DE69825525T2

DE69825525T2 - Vorrichtung zur Erstellung eines Bildes sowie Verfahren und Vorrichtung zur Entfernungsmessung

Info

Publication number: DE69825525T2
Application number: DE69825525T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Moriguchi-shi Yasui; Noboru Fushimi-ku Nomura; Atsushi Takatsuki-shi Iisaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: US6163022A; EP0880032A1; DE69825525D1; EP0880032B1

Description

1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung, die für die Erfassung eines Fahrbahnzustands ein Objekt unter Verwendung mehrerer CCD-Kameras abbildet, um ein Hindernis oder dergleichen auf der Fahrbahn zu erkennen, und eine Abstandsmessvorrichtung zum Berechnen des Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem Hindemis.
2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Mit dem wachsenden Interesse an der Kraftfahrzeugsicherheit sind in den letzten Jahren die Forderung nach der Möglichkeit, ein Fahrzeug führen zu können, während ein Sicherheitsabstand zwischen dem Fahrzeug und dem voraus fahrenden Fahrzeug eingehalten wird, sowie die Forderung nach einer Vorrichtung, die ein- Hindernis und dergleichen auf einer Fahrbahn erkennen und den Fahrer veranlassen kann, dem Hindernis auszuweichen, gestiegen und werden weiter ansteigen. Um diese Forderungen zu erfüllen, ist begonnen worden, die Fahrbahn vor dem Fahrzeug des Fahrers unter Verwendung einer Bilderzeugungsvorrichtung zu überwachen.
Eine herkömmliche Abstandsmessvorrichtung ist z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 8-75454 beschrieben. Diese herkömmliche Abstandsmessvorrichtung wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
In 12 enthält die herkömmliche Abstandsmessvorrichtung Bilderzeugungselemente 102, 103 und 104, Halbspiegel 105 und 106 und ein Bildverarbeitungselement 107.
Die Funktionsweise der herkömmlichen Abstandsmessvorrichtung mit der oben genannten Konfiguration wird beschrieben. Die Abstandsmessvorrichtung erzeugt ein Bild eines Objekts 101 unter Verwendung der Bilderzeugungselemente 102, 103 und 104, derart, dass die horizontale oder vertikale Parallaxe zwischen angrenzenden Bilderzeugungselementen mehrere Pixel bildet. Das Bildverarbeitungselement 107 empfängt gleichzeitig mehrere erzeugte Videosignale, um Vi deosignale auf den gleichen horizontalen oder vertikalen Linien mit den mehreren Videosignalen zu kombinieren und um auf diese Weise ein Bild für eine Parallaxe-Erkennung zu erzeugen. Unter Verwendung des Bildes für die Parallaxe-Erkennung wird die Parallaxe aus der Neigung einer geraden Linie, die durch Punkte gebildet wird, die den Kanten des Objekts 101 entsprechen, erhalten, woraufhin der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt 101 auf der Grundlage der Parallaxe berechnet wird.
Die herkömmliche Abstandsmessvorrichtung mit der oben genannten Konfiguration besitzt in den folgenden Punkten Nachteile. Da die herkömmliche Abstandsmessvorrichtung mehrere Bilderzeugungselemente enthält, entstehen die folgenden Probleme. Es ist nicht einfach, eine derartige Vorrichtung in einem kleinen Raum in einem Fahrzeug unterzubringen. Es werden zwei optische Systeme benötigt, wodurch die Herstellungskosten steigen. Die Auflösung jedes Pixels beträgt lediglich 50 cm für ein Objekt, das in einer Entfernung von etwa 100 m vom Fahrzeug angeordnet ist, wodurch kein ausreichendes Leistungsvermögen der Abstandsmessung gewährleistet ist. Die mehreren optischen Systeme müssen mit hoher Genauigkeit aufeinander ausgerichtet werden, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Ausrichtung und ein Ansteigen der Wartungskosten ergeben.
Es kann auf das Patent US 5.132.802 Bezug genommen werden, das eine Vorrichtung zum Erzeugen kontrastreicher Bilder beschreibt, die zum Erkennen getarnter Objekte vorgesehen ist. Um kontrastreiche Bilder von Objekten zu erhalten, die sich in einem Bereich mit reicher Vegetation befinden und die außerdem mit einer Tarnbeschichtung versehen sind, werden die wellenlängenspezifischen Differenzen des Reflexionsverhaltens der Störzeichen und der Tarnbeschichtung des Objekts ausgenutzt. Zu diesem Zweck sollte die Vorrichtung wenigstens zwei Bildaufnahmeelemente, insbesondere CCD-Kameras enthalten, deren Ausgangssignale zu einer Signalverarbeitungsanordnung geleitet werden, durch die sie kombiniert werden und dem Benutzer als ein zusammengesetztes Bild angezeigt werden. Auf der Objektseite werden entsprechende optische Filter vor den Bildaufnahmeelementen angeordnet, um zu bewirken, dass jedes Bildaufnahmeelement in einem unterschiedlichen Spektralbereich seine maximale Empfindlichkeit besitzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Bilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst:
eine Linse, einen Halbspiegel und eine erste CCD, die längs derselben optischen Achse angeordnet sind; und
eine zweite CCD, die auf einer Achse von von dem Halbspiegel reflektiertem Licht angeordnet ist,
wobei entweder die erste oder die zweite CCD ein normales Bild eines über die Linse eingegebenen Eingangsbildes ausgibt, während die jeweils andere CCD ein umgekehrtes Bild des Eingangsbildes ausgibt,
und ist gekennzeichnet durch eine Bildverarbeitungsschaltung, um die Ausgangssignale der ersten und der zweiten CCD anhand ihrer umgekehrten Beziehung zu verarbeiten, um eine Bilderkennung auszuführen.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung ferner ein wellenlängenselektives optisches Element auf einem optischen Weg von der Linse zu wenigstens einer der ersten und/oder der zweiten CCDs.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das wellenlängenselektive optische Element ein Infrarotfilter.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dient der Halbspiegel auch als das wellenlängenselektive optische Element, das wahlweise Infrarotstrahlung reflektiert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dient der Halbspiegel auch als das wellenlängenselektive optische Element, das Infrarotstrahlung wahlweise durchlässt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung ferner eine Vergrößerungslinse in einem optischen Weg von der Linse zu wenigstens einer der ersten und zweiten CCDs.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung ferner eine Schaltung zum Erfassen einer Korrelation zwischen dem normalen Bild und dem umgekehrten Bild.
Dadurch ermöglicht die hier beschriebene Erfindung die vorteilhafte Schaffung einer kleinen, sehr genauen Bilderzeugungsvorrichtung mit einfacher Wartung unter Verwendung eines optischen Systems zum Erfassen eines Hindernisses auf einer Fahrbahn und dergleichen.
Diese sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann deutlich beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems für eine Bilderzeugungsvorrichtung des Beispiels 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Ansicht, die ein normales Bild veranschaulicht, das in einer zweiten CCD im Beispiel 1 erhalten wird. 2B ist eine Ansicht, die ein Spiegelbild des normalen Bildes von 1A veranschaulicht, das in einer ersten CCD im Beispiel 1 erhalten wird.
Die 3A und 3B sind Ansichten, die Änderungen der Helligkeitssignale längs eines Rasters X-X in 2A bzw. eines Rasters Y-Y in 2B veranschaulichen.
4A ist eine Ansicht, die ein normales Bild, das ein Farbfilter durchlaufen hat, veranschaulicht, das in einer zweiten CCD im Beispiel 2 erhalten wurde. 4B ist eine Ansicht, die ein Spiegelbild des normalen Bildes von 4A veranschaulicht, das im Beispiel 1 in einer ersten CCD erhalten wird.
5 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems für eine Bilderzeugungsvorrichtung des Beispiels 3, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
6A ist eine Ansicht, die ein Weitwinkelbild veranschaulicht, das erhalten wird, wenn ein Spiegelbild, das in einer ersten CCD erhalten wird, unter Verwendung eines elektrischen Signals im Beispiel 3 erneut umgekehrt wird. 6B ist eine Ansicht, die ein teleskopisches Bild veranschaulicht, das im Beispiel 3 in einer zweiten CCD erhalten wird.
Die 7A und 7B sind Ansichten, die Änderungen der Helligkeitssignale längs eines Rasters X-X in 6A bzw. eines Rasters Y-Y in 6B veranschaulichen.
8 ist ein Blockschaltplan einer Abstandsmessvorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
9 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Erfassen der Kanten weißer Linien veranschaulicht, das in der Abstandsmessvorrichtung verwendet wird.
10 ist ein Koordinatensystem der X-Z-Ebene, das in der Abstandsmessvorrichtung verwendet wird.
11 ist eine Ansicht, die die Erfassung horizontaler Kanten veranschaulicht, die in der Abstandsmessvorrichtung ausgeführt wird.
12 ist eine Ansicht, die eine herkömmliche Abstandsmessvorrichtung veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Beispielen beschrieben.
Beispiel 1
1 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems für eine Bilderzeugungsvorrichtung des Beispiels 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das optische System dieses Beispiels enthält eine Linse 1, einen Halbspiegel 2, eine erste CCD 3, eine zweite CCD 4 und ein Gehäuse 5.
In dem optischen System für die Bilderzeugungsvorrichtung sind die Linse 1, der Halbspiegel 2 und die zweite CCD 4 koaxial angeordnet, während die erste CCD 3 längs einer Achse von von dem Halbspiegel 2 reflektiertem Licht angeordnet ist. Ein Farbfilter 6 kann bei Bedarf zwischen dem Halbspiegel 2 und der ersten CCD 3 oder der zweiten CCD 4 angeordnet sein.
Die Funktionsweise der Bilderzeugungsvorrichtung mit der oben genannten Konfiguration wird unter Bezugnahme auf die 1, 2A und 2B beschrieben.
Ein Teil des auf der Linse 1 auftreffenden Lichts wird durch den Halbspiegel 2 reflektiert und wird als Spiegelbild auf die erste CCD 3 fokussiert, die längs der Achse des reflektierten Lichts angeordnet ist. Der Rest des auftreffenden Lichts, der vom Halbspiegel 2 durchgelassen wurde, wird als normales Bild auf die zweite CCD 4 fokussiert.
2A veranschaulicht ein normales Bild 7, das in der zweiten CCD 4 erhalten wird. Ein Ausblendpunkt 8 in dem normalen Bild 7 ist ein unendlicher Punkt auf einer Fahrbahn. Linke und rechte weiße Linien 9 und 9' auf der Fahrbahn schneiden sich an dem Ausblendpunkt 8 als ein unendlicher Punkt. Eine unterbrochene Linie 10 auf der Fahrbahn schneidet sich ebenfalls mit den weißen Linien 9 und 9' im Ausblendpunkt 8.
2B veranschaulicht ein Spiegelbild 7' des normalen Bildes 7, das in der ersten CCD 3 erhalten wird. Wie in 2A ist ein Ausblendpunkt 8' in dem Spiegelbild 7' ein unendlicher Punkt auf der Fahrbahn. Linke und rechte weiße Linien 9'' und 9''' schneiden sich in dem Ausblendpunkt 8' als der unendliche Punkt. Eine unterbrochene Linie 10' auf der Fahrbahn schneidet sich ebenfalls mit den weißen Linien 9'' und 9''' im Ausblendpunkt 8'.
Die 3A und 3B zeigen schematisch Änderungen der Helligkeitssignale längs eines Rasters X-X in 2A bzw. eines Rasters Y-Y in 2B. In 3A sind die linke weiße Linie 9, die unterbrochene Linie 10 und die rechte weiße Linie 9', die sich auf der Fahrbahn befinden, in der Reihenfolge von links nach rechts in dem normalen Bild 7, das in der zweiten CCD 4 erhalten wird, angeordnet und das Signal X-X von 3A repräsentiert die Änderung der Helligkeit in der oben genannten Reihenfolge. Wenn das Ansteigen der Helligkeit der weißen Linie für die Erfassung der weißen Linie 9 verwendet wird, wird die linke Kante der weißen Linie erfasst. Die linken Kanten der unterbrochenen Linie 10 und der rechten weißen Linie 9' werden gleichfalls in dieser Reihenfolge erfasst, wodurch die weißen Linien längs dieses Rasters durchgehend erfasst werden. Auf diese Weise wird die Geometrie der Fahrbahn unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien erkannt.
In 2B sind die rechte weiße Linie 9''', die unterbrochene Linie 10' und die linke weiße Linie 9'', die sich auf der Fahrbahn befinden, in der Reihenfolge von rechts nach links in dem Spiegelbild 7', das in der ersten CCD 3 erhalten wird, angeordnet und das Signal Y-Y von 3B repräsentiert die Änderung der Helligkeit in der oben genannten Reihenfolge. Der Anstieg der Helligkeit der weißen Linie wird wie in 3A für die Erfassung der weißen Linie 9''' verwendet. Da jedoch in diesem Fall das Spiegelbild von rechts nach links abgetastet wird, wird die rechte Kante der weißen Linie erfasst. Die rechten Kanten der unterbrochenen Linie 10' und der linken weißen Linie 9'' werden gleichfalls in dieser Reihenfolge erfasst, wodurch die weißen Linien längs des Rasters durchgehend erfasst werden. Auf diese Weise wird die Geometrie der Fahrbahn unter Verwendung der rechten Kanten der weißen Linien erkannt.
Somit werden die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien und die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der rechten Kanten der weißen Linien durch einzelne Signale, die untereinander keine Korrelation besitzen, erkannt. Jede dieser beiden Fahrbahngeometrien wird grundsätzlich erhalten, indem die jeweils andere Fahrbahngeometrie um eine Strecke, die der Breite der weißen Linien (etwa 15 cm) entspricht, verschoben wird. Da sie durch einzelne Signale erkannt werden, kann dann, wenn die weißen Linien verschwommen oder defekt sind, ein derartiger verschwommener oder defekter Abschnitt durch die Korrelation ohne gegenseitige Störung ergänzt werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Erkennung der weißen Linien verbessert werden.
Da ein Raster aus entgegengesetzten Richtungen eines Bildes gleichzeitig abgetastet wird, kann das Bild darüber hinaus aufgenommen und schnell parallel verarbeitet werden, wodurch eine schnelle Bilderkennung möglich ist.
Da außerdem zwei CCDs in einem optischen System enthalten sind, besitzt ein derartiges optisches System eine kleine Größe. Dieses ist für Anwendungen in Fahrzeugen geeignet, bei denen eine kleinere Vorrichtung erforderlich ist.
Beispiel 2
Im Beispiel 2 ist in dem optischen System der Bilderzeugungsvorrichtung von 1, bei der die Linse 1, der Halbspiegel 2 und die zweite CCD 4 koaxial angeordnet sind, zusätzlich ein Farbfilter 6 zwischen dem Halbspiegel 2 und der zweiten CCD 4 angeordnet.
Die Funktionsweise der Bilderzeugungsvorrichtung dieses Beispiels wird unter Bezugnahme auf die 4A und 4B beschrieben.
In 4A wurde ein normales Bild 7, das in der zweiten CCD 4 erhalten wird, von dem Farbfilter 6 durchgelassen. Wenn als Farbfilter 6 ein Infrarotfilter verwendet wird, scheint sich ein Abschnitt der Fahrbahnoberfläche, der z. B. Infrarotstrahlung reflektiert oder aussendet, vom umgebenden Bild abzuheben. Da die Fahrbahn insbesondere gleichmäßig ist und eine Temperatur besitzt, die sich von der Temperatur des umgebenden Bereichs unterscheidet, wird die Fahrbahn dadurch gekennzeichnet, dass sie sich von dem umgebenden Bereich abhebt. Ein Helligkeitssignal, das dem Signal ähnlich ist, das längs des Rasters X-X in 2A erhalten wird, wird erhalten und die linke Kante einer weißen Linie 9 auf der Fahrbahn wird erfasst. Die linken Kanten einer unterbrochenen Linie 10 und einer linken weißen Linie 9' werden gleichfalls in dieser Reihenfolge erfasst, wodurch die weißen Linien längs des Rasters durchgehend erfasst werden. Auf diese Weise wird die Geometrie der Fahrbahn unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien erkannt.
4B veranschaulicht ein Spiegelbild 7' des normalen Bildes 7, das in der ersten CCD 3 erhalten wird. Wie in 2B wird die Geometrie der Fahrbahn unter Verwendung der rechten Kanten der weißen Linien durch das durchgängige Erfassen der weißen Linien längs des Rasters erkannt.
Somit wird im Beispiel 2 die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien aus dem Bild, das das Farbfilter durchlaufen hat, erhalten. Demzufolge unterscheidet sich die resultierende Fahrbahngeometrie im Kontrast von der Fahrbahngeometrie, die unter Verwendung der rechten Kanten der weißen Linien aus dem Bild ohne Verwendung eines Farbfilters erhalten wird. Die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien und die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der rechten Kanten der weißen Linien werden durch einzelne Signale, die untereinander keine Korrelation aufweisen, erkannt.
Jede der zwei Fahrbahngeometrien wird grundsätzlich erhalten, indem die jeweils andere Fahrbahngeometrie um eine Strecke, die der Breite der weißen Linien (etwa 15 cm) entspricht, verschoben wird. Wenn die weißen Linien verschwom men oder defekt sind, kann ein derartiger verschwommener oder defekter Abschnitt durch gegenseitige Korrelation ergänzt werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Erkennung der weißen Linien verbessert werden.
Alternativ kann der Halbspiegel 2 ein Farbfilter enthalten, das lediglich Infrarotstrahlung reflektiert, oder ein Farbfilter, das lediglich Infrarotstrahlung durchlässt. Dabei kann im Allgemeinen die gleiche Wirkung wie die oben beschriebene Wirkung erreicht werden, die durch die Vorrichtung des Beispiels 2 erreicht wird, bei der das Farbfilter zwischen dem Halbspiegel 2 und der zweiten CCD 4 angeordnet ist.
Beispiel 3
5 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems für eine Bilderzeugungsvorrichtung des Beispiels 3 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das optische System enthält eine Linse 21, einen Halbspiegel 22, eine erste CCD 23, eine zweite CCD 24, ein Gehäuse 25 und eine Vergrößerungslinse 26.
In dem optischen System für die Bilderzeugungsvorrichtung dieses Beispiels sind die Linse 21, der Halbspiegel 22, die Vergrößerungslinse 26 und die zweite CCD 24 koaxial angeordnet, während die erste CCD 23 längs einer Achse des Lichts, das von dem Halbspiegel 22 reflektiert wird, angeordnet ist.
Die Funktionsweise der Bilderzeugungsvorrichtung mit der oben genannten Konfiguration wird unter Bezugnahme auf die 5, 6A und 6B beschrieben.
Ein Teil des Lichts, das auf die Linse 21 auftrifft, wird von dem Halbspiegel 22 reflektiert und wird als ein Weitwinkel-Spiegelbild auf die erste CCD 23 fokussiert, die längs der Achse des reflektierten Lichts angeordnet ist. Der Rest des auftreffenden Lichts, der den Halbspiegel 22 durchlaufen hat, wird durch die Vergrößerungslinse 26 verstärkt und als ein normales teleskopisches Bild auf die zweite CCD 24 fokussiert.
6A veranschaulicht ein Weitwinkelbild 27, das durch erneutes Umkehren des Spiegelbildes erhalten wird, das unter Verwendung eines elektrischen Signals in der ersten CCD 23 erhalten wird. Ein Ausblendpunkt 28 in dem Weitwinkelbild 27 ist ein unendlicher Punkt auf einer Fahrbahn. Linke und rechte weiße Linien 29 und 29' auf der Fahrbahn schneiden sich in dem Ausblendpunkt 28 als der unendliche Punkt. Eine unterbrochene Linie 30 auf der Fahrbahn schneidet die weißen Linien 29 und 29' ebenfalls im Ausblendpunkt 28.
6B veranschaulicht ein teleskopisches Bild 27', das in der zweiten CCD 24 erhalten wird. Wie in 6A ist ein Ausblendpunkt 28' in dem teleskopischen Bild 27' ein unendlicher Punkt auf der Fahrbahn. Linke und rechte weiße Linien 29'' und 29''' schneiden sich im Ausblendpunkt 28' als unendlicher Punkt. Eine unterbrochene Linie 30' auf der Fahrbahn schneidet sich ebenfalls mit den weißen Linien 29'' und 29''' im Ausblendpunkt 28'. Da das Weitwinkelbild 27 und das teleskopische Bild 27' von dem koaxialen System erhalten werden, können sie optischen Achsen dieser Bilder aufeinander ausgerichtet sein. Betrachtet man das teleskopische Bild 27' als ein vergrößertes Bild eines Abschnitts des Weitwinkelbildes 27, können diese beiden Bilder außerdem durch eine einfache Operation überlagert werden.
Die 7A und 7B zeigen schematisch Änderungen der Helligkeitssignals längs eines Rasters X-X in 6A bzw. längs eines Rasters Y-Y in 6B. In 6A sind die linke weiße Linie 29, die unterbrochene Linie 30 und die rechte weiße Linie 29', die sich auf der Fahrbahn befinden, in der Reihenfolge von links nach rechts in dem normalen Bild 27, das in der ersten CCD 23 erhalten wird, angeordnet und das Signal X-X von 7A repräsentiert die Änderung der Helligkeit in der oben genannten Reihenfolge. Wenn der Anstieg der Helligkeit der weißen Linie für die Erfassung der weißen Linie 29 verwendet wird, wird die linke Kante der weißen Linie erfasst. In gleicher Weise werden die linken Kanten der unterbrochenen Linie 30 und der rechten weißen Linie 29' in dieser Reihenfolge erfasst, somit werden die weißen Linien längs des Rasters durchgehend erfasst. Auf diese Weise wird die Geometrie der Fahrbahn unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien erkannt.
In 6B sind die linke weiße Linie 29'', die unterbrochene Linie 30' und die rechte weiße Linie 29''', die sich auf der Fahrbahn befinden, in der Reihenfolge von links nach rechts in dem teleskopischen Bild 27', das in der zweiten CCD 24 erhalten wird, angeordnet und das Signal Y-Y von 7B repräsentiert die Änderung der Helligkeit in der oben genannten Reihenfolge. Da das teleskopische Bild 27' im Unterschied zur 7A einer vergrößerten Ansicht eines Abschnitts des Weitwinkelbildes 27 entspricht, sind die Breite der weißen Linie 29'', der unterbro chenen Linie 30' und der weißen Linie 29''' sowie die Abstände zwischen ihnen vergrößert. Das ermöglicht eine genauere Beobachtung der auf der Fahrbahn befindlichen weißen Linien in dem teleskopischen Bild. Die Fahrbahngeometrie kann erkannt werden, indem die weißen Linien längs des Rasters durchgängig erfasst werden.
Somit werden die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien in dem Weitwinkelbild und die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien in dem teleskopischen Bild erkannt. Diese zwei Fahrbahngeometrien stimmen im Wesentlichen überein. Wenn die weißen Linien verschwommen oder beschädigt sind, kann ein derartiger verschwommener oder beschädigter Abschnitt durch die Korrelation untereinander gegenseitig ergänzt werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Erkennung der weißen Linien verbessert werden.
Beispiel 4
8 ist ein Blockschaltplan einer Abstandsmessvorrichtung des Beispiels 4 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Messen des Abstands zwischen Fahrzeugen. Die Vorrichtung dieses Beispiels enthält ein optisches System für eine Bilderzeugungsvorrichtung, welches das Gleiche ist wie das optische System für die Bilderzeugungsvorrichtung vom Beispiel 3, das in 5 gezeigt ist.
In 8 enthält die Abstandsmessvorrichtung dieses Beispiels die Linse 21, den Halbspiegel 22, die erste CCD 23, die zweite CCD 24, das Gehäuse 25, den Vergrößerungsspiegel 26, einen Fahrspurerfassungsabschnitt 31, einen Bildbegrenzungsabschnitt 32, einen Fahrzeugcharakteristik-Erfassungsabschnitt 33 und einen Abstandsberechnungsabschnitt 34.
In dem optischen System für die Bilderzeugungsvorrichtung sind die Linse 21, der Halbspiegel 22, die Vergrößerungslinse 26 und die zweite CCD 24 koaxial angeordnet, während die erste CCD 23 längs einer Achse des Lichts, das durch den Halbspiegel 22 reflektiert wird, angeordnet ist. Das Weitwinkelbild und das teleskopische Bild von den beiden CCDs 23 und 24 werden zur Verarbeitung an entsprechende Abschnitte für das Weitwinkelbild bzw. für das teleskopische Bild des Fahrspurerfassungsabschnitts 31, des Bildbegrenzungsabschnitts 32, des Fahrzeugcharakteristik-Erfassungsabschnitts 33 und des Abstandsberechnungs abschnitts 34 geliefert.
Die Funktionsweise der Abstandsmessvorrichtung mit der oben genannten Konfiguration wird unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben.
Wie im Beispiel 3 beschrieben wurde, wird ein Teil des auf der Linse 21 auftreffenden Lichts durch den Halbspiegel 22 reflektiert und wird als ein Weitwinkel-Spiegelbild auf die erste CCD 23, die längs der Achse des reflektierten Lichts angeordnet ist, fokussiert. Der Rest des auftreffenden Lichts, der den Halbspiegel 22 durchlaufen hat, wird durch die Vergrößerungslinse 26 verstärkt und als ein normales teleskopisches Bild auf die zweite CCD 24 fokussiert.
Das Weitwinkelbild 27, das durch erneutes Umkehren des Spiegelbildes, das in der ersten CCD 23 erhalten wird, unter Verwendung eines elektrischen Signals erhalten wird, wird in den Fahrspurerfassungsabschnitt 31 eingegeben. Das teleskopische Bild 27', das auf der zweiten CCD 24 erhalten wird, wird ebenfalls in den Fahrspurerfassungsabschnitt 31 eingegeben. Wie in 9 gezeigt ist, erfasst der Fahrspurerfassungsabschnitt 31 vertikale Kanten durch Abtasten nach rechts und nach links längs der Abtastlinien, beginnend vom Mittelpunkt der Unterkante des Weitwinkelbildes und des teleskopischen Bildes zur Oberkante hin. Die Kanten, die zuerst erfasst werden, werden als Umrisspunkte der auf der Fahrbahn befindlichen weißen Linien festgelegt.
Der Bildbegrenzungsabschnitt 32 setzt die Umrisspunkte auf der Bildebene in einem ebenen Koordinatensystem in Koordinaten des tatsächlichen Abstands um. Im Einzelnen werden die Umrisspunkte in dem Koordinatensystem der Bildebene (das nachfolgend als das "Koordinatensystem der x-y-Ebene" bezeichnet wird) in Punkte in einem ebenen Koordinatensystem umgesetzt, wobei die Y-Achse eines räumlichen X-Y-Z-Koordinatensystems der Fahrbahnoberfläche entspricht (wird hier nachfolgend als ein "Koordinatensystem der X-Z-Ebene bezeichnet), das in 10 gezeigt ist. X, Y und Z dieses Koordinatensystems werden in der folgenden Weise dargestellt: X = (x/F) (ZcosΘ – YsinΘ) Z = Y (FcosΘ + ysinΘ)/(ycosΘ – FsinΘ) Y = –H wobei F die Brennweite der Linse der Bilderzeugungsvorrichtung bezeichnet, Q bezeichnet den Neigungswinkel der optischen Achse und N bezeichnet die Höhe der Bilderzeugungsvorrichtung über der Fahrbahnoberfläche.
Wenn das Fahrzeug eine Änderung des Nickwinkels oder eine vertikale Schwingung erfährt, sind die Umrisse der rechten und linken weißen Linien nicht mehr parallel zueinander. In diesem Fall werden die Umrisse in der x-y-Ebene des Koordinatensystems nach oben oder nach unten verschoben, um zu bewirken, dass die rechten und linken Linien parallel zueinander verlaufen. Dann wird die oben genannte Umsetzung ausgeführt, so dass die Umrisse der rechten und linken weißen Linien in der x-z-Ebene des Koordinatensystems zueinander parallel verlaufen. Dadurch wird die Änderung des Nickwinkels oder die vertikale Schwingung korrigiert.
Die erfassten Umrisspunkte werden von der Unterkante des Bildes beginnend miteinander verbunden. Auf diese Weise begrenzt der Bildbegrenzungsabschnitt einen Bereich der Fahrspur, längs der sich das Fahrzeug bewegt, vor dem Fahrzeug in dem Bild, das von dem Fahrspurerfassungsabschnitt 31 empfangen wurde, wobei die Fahrspur, längs der sich das Fahrzeug bewegt, verwendet wird, die durch den Fahrspurerfassungsabschnitt 31 erfasst wurde.
Wie in 11 gezeigt ist, erfasst der Fahrzeugcharakteristik-Erfassungsabschnitt 33 horizontale Kanten in einem Bereich, der von rechten und linken Erfassungskurven für das Weitwinkelbild und das teleskopische Bild umgeben ist. Die Anzahl von Kantenpunkten, die in jeder Spalte von Pixeln in der Richtung vertikal zur Abtastlinie vorhanden sind, werden gezählt, um ein Histogramm zu erzeugen.
Das Histogramm wird von unten nach oben abgesucht und die Position der Abtastlinie, an der die Anzahl der Kantenpunkte einen Schwellenwert EB erstmals übersteigt, wird als die Position des vorausfahrenden Fahrzeugs festgelegt. Es wird bestätigt, dass das Fahrzeug in dem Weitwinkelbild und in dem teleskopischen Bild an der selben Position erfasst wurde, indem die Ausblendpunkte in diesen Bildern miteinander überlagert werden.
Der Abstandsberechnungsabschnitt 34 berechnet den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug auf der Grundlage der Abtastlinienposition von der Unterkante des Bildes und der Höhe und des Neigungswin kels der Bilderzeugungsvorrichtung von der Fahrbahnoberfläche. Der kleinere Wert dieser Abstandswerte zwischen den Fahrzeugen, die aus dem Weitwinkelbild und dem teleskopischen Bild berechnet werden, wird als Abstand zwischen den Fahrzeugen festgelegt.
Beispiel 5
Eine Abstandsmessvorrichtung des Beispiels 5 gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. In diesem Beispiel enthält die Abstandsmessvorrichtung eine Linse 21, einen Halbspiegel 22, eine auf Infrarot empfindliche CCD 23, eine auf sichtbares Licht empfindliche CCD 24, einen Fahrspurerfassungsabschnitt 31, einen Bildbegrenzungsabschnitt 32, einen Fahrzeug-charakteristik-Erfassungsabschnitt 33 und einen Abstandsberechnungsabschnitt 34.
Die "Funktionsweise der Abstandsmessvorrichtung mit der oben beschriebenen Konfiguration wird beschrieben.
Ein Teil des Infrarotlichts, das auf der Linse 21 auftrofft, wird durch den Halbspiegel 33 reflektiert und als ein Bild auf die auf Infrarot empfindliche CCD 23 fokussiert. Ein Teil des sichtbaren Lichts, das den Halbspiegel 22 durchlaufen hat, wird als ein Bild auf die auf sichtbares Licht empfindliche CCD 24 fokussiert.
Ein Bild, das durch erneutes Umkehren des Bildes, das in der CCD 23 erhalten wird, unter Verwendung eines elektrischen Signals erhalten wird, wird in den Fahrspurerfassungsabschnitt 31 eingegeben. Das Bild, das auf der CCD 24 erhalten wird, wird ebenfalls in den Fahrspurerfassungsabschnitt 31 eingegeben. Der Fahrspurerfassungsabschnitt 31 erfasst vertikale Kanten durch Abtasten nach rechts und nach links längs den Abtastlinien, beginnend vom Mittelpunkt der Unterkante des Infrarot-Bildes und des Bildes im sichtbaren Licht zur Oberkante. Die Kanten, die zuerst erfasst werden, werden als Umrisspunkte der auf der Fahrbahn befindlichen weißen Linien festgelegt.
Der Bildbegrenzungsabschnitt 33 setzt die Umrisspunkte auf der Bildebene auf einem ebenen Koordinatensystem in Koordinaten des tatsächlichen Abstands um. Im Einzelnen werden die Umrisspunkte in der Bildebene des Koordinatensystems (das nachfolgend als Koordinatensystem des x-y-Ebene bezeichnet wird) in Punkte in einem ebenen Koordinatensystem um, wobei die y-Achse eines räumlichen X-Y-Z-Koordinatensystems der Fahrbahnoberfläche entspricht (die nachfolgend als ein Koordinatensystem der X-Z-Ebene bezeichnet wird). X, Y und Z dieses Koordinatensystems werden wie folgt repräsentiert: X = (x/F) (ZcosΘ – YsinΘ) Z = Y (FcosΘ + ysinΘ)/(ycosΘ – FsinΘ) Y = –H wobei F die Brennweite der Linse der Bilderzeugungsvorrichtung bezeichnet, Q bezeichnet den Neigungswinkel der optischen Achse und H bezeichnet die Höhe der Bilderzeugungsvorrichtung über der Fahrbahnoberfläche.
Wenn ein Fahrzeug eine Änderung des Nickwinkels oder eine vertikale Schwingung erfährt, sind die Umrisse (M1 und M2) der rechten und linken weißen Linie nicht mehr zueinander parallel. In diesem Fall werden die Umrisse in der x-y-Ebene des Koordinatensystems nach oben oder nach unten verschoben, um zu bewirken, dass die Umrisse (M'1 und M'2) der rechten und der linken weißen Linie zueinander parallel verlaufen. Dann wird die oben erwähnte Umsetzung ausgeführt, so dass die Umrisse der rechten und der linken weißen Linie in der x-y-Ebene des Koordinatensystems zueinander parallel verlaufen. Somit wird die Änderung des Nickwinkels oder die vertikale Schwingung korrigiert.
Die erfassten Umrisspunkte werden von der Unterkante des Bildes miteinander verbunden.
Der Fahrzeugcharakteristik-Erfassungsabschnitt 33 erfasst horizontale Kanten in einem Bereich, der durch rechte und linke Erfassungskurven für das Infrarot-Bild und das Bild im sichtbaren Licht umgeben ist. Die Anzahl von Kantenpunkten, die in jeder Pixelspalte vorhanden sind, werden dann gezählt, um ein Histogramm zu erzeugen.
Das Histogramm wird von unten nach oben abgesucht und die Abtastlinienposition, bei der die Anzahl der Kantenpunkte erstmals einen Schwellenwert EB übersteigt, wird als die Position des Fahrzeuges festgelegt. Es wird bestätigt, dass das Fahrzeug in dem Infrarotbild und dem Bild im sichtbaren Licht in der selben Position erfasst wurde, indem die Ausblendpunkte in diesen Bildern miteinander überlagert werden.
Der Abstandsberechnungsabschnitt 34 berechnet der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug auf der Grundlage der Abtastlinienposition von der Unterkante des Bildes und der Höhe und des Neigungswinkels der Bilderzeugungsvorrichtung über der Fahrbahnoberfläche.
Ein Abschnitt zur teleskopischen Fahrzeugverfolgung ist außerdem vorgesehen, um unter den Fahrzeugcharakteristiken, die durch einen teleskopischen Abschnitt des Fahrzeugcharakteristik-Erfassungsabschnitts 33 erfasst werden, eine Fahrzeugcharakteristik zu extrahieren, die am nächsten zur Unterkante des Bildes liegt, und um die extrahierte Fahrzeugcharakteristik zu verfolgen.
Außerdem ist ein Fahrzeugbestimmungsabschnitt vorgesehen, der bestimmt, dass ein Fahrzeug, das durch einen Weitwinkel-Abschnitt des Fahrzeugcharakteristik-Erfassungsabschnitts 33 erfasst wurde, mit dem Fahrzeug identisch ist, das durch den Abschnitt zur teleskopischen Fahrzeugverfolgung verfolgt wird.
Ein Weitwinkel-Abstandsberechnungsabschnitt ist außerdem vorgesehen, um einen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug zu berechnen, indem eine Fahrzeugcharakteristik von dem Fahrzeugbestimmungsabschnitt verwendet wird, die erhalten wird, wenn das durch den Fahrzeugbestimmungsabschnitt bestimmte Fahrzeug sich gerade von der Unterkante des Bildes in dem Abschnitt zur teleskopischen Fahrzeugverfolgung entfernt hat.
Somit enthält die Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das optische System mit der Linse 1, dem Halbspiegel 2 und der zweiten CCD 4, die koaxial angeordnet sind, und mit der zweiten CCD 3, die in der Achse des Lichts angeordnet ist, das von dem Halbspiegel reflektiert wird. Bei dieser Konfiguration werden die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien und die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der rechten Kanten der weißen Linien durch einzelne Signale erkannt, die zueinander keine Korrelation aufweisen. Demzufolge kann dann, wenn die weißen Linien verschwommen und beschädigt sind, ein derartiger verschwommener oder beschädigter Abschnitt durch die Korrelation untereinander ohne gegenseitige Störung ergänzt werden.
Da ein Raster aus den entgegengesetzten Richtungen eines Bildes gleichzeitig abgetastet wird, kann das Bild schnell aufgenommen und parallel verarbeitet werden, wodurch eine schnelle Bilderkennung ermöglicht wird.
Da außerdem zwei CCDs in einem optischen System enthalten sind, besitzt ein derartiges optisches System eine kleine Größe. Diese ist für Anwendungen in Fahrzeugen geeignet, bei denen eine kleinere Vorrichtung erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien aus einem Bild erhalten, das ein Farbfilter durchlaufen hat. Demzufolge unterscheidet sich die resultierende Fahrbahngeometrie im Kontrast von der Fahrbahngeometrie bei der Verwendung der rechten Kanten der weißen Linien, die aus dem Bild ohne Verwendung eines Farbfilters erhalten wird. Wenn die weißen Linien verschwommen oder beschädigt sind, kann deswegen ein derartiger verschwommener oder beschädigter Abschnitt durch gegenseitige Korrelation ergänzt werden. Auf diese Weise kann die Vorhersage der Erkennung der weißen Linien verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien in dem Weitwinkelbild erkannt und die Fahrbahngeometrie wird unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien in dem teleskopischen Bild erkannt. Diese beiden Fahrbahngeometrien stimmen im Wesentlichen miteinander überein. Wenn die weißen Linien verschwommen oder beschädigt sind, kann der verschwommene oder beschädigte Abschnitt durch die Korrelation untereinander gegenseitig ergänzt werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Vorhersage der weißen Linien verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Fahrbahngeometrie unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien in dem Weitwinkelbild erkannt und die Fahrbahngeometrie wird unter Verwendung der linken Kanten der weißen Linien in dem teleskopischen Bild erkannt. Diese beiden Fahrbahngeometrien stimmen im Wesentlichen miteinander überein. Wenn die weißen Linien in dem Weitwinkelbild verschwommen oder beschädigt sind, kann das teleskopische Bild, das einem vergrößerten Bild eines Abschnitts des Weitwinkelbildes entspricht, verwendet werden, um die weißen Linien auf der Fahrbahn genauer zu erfassen. Ein derartiger verschwommener oder beschädigter Abschnitt kann durch gegenseitige Korrelation ergänzt werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Vorhersage der weißen Linien verbessert werden.
Für den Fachmann sind verschiedene Modifikationen, die nicht vom Umfang dieser Erfindung abweichen, offensichtlich.

Claims

Bilderzeugungsvorrichtung, die umfasst: eine Linse (1 ), einen Halbspiegel (2) und eine erste CCD (4), die längs derselben optischen Achse angeordnet sind; und . eine zweite CCD (3), die auf einer Achse von von dem Halbspiegel (2) reflektiertem Licht angeordnet ist, wobei entweder die erste oder die zweite CCD (4, 3) ein normales Bild eines über die Linse eingegebenen Eingangsbildes ausgibt, während die jeweils andere CCD ein umgekehrtes Bild des Eingangsbildes ausgibt, und gekennzeichnet durch eine Bildverarbeitungsschaltung (31–34), um die Ausgangssignale der ersten und der zweiten CCD anhand ihrer umgekehrten Beziehung zu verarbeiten, um eine Bilderkennung auszuführen.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein wellenlängenselektives optisches Element (6) auf einem optischen Weg von der Linse (1) zu wenigstens einer der ersten und/oder der zweiten CCDs (4) umfasst.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das wellenlängenselektive optische Element (6) ein Infrarotfilter ist.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Halbspiegel (2) auch als das wellenlängenselektive optische Element dient, das wahlweise Infrarotstrahlung reflektiert.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Halbspiegel (2) auch als das wellenlängenselektive optische Element dient, das Infrarotstrahlung wahlweise durchlässt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Vergrößerungslinse (6) in einem optischen Weg von der Linse zu wenigstens einer der ersten und zweiten CCDs umfasst.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bildverarbeitungsschaltung ferner eine Schaltung zum Erfassen einer Korrelation zwischen dem normalen Bild und dem umgekehrten Bild umfasst.