JP2007076428A

JP2007076428A - ヘッドランプシステム

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Publication number: JP2007076428A
Application number: JP2005264525A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamamura; 聡志山村
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: JP4523526B2

Abstract

【課題】他車の眩惑を防止する際に自車が必要以上に減光することを防止することで安全走行を確保したヘッドランプシステムを提供する。
【解決手段】車両の前方をカメラ２で撮像した画像中の高輝度部を検出する画像処理部４と、自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬの照射特性を制御するランプ制御部２と、ランプ制御部２での制御と検出した高輝度部の輝度との相関から当該高輝度部が他車の光源であるか自車の光源の反射光であるかを判定する処理装置（ＣＰＵ）１とを備える。処理装置１での判定に際し、ランプ制御部２はヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度を微小幅単位で段階的に変化させると共に、判定の結果により光度の変化を停止しあるいは継続する。自車の前方の照明が極端にかつ急激に暗くなることはなく安全走行が確保される。高精度のカメラや高速ＣＰＵを用いなくとも制御が可能であり、かつ自車の走行に対応した適切な照射特性の制御がリアルタイムに実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車等の車両の前照灯（ヘッドランプ）を点灯制御するためのヘッドランプシステムに関し、特に自車のヘッドランプの照射特性をリアルタイムに制御するとともに自車及び他車の安全走行を確保したヘッドランプシステムに関するものである。

自動車の安全走行の面ではヘッドランプの明るさが高く、照射範囲が広い照射特性が好ましいが、このような照射特性は対向車や先行車等の他車を眩惑するおそれが大きくなる。近年ではこの相反する要求を満たすために、通常走行時の照射特性を高める一方で他車が接近したときに照射特性を制限するようにしたヘッドランプシステムが提案されている。例えば、特許文献１では、自車の前方をカメラで撮像して得られた画像から他車のヘッドランプやテールランプに相当する輝度の高い明領域を検出し、この明領域の方向を求めて自車のヘッドランプの照射特性を制御することで他車の眩惑を防止している。この特許文献１の技術では、画像中の明領域が街路灯のような他車以外の光源であることを前提としていないため、街路灯による明領域を認識したときも照射特性を制限してしまう等、必要以上に自車の照射特性を制限してしまう場合がある。これに対し、特許文献２には撮像して得られた画像を信号処理し、所要の演算を行うことで画像中の明領域が街路灯と他車の光源（ランプ光）のいずれかであるかを判定する技術が提案され、自車の照射特性をいたずらに制限することがないようにした技術が提案されている。この信号処理として、撮像した画像を２値化して輪郭線を抽出し、明領域の大きさから対称性をもったペアを抽出し、かつこの対称性を追跡することができたときにこれらを他車の光源としてその車間距離を求め、車間距離の変化により先行車、対向車を認識する技術である。

また、特許文献３には、撮像した画像中の明領域が他車の光源であるか、あるいは自車の光源からの光が道路標識等によって反射された反射光であるかを判定する技術についての記載がある。この技術では、画像中に明領域を検出したときに、自車の光源を減光し、当該明領域の輝度が追従して低下したときに当該明領域と自車の光源との間に相関があるものとし、当該明領域を自車の反射光と判定するものである。
特開２００３−２６７１２５号公報特開平８−１６６２２１号公報特許第３５６８２１０号公報

特許文献２の技術では、カメラで撮像した画像の明領域を他車の光源として判定するためには、判定を行うための信号処理に時間がかかり過ぎ、リアルタイムの照射特性の制御が難しい。これを実現するためには、高精度のカメラや、処理を高速に行うための高速ＣＰＵを備える必要がありコスト高の原因になる。これに対し、特許文献３の技術では、単に自車の光源を減光したときの明領域の明るさを測定して両者の相関を判定するだけで良いため、リアルタイム制御を実現し、かつコスト高を回避する上では有効である。実際には、画像中に明領域が確認できなくなる程度まで大幅に減光することが行われる。

しかしながら、特許文献３の技術は、単に自車の光源であるか否かを判定する技術を提案しているのに過ぎないため、自車の光源による前方照明において問題が生じることがある。例えば、実際の自動車に適用した場合に、走行中の自車の光源を減光して画像中の明領域の明るさの低下との相関があると判定したときには明領域を自車の反射光として判定し、自車の光源を再び初期の明るさに戻すが、そのときに再び画像中に自車の反射光による明領域が表れ、この明領域が先に反射光による明領域と同じであるか否かを判定する技術が存在しないため、この明領域に対して再び自車の光源を減光して判定を行うことになり、以降はこの制御を繰り返し行うことになり、結果として自車の光源が点滅状態となり自車の前方を適切に照明することができなくなり、安全走行の点で好ましくない。また、自車の光源を減光しても画像中の明領域の明るさが低下せず、両者の間に相関が存在していないと判定したときには、他車の光源であると認識するが、この場合には自車は光源を減光したまま走行する状態となり、自車の前方が暗くなるとともに、他車から自車が認識し難くなり安全走行の点で好ましくない。

本発明の目的は他車の眩惑を防止する際に自車が必要以上に減光することを防止して自車の照射特性を制御することで安全走行を確保したヘッドランプシステムを提供するものである。

本発明は、車両の前方を撮像するカメラと、当該カメラで撮像した画像中の高輝度部を検出する画像処理部と、自車のヘッドランプの光度を制御するランプ制御部と、前記ランプ制御部での光度の制御と検出された前記高輝度部の輝度との相関から当該高輝度部が他車の光源であるか自車の光源の反射光であるかを判定する処理装置とを備え、前記処理装置での前記判定に際し、ランプ制御部はヘッドランプの光度を微小幅で段階的に変化制御するとともに、処理装置での判定結果に基づいて当該光度の変化制御を停止し又は継続するように構成したことを特徴とする。

ここで本発明では、ヘッドランプの光度を微小レベルで段階的に低下させ、高輝度部の輝度が追従して低下したときに当該高輝度部は自車のヘッドランプの反射光であると判定し、高輝度部の輝度が追従して変化しないときに他車の光源であると判定する。また、ランプ制御部は、高輝度部が反射光であると判定したときにはヘッドランプの光度の低下を停止し、高輝度部が他車の光源であると判定したときにはヘッドランプの光度を徐々に低下させて行く制御を行う。さらに、カメラは所定のタイミング毎に撮像を行い、画像処理部は撮像した画像中の高輝度部の関連付けを行い、同一対象と判定した高輝度部の輝度を経時的に検出することが好ましい。

本発明によれば、画像処理部で検出した画像中の高輝度部の輝度変化と、ランプ制御部で制御した自車のヘッドランプの光度の変化との相関をとるだけで他車の光源か自車の光源の反射光かを容易に判定することができ、ＣＰＵでの判定処理プロセスが少なく、リアルタイムでの判定が可能になり、その判定に基づいたランプ制御が可能になる。また、判定に際しては自車の光源の光度を微小幅で段階的に変化させ、高輝度部の輝度変化が追従するか否かに基づいて判定し、他車の光源であると判定したときには光度の変化を継続し、自車の反射光であると判定されたときには光度の変化を停止させるので、他車或いは反射光のいずれの場合でも自車の前方の照明が極端にかつ急激に暗くなることはなく、自車の安全走行が確保される。これにより、高精度のカメラや高速ＣＰＵが不要になり、システムが低コストで構成できるとともに、他車への眩惑を防止した場合でも自車の安全走行を確保した適正な照射特性の制御がリアルタイムに実現できる。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明を自動車のヘッドランプシステムに適用した実施例の概念構成図である。自動車ＣＡＲの左右のヘッドランプＬＬ，ＲＬにはランプ制御部２が接続されており、このランプ制御部２によって前記ヘッドランプＬＬ，ＲＬの照射特性、ここでは各ヘッドランプの光度（明るさ）を減光できるように構成される。ここで、ランプ制御部２はヘッドランプＬＬ，ＲＬの減光に際しては後述するように光度を微小レベル単位で段階的に減光できるように構成されている。また、前記自動車ＣＡＲには自車の前方を撮像するＣＣＤ撮像装置等からなるカメラ３を備えるとともに、当該カメラ３で撮像した画像を処理する画像処理部４を備えている。この画像処理部４では後述するように撮像した画像中の明領域を認識し、かつその明領域の輝度（明るさ）を検出することが可能とされている。その上で、前記ランプ制御部２と画像処理部４はＣＰＵ（中央処理装置）１に接続されており、ＣＰＵ１ではランプ制御部２で制御するランプの光度と、画像処理部４で認識した明領域の輝度及びその変化とにより当該明領域が他車の光源であるか、自車の光源の反射光であるかを判定し、この判定結果に基づいてランプ制御部２でのヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度の制御を行うように構成されている。

以上の構成のヘッドランプシステムによるヘッドランプ照射特性の制御について図２のメインフローチャートを参照して説明する。先ず、所定のタイミング時にカメラ３で自車の前方を撮像する（Ｓ１０１）。画像処理部４は撮像した画像の全体が明るいか否かを判定する（Ｓ１０２）。昼間時にカメラ３で撮像した画像中は全体が明るい画像であり、この画像中には先行車のテールランプや対向車のヘッドランプ等の各光源が明るい輝度部として撮像されることは少ない。一方、夜間時にカメラ３で撮像した画像が全体が暗い画像であり、その画像中に先行車のテールランプや対向車のヘッドランプ等の各光源が明るい輝度部として撮像されている。そこで、画像が明るい場合にはヘッドランプＬＬ，ＲＬのランプ制御は行わず、ステップＳ１０１に戻り、所定時間後のタイミング時に次の撮像を実行する。画像が暗い場合には画像処理部４において撮像により得られた画像中の明領域である高輝度部を検出する（Ｓ１０３）。

画像処理部４での明領域、すなわち高輝度部の検出ステップＳ１０３について説明する。図３はそのフローチャート、図４（ａ）は撮像した画像の模式図である。この高輝度部の検出ステップＳ１０３では、図４（ａ）のように、画像処理部４はカメラ３で撮像した画像Ｖの全体を所定のマトリクス構成として多数のブロックに区分しており、各ブロックの輝度を検出する（Ｓ２０１）。この例では画像Ｖに先行車の光源による高輝度部Ｐ１と、対向車の光源による高輝度部Ｐ２、及び道路標識の高輝度部Ｐ３が撮像されているものとする。そして、全ブロックの平均輝度を演算してこれをしきい値とし（Ｓ２０２）、各ブロックの個々の輝度をしきい値と比較することで（Ｓ２０３）、高輝度部が存在するブロックを検出する（Ｓ２０４）。各ブロックの輝度は画像中の明暗レベルで検出でき、この明暗レベルを相互に比較することで高輝度部の検出が可能である。検出した高輝度部が存在するブロックはメモリに記録する（Ｓ２０５）。次いで、画像処理部４は次のタイミングで撮像された画像が存在する場合には（Ｓ２０６）、ステップＳ２０１に戻り当該次の画像に対して同様の処理を行って高輝度部が存在するブロックを検出し、メモリに記録する。

次いで、図２のメインフローに示したように、ＣＰＵ１は、画像処理部４において検出した先の画像の高輝度部（ブロック）と今回の画像の高輝度部（ブロック）の関連付けを行う（Ｓ１０４）。この関連付けでは、フロー図は省略するが、検出した高輝度のうち自動車の走行に伴って画像中において位置変化する高輝度部を求めるものである。一般には、画像中に存在する高輝度部は自車の走行に伴って順次撮像された画像中において微小距離で移動することを利用して、各画像中における同一対象の高輝度部を認識する。例えば、詳細については後述するが、先に撮像した図４（ａ）の画像中の高輝度部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対し、次に撮像した図４（ｂ）及び図４（ｃ）の各画像中における高輝度の位置が図４（ａ）の画像に対して余り変化しない高輝度部Ｐ１は先行車の光源である可能性が高く同一対象であると関連付ける。また、次第に輝度が高くなって画像中の右方向に高速で移動する高輝度部Ｐ２は対向車の光源である可能性が高く同一対象と関連付ける。あるいは、輝度がほぼ同じであるが自車の車速に追従して比較的に低速で画像中の右方向あるいは左方向に移動する高輝度部Ｐ３は道路標識や固定物での自車の反射光の可能性が高く同一対象と関連付ける。この関連付けでは、画像中の高輝度の輝度とその位置を検出し、複数の画像間で比較する処理で実現できるので、ＣＰＵ１では簡易な処理フローで実現でき、高速ＣＰＵは不要である。

なお、ステップＳ１０４及びＳ１０５において関連付けができない高輝度部については次のように処理する。すなわち、今回の画像中には存在するが過去の画像中に存在していなかった高輝度部がある場合については（Ｓ１０８）、以降の画像での関連付けを行うための初期データとして新たに登録しておく（Ｓ１０９）。この場合には、以降の画像中での高輝度部との関連付けを行うことになる。また、今回の画像中には存在していないが過去の画像中に存在していた高輝度部については、関連付けの処理を解除する（Ｓ１１０）。

しかる上で、ＣＰＵ１は画像中に存在し、かつ関連付けられた高輝度部が先行車又は対向車の光源であるか、道路標識や固定物による自車のヘッドランプ光の反射光であるかの判定を行う（Ｓ１０６）。この判定では、図５のフローに示すように、先ずＣＰＵ１からランプ制御部２に減光信号を送り、ヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度を減光する（Ｓ３０１）。このとき、ランプ制御部２によるヘッドランプの光度の減光は、微小な減光量とする。この減光量は運転者等が肉眼では識別することができない範囲での減光量とする。例えば、ヘッドランプの光度の最大光度の１０％程度の光度を微小な減光量とする。

ヘッドランプを減光した後に、画像処理部４では画像中の高輝度部の輝度を再度検出する（Ｓ３０２）。この高輝度部の検出フローは図３に示したフローとほぼ同様であるが、１つの撮像した画像についてのみ行う。ＣＰＵ１では、この検出した輝度に基づき、ステップＳ１０４において同一対象と関連付けた高輝度部の輝度が変化しない場合には、当該高輝度部は対向車あるいは先行車の光源として判定する（Ｓ３０３，Ｓ３０４）。すなわち、画像中に存在する高輝度部が先行車のテールランプ等の光源の場合には自車と先行車との車間距離がほぼ一定であるため画像中における高輝度部の位置変化が少ないことから当該高輝度部は先行車の光源であると判定する。また、画像中に存在する高輝度部が対向車のヘッドランプ等の光源の場合には高輝度部の輝度は顕著に高いレベルであると共に、当該高輝度部は極めて速い速度で画面の右ないし右下方向に移動することから、当該輝度部は対向車の光源であると判定する。また、同一対象と関連付けられた高輝度部の輝度が低下したときには（Ｓ３０３）、当該高輝度部は自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬから出射した光が道路標識や固定物で反射した反射光であると判定する（Ｓ３０４）。

このようにして判定を行った後に減光制御１０７を行う。この減光制御Ｓ１０７は、図６のフローに示すように、道路標識や固定物による自車光源の反射光であると判定した場合には（Ｓ４０１）、他車を眩惑するおそれがないため、自車のヘッドランプの光度を上げ（Ｓ４０２）、その後カメラ３で撮像した画像の高輝度部を検出する（Ｓ４０３）。高輝度部が検出されたか否かを判定し（Ｓ４０４）、高輝度部が検出されたときには、再びヘッドランプを減光し（Ｓ４０５）、再度カメラ３で撮像した画像中の高輝度部を検出する（Ｓ４０６）。高輝度部の輝度が低下しているか否かを判定し（Ｓ４０７）、輝度が低下しているときには反射光であると確認できる。以下、高輝度部が検出される限り（Ｓ４０８）、ステップＳ４０２に戻り、同様のフローを繰り返す。なお、ステップＳ４０４及びＳ４０８において高輝度部がない場合、及び高輝度部が自車のヘッドランプの光度の低下に追従しない場合（Ｓ４０７）にはフローを終了する。これにより、図７（ａ）に実線でヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度制御のタイミング図を示すように、ランプ制御部２による減光と、減光を停止して初期の光度にまで復光する制御を繰り返し行うことになる。この自車光の減光と復光における減光量は微小量であって肉眼で識別できないため、運転者に煩わしさを感じさせることはなく、その一方で自車の前方の照明が殆ど暗くなることはなく、安全走行が確保される。因みに同図の破線は減光量が大きな従来の制御の特性であり、ヘッドランプをオン・オフして光度を減光しているため、運転者に煩わしさを感じさせるとともに、減光時には前方が暗くなり安全走行の点で好ましくない。

一方、ステップＳ１０６での判定の結果、高輝度部が先行車あるいは対向車等の他車の光源であると判定した場合には（Ｓ４０１）、前述のように輝度の変化が少ない場合には、先行車の光源であると判定し（Ｓ４０９）、この場合には自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬを減光し（Ｓ４１０）、この減光を２回行うことで（Ｓ４１１）、結果として２段階だけ減光を行う。これにより、図７（ｂ）に実線でタイミング図を示すように、ランプ制御部２によるヘッドランプＬＬ，ＲＬの減光量を所定の減光量以下にならないように制御する。すなわち、先行車の場合には対向車の場合に比較して自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬによる眩惑は少ないからである。これにより、先行車を眩惑することがない程度に自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度を低下させる一方で、自車の前方の照明を安全走行に必要な明るさに保持することができる。因みに図示破線のように一気に光度を低下させた場合には前方の照明が暗くなり、安全走行の点で好ましくない。

また、ステップＳ１０６での判定の結果、高輝度部の輝度が徐々に増加してくる場合には、接近してきた対向車の光源であると判定し（Ｓ４０９）、この場合には自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬを減光し（Ｓ４１２）、カメラ３で撮像した画像中の高輝度部を検出し（Ｓ４１３）、高輝度部が検出される場合には再びステップＳ４１２に戻るというフローを高輝度部が存在する限り繰り返す（Ｓ４１４）。これにより、図７（ｃ）に実線でタイミング図を示すように、対向車の輝度の増加に対応して減光量を段階的に増やして行き、自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度を段階的に低下させる。したがって、自車の前方の照明は暗くなって行くが、対向車の光源により他車が確認でき、必要とされる最低の明るさによって安全走行が確保され、その一方で、対向車の眩惑が防止される。因みに、同図の破線のように自車の光度を一気に低下させると、自車の前方の照明が暗くなり、安全走行の面で好ましくない。

なお、自車が対向車とすれ違い、対象としていた高輝度部が画像中から無くなり、あるいは輝度が低下したときには、ステップＳ１０４で示した関連付けが無くなった状態となり、この場合には自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度を増加させる。このとき、一気に初期の光度まで戻してもよく、あるいは少ない段数で初期の光度まで戻すようにしてもよい。もちろん、画像中に次に続く対向車の高輝度部が存在する場合には、前述したと同様に当該次に続く高輝度部に対応して自車のヘッドランプの光度の増加を抑制し、あるいはいったん増加させていた光度を再び段階的に低下させる。

なお、対向車や自車の走行状態、例えば凹凸道路での走行時や曲路での走行時のように、走行条件によっては画像中の高輝度部の輝度がたまたま自車の減光量に対して疑似的に相関するような場合が生じ、この場合には自車の反射光であると判定していたが、その後に対向車の光源であると判定が修正されたような場合には、その時点から自車の減光量を段階的に低下させるようにすればよい。逆に、対向車の光源であると判定していたが自車の反射光であると判定が修正されたような場合には、その時点で自車の光度を初期光度に戻し、以降は当該高輝度部の輝度に基づいて減光と初期光度とを繰り返す制御を行うようにすればよい。

このように、ＣＰＵ１では、画像処理部４で検出した画像中の高輝度部の輝度と、ランプ制御部２で制御した自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度との相関をとるだけで他車の光源か自車の光源の反射光かを容易に判定することができるため、ＣＰＵ１での判定処理プロセスが少なく、リアルタイムでの判定が可能になり、その判定に基づいたランプ制御が可能になる。また、この判定に際しては自車のヘッドランプＬＬ，ＲＬの光度を微小レベルで段階的に低下させるので、自車の前方の照明が極端にかつ急激に暗くなることはなく、自車の安全走行が確保される。そのため、高精度のカメラや高速ＣＰＵが不要になり、低コストで構成できるとともに、他車への眩惑を防止するために自車のヘッドランプの光度を低下した場合でも、自車の走行に対応した適切な照射特性の制御がリアルタイムに実現できる。

実施例では画像処理部は撮像した画像をブロックに区分して高輝度部での関連付けや相関を求めているが、処理工程が少なくて高速での精度の高い処理が可能な方式であれば実施例の方式に限られるものではない。例えば、高輝度部の位置変化をベクトル演算することで移動の距離と方向を求めて関連付けを行うようにしてもよく、このような方式でも処理工数が少なく高速の処理が可能になり、高精度のカメラや高速ＣＰＵ等は不要である。

実施例では、自車のヘッドランプの光度を段階的に低下させているが、他車に対する眩惑を防止する方向に照射特性を制御するものであれば、照射方向や照射範囲を制御するように構成してもよい。例えば、照射方向の場合には段階的に照射方向を左方向に偏向させるようにする。また、照射範囲の場合には右方向の照射範囲を段階的に狭めて行くようにすればよい。このような場合には、図７に示した特性図の縦軸の光度の値を照射方向あるいは照射範囲に読み替えればよい。

本発明のシステムの概念図である。本発明のシステムでの制御のメインフローチャートである。高輝度検出ステップのフローチャートである。撮像した画像中の高輝度部を説明する図である。判定ステップのフローチャートである。減光制御ステップのフローチャートである。光度低下制御のタイミング図である。

符号の説明

１ＣＰＵ
２ランプ制御部
３カメラ
４画像処理部
ＬＬ，ＲＬヘッドランプ
ＣＡＲ自動車

Claims

車両の前方を撮像するカメラと、当該カメラで撮像した画像中の高輝度部を検出する画像処理部と、自車のヘッドランプの光度を制御するランプ制御部と、前記ランプ制御部での光度の制御と検出された前記高輝度部の輝度との相関から当該高輝度部が他車の光源であるか自車の光源の反射光であるかを判定する処理装置とを備え、前記処理装置での前記判定に際し、前記ランプ制御部はヘッドランプの光度を微小幅で段階的に変化制御するとともに、前記処理装置での判定結果に基づいて当該光度の変化制御を停止し又は継続するように構成したことを特徴とするヘッドランプシステム。
前記ランプ制御部は、ヘッドランプの光度を微小レベルで段階的に低下させ、前記高輝度部の輝度が追従して低下したときに当該高輝度部は自車のヘッドランプの反射光であると判定し、前記高輝度部の輝度が追従して変化しないときに他車の光源であると判定することを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプシステム。
前記ランプ制御部は、高輝度部が反射光であると判定したときにはヘッドランプの光度の低下を停止し、高輝度部が他車の光源であると判定したときにはヘッドランプの光度を徐々に低下させて行く制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のヘッドランプシステム。
前記カメラは所定のタイミング毎に撮像を行い、前記画像処理部は撮像した画像中の高輝度部の関連付けを行い、同一対象と判定した高輝度部の輝度を経時的に検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヘッドランプシステム。