JP2006197015A - Night vision imaging apparatus for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、製造が容易であり安価な硫化亜鉛(ZnS)で形成された複数のレンズのF値を高く設定し、レンズの口径及び枚数を小さくすることにより製造コストを低減する車両用暗視撮像装置に関する。 The present invention is a night vision for a vehicle that reduces the manufacturing cost by setting the F value of a plurality of lenses made of zinc sulfide (ZnS), which is easy to manufacture and inexpensive, to a high value and reducing the diameter and the number of the lenses. The present invention relates to an imaging apparatus.
自動車などの車両に、ボロメータ又は焦電型撮像素子を備えた遠赤外線カメラを搭載し、例えば車両前方に存在する子供、自転車等の存在を認識して、運転者に注意を促す周囲暗視システムが多々開発されている。 An ambient night vision system in which a far-infrared camera equipped with a bolometer or a pyroelectric image sensor is mounted on a vehicle such as an automobile, and recognizes the presence of a child, a bicycle, etc. existing in front of the vehicle and alerts the driver. Many have been developed.
例えば、特許文献1では、車両に搭載される撮像装置に遠赤外線による遠赤外線像を取得する撮像部、及び前記遠赤外線を反射させる反射板を用い、夜間の撮像であっても、歩行者を検出することが可能な画像データを撮像することができ、撮像部の撮像領域を所要方向に設定することができる撮像装置が開示されている。このような暗視用撮像装置を車両前部に搭載し、夜間の映像をヘッドアップディスプレイに投影するナイトビジョンシステムも、実用化段階へと移行している。
しかし、上述した従来の遠赤外線を用いた暗視用撮像装置は、対物レンズを含めたレンズ系に明るいレンズを用いることが多く、レンズが大口径となり、レンズ枚数も多くなることから、例えばGe(ゲルマニウム)等の高価な材料を用いる場合においては、暗視用撮像装置が高価となり、低コストで車両に設置することが困難になるという問題点があった。 However, the above-described conventional night vision imaging apparatus using far-infrared rays often uses a bright lens for the lens system including the objective lens, and the lens has a large diameter and the number of lenses increases. In the case of using an expensive material such as (germanium), there is a problem that an imaging device for night vision becomes expensive and difficult to install in a vehicle at a low cost.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、レンズの明るさを示すF値を大きくすることにより、レンズを小径化し、レンズ枚数を減少することにより、製造コストを軽減することができ、安価な車両用暗視撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. By increasing the F value indicating the brightness of the lens, the diameter of the lens can be reduced and the number of lenses can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost. An object of the present invention is to provide an inexpensive vehicle night vision imaging apparatus.
上記目的を達成するために第1発明に係る車両用暗視撮像装置は、複数のレンズを組み合わせた光学機構と、該光学機構を通過した遠赤外光を受光して画像データを生成する撮像素子と、該撮像素子で生成した画像データを外部へ送出することが可能な形式の出力データに補正する補正処理を行う手段とを備える車両の外部を撮像する車両用暗視撮像装置において、前記複数のレンズの明るさを示すF値が1.4以上であることを特徴とする。 To achieve the above object, a night vision imaging apparatus for a vehicle according to a first aspect of the present invention is an imaging mechanism that generates an image data by receiving far-infrared light that has passed through the optical mechanism combined with a plurality of lenses. In a vehicle night vision imaging apparatus for imaging the exterior of a vehicle, comprising: an element; and means for performing correction processing for correcting the image data generated by the imaging element to output data in a format that can be transmitted to the outside. The F value indicating the brightness of the plurality of lenses is 1.4 or more.
また、第2発明に係る車両用暗視撮像装置は、第1発明において、前記複数のレンズの材質が硫化亜鉛であり、焼結により生成されていることを特徴とする。 The night-vision imaging device for a vehicle according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect, the material of the plurality of lenses is zinc sulfide and is produced by sintering.
また、第3発明に係る車両用暗視撮像装置は、第1又は第2発明において、前記複数のレンズの光軸上に、色収差を補正する光学素子を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the vehicular night vision imaging apparatus includes an optical element that corrects chromatic aberration on an optical axis of the plurality of lenses.
第1発明では、複数のレンズを組み合わせた光学機構と、該光学機構を通過した遠赤外光を受光して画像データを生成する撮像素子と、該撮像素子で生成した画像データを外部へ送出することが可能な形式の出力データに補正する補正処理を行う手段とを備える車両の外部を撮像する車両用暗視撮像装置において、複数のレンズのF値が1.4以上の値に設定してある。これにより、従来の暗視撮像装置に装着してあるレンズのF値が1.0乃至1.2であることから、従来の撮像装置よりもレンズの口径を小さくすることができ、レンズの枚数も従来の撮像装置より減少することができる。したがって、レンズのコストを低減することができ、安価な暗視用撮像装置を提供することが可能となる。 In the first invention, an optical mechanism combining a plurality of lenses, an image sensor that receives far-infrared light that has passed through the optical mechanism and generates image data, and image data generated by the image sensor is sent to the outside. In a vehicle night vision imaging apparatus for imaging the outside of a vehicle, the F value of a plurality of lenses is set to a value of 1.4 or more. It is. Accordingly, since the F value of the lens mounted on the conventional night vision imaging apparatus is 1.0 to 1.2, the aperture of the lens can be made smaller than that of the conventional imaging apparatus, and the number of lenses can be reduced. Can also be reduced from the conventional imaging apparatus. Therefore, the cost of the lens can be reduced, and an inexpensive night vision imaging apparatus can be provided.
第2発明では、複数のレンズの材質に硫化亜鉛を用い、焼結によりレンズを生成する。これにより、高価であり、加工が困難であるGe(ゲルマニウム)をレンズの材質に用いる場合と比べて、材料の調達費用が安価となり、焼結により量産することができることから、撮像装置の製造コストをより低減することが可能となる。 In the second invention, zinc sulfide is used as the material of the plurality of lenses, and the lenses are generated by sintering. As a result, compared to the case where Ge (germanium), which is expensive and difficult to process, is used for the lens material, the procurement cost of the material is low, and mass production is possible by sintering. Can be further reduced.
第3発明では、光学素子を備えることにより、レンズで集光されて撮像素子へ導かれる光の色収差を補正する。これにより、撮像装置は、色収差が補正された高画質の画像を撮像することが可能となる。 In the third aspect of the invention, by providing the optical element, the chromatic aberration of the light that is condensed by the lens and guided to the imaging element is corrected. Thereby, the imaging device can capture a high-quality image with corrected chromatic aberration.
第1発明によれば、従来の暗視撮像装置に装着してあるレンズのF値が1.0乃至1.2であることから、従来の撮像装置よりもレンズの口径を小さくすることができ、レンズの枚数も従来の撮像装置より減少することができる。したがって、レンズのコストを低減することができ、安価な暗視用撮像装置を提供することが可能となる。 According to the first invention, since the F value of the lens mounted on the conventional night vision imaging device is 1.0 to 1.2, the aperture of the lens can be made smaller than that of the conventional imaging device. The number of lenses can also be reduced as compared with the conventional imaging device. Therefore, the cost of the lens can be reduced, and an inexpensive night vision imaging apparatus can be provided.
第2発明によれば、高価であり、加工が困難であるGe(ゲルマニウム)をレンズの材質に用いる場合と比べて、材料の調達費用が安価となり、焼結により量産することができることから、撮像装置の製造コストをより低減することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, the cost of procurement of the material is lower than when Ge (germanium), which is expensive and difficult to process, is used as the lens material, and can be mass-produced by sintering. The manufacturing cost of the apparatus can be further reduced.
第3発明によれば、光学素子を備えることにより、レンズで集光されて撮像素子へ導かれる光の色収差を補正する。これにより、撮像装置は、色収差が補正された高画質の画像を撮像することが可能となる。 According to the third invention, by providing the optical element, the chromatic aberration of the light condensed by the lens and guided to the image sensor is corrected. Thereby, the imaging device can capture a high-quality image with corrected chromatic aberration.
図1は、本発明の実施の形態に係る車両用暗視撮像装置を取り付けた状態を示す模式図である。1、2は、暗視の対象となる歩行者、二輪車に乗った人間等を撮像する遠赤外用のビデオカメラ(撮像装置)である。ビデオカメラ1、2は、車両のフロントグリル内に略水平方向に適長だけ離して配設する。ビデオカメラ1、2で撮像した画像データは、IEEE1394に準拠した車載LANケーブル6を介して接続してある画像処理装置3に送信される。
FIG. 1 is a schematic view showing a state in which a vehicle night vision imaging apparatus according to an embodiment of the present invention is attached.
画像処理装置3は、ビデオカメラ1、2の他、操作部を備えた表示装置4、及び音声、効果音等により聴覚的な警告を発する警報装置5とも、車載LANケーブル6を介して接続されている。
In addition to the
図2は、本発明の実施の形態に係る車両用暗視撮像装置のビデオカメラ1の構成を示す模式図である。対物レンズ11は、硫化亜鉛(ZnS)をモールド成形加工してなる焦点距離が50mmの標準レンズである。対物レンズ11の視野角は、ナイトビジョンに用いる場合、通常は10乃至15度となっている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the
なお、硫化亜鉛製のレンズは、硫化亜鉛を粉末化した後に焼結することにより、光学特性を劣化させること無く量産することができ、形状を調整するための切削工程を必要としないことから製造コストの低減が可能となる。 In addition, zinc sulfide lenses can be mass-produced without degrading optical properties by sintering after zinc sulfide is powdered, and manufacturing is not necessary because the cutting process for adjusting the shape is not required. Cost can be reduced.
対物レンズ11は、集光レンズ12を透過する光の色収差を補正する回折光学素子18を後方に備えている。回折光学素子18により、集光レンズ12で集光されて撮像素子へ導かれる光の色収差を補正することができ、色収差が補正されたより高画質の画像を撮像することが可能となる。
The
対物レンズ11及び集光レンズ12のF値は、1.4乃至1.6近傍に設定する。すなわち、レンズの明るさを標準的な暗視撮像装置における設定値の2分の1以下に設定することにより、レンズの口径を小さくすることができる。また、レンズの枚数についてもレンズの明るさを暗くすることにより減少することができ、全体としてレンズの製造コストを低減することが可能となる。
The F values of the
図3は、F値を1.4に設定した視野角15度のレンズ2枚を用いて、実験的に透過光の周波数とコントラストとの関係を求めた場合の結果を示す図である。図3では、周波数分解能ごとに周波数とコントラストとの関係を求めているが、周波数分解能に因らず、周波数に応じてコントラストが急激に劣化する変曲点が存在しない。したがって、F値を高く設定したことにより、レンズ枚数が減少した場合であっても、コントラストの劣化は十分に抑制されており、遠赤外用のビデオカメラ(撮像装置)1、2に使用することが可能と判断することができる。 FIG. 3 is a diagram showing the results when the relationship between the frequency of transmitted light and the contrast is experimentally obtained using two lenses having a viewing angle of 15 degrees with an F value set to 1.4. In FIG. 3, the relationship between the frequency and the contrast is obtained for each frequency resolution, but there is no inflection point at which the contrast rapidly deteriorates depending on the frequency regardless of the frequency resolution. Therefore, even if the number of lenses is reduced by setting the F value high, the deterioration of contrast is sufficiently suppressed, and it should be used for the far-infrared video cameras (imaging devices) 1 and 2. Can be determined to be possible.
撮像素子13は、対物レンズ11及び集光レンズ12により集光された光、特に波長が8〜12μmの赤外光を、画素毎にアナログの撮像信号に変換するボロメータ、サーモパイル、SOIダイオード等の非冷却熱型撮像素子であり、画素毎にアナログ信号に変換された撮像信号を、内部バス17を介して順次的に信号処理部14へ出力する。
The
信号処理部14は、LSI基板であり、撮像素子13から受信したアナログ信号を輝度(Y)のデジタル信号に変換し、光学系で生じた各種の歪みを取り除くための処理、低周波ノイズの除去処理、ガンマ特性を補正する補正処理等を行い、画像データとして画像メモリ15へ記憶する。
The signal processing unit 14 is an LSI substrate, converts an analog signal received from the
通信インタフェース部16は、LSI基板であり、車載LANケーブル6を介して画像処理装置3とデータの送受信を行う。通信インタフェース部16は、画像処理装置3から送出される指令に従って、画像メモリ15に記憶された画像データの画像処理装置3への送出、ビデオカメラ1、2で撮像した画像の解像度による転送レートの変換、画像データを送出するためのパケットデータの生成等を行う。
The
図4は、本発明の実施の形態に係る車両用暗視撮像装置の画像処理装置3の構成を示すブロック図である。通信インタフェース部31は、ビデオカメラ1、2に対する指令の送信、ビデオカメラ1、2からの画像データの受信を行う。通信インタフェース部31は、ビデオカメラ1、2から受信した画像データを、1フレーム単位に同期させて画像メモリ32に記憶する。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the
また、通信インタフェース部31は、液晶ディスプレイ等の表示装置4に対して画像データを送出し、ブザー、スピーカ等の警報装置5に対して合成音等の出力信号を送信する。
The
画像メモリ32は、SRAM、フラッシュメモリ等であり、通信インタフェース部31を介してビデオカメラ1、2から受信した画像データを記憶する。
The
画像処理部33は、LSI基板であり、画像メモリ32に記憶された画像データをフレーム単位で読出し、読み出した画像データに基づいて、人間の存在、二輪車等の車両の存在等を、パターンマッチング等を実行して判断する。画像処理部33が、画像データ内に人間、二輪車等の車両に対応する部分が存在すると判断した場合、画像処理部33は、人間、二輪車等の車両に対応する部分までの距離を算出し、算出した距離に基づいて、車両と衝突する危険があると判断した場合、警告メッセージを表示、又は警告音を出力する。
The
画像処理部33での詳細な処理について以下に説明する。図5は、本発明の実施の形態に係る車両用暗視撮像装置の画像処理装置3の画像処理部33の処理手順を示すフローチャートである。画像処理部33は、通信インタフェース部31を介してビデオカメラ1、2で撮像した画像データを取得し、画像メモリ32に記憶する(ステップS501)。画像処理部33は、画像メモリ32に記憶してある画像データを読出し(ステップS502)、読み出した画像データに対して、特徴部分である人間、二輪車等に対応する標準パターンテンプレートとのマッチング処理を行うことにより相関値Rを算出する(ステップS503)。
Detailed processing in the
画像処理部33は、算出した相関値Rが所定値より大きい領域が存在するか否かを判断し(ステップS504)、画像処理部33が、相関値Rが所定値より大きい領域が存在すると判断した場合(ステップS504:YES)、画像処理部33は、画像データに人間、二輪車等に対応する部分が存在すると判断して、人間、二輪車等に対応する部分までの距離を算出する(ステップS505)。
The
相関値Rの算出は(数1)に沿って行われる。 The calculation of the correlation value R is performed according to (Equation 1).
(数1)において、Nはマッチング処理を行う画像領域の総画素数を、kは0≦k≦(N−1)の整数を、Fkは検出する対象物の温度分布を示す標準テンプレート内におけるk番目の画素の画素値を、Gkはマッチング処理する画像領域におけるk番目の画素の画素値を、それぞれ示している。 In (Equation 1), N is the total number of pixels in the image area to be matched, k is an integer of 0 ≦ k ≦ (N−1), and Fk is a standard template indicating the temperature distribution of the object to be detected. Gk indicates the pixel value of the kth pixel, and Gk indicates the pixel value of the kth pixel in the image region to be matched.
なお、読み出した画像データに、人間、車両等が存在するか否かを判断する方法は、上述した検出対象である人間、車両等に固有の温度分布を示す標準テンプレートと画像領域とをマッチングすることによる相関値を単独で用いることに限定されるものではなく、人間、車両等と認識される領域の大きさ、縦横比、画素値の平均値、分散等を相関値と組み合わせて判断するものであっても良い。 Note that the method for determining whether or not a person, a vehicle, or the like exists in the read image data matches the standard template indicating the temperature distribution unique to the above-described detection target person, the vehicle, or the like with the image region. It is not limited to the use of the correlation value by itself, but it is determined by combining the size, aspect ratio, average pixel value, variance, etc. of the area recognized as human, vehicle, etc. with the correlation value It may be.
画像処理部33は、算出した距離が所定値より短いか否かを判断し(ステップS506)、画像処理部33が、算出した距離が所定値より短いと判断した場合(ステップS506:YES)、衝突する危険性が高いものと判断して、通信インタフェース部31を介して警告メッセージを表示、又は警告音を出力する(ステップS507)。
The
また、表示装置4及び警報装置5に対して送出する警報に関する情報は、例えば表示装置4に対しては、車両として認識された領域を強調表示した画像データである。また、警報装置5に対しては、ブザーの鳴動開始を指示する信号、再生対象となる合成音声信号等である。警報に関する情報についても、特にこれらに限定されるものではない。
Moreover, the information regarding the alarm transmitted to the
以上のように本実施の形態によれば、従来の暗視撮像装置に装着してあるレンズのF値の最大値である1.0より大きい値、例えばF値を1.4乃至1.6近傍に設定することにより、従来の撮像装置よりもレンズの口径を小さくすることができ、レンズの枚数も従来の撮像装置より減少することができる。したがって、レンズのコストを低減することができ、安価な暗視用撮像装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, a value larger than 1.0 which is the maximum value of the F value of a lens mounted on a conventional night vision imaging apparatus, for example, an F value of 1.4 to 1.6 is set. By setting it in the vicinity, the aperture of the lens can be made smaller than that of the conventional imaging device, and the number of lenses can also be reduced as compared with the conventional imaging device. Therefore, the cost of the lens can be reduced, and an inexpensive night vision imaging apparatus can be provided.
また、高価であり、加工が困難であるGe(ゲルマニウム)をレンズの材質に用いる場合と比べて、硫化亜鉛(ZnS)は調達費用が安価であり、焼結により量産することができることから、撮像装置の製造コストをより低減することが可能となる。 Also, compared to using Ge (germanium), which is expensive and difficult to process, as a lens material, zinc sulfide (ZnS) is inexpensive and can be mass-produced by sintering. The manufacturing cost of the apparatus can be further reduced.
1、2 ビデオカメラ(撮像装置)
3 画像処理装置
4 表示装置
5 警報装置
11 対物レンズ
12 集光レンズ
13 撮像素子
14 信号処理部
18 回折光学素子
31 通信インタフェース部
32 画像メモリ
33 画像処理部
1, 2 Video camera (imaging device)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該光学機構を通過した遠赤外光を受光して画像データを生成する撮像素子と、
該撮像素子で生成した画像データを外部へ送出することが可能な形式の出力データに補正する補正処理を行う手段と
を備える車両の外部を撮像する車両用暗視撮像装置において、
前記複数のレンズの明るさを示すF値が1.4以上であることを特徴とする車両用暗視撮像装置。 An optical mechanism combining a plurality of lenses;
An image sensor that receives far-infrared light that has passed through the optical mechanism and generates image data;
In a vehicle night vision imaging apparatus for imaging the exterior of a vehicle, comprising: means for performing correction processing for correcting image data generated by the imaging element into output data in a format that can be transmitted to the outside.
A night vision imaging apparatus for a vehicle, wherein an F value indicating brightness of the plurality of lenses is 1.4 or more.
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