JP2005538656A - 自動車用の立体的暗視装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、自動車用の暗視装置に関する。本発明によると、車両前方の道路は、互いに距離を置いて車両の前面に取り付けられた２つの暗視カメラ、例えば赤外線または高感度カメラ、によって立体的に記録される。対応する立体的映像表示装置は、運転者が車両前方の道路を三次元で観察できるようにする。車両前方に位置する対象物は、危険範囲内では補足的映像評価装置を用いて探知可能で、映像表示では様々に強調され、あるいは印が付けられることが可能である。暗視装置は、代わりに、あるいは三次元表示と併せて、映像またはデータの二次元表示も可能なように設計できる。機能強化された実施形態では、頭の動き及び／又は運転者の視線が探知され、対応する映像表示の追従用に使用される。

Description

本発明は、暗視装置に関し、該暗視装置において映像はカメラによって記録され、その後電子的に調整される。本発明は特に、自動車の特性に基づいた、車両での使用に適した当該装置に関する。
事故発生率が夜間は昼間よりかなり高いという事実は、事故統計によって実証されている。この理由は、自動車の運転者は、車両を制御し危険を推測するために、主に視覚を使用するからである。夜間、視覚によって収集可能な周囲についての情報ははるかに少なく、特に側方で発生する予想外の危険は、認識されるのがより遅い。
しかし、運転される速度とそれにより要する反応時間は、実質的には同じままである。
夜間に運転者が前方の走行経路を認識するのを支援する自動車における技術的装置には様々なものがある。これらは一般に、暗視カメラ（適切な場合、補足的照明措置を備えている）及び運転者のために記録された景色の再生からなる。このように、例えば、熱探知カメラ（ＢＭＷ）が使用されていたり、あるいは蛍光マーキング要素に関連した紫外線照射装置（ボルボ）を使用するよう提案されている。
赤外線カメラの立体的配置は、非特許文献１に記載されている。この装置では、走行方向の約３０〜８０ｍの範囲が、車両の前方領域に取り付けられ、互いに３６０ｍｍの間隔を置いた２台の赤外線カメラで同時に感知される。走行方向の対象物（例えば、通行人）は、立体的映像を比較して、車両からの対象物の距離として探知される。
カメラによって捉えられたビデオ映像は、既知のシステムにおいて運転者のために様々な方法で調整され再生される。慣例として、例えば、モニタはダッシュボード領域に置かれているか、ヘッドアップディスプレイが運転者の視覚範囲に取り付けられている。代わりの法として、フロントガラスの下部への反射を行うこともできる。
運転者が走行方向において熟視するヘッドアップディスプレイでは、カメラ映像を直接認識される景色と正確に一致させることが問題である。また、カメラ映像の表示が、状況によっては過剰に高い輝度によって背後に位置する実風景の詳細を覆い隠さないように確保することは難しい。モニタが独立して、例えばコンソールまたはフロントガラス下部付近に配置される場合、表示される情報を把握するために、運転者はその都度走行方向から目を離さなければならず、ある意味では、バックミラーまたはサイドミラーを使用する際に目を放すのに似ている。
従って既知の装置は、運転者の注意をそらす可能性があるという欠点を有する。故に、暗視装置とは安全性を向上するものであり、更に運転者の注意をそらしたりせず、運転者が再生された景色を特に簡単で直感的な方法で把握し解釈できなければならない。
ＩＥＥＥインテリジェント・ビークル・シンポジウム（議事録ＩＶ−２００１、２００１年５月１３〜１７日、日本、東京開催）
本発明の目的は、この先行技術を元に、上記の欠点を大幅に克服しかつ更なる利点を有する改善された装置を開発することである。
この目的は、請求項１の前文の特徴を有する暗視装置の場合、請求項１の特徴部分の特徴によって達成される。本発明の更なる詳細及び多様な実施形態の利点は、従属項の特徴から得られる。
本発明のシステム及び対応する装置を、好ましい実施形態を用いて以下に述べる。
本発明は、前方の景色の映像を、脇見を最小限度に抑えつつ可能な限り迅速に把握できるよう、運転者に提示する目的を果たす。そのために、人は立体的に表示された映像が与えられると、景色の奥行き、支距を認識できるということを利用する。本発明によるシステムの場合、映像捕捉用に２つの従来の暗視カメラ（例えば、赤外線または高感度カメラ）が立体的配置で使用され、結果として生成される景色が、立体的再生装置を用いて運転者に表示される。カメラの基本幅が人間の目基線より大きくなるよう選択される場合、立体効果は増幅され、奥行き支距は運転者にとってより一層効果的に探知可能となる。このように、目基線の３倍が選択される場合、約７０ｍ迄の奥行き支距を認識することが可能である。三次元再生により、運転者は走行方向にある対象物の幾何学的配置を直感的に、従って迅速に、脇見を最小限度に抑えて、把握できる。
立体映像を再生するためには、様々な装置が使用できる。従って、第１の実施形態では、立体映像は従来のモニタまたは液晶ディスプレイ上に表示可能である。代わりに、フロントガラス上への反射も可能である。この場合、走行方向を熟視している場合に再生像が実視界の上に重ねられるよう、位置は好適に選択される。他の位置（コンソール、ダッシュボード領域、フロントガラスの下部）も同様に可能であるが、走行中に視界の方向の変更を要する。
立体映像は、例えば、視認者に直接与えられる光学的補助器具によって、分割することができる。これには通例は、例えば、立体写真法（色）、時差的立体写真術（シャッタ）、または偏光立体写真術（偏光フィルタ）の原理、によって機能する特別な眼鏡がある。更にこうした方法の組み合わせも可能である。これらの方法は除外原理（それぞれに割り当てられた映像または映像構成要素のみを各目で別々に見ることができる）に基づいており、光の量を減らすので、状況によっては外部に対する直視を妨げる。
自動立体的映像の原理に従って進行する他の方法は、視認者にとって光学的補助器具を装着する必要なしに、三次元認識を実現する（自由目視）。立体映像の分割は、この場合は回折を基にした素子、例えば、ディスプレイ上に表示されるかあるいは投影によって表示される立体的情報を様々な方向に放射する回折光学素子（ＤＯＥ、回折格子）またはホログラフィック素子（ＨＯＥ）に基づいて行うことができる。これは映像が、更に、屈折を基にした素子、例えば、長手プリズムのアレイ、マイクロレンズ装置、円柱レンズアレイ、または視野レンズ、によって分割することもでき、これらはディスプレイもしくは投影機の運転と協働して、多様な立体映像構成要素を異なる様に反射する。更に、方向選択方式で立体的情報を視認者に向ける反射素子も適している。
別の実施形態では、光の伝播は、立体映像を空間的に分割する目的で、バリヤグリッドまたはカラーマスクによって、特定の方向では阻止される（除外法または覆蔽法）。
別の方法として、立体映像は、ディスプレイ（例えば、ＬＥＤディスプレイ）の構造化された照射（視差照射）によって分割することもでき、照射全体の単一構成単位によって、異なる情報が異なる方向に放射される。
２つの立体映像構成要素を同時に空間的に分割する代わりに、立体映像は、時分割多重送信（移動スリット法）を用いて分割することが可能で、この場合、立体的情報は、多様な映像内容について、時間領域内で非常に迅速に順次視界の各方向に分割されるため、視認者は完成した立体映像の印象を得る。
奥行きの印象及び奥行きの効果は、２．５次元ディスプレイを用いても実現可能で、ここでは２つ以上の映像平面が前後に配置される。この場合、映像情報は、前後に配置された個々の映像平面に、例えばハーフミラーによって、部分的映像を反射して表示され、明暗及び輝度の適切なバランスによって、映像表示を支援することが可能である。
三次元映像再生のための別の最新原理は、提案した暗視装置での使用にも同様に適している。この原理は、電子ホログラフィック法に基づいたもので、ここで、縮小されたホログラフム機能は立体的画像情報から作られ、スキャンレーザー装置及び電気光学変調器（ＭＩＴ、マサチューセッツ工科大学の原理）を用いて表示される。
三次元映像再生については更に別の方法が知られており、本発明による暗視装置に適している。よって立体的情報は、立体ディスプレイ（例えば、周期的移動ディスプレイ、特別な形状にされた、回転する、あるいは移動する投影スクリーン、例えば空間分割多重化レーザー光線によって励起された２光子蛍光発光等の立体的媒体における非線形効果）上へ転送できる。また、立体的映像は、２つ以上の投影機によって分割も可能で、その放射された映像は、角度選択方式で、実体映像または仮想映像として認識される（例えば、２つの投影機を備えた立体的ヘッドアップディスプレイ）。
本明細書に記載した多様な方法の組み合わせも、本発明による暗視装置のために使用できる。
機能的に拡張された実施形態では、運転者の頭及び／又は目の位置を探知する（運転者の視界の方向の測定）ための手段が提供される。そのためには、例えば、車両室内の１つ以上のカメラを、下流側に適切に接続される画像評価と共に使用することが可能だが、目の位置も、赤外線または超音波探査を用いて測定することができる（例えば、三角測量によって）。こうして入手された現在の視界方向に関するデータは、立体的映像が頭または瞳位置に応じて追跡される（例えば、マスク、光源、光変調器の移動によって）ように、上記にあげた三次元映像再生用の装置を駆動するのに使用でき、それによって頭位置が変化する場合であっても立体的印象は維持される。この場合、様々な視界方向を挿入して、変化した頭／目の位置による新しい視界方向にある視認者に対して立体的映像を供給することが可能であり、こうして移動視差を生成する。
映像再生装置が目の位置に応じた追跡をしないように設計されている場合、指定の頭位置（例えば、中央）に対して立体的印象が生じ、規定位置からの頭の移動の際に、両目は同一の映像を受け取ることで純粋に二次元の表示のみが起こるように、映像を空間的に分割できる。
特定の実施形態では、適切な光源によって、視認者のそれぞれの網膜上へ、異なる三次元映像が選択的に投影される。そのためには、例えば、レーザー装置または特別なＬＥＤ投影機を使用することが可能である。
記載された全ての三次元映像再生装置の場合、カメラ装置によって探知された前方の走行経路の危険な距離範囲にある対象物は、運転者を支援するために、更に電子的調整によって光学的に印をつけることができる（例えば、着色、明暗、点滅等）。更に、このようにして運転者の注意力の向上（危険な状況に対するより迅速な探知）をもたらすため、こうした対象物を、三次元再生の他の空間的平面へ選択的に移動することも可能である。
本発明による暗視装置の別の利点は、二次元表示と三次元表示とを任意選択的に切り替えられる、あるいは２つの形態の表示を互いに組み合わせられる実現能力にある。この場合、多数の変形形態が可能で、例えば、より高解像度の二次元情報を再生するために、立体的表示を非作動にすることができる。
また、暗視装置の通常モードは、情報（例えば、速度、回転速度、ナビゲーションデータ等の運転パラメータ）は二次元表示として再生され、前方の走行経路の状況は三次元表示として再生されるように構成することができるであろう。
本発明による暗視装置が提供する根本的な利点は、前方の走行経路は、三次元ディスプレイを用いて慣れた方法で、すなわち昼間の良好な視界状態にあるように、認識されることである。これにより、夜間の走行中に起こりがちな疲労現象を低減することができる。その上、新規な装置は、潜在的危険箇所に対し適切に短縮された反応時間での習慣的直感的反応（運転経験から生み出される）を可能にし、これは運転の安全性に貢献する。
危険な運転状況に対する早期の反応を可能にする補足情報は、本発明による暗視装置によって、拡張された警告表示（安全性に関わる対象物の印付けまたは強調、他の空間的平面への移動、二次元と三次元との組み合わせ、等）を利用することによって運転者に供給することができる。

Claims (22)

  1. 自動車用の暗視装置であって、少なくとも２つの暗視カメラを有し、該カメラは前記車両の前方に位置する走行経路から立体的記録が生成されるように、互いに間隔を置いて前記車両に取り付けられ、前記暗視カメラの映像信号を調整し、運転者のためにそれらの信号を光学的に再生する手段を有する暗視装置において、
    前記運転者のために前記映像信号の立体的再生像を生成する手段を有することを特徴とする、暗視装置。
  2. 前記立体的再生像を生成する手段は、様々な暗視カメラからの映像構成要素を異なる空間的方向に投影することを特徴とする、請求項１に記載の暗視装置。
  3. 前記立体的再生像を生成する手段は、光回折を用いて映像構成要素を異なる空間的方向に投影する素子（例えば、回折光学素子、回折格子、ホログラフィック素子）を有することを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の暗視装置。
  4. 前記立体的再生像を生成する手段は、光屈折を用いて映像構成要素を異なる空間的方向に投影する素子（例えば、長手プリズムのアレイ、マイクロレンズ装置、円柱レンズアレイ、または視野レンズ）を有することを特徴とする、請求項１、２あるいは３に記載の暗視装置。
  5. 前記立体的再生像を生成する手段は、反射を用いて映像構成要素を異なる空間的方向に投影する素子（例えば、逆反射体、部分的反射素子）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の暗視装置。
  6. 前記立体的再生像を生成する手段は、除外（例えば、バリヤグリッド、カラーマスク）によって、または覆蔽（例えば、偏光フィルタ）によって、映像構成要素を光学的に分離する素子を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の暗視装置。
  7. 前記立体的再生像を生成する手段は、時間に応じて映像構成要素を光学的に分離する素子を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の暗視装置。
  8. 前記立体的再生像を生成する手段は、映像再生ディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ）に構造化された方式（視差照射）で照射する素子を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の暗視装置。
  9. 前記立体的再生像を生成する手段は、スキャンレーザー装置と電気光学変調器とを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の暗視装置。
  10. 前記立体的再生像を生成する手段は、角度選択方式で映像構成要素を放射する投影機を少なくとも２つ有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の暗視装置。
  11. 前記立体的再生像を生成する手段は、映像構成要素を前記運転者の網膜に直接投影する素子（例えば、レーザー、端面発光ダイオード）を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の暗視装置。
  12. 前記運転者の頭及び／又は目の位置あるいは視界の方向を探知し、探知された頭及び／又は目の位置あるいは視界の方向に応じて、前記立体的再生像を生成するための手段を駆動する手段が存在することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の暗視装置。
  13. 前記運転者の頭及び／又は目の位置あるいは視界の方向は、前記車両の室内に取り付けられたカメラ、超音波もしくは赤外線探知器によって探知されることを特徴とする、請求項１２に記載の暗視装置。
  14. 前記立体的再生像を生成する手段は、動きの視差が生じるように駆動されることを特徴とする、請求項１２あるいは１３に記載の暗視装置。
  15. 前記立体的再生像を生成する手段は、前記運転者が装着する素子（例えば、偏光もしくは色フィルタ眼鏡、小型ディスプレイ等）を有することを特徴とする、請求項１に記載の暗視装置。
  16. 前記立体的再生像を生成する手段は、揺動または回転ディスプレイを有することを特徴とする、請求項１に記載の暗視装置。
  17. 前記立体的再生像を生成する手段は、例えばレーザー放射を用いて、個々の空間点が励起され光を放射する、立体ディスプレイを有することを特徴とする、請求項１に記載の暗視装置。
  18. 前記暗視カメラの前記映像信号の前記調整は、走行方向における対象物の探知及び光学的強調を含むことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の暗視装置。
  19. 前記対象物の前記光学的強調は、印付け（例えば、着色、明暗、点滅）によって行われることを特徴とする、請求項１８に記載の暗視装置。
  20. 前記対象物の前記光学的強調は、前記立体的再生像における見かけの位置（例えば、距離）を変化させることで行われることを特徴とする、請求項１８あるいは１９に記載の暗視装置。
  21. 前記三次元再生に加えて、映像構成要素が二次元表示でも再生されることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の暗視装置。
  22. 運転制御パラメータ（速度、回転速度等）及び／又はナビゲーション情報（例えば、全地球測位システム）は、二次元表示における映像構成要素として再生されることを特徴とする、請求項２１に記載の暗視装置。
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