づいて各追尾ウインド内に分布した小ウインドの重心位置を求めると、路面上の白線や文字等に対応した小ウインドを含む追尾ウインドでは、重心位置が下方位置となる。したがって重心位置が設定高さよりも下方位置となっている追尾ウインドを対象物までの距離演算に採用しないことにより、路面上の白線や文字等を先行の対象物と誤認識することを回避して、追尾対象物を正確に認識し、追尾対象物までの距離を正確に測定することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００８】
図１ないし図７は本発明の第１実施例を示すものであり、図１は距離測定装置の構成を示すブロック図、図２は距離測定原理を説明するための図、図３は全体画像中の小ウインドの配置を示す図、図４は全体画像中の小ウインドおよび追尾ウインドの配置を示す図、図５は距離判定手段による判定結果を示す図、図６は設定高さの設定手法を説明するための図、図７は追尾ウインド判定手段による判定結果を示す図である。
【０００９】
先ず図１において、上下一対の撮像手段１Ａ，１Ｂが、車両の車室内でたとえばフロントガラスの後方側に配置されており、これらの撮像手段１Ａ，１Ｂで得られた先行車両等の対象物４の画像信号は、個別のＡ／Ｄ変換器５Ａ，５Ｂでデジタル信号に変換され、さらに個別の画像記憶手段６Ａ，６Ｂにそれぞれ記憶される。
【００１０】
図２において、両撮像手段１Ａ，１Ｂは、レンズを含む光学系２Ａ，２Ｂと、それらの光学系２Ａ，２Ｂの焦点距離ｆだけ後方に配置されるイメージセンサ３Ａ，３Ｂとでそれぞれ構成されるものであり、両光学系２Ａ，２Ｂは、基線長ＢＬだけ上下に間隔をあけて配置される。
【００１１】
このような撮像手段１Ａ，１Ｂによれば、自車の前方に存在する先行車両等の対象物４が光学系２Ａ，２Ｂによりイメージセンサ３Ａ，３Ｂ上に結像されることになるが、イメージセンサ３Ａ，３Ｂは、たとえば多数の画素が二次元平面に分散された二次元のＣＣＤやＰＤである。
【００１２】
両光学系２Ａ，２Ｂで定まる視野全体には、図３で示すように、小ウインド設定手段７により前記視野全体に分布するようにして複数の小ウインドｗ，ｗ…が設定される。而して各小ウインドｗ，ｗ…は、その大きさを一定にしてマトリックス状に分布されていてもよく、位置により大きさを変化させるようにしもよく、さらに各小ウインドｗ，ｗ…が空間的に重なって配置されていてもよい。
【００１３】
また前記両光学系２Ａ，２Ｂで定まる視野全体には、追尾ウインド決定手段８により、図４で示すように、複数の小ウインドｗ，ｗ…をそれぞれ含んで縦長に延びる複数の追尾ウインドＷP ，ＷP …が、対象物４の移動を追尾して対象物４までの距離を測定するために設定されており、画像記憶手段６Ａ，６Ｂにストアされた画像信号のうち、追尾ウインド決定手段８で決定された複数の追尾ウインドＷP ，ＷP …の画像信号だけが切出される。而して各追尾ウインドＷP ，ＷP …の左右方向の位置は任意に設定可能であるが、追尾性能および距離測定精度を向上するためには各追尾ウインドＷP ，ＷP …間の間隔を小さく設定することが望ましい。
【００１４】
各追尾ウインドＷP ，ＷP …内の小ウインドｗ，ｗ…の画像信号については相関演算がそれぞれ実行される。すなわち、追尾ウインドＷP ，ＷP …に、たとえば左側から順に「０」から「ｉ」までの番号を付すとともに、各追尾ウインドＷP ，ＷP …に含まれる小ウインドｗ，ｗ…に下から順番に「０」から「ｎ」までのアドレス番号を付した場合に、各追尾ウインドＷP ，ＷP …に含まれるアドレス番号の小ウインドｗ，ｗ…の相関演算が相関演算手段９，９…で実行される。
【００１５】
上記各相関演算手段９，９…での相関演算は、両イメージセンサ３Ａ，３Ｂから得られた輝度データの相関が最も一致する点でのシフト量ｎを得るための演算である。すなわち各小ウインドｗ，ｗ…毎に両イメージセンサ３Ａ，３Ｂの画像の一方をシフトさせるか、両イメージセンサ３Ａ，３Ｂの画像の両方を交互にシフトさせるようにして、両画像信号の引き算を実行し、両画像データが最も一致したとき、すなわち相関値が最小となったときのシフト量ｎを得る演算が前記各相関演算手段９，９…で行なわれる。而して、前記シフト量ｎは、図２で示すように、下方のイメージセンサ３Ａから得られた画像信号の光学系２Ａの光軸からのずれ量ｎＡと、上方のイメージセンサ３Ｂから得られた画像信号の光学系２Ｂの光軸からのずれ量ｎＢとの和として得られることになる。また上記シフト量ｎの算出にあたって、イメージセンサ３Ａ，３Ｂでの画素間の間隔により分解能が定まってしまうので、分解能を向上するために前記間隔間の補間を行なってシフト量ｎを補正するようにしてもよい。
【００１６】
各相関演算手段９，９…での相関演算により得られたシフト量ｎは、距離演算手段１０，１０…にそれぞれ入力され、これらの距離演算手段１０，１０…において、三角測量法の原理に基づく距離演算が実行される。而して各小ウインドｗ，ｗ…毎の演算距離ｄｗは、
ｄｗ＝（ＢＬ×ｆ）／ｎ
として得られることになる。この際、イメージセンサ３Ａ，３Ｂの近傍に感温素子を配置しておき、その感温素子で得た温度情報に基づいて距離ｄｗの補正を行なうようにしてもよい。
【００１７】
各距離演算手段１０，１０…で得られた距離ｄｗ…は、距離判定手段１１，１１…にそれぞれ入力され、これらの距離判定手段１１，１１…により、各追尾ウインドＷP ，ＷP …がそれぞれ含む複数の小ウインドｗ，ｗ…を対象物４との間の距離の演算に今回採用するか否かが判定される。
【００１８】
ところで、対象物４までの距離は、対象物距離演算手段としての車間距離演算手段１３により演算されるものであり、この車間距離演算手段１３によって前回演算された対象物距離Ｄp は、出力記憶手段１６で記憶されており、各距離判定手段１１，１１…は、出力記憶手段１６に記憶されている前回演算の対象物距離ＤP に基づいて判定処理を行なう。また出力記憶手段１６に記憶されている前回演算の対象物距離ＤP は、追尾ウインド決定手段８にも入力されており、追尾ウインド決定手段８は、前回演算の対象物距離ＤP に基づいて今回の追尾ウインドＷP ，ＷP …の位置および個数を定めるものである。
【００１９】
各距離判定手段１１，１１…では、各小ウインドｗ，ｗ…の距離ｄｗが、次式
（ＤP −α１）≦ｄｗ≦（ＤP ＋α２）
を満足したときに、その小ウインドｗが先行の対象物４を捕捉しているものとして対象物４までの距離の演算に今回採用すると判定するものであり、上記式を満足しない小ウインドｗについては今回の距離演算には採用しないと判定する。
【００２０】
而して上記式におけるα１，α２の算定手法としては、たとえば次の３通りの手法のいずれかが用いられる。
【００２１】
第１の手法では、α１，α２が前回の演算距離ＤP に基づいて定められるるものであり、距離測定装置の分解能はその原理上、距離の２乗に比例するので、
α１＝ａ・ＤP 2 ＋ｂ１…（１）
但しα１≧ＤP のときには、α１＝ＤP 
α２＝ａ・ＤP 2 ＋ｂ２…（２）
として定められる。ここで、ａは基線長ＢＬ、焦点距離ｆおよびイメージセンサ３Ａ，３Ｂにおける画素ピッチ等により定まる定数である。またｂ１は測定周期ｔｓ（たとえば５０ｍ秒）内に先行車が自車に近づき得る最大距離であり、自車の出し得る最大速度をＶｍａｘとしたときに、たとえば（ｂ１＝Ｖｍａｘ・ｔｓ）である。さらにｂ２は、測定周期内に先行車が自車から離れ得る最大距離であり、先行車の出し得る最大速度をＶｔｍａｘとしたときに、たとえば（ｂ２＝Ｖｔｍａｘ・ｔｓ）である。
【００２２】
第２の手法では、出力記憶手段１６に記憶されている前回演算の対象物距離ＤP と、今回の演算前に得られている少なくとも２つの距離出力に基づいて計算される自車および先行車間の相対速度とに基づいて、α１，α２が定められる。
【００２３】
さらに第３の手法では、出力記憶手段１６に記憶されている前回演算の対象物距離ＤP と、自車の速度Ｖｓと、自車の出し得る最大加速度Ｇｍａｘとに基づいて、上記式（１），（２）におけるｂ１，ｂ２が、次のように定められる。
【００２４】
ｂ１＝｛Ｖｓ＋（Ｇｍａｘ／２）×ｔｓ｝×ｔｓ
ｂ２＝｛Ｖｔｍａｘ−Ｖｓ−（Ｇｍａｘ／２）×ｔｓ｝×ｔｓ
このような距離判定手段１１，１１…による判定によれば、図５で示すように、各追尾ウインドＷP ，ＷP …が含む小ウインドｗ，ｗ…のうち、点描を施した小ウインドｗ，ｗ…のみが、対象物４との間の距離の演算に今回採用するものとして判定されることになる。
【００２５】
この距離判定手段１１，１１…の判定結果は、各追尾ウインドＷP ，ＷP …に対応した追尾ウインド判定手段１２，１２…に入力され、各追尾ウインド判定手段１２，１２…は、各距離判定手段１１，１１…で採用した小ウインドｗ，ｗ…の各追尾ウインドＷP ，ＷP …内での分布に基づいて各追尾ウインドＷP ，ＷP …での小ウインドｗ，ｗ…の重心位置Ｉｎｗ(i) を定めるとともに該重心位置Ｉｎｗ(i) が設定高さＤＩＦよりも高い位置にある追尾ウインドＷP だけを対象物４までの距離演算に採用するようにして各追尾ウインドＷP ，ＷP …の距離演算への採用の可否を判定する。
【００２６】
各追尾ウインド判定手段１２，１２…において重心位置Ｉｎｗ(i) は、次式に基づいて演算される。
Ｉｎｗ(i) ＝（ΣＷａｄ(i) ／Ｎａｄ(i) ）／（ｗｓｔ(i) ＋ｗｅｎｄ(i) ）
上式において、ΣＷａｄ(i) はｉ番目の追尾ウインドＷP において今回の距離演算に採用される小ウインドｗ，ｗ…のアドレス番号の総和であり、Ｎａｄ(i) はｉ番目の追尾ウインドＷP において今回の距離演算に採用される小ウインドｗ，ｗ…の総数であり、ｗｓｔ(i) はｉ番目の追尾ウインドＷP での一番下の小ウインドｗのアドレス番号であり、ｗｅｎｄ(i) はｉ番目の追尾ウインドＷP での一番上の小ウインドｗのアドレス番号である。
【００２７】
而して図５において、左から３番目の追尾ウインドＷP について、前記重心位置Ｉｎｗ(3) を演算してみると、ΣＷａｄ(3) は（４＋５＋６＋７）であり、Ｎａｄ(i) は４であり、ｗｓｔ(3) は３であり、ｗｅｎｄ(3) は８であるので、
0003923183.tif 000002
となる。
【００２８】
また設定高さＤＩＦは、図６で示すように、自車への距離測定装置の取付け高さＨｓと、設定視野に基づいて定まる追尾ウインドＷP の設定高さＨｗと、距離判定手段１１…で用いたＤP ，α２とにより、次式
ＤＩＦ＝（Ｈｓ／Ｈｗ）×｛α２／（ＤP ＋α２）｝
により演算される。
【００２９】
このような追尾ウインド判定手段１２，１２…によれば、図７で示すように、各追尾ウインドＷP ，ＷP …のうち、それらの追尾ウインドＷP ，ＷP …に含まれる小ウインドｗ，ｗ…の重心位置Ｉｎｗ(i) が、設定高さＤＩＦ以下である追尾ウインドＷP は、距離演算に採用されないことになる。すなわち図７においては、左端にある追尾ウインドＷP が距離演算には採用されない。
【００３０】
各追尾ウインド判定手段１２，１２…による判定結果は、車間距離演算手段１３に入力されるとともに、先行車方向推定手段１４に入力され、車間距離演算手段１３では、各追尾ウインドＷP ，ＷP …のうち追尾ウインド判定手段１２，１２…によって距離演算に採用すると判定された追尾ウインドＷP ，ＷP …で得られる距離に基づいて対象物４である先行車との間の距離が演算され、また先行車方向推定手段１４では、各追尾ウインドＷP ，ＷP …のうち追尾ウインド判定手段１２，１２…によって距離演算に採用すると判定された追尾ウインドＷP ，ＷP …の位置に基づいて対象物４である先行車の方向が推定される。
【００３１】
前記車間距離演算手段１３の出力は、車両走行制御装置１５に入力されるとともに出力記憶手段１６で記憶され、先行車方向推定手段１４の出力は車両走行制御装置１５に入力されるとともに出力記憶手段１６で記憶される。而して車両走行制御装置１５では、先行車との間の距離ならびに先行車の方向に基づいて、自車の走行制御が実行される。
【００３２】
この第１実施例によれば、縦長である複数の追尾ウインドＷP ，ＷP …にそれぞれ含まれる複数の小ウインドｗ，ｗ…のうち、対象物４までの前回の演算距離からかけ離れた距離値を示す小ウインドｗは、先行の対象物４を捕捉していないと仮に判断することができ、追尾ウインドＷP ，ＷP …内の各小ウインドｗ，ｗ…のうち先行の対象物４を捕捉していないと仮に判断した小ウインドｗを除く他の小ウインドｗ，ｗ…の分布に基づいて各追尾ウインド内ＷP ，ＷP …内に分布した小ウインドｗ，ｗ…の重心位置を求めると、路面上の白線や文字等に対応した小ウインドｗを含む追尾ウインドＷP では、重心位置が下方位置となる。
【００３３】
したがって重心位置が設定高さＤＩＦよりも下方位置となっている追尾ウインドＷP を対象物４までの距離演算に採用しないことにより、路面上の白線や文字等を先行の対象物４と誤認識することを回避することができ、したがって追尾している対象物４を正確に認識し、追尾対象物４までの距離を正確に測定することが可能となる。
【００３４】
上記第１実施例では、追尾ウインド決定手段８で決定された追尾ウインドＷP ，ＷP …内の小ウインドｗ，ｗ…について距離演算手段１０，１０…でそれぞれ距離演算を行なうようにしたが、図８で示す第２実施例のように、小ウインド設定手段７で設定される全ての小ウインドｗ，ｗ…について相関演算手段９，９…および距離演算手段１０，１０…により距離演算を行なっておき、追尾ウインド決定手段８で決定される追尾ウインドＷP 内に含まれる小ウインドｗ，ｗ…について、距離判定および追尾ウインド判定を行なうようにしてもよい。
【００３５】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は上記実施例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を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、路面上の白線や文字等を先行の対象物と誤認識することを回避して、追尾対象物を正確に認識し、追尾対象物までの距離を正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】距離測定原理を説明するための図である。
【図３】全体画像中の小ウインドの配置を示す図である。
【図４】全体画像中の小ウインドおよび追尾ウインドの配置を示す図である。
【図５】距離判定手段による判定結果を示す図である。
【図６】設定高さの設定手法を説明するための図である。
【図７】追尾ウインド判定手段による判定結果を示す図である。
【図８】第２実施例の距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２Ａ，２Ｂ・・・光学系
３Ａ，３Ｂ・・・イメージセンサ
４・・・対象物
７・・・小ウインド設定手段
８・・・追尾ウインド決定手段
１０・・・距離演算手段
１１・・・距離判定手段
１２・・・追尾ウインド判定手段
１３・・・対象物距離演算手段としての車間距離演算手段
【図１】
0003923183.tif 000003
【図２】
0003923183.tif 000004
【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】
0003923183.tif 000009
【図８】
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