JP2004205398A - 車両用レーダ装置およびレーダの光軸調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーダ１から出射されるレーザビームの方向と車両の直進方向との間のずれを補正する。
【解決手段】車両の走行時にカメラ２によって撮像された画像に基づいて、基準消失点算出部３４により消失点を検出し、基準消失点記憶部３５に記憶する。レーザ照射位置検出部３６は、レーザビームの出射方向を検出し、レーダ光軸ずれ角算出部３８により、基準消失点記憶部３５に記憶されている消失点とレーザビームの送出方向とに基づいて、レーザビームの送出方向と車両直進方向との間の誤差を検出し、光軸補正装置１４によりレーザビームの送出方向の補正を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号を送出し、反射信号を受信して少なくとも物体までの距離を検出する車両用レーダ装置に関し、特に、レーダ光軸のずれ角を補正する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両進行方向前方にレーザ光や音波などの出射波を出射し、反射波を受波して車両前方に存在する障害物を検知したり、障害物までの距離を検出する車両用レーダ装置が知られている。このようなレーダ装置では、タイヤやサスペンション等の経時劣化やアライメントの誤差等によって、出射波の出射方向（以下、光軸方向と呼ぶ）と車両の直進方向とにズレが生じる場合がある。このように、レーダ装置の光軸方向と車両の直進方向とにズレが発生した場合に光軸を修正する方法として、車両中心線に対して垂直な位置にターゲットボードを設置し、レーダ装置とターゲットボードとの距離や地上高等に基づいてレーダ装置の光軸のズレを検出して修正する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−５９７２４号公報
【特許文献２】
特開平１１−３８１４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光軸修正方法では、光軸のズレを検出するための特殊なターゲットボードが必要であり、かつ、車両中心線を測定し、測定した車両中心線に対して垂直な位置にターゲットボードを設置する等の煩雑な作業が必要であった。
【０００５】
本発明は、レーダから送出される信号の送出方向と車両の直進方向とが一致するように、信号の送出方向を補正する車両用レーダ装置および車両用レーダ装置の光軸調整方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明による車両用レーダ装置は、車両走行時に撮像された画像に基づいて検出された消失点と、信号送出手段から送出される信号の送出方向とに基づいて、信号送出手段から送出される信号の送出方向と車両の直進方向との誤差を検出し、検出した誤差に基づいて、信号の送出方向と車両直進方向とが一致するように信号の送出方向を補正することを特徴とする。
（２）本発明による車両用レーダ装置の光軸調整方法は、車両走行時に撮像された画像に基づいて消失点を検出し、送出される信号の送出方向を検出し、検出した消失点および信号の送出方向とに基づいて、信号の送出方向と車両の直進方向との誤差を検出し、検出した誤差に基づいて信号の送出方向と車両直進方向とが一致するように信号の送出方向を補正することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明による車両用レーダ装置および車両用レーダ装置の光軸調整方法によれば、車両走行時に撮像された画像に基づいて検出された消失点とレーダから送出される信号の送出方向とに基づいて、信号の送出方向と車両の直進方向との誤差を検出して、信号の送出方向の補正を行うので、車両の直進方向に対する信号の送出方向を精度良く一致させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による車両用レーダ装置は、車両走行中に撮像した画像に基づいて消失点を求めて車両の直進方向を推定し、レーダ光軸調整時にスクリーンにレーザビームを照射し、レーザビーム照射点と消失点との位置関係から車両直進方向とレーダ光軸とのずれを補正するものである。
【０００９】
−第１の実施の形態−
図１は、本発明による車両用レーダ装置が搭載された車両１００の第１の実施の形態を示す図である。車両１００には、レーダ１と、カメラ２と、コントローラ３と、ナビゲーション装置４と、舵角センサ５と、車速センサ６とが搭載されている。レーダ１は、車両１００の前端部に取り付けられ、車両前方の複数方向にレーザ光を出射し、反射光を受光することによって車両前方に存在する障害物を検出するとともに、車両１００から障害物までの距離を検出する。
【００１０】
ＣＣＤ撮像素子を有するカメラ２は、前席ドア間のルーフ中央部に取り付けられ、撮像軸が車両直進方向と一致しており、車両１００の進行方向前方を撮像する。ナビゲーション装置４は、車内に設けられ、少なくとも自車位置を検出する機能を有している。舵角センサ５は、ハンドルの操舵角を検出する。車速センサ６は、車両１００の速度を検出する。コントローラ３は、レーダ１，カメラ２，ナビゲーション装置４等を含むシステム全体を統括制御する。
【００１１】
図２は、本発明による車両用レーダ装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態における車両用レーダ装置は、レーダ１と、カメラ２と、コントローラ３と、自車状態検出装置１３と、光軸補正装置１４とを備える。自車状態検出装置１３は、上述したナビゲーション装置４、舵角センサ５、車速センサ６等により構成され、自車両の走行状態、例えば、直線路を走行しているか、定速走行をしているか、水平な道路を走行しているか等を検出する。
【００１２】
コントローラ３は、内部で行う処理演算の機能上、基準消失点算出部３４と、基準消失点記憶部３５と、レーザ照射位置検出部３６と、レイアウト情報記憶部３７と、レーダ光軸ずれ角算出部３８とを備える。基準消失点算出部３４は、後述する方法により、カメラ２で撮像された画像内における消失点を算出する。三次元空間内の平行直線群を二次元平面に投影すると一点で交わるが、この点を消失点と呼ぶ。基準消失点算出部３４で算出された基準消失点は、後述する所定の条件が満たされた時に基準消失点記憶部３５に記憶される。
【００１３】
レーザ照射位置検出部３６は、後述するレーダ光軸ずれ角の算出処理時、すなわち、車両１００が予め用意されているスクリーンと正対するように設置された時、スクリーンに照射されたレーザビームをカメラ２によって撮像された画像上におけるレーザビームの照射位置を検出する。レイアウト情報記憶部３７は、レーダ１とカメラ２との相対位置に関する情報を記憶する。レーダ光軸ずれ角算出部３８は、基準消失点記憶部３５に記憶されている基準消失点位置と、レーザ照射位置検出部３６により検出されたレーザビームの照射位置の情報と、レーダ１により検出されたスクリーンまでの距離と、レイアウト情報記憶部３７に記憶されている情報とに基づいて、レーダ１の光軸のずれ角を算出する。この光軸ずれ角の算出方法については、後述する。
【００１４】
光軸補正装置１４は、レーダ１から出射されるレーザビームを上下方向および左右方向に駆動するモータ（不図示）を備え、レーダ光軸ずれ角算出部３８により算出された光軸のずれ角に基づいて、モータの駆動制御を行うことにより、光軸ずれ角を補正する。なお、光軸の調整は、レーダ１から出射されるレーザビーム（センタービーム）光軸が車両１００の直進方向と平行になるように行う。
【００１５】
図３は、基準消失点算出部３４により基準消失点を算出し、算出された基準消失点が基準消失点記憶部３５に記憶されるまでの処理手順を示す一実施の形態のフローチャートである。ステップＳ１から始まる処理は、車両１００の走行開始時に行われる。以下、ステップＳ１から順に、図４を参照しながら説明する。ステップＳ１では、基準消失点を算出する際に用いる、道路形状や車両挙動を表すパラメータ（以下、道路パラメータと呼ぶ）を初期設定する。
【００１６】
図４は、車両の走行時にカメラ２で撮像された画像に対して、画面左上を原点として横方向をｘ軸に、縦方向をｙ軸に取った画面座標系を示す図である。道路の白線モデルは、道路パラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを用いて次式（１）にて表される。
ｘ＝（ａ＋ｉｅ）（ｙ−ｄ）＋ｂ／（ｙ−ｄ）＋ｃ …（１）
ただし、路面からカメラ２までの高さを一定とすると、ａは自車両１００が走行している車線内（以下、自車線と呼ぶ）における自車両１００の横偏位、ｂは道路曲率、ｃはカメラ２の道路に対するヨー角、ｄはカメラ２の道路に対するピッチ角、ｅは道路の車線幅、ｉは道路上の白線に対する番号（自然数）をそれぞれ示す。式（１）は、整数ｉ番目の白線のモデル式を示すものであり、検出された白線のｉ＝０番目とｉ＝１番目の白線モデルの間を自車線として認識する。
【００１７】
初期状態においては、道路および白線の形状や車両挙動が不明であるので、各道路パラメータａ〜ｅには、例えば、中央値に相当する値を初期値として設定する。すなわち、車線内の横偏位（横位置）ａは自車線の中央に基づいて設定し、カメラ２の道路に対するヨー角ｃは、車体に対するカメラ２の水平方向角度の設計値に基づいて設定する。カメラ２の道路に対するピッチ角ｄは、車体に対するカメラ２の垂直方向角度の設計値に基づいて設定し、車線幅ｅは道路構造令で定められている高速道路の車線幅に基づいて設定する。
【００１８】
道路パラメータａ〜ｅの初期設定を行うと、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、カメラ２で撮像された画像を取り込む。ステップＳ２に続くステップＳ３では、取り込んだ画像上に白線候補点の検出領域４２を設定する。白線候補点とは、画像上の白線のエッジを示す直線上のある一点のことである。ここでは、図４に示すように、自車両１００の左右に６個ずつ、合計１２個の白線候補点検出領域が設定されている。白線候補点検出領域４２を設定すると、ステップＳ４に進む。
【００１９】
ステップＳ４では、ステップＳ３で設定された白線候補点検出領域４２内において、白線候補点の検出処理を行う。白線候補点の検出に際し、まず撮像画像に公知のSobelオペレータ等を利用して微分画像を生成する。次に、生成した微分画像に基づいて、白線候補点検出領域４２の上底の一点と下底の一点とを結んでできる全ての線分に対して、それらの線分上の画素のエッジ強度が所定値以上となる画素の数を算出する。さらに、全ての線分の中で、エッジ強度が所定値以上である画素の数が最も多い線分を検出直線とし、白線候補点検出領域４２内における検出直線の始点の座標値を白線候補点の出力値とする。ここで、検出直線の始点は、白線候補点検出領域４２の上底の一点とする。
【００２０】
このとき、検出された直線上における所定値以上のエッジ強度を示す画素数が、白線候補点検出領域４２のｙ方向距離に対する所定の割合よりも少ない場合には、白線候補点が検出されなかったものとみなす。例えば、白線候補点検出領域４２のｙ方向距離が１５画素であり、所定値以上のエッジ強度を示す画素数が１／２未満しか検出されなかった場合、すなわち、７画素以下しか検出されなかった場合には、処理を行った白線候補点検出領域４２内においては白線候補点が検出されなかったものとする。一方、所定値以上のエッジ強度を示す画素数が８画素以上検出された場合には、白線候補点が検出されたとする。この場合、上述したように、検出直線の始点の座標値を白線候補点の出力値とするとともに、検出直線の終点（白線候補点検出領域４２の下底の一点）の座標を基準消失点記憶部３５に記憶する。
【００２１】
以上の処理を車両前方の遠方から近傍に向けて、全ての白線候補点検出領域４２について順に実行する。白線候補点の検出処理を行うと、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ステップＳ４で検出した白線候補点と、前回の処理で求められた白線モデル（式（１））上の点とのずれ量を、全ての白線候補点ごとに算出する。ステップＳ５に続くステップＳ６では、各点のずれ量に基づいて、道路パラメータａ〜ｅの変動量Δａ〜Δｅを算出し、道路パラメータａ〜ｅを補正する。これにより、実際の道路上の白線に対応した白線モデルの式が算出される。道路パラメータａ〜ｅを補正するとステップＳ７に進む。
【００２２】
ステップＳ７では、基準消失点ｖｐを算出する。撮像画像上における基準消失点ｖｐの位置は、式（１）で示される白線モデルのうち、図４に示すｉ＝０の白線とｉ＝１の白線との交点、すなわち、自車線の左側の白線４３と右側の白線４４との交点として求められる。従って、基準消失点ｖｐの座標を（ｘｐ，ｙｐ）とすると、次式（２）の関係が成り立つ。
（ｘｐ，ｙｐ）＝（ｃ＋Δｃ，ｄ＋Δｄ） …（２）
【００２３】
ステップＳ７で基準消失点ｖｐを算出すると、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、自車状態検出装置１３により、自車両１００の走行状態を検出する。ここでは、自車両１００が走行している道路が水平かつ直線であるか否か、自車両１００が自車線の中央付近を所定時間以上の間、定速で直進走行しているか否かを検出する。自車両１００の走行状態を検出すると、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、算出した基準消失点ｖｐの検出誤差を低減するために、基準消失点ｖｐが学習可能な走行状態であるか、すなわち、道路が水平かつ直線であり、自車両１００が自車線の中央付近を所定位時間以上の間、定速で直進走行しているか否かを判定する。
【００２４】
道路が水平かつ直線であるか否かの判定は、ナビゲーション装置４に格納されている情報（高度情報を含む地図情報）と、ステップＳ４で処理を行った白線の検出結果とに基づいて行う。また、自車両１００が自車線の中央付近を走行しているか否かの判定は、白線の検出結果に基づいて行い、自車両１００が直進走行しているか否かの判定は、舵角センサ５による検出結果に基づいて行い、定速走行しているか否かの判定は、車速センサ６による検出結果に基づいて行う。
【００２５】
基準消失点ｖｐが学習可能な走行状態ではないと判定した場合、すなわち、自車両１００がカーブを走行中である場合や、自車線の左側寄りまたは右側寄りに走行している等の場合には、基準消失点ｖｐの検出誤差が大きいと判断して、ステップＳ２に戻って、基準消失点ｖｐの算出処理を再度行う。一方、基準消失点ｖｐが学習可能な走行状態であると判定すると、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、算出した基準消失点ｖｐを基準消失点記憶部３５に記憶して、ステップ２に戻る。以後、ステップＳ２からステップＳ１０までの処理が、例えば、５秒ごとに行われる。
【００２６】
次に、レーダ光軸のずれ角の算出方法と、算出した光軸ずれ角に基づいて光軸のずれを調整する方法とについて、図５に示すフローチャートを用いて説明する。レーダ光軸のずれ角を算出するために、まず、図６（ａ），（ｂ）に示すように、車両１００を鉛直なスクリーン７１から数ｍ離れた位置に正対させるように設置する。図６（ａ）は、上方から車両１００およびスクリーン７１を見た図、図６（ｂ）は、側方から車両１００およびスクリーン７１を見た図である。スクリーン７１の表面は、無地かつ平面であって、光を正反射または吸収することがなく、例えば、反射型映写スクリーンのように、光を拡散反射させるようなものが好ましい。ここで、図６（ａ），（ｂ）に示すように、車両１００に搭載されたカメラ２を原点として、車両前方をＹ軸に、Ｙ軸と垂直な車両側方をＸ軸に、Ｘ軸およびＹ軸と直交する車両上方をＺ軸に取った車両座標系ＸＹＺを設定する。
【００２７】
図７は、一般的なＣＣＤ撮像素子およびＣＭＯＳ撮像素子の分光感度特性を示す図である。図７において、横軸は波長であり、縦軸は相対感度を示す。図７に示すように、ＣＣＤ撮像素子およびＣＭＯＳ撮像素子は、可視光の波長範囲のみならず、レーザレーダの波長範囲である８００〜９５０ｎｍにおいても感度を有しているので、人が目視できないレーザビームを検出することができる。撮像画像において、可視光によるノイズが大きい場合には、例えば、コールドミラーのように赤外域の波長を９０％以上透過させるとともに、可視光波長域の波長を９０％〜１００％反射させるフィルタをカメラ２に取り付けることにより、後述するレーザビームの照射領域を正確に検出することができる。
【００２８】
レーダ１からは、図８に示すように、左ビーム、センタービーム、右ビームの３本のレーザビームが出射される。図５に示すフローチャートのステップＳ１００では、３本のレーザビームを用いてレーダ１により検出されるスクリーン７１までの距離Ｄl，Ｄc，Ｄrをそれぞれ検出する。なお、距離Ｄlは、左ビームを用いて検出される距離であり、Ｄcは中央ビームを用いて検出される距離であり、Ｄrは右ビームを用いて検出される距離である。距離Ｄl，Ｄc，Ｄrをそれぞれ検出すると、ステップＳ１１０に進む。なお、レーザビームは、所定の広がりを有する形状を有しているが、図８では、それぞれのビームの光軸１０１，１０２，１０３を示している。
【００２９】
ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で検出した距離Ｄcが所定の下限値Ｄminより大きく、かつ、所定の上限値Ｄmaxより小さいか否かを判定する。所定の下限値Ｄminは、例えば、スクリーン７１に照射されたレーザビームがカメラ２の画角７２から外れてしまう距離に基づいて設定され、上限値Ｄmaxは、カメラ２の角度分解能の限界、またはレーザビームの反射強度の低下に起因して、正確なレーザ照射位置が特定できなくなる距離に基づいて設定される。Ｄmin＜Ｄc＜Ｄmaxの関係が成り立つと判定するとステップＳ１２０に進み、それ以外の場合には、ステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、図示しない報知装置により、車両１００とスクリーン７１との位置関係のセッティングの修正を作業者に促して、ステップＳ１００に戻る。
【００３０】
ステップＳ１２０では、センタービームの光軸１０２に対するスクリーン７１のヨー方向の角度ψを算出する。ここでは、センタービームの光軸１０２とスクリーン７１との間の角度のうち、π／２以下の角度をψとする。センタービームの光軸１０２とスクリーン７１との間の角度ψを図８に示す。角度ψは、左ビームの光軸１０１とセンタービームの光軸１０２との間、および、センタービームの光軸１０２と右ビームの光軸１０３との間のヨー方向の角度γと、各ビームを用いて検出した距離Ｄl，Ｄc，Ｄrに基づいて算出する。角度ψを算出すると、ステップＳ１３０に進む。
【００３１】
ステップＳ１３０では、次式（３）の関係が成り立つか否か、すなわち、角度ψが所定の範囲内であるか否かを判定する。
｜ψ｜＞ψmin …（３）
ここで、ψminは、センタービームの光軸１０２とスクリーン７１との間の角度ψに起因するレーダ光軸ずれ角の誤差が小さく、無視できるとみなせる範囲を定めるためのしきい値であり、理論値または実験値に基づいて設定することができる。すなわち、スクリーン７１は、レーダ１から出射されるセンタービームの光軸１０２および車両１００の直進方向に対して鉛直、すなわち、ψ＝π／２であることが望ましいが、実際の光軸調整作業において、正確に鉛直に設定するのは難しい。また、本実施の形態における光軸の調整方法によれば、光軸のずれ角の算出に際し、角度ψは直接的な影響は及ぼさない。
【００３２】
しかし、後述するレーザビーム照射領域中心を算出する際に、角度ψの値が小さくなるにつれて、カメラ２により撮像した画像におけるレーザビーム照射領域中心の形状に歪みが生じ、レーザビーム照射領域中心を正確に検出することができなくなる。従って、角度ψが上式（３）の関係を満たさない場合には、ステップＳ２４０に進み、車両１００とスクリーン７１との位置関係のセッティングの修正を作業者に促して、ステップＳ１００に戻る。一方、角度ψが上式（３）の関係を満たす場合には、ステップＳ１４０に進む。
【００３３】
なお、本実施の形態では、光軸が同一水平面上に存在する３本のレーザビームにより検出した距離Ｄl，Ｄc，Ｄrおよびヨー方向の角度γに基づいて角度ψを算出しており、スクリーン７１のピッチ角については算出していない。スクリーン７１の鉛直方向のセッティングでは、スクリーン７１におもり等を用いることにより、容易に鉛直度を構成、すなわち、スクリーン７１と車両座標系ＸＹＺのＺ軸方向とを平行に設定することができるので、ここではピッチ角による影響については考慮しないものとする。
【００３４】
ステップＳ１４０では、レーダ１からセンタービームのみを出射させて、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、後述するカメラ２からレーダ１に向かうベクトル成分を（Ｘca_ra，Ｙca_ra，Ｚca_ra）抽出するために、レーダ１とカメラ２との間のレイアウトに関する情報、すなわち、レーダ１とカメラ２の座標値を取り込んで、ステップＳ１６０に進む。
【００３５】
ステップＳ１６０では、カメラ２によりスクリーン７１を撮像した画像上において、スクリーン７１に照射されたレーザビームの照射位置を検出するための検出ウインドウ６２を設定する。検出ウインドウ６２は、後述するように、センタービームの形状と、スクリーン７１とレーダ１との距離Ｄcとに基づいてスクリーン７１に照射されるビーム形状を推定し、推定したビーム形状に基づいて設定する。図９は、カメラ２により撮像された画像上に設定された検出ウインドウ６２を示す図である。
【００３６】
第１の実施の形態におけるレーダ装置に用いられるレーダ１から出射されるセンタービームの断面形状が長方形である場合には、スクリーン７１に照射されるビーム形状も長方形となる。従って、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、車両座標系ＸＹＺにおいて、カメラ２からレーダ１に向かうベクトル成分を（Ｘca_ra，Ｙca_ra，Ｚca_ra）、レーダ１の前面におけるレーザビームの断面高さをＴz、断面幅をＴx、レーザビームの水平放射角をτx、垂直放射角をτv、レーダ１からスクリーン７１までの水平距離をＤ、画面座標系における座標値“１”あたりの視野角をＲfとすると、スクリーン７１に照射されるレーザビームの水平方向の大きさＳxと、垂直方向の大きさＳzはそれぞれ次式（４），（５）にて表される。
Ｓx＝２Ｄtan(τx／２)＋Ｔx …（４）
Ｓz＝２Ｄtan(τv／２)＋Ｔz …（５）
【００３７】
なお、水平方向のレーダ光軸のずれ角をαr、垂直方向のレーダ光軸のずれ角をβr、レーダ１により検出された距離をＤcとすると、レーダ１とスクリーン７１との水平距離Ｄは、Ｄ＝Ｄc×cosΔαr×cosΔβrとなるが、ここではレーダ光軸ずれ角が十分小さいものとして、レーダ１により検出された距離Ｄc＝Ｄとする。
【００３８】
また、スクリーン７１に照射されるレーザビームの画面座標系における大きさは、ｘ軸方向の大きさをＸw、ｙ軸方向の大きさをＹwとすると、それぞれ次式（６），（７）にて表される。

【００３９】
ステップＳ１６０において、式（６），（７）により表される検出ウインドウ６２が設定されるとステップＳ１７０に進む。ステップＳ１７０では、ステップＳ１６０で設定された検出ウインドウ６２の走査範囲６３を設定する（図９参照）。走査範囲６３の位置と大きさは、想定されるレーダ光軸の最大ずれ角に基づいて設定する。ただし、スクリーン７１の大きさや外乱光の強さに応じて作業者が設定変更できるようにしておく。走査範囲６３を設定するとステップＳ１８０に進む。
【００４０】
ステップＳ１８０では、ステップＳ１７０で設定した走査範囲６３内において、検出ウインドウ６２を走査し、検出ウインドウ６２内の全画素の明度の合計値が最も大きくなる位置６４を検出する。検出ウインドウ６２は、スクリーン７１に照射されるレーザビームの形状および大きさに応じて、式（６），（７）により設定されているので、レーザビームがスクリーン７１に実際に照射されている位置と検出ウインドウ６２の位置とが一致すれば、検出ウインドウ６２内の全画素の明度の合計値が最大となるはずである。検出ウインドウ６２内の全画素の明度の合計値が最も大きくなる位置６４を検出すると、ステップＳ１９０に進む。
【００４１】
ステップＳ１９０では、ステップＳ１８０で検出した位置６４における検出ウインドウ６２内の全画素の明度の合計値が所定値以上であるか否かを判定する。所定値以上であると判定するとステップＳ２００に進み、所定値未満であると判定すると、レーザ照射領域は検出されなかったものとして、ステップＳ２４０に進む。
【００４２】
ステップＳ２００では、検出ウインドウ６２内の全画素の明度の合計値が最も大きくなる位置６４における検出ウインドウ６２の中心座標６５を算出する。この中心座標６５は、スクリーン７１とレーダ光軸（センタービームの光軸）とが交わる点の画面座標系における位置を示す。中心座標６５を算出すると、ステップＳ２１０に進む。
【００４３】
ステップＳ２１０では、レーダ光軸のずれ角、すなわち、車両進行方向を表すカメラ２の基準消失点方向とレーダ１の光軸との間の角度を算出する。図１１（ａ）は、ＸＹ平面上においてレーダ１の水平方向ずれ角αrを示す図、図１１（ｂ）は、ＹＺ平面上においてレーダ１の垂直方向ずれ角βrを示す図である。図１１（ａ），（ｂ）に示すように、画面座標系において、基準消失点ｖｐからスクリーン７１とレーダ光軸とが交わる点を示す座標６５に向かうベクトル成分を（Ｘvp_ra，Ｙvp_ra）とすると、レーダ１の水平方向ずれ角αrと垂直方向ずれ角βrとは、それぞれ次式（８），（９）により表される。
αr＝arctan[{Ｘca_ra−(Ｄ＋Ｙca_ra)tan(Ｒf・Ｘvp_ra)}／Ｄ] …（８）
βr＝arctan[{Ｚca_ra−(Ｄ＋Ｙca_ra)tan(Ｒf・Ｙvp_ra)}／Ｄ] …（９）
ただし、基準消失点ｖｐからスクリーン７１とレーダ光軸とが交わる点を示す座標６５に向かうベクトル成分（Ｘvp_ra，Ｙvp_ra）は、図３に示すフローチャートによる処理にて算出された基準消失点の座標と、ステップＳ２００にて算出された検出ウインドウ６２の中心座標６５の座標とに基づいて算出する。
【００４４】
すなわち、レーダ光軸ずれ角算出部３８は、基準消失点記憶部３５に記憶されている基準消失点の座標と、スクリーン７１に照射されたレーザビームの光軸の照射位置と、車両１００からスクリーン７１までの距離Ｄと、レーダ１とカメラ２との相対位置とに基づいて、レーダ光軸のずれ角αr，βrを算出する。これは、スクリーン７１に照射されたレーザビームの光軸の照射位置と、車両１００からスクリーン７１までの距離Ｄと、レーダ１とカメラ２との相対位置とに基づいて、レーダ１から出射されるレーザビームの出射方向を検出し、検出したレーザビームの出射方向と、基準消失点記憶部３５に記憶されている基準消失点とに基づいて、レーダ光軸のずれ角αr，βrを算出しているとも言える。
【００４５】
ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で算出したレーダ光軸のずれ角αr，βrが許容範囲内であるか否かを判定する。許容範囲は、理論値または実験値に基づいて設定する。本実施の形態における車両用レーダ装置では、検出したレーダ光軸のずれ角が許容範囲内である場合には、レーダ光軸ずれ角の補正を行わず、許容範囲外である場合に、光軸ずれ角の補正を行う。従って、レーダ光軸のずれ角αr，βrが許容範囲内であると判定すると、本フローチャートによる処理を終了し、許容範囲外であると判定すると、ステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、光軸補正装置１４によって、ステップＳ２１０で算出したレーダ光軸のずれ角αr，βrに基づいて、レーダ光軸の調整を行う。レーダ光軸の調整が行われることにより、車両の直進方向とレーダ１から出射されるレーザビームの出射方向とが一致するようになる。
【００４６】
第１の実施の形態における車両用レーダ装置によれば、以下の方法によって、レーダ光軸のずれ角を算出し、レーダ光軸の調整を行う。まず、基準消失点算出部３４によって、車両走行時に撮像された画像に基づいて基準消失点ｖpを検出し、検出した基準消失点ｖpを基準消失点記憶部３５に記憶する。次に車両１００をスクリーン７１に正対させ、レーダ１によってスクリーン７１までの距離Ｄを検出する。レーダ光軸ずれ角算出部３８は、基準消失点記憶部３５に記憶されている基準消失点ｖp、スクリーン７１に照射されるレーザビームの照射位置６５、レーダ１によって検出されたスクリーン７１までの距離Ｄ、および、レイアウト情報記憶部３７に記憶されている、レーダ１とカメラ２との相対位置に関する情報に基づいて、レーダ１から出射されるレーザビームの出射方向と車両１００の直進方向との誤差を検出する。光軸補正装置１４は、検出された誤差に基づいて、レーザビームの出射方向と車両１００の直進方向とが一致するように、レーダ光軸のずれを補正する。
【００４７】
上述した方法によってレーダ光軸のずれを補正すれば、実際の車両直進方向を示すカメラ２の基準消失点方向に基づいてレーダ光軸を調整することができるので、タイヤやサスペンション等の経時劣化によって車体と車両直進方向とにずれが生じる場合でも、精度良くレーダ光軸を調整することができる。すなわち、車体を基準としてレーダ光軸を調整する方法では、車体と車両直進方向とにずれが生じる場合に、レーダ１から出射されるレーザビームの方向と車両直進方向とが一致しない。
【００４８】
また、ターゲットボードを用いる従来の光軸調整方法と比べると、光軸調整用の特殊なターゲットボードを必要とせず、また、ターゲットボードを車両中心線に対して垂直に設置するという煩雑な作業をする必要もない。
【００４９】
第１の実施の形態における車両用レーダ装置では、車両１００の走行状態が所定の走行状態であるとき、すなわち、道路が水平かつ直線であり、自車線の中央付近を所定位時間以上の間、定速で直進走行している場合に、検出した基準消失点ｖｐを基準消失点記憶部３５に記憶した。これにより、精度の良い正確な基準消失点を用いて、レーダ光軸のずれ角を算出することができる。
【００５０】
−第２の実施の形態−
第１の実施の形態における車両用レーダ装置では、レーダ１からレーザビームを射出することにより、レーダ光軸のずれ角を算出した。第２の実施の形態における車両用レーダ装置では、レーダ１として、ミリ波レーダのように、通常のカメラでは検出することができない（撮像することができない）波長の電磁波を用いるレーダを用いる。
【００５１】
第２の実施の形態における車両用レーダ装置において、レーダ光軸のずれ角の補正を行う場合には、図１２に示すようなレーザ発信機１２１をレーダ１に取り付ける。レーザ発信機１２１は、レーダ１に精度良く固定できる構造になっており、レーダ軸とレーザ発信機１２１から送出されるレーザビームのビーム軸とを一致させて、カメラ２によって検出可能なレーザビーム１２３をレーザ送出部１２２から送出する。これにより、第１の実施の形態における車両用レーダ装置で行ったレーダ光軸ずれ角の算出方法と同様の方法により、光軸ずれ角を算出し、レーダ光軸を調整することができる。
【００５２】
−第３の実施の形態−
レーダ装置を搭載した車両の出荷時には、基準消失点が学習されていないので、第３の実施の形 態における車両用レーダ装置では、予めレーダ光軸とカメラ光軸との間の角度を求めておき、その後の走行時に得られる基準消失点移動量に基づいて、レーダ光軸を補正する。
【００５３】
車両の初期状態（車両出荷時）では、車両に対するカメラ光軸のパン角αc、ピッチ角βcの設計値に基づいて、基準消失点を求める。カメラ光軸のパン角αc，ピッチ角βcは、それぞれ図６（ａ），（ｂ）に示す車両座標系ＸＹＺのＹ軸を基準とする角度である。基準消失点が求まると、図５に示すフローチャートに基づく処理手順によってレーダの光軸ずれ角を補正する。その後の車両の走行において、図３に示すフローチャートに基づく処理手順によって基準消失点移動量を算出し、基準消失点を学習することによって、再びレーダの光軸ずれ角の算出および補正を行う。
【００５４】
第３の実施の形態における車両用レーダ装置によれば、車両の出荷時などのように、基準消失点ｖｐが学習されていない状況においても、カメラ光軸のパン角αcおよびピッチ角βcの設計値に基づいて基準消失点ｖｐを求めて、レーダの光軸ずれ角を算出し、必要な場合にはレーダ光軸を補正することができる。
【００５５】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、図３に示すフローチャートのステップＳ４における処理、すなわち、白線候補点の検出処理では、検出された直線上における所定値以上のエッジ強度を示す画素数が、白線候補点検出領域４２のｙ方向距離に対する所定の割合より多いか少ないかによって、白線候補点の検出の有無を判断した。この所定の割合は、複数の白線候補点検出領域４２の全てにおいて、同一の値としてもよいし、白線候補点検出領域４２ごとに異なる値を設定してもよい。同様に、白線のエッジを検出する際に、直線上における所定値以上のエッジ強度を示す画素数を測定したが、この所定値も白線候補点検出領域４２ごとに設定することができる。
【００５６】
白線候補点の出力結果（座標値）として、白線候補点検出領域４２の上底の一点を抽出したが、下底の一点としてもよい。また、白線候補点検出領域４２ごとに白線候補点の検出処理を行う際に、車両前方の遠方の白線候補点検出領域４２から近傍に向けて順に処理を行ったが、車両の近傍の白線候補点検出領域４２から遠方に向けて順に処理を行っても良い。
【００５７】
また、レーダ光軸のずれ角を算出する際に、図６（ａ），（ｂ）に示すように、車両１００をスクリーン７１に正対させたが、スクリーン７１の代わりに建物の壁面を使用することもできる。ただし、壁面は、無地かつ平面であって、光を正反射または吸収することがなく、光を拡散反射させるようなものが好ましい。
【００５８】
レーダ光軸のずれ角の補正は、算出した光軸ずれ角に基づいて、光軸補正装置１４によって自動的に行ったが、算出した光軸ずれ角を図示しない表示装置に表示する構成としてもよい。この場合には、作業者が表示装置に表示された光軸ずれ角に基づいて、レーダ光軸のずれ角を補正する。
【００５９】
カメラ２は、ＣＣＤ撮像素子を有していたが、ＣＭＯＳ撮像素子を有するものでもよい。また、第１〜第３の実施の形態における車両用レーダ装置は、レーダ１を車両前端部に取り付けて、先行車等を検出するものであるが、レーダ１を車両後方に取り付けるとともに、カメラ２の撮像方向を車両後方に設定して、後方車両を認識するレーダ装置にも本発明を適用することができる。
【００６０】
特許請求の範囲の構成要素と各実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、レーダ１が信号送出手段を、コントローラ３が消失点検出手段、消失点記憶手段、送出方向検出手段、誤差検出手段を、カメラ２が撮像手段を、光軸補正装置１４が補正手段をそれぞれ構成する。特に、基準消失点算出部３４が消失点検出手段を、基準消失点記憶部３５が消失点記憶手段を、レーザ照射位置検出部３６およびレイアウト情報記憶部３７が送出方向検出手段を、レーダ光軸ずれ角算出部３８が誤差検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用レーダ装置が搭載された一実施の形態の車両を示す図
【図２】本発明による車両用レーダ装置の一実施の形態の構成を示す図
【図３】基準消失点を算出して記憶するまでの処理手順を示す一実施の形態のフローチャート
【図４】カメラにより撮像された画像に基づいて、基準消失点を算出するための説明図
【図５】レーダ光軸ずれ角を算出して補正するまでの処理手順を示す一実施の形態のフローチャート
【図６】図６（ａ）は、スクリーンと正対する車両を上方から見た図、図６（ｂ）は、スクリーンと正対する車両を側方から見た図
【図７】ＣＣＤ撮像素子およびＣＭＯＳ撮像素子の分光感度特性を示す図
【図８】センタービームの光軸とスクリーンとの間の角度ψを示す図
【図９】レーザビームの照射位置の検出方法を説明するための図
【図１０】検出ウインドウ６２の設定方法を説明するための図であり、図１０（ａ）はＸＹ平面における図、図１０（ｂ）はＹＺ平面における図
【図１１】レーダ光軸ずれ角の算出方法を説明するための図であり、図１１（ａ）はＸＹ平面上における図、図１１（ｂ）はＹＺ平面上における図
【図１２】第２の実施の形態における車両用レーダ装置において、レーダにレーザ発信機を取り付ける様子を示す図
【符号の説明】
１…レーダ、２…カメラ、３…コントローラ、４…ナビゲーション装置、５…舵角センサ、６…車速センサ、１３…自車状態検出装置、１４…光軸補正装置、３４…基準消失点算出部、３５…基準消失点記憶部、３６…レーザ照射位置検出部、３７…レイアウト情報記憶部、３８…レーダ光軸ずれ角算出部、４２…白線候補点検出領域、４３，４４…白線、６２…検出ウインドウ、６３…走査範囲、６４…レーザビーム照射位置、６５…中心座標、７１…スクリーン、１００…自車両、１０１…左ビーム光軸、１０２…センタービーム光軸、１０３…右ビーム光軸、１２１…レーザ発信機、１２２…レーザ送出部、１２３…レーザビーム

Claims (7)

1. 信号を送出する信号送出手段と、
   車両進行方向を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって、車両走行時に撮像された画像に基づいて消失点を検出する消失点検出手段と、
   前記消失点検出手段により検出された消失点を記憶する消失点記憶手段と、
   前記信号送出手段から送出される信号の送出方向を検出する送出方向検出手段と、
   前記消失点記憶手段により記憶された消失点と前記送出方向検出手段により検出された送出方向とに基づいて、前記信号送出手段から送出される信号の送出方向と車両の直進方向との誤差を検出する誤差検出手段と、
   前記誤差検出手段により検出された誤差に基づいて、前記信号送出手段から送出される信号の送出方向と車両直進方向とが一致するように前記信号の送出方向を補正する補正手段とを備えることを特徴とする車両用レーダ装置。
2. 請求項１に記載の車両用レーダ装置において、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段をさらに備え、
   前記消失点記憶手段は、前記送出方向検出手段によって検出された走行状態が所定の走行状態である場合に、前記消失点検出手段により検出された消失点を記憶することを特徴とする車両用レーダ装置。
3. 請求項２に記載の車両用レーダ装置において、
   前記走行状態は、少なくとも車両の直進状態であることを特徴とする車両用レーダ装置。
4. 請求項２または３に記載の車両用レーダ装置において、
   前記走行状態検出手段は、車両の操舵角を検出する操舵角検出手段であることを特徴とする車両用レーダ装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の車両用レーダ装置において、
   前記信号送出手段から送出される信号が前記撮像手段により撮像できない波長域の信号である場合には、前記撮像手段により撮像できる波長域の信号を送出するレーザ発信手段を前記信号送出手段に取り付けることを特徴とする車両用レーダ装置。
6. 信号を送出して反射信号を受信することにより、少なくとも物体までの距離を検出する車両用レーダ装置の光軸調整方法において、
   車両直進走行時に撮像した画像に基づいて消失点を検出し、
   前記信号の送出方向を検出し、
   前記検出した消失点と前記検出した信号の送出方向とに基づいて、前記信号の送出方向と車両の直進方向との誤差を検出し、
   検出した誤差に基づいて、送出される信号の送出方向と車両直進方向とが一致するように前記信号の送出方向を補正することを特徴とする車両用レーダ装置の光軸調整方法。
7. 請求項６に記載の車両用レーダ装置の光軸調整方法において、
   前記信号の送出方向は、スクリーンや壁などの平面を有する物体に前記信号を送出し、前記信号が照射された平面を撮像し、少なくとも前記撮像された画像に基づいて検出することを特徴とする車両用レーダ装置の光軸調整方法。

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