JP2005114542A - 障害物検知装置及びそれを用いた障害物警報装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
カメラおよびレーダを組み合せた自動車用障害物検知装置において、光軸調整を簡便化することを第一の目的とし、さらにカメラの検知性能を向上させることを第二の目的とする。
従来は、カメラとレーダを別々に設置しており、光軸調整が極めて煩雑かつ、メンテナンスも必要であった。また、夜間カメラの検知範囲が、ヘッドライトの照射範囲に限定されていた。
【解決手段】
レーダ部とカメラ部を同一の筐体に収納し、一定の基準面にレーダのアンテナとカメラ光学系を取り付けるようにした。
また、レーダとして光学式の物を用い、カメラのシャッタと同期させて発光させることにより、カメラの照明として使用し、夜間の感度向上を図った。
【選択図】図１

Description

本発明は、障害物検出装置に係り、特に、移動体などの自動車の障害物検出装置又は障害物警報装置に関する。

近年、自動車のアクティブ・セーフティ機能として、障害物警報システムや、自動ブレーキシステムなどが検討されている。警報システムの例としては、特開平８−４８１９９号公報などがある。

これらのシステムにおいては、障害物の検知機能を確度高く行うことがシステムの実現において、重要な条件になる。障害物検知のために画像センサとレーダセンサと組み合わせるものが開示されている。

特開平８−４８１９９号公報

特許文献１においては、レーダは車室外、カメラは車室内と別々の場所に取り付けられており、検知軸の調整，修正に関して十分な考慮がなされていない。それぞれの検知軸が異なると（２）種のセンサの結果を照合する際に、あいまいさが発生するようになる。

このため車に障害物検知装置が、装着されたあと、カメラとレーダについて、おのおの正確に検知軸（光軸）の調整を行う必要がある。たとえば、レーダでは、０.５ 度程度の正確さで軸調整を行わなければ十分な性能を出すことが困難である。

また、使用中に初期の取り付けに対して、経時的に誤差を発生するようにもなる。

以上を鑑み、本発明の目的は、画像センサとレーダの光軸の調整を簡便化できる障害物検知装置を提供することである。

また、画像センサは夜間照明が届く範囲しか検知ができない。このため、専用の近赤外投光器を用いて、照明を行うことも検討されている。しかしながら、コストの上昇はもちろん、専用の投光器を新たに設ける必要があるため、デザイン上の制約も発生するという問題を抱えていた。

以上を鑑み、本発明の他の目的は、夜間でも感度を改善された画像センサを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明では、レーダセンサと画像センサとをあらかじめ、一定の光軸関係になるように同一の筐体に設置，収納することにより、達成される。

また、レーダセンサにレーザレーダを使用し、画像センサのシャッタ制御に同期させて前記レーダレーダの発光制御を行うことで達成できる。

本発明によれば、レーダと画像センサをひとつの筐体に収納し、さらに、筐体の基準面に対して、レーダのアンテナおよび画像センサ部の光学系を所定の精度で取り付けることが可能になるので、画像センサとレーダの光軸の調整を簡便化できる障害物検知装置を提供することが可能になる。

また、レーザレーダの投光器を画像センサの照明として使えるため、夜間の検知性能を向上させることができる。

例えば、図４には、道路３上の障害物を車両２から検知するイメージを示している。自動車には障害物検知装置が搭載されおり、一定の検知エリア２０を形成している。車両２にとっての本当の障害物を区別するためには、自動車が走行するであろう車線内すなわち、レーンマーカ３１に囲まれた領域内にあるか否かを判定する必要がある。たとえば、図示したように、路側の交通標識４２は障害物ではないが、障害物４１は、自車線内にあり、障害物となる。

障害物検知のためのセンサとして、ミリ波レーダやレーザレーダが検討されているが、それら単独では、十分な機能・性能を達成することが困難である。図４の例で言えば、レーダセンサそのものでは、走行車線を検知できないので、標識と落下物を障害物と正確に判定するのは困難となる。

このため、画像センサとレーダを組み合わせてこのような問題を解決することが、例えば、特許文献１に記載されている。

この用な従来例においては、レーダは車室外、カメラは車室内と別々の場所に取り付けられており、検知軸の調整，修正に関して十分な考慮がなされていない。

それぞれの検知軸が異なると例えば、図５に示すごとく（２）種のセンサの結果を照合する際に、あいまいさが発生するようになる。

図５には、カメラの光軸ＣＬ１は車両の進行軸に対して正確に取り付けられており、一定の検知エリアＲ１を有し、一方、レーダの検知軸ＣＬ２は車両の進行軸に対して取り付け誤差θを持って、一定の検知エリアＲ２を有する例を示してある。このため、車線マーカ３１に囲まれた車線内にある落下物が取り付け誤差θの影響で、車線外と判断される可能性が出てくる。

このため車に障害物検知装置が、装着されたあと、カメラとレーダについて、おのおの正確に検知軸（光軸）の調整を行う必要がある。たとえば、レーダでは、０.５ 度程度の正確さで軸調整を行わなければ十分な性能を出すことが困難である。

また、使用中に初期の取り付けに対して、経時的に誤差を発生するようにもなる。

したがって、画像センサとレーダの光軸の調整を簡便化できる障害物検知装置が本発明の特徴である。

また、画像センサは夜間照明が届く範囲しか検知ができない。このため、専用の近赤外投光器を用いて、照明を行うことも検討されている。しかしながら、コストの上昇はもちろん、専用の投光器を新たに設ける必要があるため、デザイン上の制約も発生するという問題を抱えていた。

したがって、夜間でも感度を改善された画像センサを提供すること及びそれを用いたことに特徴がある。

本発明は、レーダ装置および画像センサを、あらかじめ決められた光軸関係になるように同一の筐体に収納したことを特徴とする障害物検知装置である。

レーダ装置は、近赤外線を用いた光学式レーダ装置であって、画像センサの電子シャッタ制御のタイミングに同期して、レーダ装置の発光タイミングを制御することを特徴とする。

画像センサの電子シャッタを開放している時間に比例して、レーダ装置の発光パルス数を増やすこと、発光パルス幅を増やすこと、又は、発光電力を増やすことを特徴とする。

このようなレーダ装置の発光の制御は車両の走行環境に応じて行うことを特徴とする。

また、本発明は、レーダ装置と画像センサを有する障害物検知装置であって、レーダ装置は近赤外線を用いた光学式レーダを用いて障害物との相対距離を検出し、画像センサは障害物を抽出するように電子シャッタによって画像を所定のタイミングで取り込み、画像センサの電子シャッタ制御のタイミングに同期してレーダ装置の発光タイミングを制御するものである。

レーダ装置の光軸と画像センサの光軸とが所定の相対位置関係になるように固定されて１つの筐体に収納されている。この所定の相対位置関係は、レーダ装置，画像センサ又は筐体の取り付け位置を調整することによって調整できる調整装置を有している。

さらに、このように障害物が検知又は抽出されると、検出又は抽出された障害物と該障害物との相対距離に基づいて障害物に関する情報を出力することを特徴とする障害物警報装置である。

抽出は、検出された障害物から車両の走行に影響を与える障害物を抽出することである。

車両の走行環境は、車両周囲の照度であり、照度が予め定めた値より低い場合にレーダの発光タイミングを制御することを特徴とする。

次に、図１を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の一実施例を説明する図であり、ひとつの筐体１９に画像センサ部１０とレーダ部１１を収納した障害物検知装置１を説明する図である。

図２には、図１に示した障害物検知装置１の機能ブロック図を示す。

まず画像センサ部１０について説明を行う。

車外の映像は、レンズ１０１により、撮像デバイス１０２上に結像される。

フィルタ１００は、撮影する対象の性格に応じて種々のものから選択される。たとえば、可視光の映像を用いた検知を行う場合は、赤外線や紫外線を遮断するフィルタを用いれば良い。

撮像デバイス１０２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳタイプなど一般的なもので構成できる。

撮像デバイス１０２上に結像された光学情報は、電気信号に変換されて、カメラ信号処理回路１０３に取り込まれて、様々な処理がなされ、最終的にデジタル情報として画像処理ＬＳＩ１０４に入力される。

画像処理ＬＳＩ１０４はマイコン１８０により実行されるプログラムにより動作が制御される。画像処理ＬＳＩ１０４は、様々な機能を有している。

例えば、入力された画像情報のメモリへの取り込み制御，メモリに取り込まれた画像情報への様々な処理の実行などである。

画像処理ＬＳＩ１０４はマイコン１８０の指令により、画像情報をまず読み書きメモリ（ＲＡＭ）１８２に取り込む。マイコン１８０は必要に応じて、取り込まれた画像情報に対して画像処理実行させるために、再度画像処理ＬＳＩ１０４にコマンドを発行する。コマンドの例は、微分処理などが一例である。

マイコンは画像処理の結果に対して様々な認識処理を行う。

マイコン１８０の動作を規定するプログラムは読み出しメモリ（ＲＯＭ）１８１に記憶されている。

ついでレーダ部１１について説明する。

レーダは光，電波などの媒体を使って、能動的に対象物を検知するものであり、図２の例では、電波を用いたもので説明してあるが、光学式の例でも同様である。高周波送受信回路１１１で発振された高周波信号はアンテナ１１０を介して空間に放出される。対象物で反射された電波は再度アンテナ１１０で受信されて、高周波送受信回路１１１で受信され、変復調回路１１２において復調され、アナログ・デジタル変換（ＡＤＣ）回路１１３においてデジタル信号に変換されて、マイコン１８０により、ＲＡＭ１８２に記憶される。

レーダ方式に関しては様々なものがあり、本実施例ではいわゆるＦＳＫ（Frequency
Shift Keying）方式で説明してある。本方式は、例えば、特開２００１−１４１８１１号公報に記載されている。

マイコン１８０は、ＲＡＭ１８２に取り込まれた時系列のレーダ信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、その結果を用いて、対象物の距離，相対速度などを算出する。

また、障害物の検知結果については、通信回路１８３を介して、ホストシステムに送信される。ホストシステムとしては、例えばブレーキの制御装置や、警報表示装置が考えられる。

図２に示した実施例のマイコン１８０の動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。

本フローチャートは、自車線内の障害物を検知して、警報を発するという目的のものである。

電源を投入すると、先ずステップＳ１において、必要な初期化を行う。初期化内容は、ＲＡＭ１８２の所定エリアのクリア，画像処理ＬＳＩ１０４の初期設定，レーダの初期調整などがある。

次にステップＳ２において、レーダの信号取得を行う。これは、具体的には、ＡＤＣ回路１１３により出力される一連の時系列のレーダ信号をＲＡＭ１８２に読み込むことを意味する。

次にステップＳ３において、ＦＦＴの実行を行い、レーダ信号の周波数分析を行う。

次にステップＳ４において、先のＦＦＴ解析結果から、対象物の距離，角度，相対速度を計算する。検知のためには一定の閾値を設けてあり、まったく何も検知されない場合もあれば、複数のターゲットが検知される場合もある。

次にステップＳ５において、さらに、車線外とおぼしき、対象物の除去を行う。

すなわち、明らかに、車線外と判断される対象物については、障害物の候補からはずす作業を行う。

次に、ステップＳ６において、画像の取り込みを行う。具体的には、画像処理ＬＳＩ
１０４から出力される画像データをＲＡＭ１８２に取り込むことを意味する。

次にステップＳ７において、車線マーカの認識を行う。車線マーカの認識方法に関しては、様々な方式が提案されているが、基本的には、源画像の微分処理を行い、得られたエッジ点に対していわゆるハフ変換を行うことにより、車線が抽出できる。

次にステップＳ８において、ステップＳ５で絞り込んだ障害物候補をカメラの画面座標へのマッピングを行う。

その概念を図６に示す。候補となる対象物は２個の例で説明してある。

レーダで検知される角度は、一般にカメラの画角より狭いため、図示したように、画面内に仮想的な直線を引くことができる。

レーダの画角内に、二つの対象物４１，４２が検知されており、おのおのを画面座標にマッピングされている。

図３にもどり、説明を継続する。

ステップＳ９において、マッピングされた障害物候補が、自車レーン内すなわち二つの車線マーカに囲まれたエリアにあるかどうかを判断する。

もし、エリア内の一個以上の候補点が存在すれば、ステップＳ１０へ、さもなくば、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１０において、さらに障害の判断が行われる。これは、ステップＳ４で求められた距離，相対速度の情報を用いて行われる。すなわち、距離が近くても、相対速度が正、すなわち障害物が自車に対して離れている場合は、危険性は少ない、あるいは、自車速度を鑑み、距離が未だ十分にある場合は、同様に危険性が少ない。

ステップＳ１１ではステップＳ１０の結果を総合的に判断し、最終的な危険性を判定する。

危険と判定されれば、ステップＳ１２において、障害物警報を発するべく、通信回路
１８３を通じて警報表示装置にコマンドを発行する。

危険性が無ければ、ステップＳ１３において、障害物警報を停止する旨のコマンドを警報表示装置に通信で発行する。

次に、図９を用いて障害物検知装置１の構造を説明する。

筐体１９は基準面を有しており、この面を基準にアンテナ１１０，画像センサ１０２およびレンズ１０１等が取り付けられている。アンテナ１１０として、例えば、基板にパターンを印刷したものを使用し、基準となる面に装着することにより、基準面に対する光軸は高精度に決定できる。高周波送受信回路１１１はアンテナ１１０に近接して設置されている。

また、フィルタ１００は基準面に装着されているが、特別な配慮は必ずしも必要無い。レンズ１０１，画像センサ１０２の取り付けは、基準面に対して精度を保証する必要があるため、スペーサ１９１により、精度良く位置決めを行っている。また、画像センサ102は基板１９５に実装されており、接続ケーブル１９３により、基板１９４に接続される。

基板１９４には、図２における回路ブロックの内、高周波送受信回路１１１，画像センサ１０２以外の回路について実装されている。

図９の構造を用いることにより、レーダとカメラの光軸の関係を一義的に決定でき、しかも相対的な光軸精度の経時的な変化も少なく出来る。

次に本発明のほかの実施例について図７を用いて説明する。図７において、図２と同一の記号は同一の内容のため説明は省略する。

図７の実施例は、図２のレーダ部を電波式から光学式に変更したものである。

本実施例では、レーザダイオードを使用した発光器を使用しているが、その波長は近赤外領域にある。このため、所定の波長以外をカットするフィルタ１１５をケース前面に設けてある。まず送信タイミング発生回路１１９では、カメラ信号処理回路１０３で使用される電子シャッタのタイミングを供給しており、それに同期した形で、発光タイミングを発生する。

ドライブ回路１１８は、そのタイミングで、レーザダイオード１１７を駆動する。レーザダイオード１１７で発光された近赤外光は、レンズ１１６を透過し対象物にあたり反射される。

反射光はフィルタ１１５を再通過し、レンズ１２０で集光されフォトダイオード１２１により電気信号に変換され、信号増幅回路１２２で増幅される。

測距回路１２３では、送信タイミングと受信タイミングを比較して距離に変換する。距離情報はマイコン１８０により、取り込まれる。

図８（１）を用いて、カメラのシャッタ制御タイミングと発光タイミングを説明する。カメラの撮像動作は、一定の画像フレームの周期（たとえば、６４マイクロ秒）で動作し、シャッタの開放時間をその周期内で独立に制御できる。

先に説明した送信タイミング発生回路１１９はシャッタタイミングに同期してレーザダイオードの送信タイミングを発生している。

画像フレーム（Ｎ＋１）では、シャッタの開放時間を長くしてあるが、この場合は、同一のシャッタ開放時間内に、レーザの送信パルスがより多く発射されることになるので、より照明としてのレーザ光の累積電力は増えることになる。

このように、画像処理カメラのシャッタ開放タイミングに同期させることにより、レーザ光で対象物が照明されるため、例えば、夜間ヘッドライトが届かない距離の画像も取り込むことができ、カメラの感度を向上させることができる。

上記のような制御でもまだ、レーザ光の光量が少ない場合には、例えば図８（２）に示すごとく、シャッタ開放時に、レーザ発光周期を短くしてやれば良い。

レーダ装置と画像センサとを有してなる障害物検知装置又は障害物警報装置は、本発明によれば、光軸調整を不要または簡易にすることができる。したがって、移動体に用いられ、又は移動体を対象とする障害物の検知及び警報システムへ適用される。

さらに画像センサの光量不足を補い、より精度の高い画像センサによる障害物の抽出が行える障害物検知装置又は警報装置を実現できる。

光軸調整を不要または簡易にすることのできるレーダ装置と画像センサとを有してなる障害物検知装置又は障害物警報装置が達成できるので、移動体又は移動体を対象とする障害物の検知及び警報システムへの適用が可能となる。

さらに画像センサの光量不足を補い、より精度の高い画像センサによる障害物の抽出が行える障害物検知装置又は警報装置へ適用ができる。

本発明の位置実施例になる障害物検知装置の外観を説明する図。 本発明の位置実施例における障害物検知装置の内部回路ブロックを説明する図。 図２におけるマイコンのプログラム動作を説明するフローチャート。 障害物検知の概念を説明する図。 画像センサとレーダの軸ずれの効果を説明する図。 カメラの座標系にマッピングされたレーダで検知されたターゲットの関係を説明する図。 本発明のほかの実施例の回路ブロックを説明する図。 図７に示した実施例における内部タイミングを説明する図。 図１における実施例の内部構造を説明する図。

符号の説明

１…障害物検知装置、２…車両、３…道路、１０…画像センサ部、１１…レーダ部、
１９…筐体、２０…検知エリア、４１,４２…対象物、１００,１１５…フィルタ、１０１,１１６,１２０…レンズ、１０２…撮像デバイス、１０３…カメラ信号処理回路、１０４…画像処理ＬＳＩ、１１０…アンテナ、１１１…高周波送受信回路、１１２…変復調回路、１１３…ＡＤＣ回路、１１７…レーザダイオード、１１８…ドライブ回路、１１９…送信タイミング発生回路、１２１…受光ダイオード(フォトダイオード)、１２２…信号増幅回路、１２３…測距回路、１８０…マイコン、１８１…ＲＯＭ、１８２…ＲＡＭ、１８３…通信回路、１９１…スペーサ。

Claims (17)

1. レーダ装置および画像センサを、あらかじめ決められた光軸関係になるように同一の筐体に収納したことを特徴とする障害物検知装置。
2. 請求項１において、
   前記レーダ装置は、近赤外線を用いた光学式レーダ装置であって、前記画像センサの電子シャッタ制御のタイミングに同期して、前記レーダ装置の発光タイミングを制御することを特徴とする障害物検知装置。
3. 請求項２において、
   前記電子シャッタを開放している時間に比例して、前記レーダ装置の発光パルス数を増やすことを特徴とする障害物検知装置。
4. 請求項２において、
   前記電子シャッタを開放している時間に比例して、前記レーダ装置の発光パルス幅を増やすことを特徴とする障害物検知装置。
5. 請求項２において、
   前記電子シャッタを開放している時間に比例して、前記レーダ装置の発光電力を増やすことを特徴とする障害物検知装置。
6. 請求項２において、
   前記レーダの発光タイミングの制御は車両の走行環境に応じて行うことを特徴とする障害物検知装置。
7. レーダ装置と画像センサを有する障害物検知装置であって、前記レーダ装置は近赤外線を用いた光学式レーダを用いて障害物との相対距離を検出し、前記画像センサは障害物を抽出するように電子シャッタによって画像を所定のタイミングで取り込み、前記画像センサの電子シャッタ制御のタイミングに同期して前記レーダ装置の発光タイミングを制御することを特徴とする障害物検知装置。
8. 請求項７において、
   前記電子シャッタを開放している時間に比例して、前記レーダ装置の発光パルス数を増やすことを特徴とする障害物検知装置。
9. 請求項７において、
   前記電子シャッタを開放している時間に比例して、前記レーダ装置の発光パルス幅を増やすことを特徴とする障害物検知装置。
10. 請求項７において、
    前記電子シャッタを開放している時間に比例して、前記レーダ装置の発光電力を増やすことを特徴とする障害物検知装置。
11. 請求項７において、
    前記レーダ装置の光軸と画像センサの光軸とが所定の相対位置関係になるように固定されて（１）つの筐体に収納されていることを特徴とする障害物検知装置。
12. 請求項１１において、
    前記所定の相対位置関係は、前記レーダ装置，前記画像センサ又は前記筐体の取り付け位置を調整することによって調整できる調整装置を有することを特徴とする障害物検知装置。
13. 請求項１１において、
    前記レーダの発光タイミングの制御は車両の走行環境に応じて行うことを特徴とする障害物検知装置。
14. レーダ装置と画像センサを有する障害物検知装置であって、前記レーダ装置は近赤外線を用いた光学式レーダを用いて障害物との相対距離を検出し、前記画像センサは障害物を抽出するように電子シャッタによって画像を所定のタイミングで取り込み、前記画像センサの電子シャッタ制御のタイミングに同期して前記レーダ装置の発光タイミングを制御し、検出された障害物と前記障害物との相対距離に基づいて障害物に関する情報を出力することを特徴とする障害物警報装置。
15. 請求項１４において、
    前記検出された障害物から車両の走行に影響を与える障害物を抽出し、前記抽出された障害物との相対距離に基づいて障害物に関する情報を出力することを特徴とする障害物警報装置。
16. 請求項１４において、
    前記レーダの発光タイミングの制御は車両の走行環境に応じて行うことを特徴とする障害物警報装置。
17. 請求項１６において、
    前記車両の走行環境は、車両周囲の照度であり、照度が予め定めた値より低い場合に前記レーダの発光タイミングを制御することを特徴とする障害物警報装置。
    
    

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