JP2000283988A - 衝突時間検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象物の被観測面と結像手段の光軸が垂直で
ない場合でも対象物との衝突までの所要時間を正確に求
め得るようにする。 【解決手段】 像の速度の光軸と直交するＹ方向の成分
Ｖ1 とＶ2 、センサの光軸及びＹ方向に直交するＸ方向
の成分Ｖ3 とＶ3 を求め、これらに基づいてＹ方向の成
分の空間的変化率β＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／ＨとＸ方向の成
分の空間的変化率α＝（Ｖ3 −Ｖ4 ）／Ｗとを求め、Ｘ
方向の空間的変化率αのａ倍とＹ方向の空間的変化率β
の（１−ａ）倍との和（ａα＋（１−ａ）β）の逆数を
対象物との衝突までの所要時間τとして求める衝突時間
検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物が観測者
（検出装置）に衝突するまでの所要時間を求め、求めた
所要時間から対象物と観測者の衝突の有無を判別する衝
突時間検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上に集積化した光検出器に像
を結像させ、その出力を直接処理することで像の動きの
情報を求め、更に同基板上で像の動きの情報を統合する
ことで対象物との衝突までの所要時間を検出する方法と
して、 （１）『N.Ancona, G.Creanza, D.Fiore, and R.Tangor
ra "A Real-time, Miniaturized Optical Sensor for M
otion Estimation and Time-tocrash Detection", SPIE
Vol. 2950』『Jorg Kramer and Giacomo Indiveri, "A
nalog VLSI Motion Projectd at Caltech"』等が開示さ
れている。また、ＴＶカメラで撮像した画像のデジタル
画像処理により対象物との衝突までの所要時間を検出す
る方法として、 （２）『ＵＳＰ５５９８４８８』『ＵＳＰ５７１７７９
２』『ＵＳＰ５５５９６９５』や、（３）『山田憲一、
伊東敏夫、“エッジ画像の濃度投影による車両の一捕捉
手法”電学論E 、Vol.118 、No.6、1998』等が開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】（１）N.Anconaらの方
法や、J.Kramerらの方法では、センサの光軸が対象物の
被観測面に対して垂直である場合にのみ、衝突までの所
要時間を正確に求めることができる。つまり、N.Ancona
らの方法や、J.Kramerらの方法は、像の速度のある方向
に関する成分が、その方向の位置に対して線形であるこ
とを前提とする計算原理に基づいている。このため、対
象物の被観測面がセンサの光軸に対して垂直でない場合
には衝突時間を正確に求めることができないという問題
がある。 （２）ＵＳＰ５５９８４８８、ＵＳＰ５７１７７９２、
ＵＳＰ５５５９６９５に記載の各装置の場合も、対象物
の被観測面がセンサの光軸に対して垂直であることを前
提としているため、同様の問題がある。 （３）山田らの装置は車両の左右両端のエッジ情報に基
づいて衝突までの所要時間を算出しているため、車両が
センサに近接していて左右の両端部を観測できない場合
には衝突時間を求めることができないという問題があ
る。

【０００４】本発明は、対象物の被観測面が像検出手段
の光軸に対して垂直でない場合でも、対象物との衝突ま
での所要時間（衝突時間）を正確に求めることができる
衝突時間検出装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の衝突時間検出
装置は、対象物の像を光軸と垂直な検出面に結像させる
結像手段、検出面に結像される像を電気信号として検出
する像検出手段、像検出手段の出力に基づいて像の速度
の検出面の光軸と直交する方向に対応する方向であるＸ
方向の成分（ＶX ）と像の速度の検出面のＸ方向と直交
する方向に対応する方向であるＹ方向の成分（ＶY ）と
を求める速度演算手段、速度演算手段の出力に基づいて
像の速度のＸ方向の成分（ＶX ）のＸ方向に関する空間
的変化率（α）と像の速度のＹ方向の成分（ＶY ）のＹ
方向に関する空間的変化率（β）とを求める空間的変化
率演算手段、及び、空間的変化率演算手段の出力に基づ
いて像の速度のＸ方向の成分のＸ方向に関する空間的変
化率（α）のａ倍と像の速度のＹ方向の成分のＹ方向に
関する空間的変化率（β）の（１−ａ）倍との和（ａα
＋（１−ａ）β）を対象物との衝突までの所要時間（τ
1 ）の逆数として求める衝突時間演算手段、を有するこ
とを特徴とする。

【０００６】検出面のＸ方向に直交する方向に対応する
方向としてＹ方向を定義し、検出面の光軸と直交する方
向に対応する方向としてＸ方向を定義した理由は、対象
物から発した光（光に限定されず、電磁波や、音波等で
もよい）が反射鏡等で方向を曲げられて像検出手段の検
出面に入射する場合を考慮したものである。即ち、対象
物から発した光等を反射鏡等を介して像検出手段の検出
面に結像させるように結像系を構成した場合、対象物が
検出面のＸ方向と直交する鉛直方向に運動するとき像は
検出面内の所定の方向（Ｙ方向≠検出面のＸ方向と直交
する鉛直方向）に運動し、対象物が検出面の光軸と直交
する水平方向に運動するとき像は検出面内の上記所定の
方向と直交する方向（Ｘ方向≠検出面の光軸と直交する
水平方向）に運動するため、上記のように定義したもの
である。なお、以下の記述では、検出面のＸ方向と直交
する方向とＹ方向、検出面の光軸と直交する方向とＸ方
向を区別せず、それぞれ同じものとして説明する場合も
ある。

【０００７】請求項２の衝突時間検出装置は、請求項１
に於いて、検出面上のＹ座標が同じでＸ座標が異なる２
位置の速度のＸ方向成分の差を距離で除算することによ
り像の速度のＸ方向の成分（ＶX ）のＸ方向に関する空
間的変化率（α）を求め、検出面上のＸ座標が同じでＹ
座標が異なる２位置の速度のＹ方向成分の差を距離で除
算することにより像の速度のＹ方向の成分（ＶY ）のＹ
方向に関する空間的変化率（β）を求めることを特徴と
する。つまり、像の速度のＸ方向の成分（ＶX ）のＸ方
向に関する空間的変化率（α）としては、像の速度のＸ
方向に関する空間偏微分値を演算してもよいが、検出面
上のＹ座標が同じでＸ座標が異なる２位置の速度のＸ方
向成分の差と距離の比として求めてもよい。Ｙ方向につ
いても同様に、像の速度のＹ方向の成分（ＶY）のＹ方
向に関する空間的変化率（β）としては、像の速度のＹ
方向に関する空間偏微分値を演算してもよいが、検出面
上のＸ座標が同じでＹ座標が異なる２位置の速度のＹ方
向成分の差と距離の比として求めてもよい。以下、検出
面上のＹ座標が同じでＸ座標が異なる２位置の一方を
『左位置』他方を『右位置』といい、検出面上のＸ座標
が同じでＹ座標が異なる２位置の一方を『上位置』他方
を『下位置』という場合もある。ここで、『左位置』と
『右位置』の中央位置と『上位置』と、『下位置』の中
央位置は、一致する必要がある。

【０００８】請求項３の衝突時間検出装置は、請求項２
に於いて、Ｘ座標が異なる２位置（左位置と右位置）に
ついて各々Ｙ座標が異なる複数の位置の速度のＸ方向成
分を求め、Ｘ座標が共通の一方の位置（左位置又は右位
置）での速度のＸ方向成分の平均値とＸ座標が共通の他
方の位置（右位置又は左位置）での速度のＸ方向成分の
平均値とを求めて両平均値の差をとり、その差と両位置
の距離（左位置と右位置の距離）の比を、検出面上のＹ
座標が同じでＸ座標が異なる２位置の速度のＸ方向成分
の差と距離の比として求め、Ｙ座標が異なる２位置（上
位置と下位置）について各々Ｘ座標が異なる複数の位置
の速度のＹ方向成分を求め、Ｙ座標が共通の一方の位置
（上位置又は下位置）での速度のＹ方向成分の平均値と
Ｙ座標が共通の他方の位置（下位置又は上位置）での速
度のＹ方向成分の平均値とを求めて両平均値の差をと
り、その差と両位置の距離（上位置と下位置の距離）の
比を、検出面上のＸ座標が同じでＹ座標が異なる２位置
の速度のＹ方向成分の差と距離の比として求めることを
特徴とする。

【０００９】請求項４の衝突時間検出装置は、請求項３
に於いて、Ｘ座標が共通の一方の位置（左位置又は右位
置）での速度のＸ方向成分の平均値を各位置（各左位置
又は各右位置）での速度のＸ方向成分の時間的平均値に
基づいて求め、Ｘ座標が共通の他方の位置（右位置又は
左位置）での速度のＸ方向成分の平均値を各位置（各右
位置又は各左位置）での速度のＸ方向成分の時間的平均
値に基づいて求め、Ｙ座標が共通の一方の位置（上位置
又は下位置）での速度のＹ方向成分の平均値を各位置
（各上位置又は各下位置）での速度のＹ方向成分の時間
的平均値に基づいて求め、Ｙ座標が共通の他方の位置
（下位置又は上位置）での速度のＹ方向成分の平均値を
各位置（各下位置又は各上位置）での速度のＹ方向成分
の時間的平均値に基づいて求めることを特徴とする。つ
まり、上位置及び下位置、及び、左位置及び右位置での
速度のＸ方向成分、及び、Ｙ方向成分の平均値を求める
のに先立って、各上位置及び各下位置、及び、各左位置
及び各右位置毎に、各々速度のＸ方向成分、及び、Ｙ方
向成分の時間的平均値を求めることを特徴とする。

【００１０】請求項５の衝突時間検出装置は、請求項２
〜請求項４の何れかに於いて、対象物のＹ方向の動きを
ゼロと見做すことができ、且つ、対象物の被観測面の法
線ベクトルのＹ成分をゼロと見做すことができるとき、
検出面上のＸ座標が同じでＹ座標が異なる２位置のうち
の一方（上位置又は下位置）の速度のＹ方向成分（Ｙ座
標が共通の速度群の平均速度や、Ｙ座標が共通の時間的
平均速度群の平均速度を含む）として、他方（下位置又
は上位置）の速度のＹ方向成分（Ｙ座標が共通の速度群
の平均速度や、Ｙ座標が共通の時間的平均速度群の平均
速度を含む）と絶対値が同じで符号が反対の速度のＹ方
向成分を採用することを特徴とする。つまり、対象物の
Ｙ方向の動きがゼロと見做すことができ、且つ、対象物
の被観測面の法線ベクトルのＹ方向成分をゼロと見做す
ことができる場合には、検出面上のＸ座標が同じでＹ座
標が異なる上下２位置のうちの一方（上位置又は下位
置）の速度のＹ方向成分として、他方（下位置又は上位
置）の速度のＹ方向成分と絶対値が同じで符号が反対の
速度のＹ方向成分を採用するようにしたものてある。こ
れにより、上位置又は下位置の何れか一方の速度検出用
の構成を省略することができる。

【００１１】請求項６の衝突時間検出装置は、対象物の
像を光軸と垂直な検出面に結像させる結像手段、検出面
に結像される像を検出面上の仮想の閉曲線上の多数の位
置において電気信号として検出する像検出手段、像検出
手段の出力に基づいて各位置の仮想の閉曲線の単位法線
ベクトル（ｐ）の検出面の光軸に直交する方向に対応す
る方向であるＸ方向の成分（ｐx ）のａ倍と検出面のＸ
方向に直交する方向に対応する方向であるＹ方向の成分
（ｐy ）の（１−ａ）倍とを成分とするベクトル（ｑ）
と当該位置の像の動きベクトル（ｖ）との内積を各々出
力する速度演算手段、及び、仮想の閉曲線で囲まれる領
域の面積を各位置のベクトル（ｑ）と動きベクトル
（ｖ）の内積の総和で除算した値を対象物との衝突まで
の所要時間（τ1 ）として求める衝突時間演算手段、を
有することを特徴とする。この構成は、後述の（１４）
式に基づく構成である。

【００１２】請求項７の衝突時間検出装置は、請求項１
〜請求項６の何れかに於いて、対象物が車両であり、前
記係数ａが−１である、ことを特徴とする。この構成
は、後述の（９）式に基づく構成である。即ち、後述の
ように、自動車等の車両は立方体に近い形状をしている
ためボディーの前面／後面／側面等の被観測面の法線ベ
クトルは近似的に水平である（ｎy ＝０）と見做し得る
こと、及び、自動車の振動等による鉛直方向の速度成分
は水平方向の速度成分に比べて十分小さいので対象物の
動きの鉛直方向の成分を０と見做し（ｖy ＝０）得るこ
とを、後述の（８）式に採用することで決定されるもの
である。

【００１３】ここで、本発明の原理を説明する。図１は
センサの検出面（受光面）と対象物の位置関係の座標系
を示す。センサの焦点位置を原点とし、センサの光軸を
Ｚ軸、光軸と直交する方向をＸ軸、光軸及びＸ軸と直交
する方向をＹ軸とする。対象物の像が結像する検出面
は、焦点距離ｆを用いると、Ｚ＝−ｆと表すことができ
る。観測する対象物は平面であると仮定し、その被観測
面の単位法線ベクトルをｎ＝（ｎx ，ｎy ，ｎz ）、被
観測面がＺ軸と交わる切片をｚ0 とすると、被観測面の
法定式は

【数１】 ・・・・・・・（１） と表すことができる。

【００１４】原点（センサ）と被観測面の距離は−ｚ0
ｎz である。対象物の動きベクトルをｖ＝（ｖx ，ｖy
，ｖz ）とすると、速度の被観測面の法線方向の成分
は、ｖとｎの内積、即ち、ｎx ｖx ＋ｎy ｖy ＋ｎz ｖ
z である。したがって、対象物が現在の速度を維持した
場合にセンサの焦点に衝突するまでに要する時間（衝突
時間）τは次のように表すことができる。

【数２】 ・・・・・・・（２） この（２）式で与えられる衝突時間τは、対象物がセン
サに衝突する場合は正の有限値、対象物がセンサから遠
ざかる場合は負の有限値、対象物がセンサの近くを通過
する場合は無限大となる。したがって、（２）式のτの
値に基づいて対象物がセンサに衝突するか否かを判別す
ることができる。

【００１５】本発明では、センサ面上で観測される像の
動きベクトルのＸ方向（センサの光軸と直交する方向に
対応する方向）の空間偏微分値αと、Ｙ方向（センサの
光軸及びＸ方向と直交する方向に対応する方向）の空間
偏微分値βを用いて、衝突時間を求める。センサ面上の
位置（ｘf ，ｙf ）で観測される動きベクトルｖf は、
次式で表される。

【数３】 ・・・・・・・（３）

【００１６】この（３）式のｖxf，ｖyfを各々ｘf ，ｙ
f で偏微分すると次式となる。

【数４】 ・・・・・・・（４）

【００１７】この（４）式で与えられる像の速度の空間
偏微分値を用いて、次式により衝突時間τ1 を求める。

【数５】 ・・・・・・・（５） ここで、ａ，ｂは定数である。

【００１８】前記（２）式で与えられる真の衝突時間τ
と、上記（５）式で求められる衝突時間τ1 とが一致す
るように、ａとｂの値を決定する。τとτ1 とが一致す
るためには、以下に（６）式として示す条件１〜条件３
の全てを満たす必要がある。

【数６】 ・・・・・・・（６）

【００１９】ところで、センサが監視する方向（Ｚ軸方
向）と被観測面とは、一般には平行ではない（ｎz ≠
０）。この場合、（６）式内の条件１を満たすために
は、ａ＋ｂ＝１であることが必要となる。この条件を前
記（５）式に適用すると、

【数７】 ・・・・・・・（７） となる。

【００２０】また、（６）式内の条件１を満たすよう
に、 ａ＋ｂ＝１ とすると、前記（６）式内の条件２と条件３は、

【数８】 ・・・・・・・（８） のように記述される。この（８）式内の条件２と条件３
を満たすように、対象物の動きベクトル及び被観測面の
法線ベクトルの条件に応じて、係数ａを決定する。

【００２１】自動車の衝突予測に応用する場合を考え
る。センサが監視する方向（Ｚ軸方向）を水平にとり、
Ｘ軸方向を水平方向に、Ｙ軸方向を鉛直方向に定める。
対象物である自動車は立方体に近い形状をしているた
め、ボディーの前面、後面、側面等の被観測面の法線ベ
クトルは、近似的に水平である（ｎy ＝０）と見做すこ
とができる。また、自動車の振動等による鉛直方向の速
度成分は、水平方向の速度成分に比べて十分小さいの
で、対象物の動きの鉛直方向の成分を０と見做す（ｖy
＝０）ことができる。

【００２２】したがって、ａ＝−１とすれば、条件２と
３が満たされることになり、τ1 は真の衝突時間τと一
致する。これより、対象物が自動車であると仮定したと
きの衝突時間計算式は次式で与えられる。

【数９】 ・・・・・・・（９）

【００２３】次に、従来の衝突時間検出方式の原理を述
べ、その計算方法と、その計算方法の本発明への適用に
ついて述べる。従来法では、衝突時間τ2 を、

【数１０】 ・・・・・・・（１０） によって求めている。

【００２４】この（１０）式のτ2 が（２）式のτと一
致するためには、

【数１１】 ・・・・・・・（１１） という２つの条件（条件１')，条件２')）の全てを満た
す必要がある。

【００２５】センサ面上での動きベクトルの観測位置
（ｘf ，ｙf ）に依存せずに、正しく衝突時間が検出さ
れるためには、被観測面がセンサの光軸に対して垂直
（ｎx ＝ｎy ＝０）であることが必要である。自動車の
衝突予測に応用する場合、先述のようにｎy ＝０、ｖy
＝０と見做し得るため上記（１１）式内の条件２')は満
たされるが、条件１')が満たされるためにはｎx ＝０で
あることが必要である。つまり、対象物の被観測面とセ
ンサの光軸とが垂直であることが必要である。

【００２６】前記（１０）式を計算する方法として、グ
リーンの定理を利用する方法が提案されている。即ち、
ベクトル場ｖf がリニアフィールドであるとき、グリー
ンの定理より

【数１２】 ・・・・・・・（１２） の関係がある。但し、Ｃは領域Ｓの境界線、ｐは閉曲線
Ｃ上の単位法線ベクトルである。この（１２）式を用い
ると、前記（１０）式は、

【数１３】 ・・・・・・・（１３） と表すことができる。但し、Ｍは閉曲線Ｃで囲まれる領
域の面積である。このように、衝突時間τ2 は、ベクト
ルｖf とｐの内積を、センサの受光面上に設定した任意
の閉曲線Ｃ上で周回積分することにより求めることがで
きる。

【００２７】したがって、本発明の衝突時間計算式であ
る（７）式も、

【数１４】 ・・・・・・・（１４） のように、周回積分で計算することができる。但し、ｐ
＝（ｐx ，ｐy ）としたとき、ｑ＝（ａｐx ，（１−
ａ）ｐy ）である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施の形態
を説明する。

【００２９】〔１〕第１の実施の形態（図４）：図４は
第１の実施の形態の構成を示す。第１の実施の形態の装
置は請求項２に対応する。図示の構成は半導体基板上に
集積されており、この半導体基板は図５に例示するよう
にレンズの後方の焦点位置に設けられている。この半導
体基板上に対象物の像が結像され、これに基づいて、対
象物が半導体基板に衝突するまでに要する時間が求めら
れる。

【００３０】図４の衝突時間検出装置は、半導体基板に
結像される像を電気信号として検出する合計１２個の光
検出器を有し、光検出器３個に対して速度検出器１個が
接続されて各々１個の動き検出器が構成されている。

【００３１】つまり、各々３個づつの光検出器の出力に
基づいて像の速度の半導体基板のＸ方向に直交する方向
に対応する方向であるＹ方向の成分Ｖ1 ，Ｖ2 を速度検
出器から電圧値として出力する図内上下に配置された２
つの動き検出器と、各々３個づつの光検出器の出力に基
づいて像の速度の半導体基板の光軸に直交する方向に対
応する方向であるＸ方向の成分Ｖ3 ，Ｖ4 を速度検出器
から電圧値として出力する図内左右に配置された２つの
動き検出器とが設けられている。

【００３２】動き検出器としては、図４の衝突時間検出
装置では、Ｖ1 を出力する第１の動き検出器と、Ｖ2 を
出力する第２の動き検出器と、Ｖ3 を出力する第３の動
き検出器と、Ｖ4 を出力する第４の動き検出器とが設け
られている。なお、『第１の動き検出器』は図中では
『動き検出器１』と表示され、『第２の動き検出器』は
図中では『動き検出器２』と表示され、『第３の動き検
出器』は図中では『動き検出器３』と表示され、『第４
の動き検出器』は図中では『動き検出器４』と表示され
ている。以下、図中で『〜１』等のように名称の後に数
字を付して表示されている素子については『第１』等を
用いて説明することとする。なお、速度検出器は３つの
光検出器上を通過する像の速度の絶対値を電圧値として
出力する回路であり、電圧値の符号は方向を表す。ま
た、速度検出器の出力が０である場合とは、像の通過が
検出されない場合である。

【００３３】図４の衝突時間検出装置は、像の速度のＹ
方向の成分Ｖ1 ，Ｖ2 を出力する第１及び第２の動き検
出器の出力に基づいて像の速度のＹ方向の成分の空間的
変化率『β＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／Ｈ』を電圧値として出力
する第１の演算回路と、像の速度のＸ方向の成分Ｖ3 ，
Ｖ4 を出力する第３及び第４の動き検出器の出力に基づ
いて像の速度のＸ方向の成分の空間的変化率『α＝（Ｖ
3 −Ｖ4 ）／Ｗ』を電圧値として出力する第２の演算回
路とを有する。ここで、ＨはＹ方向の２位置（上位置と
下位置）の第１と第２の動き検出器の間の距離であり、
ＷはＸ方向の２位置（左位置と右位置）の第３と第４の
動き検出器の間の距離である。第１の演算回路と第２の
演算回路が請求項に記載の空間的変化率演算手段に該当
する。つまり、β＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／Ｈは像の速度のＹ
方向に関する空間偏微分値に対応する値、α＝（Ｖ3 −
Ｖ4 ）／Ｗは像の速度のＸ方向に関する空間偏微分値に
対応する値である。

【００３４】さらに、図４の衝突時間検出装置は、第１
の演算回路の出力βと第２の演算回路の出力αに基づい
て、『１／τ1 ＝ａα＋（１−ａ）β』を出力する第３
の演算回路を有する。第３の演算回路が、請求項の衝突
時間演算手段に該当する。なお、衝突時間演算手段の出
力の逆数を求める回路、即ち、衝突時間τ1 を求める回
路は、公知であるため図示及び説明は省略する。

【００３５】第３の演算回路の出力『１／τ1 』は、対
象物に動きが無い場合や、対象物が衝突時間検出装置に
衝突しないで近辺を通過するコースに在る場合には
『０』である。また、対象物が衝突コースで衝突時間検
出装置に近づいて来る場合は正の有限値、対象物が衝突
コースで衝突時間検出装置から遠ざかる場合は負の有限
値をとる。

【００３６】第１の実施の形態の衝突時間検出装置で
は、少ない数（４個）の動き検出器と第１〜第３の３個
の演算回路によって衝突時間を検出できるので、小規模
なハードウェアで対象物の衝突時間を算出することがで
きる。また、その算出結果に基づいて、対象物が衝突す
るか否かを判別することができる。また、半導体基板上
に集積化した光検出器や演算回路等により構成されてい
るため、衝突時間の算出を高速に行うことが可能であ
る。

【００３７】〔２〕第１の実施の形態の変形例（図
６）：図６は、図４に示す第１の実施の形態の衝突時間
検出装置において、Ｙ方向の２位置（Ｘ座標が同じ上位
置と下位置）に設けられた第１及び第２の動き検出器を
構成する各光検出器の開口幅をＸ方向に長く構成し、Ｘ
方向の２位置（Ｙ座標が同じ左位置と右位置）に設けら
れた第３及び第４の動き検出器を構成する各光検出器の
開口幅をＹ方向に長く構成したものである。

【００３８】Ｙ方向の２位置に設けられた第１及び第２
の動き検出器は、像の速度のＹ方向の成分を検出するも
のであるため、Ｘ方向の解像度を低くすることで、窓枠
問題に起因する速度の誤検出を低減することができる。
同様に、Ｘ方向の２位置に設けられた第３及び第４の動
き検出器では、像の速度のＸ方向の成分を検出するもの
であるため、Ｙ方向の解像度を低くすることで、窓枠問
題に起因する速度の誤検出を低減することができる。

【００３９】〔３〕第２の実施の形態（図７）：図７は
第２の実施の形態の構成を示す。第２の実施の形態の装
置は請求項３に対応する。第２の実施の形態では、Ｙ方
向に距離Ｈだけ離れている上下２位置についてＸ座標が
異なる複数の位置の像の速度のＹ方向成分を求め、Ｙ座
標が共通の第１の動き検出器群の速度の平均値を第１の
平均回路により求め、Ｙ座標が共通の第２の動き検出器
群の速度の平均値を第２の平均回路により求め、第１の
平均回路の出力Ｖ1 と第２の平均回路の出力Ｖ2 の差と
距離Ｈとの比を第１の演算回路で求めている。

【００４０】同様に、Ｘ方向に距離Ｗだけ離れている左
右２位置についてＹ座標が異なる複数の位置の像の速度
のＸ方向成分を求め、Ｘ座標が共通の第４の動き検出器
群の速度の平均値を第４の平均回路により求め、Ｘ座標
が共通の第３の動き検出器群の速度の平均値を第３の平
均回路により求め、第４の平均回路の出力Ｖ4 と第３の
平均回路の出力Ｖ3 の差と距離Ｗとの比を第２の演算回
路で求めている。

【００４１】つまり、上下左右それぞれ複数の動き検出
器の出力を平均した値に基づいて平均速度Ｖ1 〜Ｖ4 を
求め、この平均速度Ｖ1 〜Ｖ4 を用いて所望の演算を行
っている。なお、図７に示す構成が半導体基板上に集積
されていることや、図５に例示するレンズの後方の焦点
位置に設けられていることについては、第１の実施の形
態の場合と同じである。

【００４２】動き検出器の出力の平均値（平均速度）を
出力する平均回路は、動き検出器の出力の中でゼロでな
いものの平均値を出力する。半導体基板の検出面の中心
位置Ａにおける像の速度の空間偏微分値は、Ａから等距
離でＡを中心として上下左右の位置である位置Ｂ，Ｃ，
Ｅ，Ｄでの像の速度より計算することができる。すべて
の動き検出器が像の動きを検出している場合には、位置
Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｄにおける像の速度は、上下左右それぞれ
の動き検出器群の平均値として求めることができる。像
の動きを検出していない動き検出器がある場合でも、十
分な数の動きが検出されている場合には平均値による近
似が可能である。像の動きを検出している動き検出器の
数が少ないために平均値による近似が成り立たない湯合
であっても、上下左右の各動き検出器群において２個以
上の動き検出器が像の動きを検出している場合には、最
小２乗法による位置Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｄでの動きの推定が可
能である。

【００４３】第２の実施の形態では、上下左右それぞれ
多数の動き検出器の検出結果を平均化して速度の平均値
を求め、これを用いて速度差と上下（又は左右）の動き
検出器間の距離Ｈ（又はＷ）との比を求め、これに基づ
いて所望の演算を行っているため、動き検出器の出力の
精度が悪い場合や、動きを検出している動き検出器の数
が少ない場合でも、安定して衝突時間を検出することが
可能である。なお、第２の実施の形態の各光検出器を、
図６のように変形すること、即ち、速度を検出する方向
と直交する方向に長く構成することは当然に可能であ
る。

【００４４】〔４〕第２の実施の形態の変形１（図
７）：変形１は第２の実施の形態の装置と略同様である
が、上下左右の各平均回路と第１及び第２の演算回路の
動作が第２の実施の形態の装置と異なる。即ち、各平均
回路は、非０の出力を発生している動き検出器の数をカ
ウントし、その数が閾値以下の場合には０を出力する。
また、閾値以上の場合は出力が非０の動き検出器の出力
の平均値を出力する。また、第１及び第２の演算回路
は、各々２つの入力が共に０でない場合にのみ演算結果
を出力し、入力の一方でも０の場合は０を出力する。つ
まり、非０を出力している動き検出器の数が少ない場合
はその方向に関する空間偏微分値を０で近似して衝突時
間を算出する。その理由は、非０を出力している動き検
出器の数が少ない場合は、動きの速度が小さいかまたは
動きが無い可能性が大きく、検出結果の信頼度は低いた
めである。この場合には、動きが無いものとして衝突時
間を算出している。つまり、信頼度の低い動き検出結果
を用いないことで、衝突時間の誤検出の割合を低下させ
ているのである。

【００４５】〔５〕第２の実施の形態の変形２（図
８）：変形２は第２の実施の形態の装置と略同様である
が、上下左右の各動き検出器群が複数の列で構成されて
いる点が第２の実施の形態の装置と異なる。動き検出器
の列の間隔が小さいとき、第２の実施の形態の装置と同
様、平均演算により位置Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｄにおける像の速
度を近似的に求めることが可能である。変形２では、第
２の実施の形態の装置と同様な効果に加えて、さらに、
非０を出力している動き検出器の数が少ないときでも安
定して衝突時間を算出することが可能であるという効果
がある。

【００４６】〔６〕第３の実施の形態（図９）：図９は
第３の実施の形態の構成を示す。第３の実施の形態の装
置は請求項４に対応する。第３の実施の形態の装置は、
第２の実施の形態の装置に於いて、上下左右の各動き検
出器群に於いて速度の平均値を求めるのに先立ち、各動
き検出器の出力の時間的平均値を各動き検出器に設けた
時間平均回路で求めるようにしたものである。時間平均
回路は動き検出器の出力を一定時間時間平均して出力す
るため、時刻によって検出される動きの数にバラツキが
ある場合でも安定して衝突時間を算出することができ
る。

【００４７】〔７〕第４の実施の形態（図１０）：図１
０は第４の実施の形態の構成を示す。第４の実施の形態
の装置は請求項５に対応する。第４の実施の形態の装置
は第２の実施の形態の装置と略同様であるが、上下左右
の動き検出器群のうちで、図内下方に位置する動き検出
器群が省略されている点、及び、これに伴い、第１の演
算回路が図内上方に位置する動き検出器群の出力Ｖ1 の
２倍の値２Ｖ1 を距離Ｈで除算している点が、第２の実
施の形態と異なる。

【００４８】図１０に於いて位置ＡのＹ座標は光軸のＹ
座標と一致するように設定されており、位置Ａにおける
像の速度のＸ方向の空間偏微分値は、左右の動き検出器
群の平均速度Ｖ3 とＶ4 及び左右の動き検出器群間の距
離Ｗを用いて第２の実施の形態と同様に求め、Ｙ方向の
空間偏微分値は上方位置の動き検出器群の平均速度Ｖ1
と距離Ｈとを用いて近似的に求める。対象物の被観測面
の法線ベクトルのＹ成分がゼロと見做すことができ、且
つ、対象物の動きのＹ方向の成分が０と見做すことがで
きる場合、位置Ｂと位置Ｃの像の動きのＹ方向の成分は
大きさが同じで方向が逆の関係となる。このことを利用
して、第２の実施の形態におけるｖ2 を−ｖ1 で置換し
て演算することにより、像の速度のＹ方向の空間偏微分
値を算出しているのである。

【００４９】換言すれば、第４の実施の形態は、対象物
のＹ方向の動きがゼロと見做すことができ、且つ、対象
物の被観測面の法線ベクトルのＹ成分がゼロと見做すこ
とができることを前提とする構成である。このような場
合には、半導体基板の検出面上のＸ座標が同じで光軸か
らの距離が等しい上下２位置の速度のうちの一方の速度
として、他方の速度と絶対値が同じで符号が反対の速度
を採用することができ、一方の速度を検出するための構
成を省略することができる。なお、上下２位置の距離と
しては、省略した構成が本来在るべき位置と上位置との
距離Ｈを用いる。

【００５０】第４の実施の形態の装置では、下方の動き
検出器群を省略できるため、回路規模を小さくすること
ができる。また、下方位置Ｃ近辺で像の動きが求められ
ない場合でも衝突時間を求めることができる。なお、下
方位置の動き検出器群の省略に代えて、上方位置の動き
検出器群を省略してもよい。

【００５１】〔８〕第４の実施の形態の変形（図１
１）：第４の実施の形態の装置を変形した装置は、第２
の実施の形態の装置と略同様であるが、上方位置又は下
方位置の動き検出器群の出力のうち、信頼度の低い方の
出力を採用せず、信頼度の高い方の出力を採用して、そ
の２倍の値を第４の実施の形態の装置と同様に速度差と
して用いている点が、第２の実施の形態の装置と異な
る。信頼度ｐとしては、この例では、非０を出力してい
る動き検出器の数で判定している。

【００５２】つまり、第４の実施の形態の装置を変形し
た装置では、上下の平均演算回路から信頼度Ｐ1 とＰ2
を取り出し、これらを比較回路で比較して信頼度の高低
を判定し、判定結果に基づいて、信頼度の低い方の平均
演算回路からの出力をスイッチ（第１又は第２のスイッ
チ）で遮断することで、上記の動作を実現している。な
お、位置Ａにおける像の速度のＸ方向の空間偏微分値
は、左右の動き検出器群の平均回路の出力に基づいて第
４の実施の形態と同様に求めている。つまり、Ｙ方向に
ついてのみ、信頼度を考慮して空間偏微分値を求めてい
る。

【００５３】具体的には、上方位置の第１の平均演算回
略は、第１の動き検出器群の多数の出力中の非０の出力
の平均値Ｖ1 と信頼度Ｐ1 を出力する。信頼度Ｐ1 は、
例えば、非０を出力している動き検出器の数である。同
様に、下方位置の第２の平均演算回路は、第２の動き検
出器群の多数の出力中の非０の出力の平均値Ｖ2 と信頼
度Ｐ2 を出力する。信頼度Ｐ2 は、例えば、非０を出力
している動き検出器の数である。

【００５４】比較回路は、第１の入力端子（図中で下位
置の入力端子）に入力する信頼度Ｐ1 と第２の入力端子
（図中で上位置の入力端子）に入力する信頼度Ｐ2 とを
比較する。その結果、第１の入力が大きい場合は第１の
出力端子（図中で下位置の出力端子）をハイレベルに
し、第２の出力端子（図中で上位置の出力端子）をロー
レベルにする。これにより、第１のスイッチがオンとな
り、第１の平均回路の出力Ｖ1 が第１の演算回路に入力
される。逆に、第２の入力が大きい場合は第２の出力端
子をハイレベルにし、第１の出力端子をローレベルにす
る。これにより、第２のスイッチがオンとなり、第２の
平均回路の出力Ｖ2 が第１の演算回路に入力される。

【００５５】第４の実施の形態の装置を変形した装置で
は、より信頼度の高い動き情報を選択してＹ方向の空間
偏微分値を算出するため、求められる衝突時間の精度を
向上させることが可能となる。

【００５６】

〔９〕第５の実施の形態（図１２）：図１
２は第５の実施の形態の構成を示す。第５の実施の形態
の装置は請求項６に対応する。即ち、前述の（１４）式
の原理に基づく。第５の実施の形態の装置は、対象物の
像を検出面に結像させる結像手段（図５参照）と、半導
体基板の検出面に結像される像を、検出面上の仮想の閉
曲線（図１２に点線で示す円周）上の多数の位置におい
て電気信号として検出する多数の光検出器と、各光検出
器の出力に基づいて各位置の仮想の閉曲線の単位法線ベ
クトルｐの検出面のＸ方向に直交する方向に対応する方
向であるＹ方向の成分ｐy の（１−ａ）倍と、検出面の
光軸に直交する方向に対応する方向であるＸ方向の成分
ｐx のａ倍とを成分とするベクトルｑと当該位置の像の
動きベクトルｖとの内積を各々出力する速度演算回路
と、仮想の閉曲線（図１２に点線で示す円周）で囲まれ
る領域の面積を各位置のベクトルｑと動きベクトルｖの
内積の総和で除算した値を対象物との衝突までの所要時
間τ1 として求める衝突時間演算回路と、を有する装置
である。

【００５７】具体的には、第５の実施の形態の装置で
は、対象物の像が結像される半導体基板の検出面の中央
を中心とした半径Ｒの円周上に動き検出器（３個の光検
出器と１個の速度演算回路から成る素子）が多数配置さ
れており、動き検出器が配置されている円周の中心のＹ
座標は半導体基板の検出面の光軸のＹ座標と一致するよ
うに設定されている。円周上の各動き検出器は、円周上
の各位置における円周の単位法線ベクトルｐを（ｐx ，
ｐy ）としたときのベクトルｑ（ａｐx ，（１−ａ）ｐ
y ）の方向の成分の動きを検出するように配置されてお
り、その出力の大きさは、ベクトルｑ（ａｐx ，（１−
ａ）ｐy ）の大きさに応じて重み付けされている。衝突
時間演算回路は、円周の半径Ｒと各動き検出器の出力の
平均の商を演算して出力する。

【００５８】第５の実施の形態の装置では、第１〜第４
の各実施の形態の装置及び各変形例の装置の空間的変化
率演算手段（空間偏微分値検出手段）が不要である為、
回路規模を小さくすることが可能である。また、各動き
検出器において、半径Ｒと動き検出器の数Ｎの積である
ＲＮを積算した値を電流値として出力するように構成す
ると、演算回路は加算のみとなるので、演算手段を配線
のみで実現することができ、回路規模を更に小さくする
ことが可能である。

【００５９】〔１０〕発明の応用例（図１３）：図１３
は、本発明の衝突時間検出装置（具体的には第１〜第５
の実施の形態の装置と各変形例の装置の何れか）を、車
両衝突時被害軽減装置に応用した例を示し、衝突時間検
出装置と乗員保護手段と信号線とから構成される。

【００６０】図示のように、複数の衝突時間検出装置
が、自車両の前方、側方などの車両周辺を監視するよう
に配置されており、障害物と自車両の衝突の有無の判断
及び衝突する場合は障害物に衝突するまでの時間を検出
する。衝突時間検出装置が検出した衝突時間が所定の時
間よりも小さい場合には、当該衝突時間検出装置は信号
線にパルスを出力する。乗員保護手段は、信号線からパ
ルスが入力されると乗員を保護する為の機構を作動させ
る。乗員保護手段としては、例えば前面や側面のエアバ
ッグが考えられる。

【００６１】かかる構成の車両衝突時被害軽減装置で
は、車両が障害物に衝突する前に乗員保護手段を作動さ
せることができるため、乗員保護手段が機能するまでの
時間を短縮することができ、安全性を向上させることが
できる。

【００６２】

【実施例】本発明の効果を示す為のシミュレーション結
果を以下に記述する。等速で動く自動車の模型をＣＣＤ
カメラで撮像し、撮像した時系列画像をコンピュータで
ソフトウェア処理することにより衝突時間を算出した。
自動車の模型の速度は約１．０〔ｃｍ／ｓｅｃ〕、撮像
した画像は、６４０×４８０ピクセル、モノクロ２５６
階調である。また、衝突／非衝突のコースとして、ＣＣ
Ｄカメラの光軸に対して約５０度の角度で衝突する場合
と、ＣＣＤカメラの光軸に対して約４５度の角度で横を
通過する場合を採用した。

【００６３】図２と図３はシミュレーション結果を示
し、横軸は時間を表し、縦軸は衝突時間を表す。図２は
光軸と約５０度の角度でＣＣＤカメラに衝突する場合の
結果であり、理論値、従来手法、本発明の手法の衝突時
間の時間変化を示す。図２からわかるように、従来手法
は理論値と比べ大きな値を出力しているのに対し、本発
明の手法は理論値に近い値を出力している。図３は光軸
と約４５度の角度でＣＣＤカメラの横を通過する場合の
結果であり、従来手法、本発明の手法の衝突時間の時間
変化を示す。この場合、理論的には衝突時間は無限大と
なる。図３からわかるように、従来手法では衝突時間が
正の小さな値となる場合があり、衝突する場合と区別す
ることができないが、本発明の手法では衝突時間が正の
大きい値又は負の値となるため、衝突する場合と区別す
ることが可能である。

【００６４】

【発明の効果】本発明の衝突時間検出装置では、像の速
度の鉛直方向の成分ＶY と検出面の光軸と直交する水平
方向の成分ＶX とを求め、これらに基づいて、鉛直方向
の成分ＶY の空間的変化率βと、検出面の光軸と直交す
る水平方向の成分ＶX の空間的変化率αとを求め、鉛直
方向の空間的変化率の（１−ａ）倍と、検出面の光軸と
直交する水平方向の空間的変化率のａ倍との和『ａα＋
（１−ａ）β』を対象物との衝突までの所要時間τの逆
数として求めるため、対象物の被観測面が検出面の光軸
に対して垂直でない場合でも、対象物との衝突までの所
要時間を正確に求めることができる。検出される衝突時
間の逆数１／τ1 は、対象物が衝突する場合、正の値、
衝突しない場合、負又はゼロであるので、検出される衝
突時間から衝突の有無を判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の座標系を示す説明図。

【図２】センサの光軸と約５０度の角度で衝突する場合
のシミュレーション結果を示すグラフであり、理論値、
従来手法、本発明の手法を比較して示す。

【図３】センサの光軸と約４５度の角度で近辺を通過す
る場合のシミュレーション結果を示すグラフであり、従
来手法と本発明の手法を比較して示す。

【図４】第１の実施の形態の衝突時間検出装置の主要部
の回路構成の構成説明図。

【図５】第１〜第５及び各変形例の衝突時間検出装置の
基板配置位置を示す説明図。

【図６】第１の実施の形態の衝突時間検出装置の変形例
の主要部の回路構成の構成説明図。

【図７】第２の実施の形態とその変形例１の衝突時間検
出装置の主要部の回路構成の構成説明図。

【図８】第２の実施の形態の衝突時間検出装置の変形例
２の主要部の回路構成の構成説明図。

【図９】第３の実施の形態の衝突時間検出装置の主要部
の回路構成の構成説明図。

【図１０】第４の実施の形態の衝突時間検出装置の主要
部の回路構成の構成説明図。

【図１１】第４の実施の形態の衝突時間検出装置の変形
例の主要部の回路構成の構成説明図。

【図１２】第５の実施の形態の衝突時間検出装置の主要
部の回路構成の構成説明図。

【図１３】本発明の衝突時間検出装置の応用例を示す説
明図。

【符号の説明】

Ｖ1 第１の動き検出器（群）の出力 Ｖ2 第２の動き検出器（群）の出力 Ｖ3 第３の動き検出器（群）の出力 Ｖ4 第４の動き検出器（群）の出力 β 第１の演算回路の出力 α 第２の演算回路の出力

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物の像を光軸と垂直な検出面に結像
   させる結像手段と、 検出面に結像される像を電気信号として検出する像検出
   手段と、 像検出手段の出力に基づいて、像の速度の検出面の光軸
   と直交する方向に対応する方向であるＸ方向の成分（Ｖ
   X ）と、像の速度の検出面のＸ方向と直交する方向に対
   応する方向であるＹ方向の成分（ＶY ）とを求める速度
   演算手段と、 速度演算手段の出力に基づいて、像の速度のＸ方向の成
   分（ＶX ）のＸ方向に関する空間的変化率（α）と、像
   の速度のＹ方向の成分（ＶY ）のＹ方向に関する空間的
   変化率（β）とを求める空間的変化率演算手段と、 空間的変化率演算手段の出力に基づいて、像の速度のＸ
   方向の成分のＸ方向に関する空間的変化率（α）のａ倍
   と、像の速度のＹ方向の成分のＹ方向に関する空間的変
   化率（β）の（１−ａ）倍との和（ａα＋（１−ａ）
   β）を、対象物との衝突までの所要時間（τ1 ）の逆数
   として求める衝突時間演算手段と、 を有することを特徴とする衝突時間検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に於いて、 像の速度のＸ方向の成分（ＶX ）のＸ方向に関する空間
   的変化率（α）を、検出面上のＹ座標が同じでＸ座標が
   異なる２位置の速度のＸ方向成分の差と距離の比として
   求め、 像の速度のＹ方向の成分（ＶY ）のＹ方向に関する空間
   的変化率（β）を、検出面上のＸ座標が同じでＹ座標が
   異なる２位置の速度のＹ方向成分の差と距離の比として
   求める、 ことを特徴とする衝突時間検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２に於いて、 Ｘ座標が異なる２位置について各々Ｙ座標が異なる複数
   の位置の速度を求め、Ｘ座標が共通の一方の位置での速
   度のＸ方向成分の平均値と他方の位置での速度のＸ方向
   成分の平均値とを求めて両平均値の差をとり、その差と
   両位置の距離の比を、検出面上のＹ座標が同じでＸ座標
   が異なる２位置の速度のＸ方向成分の差と距離の比とし
   て求め、 Ｙ座標が異なる２位置について各々Ｘ座標が異なる複数
   の位置の速度を求め、Ｙ座標が共通の一方の位置での速
   度のＹ方向成分の平均値と他方の位置での速度のＹ方向
   成分の平均値とを求めて両平均値の差をとり、その差と
   両位置の距離の比を、検出面上のＸ座標が同じでＹ座標
   が異なる２位置の速度のＹ方向成分の差と距離の比とし
   て求める、ことを特徴とする衝突時間検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３に於いて、 Ｘ座標が共通の一方の位置での速度のＸ方向成分の平均
   値を各位置での速度のＸ方向成分の時間的平均値に基づ
   いて求め、Ｘ座標が共通の他方の位置での速度のＸ方向
   成分の平均値を各位置での速度のＸ方向成分の時間的平
   均値に基づいて求め、 Ｙ座標が共通の一方の位置での速度のＹ方向成分の平均
   値を各位置での速度のＹ方向成分の時間的平均値に基づ
   いて求め、Ｙ座標が共通の他方の位置での速度のＹ方向
   成分の平均値を各位置での速度のＹ方向成分の時間的平
   均値に基づいて求める、 ことを特徴とする衝突時間検出装置。
5. 【請求項５】 請求項２〜請求項４の何れかに於いて、 対象物のＹ方向の動きをゼロと見做すことができ、且
   つ、対象物の被観測面の法線ベクトルのＹ成分をゼロと
   見做すことができるとき、検出面上のＸ座標が同じ２位
   置の速度のうちの一方の速度として、他方の速度と絶対
   値が同じで符号が反対の速度を採用する、 ことを特徴とする衝突時間検出装置。
6. 【請求項６】 対象物の像を光軸と垂直な検出面に結像
   させる結像手段と、 検出面に結像される像を、検出面上の仮想の閉曲線上の
   多数の位置において電気信号として検出する像検出手段
   と、 像検出手段の出力に基づいて、各位置の任意の閉曲線の
   単位法線ベクトル（ｐ）の検出面の光軸と直交する方向
   に対応する方向であるＸ方向の成分（ｐx ）のａ倍と検
   出面のＸ方向と直交する方向に対応する方向であるＹ方
   向の成分（ｐy）の（１−ａ）倍とを成分とするベクト
   ル（ｑ）と当該位置の像の動きベクトル（ｖ）との内積
   を各々出力する速度演算手段と、 仮想の閉曲線で囲まれる領域の面積を各位置のベクトル
   （ｑ）と動きベクトル（ｖ）の内積の総和で除算した値
   を対象物との衝突までの所要時間（τ1 ）として求める
   衝突時間演算手段と、 を有することを特徴とする衝突時間検出装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６の何れかに於いて、 対象物が車両であり、 係数ａが−１である、 ことを特徴とする衝突時間検出装置。