WO2006052024A1 - ステレオカメラ - Google Patents

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WO2006052024A1
WO2006052024A1 PCT/JP2005/021194 JP2005021194W WO2006052024A1 WO 2006052024 A1 WO2006052024 A1 WO 2006052024A1 JP 2005021194 W JP2005021194 W JP 2005021194W WO 2006052024 A1 WO2006052024 A1 WO 2006052024A1
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WO
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image sensor
lens
image
stage
imaging
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/021194
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ken Ohsumi
Masaaki Fukuhara
Tatsuhiko Monji
Norio Koike
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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Publication date
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Priority to JP2006545151A priority patent/JP4691508B2/ja
Priority to US11/666,340 priority patent/US20080001727A1/en
Publication of WO2006052024A1 publication Critical patent/WO2006052024A1/ja
Priority to US14/161,360 priority patent/US9456199B2/en

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239—Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R11/00—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
    • B60R11/04—Mounting of cameras operative during drive; Arrangement of controls thereof relative to the vehicle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B11/00—Filters or other obturators specially adapted for photographic purposes
    • G03B11/04—Hoods or caps for eliminating unwanted light from lenses, viewfinders or focusing aids
    • G03B11/045—Lens hoods or shields
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/08—Stereoscopic photography by simultaneous recording
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R11/00—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
    • B60R2011/0001—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for characterised by position
    • B60R2011/0003—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for characterised by position inside the vehicle

Definitions

  • the present invention belongs to a stereo camera in which a plurality of image sensors are mounted.
  • Stereo camera device that calculates the distance to the object using a pair of images captured by two imaging means and recognizes the object accordingly. It has begun to be applied to monitoring systems that detect intruders and abnormalities.
  • the stereo image processing used in these systems is to obtain a distance by applying a triangulation technique to a pair of captured images that are taken at a distance from each other. It is common to have a pair of imaging means and a stereo image processing LSI that performs triangulation processing on a pair of captured images output by these imaging means. At this time, the stereo image processing LSI detects the pixel position of the feature point common to the mutual image from the pixel information included in the pair of images, and the pixel in which the feature point is shifted in the pair of images. Triangulation processing is realized by performing processing to obtain numbers.
  • the above prior art is a technique for preserving the positional relationship even after the mounting on the premise that the pair of image sensors are mounted with an accurate relative positional relationship.
  • no particular contrivance has been made on how to accurately mount the relative positions of the left and right image sensors.
  • the positional relationship between the lens and the image sensor is first maintained, and the rotational direction of the image sensor is not displaced relative to the surface on which the lens and the image sensor are mounted. After adjusting and fixing as above, this camera unit was attached to a reference member. However, when this method is used, there is no shift in the rotational direction with respect to a certain surface in the camera unit.
  • the present invention is characterized in that an imaging element installation surface for attaching left and right imaging elements is provided on a stage, and the left and right imaging elements are directly positioned on the stage to form a stereo force mesa. This reduces the accumulation of tolerances between components and improves the mounting accuracy of the positional relationship between image sensors.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a stereo camera in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a system block diagram of a stereo camera in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing attachment of an image sensor in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing attachment of the image sensor in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the stay projection structure in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a specific structure for fixing the image sensor to the stage.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a specific structure for fixing the image sensor to the stage.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a specific structure for fixing the image sensor to the stage.
  • FIG. 9 is a schematic view of a structure for attaching a lens holder to a stage in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart for calculating the distance to the object with the conventional configuration and a flowchart for calculating the distance to the object with the configuration of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of a stain projection when mounting an imaging device in each of the first and second embodiments of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a method for positioning an image sensor in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing the structure of a lens hood in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing a lens hood structure in the prior art.
  • FIG. 15 is a view showing the structure of a lens hood in another embodiment of the present invention.
  • Fig. 16 is a schematic diagram showing the principle of a stereo camera.
  • Fig. 17 is a schematic diagram showing the mounting position of a general stereo camera when it is attached to a vehicle.
  • FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the improvement of the processing speed of the image processing L S I when the image sensor according to the present invention is attached.
  • FIG. 19 is an image diagram showing the left and right camera acquired images when the left and right imaging elements are in an ideal mounting state.
  • FIG. 20 is an image diagram showing a left / right force mela-acquired image in a state in which the mounting positions of the left and right imaging elements are shifted in the left / right direction.
  • FIG. 21 is an image diagram showing a left and right camera acquired image in a state in which the mounting positions of the left and right imaging elements are displaced in the vertical direction.
  • FIG. 22 is an image diagram showing a left-right force image obtained in a state in which the mounting positions of the left and right image sensors are shifted in a rotational direction with respect to an axis perpendicular to the plane on which the image sensors are installed.
  • Figure 16 (a) shows the principle of the stereo camera device.
  • ⁇ represents the parallax
  • ⁇ represents the measurement distance
  • f represents the focal length
  • b represents the baseline length. The relationship shown in the following equation holds between these.
  • the height of the horizon is photographed at the same pixel position on the screen as shown in Fig. 19, and the object is photographed with a shift of parallax. Therefore, as shown in Fig. 19 (c), the distance from the slight deviation of the feature points is converted into the distance, and the size and distance to the three-dimensional object are calculated.
  • the image sensor is mounted shifted in the left-right direction, the image is taken at a different position in the horizontal direction from the pixel position where the characteristic point should originally appear as shown in FIG. Then, as shown in Fig. 20 (c), the parallax becomes larger than the original, and it is erroneously recognized that there is a large three-dimensional object.
  • the images are also shifted in the vertical direction as shown in Fig. 21 and Fig. 22. In this case, it is necessary to search only for one line, but it is necessary to search for multiple lines, which increases processing time and memory capacity.
  • Equation 6 Briefly indicate how much distance measurement accuracy will deteriorate.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the positional relationship between the image sensors 12a and 12b is important for performing stereo processing with high accuracy and high efficiency.
  • the configuration of the stereo camera of the present invention that can improve the mounting accuracy of the positional relationship between the image pickup devices 12 a and 12 b will be described in a simple and inexpensive manner.
  • FIG. 1 shows an example of the structure of a stereo camera according to the present invention.
  • Fig. 1 (a) is an overhead view seen from the front
  • Fig. 1 (b) is an overhead view seen from the rear.
  • the stereo camera of this embodiment has two image sensors 1 2 a and 1 2 b (not shown) and a stage projection 18 8 a and 1 which are the parts for mounting them.
  • 8 b is an integrated stage 1 1, two lenses 1 3 a, 1 3 b, and lens holders 19 a, 19 b for holding the positional relationship between the lens and the image sensor Image sensor substrates 16 6 a and 16 b that perform processing for capturing image information imaged on the image sensors 12 a and 12 b into the image processing LSI, and images that perform stereo processing using the captured images Consists of processing board la 9 on which processing LSI is mounted.
  • Lenses 13a and 13b image visual information from the outside world onto image sensors 12a and 12b.
  • the stage 11 is a member for fixing the stage reference plane 14 to the stage on the vehicle side, and holding the imaging device 12, the imaging device substrate 16, and the processing substrate 1 a 9.
  • the image sensors 1 2 a and 1 2 b are mounted directly, and from the rear direction of the stay projections 1 8 a and 18 b Mount the image sensor board 16a and 16b.
  • the stay projections 18 a and 18 b are provided with the image sensor terminal holes 17 so that the terminals of the image sensors 12 a and 12 b can be joined to the image sensor substrates 16 a and 16 b.
  • the stay projections 1 8 a and 1 8 b are provided with imaging element installation surfaces 44 a and 44 b that serve as reference surfaces for mounting the imaging elements 1 2 a and 1 2 b.
  • the image sensors 1 2 a and 1 2 b can be installed on a predetermined plane.
  • the image sensors 12a and 12b are arranged on substantially the same plane or parallel planes.
  • the stay projections 1 8 a and 1 8 b are also provided with a reference surface 4 1 as a reference for the mounting angle of the image sensors 1 2 a and 1 2 b, and images are taken according to the reference surface 4 1.
  • the imaging angle shift between image sensors 1 2 a and 1 2 b can be made a value that can be substantially ignored.
  • These configurations can reduce the number of joints that include tolerances by one compared to the conventional technology where two cameras are assembled separately and then mounted on the stage. Can be improved. That is, in the prior art, there are two tolerances of [imaging element-camera body] and [camera body-stage], whereas according to the configuration of this embodiment, [imaging element-stage] 5021194
  • stage protrusions 18 a and 18 b 8 Tolerance only. Details of the structure of the stage protrusions 18 a and 18 b will be described later.
  • the image sensor board 1 6 is connected to the image sensor board 16 so that the terminal 3 2 of the image sensor 1 2 can be inserted into the image sensor board 16. Holes 4 and 3 are open as shown in (d).
  • the image sensor substrate 16 is a substrate bonded to the image sensor 12 and is a substrate on which a circuit for transmitting image information captured by the image sensor 12 to the processing substrate 1 a 9 is configured. Note that the left and right imaging element substrates 16 a and 16 b capture image information imaged on the imaging elements 12 a and 12 b into the image processing LSI la 7 provided on the processing substrate 1 a 9. Perform the process.
  • the processing board 1 a 9 uses an image processing LSI to extract an object based on image information sent from 16 a and 16 b, and a circuit is provided to calculate the distance and size to the object. It is the board
  • the processing board 1 a 9 is fixed to the stay 11 by a plurality of screws 1 b 1, and the imaging device boards 16 at both left and right ends are fixed to the stay 11 by a plurality of screws la 3.
  • the left and right imaging element substrates 16a, 16b and the processing substrate 1a9 are connected by a harness 1b0.
  • the processing board 1a9 is an image processing LSI 1a7 that performs stereo processing using the captured image and calculates the distance and size to the object.
  • An arithmetic processing unit 1 a 6 that performs applications (for example, vehicle detection or pedestrian detection) and an interface microcomputer 1 a 8 for exchanging information from outside the stereo camera are provided.
  • the interface microcomputer 1 a 8 also has a function of monitoring the arithmetic processing unit 1 a 6.
  • Processing board 1 a 9 includes external processing unit 1 a 6, image processing LSI, interface microcomputer 1 a 8, and other stereo camera microcomputers, and power connector 1 a 4 that supplies power to the IC.
  • a video connector 1 a 5 for outputting a stereo processed image or the like to the outside is connected.
  • a cover 1 a 1 that protects the processing substrate 1 a 9 and the image pickup device substrates 16 a and 16 b is attached to the back side of the stay 11 by screws 1 a 2.
  • Figure 2 shows the system block diagram.
  • the images captured by the left and right image sensors 1 2 a, 1 2 b are routed through the harness 1 b 0 to the image sensor board 1 6 a,
  • Image processing LS I la7 is a pre-processing for performing stereo matching with parallax.
  • gain correction of image sensors 12 a and 12 b and peripheral light attenuation characteristics of lenses 13a and 13 b are performed on video data.
  • Execute the shading process to correct the brightness difference in the image plane that is generated from the image and store it in SD RAM 1.
  • stereo matching processing such as affine transformation is performed using the data in SDRAM1, and the data is stored in SDRAM2, which is a shared memory with the arithmetic processing unit 1a6.
  • Arithmetic processing unit la 6 uses the stereo processing data stored in SDR AM 2 to perform various three-dimensional object detection processes such as vehicles and pedestrians, and the final calculation results are sent to interface microcomputer 1a8. Output to the outside.
  • the video is output from the video output connector l a 5 via the video output IC.
  • the power from the vehicle is sent to the power supply circuit via the power connector 1a4, converted to the required voltage, and then supplied to each microcomputer and each IC.
  • Fig. 3 (a) is a side view of CCD
  • Fig. 3 (b) is a front view
  • Fig. 3 (c) is an overhead view.
  • the CCD is bonded to the wire 3 7 and wire 3 7 for allocating the image received by the imaging surface 3 3 and the imaging surface 3 3 installed in the package 3 5 and the package recess 3 9 to each terminal. It has a metal pad 3 6, a terminal 3 2 connected to the metal pad 3 6, and a cover glass 3 4 to protect the imaging surface.
  • the image is formed on the imaging surface 33 by the lens 13, and the formed image information is transmitted to the image sensor substrate 16 via the wire 37, pad 36, and terminal 31.
  • the optical axis of the lens 13 and the imaging surface 33 must be perpendicular. If it is not vertical, part of the video will be blurred and stereo matching will not be possible. In addition, when performing the stereo matching process, it is not preferable that a deviation other than parallax occurs between the image acquired by the right image sensor and the image acquired by the left image sensor. For this reason, the height direction, rotation direction, and focus of the left and right imaging surfaces must be matched.
  • the reference surface is substantially the same plane 90 (FIG. 4 (a)) or parallel to the step projections 18 a and 18 b of the step 11.
  • the image sensor mounting surfaces 44a and 44b are provided. Normally, the imaging surface 33 and the package bottom surface 38 are manufactured so that the parallelism within a certain standard is maintained. For this reason, at step 11, as shown in Fig. 4 (a), 1 1
  • the imaging surfaces 33 of the left and right imaging devices 12 a and 12 b installed on the installation surface are in good parallel.
  • the degree of focus can be maintained, and it will be possible to obtain a focused image with no blur. Therefore, the detection accuracy of the stereo camera is improved.
  • the image sensor 12 is provided with three reference surfaces 3 1 on the side surfaces of the package 3 5 and the stay projections 18 are also in contact with these reference surfaces 3 1.
  • An image sensor positioning surface 4 1 is provided.
  • the image sensor positioning surface 4 1 can be formed as an integral structure as shown in FIG. 5 (b), but the stay projection as shown in FIG. 5 (c).
  • the image sensor positioning pin 4 2 may be set up on 1 8 and the head of the pin 4 2 may be used as the image sensor positioning surface 4 1.
  • the shape and number of the image sensor positioning surface 41 depend on the reference surface 3 1 of the image sensor 12 and may be, for example, four or more.
  • Figure 5 (a) will be described later.
  • FIG. 6 is an external view of the fixed structure.
  • an imaging element installation surface 44a on which an imaging element is installed is generated at the stage protrusion 18a provided at the end of the stay 11 and further imaging is performed.
  • An image sensor positioning surface 41 is generated at a position opposite to the image sensor reference surface 3 1 when the element 1 2 a is installed.
  • the image sensor 1 2 a is installed on the image sensor installation surface 44 a, and the image sensor presser plate 1 8 2 is placed thereon, and the fixing screws 1 8 3 are screwed. Tighten.
  • the image sensor holding plate 1 8 2 has a screw hole 1 8 5 for the fixing screw 1 8 3 to pass through.
  • the fixing screw 1 8 3 is screwed to the screw hole 1 8 1 through the screw hole 1 8 5. Is done.
  • FIGS. 8A and 8B are a top view, a front view, and a side view of the state where 8 2 is attached to the stage protrusion 18.
  • the image sensor holding plate 1 8 2 is provided with clips 1 8 4, 1 8 6 and 1 8 7.
  • the latch 1 8 4 When the image sensor pressing plate 1 8 2 is fixed to the stay projection 18, the latch 1 8 4 is deformed by being pushed and bent by the image sensor 1 2 a as shown in FIG. Generates an urging force that presses against the image sensor installation surface 44.
  • Neck 1 8 4 is the push-button of the image sensor as shown in Fig. 7 (a).
  • Even 3 may be configured to form the same plane as the plate 1 8 2, or may be previously folded.
  • the latches 1 8 6 and 1 8 7 are deformed by being pushed and bent by the image sensor 12 a as shown in FIG. Then, the urging force is generated by pressing the image sensor 1 2 a against the image sensor positioning surface 4 1.
  • the claws 1 8 6 and 1 8 7 are inclined in advance toward the side in contact with the image sensor 1 2 a from the direction perpendicular to the image sensor pressing plate 1 8 2. Is provided. As a result, in a state where the image sensor holding plate 1 8 2 is fixed to the stay projection 1 8 a, the claws 1 8 6 and 1 8 7 are moved away from the image sensor holding plate 1 8 2 as shown in FIG.
  • the depth of the imaging surface of image sensor 1 2 a is 1 86 in the horizontal direction (X-axis direction) and 1 8 7 in the vertical direction (Y-axis direction). Hold the direction (Z-axis direction) with nail 1 8 4.
  • the imaging element 1 2 a is pressed and fixed to the imaging element installation surface 4 4 a and the imaging element positioning surface 4 1 a to generate an image free from single-pocketing, left / right optical axis misalignment, and rotational misalignment. .
  • the image sensor positioning surface 41 a be 3 points or more for each image sensor.
  • the horizontal position of the image sensor positioning surface 4 1 a is 2 points, and the vertical surface is 1 point. Therefore, there are 2 horizontal tips 1 86 and 2 in the vertical direction. 1 8 7 is one, but the image sensor positioning surface 4 1 a has two horizontal planes and one vertical plane, one horizontal clamp 1 8 6 and vertical No. 1 8 7 may be two.
  • the image sensor positioning surface 4 1 is configured to be positioned on the upper side with the stereo camera attached to the vehicle, and is pressed from below with the catch of the image sensor pressing plate 1 8 2.
  • the configuration is such that the imaging element positioning surface 4 1 can be configured to be positioned on the lower side with the stereo camera attached to the vehicle, the image sensor positioning surface 41 can be pressed from the upper side with a nail.
  • gravity acts in the direction in which the image sensor 12 is pressed against the image sensor positioning surface 4 1 a, so that it is possible to improve resistance to vibration and the like.
  • the image sensor holding plate 1 8 2 to press the image sensor 1 2 a against the image sensor installation surface 44 a and the image sensor positioning surface 4 1 a and screw it in place.
  • the length of the imaging element terminal 3 2 is longer than the thickness of the imaging element installation surface 44 of the stay projection 18 a.
  • the image pickup device terminal 3 2 reaches the hole 4 3 of the image pickup device substrate 16 a through the hole 43 provided in the stay protrusion 18 a.
  • the image sensor terminal 3 2 and the image sensor substrate 1 6 a are soldered to complete the electrical connection.
  • step projection 18a which is the same member as the step 1 1, to drive the image sensor.
  • the image pickup device substrate 16 a on which the circuit is mounted is fixed to the stay projection 18 a from the rear.
  • the lens holders 1 9 a, 1 9 so that the centers of the imaging surfaces 3 3 a, 3 3 b of the left and right image sensors 1 2 a, 1 2 b are aligned with the centers of the lenses 1 3 a, 1 3 b. Adjust the position of the lens together with b and fix it.
  • the lens holder positioning pin 7 1 is placed in advance on the stay projections 18a, 18b or the lens holders 19a, 19b and aligned with the pins.
  • the lens holders 19a and 19b may be attached and fixed.
  • the lens holders 19a and 19b are fixed to the stay projections in advance, and the lenses 13a and 13b themselves are attached to the image sensor.
  • the lenses 1 3 a and 1 3 b may be fixed to the lens holders 19 a and 19 b with an adhesive or the like.
  • the concave portion 7 2 for installing the lens 1 3 of the lens holder 1 9 has a larger diameter than the lens 1 3, and is bonded after adjusting the positional relationship between the lens 1 3 and the image sensor 1 2. It becomes the composition fixed with the agent.
  • the positional relationship between the two image sensors 1 2 a and 1 2 b is determined. And fix the optical axis in the appropriate direction.
  • the positional relationship between the image sensors can be determined with high accuracy and simplicity by mounting the image sensors directly on the stage.
  • the stereo image is processed after correcting the shift of the image captured from the left and right image sensors, and a distance image to the object is generated.
  • a distance image is generated by stereo processing of the left and right images as they are without correcting the deviation as shown in Fig. 10 (b). It is also possible. For example, if there is a rotational shift between the mounted image sensors, a certain feature point on the image obtained by one image sensor as shown in Fig. 18 can be obtained by the other image sensor. On the captured image, it is necessary to search for a corresponding point in the search direction 104 when there is a rotational deviation of the image sensor. In this case, for example, image size 5 1 2 pixels X
  • pixel shift of search direction 1 0 2 and 1 0 4 is soil 30 pixel
  • the image pickup device itself is directly adjusted and attached to one member (stage) by accurately adjusting the positional relationship among the vertical, horizontal, and rotational directions. This reduces the tolerances included in the positional relationship between the image sensors compared to the conventional technology, and corrects the positional relationship between the image sensors after mounting the two conventional camera units in a stage. There is no need to perform work to perform. As a result, the processing time can be shortened, and the distance calculation accuracy by stereo processing can be improved.
  • FIG. 11 (a) A second embodiment in which the image sensor 12 is mounted on the stage 11 with higher accuracy than the first embodiment will be described with reference to FIG.
  • the imaging surface 33 of the image sensor actually has a slight shift in the rotation direction, and the package 35 of the image sensor and the imaging surface are in an exactly parallel positional relationship. Strictly speaking, deviations in the horizontal direction, vertical direction, and rotational direction occur.
  • Such a deviation in mounting the imaging surface 33 is defined as a tolerance with respect to the reference surface 31 of the package.
  • the tolerance in the rotation direction is set to ⁇ 1 degree. Therefore, the rotational angle deviation generated between the two image sensors is a maximum of 2 degrees.
  • the vertical and horizontal tolerances are ⁇ 2 0 m, so the maximum vertical and horizontal displacement between two image sensors is 400 m.
  • the packages of the image sensors 12 a and 12 b are mounted on the stage as shown in FIG. 7
  • the structure shown in Fig. 11 (c) can be considered as a structure for correcting these deviations.
  • a television camera 81 for photographing the imaging surface 3 3 itself of the image sensor 12 is prepared.
  • the TV camera 8 1 takes a picture of the outer shape of the imaging surface 3 3 of the image sensor 1 2 and the step projection reference surface 15 at the same time. Make adjustments so that the angle matches.
  • the step projection reference surface 15 is a mark that can be recognized by the TV camera 8 1 in the vicinity of the image sensor mounting surface 44, and uses steps or lines that can be easily extracted as edges in image data.
  • the step with respect to the image pickup device installation surface 44 provided on the step protrusion 18 is defined as a step protrusion reference surface 15. Adjustment is carried out by installing a robot arm for moving the position of the image sensor 12 or a micro-meter for manual adjustment by a human.
  • the surface used as a reference when adjusting the position of the imaging surface 33 may be the step reference surface 14.
  • FIG. 11 (b) By observing the position of the imaging surface 3 3 and adjusting each other in this way, mounting is performed with reference to the reference surface 3 1 provided in the package of the imaging device 12 as shown in Fig. 11 (b).
  • the positional relationship between the image sensors 12a and 12b can be mounted with higher accuracy than the configuration (Fig. 11 (b)).
  • three or more positioning surfaces 4 1 may be provided, but as shown in FIG. 5 (a).
  • the positioning surface 4 1 is not provided, and only the depth direction (Z direction) is positioned using the image sensor mounting surface 4 4, and the X and Y directions
  • it may be configured to adjust using the above-mentioned mouth pot arm or micro-overnight.
  • Adhesive is used to fix 18 and the step projections 18.
  • the positioning surface 4 1 has two points, and rough position adjustment is performed by pressing against these two positioning surfaces 41, and fine adjustments can be made using the camera and the robot arm or micrometer. Good. In this way, when the rough positioning is performed on the positioning surface 41 and the robot arm is used for fine adjustment, the structure is more suitable for automatic manufacturing by a machine tool.
  • the lenses 1 3 a and 1 2 b are respectively attached to the lens 1 3.
  • the optical axis means a virtual straight line created by the positional relationship between the lens 13 fixed to the lens holder 19 and the image sensor 12 fixed to the stage 11.
  • use a lens hood to capture the situation outside the vehicle with an in-vehicle camera, and to prevent saturation of the image sensor 12 due to direct sunlight or strong light from an unnecessary direction. Is effective.
  • a configuration is shown in which the positional relationship between the lenses 1 3 a and 1 3 b and the image sensors 1 2 a and 1 2 b does not change even when the lens hood 1 61 receives an impact.
  • one image sensor 1 2 b and lens 1 3 b the image sensor 12 a and the lens 13 a on the opposite side have the same configuration.
  • Fig. 13 by forming the lens hood 15 lb into a bag shape so as to wrap the lens holder 1 9 b, the lens hood 1 5 1 b is not fixed to the lens holder 19 b. The structure is fixed directly to the stay 1 1.
  • Fig. 13 (a) is an external view of the lens hood, and Fig.
  • the bag portion of the lens hood 1 5 1 b has a clearance (gap) 9 2 so that it does not come into contact with the lens holder 1 9 b, and even if some impact is applied to the lens hood 1 5 lb
  • the structure prevents the lens holder 19 b from being displaced due to sound.
  • the position of the lens hood 1 5 1 b relative to the stay 1 1 changes slightly due to impact, the position of the lens hood 1 9 b does not change, and the lens 1 3 b and the image sensor 1 2 b that are indispensable for stereo processing
  • the high-precision positional relationship with is maintained normally.
  • the lens feed 15 1 a on the opposite side has the same configuration and has the same effect.
  • disturbance light incident from the gap of the lens holder can be shut down more reliably, so that a clearer image can be captured.
  • a lens hood 1 71 1 b having a structure in which the cover area is further expanded may be used.
  • the lens hood is fixed to the section using screws 1 and 2.
  • Fig. 15 (a) is an external view
  • Fig. 15 (b) is a sectional view. In this way, the entire lens holder is enclosed from the upper surface of the stage 11 so that the screw hole for fixing the lens hood 1 7 1 b is not required on the stage projection 18 b, and the stay projection
  • the degree of freedom in designing the size, shape, lens holder, and mounting structure of the lens holder is increased.
  • the clearance between the lens holder 1 9 b and the lens hood 1 7 1 b (Gap) 9 3 can be secured wider than the embodiment shown in FIG. 13 so that the positional relationship can be prevented from changing due to an impact. Also, behind the mounting surface of the lens holder 1 9 b and stay projection 1 8 b
  • the lens hood 1 7 1 a on the opposite side has the same configuration and has the same effect. Industrial applicability.
  • one joint portion including a tolerance can be reduced, so that the productivity of the stereo camera is improved.
  • correction processing for the position and angle deviation between the image sensors can be omitted to some extent, the processing speed and measurement accuracy of the stereo camera can be improved with a simple configuration.

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Abstract

従来技術では、左右それぞれのカメラ部において、まずレンズと撮像素子の位置関係を保ち、レンズと撮像素子を取り付ける部材のある一面に対して撮像素子の回転方向のずれが無くなるように調整して固定した後、このカメラ部を基準となる部材に取り付けてステレオカメラを構成していた。しかしこの方法では、左右のカメラ部としてみれば取り付け位置のずれが無くなるが、カメラ部をステーに取り付ける際に、カメラ部と部材の取り付け面の加工精度や組み立て精度によって再びずれが生じてしまうという問題があった。本発明は、ステーに左右の撮像素子を取り付ける設置面を設け、左右の撮像素子をステーに直接的に位置決めすることにより、部品間の公差の積み上げを低減し、撮像素子相互間の位置関係の取付精度を向上するものである。

Description

ステレオカメラ 技術分野
本発明は複数の撮像素子を実装するステレオカメラに属する。 背景技術
2台の撮像手段を用いて写し出した 1対の画像を用いて対象物までの 距離を算出し、 それによつて対象物の認識を行うステレオカメラ装置力 車の安全走行を支援する車載システムや不審者の侵入や異常を検知する 監視システムなどに適用され始めている。
これらのシステムで利用されるステレオ画像処理は、 位置的に間隔を あけて撮像された 1対の撮像画像に対して三角測量技術を適用して距離 を求めるものであり、 これを実現する装置は 1対の撮像手段と、 これら の撮像手段が出力する 1対の撮像画像に対して三角測量処理を行うステ レオ画像処理 L S I とを備えているのが一般的である。 このとき、 前記 ステレオ画像処理 L S I は、 1対の画像に含まれる画素情報の中から相 互の画像に共通する特徴点の画素位置と、 その特徴点が 1対の画像でず れている画素数を求める処理を行うことによつて三角測量処理を実現す る。 そのため、 1対の画像間には視差以外のずれがないことが理想的で あり、 各々の撮像手段ごとに、 光学特性や信号特性のずれがないよう調 整する必要がある。 特に車載環境においては、 たとえば前方車両や人間， 障害物などの検知を行い、 事前に安全に対処する、 といったアプリケー シヨン要求があるために、 遠距離対象物の距離計測， 認識を確実に実現 する必要がある。 このようなステレオカメラにおける一対の撮像素子の相対的位置関係 を長期にわたって維持するための構成として特開平 1 1 一 3 0 1 3 6 5 号公報若しくは特開 2 0 0 3— 3 3 5 1 8 0号公報に記載するようなも のがある。
しかしながら、 上記先行技術は一対の撮像素子が正確な相対的位置関 係で取り付けられたことを前提として、 その位置関係を取り付け後も保 持させるための技術であり、 ステレオカメラを製造する際に、 いかに左 右の撮像素子の相対位置を正確に取り付けるかについては特段の工夫が なされていない。 また、 上記先行技術では左右それぞれのカメラ部にお いて、 まずレンズと撮像素子の位置関係を保ち、 レンズと撮像素子を取 り付ける部材のある一面に対して撮像素子の回転方向のずれが無くなる ように調整して固定した後、 このカメラ部を基準となる部材に取り付け ていた。 しかしこの方法を用いると、 カメラ部の中ではある一面に対し て回転方向のずれが無くなるが、 力メラ部を基準となる部材に取り付け る際に、 カメラ部と部材の取り付け面の加工精度や組み立て精度によつ て再びずれが生じてしまう。 このため、 取り付け面の加工精度や組み立 て精度を高めることによってこのずれを小さくする必要が生じ、 ステレ ォカメラの生産性の悪化ゃコスト増大につながるという問題があつた。 発明の開示
本発明は、 ステ一に左右の撮像素子を取り付ける撮像素子設置面を設 け、 左右の撮像素子をステ一に直接的に位置決めしてステレオ力メラを 構成することを特徴とする。 これにより部品間の公差の積み上げを低減 し、 撮像素子相互間の位置関係の取付精度を向上する。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の一実施例におけるステレオカメラの模式図である。 第 2図は、 本発明の一実施例におけるステレオカメラのシステムプロ ック図である。
第 3図は、 本発明の一実施例における撮像素子の取り付けを示す図で ある。
第 4図は、 本発明の一実施例における撮像素子の取り付けを示す図で ある。
第 5図は、 本発明の一実施例におけるステー突起部構造を表す模式図 である。
第 6図は、 撮像素子をステ一に固定する具体的な構造の一実施例を示 す図である。
第 7図は、 撮像素子をステ一に固定する具体的な構造の一実施例を示 す図である。
第 8図は、 撮像素子をステ一に固定する具体的な構造の一実施例を示 す図である。
第 9図は、 本発明の一実施例におけるステ一にレンズホルダを取り付 ける構造の模式図である。
第 1 0図は、 従来の構成で対象物までの距離を算出するまでのフロ一 チャートと本発明の構成で対象物までの距離を算出する際のフローチヤ —卜である。
第 1 1図は、 本発明の第 1実施例及び第 2実施例においてそれぞれ撮 像素子を実装する際のステ一突起部の構造を表す模式図である。
第 1 2図は、 本発明の一実施例における撮像素子の位置決め方法を示 す模式図である。 第 1 3図は、 本発明の一実施例におけるレンズフードの構造を示す図 である。
第 1 4図は、 従来技術におけるレンズフード構造を示す図である。 第 1 5図は、 本発明の他の実施例におけるレンズフードの構造を示す 図である。
第 1 6図は、 ステレオカメラの原理を示す模式図である。
第 1 7図は、 車両に取り付ける際の一般的なステレオカメラの取り付 け位置を示す模式図である。
第 1 8図は、 本発明.による撮像素子の取り付けを行った場合の画像処 理 L S Iの処理速度の向上について説明するための模式図である。
第 1 9図は、 左右の撮像素子が理想の取り付け状態である場合の左右 カメラ取得画像を示すイメージ図である。
第 2 0図は、 左右の撮像素子の取り付け位置が左右方向にずれている 状態の左右力メラ取得画像を示すイメージ図である。
第 2 1図は、 左右の撮像素子の取り付け位置が上下方向にずれている 状態の左右カメラ取得画像を示すイメージ図である。
第 2 2図は、 左右の撮像素子の取り付け位置が撮像素子を設置する面 に垂直な軸に対しての回転方向にずれている状態の左右力メラ取得画像 を示すィメ一ジ図である。 発明を実施をするための最良の形態
まず、 ステレオカメラにおいて左右の撮像素子の相対的位置関係が有 する重要性について説明する。 一般的に、 ステレオカメラ装置では、 対 象物が遠距離になるほど、 上述した視差以外のずれがないことが要求さ れる。 第 1 6図 （ a ) に、 ステレオカメラ装置の原理を示す。 ここで、 δは視差を表し、 Ζは計測距離、 f は焦点距離、 bは基線長をそれぞれ 示し、 これらの間には次式で示すような関係が成り立つ。
Z = b . f / δ … （式 1 ) 例えば車載環境での使用を目的として、 第 1 7図のように車室内のル ームミラー付近に車両進行方向を撮影する向きに一対の撮影手段を取り 付けたとすると、 基線長 bだけ離れた 2台の撮像手段から撮影された画 像は第 1 9図 （ a )， 第 1 9図 （b ) のように同じ対象物を若干違う角 度から撮影した画像となる。 この二つの画像のずれが視差 δとなる。 例 えば第 1 9図のように、 撮影された車のボディの端部を特徴点として、 もう一方の画像から同じ特徴点を探そうとすると、 撮像素子を実装する 際に位置ずれが起きていない理想的な状態では第 1 9図のように地平線 の高さも画面上の同じ画素位置に撮影され、 対象物は視差分だけずれた ものが撮影される。 よって、 第 1 9図 （c ) のように特徴点のわずかな ずれから距離に換算し、 立体物までの大きさや距離を算出する。
ここで、 例えば撮像素子が左右方向にずれて実装されると第 2 0図の ように本来特徴点が出るべき画素位置から水平方向に違った位置に撮影 される。 すると、 第 2 0図 （ c ) のように本来よりも大きな視差となり、 大きな立体物がいるものと誤認識してしまう。
また、 上下方向や回転方向のずれが生じると、 第 2 1図や第 2 2図の ように上下方向にもずれて撮影される。 すると、 本来は 1 ライン分を探 索すればよいはずが、 複数ライン分探索することが必要になり、 処理時 間やメモリ容量が増大することになる。
ここで、 式 1 を利用し、 距離計測要求に例えば 1 0 0 mを想定したと き （Z = 1 0 0 m : 1 0 0 m前方の対象物の距離計測）、 撮像素子相互 間の位置関係がずれた場合に例えば 1画素の水平方向のずれが生じると、 TJP2005/021194
6 どの程度の距離計測精度の悪化が発生するか、 簡単に示す。 まず、 一般 的なステレオカメラ装置の構成条件から、 上式 1 に代入する Z以外のパ ラメ一夕値として、 f = 1 0 mm, b = 3 5 0 mm とし、 使用する撮像素 子を、 1 Z 4インチ， 3 8万画素の C C D (Charge Coupled Device)の イメージセンサとする。 これらのパラメ一夕値を式 1に代入すると、 1 0 0 m前方の対象物 2 1の距離計測を行う際に、' 1画素の水平方向の ずれが生じるとすると、 約 2 0 mの距離計測精度の悪化が発生し得る。 これは 1 0 0 mの距離計測要求精度に対して許容できる範囲ではなく、 そのため、 撮像素子 1 2 aと 1 2 bの相互間の位置関係は高精度なもの が要求される。
このように、 撮像素子 1 2 aと 1 2 bの相互間の位置関係はステレオ 処理を高精度かつ高効率に行う上で重要である。 以下、 簡易かつ安価に、 撮像素子 1 2 a , 1 2 b相互間の位置関係の取り付け精度を向上できる 本発明のステレオカメラの構成について説明する。
本発明の第 1実施例について図面を用いて説明する。 第 1図に、 本発 明に係るステレオカメラの構造の一例を示す。 第 1図 （ a) は前から見 た俯瞰図であり、 第 1図 （b ) は後ろ側から見た俯瞰図である。
第 1図 （ a) に示すように、 本実施例のステレオカメラは二つの撮像 素子 1 2 a , 1 2 b (図示しない） とそれらを実装する部分であるステ 一突起部 1 8 a， 1 8 bが一体になつているステ一 1 1と、 二つのレン ズ 1 3 a , 1 3 bと、 該レンズと撮像素子の位置関係を保持するための レンズホルダ 1 9 a , 1 9 bと、 撮像素子 1 2 a , 1 2 bに結像された 画像情報を画像処理 L S Iへ取り込むための処理を行う撮像素子基板 1 6 a , 1 6 bと、 取り込んだ画像用いてステレオ処理を行う画像処理 L S I を実装した処理基板 l a 9から構成される。 レンズ 1 3 a， 1 3 bは外界の視覚情報を撮像素子 1 2 a , 1 2 bに 結像するものである。
ステ一 1 1はステ一基準面 1 4を車両側のステ一と固定し、 撮像素子 1 2や撮像素子基板 1 6， 処理基板 1 a 9を保持する部材である。 ステ 一 1 1のステ一突起部 1 8 a， 1 8 bの前方向からは撮像素子 1 2 a , 1 2 bを直接実装し、 ステー突起部 1 8 a , 1 8 bの後方向からは撮像 素子基板 1 6 a , 1 6 bを実装する。 この際に撮像素子 1 2 a， 1 2 b の端子が撮像素子基板 1 6 a, 1 6 bと接合できるようにステー突起部 1 8 a , 1 8 bには撮像素子端子用穴 1 7を設ける。
ここで、 ステー突起部 1 8 a, 1 8 bには撮像素子 1 2 a , 1 2 bを 実装するための基準面となる撮像素子設置面 44 a , 44 bが設けられ ており、 撮像素子 1 2 a , 1 2 bをそれぞれ撮像素子設置面 44 a， 44 bに合わせて実装することにより、 撮像素子 1 2 aと 1 2 bを予め 規定した平面上に設置することができる。 なおステレオカメラにおいて は、 撮像素子 1 2 a， 1 2 bが実質的に同一平面上又は平行な平面に配 置される構成とすることが好適である。 また、 ステー突起部 1 8 a， 1 8 bには、 撮像素子 1 2 a， 1 2 bの取り付け角度の基準となる基準 面 4 1 も設けられており、 当該基準面 4 1 に合わせて撮像素子 1 2 a , 1 2 bを実装することで、 撮像素子 1 2 aと 1 2 bの撮像角度のずれを 実質的に無視しうる値とすることが出来る。 これらの構成により、 2つ のカメラを別々に組み立てた後にステ一に取り付ける従来技術に比べて、 公差の含まれる接合箇所を一つ減らすことができるので、 ステレオカメ ラの計測精度を簡易な構成で向上することができる。 すなわち従来技術 では 〔撮像素子—カメラ本体〕 と 〔カメラ本体—ステ一〕 の 2つの公差 が存在するのに対し、 本実施例の構成によれば 〔撮像素子ーステ一〕 の 5021194
8 公差のみとすることができる。 なお、 ステ一突起部 1 8 a , 1 8 bの構 造の詳細については後述する。
また、 撮像素子 1 2は撮像素子基板 1 6へはんだ付けされるため、 撮 像素子 1 2の端子 3 2が撮像素子基板 1 6へ差し込めるよう、 撮像素子 基板 1 6には、 第 3図 （ d ) のように穴 4 3が開いている。
撮像素子基板 1 6は撮像素子 1 2 と接合する基板であり、 撮像素子 1 2で取り込んだ画像情報を処理基板 1 a 9へ伝送するための回路が構 成されている基板である。 なお、 左右の撮像素子基板 1 6 a , 1 6 bは、 撮像素子 1 2 a , 1 2 bに結像された画像情報を処理基板 1 a 9に設け られた画像処理 L S I l a 7へ取り込むための処理を行う。
処理基板 1 a 9は 1 6 a , 1 6 bから送られてきた画像情報を基に画 像処理 L S I により対象物の抽出を行い、 該対象物までの距離や大きさ を算出するため回路が構成されている基板である。
第 1図 （b) を用いて、 ステレオカメラの内部について説明する。 処 理基板 1 a 9は複数のねじ 1 b 1 によりステー 1 1に固定されており、 左右両端の撮像素子基板 1 6は複数のねじ l a 3によりステー 1 1 に固 定されている。 左右の撮像素子基板 1 6 a, 1 6 bと処理基板 1 a 9は ハーネス 1 b 0によって接続されている。 処理基板 1 a 9には、 取り込 んだ画像を用いてステレオ処理を行い、 対象物までの距離や大きさを算 出する画像処理 L S I 1 a 7、 ステレオ処理した画像を使用して様々な アプリケーション （例えば、 車両検知ゃ歩行者検知など） を行う演算処 理装置 1 a 6、 及びステレオカメラ外部からの情報をやり取りするため のインタ一フェースマイコン 1 a 8が設けられている。 ここで本実施例 ではインターフェースマイコン 1 a 8は、 演算処理装置 1 a 6を監視す る機能も有している。 05021194
9 処理基板 1 a 9には、 外部から上記演算処理装置 1 a 6， 画像処理 L S I， インターフェースマイコン 1 a 8をはじめとするステレオカメ ラの各マイコン， I Cに電源を供給する電源コネクタ 1 a 4、 及び、 ス テレオ処理画像等を外部に出力するための映像コネクタ 1 a 5が接続さ れている。
また、 ステー 1 1の裏側には、 処理基板 1 a 9や撮像素子基板 1 6 a， 1 6 bを保護するカバ一 1 a 1がねじ 1 a 2により取り付けられる。
第 2図にシステムブロック図を示す。 左右の撮像素子 1 2 a， 1 2 b で取り込まれた映像はハーネス 1 b 0を介し、 撮像素子基板 1 6 a，
1 6 bから処理基板 1 a 9へ伝達される。 処理基板 1 a 9内でははじめ に画像処理 L S I 1 a 7に映像データが送られる。 画像処理 LS I la7 は、 まず視差によるステレオマッチング処理を行うための前処理として、 映像データに対し、 撮像素子 1 2 a， 1 2 bのゲイン補正、 レンズ 13a , 1 3 bの周辺光量減衰特性から生まれる撮像面内の輝度差を補正するシ エーデイング処理を行い S D RAM 1に保管する。 次に S D RAM 1の データを用いてァフィン変換などのステレオマッチング処理を行い、 演 算処理装置 1 a 6との共有メモリである S D RAM 2に保管する。 演算 処理装置 l a 6は、 S D R AM 2に保管されたステレオ処理データを用 いて、 車両や歩行者などのさまざまな立体物検知処理を行い、 最終的な 演算結果はィンターフェースマイコン 1 a 8を介して外部へ出力される。 また、 映像は映像出力 I Cを介して映像出力コネクタ l a 5から外部に 出力される。 ステレオカメラへの電源の供給は車両からの電源を電源コ ネクタ 1 a 4を介して電源回路に送り、 必要な電圧へ変換した後、 各マ イコン， 各 I Cへ供給している。
ステー突起部 1 8 a， 1 8 bの構造と撮像素子 1 2 a， 1 2 bのステ 0 一 1 1への取り付けの実施例について第 3図， 第 5図を用いて詳細に説 明する。 なお本実施例では、 撮像素子 1 2 a , 1 2 bとして C C D (例 えば 3 8万画素の C C D) を用いる場合について説明するが、 CMO S 等、 他の撮像素子を用いる場合も同様に構成することができる。
第 3 図 （ a ) は C C Dの側面図、 第 3 図 （ b ) は正面図、 第 3 図 ( c ) は俯瞰図、 である。 このように C C Dは、 パッケージ 3 5と、 パ ッケージ凹部 3 9に設置された撮像面 3 3 , 撮像面 3 3で受光した映像 を各端子へ割り振るためのワイヤ 3 7 , ワイヤ 3 7がボンディ ングされ ている金属パッ ド 3 6， 金属パッ ド 3 6 と接続されている端子 3 2， 撮 像面保護のためのカバーガラス 3 4を備えている。 レンズ 1 3によって 撮像面 3 3に結像され、 結像された映像情報はワイヤ 3 7、 パッ ド 3 6， 端子 3 1を介して撮像素子基板 1 6へ伝達される。
ここで、 結像する際にはレンズ 1 3の持つ光軸と撮像面 3 3は垂直に なる必要がある。 仮に垂直にならない場合、 映像の一部分がボケてしま い、 ステレオマッチング処理を行うことができなくなるからである。 ま た、 ステレオマッチング処理を行う上では、 右の撮像素子で取得した映 像と左の撮像素子で取得した映像に視差以外のずれが生じることは好ま しくない。 そのため、 左右の撮像面の高さ方向， 回転方向， ピントを相 対的にもあわせる必要が生じる。
そこで、 第 4図に示すように、 ステ一 1 1のステ一突起部 1 8 a , 1 8 bに、 その基準面が実質的に同一平面 9 0 (第 4図 （ a )) 又は平 行な面 9 0 a , 9 0 b (第 4図 （b )) に含まれるような撮像素子設置 面 4 4 a, 44 bを設ける。 通常、 撮像面 3 3とパッケージ底面 3 8は ある規定内の平行度が保たれるように製造されている。 そのため、 ステ 一 1 1において、 第 4図 （ a) に示すように、 左右の撮像素子設置面 1 1
4 4 a , 4 4 bが実質的に同一平面 9 0に含まれるように構成すれば、 該設置面に設置した左右の撮像素子 1 2 a， 1 2 bの撮像面 3 3は良好 な平行度を保つことができ、 片ボケのない、 ピントが合った映像を取得 できるようになる。 従ってステレオカメラの検知精度が向上する。 また、 ステレオカメラの用途によっては、 車両に取り付けられた状態において カメラの正面方向から多少ずれた方向を撮像したい場合がある。 例えば、 歩道や路側帯付近の歩行者， 軽車両等を検知することを目的とする場合 には、 左側通行を前提とする場合には左前方， 右側通行を前提とする場 合は右前方を撮像したい場合がある。 このような場合には第 4図（b )に 示すように撮像素子設置面 4 4 a , 4 4 bを実質的に平行な平面 9 0 a , 9 0 bに含まれるように構成する。 ，
次に、 左右の撮像面の回転ずれをなくすための構成について説明する。 第 3図 （ c ) に示すように、 撮像素子 1 2にはパッケージ 3 5側面に 3 点の基準面 3 1 を設け、 ステー突起部 1 8にもこれらの基準面 3 1 と接 するように撮像素子位置決め面 4 1 を設ける。 撮像素子位置決め面 4 1 の具体的形状としては第 5図 （b ) のように撮像素子位置決め面 4 1を 一体構造として形成することもできるが、 第 5図 （ c ) のようにステー 突起部 1 8に撮像素子位置決めピン 4 2を立ててそのピン 4 2の頭を撮 像素子位置決め面 4 1 としてもよい。 なお、 撮像素子位置決め面 4 1の 形状や個数は撮像素子 1 2が有する基準面 3 1 に依存し、 例えば 4点以 上でも良い。 第 5図 （ a) については後述する。
ステー 1 1 とステ一突起部 1 8は同一部材であるため、 上述のような 構成を取ることでステ一基準面 1 4に対して撮像素子 1 2 a , 1 2 bの 上下方向， 左右方向， 回転方向のずれを押さえて位置決めを行うことが でき、 同時に左右の撮像素子相互間の位置関係を固定することができる。 第 6図， 第 7図， 第 8図を用いて撮像素子 1 2を撮像素子位置決め面 1に固定する構造の詳細な実施例を示す。 第 6図は固定構造の外観図 である。 第 6図 （ a) に示すように、 ステー 1 1の端部に設けられたス テ一突起部 1 8 aには撮像素子を設置する撮像素子設置面 44 aが生成 されており、 更に撮像素子 1 2 aを設置したときに撮像素子基準面 3 1 と相対する位置に撮像素子位置決め面 4 1が生成されている。 なお、 以 下の実施例では片方のステ一突起部 1 8 a及び撮像素子 1 2 aのみを図 示して説明するが、 ステー 1 1の反対側の端部に設けられたステー突起 部 1 8 b及び撮像素子 1 2 bについても同様の構成とする。 次に、 第 6 図 （b) に示すように、 撮像素子設置面 44 aに撮像素子 1 2 aを設置 し、 その上から撮像素子押さえ板 1 8 2を被せ、 固定ねじ 1 8 3でねじ 締めする。 撮像素子押さえ板 1 8 2は固定ねじ 1 8 3を通すためのねじ 穴 1 8 5を有しており、 固定ねじ 1 8 3はねじ穴 1 8 5を通してねじ穴 1 8 1 に対してねじ締めされる。
次に第 7図， 第 8図を用いて撮像素子 1 2 aの位置決め構造の詳細を 説明する。 第 7図 （ a) 〜 （ d) は撮像素子押さえ板 1 8 2の俯瞰図， 上面図， 正面図及び側面図であり、 第 8図 （ a) 〜 （ c ) は撮像素子押 さえ板 1 8 2をステ一突起部 1 8に取り付けた状態の上面図， 正面図及 び側面図である。
撮像素子押さえ板 1 8 2は、 第 7図 （ a) 〜 （d) に示すように、 ッ メ 1 8 4 , 1 8 6 , 1 8 7を備えている。
ッメ 1 8 4は撮像素子押さえ板 1 8 2がステー突起部 1 8に固定され た状態では、 第 8図に示すように撮像素子 1 2 aに押し曲げられて変形 し、 撮像素子 1 2 を撮像素子設置面 44へ押し付ける付勢力を発生す る。 ッメ 1 8 4は、 取り付け前は第 7図 （ a) に示すように撮像素子押 3 さえ板 1 8 2 と同一平面を形成する構成でもよいが、 予め折り曲げられ た構成としてもよい。
ッメ 1 8 6 , 1 8 7は撮像素子押さえ板 1 8 2がステ一突起部 1 8 a に固定された状態では、 第 8図に示すように撮像素子 1 2 aに押し曲げ られて変形し、 撮像素子 1 2 aを撮像素子位置決め面 4 1に押し付ける 付勢力を発生する。 本実施例ではッメ 1 8 6， 1 8 7は第 8図に示すよ うに予め撮像素子押さえ板 1 8 2に対して垂直な方向よりも撮像素子 1 2 aと接触する側に傾斜して設けられている。 これにより、 撮像素子 押さえ板 1 8 2がステー突起部 1 8 aに固定された状態では、 ッメ 1 8 6, 1 8 7は第 7図に示すように撮像素子押さえ板 1 8 2に対してほぼ垂直 となり、 撮像素子 1 2 aの側面に面接触して押さえることが可能となる。 上記の構成により、 撮像素子 1 2 aの撮像面に対し、 水平方向 （X軸 方向） へはッメ 1 8 6で、 垂直方向 （Y軸方向） へはッメ 1 8 7で、 奥 行方向 （Z軸方向） はッメ 1 8 4で押さえつける。 これにより、 撮像素 子 1 2 aを撮像素子設置面 4 4 a及び撮像素子位置決め面 4 1 aに押し 付けて固定し、 片ポケや左右の光軸ずれ、 回転ずれのない映像を生成す る。 特に回転ずれを防止するためには撮像素子位置決め面 4 1 aを各撮 像素子あたり 3点以上とすることが好適である。 なお、 本実施例におい ては、 撮像素子位置決め面 4 1 aの水平方向面が 2点、 垂直方向面が 1 点であるため、 水平方向のッメ 1 8 6が 2本、 垂直方向のッメ 1 8 7が 1本となっているが、 撮像素子位置決め面 4 1 aの水平方向面を 2点、 垂直方向面を 1点とし、 水平方向のッメ 1 8 6を 1本、 垂直方向のッメ 1 8 7を 2本としてもよい。 なお、 本実施例では撮像素子位置決め面 4 1 をステレオカメラが車両に取り付けられた状態で上側に位置するよ うに構成し、 下側から撮像素子押さえ板 1 8 2のッメにより押し付ける 構成としたが、 撮像素子位置決め面 4 1 をステレオカメラが車両に取り 付けられた状態で下側に位置するように構成し、 上側からッメで押さえ つける構成とすることもできる。 当該構成では、 重力も撮像素子 1 2を 撮像素子位置決め面 4 1 aに押し付ける方向に作用するので、 振動等に 対する耐性を向上することができる。
上記のように撮像素子押さえ板 1 8 2を用いて撮像素子 1 2 aを撮像 素子設置面 44 a及び撮像素子位置決め面 4 1 aへ押し付けてねじ締め し固定した後、 撮像素子基板 1 6をねじ l a 3で固定する。 ここで、 撮 像素子端子 3 2の長さはステー突起部 1 8 aの撮像素子設置面 44の厚 みよりも長いものとする。 これにより撮像素子端子 3 2は、 ステー突起 部 1 8 aに設けられた穴 4 3を通って、 撮像素子基板 1 6 aの穴 4 3に 達する。 最後に撮像素子端子 3 2と撮像素子基板 1 6 aをはんだ付けし、 電気的接続を完了する。
すなわち、 第 3図（d)のように、 撮像素子 1 2 aを直接ステ一 1 1 と 同一部材となっているステ一突起部 1 8 aに実装した後、 撮像素子を駆 動する為の回路が実装された撮像素子基板 1 6 aをステー突起部 1 8 a に後方から固定する。
続いて、 左右の撮像素子 1 2 a , 1 2 bの撮像面 3 3 a、 3 3 bの中 心とレンズ 1 3 a， 1 3 bの中心が合うようにレンズホルダ 1 9 a, 1 9 bごとレンズの位置を調整し、 固定する。 この際に、 第 9図（a)の ようにあらかじめステー突起部 1 8 a , 1 8 b又はレンズホルダ 1 9 a , 1 9 bにレンズホルダ位置決めピン 7 1 を立てて置き、 そのピンに合わ せてレンズホルダ 1 9 a , 1 9 bの取り付け、 固定を行っても良い。 も しくは第 9図 （b ) のようにあらかじめレンズホルダ 1 9 a， 1 9 bを ステー突起部に固定しておき、 レンズ 1 3 a， 1 3 b自体を撮像素子 5
1 2 a , 1 2 bの中心と合うように調整した後、 レンズ 1 3 a , 1 3 b をレンズホルダ 1 9 a , 1 9 bに接着材等で固定しても良い。 この場合、 レンズホルダ 1 9のレンズ 1 3を設置するための凹部 7 2は、 レンズ 1 3よりも径が大きい構成であり、 レンズ 1 3 と撮像素子 1 2 との位置 関係を調整した後に接着剤で固定する構成となる。
以上のようにして二つの撮像素子 1 2 a, 1 2 b相互間の位置関係を 決めつつ、 それぞれの撮像素子 1 2 a , 1 2 bとレンズ 1 3 a , 1 3 b との位置関係を決め、 光軸を然るべき方向に向け固定する。 この構成に よって撮像素子を直接ステ一へ実装することで撮像素子相互間の位置関 係を高精度かつ簡易的に決定することができる。 それにより、 通常であ れば第 1 0図 （ a ) のように左右の撮像素子から取り込んだ映像のずれ 補正を行った後にステレオ処理を行い、 対象物までの距離画像を生成す るのに対し、 左右の撮像素子の位置関係を高精度に成立させることによ つて第 1 0図 （b) のようにずれ補正することなく、 左右の映像をその ままステレオ処理して距離画像を生成することも可能となる。 例えば、 実装した撮像素子相互間で回転ずれが発生している場合、 第 1 8図のよ うに片方の撮像手段で得た画像上のある特徴点に対して、 もう片方の撮 像手段で得た画像上で、 撮像素子の回転ずれがある場合の探索方向 104 に対応点を探す必要がある。 この場合、 例えば画像サイズ 5 1 2画素 X
2 0 0画素、 探索方向 1 0 2 と 1 0 4の画素ずれを土 3 0画素とし、
3 2 bitS D RAMのバース トリードサイズを 8画素バースト、 パース トリードサイクルを 8サイクルをすると S D RAMのデータリードサイ クルは、 8サイクル X 5 1 2画素ノ 8画素 X 2 0 0 ライン X 2 = 204800 サイクル.となり、 これに回転ずれを補正するためのデータリードサイク ル 1 2 8 0 0を加えて 2 1 7 6 0 0サイクル必要となる。 これに対し、 TJP2005/021194
16 回転ずれが発生しない場合、 S D R AMのバース トリードサイクル 134 サイクル X 2 0 0ライン = 2 6 8 0 0サイクルとなり、 回転ずれが発生 しない場合と比較して、 2 1 7 6 0 0 Z 2 6 8 0 0 となり、 約 8倍の高 速化が期待できる。 このように、 撮像素子相互間の回転ずれを解消する のみでも大幅な処理速度の向上が図られる。
このように、 本実施例は一つの部材 （ステ一） に撮像素子そのものを 直接上下， 左右， 回転方向の相互間の位置関係を正確に調整し、 取り付 けるものである。 これにより、 従来技術に比べて撮像素子間の位置関係 に含まれる公差を低減し、 従来行っていた 2つのカメラ部をステ一に取 り付けた後に、 撮像素子間の位置関係のずれを補正する作業を行う必要 が無くなる。 これにより、 処理時間を短縮でき、 またステレオ処理によ る距離算出精度を向上させることができる。
第 1 1図を用いて第 1の実施例よりも更に高精度に撮像素子 1 2をス テー 1 1に実装する第 2の実施例を説明する。 第 1 1図 （ a) に示すよ うに、 撮像素子の撮像面 3 3は実際には回転方向にも若干のずれがあり、 撮像素子のパッケージ 3 5と撮像面は正確に平行な位置関係にはなく、 厳密には左右方向， 上下方向， 回転方向のずれが生じる。 このような撮 像面 3 3を実装する際のずれは、 パッケージの基準面 3 1に対する公差 として規定されている。 例えば 3 8万画素の C C Dでは回転方向の公差 を ± 1度と定めている。 従って二つの撮像素子相互間で生み出す回転角 のずれは最大 2度になる。 同様に、 上下， 左右方向の公差は ± 2 0 0 mとなるため、 二つの撮像素子相互間で生み出す上下左右方向のずれ は最大 4 0 0 mとなる。
このため、 第 1実施例の構成により撮像素子を実装した場合、 第 1 1 図 （ b ) に示すように撮像素子 1 2 a， 1 2 bのパッケージをステー 7
1 1に対して厳密に位置決めしたとしても、 それぞれの撮像面 3 3 a , 3 3 bの間では、 左右方向， 上下方向， 回転方向のずれが生じる。
これらのずれを修正するための構造として第 1 1図 （ c ) のような構 成が考えられる。 例えば第 1 2図 （ a ) , 第 1 2図 （b ) に示すように、 撮像素子 1 2の撮像面 3 3 自体を撮影するテレビカメラ 8 1を用意する。 テレビカメラ 8 1は撮像素子 1 2の撮像面 3 3の外形とステ一突起部基 準面 1 5を同時に撮影し、 撮像素子の撮像面 3 3 とステー突起部基準面 1 5が平行もしくは一定の角度に揃うように調整を行う。 ステ一突起部 基準面 1 5は、 撮像素子設置面 4 4近傍に存在するテレビカメラ 8 1で 認識可能な目印であり、 画像データにおいてエッジとして抽出しやすい 段差や線などを用いる。 本実施例では、 ステ一突起部 1 8に設けられた 撮像素子設置面 4 4との段差をステ一突起部基準面 1 5としている。 調 整は撮像素子 1 2の位置を動かすためのロポッ トアーム又は人間が手作 業で調整するためのマイクロメ一夕を装備して行う。 撮像面 3 3の位置 を調整する際に基準とする面はステ一基準面 1 4にしても良い。
このように撮像面 3 3の位置を観測し相互間の調整を行うことにより、 第 1 1図 （b ) のように撮像素子 1 2のパッケージに設けられた基準面 3 1を基準として実装する構成よりも更に撮像素子 1 2 a， 1 2 b相互 間の位置関係を高精度に実装することが可能となる （第 1 1図 （b ) )。 なお、 本実施例においては、 第 5図 （b )， ( c ) に示したように、 3 点以上の位置決め面 4 1 を設ける構成としてもよいが、 第 5図 （ a ) に 示すように、 水平方向 （X方向）， 垂直方向 （Y方向） には位置決め面 4 1を設けず、 奥行方向 （Z方向） のみ撮像素子設置面 4 4を用いて位 置決めをし、 X , Y方向については、 前述の口ポッ トアーム又はマイク ロメ一夕を用いて調整する構成としてもよい。 この場合、 撮像素子 1 2 T/JP2005/021194
18 とステ一突起部 1 8との固定は接着剤を用いる。
さらに、 位置決め面 4 1 を 2点とし、 大まかな位置調整をこの 2点の 位置決め面 4 1に押し当てて行うとともに、 カメラとロボッ トアーム又 はマイクロメ一夕を用いて微調整をする構成としてもよい。 このように 概略の位置決めを位置決め面 4 1で行い、 ロボッ トアームで微調整する 構成とすれば、 より工作機械による自動製造に適した構成となる。
第 1及び第 2の実施例では、 2つの撮像素子 1 2 a , 1 2 bを一つの ステー 1 1 に位置決めした後、 それぞれの撮像素子 1 2 a, 1 2 bに対 してレンズ 1 3 a， 1 3 bをそれぞれの光軸が互いに平行となるように 設置することを述べた。 ここで光軸とはレンズホルダ 1 9に固定されて いるレンズ 1 3と、 ステ一 1 1 に固定されている撮像素子 1 2の位置関 係が作り出す仮想直線のことを意味する。 ステレオ視を精度良く行うた めには、 上記のように位置決めをして固定したレンズ 1 3 a , 1 3 bと 撮像素子 1 2 a， 1 2 bとの位置関係は変化しないことが望ましい。 一方、 車載用カメラにおいて車両外部の状況を撮像し、 太陽光の直接 入射や不必要な方向からの強い光の入射などによって撮像素子 1 2の飽 和を起こさないために、 レンズフードを用いることが有効である。
しかしながら、 第 1 4図に示すようにレンズフード 1 6 1がレンズホ ルダ 1 9を土台として取り付けられている場合、 レンズフード 1 6 1が 突起している為、 カメラの運搬時や車両取り付け時にレンズフード 161 に衝撃が加えられ、 レンズ 1 3 a, 1 3 bと撮像素子 1 2 a , 1 2 と の位置関係が変化する可能性がある。
そこで本実施例では、 レンズフード 1 6 1が衝撃を受けてもレンズ 1 3 a, 1 3 bと撮像素子 1 2 a， 1 2 bの位置関係が変化しない構成を 示す。 なお、 以下の実施例では片方の撮像素子 1 2 b及びレンズ 1 3 b を用いて説明するが、 反対側の撮像素子 1 2 a及びレンズ 1 3 aについ ても同様の構成である。 第 1 3図のように、 レンズホルダ 1 9 bを包み 込むようにレンズフード 1 5 l bを袋形状にすることで、 レンズフード 1 5 1 bをレンズホルダ 1 9 bには固定せずに、 ステー 1 1 に直接固定 する構造とする。 第 1 3図 （ a ) はレンズフードの外観図、 第 1 3図 ( b ) は断面図である。 なお、 レンズフード 1 5 1 bの袋部分はレンズ ホルダに 1 9 bに接触しないようにクリアランス （空隙） 9 2を有して おり、 レンズフード 1 5 l bに何らかの衝撃が加わったとしてもその影 響でレンズホルダ 1 9 bの位置がずれることを回避する構造となってい る。 これによりレンズフード 1 5 1 bのステー 1 1に対する位置が衝撃 により多少変化したとしても、 レンズフード 1 9 bの位置は変化せず、 ステレオ処理に不可欠なレンズ 1 3 bと撮像素子 1 2 bとの高精度な位 置関係は正常に保たれる。 なお反対側のレンズフ一ド 1 5 1 aも同様の 構成であり、 同様の効果を奏する。
また、 従来技術に比べて、 レンズホルダの隙間から入射する外乱光を より確実にシャッ トァゥ トできるので、 より鮮明な画像を取り込むこと ができるようになる。
また、 第 1 5図のように、 カバ一領域を更に広げた構造のレンズフー ド 1 7 1 bを使用してもよい。 レンズフードはねじ 1 Ί 2を用いてステ 一部に固定される。 第 1 5図 （ a ) は外観図、 第 1 5図 （b) は断面図 である。 このようにステ一 1 1の上面からレンズホルダ全体を内包する ように構成することで、 ステ一突起部 1 8 b上にレンズフード 1 7 1 b 固定用のねじ穴が不要となり、 ステー突起部 1 8 bの大きさ， 形状， レ ンズホルダ 1 9 bの取付構造等の設計について自由度が向上される。 ま た、 レンズホルダ 1 9 bとレンズフード 1 7 1 bとの間のクリアランス (空隙） 9 3を第 1 3図に示す実施例よりも広く確保することが可能と なるので、 より衝撃による位置関係の変化を防止し得る構造となる。 ま た、 レンズホルダ 1 9 bとステー突起部 1 8 bとの取付面よりも後方
(撮像素子側） からレンズ及び撮像素子を包み込むように遮光できるの で、 より外乱光の遮断を確実に行うことができる。 なお、 反対側のレン ズフード 1 7 1 aも同様の構成であり、 同様の効果を奏する。 産業上の利用可能性 .
本発明によれば、 2つのカメラを別々に組み立てた後にステ一に取り 付ける従来技術に比べて、 公差の含まれる接合箇所を一つ減らすことが できるので、 ステレオカメラの生産性が向上される。 また、 撮像素子間 の位置， 角度ずれの補正処理をある程度省く ことができるので、 ステレ ォカメラの処理速度， 計測精度を簡易な構成で向上することができる。

Claims

2 請 求 の 範 囲
1. 第 1の撮像素子 （ 1 2 a) と、
第 2の撮像素子 （ 1 2 b ) と
ステー （ 1 1 ) と、
前記ステ一と一体に設けられ、 前記第 1の撮像素子が設置される第 1 の設置面 （4 4 a) と、
前記ステ一と一体に設けられ、 前記第 2の撮像素子が設置される第 2 の設置面 （44 b ) とを備え、
前記第 1の設置面と前記第 2の設置面とが、 実質的に同一の平面又は 実質的に平行な平面に含まれることを特徴とするステレオカメラ。
2. 請求項 1 において
前記第 1の撮像素子 ( 1 2 a) を前記第 1の設置面 （44 a) に押し 付ける第 1の押さえ板 ( 1 8 2 a ) と、
前記第 2の撮像素子 ( 1 2 b) を前記第 2の設置面 （44 b) に押し 付ける第 2の押さえ板 ( 1 8 2 a ) とを有することを特徴とするステレ ォカメラ。
3. 請求項 1 において
前記第 1及び第 2の撮像素子 （ 1 2 a , 1 2 b ) は位置決めのための 基準面 （ 3 1 ) を備え、
前記ステー （ 1 1 ) は、 前記基準面 （ 3 1 ) と相対する位置に位置決 め面 （4 1 ) を有することを特徴とするステレオカメラ。
4. 請求項 3において、
各撮像素子に対して前記位置決め面 （4 1 ) を 3つ以上有することを 特徴とするステレオカメラ。
5. 請求項 3において、 前記第 1の撮像素子 （ 1 2 a) を前記第 1の設置面 （44 a) 及び位 置決め面 （4 1 ) に押し付ける第 1の押さえ板 （ 1 8 2 a) と、
前記第 2の撮像素子 （ 1 2 b) を前記第 2の設置面 （44 b) 及び位 置決め面 （4 1 ) に押し付ける第 2の押さえ板 （ 1 8 2 a) とを有する ことを特徴とするステレオカメラ。
6. 請求項 3において、
各撮像素子に対して前記位置決め面 （ 4 1 ) を 2つ有し、 前記第 1及 び第 2の撮像素子 （ 1 2 a , 1 2 b) は接着剤により前記設置面に固定 されることを特徴とするステレオカメラ。
7. 第 1の撮像素子 （ 1 2 a) 及び第 2の撮像素子 （ 1 2 b) が取り付 けられたステー （ 1 1 ) と、
前記第 1の撮像素子との組み合わせにより撮像系を構成する第 1のレ ンズ （ 1 3 a ) と、
前記ステ一に固定され、 前記第 1のレンズを保持する第 1のレンズホ ルダ （ 1 9 a ) と、
前記第 2の撮像素子との組み合わせにより撮像系を構成する第 2のレ ンズ （ 1 3 b ) と、
前記ステ一に固定され、 前記第 2のレンズを保持する第 2のレンズホ ルダ （ 1 9 b) と、
前記ステ一に固定され、 前記第 1のレンズホルダを覆う第 1のレンズ フード （ 1 5 1 a， 1 7 1 a) と、
前記ステ一に固定され、 前記第 2のレンズホルダを覆う第 2のレンズ フード （ 1 5 1 b， 1 7 1 b) と、 を備え、
前記第 1及び第 2のレンズフードと前記第 1及び第 2のレンズホルダ との間に空隙 （ 9 2 , 9 3 ) を有することを特徴とするステレオカメラ。
8. 請求項 1 において、
前記ステ一 （ 1 1 ) は、 前記第 1の設置面 （4 4 a ) の近傍及び前記 第 2の設置面 （4 4 b) の近傍に、 前記撮像素子 （ 1 2 a , 1 2 b ) の 位置決めの基準となる目印又は構造であって、 ビデオ力メラで認識可能 なものを備えることを特徴とするステレオ力メラ。
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