(57)【要約】【課題】単一のカメラで、ステレオカメラのように、物標までの距離を検出することができる車両の障害物認識装置の提供。【解決手段】車両前方に向かって交互に光を照射する左光源１及び右光源２と、車幅方向中央に設けられ、車両前方を撮像する単一のカメラ３と、カメラ３によって撮像された車両前方の画像から、左右の光源１及び２でそれぞれ照らされた物標２０の第１の影２１及び第２の影２２を抽出する影抽出部４と、第１の影２１の延びる方向と第２の影２２の延びる方向とが成す角度βに基づいて、車両１００から当該物標２０までの距離を求める距離測定部５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前方に向かって光を照射する照射手段と、
車幅方向に前記照射手段と離間して設けられ、車両前方を撮像する単一の撮像手段と、
上記撮像手段によって撮像された車両前方の画像から、上記照射手段によって照らされた物標の影を抽出する影抽出手段と、
上記影抽出手段によって抽出された影の延びる方向に基づいて、車両から当該物標までの距離を求める距離測定手段と、
を備えることを特徴とする車両の障害物認識装置。
【請求項２】
上記照射手段は、車幅方向に互いに離間して配置された第１及び第２照射手段から構成され、該第１及び第２照射手段は、車両前方に向かって光を交互に照射し、
上記撮像手段は、上記第１照射手段の照射時の第１画像と、上記第２照射手段の照射時の第２画像とをそれぞれ撮像し、
上記影抽出手段は、上記第１画像中の物標の第１の影と、上記第２画像中の該物標の第２の影とを抽出し、
上記距離測定手段は、上記第１の影の延びる方向と上記第２の影の延びる方向とが成す角度に基づいて、当該物標までの距離を求める、
ことを特徴とする請求項１記載の車両の障害物認識装置。
【請求項３】
上記影抽出手段は、上記物標の第１及び第２の影を抽出するにあたり、上記第１画像と上記第２画像との差分を抽出する、ことを特徴とする請求項２記載の車両の障害物認識装置。
【請求項４】
上記照射手段は、車幅方向の一カ所に配置され、
上記距離測定手段は、上記撮像手段によって撮像された物標の画像中の水平方向の位置から、当該物標の車幅方向の位置を求め、上記照射手段によって照らされた物標の影の延びる方向と当該物標の車幅方向位置とに基づいて、当該物標までの距離を求める
ことを特徴とする請求項１記載の車両の障害物認識装置。
【請求項５】
上記照射手段は、特定波長の光を照射し、
上記撮像手段は、当該特定波長の光の画像を撮像する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両の障害物認識装置。
【請求項６】
上記照射手段は、ＬＥＤで構成され、
上記撮像手段は、当該ＬＥＤの発光波長の画像を撮像する
ことを特徴とする請求項５記載の車両の障害物認識装置。
【請求項７】
上記照射手段は、特定波長の可視光を照射し、
上記撮像手段は、当該特定波長の可視光の画像を撮像する、
ことを特徴とする請求項５又は６記載の車両の障害物認識装置。
【請求項８】
上記照射手段は、近赤外光を照射し、
上記撮像手段は、近赤外光の画像を撮像する、
ことを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載の車両の障害物認識装置。
【請求項９】
上記影抽出手段は、物標の影の長さを抽出し、
当該物標の影の長さと、当該物標までの距離とに基づいて、当該物標の高さを求める高さ測定手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の車両の障害物認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の障害物認識装置に係り、より詳細には、単一の撮像手段によって物標までの距離を求める車両の障害物認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の安全走行のため、自車両の前方の障害物を認識する種々の障害物認識装置が提案されている。これらの障害物認識装置では、通常、ステレオカメラを用いて、障害物までの距離を検出している（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３１８６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に、カメラ自体が高価な部品であるため、２台以上のカメラを必要とするステレオカメラによる障害物認識装置は、コストが高くなってしまうという問題がある。このため、ステレオカメラを用いずに、障害物までの距離を検出することができる障害物認識装置の実現が望まれる。
【０００５】
そこで、本発明は、単一の撮像手段で物標までの距離を求めることができる車両の障害物認識装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の車両の障害物認識装置は、車両前方に向かって光を照射する照射手段と、車幅方向に照射手段と離間して設けられ、車両前方を撮像する単一の撮像手段と、撮像手段によって撮像された車両前方の画像から、上記照射手段によって照らされた物標の影を抽出する影抽出手段と、影抽出手段によって抽出された影の延びる方向に基づいて、車両から当該物標までの距離を求める距離測定手段と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
このように、本発明によれば、物標に光を照射し、その照射光による物標の影の延びる方向に基づいて物標までの距離が求められる。これにより、本発明によれば、単一の撮像手段であっても、物標までの距離を求めることができる。
【０００８】
また、本発明において好ましくは、照射手段は、車幅方向に互いに離間して配置された第１及び第２照射手段から構成され、該第１及び第２照射手段は、車両前方に向かって光を交互に照射し、撮像手段は、第１照射手段の照射時の第１画像と、第２照射手段の照射時の第２画像とをそれぞれ撮像し、影抽出手段は、第１画像中の物標の第１の影と、第２画像中の該物標の第２の影とを抽出し、距離測定手段は、第１の影の延びる方向と第２の影の延びる方向との成す角度に基づいて、当該物標までの距離を求める。
【０００９】
第１照射手段によって照らされたときの物標の第１の影と、第２照射手段によって照らされたときの当該物標の第２影との成す角度は、自車両から物標までの距離が短い程、大きくなる傾向がある。これにより、撮像手段によって撮像された画像中の第１及び第２の影の成す角度から、自車両から物標までの距離が求められる。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、影抽出手段は、物標の第１及び第２の影を抽出するにあたり、第１画像と第２画像との差分を抽出する。
これにより、物標の第１及び第２の影が容易に抽出される。
【００１１】
また、本発明において好ましくは、照射手段は、車幅方向の一カ所に配置され、距離測定手段は、撮像手段によって撮像された物標の画像中の水平方向の位置から、当該物標の車幅方向の位置を求め、照射手段によって照らされた物標の影の延びる方向と当該物標の車幅方向位置とに基づいて、当該物標までの距離を求める。
これにより、車幅方向の位置と、物標の影の延びる方向とに基づいて、三角測量と同様にして、自車両から当該物標までの距離が求められる。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、照射手段は特定波長の光を照射し、撮像手段は、当該特定波長の光の画像を撮像する。
これにより、物標の影の抽出にあたり、車両の外部状況の影響を低減することができる。
【００１３】
また、本発明において好ましくは、照射手段は、ＬＥＤで構成される。
このように照射手段をＬＥＤで構成すれば、照射する光の波長を容易に特定することができる。また、ＬＥＤは、点灯及び消灯の応答性が良いため、特に二つの照射手段を交互に点灯させるのに用いて好適である。
【００１４】
また、本発明において好ましくは、照射手段は、特定波長の可視光を照射し、撮像手段は、当該特定波長の可視光の画像を撮像する。
これにより、車両の外部状況の影響を低減することができる。
【００１５】
また、本発明において好ましくは、照射手段は、近赤外光を照射し、撮像手段は、近赤外光の画像を撮像する。
これにより、車両の外部状況の影響を低減することができる。
【００１６】
また、本発明において好ましくは、影抽出手段は、物標の影の長さを抽出し、当該物標の影の長さと、当該物標までの距離とに基づいて、当該物標の高さ求める高さ測定手段を更に備える。
これにより、物標の高さが求まり、かかる物標の高さを当該物標の画像認識に利用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明の車両の障害物認識装置によれば、単一の撮像手段で物標までの距離を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照して、本発明の車両の障害物認識装置の実施形態を説明する。
まず、図１のブロック図を参照して、第１実施形態の車両の障害物認識装置の構成について説明する。図１に示すように、第１実施形態の車両の障害物認識装置１は、車両前方に向かって光を照射する第１及び第２照明手段としての左光源１及び右光源２と、車両前方を撮像する単一の撮像手段としてのカメラ３と、コンピュータ１０とから構成されている。
【００１９】
左光源１及び右光源２は、図２に示す例では、車幅方向の両端に離間して設けられている。左光源１及び右光源２は、車両前端の左右のランプボックスに、それぞれヘッドライトとともに組み込んでもよいし、ランプボックスとは別個に配置してもよい。
【００２０】
また、左右の光源１及び２は、特定の波長の光を照射するＬＥＤで構成されている。特定の波長は、可視光でもよいし、近赤外光でもよい。そして、左光源１及び右光源２は、車両前方に向かって光を交互に照射する。交互照射の周期は、例えば、数ミリ秒から数百ミリ秒程度が望ましい。
【００２１】
カメラ３は、図２に示す例では、フロントガラスの内側の上部であって車幅方向の中央の位置に、左右の光源１及び２と離間して設けられている。カメラ３は、ＣＣＤカメラ等の任意好適な撮像装置を採用することができる。そして、カメラ３は、左右の光源１及び２の照射する特定波長、例えば、ＬＥＤの発光波長の光の画像を撮像するのがよい。その場合、例えば、可視光又は近赤外の波長の光のみを選択的に投下する波長フィルタを介して撮像するとよい。
【００２２】
ここで、図２を参照して、本実施形態における物標（障害物）までの距離の測定原理について説明する。
図２は、車両１００を上方から見た様子を示している。車両１００の前方には、物標２０が存在している。この物標２０を左光源１で照らしたときに、路面上に第１の影２１が生じる。一方、この物標２０を右光源２で照らしたときには、路面上に第２の影２２が生じる。そして、これら第１の影２１と第２の影２２との成す角度は、車両１００から物標２０までの距離に依存する。
【００２３】
図３のグラフに、第１の影２１と第２の影２２との成す角度βと、車両１００（例えば、第１光源１の位置と第２光源２の位置とを結ぶ線）から物標２０までの距離との関係を示す。図３のグラフ中の曲線Ｉに示すように、角度βが大きくなるほど、物標までの距離が短くなる。例えば、角度β＝９０°のとき、物標までの距離は、左光源１と右光源２の間隔の半分となる。図３のグラフでは、左光源１と右光源２の間隔を１ｍとしているので、角度β＝９０°のとき物標までの距離は、５０ｃｍとなる。
【００２４】
物標の影の角度に基づいて物標までの距離を求める処理は、コンピュータ１０によって行われる。コンピュータ１０は、例えば、車両に搭載されたＥＣＵ（electric control unit：電子制御装置）である。そして、図１に示すように、コンピュータ１０は、カメラ３によって撮像された車両前方の画像から、左右の光源１及び２によって照らされた物標の影を抽出し、更に物標の影の長さを抽出する影抽出部４と、影抽出手段によって抽出された影の延びる方向に基づいて、車両から当該物標までの距離を求める距離測定部５と、当該物標の影の長さと当該物標までの距離とに基づいて当該物標の高さを求める高さ測定部６を有する。これらの各部４〜６は、コンピュータ１０において、所定のプログラムを実行することにより、或いは、ＩＣチップ等により実現される処理機能を表すものである。
【００２５】
以下、第１実施形態の車両の障害物認識装置の動作例について説明する。
まず、図４のフローチャート参照して、第１実施形態における撮像処理を説明する。
第１実施形態では、左右の光源１及び２を交互に所定の間隔で点灯させ、カメラ３は、各光源１及び２がそれぞれ点灯しているタイミングで撮像する。
【００２６】
具体的には、まず、左光源１を点灯し、車両前方に光を照射する（ステップＳ４１）。次いで、所定時間経過後（ステップＳ４２で「Ｙｅｓ」の場合）、カメラ３が車両前方を撮像した第１画像を保存する（ステップＳ４３）。所定時間は、例えば、数ミリ秒乃至数百ミリ秒程度がよい。次いで、左光源１を消灯する（ステップＳ４４）。
【００２７】
図５（Ａ）に、左光源１を照射時の第１画像３１を示す。第１画像３１では、車両前方やや左側に、物標２０が撮像されている。物標２０の右後には、左光源１の照明による物標２０の第１の影２１が延びている。
【００２８】
次いで、右光源２を点灯し、車両前方に光を照射する（ステップＳ４５）。
次いで、所定時間経過後（ステップＳ４６で「Ｙｅｓ」の場合）、カメラ３が車両前方を撮像した第２画像を保存する（ステップＳ４７）。次いで、左光源１を消灯する（ステップＳ４８）。
【００２９】
図５（Ｂ）に、右光源２を照射時の第２画像３２を示す。第２画像３２においても、第１画像３１と同様に、車両前方やや左側に物標２０が撮像されている。しかし、第２画像３２では、物標２０の左後ろに、右光源２の照明による物標２０の第２の影２２が延びている。
【００３０】
次いで、図６のフローチャートを参照して、第１実施形態における距離演算処理を説明する。第１実施形態では、影抽出部４が、第１画像３１中の物標２０の第１の影２１と、第２画像３２中の該物標２０の第２の影２２とを抽出し、続いて、距離測定部５が、第１の影２１の延びる方向と第２の影２２の延びる方向とが成す角度に基づいて、当該物標２０までの距離を求める。
【００３１】
具体的には、まず、カメラ３で撮像した第１画像３１と、第２画像３２との差分データを抽出する（ステップＳ６１）。第１画像３１及び第２画像３２においては、物標２０の第１の影２１及び第２の影２２以外は同じである。このため、差分データは、物標２０の第１の影２１及び第２の影２２のみとなる。図７に差分データの画像を示す。図７に示すように、差分データには、第１及び第２画像３１及び３２中の物標２０の像も建造物の像も含まれていない。
【００３２】
次いで、第１の影２１の延びる方向と、第２の影２２の延びる方向とが成す角度を抽出する（ステップＳ６２）。
影抽出部４は、物標２０の第１の影２１、及び第２の影２２を抽出するにあたり、左光源１が照射したときの第１画像３１と、右光源２が照射したときの第２画像３２との差分を抽出する。
【００３３】
図７に、第１画像３１と第２画像３２との差分データの一例を示す。図７に示すように、第１画像３１中の第１の影２１と、第２画像３２中の第２の影２２影のみが、差分データとして抽出される。第１画像３１及び第２画像に共通に撮像されている、路面や建造物は、差分データから除去されている。
【００３４】
次いで、第１の影２１の延びる方向と第２の影２２の延びる方向とが成す角度αに基づいて、当該物標までの距離を求める（ステップＳ６３）。
角度αの抽出にあたり、差分データの画像のノイズ除去処理、及び影の輪郭線の一次近似処理といった前処理を行うことが望ましい。そして、本実施形態では、図７に示すように、差分データの第１の影２１及び第２の影２２の外側の輪郭線をそれぞれ延長した波線Ｉ及びIIの成す角度αを求める。
【００３５】
そして、角度αに基づいて、物標２０までの距離を、例えば、図２に示したグラフのデータの参照テーブルやマップに基づいて求めるとよい。また、左右の光源１及び２の間の距離と、角度αとから算出してもよい。
【００３６】
このようにして、単一のカメラで、ステレオカメラのように、物標までの距離を検出することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、物標の影の長さから、物標の高さも求めることができる。物標の高さが、左右の光源１及び２の配置された高さよりも低い場合、例えば、光源の位置の高さ、物標までの距離及び物標の影の長さを利用して、物標２０の高さを求めることができる。物標の高さが分かれば、これを物標の認識に利用することができる。
【００３８】
次に、本発明の車両の障害物認識装置の第２実施形態を説明する。
第２実施形態の車両の障害物認識装置の構成は、図１に示した第１実施形態における構成のうち、右光源２を除いた構成と同じである。したがって、第２実施形態の車両の障害物認識装置は、一つの光源１と、一つのカメラ３を備える。
なお、第２実施形態では、左光源１のみを設けた例について説明するが、照射手段の位置は、右側でもよい。
【００３９】
第２実施形態では、このように、照射手段１が車幅方向の一カ所に配置され、距離測定部５は、カメラ３によって撮像された物標の画像中の水平方向の位置から、当該物標の車幅方向の位置を求め、上記照射手段によって照らされた物標の影の延びる方向と当該物標の車幅方向位置とに基づいて、当該物標までの距離を求める。
【００４０】
ここで、図８を参照して、本実施形態における物標までの距離の測定例について説明する。図８は、車両１００を上方から見た様子を示している。車両１００の前方の真正面には、物標２０が存在している。この物標２０を左光源１で照らしたときの影２１が生じている。
【００４１】
図８には、便宜的に、左光源１を通り、且つ、車幅方向に延びる直線Ｉと、カメラ３から、車両前方の真正面に延び、且つ物標２０を通る破線IIと、左光源１及び物標２０を通る破線IIIが描かれている。これらの直線Ｉ、破線II及び破線IIIによって形成される直角三角形ＯＬＨから、物標２０までの距離が求められる。すなわち、直角三角形ＯＬＨの辺ＬＨの長さは、光源１とカメラ３との車幅方向の離間距離Ｗである。また、直角三角ＯＬＨの頂角は、破線IIと破線IIIの成す角度θである。この角度θは、物標２０の影２１の延びる方向から求められる。したがって、直角三角形ＯＬＨの辺ＯＨの長さはが、下記の式（１）により求められる。
ｔａｎθ＝Ｗ／ｄ    ・・・（１）
【００４２】
ところで、物標２０は、常に、カメラ３の真正面に存在するとは限らない。そこで、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照して、物標２０がカメラ３の真正面から車幅方向にずれた位置に存在する場合の物標２０までの距離の求め方について説明する。
【００４３】
図９（Ａ）は、カメラ３により撮像した画像の一例である。この画像では、車両正面の右寄りに物標２０が存在している。そして、左光源１による物標２０の影２１が、物標２０の右後ろに延びている。物標２０の車幅方向の位置は、以下に説明するように、カメラ３によって撮像された物標２０の画像中の水平方向の位置から求められる。
【００４４】
図９（Ａ）に、便宜的に、物標２０を通り、画像の水平方向に延びる破線Ｉと、車両の前後方向に延び、且つ左光源１の真正面に位置を示す破線IIと、物標２０を通り、且つ車両の前後方向に延びる破線IVとを示す。また、画像中の直線IIIは、カメラ３の真正面の位置を示す。さらに、画像中の、破線Ｉと破線IIとの交点を点ｐ、破線Ｉと直線IIIとの交点を点ｑ、破線Ｉと破線IVとの交点を点ｒとする。
【００４５】
画像中の点ｐｑ間の水平画素数をａとし、点ｑｒ間の水平画素数をｂとし、左光源１とカメラ３の車幅方向の離間距離をＷとすると、物標２０の車幅方向の位置は下記の（２）式により求められる。
なお、下記の（２）においては、物標２０の車幅方向の位置を、左光源１の真正面の位置からの距離Ｙで表す。
Ｙ＝Ｗ×（ａ＋ｂ）／ａ    ・・・（２）
【００４６】
そして、図９（Ｂ）に示す直角三角形ＯＬＨにおいて、左光源１によって照らされた物標２０の影２１の延びる方向φとすれば、当該物標２０の車幅方向位置Ｙに基づいて、当該物標２０までの距離ｄは、下記の（３）式により求められる。
ｔａｎφ＝Ｙ／ｄ    ・・・（３）
【００４７】
このようにして、単一光源及び単一のカメラで、ステレオカメラのように、物標までの距離を検出することができる。
【００４８】
上述した各実施形態においては、本発明を特定の条件で構成した例について説明したが、本発明は種々の変更及び組み合わせを行うことができ、これに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、照射手段が特定波長の光を照射する例について説明したが、本発明では、照射手段の照射する光は、特定波長のものに限定されず、例えば、広い波長分布をもつ光を照射してもよい。また、照射手段はＬＥＤに限定されず、任意好適な発光手段を用いることができる。例えば、上述の実施形態は、高さ測定手段を設けた例について説明したが、本発明では、高さ測定手段を省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態の車両の障害物認識装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】車両の上方から見た、第１実施形態の車両の障害物認識装置の説明図である。
【図３】物標の角度と物標までの距離との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態における撮像処理を説明するフローチャートである。
【図５】（Ａ）は、左光源照射時の第１画像の例であり、（Ｂ）は、右光源照射時の第２画像の例である。
【図６】本発明の第１実施形態における距離演算処理を説明するフローチャートである。
【図７】第１画像と第２画像との差分データから、第１画像の影の延びる方向と、第２画像の影の延びる方向との成す角度を求める様子を示した図である。
【図８】車両の上方から見た、第２実施形態の車両の障害物認識装置の説明図である。
【図９】（Ａ）は、第２実施形態において撮像された画像中の物標の車幅方向の位置の求め方の説明図であり、（Ｂ）は、第２実施形態における物標までの距離の算出方法の説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  左光源
２  右光源
３  カメラ
４  影抽出部
５  距離測定部
６  高さ測定部
１０  コンピュータ
２０  物標
２１  第１の影
２２  第２の影
３１  第１画像
３２  第２画像
１００  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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