CN101363729B - 距离计测方法和装置、以及配备距离计测装置的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明的距离计测装置能够正确地计测直至被检测物体的距离信息，而不会受被检测物体的反射率及距离影响。该距离计测装置从光投射器(1R、1B)照射对于照射角的照度的变化率为一定的照射光(LR)和照度的变化率根据照射角而不同的照射光(LB)，由照相机(2C)拍摄被检测物体的像，从所拍摄的图像中照射光(LR)产生的图像中，提取照度的变化率为一定的区域作为观察区域，根据照射光(LB)产生的图像，对每个该观察区域求照度的变化率，根据该变化率而求照射光(LB)的照射角，使用该照射角的信息来计算直至被检测物体的距离。

Description

距离计测方法和装置、以及配备距离计测装置的车辆
技术领域
本发明涉及将用于计测的光照射到被检测物体，从而计测被检测物体的距离信息的距离计测技术、以及使用该距离计测技术的乘用车等车辆。
背景技术
已知这样的距离(形状)计测装置，将光对着计测对象空间照射，由CCD等的摄像装置拍摄来自被检测物体的反射光，并处理该摄像信息，从而计测直至被检测物体的距离或被检测物体的形状等。作为这样的计测装置，已知在照相机的1帧的曝光时间中，对着计测对象空间照射狭缝光(slit light)，以使每个照射方向上照射光量不同，在由照相机拍摄所得到的图像中，根据狭缝光的照射造成的曝光量总和的差异，对各个像素计算狭缝光的照射方向的计测装置(例如，参照专利文献1)。
在这种计测装置中，基于对各个像素计算出的狭缝光的照射方向、各个像素的拍摄方向、以及狭缝光的光源的位置和照相机之间的位置关系，按三角测量的原理来计算直至被照射了狭缝光的物体的点或面的距离。然后，根据这样计算出的照相机的所有像素的距离信息，对计测对象空间内的物体的三维形状进行计测。
[专利文献1]特开20002-131031号公报
但是，在这种以往的计测装置，照射光使得各个狭缝光的照射光量不同，根据照相机拍摄的像的曝光量总和的差异来计算照射方向，并使用该照射方向来几何地计算距离。因此，例如存在以下问题：曝光量总和由于物体面的反射率的差异而不同，因而有时错误地算出照射方向，不能进行正确的距离计测。
发明内容
在本发明的距离计测装置中，光照射单元将对于照射角的规定的特性的变化率为一定的第一光和特性的变化率根据照射角而不同的第二光照射到计测对象空间。摄像单元拍摄进行了光照射后的计测对象空间内的被检测物体的像。被检测区域提取单元从摄像单元所拍摄的图像中第一光产生的图像中，提取特性的变化率为一定的区域作为被检测区域。照射角信息计算单元，对于被检测区域提取单元所提取的每个被检测区域，根据摄像单元所拍摄的图像中第二光产生的图像而求特性的变化信息，根据该变化信息而求第二光的照射角信息。距离信息计算单元，对于每个被检测区域，根据由照射角信息计算单元求得的照射角信息、被检测区域的摄像单元产生的图像上的位置信息、以及光照射单元和摄像单元之间的位置关系信息来计算直至与被检测区域对应的被检测物体的距离信息。
根据本发明，能够正确地计测直至被检测物体的距离信息(包含形状信息)，而不会受到各个被检测物体的反射率影响。
附图说明
图1是表示安装了本发明实施方式的一例的距离计测装置的车辆的斜视图。
图2是将表示该实施方式的距离计测装置的光学系统的一部分切开的平面图。
图3的(A)是表示该实施方式的距离计测装置的左侧的光投射器1B以及照相机2C的结构的侧面图，图3的(B)是表示浓度滤光器6B的图，图3的(C)是表示照射光LB的照度分布的图，图3的(D)是表示均匀化滤光器6R的图，图3的(E)是表示照射光LR的照度分布的图。
图4是表示该实施方式的控制组件CU的结构的方框图。
图5是表示基于图1的照射光LR的图像的图。
图6的(A)是表示基于图1的照射光LB的图像的图，图6的(B)是表示照射光LB的照度分布的图，图6的(C)是表示图像上的亮度的变化率和照射角之间的关系的图。
图7是表示该实施方式中的距离计测动作的一例的流程图。
图8是表示图2的浓度滤光器6B的变形例的图。
具体实施方式
参照图1～图7说明本发明的距离计测装置的实施方式的一例。本实施方式是在乘用车等车辆上所具备的距离计测装置中应用了本发明的方式。图1表示安装了本实施方式的距离计测装置的车辆MB。距离计测装置包括第一以及第二光投射器1B、1R、照相机2C以及图4的控制组件CU。光投射器1B、1R将车辆前方作为计测对象空间，对计测对象空间照射用于计测的光，照相机2C检测来自计测空间内的被检测物体的反射光(包含镜面反射光和散射光等)。控制组件CU使用照相机2C的检测信息来计测被检测物体的距离信息(包含形状的信息)。
在图1中，第一以及第二光投射器1B、1R分别被设置在车辆MB的前保险杠(front bumper)3的左端部和右端部的附近，对计测对象空间进行照射，以使规定的照度分布的照射光LB和LR重叠。照相机2C被安装在挡风玻璃(front glass)的上部中央附近、即车顶(roof)4的前端部中央内侧的车室内后视镜(room mirror)(未图示)的附近。照相机2C具有物镜、以及将CCD或者CMOS等多个像素二维排列的彩色摄像元件。照相机2C将从光投射器1B、1R所照射的照射光产生的来自被检测物体的反射光进行多个颜色分量的每个分量的光接收，并获得彩色图像。另外，光投射器1B、1R可以配置在相同的位置上。
图2是表示图1的光投射器1B、1R以及照相机2C的结构的平面图，在该图2中，左侧光投射器1B包括蓝色光源5B、浓度滤光器6B和驱动单元4B。蓝色光源5B包含发光二极管(LED)以及透镜(lens)，以规定的立体角放射状地产生蓝色(波长470nm)的照射光LB。浓度滤光器6B将照射光LB的照度分布如后面叙述的那样设定为变化率根据照射角而逐渐变化的分布。驱动单元4B使蓝色光源5B脉冲发光。
右侧的光投射器1R包括红色光源5R、均匀化滤光器6R和驱动单元4R。红色光源5R以与照射光LB大致相同的立体角放射状地产生红色(波长680nm)的照射光LR。均匀化滤光器6R将照射光LR的照度分布如后面叙述的那样设定为对于照射角的变化率大致固定的分布。驱动单元4R使红色光源5R脉冲发光。
驱动单元4B、4R通过来自图4的控制组件CU的照射控制信号T1B、T1R，例如使照射光LB、LR在同一定时从光投射器1B、1R同时脉冲发光。照射控制信号T1B、T1R从控制组件CU的照射模式(pattern)控制单元32来提供。
在图2中，来自左右的光投射器1B、1R的照射光LB、LR被构成为，能够大致重叠照明车辆MB前方的计测对象空间。其结果，对于该车辆前方的各种被检测物体而言，照射光LB和LR例如作为脉冲光而重叠照射，该各个被检测物体的照射光LB和LR产生的反射光的像通过照相机2C被拍摄。
如图2所示，照相机2C包括具有光轴AX的物镜11和用于拍摄彩色图像的摄像元件12C。摄像元件12C的多个像素被二维地排列，但在图2中，仅表示了在第k列的水平线上所排列的J个(J为2以上的整数)像素PXj(j＝1～J)。在以下的说明中，对于处理第k列的水平线上的像素PXj的摄像信号sj(t)的情况进行说明，但其他列的像素的摄像信号也被同样处理。
这时，各个像素PXj构成为包含用于检测红色光的亮度的红色像素PXRj、用于检测绿色光的亮度的绿色像素PXGj、以及用于检测蓝色光的亮度的蓝色像素PXBj，摄像信号sj(t)也构成为包含与红色、绿色以及蓝色的图像对应的摄像信号sRj(t)、sGj(t)以及sBj(t)。
在图2的状态中，在被检测物体(未图示)上的观测点Q1上从光投射器1B、1R被照射了照射光LB和LR时，来自观测点Q1的反射光DL(照射光LB和LR的合成光的反射光)入射到像素PXj。同样地，来自照射光LB和LR重叠照射的被检测物体的其他点上的反射光入射到摄像元件12C上的对应的像素中，从而被检测物体的像被拍摄。这时，对于各个像素，相对于作为入射的光束的光轴AX的角度的摄像角被预先相对应。另外，在图2中，将车辆的宽度方向、即与光轴AX垂直且与路面平行的方向设为x方向。
如图4所示，控制组件CU包括CPU30、将来自照相机2C的摄像信号进行A/D变换的A/D变换器13、存储由A/D变换器13进行了A/D变换后的摄像信号的图像存储器14。CPU30构成为包括驱动控制单元31、照射模式控制单元32、差分处理单元33、观测区域提取单元34、照射角计算单元35、距离计算单元36、邻近物检测单元37。
照射模式控制单元32与来自驱动控制单元31的照相机控制信号T2同步，分别将照射控制信号T1B提供给光投射器1B，将照射控制信号T1R提供给光投射器1R，从而对光投射器1B、1R进行驱动控制。
CPU30基于照相机控制信号T2，如后述那样，在熄灭了光投射器1B、1R的状态下用照相机2C拍摄车辆前方从而取得参照图像，并将参照图像存储到图像存储器14中。例如，从摄像元件12C的各个像素PXj读出摄像信号sj(t)，并经由A/D变换器13存储到图像存储器14中。同样地，在从光投射器1B、1R照射了脉冲光的状态下用照相机2C拍摄车辆前方从而取得检测图像，并将检测图像存储到图像存储器14中。CPU30从图像存储器14读出参照图像信号和检测图像信号。例如，对于图像存储器14中所存储的参照图像信号和检测图像信号的各个信号，读出各个像素PXj的时间序列的摄像信号sj(t)(摄像信息)。CPU的各个部分的细节将在后面叙述。
另外，在本实施方式中，照射光LB和LR分别为蓝色和红色，所以在控制组件CU中，只有摄像信号sj(t)中的红色和蓝色的图像的摄像信号sRj(t)、sBj(t)被使用。
图3的(A)是表示图2的光投射器1B的蓝色光源5B、浓度滤光器6B和照相机2C的侧面图。在图3的(A)中，将垂直于路面的方向设为y方向时，摄像元件12C的垂直线在y方向上延长。在图3的(A)中，表示在摄像元件12C的第j行的垂直线上所排列的K个(K是2以上的整数)像素PXjk(实际上由红色、绿色、蓝色的像素组成)(k＝1～K)。以下，说明像素PXjk的像素信号的处理，但其他垂直线上的像素的摄像信号也被同样处理。这时，将各个垂直线上的第k个像素PXjk的y坐标设为yk。
在图3的(A)中，光投射器1B即蓝色光源5B的照射轴AXB相对于照相机2C的光轴AX平行。此外，在图3的(A)中，在照相机2C前方的不同距离有物体15A和15B，将物体15A、15B面向照相机2C的面分别设为被检测面16A、16B。这时，在从蓝色光源5B放射状地照射的照射光中，将照射角为α的光设为照射光LBα。将照射在被检测面16A、16B的大致中心的照射角为α1、α2的光设为照射光LBα1、LBα2。另外，照射角是与照射轴AXB形成的角度。
照射光LBα1、LBα2在被检测面16A、16B所反射的光，入射到照相机2C的摄像元件12C的像素PXjq和PXjk。这时，分别从被检测面16A、16B反射的反射光的光轴相对于照相机光轴AX分别具有角度γ1、γ2。将该角度称为摄像角。将照相机2C和蓝色光源5B在y方向的已知的间隔设为e时，根据三角测量的原理，从照相机2C直至被检测面16A、16B的距离d1、d2可以近似地根据下列算式(1A)、(1B)来计算。
另外，也可以通过将照相机2C和蓝色光源5B在光轴AX方向的间隔等也考虑在内而计算距离d1、d2，从而更正确地计算距离d1、d2。
d1＝e/(tanα1+tanγ1)      ...(1A)
d2＝e/(tanα2+tanγ2)      ...(1B)
可以根据接收来自被检测面16A、16B的反射光的像素PXjq、PXjk的位置(这里y坐标为yq、yk)的信息，例如通过参照规定的表而求摄像角γ1、γ2。但是，由于在只是确定将反射光接收的像素的位置，不知道对应于该反射光的照射光LBα1、LBα2的照射角α1、α2，所以无法应用算式(1A)以及(1B)。
因此，在本实施方式中，使用浓度滤光器6B而使照射光的照度的变化率根据照射角α变化，从而根据基于照相机2C的被检测面16A、16B的图像而求出照射角α1、α2。
图3的(B)表示浓度滤光器6B的透射率分布，若设图3(A)的蓝色光源5B的照射光的光强度分布均匀而与照射方向无关，则图3(B)的浓度滤光器6B的透射率在x方向上为一定，在y方向上大致为2次函数的特性，其透射率变大。
图3的(C)表示通过使用浓度滤光器6B所得到的图3的(A)的照射光LBα在相隔单位距离左右的位置上对于照射角α的照度ILB(α)的特性，如图3的(C)和下列算式所示，使用照射角的最小值αmin、规定的偏移c以及系数h，照度ILB(α)以照射角α的2次函数作为下列算式(2A)表示。
ILB(α)＝h(α-αmin)2+c    ...(2A)
这时，照度ILB(α)对于照射角α的变化率dILB/dα如下列算式(2B)那样表示。由算式(2B)可知，变化率dILB/dα相对于照射角α线性地变化。
dILB/dα＝2h(α-αmin)     ...(2B)
在照射角α为α1或者α2时，该变化率为互不相同的值，如图3(C)的切线17A以及17B的斜率所示那样。因此，在本实施方式中，基于照相机2C所拍摄的图像内的摄像信号(亮度电平)在y方向的变化率，能够求在对应的被检测面上所照射的照射光的照射角。这时，使用通过了图2的均匀化滤光器6R的照射光LR，因此说明照射光LR的照度分布。
图3的(D)表示图2的均匀化滤光器6R的透射率分布。若设图2的红色光源5R的照射光的光强度分布均匀而与照射方向无关，则图3的(D)的均匀化滤光器6R的透射率在x方向上为一定，在y方向上透射率大致线性地增大。
图3的(E)表示通过使用均匀化滤光器6R所得到的图2的照射光LR在相隔单位距离的位置上对于照射角α(与红色光源5R的光轴AX形成的角度)的照度ILR(α)的特性。图3的(E)的虚线曲线18B使用规定的系数a以及b，以照射角α的1次函数作为下列算式(3A)表示。
ILR(α)＝a·α+b               ...(3A)
因此，照度ILR(α)对于照射角α的变化率dILR/dα如下列算式(3B)那样表示。由算式(3B)可知，变化率dILR/dα如下所示为固定的a，而与照射角α无关。
dILR/dα＝a                    ...(3B)
系数a也可以是0，这时的照度ILR(α)如图3(E)的实线18A所示那样，其值为固定值b。
另外，在图3的(A)中为了便于说明，照射光对于物体15A、15B的照射角α1、α2相对于水平方向向上，但实际上，如图1所示，照射角α1、α2相对于水平方向略微向下。即，来自光投射器1B、1R的照射光LB、LR被设定，使得照度从相对于水平方向规定角度向下的角度到水平方向为止逐渐增加，使得在水平方向的上方的角度几乎不会被照射。通过这样设定，使得在水平方向上照度达到最大，从而即使是行使在路面上的远处的车辆，也能够正确地计测其距离。
下面，说明用于求被照射到图1的物体15A、15B上的照射光LB的照射角的原理。
在图1的距离为d1、d2的物体15A、15B上被光投射器1R照射了照射光LR时，物体15A、15B中的照度IrR1、IrR2使用下列算式(4A)、(4B)表示。
IrR1＝(a·α1+b)/(d1)2          ...(4A)
IrR2＝(a·α2+b)/(d2)2          ...(4B)
在将物体15A、15B对于红色光的反射率设为r1、r2时，通过照射光LR的反射光，用照相机2C拍摄所得到的物体15A、15B的红色图像的亮度LevR1、LevR2按下列算式(5A)、(5B)表示。另外，函数f{}是照相机2C的灵敏度特性函数。
LevR1＝f{(a·α1+b)r1/(d1)2}    ...(5A)
LevR2＝f{(a·α2+b)r2/(d2)2}    ...(5B)
根据照射角和像素的位置存在的比例关系，由照相机2C拍摄的红色图像的亮度LevR1、LevR2对照射角α的变化率dLevR1/dα、dLevR2/dα按下列算式(6A)、(6B)表示。
dLevR1/dα＝f{a·r1/(d1)2}               ...(6A)
dLevR2/dα＝f{a·r2/(d2)2}               ...(6B)
因此，在提取红色图像的亮度的空间变化为大致一定的区域、即红色图像上x方向、y方向的亮度的变化率在规定的允许范围内且相同的区域，也就是观测区域时，能够提取反射率r和距离d的平方的比值(＝r/d2)为一定的区域、即直至物体的距离相同且反射率相同的区域。这样，通过从照射光LR的图像中提取亮度的空间变化率为大致一定的观测区域，能够识别图3的(A)的被检测面16A、16B的图像。
另一方面，在从图1的光投射器1B将具有算式(2A)的照度分布的照射光LB照射到物体15A时，通过来自物体15A的反射光，用照相机2C拍摄所得到的蓝色图像的亮度LevB1成为下列算式。
LevB1＝f[{h(α-αmin)2+c}rB1/(d1)2]       ...(7)
其中，rB1是对于蓝色光的反射率。
此外，物体15A的蓝色图像的亮度LevB1对照射角α的变化率dLevB1/dα成为下列算式。
dLevB1/dα＝f[{2h(α-αmin)}rB1/(d1)2]    ...(8)
此外，根据照相机2C的图像上的观测区域中的反射率和距离的平方的比值为一定，将2h·rB1/(d1)2设为H1时，dLevB1/dα可以如下表示。
dLevB1/dα＝f{H1(α-αmin)}               ...(9)
因此，亮度对于照射角α的变化率dLevB1/dα成为由照射角α唯一决定的值。由于照相机2C的灵敏度特性函数f为已知，因此可以根据蓝色图像求对应于dLevB1/dα的蓝色图像的亮度对于y坐标的变化率，并且能够通过比较该值和算式(2B)来确定照射角α1等。
图4表示控制组件CU，该组件控制图2的光投射器1B、1R以及照相机2C的动作，并且处理照相机2C的摄像信号从而求直至车辆前方的被检测物体的距离信息。在图4中，控制组件CU是具备了包含图像存储器14的RAM、ROM、CPU30、A/D变换器13等的控制电路。图4的CPU30内的分为各个块的处理单元是通过计算机的软件所实行的功能。但是，也可以由逻辑电路等的组合(硬件)来实现各个处理单元。
CPU30具有：对装置整体的动作统一地控制的驱动控制单元31；对图2的光投射器1B、1R提供照射控制信号T1B、T1R的照射模式控制单元32；差分处理单元33；观测区域提取单元34；照射角计算单元35；距离计算单元36；以及邻近物检测单元37。驱动控制单元31首先通过照射模式控制单元32，使图2的光投射器1B、1R同时脉冲发光出蓝色的照射光LB以及红色的照射光LR，从而使照相机2C进行第1次拍摄。接着，在没有来自光投射器1B、1R的照射的状态下，使照相机2C进行第2次拍摄。这是为了在检测基于图2的车辆前方的照射光LB、LR的反射光时，消除背景光的影响。
通过照相机2C的这两次拍摄所得到的各个像素的摄像信号sj(t)作为参照图像信号和检测图像信号被存储到图像存储器14中，其中，与红色以及蓝色的图像对应的摄像信号sRj(t)、sBj(t)被提供给差分处理单元33。在差分处理单元33中，为了求图2的照度变化率为一定的照射光LR的反射光的图像，对红色的各个像素求两次的摄像信号sRj(t)的差分的摄像信号uRj(t)，并将该摄像信号提供给观测区域提取单元34。进而，为了求图2的照度变化率因照射角α而变化的照射光LB的反射光的图像，对用于蓝色图像的各个像素求两次的摄像信号sBj(t)的差分的摄像信号uBj(t)，并将该摄像信号提供给照射角计算单元35。
在观测区域提取单元34中，使用所提供的摄像信号uRj(t)，在图5所示的照相机2C的红色图像2CR中，将x方向、y方向的亮度的变化率在规定的允许范围(例如，对于平均值的偏差为10％等)内且可以看为一定的图像作为观察区域来提取。在图1的情况下，与物体15A、15B的被检测面对应的两个观察区域19A、19B，作为在图5的图像2CR内水平方向的坐标x、垂直方向的坐标y中的亮度ILR(x，y)的变化率在其允许范围内且一定的图像而被提取。用于表示属于各个观察区域19A、19B的多个像素的位置的坐标信息T3被提供给图4的照射角计算单元35以及距离计算单元36。
在照射角计算单元35，基于所提供的坐标信息T3，在图6的(A)所示的照相机2C的蓝色图像2CB中，确定图5的两个观察区域19A、19B内的照射角计算的基准点，例如中心点QA以及QB。另外，图像2CB中的点是指与照相机2C的一个像素(这里为蓝色像素)对应的区域。并且，若将中心点QA以及QB的y坐标设为ya以及yb，则在照射角计算单元35中，使用蓝色图像的差分的摄像信号uBj(t)，在y方向上夹住中心点QA以及QB的两点中，求亮度电平(level)的差分。
另外，也可以在计算亮度电平的差分之前，例如对于图6的(A)的每个观察区域19A、19B，通过将摄像信号uBj(t)除以相对应的红色图像的摄像信号uRj(t)的平均电平等，从而进行标准化。
这里，将在y方向上夹住图6的(A)的中心点QA的点QA1、QA2中的摄像信号uBj(t)的亮度电平设为uBA1、uBA2，假设点QA1、QA、QA2的y坐标每次变化已知的Δy。若将亮度ILB对于y坐标的变化率dILB/dy视为将亮度ILB的差分除以对应的y坐标的变化量的值，则点QA中的亮度的变化率dILB/dy可以如下那样计算。
dILB/dy(点QA)＝(uBA2-uBA1)/(2Δy)     ...(10A)
同样地，将在y方向上夹住中心点QB的点设为QB1、QB2(未图示)，将点QB 1、QB2中的摄像信号uBj(t)的亮度电平设为uBB1、uBB2时，点QB中的亮度的变化率dILB/dy可以如下那样计算。
dILB/dy(点QB)＝(uBB2-uBB1)/(2Δy)     ...(10B)
这时，由算式(2A)、即图6的(B)表示图1的照射光LB对于照射角α的照度ILB(α)，由算式(2B)表示照度ILB(α)对于照射角α的变化率dILB(α)/dα。在本实施方式中，为了基于检测图像来决定照射角，需要求蓝色图像的亮度电平在y轴上相对于照射角α如何变化。因此，使用表示了照相机2C的灵敏度特性的函数f{}，将由算式(2B)表示的照度ILB(α)对于照射角α的变化率dILB(α)/dα换算成蓝色图像的亮度电平对于y坐标的变化率dILB/dy。变化率dILB/dy例如作为图6(C)的直线20表示。该直线20的斜率、即用于表示纵轴的照射角α的变化相对于横轴的变化率dILB/dy的变化的比例的值，被预先存储在图4的照射角计算单元35内的存储单元中。
然后，在照射角计算单元35中，确定直线20上的点21A以及21B，以使通过算式(10A)以及(10B)计算出的亮度的变化率dILB/dy的值成为图6的(C)的横轴的值，并求与该点21A以及21B对应的纵轴上的照射角α1以及α2。该照射角α1以及α2是入射到图6(A)的观察区域19A、19B的中心点QA、QB的、来自图1的光投射器1B的照射光LBα1、LBα2的照射角。包含该观察区域19A、19B的中心点QA、QB的坐标以及与此对应的照射角α1、α2的照射角信息T4被提供给距离计算单元36。
在距离计算单元36中，根据从观测区域提取单元34提供的坐标信息T3识别属于观察区域19A、19B的点的坐标。进而，距离计算单元36根据该照射角信息T4提取各个观察区域19A、19B内的基准点的坐标，并根据该坐标来求该基准点的入射到图3的(A)的照相机2C的反射光的摄像角γ1、γ2。接着，距离计算单元36根据该照射角信息T4，提取入射到各个观察区域19A、19B内的基准点的照射光LB的照射角α1、α2。然后，距离计算单元36通过将图3(A)的照相机2C和蓝色光源5B的y方向的已知间隔e、摄像角γ1、γ2、照射角α1、α2代入算式(1A)以及(1B)，计算直至作为与图6的(A)的观察区域19A、19B对应的物体的图3的(A)的被检测面16A、16B的距离d1、d2。观察区域19A、19B的x方向、y方向的位置信息、以及计算出的距离d1、d2的信息被提供给邻近物检测单元37以及显示器39。
在显示器39中，例如在与监视器上的观察区域19A、19B对应的区域中显示距离信息。在所提供的距离d1、d2为规定的允许值以下时，邻近物检测单元37使蜂鸣器38发出警报，从而向乘坐人员发出警告。根据该警报，乘坐人员例如进行使车间距离适当的操作。
参照图7的流程图说明整体的动作。该动作通过图4的驱动控制单元31而被控制。
首先，在图7的步骤S100中，图4的驱动控制单元31使图2的光投射器1B、1R同时脉冲发光出照射光LB、LR，在步骤S101中，使照相机2C拍摄反射光。这时的图像(摄像信号)被保存到图4的图像存储器14中(步骤S102A)。在下一个步骤S103中，设定为没有从图2的光投射器1B、1R进行照射光LB、LR照射的状态，在步骤S104，用照相机2C拍摄车辆前方的空间。这时的图像(摄像信号)也被保存到图4的图像存储器14中(步骤S102B)。在下一个步骤S105中，在图4的差分处理单元33从图像存储器14读出红色参照图像和蓝色检测图像，并保存将参照图像和检测图像扣除后所得的差分图像。此外，将红色差分图像的摄像信号uRj(t)提供给观测区域提取单元34，将蓝色的差分图像的摄像信号uBj(t)提供给照射角计算单元35。
在下一个步骤S201中，图4的观测区域提取单元34从图5的图像2CR的下侧(y坐标较小)的水平线向着上方的水平线，对于各个水平线的每个红色像素，求对应的差分图像的摄像信号uRj(t)的亮度电平在x方向的变化率(由于在第1水平线上无法计算y方向的变化率)，将该变化率在允许范围内一致的像素的坐标作为属于同一观察区域的坐标而存储到存储装置中(确定像素所属的观察区域)。
在步骤S201中，当存在其亮度电平在x方向的变化率在其允许范围内不一致的像素时，作为存在新的观察区域而转移到步骤S202，并将至此为止亮度电平的变化率在其允许范围内一致的1组像素的坐标作为一个观察区域的坐标而存储到存储装置中(保存观察区域)。
在下一个步骤S203中，对于图5的图像2CR的全部水平线(全部的y坐标)的像素，判定处理是否结束，在没有结束时返回到步骤S201。并且，对于处理中的水平线上的像素，确定亮度电平在x方向以及y方向的变化率在其允许范围内且一致的观察区域，并在没有一致的观察区域时转移到步骤S202，并保存至此为止所得到的观察区域。通过这样反复执行步骤S201以及S202，例如图5的观察区域19A、19B被区分提取。
在步骤S203中，图5的图像2CR的全部y坐标的像素处理结束后，转移到步骤S301。在步骤S301中，图4的照射角计算单元35对图6的(A)的蓝色图像2CB内的每个观察区域19A、19B，求摄像信号的亮度电平对于y坐标的变化率，并根据该变化率和图6的(C)的直线20，求与该变化率对应的照射光LB的照射角。在下一个步骤S302中，图4的距离计算单元36使用该照射角的信息、以及与观察区域19A、19B内的基准点对应的摄像角的信息，计算直至观察区域19A、19B的距离d1、d2。该距离的计算被重复，直到在步骤S303中全部的观察区域19A、19B的距离的计算结束为止。
在全部的观察区域19A、19B的距离的计算结束后，在步骤S304中，图4的邻近物检测单元37判定是否存在邻近物，在没有邻近物时，返回到步骤S100从而重复执行距离计测。在步骤S304中，存在邻近物时，移动到步骤S305，使蜂鸣器38发出警报后，返回到步骤S100从而重复距离计测。
根据本实施方式的距离计测装置以及车辆，能够取得以下的作用效果。
(1)从光投射器1R将对于照射角的照度的变化率为大致一定的照射光LR照射到车辆前方，从光投射器1B将照度的变化率根据照射角而不同的照射光LB照射到车辆前方。用照相机2C拍摄来自车辆前方的被检测物体的反射光的像。观测区域提取单元34从照相机2C所拍摄的图像中的基于照射光LR的红色图像，提取照度(图像上的亮度)的变化率为大致一定的区域作为观察区域19A、19B。照射角计算单元35对于观测区域提取单元34提取出的每个观察区域19A、19B，根据照射光LB产生的蓝色图像而求照度(亮度)的变化率，并由该变化率而求照射光LB对于观察区域19A、19B的照射角α1、α2。距离计算单元36对于每个观察区域19A、19B，基于由照射角计算单元35求得的照射角、观察区域19A、19B在照相机2C产生的图像上的位置信息(摄像角γ1、γ2)、光投射器1B和照相机2C之间的距离e(位置关系信息)，计算直至与观察区域19A、19B对应的被检测物体的距离d1、d2。
因此，通过照射光LR的照射，能够容易将反射率和/或距离不同的多个被检测物体的像作为多个观察区域19A、19B进行区分。并且，由于对每个观察区域19A、19B求照射光LB的照射角，因此通过三角测量的原理，能够以简单的机构正确且短时间地计测出直至被检测物体的距离，而不会受各个被检测物体的反射率以及距离影响。
(2)在本实施方式中，具备差分处理单元33，该差分处理单元提取在利用光投射器1B、1R进行照射时由照相机2C拍摄所取得到图像和在光投射器1B、1R不进行照射时由照相机2C拍摄所取得到图像之间的差分运算图像。在观测区域提取单元34以及照射角计算单元35中，对差分处理单元33提取出的差分运算图像进行处理，从而确定观测区域并计算照射角。因此，能够正确地计测出直至被检测物体的距离，而不受背景光影响。
(3)光投射器1B、1R具有进行照射光LR以及LB的照射的红色光源5R以及蓝色光源5B、均匀化滤光器6R以及浓度滤光器6B。因此，照射光LR、LB和光源5R、5B之间的对应为1对1，由于不需要用于对光源5R、5B而切换滤光器6R、6B的机构，因而装置规模变小，其结果，能够降低导入成本以及运行成本。
(4)照射光LR以及LB的波长不同，光投射器1B、1R将照射光LR以及LB同时照射到车辆前方，照相机2C拍摄包含照射光LR以及LB的波长的多个颜色分量的每个分量的图像。因此，通过将照射光LR以及LB同时照射到被检测物体而能够计测出直至被检测物体的距离，因此能够进一步缩短计测时间。
(5)照射光LR的照度对于照射角的变化率为大致一定，照射光LB的照度对于照射角的变化率由1次函数以外的函数即2次函数表示。因此，根据被检测物体的图像能够求该被检测物体上所照射的照射光LB的照射角。
(6)在图1的例子中，照射光LB被设定为，照射方向越接近水平方向，其照度越大。因此，在将该距离计测装置安装到车辆上时，照射强度从较近的距离向着远处而变强，因此可进行宽范围的计测。
(7)本实施方式的车辆是具备了上述的距离计测装置的车辆，光投射器1B、1R被设置在车辆前方。因此，能够计测出直至车辆前方的被检测物体的距离信息。
对本发明的距离计测装置可如下进行变形。
(1)可以将光投射器1B、1R的蓝色光源5B以及红色光源5R设置在前照灯8B、8R内。这时，具有不需要另外确保光源5B、5R的设置场所的优点。进而，前照灯8B、8R内的照明用的光源7B、7R可兼用于距离计测。
(2)照射光LB以及照射光LR也可以波长不同，该波长的组合是任意的。例如可以使用近红外光等作为照射光LB，使用绿色光等作为照射光LR。
(3)与来自驱动控制单元31的照相机控制信号T2同步地，将照射控制信号T1B提供给光投射器1B从而驱动控制光投射器1B，将照射控制信号T1R提供给光投射器1R从而驱动控制光投射器1R，但也可以使照射光LB、LR空出时间差而脉冲发光。
(4)在上述的实施方式中，图2的照射光LB的照度相对于照射角α以2次函数的形式而变化。但是，照射光LB的照度相对于照射角α也可以以3次以上的函数、指数函数、或者平方函数等的1次函数以外的函数而变化。
(5)作为照射光LB，在间隔不均匀的照射角、例如使用系数a、b以及整数k(k＝1，2，...)从而由(a+(k·b)2)所表示的照射角αk中，也可以使用规定的角度宽度且具有规定照度的多个狭缝光。为此，代替图2的浓度滤光器6B，如图8所示，使用在与照射角αk对应的位置成为规定宽度的透射部分22，在除此以外成为遮光部分的滤光器6BA即可。
这时，作为图2的照射光LR，可以使用透过了均匀化滤光器6R的照射光，或者在间隔均匀或线性变化的照射角中具有规定的照度的多个狭缝光。
(6)在上述的实施方式中，为了消除背景光的影响，设置了图4的差分处理单元33，但在背景光的影响较少的情况下，也可以将照相机2C所拍摄的摄像信号直接在观测区域提取单元34以及照射角计算单元35中进行处理，而不使用差分处理单元33。
(7)在上述的实施方式中，照射光LB以及LR的波长不同，但照射光LB以及LR也可以使用波长相同的光。这时，例如首先仅进行照射光LR的照射，从而通过照相机2C进行第1次拍摄，接着仅进行照射光LB的照射，从而通过照相机2C进行第2次拍摄后，在没有照射光LR、LB的照射的状态下通过照相机2C进行第3次拍摄。然后，将第1次和第3次的图像的差分图像提供给图4的观测区域提取单元34，将第2次和第3次的图像的差分图像提供给图4的照射角计算单元35，从而能够与上述的实施方式同样地计测出直至被检测物体的距离。
这样的计测步骤也可以适用于从具有白色LED的光源进行照射光LB、LR的照射从而取得单色参照图像和单色检测图像的情况。
这样，在照射光LB以及LR的波长相同的情况下，也可以使两者的光源共用化，将图2的均匀化滤光器6R以及浓度滤光器6B用一个液晶挡板(shutter)等兼用，从而从一个光源分时地进行照射光LR以及LB的照射。
(8)作为用于形成规定的照度分布的图2的浓度滤光器6B以及均匀化滤光器6R，也可以使用液晶挡板、或者使用例如可控制多个微小镜的角度的一种非发光型图像显示元件(空间光调制器)，即DMD(Digital Micro-mirrorDevice；数字微反射镜器件)。
(9)在上述的实施方式的图4的距离计算单元36中，根据三角测量的原理来计算直至被检测物体的距离。但是，在光投射器1B和照相机2C之间的位置关系复杂的情况下，也可以预先在照射光LB的多个照射角和照相机2C中的多个摄像角，通过仿真来计算直至被检测物体的距离，并将该信息作为表来存储。然后，也可以在实际的距离计测时，使用该表，在表中没有的照射角等中则进行插补运算，从而求直至被检测物体的距离。
(10)也可以通过实际计测图6的(C)的直线20(也可以是曲线)而求。为此，例如将来自光投射器1B的照射光LB以规定的角度宽度且在逐渐增加的每个照射角αi(i＝1，2，...)照射到用于计测的物体上，从而拍摄该反射光的图像，实测该图像的亮度对于y坐标的变化率dILB/dy。然后，通过与各个照射角αi相对应地绘制变化率dILB/dy的实际计测值，从而能够求图6的(C)的直线20或者曲线。
(11)在上述的实施方式中，表示了将本发明应用到安装于车辆上的距离计测装置的例子，但本发明不限于此。本发明例如可以应用到铁道或船舶等其他的交通工具、工业机器人/警备机器人/看护机器人等机器人、或者工业设备等移动的装置上所安装的计测装置中，也可以应用到固定使用的测定设备等(包含形状测定装置等)中。
并且，只要不损害本发明的特征性功能，则本发明不受上述的实施方式所限定。此外，上述的实施方式以及变形例可进行组合。
另外，权利要求的范围的结构要素和上述的实施方式的结构要素的对应关系如下。即，第一光对应于照射光LR，第二光对应于照射光LB，光照射单元对应于光投射器1B、1R，摄像单元对应于照相机2C，被检测区域提取单元对应于观测区域提取单元34，照射角信息计算单元对应于照射角计算单元35，距离信息计算单元对应于距离计算单元36，反射光提取单元对应于差分处理单元33，第一光源对应于红色光源5R，第二光源对应于蓝色光源5B。另外，以上的说明毕竟只是一例，在解释发明时，上述实施方式的记载事项和权利要求的范围的记载事项之间的对应关系不受任何限定和约束。

Claims (11)

1.一种距离计测装置，包括：
光照射单元，照射对于照射角的规定的特性的变化率为一定的第一光和所述特性的变化率根据照射角而不同的第二光；
摄像单元，拍摄由所述光照射单元照射的图像；
物体区域提取单元，从所述摄像单元拍摄的图像中所述第一光产生的图像中，提取所述特性的变化率为一定的区域作为物体存在的区域；
照射角信息计算单元，对于所述物体区域提取单元所提取的每个所述物体区域，根据由所述摄像单元所拍摄的图像中所述第二光产生的图像而求所述特性的变化信息，根据该变化信息而求所述第二光的照射角信息；以及
距离信息计算单元，对于每个所述物体区域，根据由所述照射角信息计算单元求出的照射角信息、所述物体区域中的所述摄像单元产生的图像上的位置信息、以及所述光照射单元和所述摄像单元之间的位置关系信息，计算直至与所述物体区域对应的物体的距离信息。
2.如权利要求1所述的距离计测装置，其中，
还包括：反射光提取单元，通过所述光照射单元进行光照射时由所述摄像单元拍摄的图像和所述光照射单元没有进行光照射时由所述摄像单元拍摄的图像之间的差分运算，提取所述第一光以及第二光产生的图像，
在所述物体区域提取单元和所述照射角信息计算单元中，将所述反射光提取单元所提取的图像作为处理对象。
3.如权利要求1所述的距离计测装置，其中，
所述光照射单元具有用于照射所述第一光和第二光的第一光源和第二光源。
4.如权利要求1所述的距离计测装置，其中，
所述第一光和第二光的波长不同，
所述光照射单元同时照射所述第一光和第二光，
所述摄像单元拍摄多个颜色分量的每个分量的图像。
5.如权利要求1所述的距离计测装置，其中，
所述规定的特性是照度，
所述第一光，对于照射角的照度的变化率为一定，
所述第二光，对于照射角的照度的变化率用一次函数以外的函数表示。
6.如权利要求5所述的距离计测装置，其中，
所述第二光，照射方向越接近水平方向，其照度就越大。
7.如权利要求5所述的距离计测装置，其中所述第一光是照度一定的光。
8.如权利要求1所述的距离计测装置，其中，
所述规定的特性是照射角的间隔，
所述第一光是照射角的间隔为一定的多个狭缝光，
所述第二光是照射角的间隔逐渐变化的多个狭缝光。
9.如权利要求1所述的距离计测装置，其中，
所述光照射单元被设置在所述车辆前方。
10.如权利要求1所述的距离计测装置，其中，
所述光照射单元的光源兼用作所述车辆的前照灯的光源。
11.一种摄像装置的控制方法，包括：
照射对于照射角的照度的变化率为一定的照射光和照度的变化率根据照射角而不同的照射光，从而拍摄物体；
从所拍摄的图像中照度的变化率为一定的照射光产生的图像中，提取照度的变化率为一定的区域作为观察区域；
对于每个观察区域，根据照度的变化率不同的照射光产生的图像而求照度的变化率；
根据计算出的变化率而求照度的变化率不同的照射光的照射角；以及
利用计算出的照射角而计算直至物体的距离。
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