JP2008045984A - 光抽出装置、光抽出方法及び距離計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】測距対象物に対する太陽光などの背景光の明るさが変化した場合でも、測距対象物に照射した光（照射光）を精度よく抽出できるようにする。
【解決手段】波長間情報算出部１５で算出した第１の波長（照射波長）と第２の波長（非照射波長）間における輝度値の比に基づいて、波長設定部１６で設定した非照射波長の輝度値に応じた照射波長の照射光に対する輝度値を算出し、算出した照射波長に対する輝度値と照射光を照射したときにおける照射波長の輝度値との差に基づいて、照射装置５から測距対象物としての先行車Ａに照射した照射光ａを抽出する照射光抽出部１８を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光などの背景光の明るさが変化した場合でも測距対象物に照射した光（照射光）を抽出することができる光抽出装置、光抽出方法及び距離計測システムに関する。

従来より、測距対象物に対して光を照射し測距対象物からの反射光を受光して、この受光した光に基づいて測距対象物までの距離を検出する装置が多く提案されている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１の装置では、測距対象物に向けて光（照射光）を照射（投光）する以前に定常光を検出し、測距対象物に対して光を照射し測距対象物からの反射光を受光したときの受光信号から前記定常光に応じた成分を除去することで、測距対象物に照射した光（照射光）を抽出するようにしている。
特開平５−１７２５６６号公報

ところで、前記特許文献１の装置のように、光（照射光）を照射して測距対象物からの反射光を受光する際において、測距対象物に対する太陽光などの背景光（定常光）の明るさが変化するなどして測距対象物の輝度（明るさ）が変わった場合、その明るさの変化を照射光によるものと誤った判断をしてしまうことがある。このように、太陽光などの背景光の明るさが変化した場合には、測距対象物に照射した光（照射光）を精度よく抽出することができなくなってしまう。

そこで、本発明は、測距対象物に対する太陽光などの背景光の明るさが変化するなどして測距対象物の明るさが変わった場合でも、測距対象物に照射した光（照射光）を精度よく抽出することができる光抽出装置、光抽出方法及び距離計測システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明に係る光抽出装置は、所定方向に向けて少なくとも異なる第１の波長と第２の波長にそれぞれ対応した照射光を切換え自在に照射する照射手段と、前記所定方向を少なくとも前記第１の波長と前記第２の波長を含む波長領域で撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像から、測距対象物を抽出する測距対象物抽出手段と、前記照射手段から照射光を照射してないときに、前記測距対象物抽出手段で抽出した前記測距対象物の画像から、前記第１の波長と前記第２の波長における各輝度値、および前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比を算出する波長間情報算出手段と、前記波長間情報算出手段で算出された前記各輝度値に基づいて、前記第１の波長と前記第２の波長のいずれか一方の波長を前記照射手段から照射する照射光の照射波長に設定するとともに、他方の波長を非照射波長に設定する波長設定手段と、前記波長設定手段で設定した前記照射波長の照射光を前記照射手段から照射したときにおける、前記撮像手段により撮像された前記測距対象物の画像から、前記第１の波長と前記第２の波長の画像に変換する波長変換手段と、前記波長変換手段で変換された前記第１の波長と前記第２の波長の画像から、前記波長間情報算出手段で算出した前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比に基づいて、前記波長設定手段で設定した前記非照射波長の輝度値に応じた前記照射波長の照射光に対する輝度値を算出し、算出した前記照射波長に対する輝度値と前記照射光を照射したときにおける前記照射波長の輝度値との差に基づいて、前記照射手段から前記測距対象物に照射した照射光を抽出する照射光抽出手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明に係る光抽出方法は、所定方向に向けて少なくとも異なる第１の波長と第２の波長にそれぞれ対応した照射光を切換え自在に照射手段から照射する第１ステップと、前記所定方向を少なくとも前記第１の波長と前記第２の波長を含む波長領域で撮像手段により撮像する第２ステップと、前記撮像手段で撮像された画像から、測距対象物を抽出する第３ステップと、前記照射手段から照射光を照射してないときに、前記第３ステップで抽出した前記測距対象物の画像から、前記第１の波長と前記第２の波長における各輝度値、および前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比を算出する第４ステップと、前記第４ステップで算出された前記各輝度値に基づいて、前記第１の波長と前記第２の波長のいずれか一方の波長を前記照射手段から照射する照射光の照射波長に設定するとともに、他方の波長を非照射波長に設定する第５ステップと、前記第５ステップで設定した前記照射波長の照射光を前記照射手段から照射したときにおける、前記撮像手段により撮像された前記測距対象物の画像から、前記第１の波長と前記第２の波長の画像に変換する第６ステップと、前記第６ステップで変換された前記第１の波長と前記第２の波長の画像から、前記第４ステップで算出した前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比に基づいて、前記第５ステップで設定した前記非照射波長の輝度値に応じた前記照射波長の照射光に対する輝度値を算出し、算出した前記照射波長に対する輝度値と前記照射光を照射したときにおける前記照射波長の輝度値との差に基づいて、前記照射手段から前記測距対象物に照射した照射光を抽出する第７ステップと、を含むことを特徴としている。

また、本発明に係る距離計測システムは、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光抽出装置と、前記光抽出装置により抽出された前記測距対象物に照射した照射光の情報と、前記撮像手段と前記照射手段との位置関係情報とに基づいて、三角測量法により前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたことを特徴としている。

本発明に係る光抽出装置及び光抽出方法によれば、背景光（太陽光の直射光や雲、遮蔽物等による非直射光などの光）によって時間の経過とともに明るさが変化する環境下においても、測距対象物に照射した照射光を精度よく抽出することができる。また、本発明に係る距離計測システムによれば、光抽出装置により精度よく抽出された照射光の情報に基づいて測距対象物までの距離を精度よく算出することができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光抽出装置を備えた距離計測システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態に係る距離計測システムは車両（自動車）に搭載され、先行車との間の距離（車間距離）を計測する距離計測システムに適用したものである。

図１に示すように、本実施形態に係る距離計測システム１は、光抽出装置２を備えている。光抽出装置２は、この距離計測システム１を搭載している移動体としての自車両の前方路面側を撮像するカメラ３と、このカメラ３で撮像した画像データを保存するメモリ４と、自車両の前方路面側に向けて光を照射する照射装置５と、この照射装置５から照射される光（以下、照射光という）の波長を特定の２つの波長のいずれかに切替える制御を行う照射制御部６と、コントロールユニット７内の先行車抽出部８および光抽出部９と、を主要構成要素として備えている。

また、コントロールユニット７内には、後述する光抽出部９からの照射光抽出情報に基づいて測距対象物としての先行車Ａとの間の距離（車間距離）を算出する距離算出部１０と、距離算出部１０で算出された先行車Ａとの間の距離が所定距離以下の場合にブザー１２などに警報信号を出力する警報部１１を有している。なお、コントロールユニット７は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに所定の処理を実行させるためのプログラム等を記憶しているＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ等により構成されている。

カメラ３は、本実施形態では図２に示すように、この距離計測システム１を搭載している自車両１３の車室内のフロントウィンドウ１４の上部付近に前方に向けて設置されている。このカメラ３は、筐体にＣＣＤなどの撮像素子とレンズ、フィルタ等を組み合わせたビデオカメラであり、時系列に順次撮像した所定波長領域（本実施形態では可視光領域）のカラー画像を出力する。

照射装置５は、本実施形態では図２に示すように、自車両１３に設置されている一方側（図では左側）のヘッドライトで兼用している。本実施形態における照射装置５としてのヘッドライトは、特定の２つの波長（本実施形態では、赤（Ｒ）、青（Ｂ）にそれぞれ対応した各波長）のスポット光を選択して照射可能なＬＥＤを光源としている。なお、このＬＥＤを光源とするヘッドライト（照射装置５）は、ヘッドライトとしての通常の明るさの光を所定の配向パターンで照射することが可能であり、夜間等で通常のヘッドライトとして使用する場合は昼色光を照射することができる。

コントロールユニット７内の先行車抽出部８は、メモリ４から読み出したカメラ３で撮像した画像と予め設定している先行車パタンとのパタンマッチング処理により、カメラ３で撮像した画像から自車両の前を走行している先行車を抽出する。

コントロールユニット７内の光抽出部９は、波長間情報算出部１５と、波長設定部１６、波長変換部１７と、照射光抽出部１８とを有している。

波長間情報算出部１５は、照射装置５としてのヘッドライトから照射光ａを照射する前（非照射時）における、カメラ３により撮像された先行車Ａの画像から、異なる第１の波長（本実施形態では、青に対応した波長）成分と第２の波長（本実施形態では、赤に対応した波長）成分の各輝度値と、前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比を算出する。

波長設定部１６は、波長間情報算出部１５で算出した輝度値の小さい方の波長（本実施形態では、第１の波長）を照射波長として設定し、波長間情報算出部１５で算出した輝度値の大きい方の波長（本実施形態では、第２の波長）を非照射波長（以下、背景算出波長という）として設定する。照射制御部６は、波長設定部１６で設定した照射波長に切換え制御し、この照射波長の照射光ａを照射装置５から照射する。なお、背景算出波長は輝度値が大きいので、背景光（太陽光の直射光や雲、遮蔽物等による非直射光などの光）の僅かな明るさの変化にも対応して良好に輝度値を算出することができる。

波長変換部１７は、照射装置５（ヘッドライト）から照射光ａ（波長設定部１６で設定した照射波長の光）を照射したときにおける、カメラ３により撮像された先行車Ａの画像から、照射波長成分および背景算出波長成分の画像に変換する。

照射光抽出部１８は、波長間情報算出部１５で算出した前記第１の波長（本実施形態では、照射波長）と前記第２の波長（本実施形態では、背景算出波長）間における輝度値の比に基づいて、背景算出波長の輝度値に応じた照射波長に対する輝度値を算出し、算出した照射波長に対する輝度値と照射光ａを照射したときに計測した照射波長の輝度値との差に基づいて、照射装置５から照射した照射光ａを抽出する（詳細は後述する）。

次に、前記した本実施形態に係る距離計測システム１の光抽出装置２による照射光の抽出方法を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。なお、この場合における光抽出装置２による照射光の抽出処理動作は、背景光（太陽光の直射光や雲、遮蔽物等による非直射光などの光）によって時間の経過とともに明るさが変化する日中（昼間）の場合である。

先ず、この距離計測システム１を搭載した自車両の前方を走行する先行車の抽出処理を行う（ステップＳ１）。ここで、先行車の抽出処理を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

自車両１３（図２参照）の車室内のフロントウィンドウ１４の上部付近に設置したカメラ３で、走行中の路面前方側を撮像する（ステップＳ１１）。カメラ３により時系列に順次撮像した撮像した画像は、デジタル画像情報としてメモリ４に保存される（ステップＳ１２）。そして、コントロールユニット７内の先行車抽出部８は、メモリ４から読み出した画像を取り込み、予め設定している先行車パタンと正規化相関処理によるパタンマッチング処理を行う（ステップＳ１３）。

そして、このパタンマッチング処理により相関値が所定値を超えるものを先行車として抽出し（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、カメラ３で撮像した画像における先行車の画像領域およびカメラ３から見た先行車の方向を特徴量として算出し（ステップＳ１５）、先行車の抽出処理を終了する。なお、ステップＳ１４で、先行車を抽出できなかった場合は（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１１に戻り、前記した処理を繰り返す。

そして、前記したステップＳ１による先行車の抽出処理で、先行車抽出部８によりカメラ３で撮像した画像から先行車Ａ（図１参照）が抽出された場合には、先ず、照射装置５からスポット光状の照射光ａを先行車Ａに照射する前（非照射時）に、カメラ３により撮像された先行車Ａの画像から、異なる第１の波長（本実施形態では、青（Ｂ）に対応した波長）と第２の波長（本実施形態では、赤（Ｒ）に対応した波長）の各輝度値を計測して（ステップＳ２）、前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比を算出する（ステップＳ３）。

即ち、照射装置５から照射光ａを先行車Ａに照射する前（非照射時）に、波長間情報算出部１５により計測された先行車Ａの全画像領域における赤（Ｒ）と青（Ｂ）の各波長に対する輝度（明るさ）が、例えば、図５（ａ）に示すような場合、波長設定部１６は、波長間情報算出部１５で算出した輝度値の小さい方の第１の波長（青（Ｂ）に対応した波長）を照射波長として設定し、波長間情報算出部１５で算出した輝度値の大きい方の第２の波長（赤（Ｒ）に対応した波長）を背景算出波長（非照射波長）として設定する（ステップＳ４）。

本実施形態では、図５（ａ）に示した結果に基づいて、背景算出波長（赤（Ｒ）に対応した波長）と照射波長（青（Ｂ）に対応した波長）間の輝度値の比（Ｒ／Ｂ）を算出する。その後、照射制御部６は、ステップＳ４で設定した照射波長に切換え制御し、この照射波長のスポット光状の照射光ａを先行車Ａに向けて照射装置５から照射する（ステップＳ５）。

そして、照射装置５（ヘッドライト）から照射光ａを照射したときにおける、カメラ３により撮像された先行車Ａの画像から、波長変換部１７により照射波長（青（Ｂ）に対応した波長）および背景算出波長（赤（Ｒ）に対応した波長）の画像に変換した後に、変換した画像に基づいて、波長間情報算出部１５により先行車Ａの全画像領域における照射波長（青（Ｂ）に対応した波長）と背景算出波長（赤（Ｒ）に対応した波長）の各輝度値を計測する（ステップＳ６）。

図５（ｂ）は、照射装置５から照射波長（青（Ｂ）に対応した波長）の照射光ａを先行車Ａに照射したときに、ステップＳ６で計測した先行車Ａの全画像領域における照射波長（青（Ｂ）に対応した波長）と背景算出波長（赤（Ｒ）に対応した波長）に対する輝度（明るさ）の一例を示す図である。なお、図５（ｂ）では、図５（ａ）の非照射時から時間の経過ともに先行車Ａに対する前記背景光の明るさが変化して、図５（ａ）の非照射時に対して、背景算出波長（赤（Ｒ）に対応した波長）の輝度が大きくなるように変化している。

そして、ステップＳ３で算出した背景算出波長（赤（Ｒ）に対応した波長）と照射波長（青（Ｂ）に対応した波長）間の輝度値の比（Ｒ／Ｂ）に基づいて、ステップＳ６における背景算出波長の輝度値に応じた照射波長に対する輝度値を照射光抽出部１８により算出し（ステップＳ７）、算出した照射波長に対する輝度値と照射光ａを照射したときに計測した照射波長の輝度値との差に基づいて、照射装置５から照射した照射光ａを抽出する（ステップＳ８）。

即ち、図５（ｃ）に示すように、照射光ａを照射したときに計測した照射波長の輝度値ＢとステップＳ７で算出した照射波長に対する輝度値Ｈとの差分（＝Ｂ−Ｈ）が予め設定した閾値以上の場合に、算出したこの差分が照射装置５から照射された照射光ａとして抽出される。

このようにして、照射光抽出部１８で抽出した照射光ａの情報（照射光信号）は、コントロールユニット７内の距離算出部１０に入力される。距離算出部１０は、先行車Ａの全画像領域中の照射光ａが抽出された画素を幾何学的に変換して、カメラ３から見た先行車Ａに照射された照射光ａの向きを算出し、この算出した向き情報と、照射装置５から先行車Ａへ照射した照射光ａの照射方向情報、及び予め設定されているカメラ３と照射装置５との位置関係情報とに基づき、周知の三角測量方法によって先行車Ａまでの距離を算出する。

距離算出部１０は、算出した先行車Ａまでの距離が予め設定している距離以下であると判定した場合、即ち、自車両が先行車Ａに接近していると判断した場合は、警報部１１に信号を出力する。警報部１１は、距離算出部１０から入力される信号に基づいて、ブザー１２に警報信号を出力して警報音を発せさせたり、警告灯（不図示）を点滅（または点灯）させる。これにより、運転者に自車両が先行車Ａに接近していることを警告することができる。

このように、本実施形態に係る光抽出装置２によれば、背景光（太陽光の直射光や雲、遮蔽物等による非直射光などの光）によって時間の経過とともに明るさが変化する環境下においても、先行車Ａに照射した照射光ａを精度よく抽出することができる。これにより、本実施形態に係る距離計測システム１は、光抽出装置２によって精度よく抽出された照射光ａの情報に基づいて、先行車Ａまでの距離を精度よく算出することができる。

また、前記した実施形態では、照射装置としてヘッドライトを使用する構成であったが、これ以外にも、例えば、図６に示すように、自車両１３の車両前部（フロントバンパー付近）に、特定の２つの波長（本実施形態では、赤（Ｒ）、青（Ｂ）にそれぞれ対応した各波長）に切換え可能なスポット光を照射できるＬＥＤなどの光源を有する専用の照射装置５ａを設置してもよい。

また、前記した実施形態では、照射装置５（５ａ）から照射される照射光の波長は、赤（Ｒ）、青（Ｂ）にそれぞれ対応した各波長に切換え可能であったが、これに限らず赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のうちのいずれか２つの波長に切換える構成でもよい。

なお、前記した実施形態では、本発明を先行車との間の距離（車間距離）を計測する車両（自動車）に搭載の距離計測システムの例として説明したが、これに限定されることなく、任意の測距対象物までの距離を計測する距離計測システムにおいても同様に本発明を適用することができる。

本発明の実施形態に係る光抽出装置を備えた距離計測システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る光抽出装置のカメラと照射装置を設置した車両を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る光抽出装置による照射光の抽出方法を示すフローチャート。 本発明の実施形態における先行車抽出部における先行車の抽出処理を示すフローチャート。 （ａ）は、非照射時に撮像した先行車における赤と青の各波長に対する輝度の一例を示す図、（ｂ）は、照射時に撮像した先行車における赤と青の各波長に対する輝度の一例を示す図、（ｃ）は、照射光を照射したときに計測した照射波長の輝度値と背景算出波長の輝度値に応じた照射波長に対する輝度値との差分から照射光を抽出した状況を示す図。 本発明の他の実施形態に係る光抽出装置の照射装置を設置した車両を示す斜視図。

符号の説明

１ 距離計測システム
２ 光抽出装置
３ カメラ（撮像手段）
４ メモリ
５、５ａ 照射装置（照射手段）
６ 照射制御部
７ コントロールユニット
８ 先行車抽出部（測距対象物抽出手段）
９ 光抽出部
１０ 距離算出部（距離算出手段）
１１ 警報部
１２ ブザー
１３ 自車両
１５ 波長間情報算出部（波長間情報算出手段）
１６ 波長設定部（波長設定手段）
１７ 波長変換部（波長変換手段）
１８ 照射光抽出部（照射光抽出手段）
Ａ 先行車（測距対象物）

Claims (6)

1. 所定方向に向けて少なくとも異なる第１の波長と第２の波長にそれぞれ対応した照射光を切換え自在に照射する照射手段と、
   前記所定方向を少なくとも前記第１の波長と前記第２の波長を含む波長領域で撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像から、測距対象物を抽出する測距対象物抽出手段と、
   前記照射手段から照射光を照射してないときに、前記測距対象物抽出手段で抽出した前記測距対象物の画像から、前記第１の波長と前記第２の波長における各輝度値、および前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比を算出する波長間情報算出手段と、
   前記波長間情報算出手段で算出された前記各輝度値に基づいて、前記第１の波長と前記第２の波長のいずれか一方の波長を前記照射手段から照射する照射光の照射波長に設定するとともに、他方の波長を非照射波長に設定する波長設定手段と、
   前記波長設定手段で設定した前記照射波長の照射光を前記照射手段から照射したときにおける、前記撮像手段により撮像された前記測距対象物の画像から、前記第１の波長と前記第２の波長の画像に変換する波長変換手段と、
   前記波長変換手段で変換された前記第１の波長と前記第２の波長の画像から、前記波長間情報算出手段で算出した前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比に基づいて、前記波長設定手段で設定した前記非照射波長の輝度値に応じた前記照射波長の照射光に対する輝度値を算出し、算出した前記照射波長に対する輝度値と前記照射光を照射したときにおける前記照射波長の輝度値との差に基づいて、前記照射手段から前記測距対象物に照射した照射光を抽出する照射光抽出手段と、を備えた、
   ことを特徴とする光抽出装置。
2. 前記第１の波長および前記第２の波長は、赤、緑、青の各波長から選択したそれぞれ異なる波長である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光抽出装置。
3. 前記波長設定手段で設定した前記照射波長の輝度値は前記非照射波長の輝度値よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光抽出装置。
4. 前記照射手段は、スポット光状の照射光を照射可能なＬＥＤを光源としている、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光抽出装置。
5. 所定方向に向けて少なくとも異なる第１の波長と第２の波長にそれぞれ対応した照射光を切換え自在に照射手段から照射する第１ステップと、
   前記所定方向を少なくとも前記第１の波長と前記第２の波長を含む波長領域で撮像手段により撮像する第２ステップと、
   前記撮像手段で撮像された画像から、測距対象物を抽出する第３ステップと、
   前記照射手段から照射光を照射してないときに、前記第３ステップで抽出した前記測距対象物の画像から、前記第１の波長と前記第２の波長における各輝度値、および前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比を算出する第４ステップと、
   前記第４ステップで算出された前記各輝度値に基づいて、前記第１の波長と前記第２の波長のいずれか一方の波長を前記照射手段から照射する照射光の照射波長に設定するとともに、他方の波長を非照射波長に設定する第５ステップと、
   前記第５ステップで設定した前記照射波長の照射光を前記照射手段から照射したときにおける、前記撮像手段により撮像された前記測距対象物の画像から、前記第１の波長と前記第２の波長の画像に変換する第６ステップと、
   前記第６ステップで変換された前記第１の波長と前記第２の波長の画像から、前記第４ステップで算出した前記第１の波長と前記第２の波長間における輝度値の比に基づいて、前記第５ステップで設定した前記非照射波長の輝度値に応じた前記照射波長の照射光に対する輝度値を算出し、算出した前記照射波長に対する輝度値と前記照射光を照射したときにおける前記照射波長の輝度値との差に基づいて、前記照射手段から前記測距対象物に照射した照射光を抽出する第７ステップと、を含む、
   ことを特徴とする光抽出方法。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光抽出装置と、
   前記光抽出装置により抽出された前記測距対象物に照射した照射光の情報と、前記撮像手段と前記照射手段との位置関係情報とに基づいて、三角測量法により前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と、を備えた、
   ことを特徴とする距離計測システム。

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