JP2004037245A

JP2004037245A - 視差を利用した物体位置検出装置

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Publication number: JP2004037245A
Application number: JP2002194537A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Fujimoto; 藤本　宰
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-03
Also published as: JP4007099B2

Abstract

【課題】小型、軽量で低コストの視差を利用した物体位置検出装置を提供する。
【解決手段】制御装置９０によって、右受光装置１３Ｒおよび左受光装置１３Ｌのシャッター（Ｒ）１２Ｒおよびシャッター（Ｌ）１２Ｌを交互に開状態とするとともに、メモリ切換装置３０を切換えることによって、右受光装置１３Ｒおよび左受光装置１３Ｌに入力された光に基いて、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒおよび頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが、乗員の頭部を２次元座標上に抽出した抽出データＭＲｍおよびＭＬｎを交互に形成する。交互に形成された抽出データＭＲｍおよびＭＬｎを用いて、位置算出装置８０が乗員の頭部位置算出データＭｍｎを算出する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定間隔離れた左右一対の受光装置を設置し、これらに入力される光に基いて形成された画像データを利用して、物体位置を検出する物体位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
左右一対の受光装置に入力される光に基いて形成された画像データによる視差を利用した物体位置検出装置に関する従来技術として、特開平１１−１５９８０号公報がある。これには、車両の室内に所定間隔を隔てて一対のカメラを設置して、これらから同時に得られる２つの画像データに基づいて、車両室内の乗員位置の検出を行っている。
【０００３】
しかしながら、上述した公報に記載された従来技術によると、一対のカメラを使用するため、レンズ、シャッター以外にも撮像デバイスを２個必要とし、部品点数が増えるとともに、装置の回路構成も複雑化して、装置の大型化、重量化は避けられない。また、撮像デバイスは高価な部品要素であるため、装置のコスト高につながっている。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、小型、軽量で低コストの視差を利用した物体位置検出装置を提供することを目的とする。本発明においては、互いに所定距離隔てて設置された右受光装置および左受光装置、前記右受光装置および前記左受光装置からの光を電気信号に変換する撮像デバイス、ならびに前記撮像デバイスによって形成された電気信号に基いて物体位置を算出する物体位置算出装置を備え、所定時間毎に前記右受光装置および前記左受光装置のうちの一側からの光を遮断するとともに前記右受光装置および前記左受光装置のうちの他側からの光を前記撮像デバイスに照射させて、前記撮像デバイスによって所定時間毎に交互に右電気信号および左電気信号を形成し、前記物体位置算出装置は前記右電気信号および前記左電気信号に基いて物体の位置を算出することを特徴とする視差を利用した物体位置検出装置とした。
【０００５】
この本発明の構成によれば、所定時間毎に右受光装置および左受光装置からの光を交互に撮像デバイスに照射させるため、撮像デバイスを一つにすることができ、小型軽量で低コストな物体位置検出装置とすることができる。また、撮像デバイスを一つにすることができるため、使用する電気量を低減でき、更に低コストの物体位置検出装置にできる。
【０００６】
また、本発明の第１の詳細な構成においては、前記右受光装置および前記左受光装置は各々レンズおよびシャッターを含み、更に、前記右受光装置および前記左受光装置のうちの一側からの光を反射する反射装置と、前記右受光装置および前記左受光装置のうちの一側からの光を反射するとともに前記右受光装置および前記左受光装置のうちの他側からの光を透過させるハーフミラーとを備えたことを特徴とする本発明記載の視差を利用した物体位置検出装置とした。
【０００７】
この本発明の第１の詳細な構成によれば、右受光装置および左受光装置がレンズおよびシャッターを含むとともに、反射装置およびハーフミラーを備えたことにより、簡単な構成にもかかわらず、所定時間毎に右受光装置および左受光装置からの光を交互に撮像デバイスに照射させることができる。
【０００８】
また、本発明の第２の詳細な構成においては、更に、前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの一側と、その次に前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの前記一側とに基いて中間電気信号を算出する中間電気信号算出装置を備え、前記物体位置算出装置は、前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの他側と前記中間電気信号算出装置によって形成された前記中間電気信号とに基いて物体の位置を算出することを特徴とする本発明記載の視差を利用した物体位置検出装置とした。
【０００９】
この本発明の第２の詳細な構成によれば、撮像デバイスによって形成された電気信号と、その次に撮像デバイスによって形成された電気信号とに基いて中間電気信号を算出し、この中間電気信号に基いて物体の位置を算出するため、物体の移動速度が大きくても、物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の詳細な構成の、更に詳細な構成においては、前記中間電気信号算出装置は、前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの一側と、その次に前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの前記一側との間の変化量が所定値以上であったときに、前記中間電気信号を算出することを特徴とする本発明の第２の詳細な構成記載の視差を利用した物体位置検出装置とした。
【００１１】
この本発明の第２の詳細な構成の、更に詳細な構成によれば、撮像デバイスによって形成された電気信号の変化量が所定値以上であったときに、中間電気信号を算出するため、物体の移動速度が大きいときに、タイミングよく中間電気信号を算出し、物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態による物体位置検出装置１００のシステム図である。物体位置検出装置１００は、車両室内の乗員の頭部位置を検出するためのもので、例えばエアバッグ装置の作動制御に使用される。図において、破線による矢印は光の進路を示し、実線の矢印は電気信号の進路を示す。図１において、光学系装置１０は、左右一対の受光装置１３Ｒおよび１３Ｌを含んでいる。右受光装置１３Ｒはレンズ（Ｒ）１１Ｒおよびシャッター（Ｒ）１２Ｒを備え、同様に左受光装置１３Ｌもレンズ（Ｌ）１１Ｌおよびシャッター（Ｌ）１２Ｌを備えている。
【００１３】
レンズ（Ｒ）１１Ｒおよびレンズ（Ｌ）１１Ｌは、互いに視差を生じるのに十分な距離だけ互いに離れて設置されている。シャッター（Ｒ）１２Ｒおよびシャッター（Ｌ）１２Ｌは、非作動状態で閉状態とされており、後述する制御装置９０によって交互に（例えば３３ｍｓ毎に）作動されて開状態とされる。光学系装置１０は、車両室内の図示しないオーバーヘッドコンソール、ルーフ、ルーフサイドレール等に設置される。また、右受光装置１３Ｒおよび左受光装置１３Ｌは、車両室内の運転席乗員あるいは助手席乗員に向けられ、シートを車両後方に最も後退させたときのシート上の乗員からエアバッグ近傍までを撮影できるだけの画角を有し、更に、夜間でも撮影可能なように、図示しない近赤外線光源を備えている。
【００１４】
右受光装置１３Ｒの後方には、右受光装置１３Ｒに入力した光を反射して、光の進路を水平方向に約９０°変化させるべく本発明の反射装置に該当する反射鏡１４が設置されている。反射鏡１４は、入力光の進路を変化させるため、平面鏡あるいはプリズム等で構成されている。また、左受光装置１３Ｌの後方には、反射鏡１４によって反射された右受光装置１３Ｒからの光を再び反射して、光の進路を更に水平方向に約９０°変化させるとともに、左受光装置１３Ｌに入力した光を透過させるべくハーフミラー１５が設置されている。
【００１５】
ハーフミラー１５の後方には、更に、撮像デバイス１６が配設されており、上述した反射鏡１４およびハーフミラー１５の働きによって、右受光装置１３Ｒおよび左受光装置１３Ｌ双方からの光が交互に入力される。撮像デバイス１６は、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳによって構成され、入力された光をその光量に応じた電圧を備えた電気信号に変換する機能を備え、右受光装置１３Ｒに入力された光に応じた右電気信号ＡＲｍ、および左受光装置１３Ｌに入力された光に応じた左電気信号ＡＬｎを形成する。
【００１６】
撮像デバイス１６には、ＡＤ変換器２０が接続されており、撮像デバイス１６によって形成されたアナログ電気信号ＡＲｍ、およびＡＬｎをデジタル電気信号ＤＲｍ、およびＤＬｎに変換する。ＡＤ変換器２０による電気信号のデジタル化は、まず、撮像デバイス１６から入力されたアナログ電気信号による画像を、微細な画素に区分（標本化）し、各々の画素の輝度値を所定の階調（例えば階調数を８ｂｉｔ（２５６）とする）に割り当てる（量子化する）ことによって行われる。
【００１７】
また、ＡＤ変換器２０には、その後段にメモリ切換装置３０が接続されている。更に、メモリ切換装置３０には、メモリ（Ｒ）４０Ｒおよびメモリ（Ｌ）４０Ｌが互いに並列になるように接続されている。後述する制御装置９０によって、上述した受光装置１３Ｒおよび１３Ｌのシャッター１２Ｒおよび１２Ｌと同期して、メモリ切換装置３０が（例えば、３３ｍｓ毎に）交互に切換えられることによって、ＡＤ変換器２０をメモリ（Ｒ）４０Ｒおよびメモリ（Ｌ）４０Ｌに交互に接続する。
【００１８】
したがって、制御装置９０によって受光装置１３Ｒおよび１３Ｌのシャッター１２Ｒおよび１２Ｌおよびメモリ切換装置３０が同時に切換えられることによって、撮像デバイス１６が右受光装置１３Ｒからの光に基づいて形成した右電気信号ＡＲｍは、ＡＤ変換器２０によってデジタル右電気信号ＤＲｍとなりメモリ（Ｒ）４０Ｒに格納され、また、撮像デバイス１６によって左受光装置１３Ｌからの光に基づいて形成した左電気信号ＡＬｎは、ＡＤ変換器２０によってデジタル左電気信号ＤＬｎとなりメモリ（Ｌ）４０Ｌに格納される。
【００１９】
それぞれメモリ（Ｒ）４０Ｒおよびメモリ（Ｌ）４０Ｌに接続された信号処理回路（Ｒ）５０Ｒおよび信号処理回路（Ｌ）５０Ｌは、電気信号から乗員の頭部を抽出することを容易にするために、抽出前に信号処理をするためのものである。信号処理回路（Ｒ）５０Ｒおよび信号処理回路（Ｌ）５０Ｌは、それぞれ図示しないフィルター回路、２値化回路およびエッジ抽出回路によって構成されている。
【００２０】
フィルター回路は、電気信号中の高周波ノイズを取去るためのもので、主に低周波数の信号のみを通過させるものである。２値化回路は、乗員の頭部を抽出する際に演算の高速処理を可能にするために、ＡＤ変換器２０によって量子化された電気信号に対し、その階調数をある閾値と比較することによって０と１のみにて構成される信号に変換する。また、エッジ抽出回路は主に微分回路によって構成され、信号中で急激な変化をしている点を見つけ出し、画像中で乗員の周辺（エッジ）部を特定する。
【００２１】
信号処理回路（Ｒ）５０Ｒおよび信号処理回路（Ｌ）５０Ｌの後段に接続された頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒおよび頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌは、それぞれ事前に処理された信号処理回路（Ｒ）５０Ｒおよび信号処理回路（Ｌ）５０Ｌからの電気信号に基いて、２次元座標面上であるＸＹ座標面上（後述する）に乗員の頭部の位置を抽出する。
【００２２】
最後に、右受光装置１３Ｒおよび左受光装置１３Ｌに入力された光に基いて、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒおよび頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが２次元座標面上に乗員の頭部の位置を抽出し、抽出された乗員の頭部の位置に基いて、本発明の物体位置算出装置に該当する位置算出装置８０が、実際の３次元座標上（ＸＹＺ座標上）の乗員の頭部の位置を算出する。また、制御装置９０は、右受光装置１３Ｒ、左受光装置１３Ｌ、メモリ切換装置３０、メモリ（Ｒ）４０Ｒ、メモリ（Ｌ）４０Ｌ、信号処理回路（Ｒ）５０Ｒ、信号処理回路（Ｌ）５０Ｌ、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒ、頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌおよび位置算出装置８０と接続され、これらの作動を制御している。
【００２３】
尚、図１において、信号処理回路５０Ｒ、５０Ｌおよび頭部抽出回路６０Ｒ、６０Ｌは各々左右一対とされているが、必ずしも各々２つ必要とされるものではなく、１つずつで左右共用することも可能である。また、第１の実施の形態においては、左右の各回路中で保存されるデータは、常時、最大１つであるため、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒおよび頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌで抽出された乗員の頭部の位置を、各々頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒおよび頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌ内で保存すれば、メモリ（Ｒ）４０Ｒおよびメモリ（Ｌ）４０Ｌはなくすこともできる。
【００２４】
更に、図１においては、右受光装置１３Ｒの後方に反射鏡１４、左受光装置１３Ｌの後方にハーフミラー１５および撮像デバイス１６が設置されているが、これらを左右入れ換えて、右受光装置１３Ｒの後方にハーフミラー１５および撮像デバイス１６、左受光装置１３Ｌの後方に反射鏡１４を設置してもよいことは言うまでもない。
【００２５】
次に、図５を用いて、上述した位置算出装置８０による３次元座標上の乗員の頭部の位置の算出方法について説明する。図５において、３次元座標の原点Ｏに中心を置くように設置された左レンズＰＬと、そのレンズ中心が左レンズＰＬの中心から距離Ｌだけ離れて設置された右レンズＰＲがある。図５上、右方向（左レンズＰＬの中心から右レンズＰＲの中心へと延ばした直線方向）をＸ軸方向、上方向をＺ軸方向、Ｘ軸およびＺ軸に垂直であり紙面の手前方向をＹ軸方向としている。座標Ｔ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）にある対象物体からの光が、左レンズＰＬおよび右レンズＰＲをそれぞれ通過して、各々の観測面ＳＬおよびＳＲ（ＸＹ座標面）上の点ｔ１（ｘ１，ｙ１）、ｔ２（ｘ２，ｙ２）で観測されたとすると、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ、３角測量の原理から、以下の（１）〜（３）式で表される。
【００２６】
【数１】
Ｘ＝ｘ１・Ｌ／（ｘ２−ｘ１）　　　　　　　　　　　　…（１）
【００２７】
【数２】
Ｙ＝ｙ１・Ｌ／（ｘ２−ｘ１）　　　　　　　　　　　　…（２）
【００２８】
【数３】
Ｚ＝ｆ・Ｌ／（ｘ２−ｘ１）　　　　　　　　　　　　　…（３）
【００２９】
尚、（３）式において、ｆはレンズＰＬおよびＰＲの中心と観測面ＳＬおよびＳＲとの間の距離を表す。また、ここで、ｘ２およびｙ２は、後述する抽出データＭＲｍに該当し、ｘ１およびｙ１は、抽出データＭＬｎに該当し、Ｘ、ＹおよびＺは頭部位置算出データＭｍｎに該当する。
【００３０】
次に、図３および図６を用いて、本発明の第１の実施の形態による物体位置検出装置１００の、制御装置９０による作動制御方法について説明する。図３において横方向は時間軸方向であり、右へ行くほど時間が経過している。図３の縦方向は、大きく分けて３段で構成されており、上段は各時刻において、右受光装置１３Ｒに入力された光から撮像デバイス１６が形成した右電気信号ＡＲｍに基いて、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒが車両室内の乗員の頭部を２次元座標上に抽出した抽出データＭＲｍを表す。
【００３１】
中段は各時刻において、左受光装置１３Ｌに入力された光から撮像デバイス１６が形成した左電気信号ＡＬｎに基いて、頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが車両室内の乗員の頭部を２次元座標上に抽出した抽出データＭＬｎを表す。また、下段は、上述したように頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒおよび頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌによって抽出された抽出データＭＲｍおよびＭＬｎに基づいて、位置算出装置８０が演算して求めた３次元座標上における乗員の頭部の位置である頭部位置算出データＭｍｎを表している。尚、図３の下段において、乗員の頭上にある記載は、位置算出装置８０が各頭部位置算出データＭｍｎを演算する際に使用する抽出データＭＲｍおよびＭＬｎを表す。
【００３２】
図６において、最初にステップ６０１において制御装置９０が初期化され、ｍおよびｎがともに０とされた後、ステップ６０２において、制御装置９０の中のメモリフラグがＬ（左）とされる。次に、ステップ６０３において、メモリフラグがＬであるか否か判定されるが、上述したように、当初、メモリフラグはＬに設定されるため、ステップ６０４へと進む。ステップ６０４において、ｍがインクリメントされて１とされた後、ステップ６０５においてメモリフラグがＲ（右）とされる。
【００３３】
次に、ステップ６０６において、制御装置９０は右受光装置１３Ｒのシャッター（Ｒ）１２Ｒを開状態とするとともに、メモリ切換装置３０を切換えて、ＡＤ変換器２０をメモリ（Ｒ）４０Ｒに接続する。このとき、左受光装置１３Ｌのシャッター１２Ｌは閉状態とされている。したがって、右受光装置１３Ｒのみを光が通過して、反射鏡１４によってその進路が水平方向に約９０°曲げられた後、ハーフミラー１５にて再度その進路が水平方向に約９０°曲げられ、撮像デバイス１６へと到達する。
【００３４】
撮像デバイス１６にて、右受光装置１３Ｒを通過した光に応じた右電気信号（アナログ）ＡＲ１が形成され、ＡＤ変換器２０へと送られる。ＡＤ変換器２０にて、撮像デバイス１６が形成したアナログ右電気信号ＡＲ１がデジタル電気信号ＤＲ１に変換される。その後、図６のステップ６０７にあるように、メモリ切換装置３０を介してデジタル右電気信号ＤＲ１はメモリ（Ｒ）４０Ｒに保存される。ステップ６０７においては、これとともに制御装置９０が右受光装置１３Ｒのシャッター１２Ｒを閉状態にし、右受光装置１３Ｒからの光を遮断する。
【００３５】
次に、乗員の頭部の抽出を行う前に、図６のステップ６０８において、メモリ（Ｒ）４０Ｒに接続された信号処理回路（Ｒ）５０Ｒによって、メモリ（Ｒ）４０Ｒに保存されたデジタル右電気信号ＤＲ１に対し上述したような信号処理を行う。次に、ステップ６０９において、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒが信号処理された右電気信号に基づいて、時刻ｔ１０において、２次元座標（ＸＹ座標）上に乗員の頭部の位置を抽出し、抽出データＭＲ１を形成する（図３の上段の時刻ｔ１０に示す）。その後、ステップ６１０において、抽出データＭＲ１によって、メモリ（Ｒ）４０Ｒ内の抽出データＭＲｍが更新されるのであるが、時刻ｔ１０においてメモリ（Ｒ）４０Ｒ内には、まだ抽出データＭＲｍが存在しないので、抽出データＭＲ１がそのまま格納される。
【００３６】
次に、ステップ６１１において、制御装置９０によってメモリ（Ｌ）４０Ｌ内に抽出データＭＬｎが存在するか否かが判定される。この時点では、頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌは未だ抽出データＭＬｎを形成していないため、メモリ（Ｌ）４０Ｌ内に抽出データＭＬｎが存在しておらず、ステップ６０３へと戻る。ステップ６０３において、メモリフラグがＬであるか否か判定されるが、上述したように、メモリフラグはステップ６０５においてＲに切換えられているため、ステップ６１２へと進む。ステップ６１２において、ｎがインクリメントされて１とされた後、ステップ６１３においてメモリフラグがＬ（左）とされる。
【００３７】
次に、ステップ６１４において、制御装置９０は左受光装置１３Ｌのシャッター（Ｌ）１２Ｌを開状態とするとともに、メモリ切換装置３０を切換えて、ＡＤ変換器２０をメモリ（Ｌ）４０Ｌに接続する。このとき、右受光装置１３Ｒのシャッター１２Ｒは閉状態とされている。したがって、左受光装置１３Ｌのみを光が通過して、ハーフミラー１５を直進して透過した後、撮像デバイス１６へと到達する。
【００３８】
撮像デバイス１６にて、左受光装置１３Ｌを通過した光に応じた左電気信号（アナログ）ＡＬ１が形成され、ＡＤ変換器２０へと送られる。ＡＤ変換器２０にて、撮像デバイス１６が形成したアナログ左電気信号ＡＬ１がデジタル左電気信号ＤＬ１に変換される。その後、図６のステップ６１５にあるように、メモリ切換装置３０を介してデジタル左電気信号ＤＬ１はメモリ（Ｌ）４０Ｌに保存される。ステップ６１５においては、これとともに制御装置９０が左受光装置１３Ｌのシャッター１２Ｌを閉状態にし、左受光装置１３Ｌからの光を遮断する。
【００３９】
次に、図６のステップ６１６において、メモリ（Ｌ）４０Ｌに接続された信号処理回路（Ｌ）５０Ｌによって、メモリ（Ｌ）４０Ｌに保存されたデジタル左電気信号ＤＬ１に対し信号処理が行われた後、ステップ６１７において、頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが信号処理された電気信号に基づいて、時刻ｔ１１において、２次元座標（ＸＹ座標）上に乗員の頭部の位置を抽出し、抽出データＭＬ１を形成する（図３の中段の時刻ｔ１１に示す）。次に、ステップ６１８において、抽出データＭＬ１によって、メモリ（Ｌ）４０Ｌ内の抽出データＭＬｎが更新されるのであるが、時刻ｔ１１においてメモリ（Ｌ）４０Ｌ内には、まだ抽出データＭＬｎが存在しないので、抽出データＭＬ１がそのまま格納される。
【００４０】
次に、ステップ６９５へと進み、位置算出装置８０が、抽出データＭＬ１とメモリ（Ｒ）４０Ｒに貯蔵されている抽出データＭＲ１とによって、図５を用いて説明したように、３次元座標（ＸＹＺ座標）上の乗員の頭部の位置を算出し、頭部位置算出データＭ１１を形成する（図３の下段の時刻ｔ１１に示す）。
【００４１】
頭部位置算出データＭ１１を算出した後、再びステップ６０３へと戻り、メモリフラグがＬであるか否か判定されるが、上述したように、ステップ６１３においてメモリフラグはＬに切換えられているため、ステップ６０４へと進む。ステップ６０４において、ｍが更にインクリメントされて２とされるとともに、ステップ６０５においてメモリフラグがＲ（右）とされる。以降、上述した内容と同様にして、時刻ｔ２１において、ステップ６０９に従い、２次元座標（ＸＹ座標）上に乗員の頭部の位置を抽出し、抽出データＭＲ２を形成し、（図３の上段の時刻ｔ２１に示す）、ステップ６１０において、メモリ（Ｒ）４０Ｒ内の抽出データＭＲ１が抽出データＭＲ２によって更新される。
【００４２】
次に、ステップ６１１において、制御装置９０によってメモリ（Ｌ）４０Ｌ内に抽出データＭＬｎが存在するか否かが判定される。ここで、メモリ（Ｌ）４０Ｌ内には抽出データＭＬ１があるため、ステップ６９５へと進み、位置算出装置８０が、抽出データＭＲ２とメモリ（Ｌ）４０Ｌに貯蔵されている抽出データＭＬ１とによって、３次元座標（ＸＹＺ座標）上の乗員の頭部の位置を算出し、頭部位置算出データＭ２１を形成する（図３の下段の時刻ｔ２１に示す）。以後、図３に示すように、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒあるいは頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌによって抽出データＭＲｍあるいはＭＬｎが交互に形成されるたびに、位置算出装置８０が、抽出データＭＲｍおよびＭＬｎを用いて、乗員の頭部位置算出データＭｍｎを形成する。
【００４３】
説明したように、本発明の第１の実施の形態においては、制御装置９０によって、受光装置１３Ｒおよび１３Ｌのシャッター１２Ｒおよび１２Ｌを交互に開状態とし、これと同期してメモリ切換装置３０を交互に切換えることによって、乗員の頭部を２次元座標上に抽出した抽出データＭＲｍおよびＭＬｎを交互に形成し、交互に形成された抽出データＭＲｍおよびＭＬｎを用いて乗員の頭部位置を算出するため、高価な撮像デバイス１６を１個で済ますことができ、小型、軽量で低コストな物体位置検出装置１００とすることができる。
【００４４】
次に、図２に示した本発明の第２の実施の形態による物体位置検出装置２００の構成について説明する。第２の実施の形態による物体位置検出装置２００が、上述した第１の実施の形態による物体位置検出装置１００と異なる点は、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒおよび頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌの後段に、本発明の中間電気信号算出装置である中間画像算出回路（Ｒ）７０Ｒおよび中間画像算出回路（Ｌ）７０Ｌを設置したことである。
【００４５】
中間画像算出回路（Ｒ）７０Ｒおよび中間画像算出回路（Ｌ）７０Ｌは各々、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒあるいは頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが抽出した抽出データＭＲｍ−１あるいはＭＬｎ−１と、その次に頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒあるいは頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが抽出した抽出データＭＲｍあるいはＭＬｎとを用いて、それぞれ両者の中間データＭＲｍ’あるいはＭＬｎ’を形成する。中間データＭＲｍ’およびＭＬｎ’は本発明の中間電気信号に該当する。第２の実施の形態による物体位置検出装置２００の位置算出装置８０は、中間画像算出回路（Ｒ）７０Ｒあるいは中間画像算出回路（Ｌ）７０Ｌによって形成された中間データＭＲｍ’あるいはＭＬｎ’と、抽出データＭＲｍあるいはＭＬｎとによって、乗員の頭部位置算出データＭｍｎを算出する。
【００４６】
次に、図４および図７を用いて、本発明の第２の実施の形態による物体位置検出装置２００の、制御装置９０による作動制御方法について説明する。図４において横方向は時間軸方向であり、右へ行くほど時間が経過している。図４の縦方向は、大きく分けて５段で構成されており、上から第１段目は右受光装置１３Ｒに入力された光から撮像デバイス１６が形成した右電気信号ＡＲｍに基いて、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒが車両室内の乗員の頭部を２次元座標上に抽出した抽出データＭＲｍを表す。第２段目は、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒが抽出した抽出データＭＲｍ−１およびＭＲｍに基づいて、中間画像算出回路（Ｒ）７０Ｒが算出した中間データＭＲｍ’を表す。
【００４７】
第３段目は左受光装置１３Ｌに入力された光から撮像デバイス１６が形成した左電気信号ＡＬｎに基いて、頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが車両室内の乗員の頭部を２次元座標上に抽出した抽出データＭＬｎを表す。第４段目は、頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが抽出した抽出データＭＬｎ−１およびＭＬｎに基づいて、中間画像算出回路（Ｌ）７０Ｌが算出した中間データＭＬｎ’を表す。更に、第５段目は中間データＭＲｍ’あるいはＭＬｎ’と抽出データＭＲｍあるいはＭＬｎに基づいて位置算出回路８０が演算して求めた３次元座標上における乗員の頭部の位置である頭部位置算出データＭｍｎを表している。
【００４８】
尚、図４の第２段目および第４段目において乗員の頭上にある記載は、中間画像算出回路（Ｒ）７０Ｒあるいは中間画像算出回路（Ｌ）７０Ｌが中間データＭＲｍ’あるいはＭＬｎ’を演算する際に使用する抽出データＭＲｍあるいはＭＬｎを表し、第５段目において乗員の頭上にある記載は、位置算出装置８０が頭部位置算出データＭｍｎを演算する際に使用する抽出データＭＲｍおよび中間データＭＬｎ’あるいは中間データＭＲｍ’および抽出データＭＬｎを表す。
【００４９】
図７において、最初にステップ７０１において制御装置９０が初期化され、ｍおよびｎがともに０とされた後、ステップ７０２において、制御装置９０の中のメモリフラグがＬ（左）とされる。次に、ステップ７０３において、メモリフラグがＬであるか否か判定されるが、上述したように、当初、メモリフラグはＬに設定されるため、ステップ７０４へと進む。ステップ７０４において、ｍがインクリメントされて１とされた後、ステップ７０５においてメモリフラグがＲ（右）とされる。
【００５０】
次に、ステップ７０６において、制御装置９０は右受光装置１３Ｒのシャッター（Ｒ）１２Ｒを開状態とするとともに、メモリ切換装置３０を切換えて、ＡＤ変換器２０をメモリ（Ｒ）４０Ｒに接続する。このとき、左受光装置１３Ｌのシャッター１２Ｌは閉状態とされている。したがって、右受光装置１３Ｒのみを光が通過して、反射鏡１４によってその進路が水平方向に約９０°曲げられた後、ハーフミラー１５にて再度その進路が水平方向に約９０°曲げられ、撮像デバイス１６へと到達する。
【００５１】
撮像デバイス１６にて、右受光装置１３Ｒを通過した光に応じた右電気信号ＡＲ１（アナログ）が形成され、ＡＤ変換器２０へと送られる。ＡＤ変換器２０にて、撮像デバイス１６が形成したアナログ右電気信号ＡＲ１がデジタル右電気信号ＤＲ１に変換される。その後、図７のステップ７０７にあるように、メモリ切換装置３０を介してデジタル右電気信号ＤＲ１はメモリ（Ｒ）４０Ｒに保存される。ステップ７０７においては、これとともに制御装置９０が右受光装置１３Ｒのシャッター１２Ｒを閉状態にし、右受光装置１３Ｒからの光を遮断する。
【００５２】
次に、図７のステップ７０８において、乗員の頭部の抽出を行う前に、メモリ（Ｒ）４０Ｒに接続された信号処理回路（Ｒ）５０Ｒによって、メモリ（Ｒ）４０Ｒに保存されたデジタル右電気信号ＤＲ１に対し上述したような信号処理を行う。次に、ステップ７０９において、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒが信号処理された電気信号に基づいて、時刻ｔ１０において、２次元座標（ＸＹ座標）上に乗員の頭部の位置を抽出し、抽出データＭＲ１を形成する（図４の第１段目の時刻ｔ１０に示す）。次に、ステップ７１０において、抽出データＭＲ１がメモリ（Ｒ）４０Ｒ内に格納される。
【００５３】
次に、ステップ７１１において、制御装置９０によってメモリ（Ｒ）４０Ｒ内に１つ前に抽出された抽出データＭＲｍ−１が存在するか否かが判定される。頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒが抽出したデータは、今回の抽出データＭＲ１が最初であるため、メモリ（Ｒ）４０Ｒ内に１つ前に抽出された抽出データＭＲｍ−１は存在せず、ステップ７０３へと戻る。ステップ７０３において、メモリフラグがＬであるか否か判定されるが、上述したように、メモリフラグはステップ７０５においてＲに切換られているため、ステップ７１３へと進む。ステップ７１３において、ｎがインクリメントされて１とされた後、ステップ７１４においてメモリフラグがＬ（左）とされる。
【００５４】
次に、ステップ７１５において、制御装置９０は左受光装置１３Ｌのシャッター（Ｌ）１２Ｌを開状態とするとともに、メモリ切換装置３０を切換えて、ＡＤ変換器２０をメモリ（Ｌ）４０Ｌに接続する。このとき、右受光装置１３Ｒのシャッター１２Ｒは閉状態とされている。したがって、左受光装置１３Ｌのみを光が通過して、ハーフミラー１５を直進して透過した後、撮像デバイス１６へと到達する。
【００５５】
撮像デバイス１６にて、左受光装置１３Ｌを通過した光に応じた左電気信号（アナログ）ＡＬ１が形成され、ＡＤ変換器２０へと送られる。ＡＤ変換器２０にて、撮像デバイス１６が形成したアナログ左電気信号ＡＬ１がデジタル左電気信号ＤＬ１に変換され、図７のステップ７１６にあるように、メモリ切換装置３０を介してデジタル左電気信号ＤＬ１はメモリ（Ｌ）４０Ｌに保存される。ステップ７１６においては、これとともに制御装置９０が左受光装置１３Ｌのシャッター１２Ｌを閉状態にし、左受光装置１３Ｌからの光を遮断する。
【００５６】
次に、図７のステップ７１７において、メモリ（Ｌ）４０Ｌに接続された信号処理回路（Ｌ）５０Ｌによって、メモリ（Ｌ）４０Ｌに保存されたデジタル左電気信号ＤＬ１に対し信号処理が行われた後、ステップ７１８において、頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが信号処理された電気信号に基づいて、時刻ｔ１１において、２次元座標（ＸＹ座標）上に乗員の頭部の位置を抽出し、抽出データＭＬ１を形成する（図４の第３段目の時刻ｔ１１に示す）。次に、ステップ７１９において、抽出データＭＬ１がメモリ（Ｌ）４０Ｌ内に格納される。
【００５７】
その後、ステップ７２０において、制御装置９０によってメモリ（Ｌ）４０Ｌ内に１つ前に抽出された抽出データＭＬｎ−１が存在するか否かが判定される。頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが抽出したデータは、今回の抽出データＭＬ１が最初であるため、メモリ（Ｌ）４０Ｌ内に１つ前に抽出された抽出データＭＬｎ−１は存在せず、ステップ７０３へと戻る。ステップ７０３において、メモリフラグがＬであるか否か判定されるが、上述したように、ステップ７１４においてメモリフラグがＬに切換えられているため、ステップ７０４へと進む。以降は上述したのと同様に作動して、ステップ７０９において頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒが抽出データＭＲ２を、時刻ｔ２１にて算出する（図４の第１段目の時刻ｔ２１に示す）。
【００５８】
その後、ステップ７１０において抽出データＭＲ２をメモリ（Ｒ）４０Ｒに格納後、ステップ７１１において、制御装置９０によってメモリ（Ｒ）４０Ｒ内に１つ前に抽出された抽出データＭＲｍ−１が存在するか否かが判定される。メモリ（Ｒ）４０Ｒ内には１つ前に抽出された抽出データＭＲ１が存在するため、ステップ７１２へと進み、中間画像算出回路（Ｒ）７０Ｒによって、抽出データＭＲ１およびＭＲ２とを使用して、中間データＭＲ２’が算出される（図４の第２段目の時刻ｔ２１に示す）。中間データＭＲ２’は、例えば、
【００５９】
【数４】
ＭＲ２’＝（ＭＲ１＋ＭＲ２）／２　　　　　　　　　　　　　…（４）
【００６０】
（４）式に基づいて、抽出データＭＲ１およびＭＲ２の中間値とすればよいが、必ずしもこれに限ったものではない。次に、中間画像算出回路（Ｒ）７０Ｒが中間データＭＲ２’を算出した後、ステップ７９５において、位置算出装置８０が、中間データＭＲ２’と、メモリ（Ｌ）４０Ｌに貯蔵された抽出データＭＬ１とによって、図５を用いて説明したように、３次元座標（ＸＹＺ座標）上の乗員の頭部の位置を算出し、頭部位置算出データＭ２１を形成する（図４の第５段目の時刻ｔ２１に示す）。
【００６１】
頭部位置算出データＭ２１を算出した後、再びステップ７０３へと戻り、メモリフラグがＬであるか否か判定されるが、上述したように、ステップ７０５においてメモリフラグはＲに切換えられているため、ステップ７１３へと進む。以降は上述したのと同様に作動して、ステップ７１８に従って頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌが抽出データＭＬ２を、時刻ｔ２２にて算出する（図４の第３段目の時刻ｔ２２に示す）。
【００６２】
その後、ステップ７１９において抽出データＭＬ２をメモリ（Ｌ）４０Ｌに格納後、ステップ７２０において、制御装置９０によってメモリ（Ｌ）４０Ｌ内に１つ前に抽出された抽出データＭＬｎ−１が存在するか否かが判定される。メモリ（Ｌ）４０Ｌ内には１つ前に抽出された抽出データＭＬ１が存在するため、ステップ７２１へと進み、中間画像算出回路（Ｌ）７０Ｌによって、抽出データＭＬ１およびＭＬ２とを使用して、中間データＭＬ２’が算出される（図４の第４段目の時刻ｔ２２に示す）。中間データＭＬ２’は、ＭＲ２’と同様に、例えば、
【００６３】
【数５】
ＭＬ２’＝（ＭＬ１＋ＭＬ２）／２　　　　　　　　　　　　　…（５）
【００６４】
（５）式に基づいて、抽出データＭＬ１およびＭＬ２の中間値とすればよいが、必ずしもこれに限ったものではない。次に、中間画像算出回路（Ｌ）７０Ｌが中間データＭＬ２’を算出した後、ステップ７９５において、位置算出装置８０が、中間データＭＬ２’と、メモリ（Ｒ）４０Ｒに貯蔵された抽出データＭＲ２とによって、図５を用いて説明したように、３次元座標（ＸＹＺ座標）上の乗員の頭部の位置を算出し、頭部位置算出データＭ２２を形成する（図４の第５段目の時刻ｔ２２に示す）。
【００６５】
以後、図４に示すように、頭部抽出回路（Ｒ）６０Ｒあるいは頭部抽出回路（Ｌ）６０Ｌによって抽出データＭＲｍあるいはＭＬｎが交互に形成されるたびに、中間画像算出装置（Ｒ）７０Ｒあるいは中間画像算出装置（Ｌ）７０Ｌによって中間データＭＲｍ’あるいはＭＬｎ’が算出され、位置算出装置８０が抽出データＭＲｍおよび中間データＭＬｎ’あるいは抽出データＭＬｎおよび中間データＭＲｍ’を用いて、乗員の頭部位置算出データＭｍｎを形成する。
【００６６】
説明したように、本発明の第２の実施の形態においては、制御装置９０によって、受光装置１３Ｒおよび１３Ｌのシャッター１２Ｒおよび１２Ｌを交互に開状態とし、これと同期してメモリ切換装置３０を交互に切換えることによって、乗員の頭部を２次元座標上に抽出した抽出データＭＲｍおよびＭＬｎを交互に形成し、交互に形成された抽出データＭＲｍあるいはＭＬｎを使用して中間データＭＲｍ’あるいはＭＬｎ’を算出し、抽出データＭＲｍおよび中間データＭＬｎ’あるいは抽出データＭＬｎおよび中間データＭＲｍ’を用いて、乗員の頭部位置算出データＭｍｎを形成するため、高価な撮像デバイス１６を１個で済ますことができ、小型、軽量で低コストな物体位置検出装置２００とすることができるとともに、乗員が高速で移動しても、乗員の頭部の位置を精度よく検出できる。
【００６７】
尚、本発明は上述した実施の形態に限ったものではなく、数々の変形が可能である。例えば、上述した抽出データ（ＭＲｍあるいはＭＬｎ）の、その１つ前の抽出データ（ＭＲｍ−１あるいはＭＬｎ−１）に対する時間変化量を算出し、平時は、第１の実施の形態にあるように、交互に形成された抽出データＭＲｍおよびＭＬｎを用いて乗員の頭部位置を算出するとともに、上述した抽出データＭＲｍおよびＭＲｍ−１あるいはＭＬｎおよびＭＬｎ−１間の変化量（乗員の移動速度に対応する）が所定値以上であるときに、上述したように中間データＭＲｍ’あるいはＭＬｎ’を算出して、中間データＭＲｍ’あるいは中間データＭＬｎ’を用いて、乗員の頭部位置算出データＭｍｎを形成してもよい。
【００６８】
または、上述したアナログ電気信号あるいはデジタル電気信号（ＡＲｍあるいはＡＬｎまたはＤＲｍあるいはＤＬｎ）の、その１つ前のアナログ電気信号あるいはデジタル電気信号（ＡＲｍ−１あるいはＡＬｎ−１またはＤＲｍ−１あるいはＤＬｎ−１）に対する時間変化量を算出し、その変化量（乗員の移動速度に対応する）が所定値以上であるときに、上述したように中間データＭＲｍ’あるいはＭＬｎ’を算出し、中間データＭＲｍ’あるいは中間データＭＬｎ’を用いて、乗員の頭部位置算出データＭｍｎを形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による物体位置検出装置のシステム図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による物体位置検出装置のシステム図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による物体位置検出装置の各画像データの形成方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による物体位置検出装置の各画像データの形成方法を説明するための図である。
【図５】本発明の物体位置検出装置による物体位置を検出する方法を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による物体位置検出装置の作動制御方法を表すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態による物体位置検出装置の作動制御方法を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１１Ｒ、１１Ｌ…レンズ、１２Ｒ、１２Ｌ…シャッター、１３Ｒ、１３Ｌ…受光装置、１４…反射鏡、１５…ハーフミラー、１６…撮像デバイス、４０Ｒ、４０Ｌ…メモリ、６０Ｒ、６０Ｌ…頭部抽出回路、７０Ｒ、７０Ｌ…中間画像算出回路、８０…位置算出装置、９０…制御装置、１００、２００…物体位置検出装置、ＡＲｍ、ＡＬｎ…アナログ電気信号、ＭＲｍ、ＭＬｎ…抽出データ、ＭＲｍ’、ＭＬｎ’…中間データ

Claims

互いに所定距離隔てて設置された右受光装置および左受光装置、
前記右受光装置および前記左受光装置からの光を電気信号に変換する撮像デバイス、ならびに
前記撮像デバイスによって形成された電気信号に基いて物体位置を算出する物体位置算出装置を備え、
所定時間毎に前記右受光装置および前記左受光装置のうちの一側からの光を遮断するとともに前記右受光装置および前記左受光装置のうちの他側からの光を前記撮像デバイスに照射させて、前記撮像デバイスによって所定時間毎に交互に右電気信号および左電気信号を形成し、前記物体位置算出装置は前記右電気信号および前記左電気信号に基いて物体の位置を算出することを特徴とする視差を利用した物体位置検出装置。
前記右受光装置および前記左受光装置は各々レンズおよびシャッターを含み、更に、前記右受光装置および前記左受光装置のうちの一側からの光を反射する反射装置と、前記右受光装置および前記左受光装置のうちの一側からの光を反射するとともに前記右受光装置および前記左受光装置のうちの他側からの光を透過させるハーフミラーとを備えたことを特徴とする請求項１記載の視差を利用した物体位置検出装置。
更に、前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの一側と、その次に前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの前記一側とに基いて中間電気信号を算出する中間電気信号算出装置を備え、前記物体位置算出装置は、前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの他側と前記中間電気信号算出装置によって形成された前記中間電気信号とに基いて物体の位置を算出することを特徴とする請求項１記載の視差を利用した物体位置検出装置。
前記中間電気信号算出装置は、前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの一側と、その次に前記右受光装置および前記左受光装置からの光が前記撮像デバイスによって変換されることによって形成された前記右電気信号および前記左電気信号のうちの前記一側との間の変化量が所定値以上であったときに、前記中間電気信号を算出することを特徴とする請求項３記載の視差を利用した物体位置検出装置。