JP2008236062A - Imaging device, and obstacle detection apparatus and method - Google Patents

Imaging device, and obstacle detection apparatus and method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely detect an obstacle by obtaining a high contrast images. <P>SOLUTION: An image processing part 30 detects a pedestrian on the basis of a thermal image generated by a far infrared light image sensor 20 in the state of a substrate temperature Ta. The image processing part 30 then detects whether or not the pedestrian is detected, ends pedestrian detection since there is no decline in contrast in the affirmative judgement, and detects the pedestrian on the basis of the thermal image of the substrate temperature Tb (Tb<Ta, for instance) in the negative judgement. The image processing part 30 further detects whether or not the pedestrian is detected, detects the pedestrian since there is no decline in the contrast in the affirmative judgement, and judges that the pedestrian is not within the visual field of a driver and ends the pedestrian detection in the negative judgement. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮像素子、障害物検出装置及び方法に関する。   The present invention relates to an image sensor, an obstacle detection apparatus, and a method.

日本における年間交通死亡事故の中で、夜間歩行者の死亡事故は約2割を占めている。これらの事故の多くは、運転者が前方歩行者の存在に気付くのが遅れたために発生していると考えられる。そこで、遠赤外線カメラを用いて前方の横断歩行者や走路上の歩行者を検出して運転者に報知する歩行者認知支援システムが開発されている。歩行者認知支援システムとして、遠赤外線画像を用いて歩行者、車両等の障害物を抽出する技術が開示されている(特許文献1、2参照。)。   Of the annual traffic fatalities in Japan, about 20% of nighttime pedestrian fatalities account for. Many of these accidents are thought to have occurred because the driver was delayed in noticing the presence of a forward pedestrian. In view of this, a pedestrian recognition support system has been developed in which a far-infrared camera is used to detect a front crossing pedestrian or a pedestrian on the runway and notify the driver. As a pedestrian recognition support system, techniques for extracting obstacles such as pedestrians and vehicles using far-infrared images are disclosed (see Patent Documents 1 and 2).

特許文献1の歩行者検知装置は、撮像手段により得られる画像から人間と推定される領域を切り出し、切り出した人間推定領域の面積を特徴量として算出し、特徴量の時系列データからそのばらつきを示す統計量を算出し、算出した統計量が判定閾値より大きいときに人間推定領域に対応する像が歩行者であると判定する。   The pedestrian detection device of Patent Document 1 cuts out an area estimated to be a human from an image obtained by an imaging unit, calculates the area of the cut out human estimated area as a feature amount, and calculates the variation from time-series data of the feature amount. The calculated statistic is calculated, and when the calculated statistic is larger than the determination threshold, it is determined that the image corresponding to the human estimation region is a pedestrian.

特許文献2の車両周辺監視装置は、CPUを備えた画像処理ユニットを有している。画像処理ユニットは、特許文献1の図1に示すように、遠赤外線を検出可能な2つの遠赤外線カメラ、ヨーレートセンサ、車速センサ、ブレーキセンサにそれぞれ接続され、車両の周辺の遠赤外画像と車両の走行状態を示す信号とから、車両前方の歩行者や動物等の動く物体を検出し、衝突の可能性が高いと判断したときに警報を発する。
特開2001−28050号公報 特開2005−354597号公報
The vehicle periphery monitoring device of Patent Literature 2 has an image processing unit including a CPU. As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the image processing unit is connected to two far-infrared cameras capable of detecting far-infrared rays, a yaw rate sensor, a vehicle speed sensor, and a brake sensor. A moving object such as a pedestrian or animal in front of the vehicle is detected from a signal indicating the running state of the vehicle, and an alarm is issued when it is determined that the possibility of a collision is high.
JP 2001-28050 A JP 2005-354597 A

ところで、例えば夏場に気温が上がり、歩行者と路面や外壁などの背景と温度差が小さくなる場合、あるいは雨により背景と歩行者の温度差が小さくなる場合などでは、輻射率及び温度がそれぞれ異なっていても、歩行者と背景のコントラストが低下する、あるいは同化することがある。このような条件下では、特許文献1及び2に記載されたように遠赤外画像を用いても、歩行者等の障害物を検出できなくなる問題がある。   By the way, for example, when the temperature rises in summer and the temperature difference between the pedestrian and the background of the road surface or outer wall becomes small, or when the temperature difference between the background and the pedestrian becomes small due to rain, the emissivity and temperature are different. However, the contrast between the pedestrian and the background may be reduced or assimilated. Under such conditions, there is a problem that obstacles such as pedestrians cannot be detected even if far-infrared images are used as described in Patent Documents 1 and 2.

本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、コントラストの高い画像を得て障害物を確実に検出する撮像素子、障害物検出装置及び方法を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an imaging device, an obstacle detection device, and a method for reliably detecting an obstacle by obtaining a high-contrast image. .

本発明の撮像素子は、被写体からの遠赤外線に応じた画像を生成する撮像素子基板と、前記撮像素子基板を時間的に異なる基板温度に制御する温度制御手段と、を備えている。また、本発明の撮像素子は、被写体からの遠赤外線に応じた画像を生成する第1及び第2の受光素子アレイが搭載された撮像素子基板と、前記撮像素子基板における第1及び第2の受光素子アレイの各々の領域を異なる基板温度に制御する温度制御手段と、を備えている。   The image pickup device of the present invention includes an image pickup device substrate that generates an image corresponding to far infrared rays from a subject, and a temperature control unit that controls the image pickup device substrate to different substrate temperatures in terms of time. The image pickup device of the present invention includes an image pickup device substrate on which first and second light receiving element arrays that generate images corresponding to far infrared rays from a subject are mounted, and first and second image pickup devices on the image pickup device substrate. Temperature control means for controlling each region of the light receiving element array to a different substrate temperature.

本発明の障害物検出装置は、上記いずれかの撮像素子と、前記温度制御手段により異なる基板温度に制御された各々の状態で、前記撮像素子基板により生成された各々の画像に基づいて障害物を検出する障害物検出手段と、を備えている。   The obstacle detection apparatus according to the present invention provides an obstacle based on any one of the above-described imaging elements and images generated by the imaging element substrate in each state controlled to different substrate temperatures by the temperature control means. And an obstacle detection means for detecting.

撮像素子基板は、被写体からの遠赤外線に応じて画像を生成する。このとき、被写体及び背景について、輻射率、温度がそれぞれ異なっていても、画像の輝度がほぼ同じになって、それらが同化することがある。そこで、温度制御装置は、撮像素子基板の基板温度を2段階以上に制御する。これにより、各画像の輝度を変えることができ、同化を回避することができる。そして、障害物検出手段は、2段階以上の基板温度に制御された各々の状態で前記撮像素子基板により生成された各々の画像に基づいて、障害物を検出する。   The image sensor substrate generates an image according to far infrared rays from the subject. At this time, even if the emissivity and the temperature of the subject and the background are different, the luminance of the image is almost the same, and they may be assimilated. Therefore, the temperature control device controls the substrate temperature of the image sensor substrate in two or more stages. Thereby, the brightness | luminance of each image can be changed and assimilation can be avoided. The obstacle detecting means detects the obstacle based on each image generated by the image pickup device substrate in each state controlled to the substrate temperature of two or more stages.

よって、上記発明によれば、輻射率、温度がそれぞれ異なっていても、画像の輝度がほぼ同じになってしまう場合であっても、基板温度を変えることで各画像の輝度を変えて、障害物を確実に検出することができる。   Therefore, according to the above invention, even if the emissivity and temperature are different, even if the luminance of the image is almost the same, the luminance of each image can be changed by changing the substrate temperature. An object can be reliably detected.

本発明は、コントラストの高い画像を得て障害物を確実に検出する。   The present invention reliably detects an obstacle by obtaining a high-contrast image.

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[発明の原理]
絶対ゼロ度以上の物体は、すべてシュテファンボルツマンの法則に従い、遠赤外線を放出する。輻射率1.0の黒体は以下の(1)式の放射エネルギーを放出し、それ以外の物体は(2)式のように物体表面の輻射率を乗じた放射エネルギーを放出する。
E=σT[W/m] ・・・(1)
E=εσT[W/m] ・・・(2)
なお、
σ:シュテファンボルツマン定数 5.67e−8[W/mK]
ε:輻射率(0〜1.0)
T:温度[K]
である。
[Principle of the Invention]
All objects of absolute zero or higher emit far infrared rays according to Stefan Boltzmann's law. A black body with an emissivity of 1.0 emits radiant energy of the following equation (1), and other objects emit radiant energy multiplied by the emissivity of the object surface as shown in equation (2).
E = σT 4 [W / m 2 ] (1)
E = εσT 4 [W / m 2 ] (2)
In addition,
σ: Stefan Boltzmann constant 5.67e-8 [W / m 2 K]
ε: Emissivity (0 to 1.0)
T: Temperature [K]
It is.

熱型遠赤外線カメラは、この物体からの放射エネルギー吸収による微量な温度変化を電気信号に変換し、映像化する。ここで、物体はそれぞれ材料、色、表面状態などにより、異なる輻射率をもつ。   The thermal far-infrared camera converts a minute temperature change due to absorption of radiant energy from the object into an electrical signal and visualizes it. Here, each object has a different emissivity depending on the material, color, surface condition, and the like.

図1は、輻射率の一例を示す図である。例えば、皮膚は0.98、アスファルトは0.95、繊維は0.9、レンガは0.8などの値をもつ。また、同一材料であっても、色や表面の凹凸・平坦性や吸収率で異なる値になる。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a radiation rate. For example, the skin has a value of 0.98, asphalt 0.95, fiber 0.9, brick 0.8 and so on. Moreover, even if it is the same material, it becomes a different value by a color, the unevenness | corrugation of a surface, flatness, and an absorptance.

従来の遠赤外線カメラは、夏場の路面や外壁の温度が上昇し、歩行者との温度差が小さくなる場合や、雨で路面、外壁、歩行者すべてが冷やされ温度差が小さくなる場合など、歩行者と背景のコントラストが低下し、歩行者を認識できないという問題があった。   Conventional far-infrared cameras, such as when the temperature of the road surface and outer wall in summer rises and the temperature difference with pedestrians becomes smaller, or when the road surface, outer wall, and pedestrians are all cooled by rain, the temperature difference becomes smaller, etc. There is a problem that the contrast between the pedestrian and the background is lowered, and the pedestrian cannot be recognized.

一般に、非接触温度計測が可能な遠赤外線カメラは、撮像素子をペルチェ素子にて22℃(295K)程度に恒温制御を行っている。これは、物体からの遠赤外線によるセンサ受光部の温度変化が1mK程度と非常に小さく、遠赤外線吸収によって発生した熱の逃げ道となる基板の温度が安定していないと、安定な測定、温度情報を出力できないからである。   In general, a far-infrared camera capable of measuring a non-contact temperature is controlled at a constant temperature of about 22 ° C. (295 K) by using a Peltier element as an image sensor. This is because the temperature change of the sensor light receiving part due to the far infrared rays from the object is very small, about 1 mK, and if the temperature of the substrate that becomes the escape route of the heat generated by the far infrared ray absorption is not stable, stable measurement, temperature information Is not output.

図2は、熱交換が行われているときの被写体の微小面dSと遠赤外線カメラのイメージセンサの微小面dSとの関係を示す図である。遠赤外線カメラでは、被写体とセンサ間で、次の(3)式で与えられる熱交換が行われ、この輻射交換量に対応した電気信号により熱画像が生成される。 FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the minute surface dS 1 of the subject and the minute surface dS 2 of the image sensor of the far-infrared camera when heat exchange is performed. In the far-infrared camera, heat exchange given by the following equation (3) is performed between the subject and the sensor, and a thermal image is generated by an electrical signal corresponding to this radiation exchange amount.

12=ψ12εεσ(T −T )[W/m] ・・・(3)
ここで、
12:全体の輻射交換量[W/m
ψ12:微小面dSからみた面Sの形態係数
ε:物体1(被写体)の輻射率0〜1.0
ε:物体2(センサ)の輻射率
:物体1(被写体)の温度
:物体2(センサ)の温度
である。
q 12 = ψ 12 ε 1 ε 2 σ (T 1 4 -T 2 4) [W / m 2] ··· (3)
here,
q 12 : Total radiation exchange amount [W / m 2 ]
ψ 12 : form factor of surface S 2 viewed from minute surface dS 1 ε 1 : radiation rate 0 to 1.0 of object 1 (subject)
ε 2 : The radiation rate of the object 2 (sensor) T 1 : The temperature of the object 1 (subject) T 2 : The temperature of the object 2 (sensor).

通常の遠赤外線カメラは、基板温度Tを一定に保っており、加えてセンサの輻射率を変えることはできないのでεも固定である。(3)式から分かるように、次の(4)式のように、輻射率と温度が異なる物体でも、輻射交換量が同じになることがある。 In a normal far-infrared camera, the substrate temperature T 2 is kept constant, and in addition, since the emissivity of the sensor cannot be changed, ε 2 is also fixed. As can be seen from the equation (3), the radiation exchange amount may be the same even for an object having a different emissivity and temperature as in the following equation (4).

12=ψ12ε1aεσ(T1a −T
=ψ12ε1bεσ(T1b −T

ε1a(T1a −T )=ε1b(T1b −T ) ・・・(4)
なお、
ε1a:物体Aの輻射率
1a:物体Aの温度
ε1b:物体Bの輻射率
1b:物体Bの温度
である。つまり、輻射率と温度が異なる物体でも、熱画像上で同一の輝度になってしまうことがある。以下にセンサの輻射率が1.0、素子基板温度が295Kの場合の具体例を示す。
q 12 = ψ 12 ε 1a ε 2 σ (T 1a 4 -T 2 4)
= Ψ 12 ε 1b ε 2 σ (T 1b 4 -T 2 4 )

ε 1a (T 1a 4 −T 2 4 ) = ε 1b (T 1b 4 −T 2 4 ) (4)
In addition,
ε 1a : emissivity of object A T 1a : temperature of object A ε 1b : emissivity of object B T 1b : temperature of object B In other words, objects having different emissivities and temperatures may have the same brightness on the thermal image. A specific example in the case where the sensor emissivity is 1.0 and the element substrate temperature is 295K is shown below.

図3は、輻射率0.98、35℃(308K)の人の顔と同一輝度に映る温度であって、輻射率0.98とは異なる輻射率である物体の温度を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the temperature of an object having an emissivity of 0.98 and the same brightness as that of a human face having a temperature of 35 ° C. (308 K) and an emissivity different from the emissivity of 0.98.

図4はコントラストが良好な熱画像を示す図であり、図5はコントラストが低下した熱画像を示す図である。このように、従来の遠赤外線カメラでは、輻射率と温度が異なる物体であっても同一輝度に同化して、両者の識別ができなくなるという問題があった。   FIG. 4 is a diagram showing a thermal image with good contrast, and FIG. 5 is a diagram showing a thermal image with reduced contrast. As described above, the conventional far-infrared camera has a problem in that even objects having different emissivities and temperatures are assimilated to the same luminance and cannot be distinguished from each other.

図6は、撮像素子を−3℃(270K)に保持した場合、輻射率0.98、35℃の人の顔と同じ輝度に映る温度であって、輻射率0.98とは異なる輻射率になる物体の温度を示す図である。図5及び図6に示すように、撮像素子温度を変えることで、輻射率0.98、35℃(308K)の人の顔と同一輝度になる、異なる輻射率の物体の温度を自由に変えることができる。つまり、撮像素子の温度を変えることで、輻射率と温度が異なる物体Aと物体Bが同一輝度になる条件を変えることができる。   FIG. 6 shows a temperature at which the image pickup element is held at −3 ° C. (270 K), which has an emissivity of 0.98 and the same brightness as that of a human face at 35 ° C., and an emissivity different from the emissivity of 0.98. It is a figure which shows the temperature of the object which becomes. As shown in FIGS. 5 and 6, by changing the image sensor temperature, the temperature of an object with different emissivity, which has the same brightness as a human face with an emissivity of 0.98 and 35 ° C. (308 K), can be freely changed. be able to. That is, by changing the temperature of the image sensor, it is possible to change the conditions under which the objects A and B having different emissivities and temperatures have the same luminance.

例えば、ある物体は、撮像素子温度295Kでは背景とのコントラストが低下(同化)して識別されなかった場合であっても、撮像素子温度270Kにすることでコントラストを改善でき識別できる。   For example, even if the object is not identified because the contrast with the background is lowered (analyzed) at the image sensor temperature of 295K, the contrast can be improved and identified by setting the image sensor temperature to 270K.

このように、撮像素子温度を変調、あるいは撮像素子温度が異なる2台以上の遠赤外線カメラを使うことで、従来、異なる輻射率で異なる温度でも、コントラストが低下して識別できなかった2つの物体を識別可能にすることができる。   In this way, by using two or more far-infrared cameras that modulate the image sensor temperature or use two or more different image sensor temperatures, two objects that could not be identified due to a decrease in contrast even at different emissivities at different temperatures. Can be made identifiable.

図7は、基板温度を変えたときに、輻射率0.98、35℃の皮膚と同一輝度に映る温度であって、様々な値(0.8、0.9、0.95、1.0)の輻射率である物体温度(同化温度)を示す図である。同図に示すように、基板温度が被検出物体(35℃)から離れるほど、異なる輻射率で同一輝度になる温度が被検出物体から離れるようになる。次に示す障害物検出装置は、このような本発明の原理を利用したものである。   FIG. 7 shows various temperatures (0.8, 0.9, 0.95,... 1) when the substrate temperature is changed. It is a figure which shows the object temperature (anabolic temperature) which is a radiation rate of 0). As shown in the figure, as the substrate temperature is farther from the object to be detected (35 ° C.), the temperature at which the same luminance is obtained at different emissivities becomes farther from the object to be detected. The obstacle detection apparatus shown below utilizes the principle of the present invention.

[具体的な実施形態]
図8は、本発明の実施の形態に係る障害物検出装置の構成を示す図である。障害物検出装置は、遠赤外光を集光する遠赤外線レンズ10と、撮像対象物の温度に対応した熱画像を生成する遠赤外線イメージセンサ20と、遠赤外画像に基づいて画像処理を行い、障害物を検出する画像処理部30と、を備えている。
[Specific Embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the obstacle detection apparatus according to the embodiment of the present invention. The obstacle detection device includes a far-infrared lens 10 that collects far-infrared light, a far-infrared image sensor 20 that generates a thermal image corresponding to the temperature of the object to be imaged, and image processing based on the far-infrared image. And an image processing unit 30 for detecting an obstacle.

遠赤外線イメージセンサ20は、被写体からの光線に応じて画像を生成する遠赤外線イメージセンサ基板21と、遠赤外線イメージセンサ基板21に貼り付けられた状態で当該遠赤外線イメージセンサ基板21の温度を制御する温度制御装置22と、を備えている。   The far-infrared image sensor 20 controls the temperature of the far-infrared image sensor substrate 21 in a state of being attached to the far-infrared image sensor substrate 21 and the far-infrared image sensor substrate 21 that generates an image according to light rays from the subject. And a temperature control device 22 for performing the operation.

温度制御装置22は、遠赤外線イメージセンサ基板21の基板温度を2段階以上に制御できるものであり、例えばペルチェ素子で構成されている。なお、温度制御装置22は、ペルチェ素子に限定されるものではなく、スターリングクーラー、ヒーター等であってもよい。本実施の形態では、温度制御装置22は、最初に遠赤外線イメージセンサ基板21の基板温度をTaに制御し、障害物が検出されなかったときに基板温度をTbに制御する。   The temperature control device 22 can control the substrate temperature of the far-infrared image sensor substrate 21 in two or more stages, and is composed of, for example, a Peltier element. The temperature control device 22 is not limited to a Peltier element, and may be a Stirling cooler, a heater, or the like. In the present embodiment, the temperature control device 22 first controls the substrate temperature of the far-infrared image sensor substrate 21 to Ta, and controls the substrate temperature to Tb when no obstacle is detected.

遠赤外線イメージセンサ20は、更に、外界温度の影響を受けないように遠赤外線イメージセンサ基板21の周囲を真空状態にして封止する真空封止パッケージ23と、真空封止パッケージ23の開口部に設けられ被写体からの遠赤外線を透過して遠赤外線イメージセンサ基板21の受光面に入射させる遠赤外線透過窓24と、を備えている。   The far-infrared image sensor 20 further includes a vacuum-sealed package 23 that seals the periphery of the far-infrared image sensor substrate 21 in a vacuum state so as not to be affected by external temperature, and an opening of the vacuum-sealed package 23. A far-infrared transmitting window 24 that is provided and transmits far-infrared rays from the subject and enters the light-receiving surface of the far-infrared image sensor substrate 21.

なお、遠赤外線透過窓24の代わりに、図9に示すように、遠赤外線を集光して遠赤外線イメージセンサ基板21の受光面に入射させるレンズでもある遠赤外線透過窓24aを用いてもよい。また、次のような遠赤外線イメージセンサを用いてもよい。   Instead of the far-infrared transmitting window 24, as shown in FIG. 9, a far-infrared transmitting window 24a that is a lens that collects far-infrared rays and enters the light-receiving surface of the far-infrared image sensor substrate 21 may be used. . Further, the following far infrared image sensor may be used.

図10は、遠赤外線イメージセンサ20aを用いた障害物検出装置の構成を示す図である。この遠赤外線イメージセンサ20aは、ウエハレベル封止を用いた遠赤外線イメージセンサ基板21aと、遠赤外線イメージセンサ基板21aの温度を制御する温度制御装置22と、を備えている。すなわち、遠赤外線イメージセンサ20aは、図8又は図9に示す真空封止パッケージ23のない構成となっている。   FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an obstacle detection apparatus using the far-infrared image sensor 20a. The far-infrared image sensor 20a includes a far-infrared image sensor substrate 21a using wafer level sealing, and a temperature controller 22 that controls the temperature of the far-infrared image sensor substrate 21a. That is, the far-infrared image sensor 20a has a configuration without the vacuum sealed package 23 shown in FIG. 8 or FIG.

画像処理部30は、図示しないCPU、ROM、RAM等を備え、所定の基板温度になった状態で遠赤外線イメージセンサ20により生成された画像(以下、熱画像という。)に基づいて障害物を検出する。   The image processing unit 30 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like (not shown), and obstacles are generated based on an image (hereinafter referred to as a thermal image) generated by the far-infrared image sensor 20 at a predetermined substrate temperature. To detect.

図11は、画像処理部30による障害物検出ルーチンを示すフローチャートである。本実施形態では、障害物として歩行者を検出する場合を例に挙げて説明する。   FIG. 11 is a flowchart showing an obstacle detection routine by the image processing unit 30. In this embodiment, a case where a pedestrian is detected as an obstacle will be described as an example.

ステップS1では、画像処理部30は、図12に示すように、基板温度Taの状態で遠赤外線イメージセンサ20により生成された熱画像に基づいて、歩行者を検出する。   In step S1, the image processing unit 30 detects a pedestrian based on the thermal image generated by the far-infrared image sensor 20 in the state of the substrate temperature Ta as shown in FIG.

例えば、最初に画像処理部30は、熱画像に対してフィルタ処理を行い、熱画像内の歩行者に相当する輝度範囲を抽出する。次に画像処理部30は、抽出した輝度範囲において、歩行者の大きさや形を示す歩行者テンプレートを用いてテンプレートマッチングを行い、歩行者を検出する。なお、歩行者と背景の輝度差が小さくコントラストが低下している場合は、テンプレートマッチングを正確に行えない場合がある。   For example, first, the image processing unit 30 performs a filtering process on the thermal image, and extracts a luminance range corresponding to a pedestrian in the thermal image. Next, the image processing unit 30 performs template matching using the pedestrian template indicating the size and shape of the pedestrian in the extracted luminance range, and detects the pedestrian. Note that template matching may not be performed accurately when the brightness difference between the pedestrian and the background is small and the contrast is low.

ステップS2では、画像処理部30は、歩行者を検出できたか否かを検出し、肯定判定のときはコントラストの低下がなかったので歩行者を検出でき、歩行者検出を終了し、否定判定のときはステップS3に進む。   In step S2, the image processing unit 30 detects whether or not a pedestrian has been detected. When the determination is affirmative, there is no decrease in contrast, so the pedestrian can be detected, pedestrian detection is terminated, and a negative determination is made. If so, go to Step S3.

ステップS3では、画像処理部30は、図12に示すように、遠赤外線イメージセンサ20の基板温度がTb(例えばTb<Ta)になったときの熱画像に基づいて歩行者を検出して、ステップS4に進む。   In step S3, as shown in FIG. 12, the image processing unit 30 detects a pedestrian based on a thermal image when the substrate temperature of the far-infrared image sensor 20 becomes Tb (for example, Tb <Ta). Proceed to step S4.

ステップS4では、画像処理部30は、歩行者を検出できたか否かを検出し、肯定判定のときはコントラストの低下がなかったので歩行者検出を終了し、否定判定のときは歩行者がドライバの視野内にないものと判断して歩行者検出を終了する。   In step S4, the image processing unit 30 detects whether or not a pedestrian has been detected. If the determination is affirmative, the image processing unit 30 ends the pedestrian detection because there is no decrease in contrast. The pedestrian detection is terminated when it is determined that it is not within the field of view.

図13は、基板温度とコントラスト低下の関係を示す図である。同図によれば、基板温度がTaでもTbでも歩行者が検出された場合、コントラスト低下は発生していない。但し、基板温度がTaのときに歩行者が検出されたものの、基板温度がTbのときに歩行者が検出されない場合、基板温度Tbでコントラスト低下が発生している。逆に、基板温度がTbのときに歩行者が検出されたものの、基板温度がTaのときに歩行者が検出されない場合、基板温度Taでコントラスト低下が発生している。なお、基板温度Ta、Tbのいずれでも歩行者が検出されない場合は、視野内に検出対象である歩行者がいない(コントラスト低下の判断不可能)と考えられる。   FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the substrate temperature and the contrast reduction. According to the figure, when a pedestrian is detected regardless of whether the substrate temperature is Ta or Tb, no contrast reduction occurs. However, when a pedestrian is detected when the substrate temperature is Ta, but no pedestrian is detected when the substrate temperature is Tb, a decrease in contrast occurs at the substrate temperature Tb. Conversely, if a pedestrian is detected when the substrate temperature is Tb, but no pedestrian is detected when the substrate temperature is Ta, a decrease in contrast occurs at the substrate temperature Ta. If no pedestrian is detected at any of the substrate temperatures Ta and Tb, it is considered that there is no pedestrian as a detection target in the field of view (contrast reduction cannot be determined).

ここで、上記の例では、画像処理部30は、基板温度Taにおける障害物検出処理の結果に基づいて、基板温度Tbにおける障害物検出処理の有無を判断したが、基板温度Taのときの障害物検出処理の結果によらず、基板温度Tbにおける障害物検出処理を行い、図13の関係に基づいて、基板温度を選択・設定してもよい。   Here, in the above example, the image processing unit 30 determines the presence or absence of the obstacle detection process at the substrate temperature Tb based on the result of the obstacle detection process at the substrate temperature Ta. Regardless of the result of the object detection process, the obstacle detection process at the substrate temperature Tb may be performed, and the substrate temperature may be selected and set based on the relationship of FIG.

以上のように、本発明の実施の形態に係る障害物検出装置は、所定の基板温度で撮影したときに障害物と背景との輝度差があまりなくコントラスト低下が発生している場合に、基板温度を変えることにより、障害物と背景との輝度差を大きくしてコントラスト低下を防止する。この結果、障害物検出装置は、障害物と背景とのコントラストの低下によって障害物が検出できなくなることを防止して、確実に障害物を検出することができる。   As described above, the obstacle detection device according to the embodiment of the present invention is configured so that when the image is taken at a predetermined substrate temperature, there is not much difference in luminance between the obstacle and the background, and the contrast is reduced. By changing the temperature, the brightness difference between the obstacle and the background is increased to prevent a decrease in contrast. As a result, the obstacle detection device can prevent an obstacle from being detected due to a decrease in contrast between the obstacle and the background, and can reliably detect the obstacle.

すなわち、上記障害物検出装置は、適宜、環境によるコントラスト低下があった場合は、基板温度を変えてコントラストを上げることができる。このため、異なる輻射率異なる温度で同一あるいは非常に近い放射エネルギーを出す物体であっても、その物体を確実に検出することができる。   That is, the obstacle detection apparatus can appropriately increase the contrast by changing the substrate temperature when there is a decrease in contrast due to the environment. For this reason, even if an object emits the same or very close radiation energy at different emissivities and different temperatures, the object can be reliably detected.

また、路面や外壁などは、材質、日の当たり具合、凹凸などの影響で、必ずしも均一の輝度には映らない。同様に、歩行者も衣服の影響や、重ね着の枚数、体からの熱の伝わり具体、日の当たり具合、風向きなどの影響で、均一の輝度には映らず、体の部位ごとに異なる輝度として映る。このように、背景も歩行者も必ずしも均一の輝度ではなく、むしろお互いがバラツキを持つことが多い。   In addition, the road surface and the outer wall are not necessarily displayed with uniform brightness due to the influence of the material, the degree of sunlight, unevenness, and the like. Similarly, pedestrians are not reflected in uniform brightness due to the influence of clothing, the number of layers, the specific heat transmitted from the body, the sun exposure, the wind direction, etc. As reflected. In this way, the background and pedestrians do not necessarily have uniform brightness, but rather often have variations between each other.

このため、背景と歩行者のコントラスト低下(同化)は、歩行者全体には起こらず、頭だけ、あるいは足だけ、手だけなど局所的に起こることが多い。図14は、足と背景が同化した例を示す図である。図15は、手と背景が同化した例を示す図である。   For this reason, contrast reduction (assimilation) between the background and the pedestrian does not occur in the entire pedestrian, but often occurs locally, such as only the head, only the feet, or only the hands. FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which the foot and the background are assimilated. FIG. 15 is a diagram illustrating an example in which the hand and the background are assimilated.

そこで、障害物検出装置は、基板温度が異なる状態で生成された熱画像を用いて、局所的にコントラストが高い部分だけを切り出して合成してもよい。これにより、視野全体において実際の放射エネルギーに依存しない、コントラストの高い鮮明な熱画像を生成し、障害物を確実に検出することができる。図16は、コントラストの高い部分を合成することにより生成された熱画像を示す図である。   Therefore, the obstacle detection device may cut out and synthesize only a portion having high local contrast using thermal images generated with different substrate temperatures. As a result, a clear thermal image with high contrast that does not depend on actual radiant energy in the entire field of view can be generated, and obstacles can be reliably detected. FIG. 16 is a diagram illustrating a thermal image generated by combining high contrast portions.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can also be applied to a design modified within the scope of the claims.

例えば、基板温度Ta、Tbは自由に設定可能である。また、基板温度はTa、Tbの2段階に設定される場合に限らず、3段階以上に設定されてもよい。この場合、画像処理部30は、複数の基板温度の中からコントラスト低下の最も少ない基板温度のときの熱画像を用いて障害物を検出すればよい。更に、基板温度は、Ta、Tbでそれぞれ固定させていたが、サイン波、方形波、Δ波などの中心値が異なる2つ以上の値に設定させてもよい。   For example, the substrate temperatures Ta and Tb can be set freely. The substrate temperature is not limited to being set at two levels of Ta and Tb, and may be set at three or more levels. In this case, the image processing unit 30 may detect an obstacle using a thermal image at a substrate temperature with the least contrast reduction among a plurality of substrate temperatures. Further, the substrate temperature is fixed at Ta and Tb, respectively, but may be set to two or more values having different center values such as a sine wave, a square wave, and a Δ wave.

上述した実施形態では、障害物として歩行者を例に挙げて説明したが、その他、車両、落下物、水たまり、凍結路面などであってもよい。   In the above-described embodiment, a pedestrian has been described as an example of an obstacle. However, a vehicle, a falling object, a puddle, a frozen road surface, or the like may be used.

また、障害物検出装置は、基板温度Ta、Tbにおける熱画像に基づいて障害物検出処理を行った後、Ta、Tbと異なる最適な基板温度を設定してもよい。例えば、基板温度がTaのときに障害物が検出されず、Tb(<Ta)のときに障害物が検出された場合、基板温度をTc(<Tb)に制御してもよい。   The obstacle detection device may set an optimum substrate temperature different from Ta and Tb after performing the obstacle detection processing based on the thermal images at the substrate temperatures Ta and Tb. For example, when the obstacle is not detected when the substrate temperature is Ta and the obstacle is detected when Tb (<Ta), the substrate temperature may be controlled to Tc (<Tb).

上述した実施形態では、基板温度の変調は随時行われているが、随時行う必要はなく、条件に合わせて、時間毎、日毎、季節毎等の使用条件に応じて行われてもよい。撮影対象、撮影環境が安定しており、同一輝度になる物体や、日時などの同一輝度になる条件が予め分かっている場合は、基板温度Ta、Tbのときの撮影、コントラスト低下の判断を行わず、予め分かっている両物体が同一輝度にならない基板温度にして撮影を行ってもよい。   In the embodiment described above, the substrate temperature is modulated at any time. However, it is not necessary to perform the modulation at any time, and may be performed according to usage conditions such as hourly, daily, seasonal, etc. according to conditions. If the object to be photographed and the photographing environment are stable and an object having the same luminance and conditions for obtaining the same luminance such as date and time are known in advance, photographing at the substrate temperatures Ta and Tb and determination of contrast reduction are performed. Alternatively, the image may be taken at a substrate temperature at which both previously known objects do not have the same brightness.

また、上述した障害物検出装置は、テンプレートマッチング手法を用いて障害物を検出したが、熱画像の濃度ヒストグラムを用いて障害物を検出してもよいし、それらを組み合わせた手法を用いてもよい。さらに、形状特徴に基づいて特定の大きさと縦横比をもつ障害物を検出したり、頭部、肩などの部分特徴から障害物の1つである歩行者を検出したりしてもよい。   Moreover, although the obstacle detection apparatus mentioned above detected the obstacle using the template matching method, you may detect an obstacle using the density | concentration histogram of a thermal image, and may use the method which combined them. Good. Furthermore, an obstacle having a specific size and aspect ratio may be detected based on the shape feature, or a pedestrian that is one of the obstacles may be detected from partial features such as the head and shoulders.

上述した実施形態では、障害物検出装置は、遠赤外線イメージセンサ20の基板温度Ta、Tbの2段階で制御したが、以下に示すように、遠赤外線イメージセンサ20を2つ設け、各遠赤外線イメージセンサ20の基板温度をTa、Tbに設定してもよい。   In the above-described embodiment, the obstacle detection apparatus is controlled in two stages of the substrate temperatures Ta and Tb of the far-infrared image sensor 20. However, as shown below, two far-infrared image sensors 20 are provided and each far-infrared image sensor 20 is provided. The substrate temperature of the image sensor 20 may be set to Ta or Tb.

図17は、2つの遠赤外線イメージセンサ20を用いた障害物検出装置の構成を示す図である。画像処理部30は、一方の遠赤外線イメージセンサ20の基板温度がTのときに障害物検出処理を実行し、障害物が検出されなかったときに、他方の遠赤外線イメージセンサ20の基板温度がTのときに障害物検出処理を実行する。 FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of an obstacle detection apparatus using two far-infrared image sensors 20. The image processing unit 30, a substrate temperature of one of the far-infrared image sensor 20 executes an obstacle detection process when the T a, when the obstacle is not detected, the substrate temperature of the other far-infrared image sensor 20 There executes an obstacle detection process when the T b.

この結果、障害物検出装置は、2つの遠赤外線イメージセンサ20を使うことで基板温度の変調を省くことができ、高速にコントラスト低下の判断が可能になる。また、上記障害物検出装置は、基板温度設定後はステレオ画像を得ることができるので、一方の遠赤外線イメージセンサ20が故障したとしても、他方の遠赤外線イメージセンサ20により生成される熱画像を用いて障害物を検出することができる。なお、次のように基板温度の変調を行ってもよい。   As a result, the obstacle detection apparatus can omit the modulation of the substrate temperature by using the two far-infrared image sensors 20, and can determine the decrease in contrast at high speed. In addition, since the obstacle detection device can obtain a stereo image after setting the substrate temperature, even if one of the far-infrared image sensors 20 breaks down, the thermal image generated by the other far-infrared image sensor 20 can be obtained. Can be used to detect obstacles. The substrate temperature may be modulated as follows.

図18は、障害物検出装置に設けられた2つの遠赤外線イメージセンサ20の基板温度の変化を示す図である。すなわち、各温度制御装置22は、同位相の三角波に基づいて、各遠赤外線イメージセンサ基板21の基板温度を制御してもよい。   FIG. 18 is a diagram illustrating changes in the substrate temperature of the two far-infrared image sensors 20 provided in the obstacle detection apparatus. That is, each temperature control device 22 may control the substrate temperature of each far-infrared image sensor substrate 21 based on the triangular wave having the same phase.

また、2つの遠赤外線イメージセンサ20を1つに構成した2アレイ搭載チップである遠赤外線イメージセンサ20bを用いてもよい。   Further, a far-infrared image sensor 20b which is a two-array mounted chip in which two far-infrared image sensors 20 are configured as one may be used.

図19(A)は2アレイ搭載チップである遠赤外線イメージセンサ20bの正面図、(B)はその断面図である。遠赤外線イメージセンサ20bは、遠赤外線イメージセンサ基板25、当該遠赤外線イメージセンサ基板25上に設けられた第1の受光素子アレイ26及び第2の受光素子アレイ27、を備えている。   FIG. 19A is a front view of a far-infrared image sensor 20b which is a two-array mounting chip, and FIG. 19B is a sectional view thereof. The far infrared image sensor 20 b includes a far infrared image sensor substrate 25, a first light receiving element array 26 and a second light receiving element array 27 provided on the far infrared image sensor substrate 25.

遠赤外線イメージセンサ基板25は、第1の受光素子アレイ26及び第2の受光素子アレイ27がそれぞれ設けられている領域25a、25cにおいては厚く形成され、第1の受光素子アレイ26及び第2の受光素子アレイ27の間の領域25bでは薄く形成されている。   The far-infrared image sensor substrate 25 is formed thick in the regions 25a and 25c where the first light-receiving element array 26 and the second light-receiving element array 27 are provided, and the first light-receiving element array 26 and the second light-receiving element array 26 are formed. The region 25b between the light receiving element arrays 27 is formed thin.

受光素子アレイ形成面の反対側の面では、領域25aに温度制御装置22aが設けられ、領域25cに温度制御装置22bが設けられている。そして、温度制御装置22aは第1の受光素子アレイ26の基板温度をT℃に制御し、温度制御装置22bは第2の受光素子アレイ27の基板温度をT℃に制御する。このような構成の遠赤外線イメージセンサ20bを備えた障害物検出装置は、図18に示したものに比べて、装置の小型化を図ることができる。 On the surface opposite to the light receiving element array formation surface, a temperature control device 22a is provided in the region 25a, and a temperature control device 22b is provided in the region 25c. The temperature control device 22a controls the substrate temperature of the first light receiving element array 26 to T a ° C., and the temperature control device 22b controls the substrate temperature of the second light receiving element array 27 to T b ° C. The obstacle detection device provided with the far-infrared image sensor 20b having such a configuration can reduce the size of the device as compared with that shown in FIG.

輻射率の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a radiation rate. 熱交換が行われているときの被写体の微小面dSと遠赤外線カメラのイメージセンサの微小面dSとの関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship between the infinitesimal surface dS 1 and the minute surface dS 2 of the far-infrared image sensor of the camera of the object when the heat exchange is taking place. 輻射率0.98、35℃(308K)の人の顔と同一輝度に映る温度であって、輻射率0.98とは異なる輻射率である物体の温度を示す図である。It is a figure which shows the temperature of the object which is the temperature reflected in the same brightness | luminance as a human face of emissivity 0.98 and 35 degreeC (308K), and is emissivity different from emissivity 0.98. コントラストが良好な熱画像を示す図である。It is a figure which shows a thermal image with favorable contrast. コントラストが低下した熱画像を示す図である。It is a figure which shows the thermal image in which the contrast fell. 撮像素子を−3℃(270K)に保持した場合、輻射率0.98、35℃の人の顔と同じ輝度に映る温度であって、輻射率0.98とは異なる輻射率になる物体の温度を示す図である。When the imaging device is held at −3 ° C. (270 K), the temperature of an object having an emissivity of 0.98 and a brightness that is reflected in the same brightness as that of a human face at 35 ° C. It is a figure which shows temperature. 基板温度を変えたときに、輻射率0.98、35℃の皮膚と同一輝度に映る温度であって、様々な値(0.8、0.9、0.95、1.0)の輻射率である物体温度(同化温度)を示す図である。Radiation of various values (0.8, 0.9, 0.95, 1.0) that is reflected in the same brightness as skin with an emissivity of 0.98 and 35 ° C when the substrate temperature is changed It is a figure which shows the body temperature (anabolic temperature) which is a rate. 本発明の実施の形態に係る障害物検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the obstruction detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 他の遠赤外線イメージセンサを備えた障害物検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the obstruction detection apparatus provided with the other far-infrared image sensor. 他の遠赤外線イメージセンサを用いた障害物検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the obstruction detection apparatus using another far-infrared image sensor. 画像処理部による障害物検出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the obstruction detection routine by an image process part. 基板温度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of board | substrate temperature. 基板温度とコントラスト低下の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a substrate temperature and a contrast fall. 足と背景が同化した例を示す図である。It is a figure which shows the example which the foot | leg and the background were assimilated. 手と背景が同化した例を示す図である。It is a figure which shows the example in which the hand and the background were assimilated. コントラストの高い部分を合成することにより生成された熱画像を示す図である。It is a figure which shows the thermal image produced | generated by synthesize | combining a part with high contrast. 2つの遠赤外線イメージセンサ20を用いた障害物検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the obstruction detection apparatus using two far-infrared image sensors. 障害物検出装置に設けられた2つの遠赤外線イメージセンサ20の基板温度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the board | substrate temperature of the two far-infrared image sensors 20 provided in the obstruction detection apparatus. (A)は2アレイ搭載チップである遠赤外線イメージセンサの正面図、(B)はその断面図である。(A) is a front view of the far-infrared image sensor which is a 2 array mounting chip | tip, (B) is the sectional drawing.

符号の説明Explanation of symbols

10 遠赤外線レンズ
20、20a、20b 遠赤外線イメージセンサ
21、25 遠赤外線イメージセンサ基板
22、22a、22b 温度制御装置
23 真空封止パッケージ
24 遠赤外線透過窓
30 画像処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Far-infrared lens 20, 20a, 20b Far-infrared image sensor 21, 25 Far-infrared image sensor board | substrate 22, 22a, 22b Temperature control apparatus 23 Vacuum sealing package 24 Far-infrared transmission window 30 Image processing part

Claims (8)

被写体からの遠赤外線に応じた画像を生成する撮像素子基板と、
前記撮像素子基板を時間的に異なる基板温度に制御する温度制御手段と、
を備えた撮像素子。
An image sensor substrate for generating an image according to far infrared rays from the subject;
Temperature control means for controlling the image sensor substrate to a different substrate temperature in time,
An imaging device comprising:
被写体からの遠赤外線に応じた画像を生成する第1及び第2の受光素子アレイが搭載された撮像素子基板と、
前記撮像素子基板における第1及び第2の受光素子アレイの各々の領域を異なる基板温度に制御する温度制御手段と、
を備えた撮像素子。
An image sensor substrate on which first and second light receiving element arrays for generating an image corresponding to far infrared rays from a subject are mounted;
Temperature control means for controlling each region of the first and second light receiving element arrays on the imaging element substrate to different substrate temperatures;
An imaging device comprising:
請求項1または請求項2に記載の撮像素子と、
前記温度制御手段により異なる基板温度に制御された各々の状態で、前記撮像素子基板により生成された各々の画像に基づいて障害物を検出する障害物検出手段と、
を備えた障害物検出装置。
The image sensor according to claim 1 or 2,
Obstacle detection means for detecting an obstacle based on each image generated by the imaging device substrate in each state controlled to a different substrate temperature by the temperature control means;
Obstacle detection device comprising:
前記障害物検出手段は、第1の基板温度で前記撮像素子基板により生成された画像に基づいて障害物が検出されなかったときに、第2の基板温度で前記撮像素子基板により生成された画像に基づいて障害物を検出する
請求項3に記載の障害物検出装置。
The obstacle detection unit is configured to generate an image generated by the imaging device substrate at a second substrate temperature when no obstacle is detected based on an image generated by the imaging device substrate at a first substrate temperature. The obstacle detection device according to claim 3, wherein an obstacle is detected based on the obstacle.
第1の基板温度の状態で被写体からの遠赤外線に応じた画像を生成する第1の撮像素子基板と、
第2の基板温度の状態で被写体からの遠赤外線に応じた画像を生成する第2の撮像素子基板と、
前記第1及び第2の撮像素子基板により生成された各々の画像に基づいて障害物を検出する障害物検出手段と、
を備えた障害物検出装置。
A first image sensor substrate that generates an image according to far infrared rays from the subject in a state of the first substrate temperature;
A second image sensor substrate that generates an image according to far infrared rays from the subject in a state of the second substrate temperature;
Obstacle detection means for detecting an obstacle based on each image generated by the first and second imaging element substrates;
Obstacle detection device comprising:
前記障害物検出手段は、前記第1の撮像素子基板により生成された画像に基づいて障害物が検出されなかったときに、前記第2の撮像素子基板により生成された画像に基づいて障害物を検出する
請求項5に記載の障害物検出装置。
The obstacle detecting means detects an obstacle based on the image generated by the second image sensor substrate when no obstacle is detected based on the image generated by the first image sensor substrate. The obstacle detection device according to claim 5 to detect.
第1の基板温度のときに撮像素子基板により生成された画像に基づいて障害物を検出し、
障害物が検出されなかったときに、前記撮像素子基板の基板温度を第2の基板温度に制御し、
第2の基板温度のときに前記撮像素子基板により生成された画像に基づいて障害物を検出する
障害物検出方法。
Detecting an obstacle based on an image generated by the imaging device substrate at the first substrate temperature;
When no obstacle is detected, the substrate temperature of the image sensor substrate is controlled to the second substrate temperature,
An obstacle detection method for detecting an obstacle based on an image generated by the imaging device substrate at a second substrate temperature.
第1の基板温度のときに第1の撮像素子基板により生成された画像に基づいて障害物を検出し、
障害物が検出されなかったときに、第2の基板温度に制御された第2の撮像素子基板により生成された画像に基づいて障害物を検出する
障害物検出方法。
Detecting an obstacle based on an image generated by the first imaging device substrate at the first substrate temperature;
An obstacle detection method for detecting an obstacle based on an image generated by a second image sensor substrate controlled to a second substrate temperature when no obstacle is detected.
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