JP2010052602A - 前照灯制御装置および車両用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】明るさが変化する車両の走行環境において、歩行者等に対するドライバの視認性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】制御システム１４は、取得した車両前方の撮像画像の情報に基づいてドライバの視対象範囲の輝度である視対象輝度を推定する視対象輝度推定手段１１２と、撮像画像の情報に基づいてドライバの順応輝度を推定する順応状態推定手段１１４と、ドライバによる視対象範囲の認知が可能な認知限界輝度を少なくとも順応輝度に基づいて推定する認知限界推定手段１１６と、視対象輝度が認知限界輝度の範囲を下回っているか否かを判定する視対象認知判定手段１１８と、視対象輝度が認知限界輝度の範囲を下回っていた場合、視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように、車両に設けられている前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌの配光を制御する配光制御手段１２０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車などに用いられる前照灯制御装置および車両用前照灯装置に関する。

現在、使用環境に応じてヘッドライトの照射範囲を変化させ、適切な視認性を得ることができるいわゆるＡＦＳ（Adaptive Front-lighting System：配光可変式ヘッドランプシステム）が開発されている。このシステムは、ハンドルの操舵量に応じて、ヘッドライトの照射範囲を左右に動かしたり、市街地走行時や高速道路走行時に、ヘッドライトの照射範囲を変更したりすることが可能となっている。

このようなＡＦＳを始め、車両用前照灯装置は、一般にロービームとハイビームとを切り替えることが可能である。ロービームは、近接領域を所定の照度で照明するものであって、対向車や先行車にグレアを与えないよう配光規定が定められており、主に市街地を走行する場合に用いられる。一方、ハイビームは、前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明するものであり、主に対向車や先行車が少ない道路を走行する場合に用いられる。したがって、ハイビームはロービームと比較して運転者の視認性を向上させるが、車両前方に存在する車両の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。

そこで、ハイビーム領域における配光を変化させる技術が提案されている。特許文献１には、複数のハイビーム照射エリアのいずれかに照射禁止対象が存在している場合に、複数のハイビームユニットのうち照射禁止対象が存在しているハイビーム照射エリア用のハイビームユニットを消灯する車両用ヘッドランプが開示されている。

また、ハイビームが選択されている自車両が前方を走行する先行車の運転者に与えるグレアの程度は距離に応じて変化する。そこで、特許文献２や特許文献３には、先行車の位置に応じてカットラインを移動させたりランプの明るさを制御したりすることでグレアを抑制するとされる前照灯装置が開示されている。
特開２００８−３７２４０号公報 特開２０００−２３３６８４号公報 特開平７−１０１２９１号公報 大谷泰之、他，「照明工学」，改訂版，電気学会（オーム社），１９７８年９月１２日 井上容子、伊藤克三，「順応過渡過程における眼の感度」，日本建築学会計測系論文集，１９９５年，Ｎｏ．４６８，ｐ．１1-16

ところで、車両と歩行者との交通事故を防止するためには、車両のドライバが歩行者の存在をいかに的確に把握することができるかが重要な点である。しかしながら、前述の特許文献１乃至３に記載の技術は、車両のドライバや歩行者に与えるグレアを低減するという観点でなされたものであり、歩行者に対するドライバの視認性の向上については考慮されていない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、明るさが変化する車両の走行環境において、歩行者等に対するドライバの視認性を向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の前照灯制御装置は、取得した車両前方の撮像画像の情報に基づいてドライバの視対象範囲の輝度である視対象輝度を推定する視対象輝度推定手段と、撮像画像の情報に基づいてドライバの順応輝度を推定する順応状態推定手段と、ドライバによる視対象範囲の認知が可能な認知限界輝度を少なくとも順応輝度に基づいて推定する認知限界推定手段と、視対象輝度が認知限界輝度の範囲を下回っているか否かを判定する視対象認知判定手段と、視対象輝度が認知限界輝度の範囲を下回っていた場合、視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように、車両に設けられている前照灯ユニットの配光を制御する配光制御手段と、を備える。

この態様によると、車両が走行する環境によって変化する視対象範囲の輝度が認知限界輝度の範囲を下回るような場合であっても、視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように前照灯ユニットの配光を制御することで、視対象である例えば歩行者に対するドライバの視認性を向上することができる。

配光制御手段は、順応輝度が低下した場合、その順応輝度の低下量を緩和するように前照灯ユニットの配光を制御してもよい。これにより、例えば、順応輝度が明るい場所から暗い場所へ車両が移動した場合であっても、ドライバの視認性の低下を抑制することができる。

配光制御手段は、順応輝度が増加した場合、その順応輝度の増加量に応じて視対象範囲の輝度を高めるように、前照灯ユニットの配光を制御してもよい。これにより、例えば、順応輝度が暗い場所から明るい場所へ車両が移動した場合であっても、ドライバの視認性の低下を抑制することができる。

順応状態推定手段は、車両前方の撮像画像のうち少なくとも主要走路範囲の情報に基づいて順応輝度を推定してもよい。ドライバの視界のうち目が順応しやすい主要走路範囲の輝度に基づいて順応輝度を推定することで、認知限界輝度の範囲を簡便に精度良く推定することができる。

順応状態推定手段は、撮像画像に高輝度光源が含まれている場合、その高輝度光源を含む領域の情報に基づいて順応輝度を推定してもよい。順応輝度は、ドライバの視界の中で特に明るい領域の影響を受けやすい。そこで、高輝度光源を含む領域の情報に基づいて順応輝度を推定することで、ドライバに違和感を与えずに視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように前照灯ユニットの配光を制御することができる。ここで、高輝度光源は、例えば、対向車のライト、道路照明、店舗照明等のような自発光光源である。

本発明の別の態様は、車両用前照灯装置である。この態様による車両用前照灯装置は、車両に設けられた前照灯ユニットと、前照灯ユニットによる光の照射を制御する上述の前照灯制御装置と、を備える。

本発明によれば、明るさが変化する車両の走行環境においても歩行者等に対するドライバの視認性を向上させることができる。

はじめに、本発明者が本願発明をなすに至った経緯について説明する。視認性を向上するために現在開発が進んでいるＡＦＳの一つの方式として、すれ違いビームをノーマルロービーム、市街地ビーム（タウンビーム）、高速道路走行用ビーム、悪天候走行用ビーム等のような複数のモードから走行環境に応じて選択することが可能な構成が検討されいている。

しかしながら、下記のような交通視環境においては、なお視認性に問題があると考えられる。例えば、市街地の交通事故多発地点の夜間交通視環境では、環境の明るさが急変している場合がある。このような場合では、走行路の前半の明るい区間で見えていた歩行者も後半の暗い区間で急に視認できなくなり、歩行者との交通事故発生リスクが高まると思われる。

また、視対象である歩行者の背面が道路照明等で明るい場合にはドライバから歩行者がよく見えるが、背景が暗い場合には歩行者が見づらくなる。このように交差点などで道路照明が存在する地点のみが見えたりする移動空間における視照明環境の変化は、同時に歩行者の視認性の変化につながり、ドライバによる不作為の事故の原因ともなりえる。また、通常のすれ違いビームを照射している対向車とすれ違う際には対向車のヘッドライトのグレアにより前方の障害物や歩行者が見づらくなる。

そこで照度センサや画像センサを使用して、視環境変化を計測し、そのデータに基づきヘッドライトの配光を制御し、視環境変化への対応を図ろうとすることも考えられるが、前述のセンサから取得された照度や画像データは必ずしもドライバの視機能を具体的に表すものではない。そのため、ドライバの視機能の観点から具体的に問題点が評価され、対応されるべきである。

ドライバの視機能は、視環境およびその変化状況により変化する。すなわち、視環境の明るさが変化すると順応輝度が変化し、視認できる範囲が変化する。また、順応輝度の変移には所定の時間を要する。したがって、本発明者は、下記の２項を考慮して照明制御がなされるべきである点を見いだした。ここで、順応輝度とは、例えば、眼が順応している面（領域）の輝度（平均輝度）としてとらえることができる。換言すると、視界の明るさに眼が慣れた状態で感じる輝度ということもできる。

（１）認知限界を考慮した制御
所定の順応輝度条件下において視認可能範囲（視対象の内容が判別できる上限輝度〜下限輝度）を視覚系のダイナミックレンジ（ＤＲ）と呼称することとし、ＤＲ＝上限輝度／下限輝度で定義する。その視環境内の視対象（歩行者、路上落下物など）の輝度がその順応輝度下におけるＤＲ以下であると推測される場合にはヘッドライトの前方照射光量を向上させ、視野前方の明るさを向上させる。

（２）順応特性（状態）を考慮した制御
順応輝度の変移は視環境の明るさ変化時（道路照明・店舗照明の有無、トンネルなど）および対向車とのすれ違い時に発生する。これらの順応輝度の変移はダイナミックレンジを変化させる。また、所定の順応輝度への変移には時間を要するため、その間、視機能が変化する。この順応変移による視機能の変化を保証するようにする必要がある。具体的には視環境が明るい空間から暗い空間へ車両が移動する際には、順応変移に必要な時間のときも照明性能を最適に制御する。また、対向車とすれ違う際には順応輝度が増加するが、その増加状態に対応して照明光量を制御する必要がある。このように、本発明者は、ヘッドライトのような前照灯ユニットは順応特性と認知限界の観点から制御されるとよい点に想到した。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、本実施の形態に係る車両用前照灯装置を適用した車両の外観を示す概略図である。図１に示すように、本実施の形態に係る車両１０は、前照灯装置１２と、前照灯装置１２による光の照射を制御する前照灯制御装置としての制御システム１４と、車両１０の走行状況を示す情報を検出してその検出信号を制御システム１４へ出力する各種センサと、車両前方を監視する前方監視カメラ１６と、ＧＰＳ衛星からの軌道信号を受信して制御システム１４へ出力するアンテナ１８と、を備える。

各種センサとしては、例えば、ステアリングホイール２０の操舵角を検出するステアリングセンサ２２と、車両１０の車速を検出する車速センサ２４と、車両１０の水平状態（レベリング）を検出するために前後の車軸のそれぞれの高さを検出する車高センサ２６（後部車軸のセンサのみ図示）と、自車両の周囲の照度を検出する照度センサ２７とが設けられており、これらのセンサ２２，２４，２６，２７が前述の制御システム１４に接続されている。

本発明に適用できる前照灯装置としては、照射する光の配光を視対象範囲の輝度や順応輝度の状況に応じて変化させることができる構成であれば特に限定されない。例えば、ハロゲンランプやガスディスチャージヘッドランプ、ＬＥＤを用いたヘッドランプを採用することができる。本実施の形態では、ランプをスイブルできる方式を例として説明する。

前照灯装置１２は、左右一対の前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌを有する。前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌは、内部構造が左右対称であるほかは互いに同じ構成であり、右側のランプハウジング内にロービーム用灯具ユニット２８Ｒおよびハイビーム用灯具ユニット３０Ｒが、左側のランプハウジング内にロービーム用灯具ユニット２８Ｌおよびハイビーム用灯具ユニット３０Ｌがそれぞれ配置されている。

制御システム１４は、入力された各種センサの各出力に基づいて車両の前部の左右にそれぞれ装備されたスイブル可能な前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌ、すなわち照射方向を左右上下方向に偏向制御してその配光特性を変化することが可能な前照灯装置１２を制御する。このようなスイブル可能な前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌとしては、例えば前照灯ユニット内に設けられているリフレクタやプロジェクタランプを水平方向に回動可能な構成として駆動モータ等の駆動力源によって回転駆動する回転駆動手段を備えたものがある。この種のＡＦＳによれば、自動車がカーブした道路を走行する際には、自動車の走行速度に対応してカーブ先の道路を照明することが可能になり、走行安全性を高める上で有効である。

（車両用前照灯装置）
次に、本実施の形態に係る車両用前照灯装置について説明する。図２は、本実施の形態に係る車両用前照灯装置１１０の概略構成を示すブロック図である。車両用前照灯装置１１０は、前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌと、前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌによる光の照射を制御する制御システム１４とを備える。そして、車両用前照灯装置１１０は、制御システム１４においてドライバの視環境に応じた配光制御条件を決定し、決定された配光制御条件に基づいて前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌによる光の照射を制御する。

そこで、本実施の形態に係る制御システム１４には、ドライバの視対象を含む車両前方の撮像画像を取得するための前方監視カメラ１６が接続されている。また、車両の走行状態を判断する際に参照される、操舵情報や車速を検出するためのステアリングセンサ２２や車速センサ２４、車高センサ２６、照度センサ２７が接続されている。

（制御システム）
制御システム１４は、前方監視カメラ１６で取得した車両前方の撮像画像の情報に基づいてドライバの視対象範囲の輝度である視対象輝度を推定する視対象輝度推定手段１１２と、撮像画像の情報に基づいてドライバの順応輝度を推定する順応状態推定手段１１４と、ドライバによる視対象範囲の認知が可能な認知限界輝度を少なくとも順応輝度に基づいて推定する認知限界推定手段１１６と、視対象輝度が認知限界輝度の範囲を下回っているか否かを判定する視対象認知判定手段１１８と、視対象輝度が認知限界輝度の範囲を下回っていた場合、視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように、車両に設けられている前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌの配光を制御する配光制御手段１２０と、を備える。

前方監視カメラ１６は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの画像センサであり、その画像データから運転に必要な道路線形情報、対向車・先行車の存在状況や位置の情報などを、必要であれば他のレーダセンサなどと協調して取得する。

視対象輝度推定手段１１２は、前方監視カメラ１６より取得したデータに基づく視野画像内を複数のブロックに分割し、その視対象の特徴からノイズ（例えば歩行者や障害物を確認する視対象範囲から高輝度区画線や車両ライト部）を除去し、そのブロック内の平均輝度や視対象の輝度を算出する。図３は、視野画像を複数の領域に分割した一例を示す図である。図３に示すように、視対象輝度推定手段１１２は、取得した視野画像のデータに基づき車両前方の主要走路範囲１２２、ドライバの視対象となる視対象範囲１２４、対向車が存在する可能性のある対向車範囲１２６、主要走路範囲１２２、視対象範囲１２４、対向車範囲１２６の両側の周辺範囲１２８、というようにその画像の特徴点を考慮して複数のブロックに分割することができる。なお、走路形状（上下左右カーブ）によってはブロック位置を修正する必要がある。その場合には不図示のブロック位置変更手段からの指示によりブロック位置を変更する。

次に、このように求めたブロックの画像データに基づいて、例えば、視対象範囲の輝度を求める。画像データの輝度への変換は、露光条件（撮像条件）下における画像濃度と視対象範囲の輝度との関係を求めておけば、露光条件を勘案して求めることができる。図４は、視対象輝度と画像濃度Ｄとの関係を示すグラフの一例を示す図である。

認知限界推定手段１１６は、視対象輝度推定手段１１２から求めた視対象輝度と後述する順応状態推定手段１１４から求められた順応輝度のデータを基にドライバの認知限界輝度を推定する。認知限界輝度に関しては多くの研究例があるが、ここでは照明工学p.225に記載のグラフを用いて説明する。図５は、種々の順応輝度条件下における視対象輝度の明るさ感を示すグラフである。

図５に示すグラフは、その視環境の明るさ（順応輝度）の中で所定輝度の視対象物がどの程度の明るさ感で見えるかを示した図である。視対象輝度が高くなりすぎると眩しさにより視対象の正確な認知はできなくなる。一方、低くなりすぎても確認できなくなる。認知限界は上限と下限があり、上限は輝く光の面と白の中間であり、下限は暗い灰色と黒の中間である。

この各明るさ感のグラフを順応輝度（Ｌ_ａｄｐ）と視対象物輝度（Ｌ_ｏｂ）とで関数化すると、所定の明るさ感の関数は式（１）のように示される。

ここでＡ、Ｂは切片の係数と定数である。

また、明るさ感指数をｘとして、グラフを解析幾何で２次、４次の多項式に当てはめると下記式（２）、式（３）のようになる。

また更に認知限界輝度の上限と下限をダイナミックＤＲと定義すれば所定順応輝度のＤＲは下記式（４）で定義される。

ここで、ＤＲ＝上限輝度／下限輝度であるから、式（1）〜（４）を用いることで、所定順応輝度における認知上限輝度と下限輝度を求めることができる。なお、上述の認知限界輝度の上限と下限とを求める方法はあくまでも例示であり、被験者を用いた実験や理論的な方法、過去のデータなどによってこれらの値を求めてよいのはいうまでもない。例えば、下限輝度のみであればBlackwell（1949）やSchmiidt-Clausen（1975）のデータを活用してもよい。

視対象認知判定手段１１８は、視対象輝度推定手段１１２により求めた視対象範囲の平均輝度と認知限界推定手段１１６で求めた下限輝度とを比較し、視対象範囲に存在する歩行者などの視認可否を判定する。その際、例えば、対向車範囲に対向車が存在すれば対向車のライトによるグレアを考慮する。そして、視対象認知判定手段１１８は遠方に存在する視対象の視認可否の判定結果を配光制御手段１２０に出力する。

順応状態推定手段１１４は、視対象輝度推定手段１１２からのデータを基に以下の観点からドライバの順応輝度と順応状態を推定する。
（１）対向車のグレアや視環境の明るさにより順応輝度を求める。またそれらの変化により、順応輝度が増加状態なのであるか否かを考慮する。
（２）また、（１）の場合と逆で順応輝度が低下する環境にあり、グレアや道路照明のない状態へ戻る回復状態なのか否かを考慮する。
（３）上記（１）、（２）の各順応状態を求めるとともにその時点における順応輝度を求める。

具体的に順応状態を考慮して配光を制御しなければならないケースを以下に述べる。一般に順応輝度は図３に示す主要走路範囲１２２の平均輝度とすることが適当である。これにより、ドライバの視界のうち目が順応しやすく平均輝度も算出しやすい主要走路範囲１２２の輝度に基づいて順応輝度を推定することで、認知限界輝度の範囲を簡便に精度良く推定することができる。しかし、周辺範囲１２８に明るい道路照明１３０や前方にグレアを生じさせる対向車両のような高輝度光源が存在する場合には、その影響を考慮して後に記述する光幕輝度ＶＧ（Veiling Glare）を主要走路範囲１２２の平均輝度に加算する。なお、詳細は記述しないが、視対象範囲１２４の平均輝度を順応輝度としてもよい。

次に順応状態の変化が視認性に与える影響であるが、この影響については視環境の明るさが変化するケースと対向車からのグレアが存在する２つのケースで説明する。

（視環境の明るさ変化により順応輝度が変化する場合）
主要走路範囲・周辺範囲などの環境輝度（順応輝度）がそれ以前の状態より低下する際にはドライバの前方視認能力は低下する。このようなケースは、例えば照明により明るく照らされた交差点を車両が通過して照明のない方向へ走行する際に生じえるが、このような場合、ドライバの瞳孔径は変化せず、それまでの順応状態をすぐにより低い輝度に適応（感度向上）させているとは考えられない。すなわち、より暗い視環境に順応するためには時間を要する。そこで、本実施の形態に係る車両用前照灯装置１１０は、この所定時間（順応回復時間）前方を明るく照明することで、視対象としての歩行者や障害物の視認性を向上させることが可能となる。

（対向車からのグレアにより順応輝度が変化する場合）
対向車とすれ違う際には対向車のグレアにより順応輝度が増加し、低輝度の視対象が見えにくくなる。このようなケースでは前方照射光量を増加させる必要がある。なお、グレアによる順応輝度の増加量は式（５）の光幕輝度ＶＧで定義される。

式（５）において、θは対向車とドライバ視線のなす角度（単位；°）、Ｄは車間距離、Ｉはグレアを生じさせる光源の光度（照度）であり、ＶＧは視野内に存在している複数のヘッドランプについて加算したものである。

図６は、自車両と対向車とのすれ違い前後におけるＶＧ値の変化を示すグラフである。図６に示すように、対向車が自車両から遠方に存在する場合にはＶＧ値は低いが、対向車が接近するにしたがい増加し、自車両より数十ｍ前方で最大になる。そして対向車が真横（すれ違い時）に来た際には急激に低下し、路面の明るさによるＶＧ値のみとなる。

しかし、ドライバの順応状態はすぐに路面の明るさに応じて変化するのではなく、図中の点線のように路面の明るさに応じた順応状態に戻るまでには時間を要する。したがって、本実施の形態に係る車両用前照灯装置１１０は、対向車とのすれ違い時には、対向車が前方に存在してからすれ違った後までの所定時間、そのグレアの増加とグレアに応じた順応状態から路面の明るさに応じた順応状態への回復とを考慮して前方を明るく照明することで、視対象としての歩行者や障害物の視認性を向上させることが可能となる。

この際、路面の明るさに応じた順応状態への回復にどの程度の時間を要するかを実験やシミュレーションを行って決定しておくとよい。その参考として、例えば、非特許文献２に記載の井上らの論文で研究結果が報告されている。

図７は、視野の輝度を高輝度から低輝度に変移させた場合の経過時間と対比感度の回復率の関係を示したグラフである。図７に示すグラフにおいて、回復率ｒをパラメータとし、ｙ＝ｌｏｇ（Ｌ２／Ｌ１）、ｘ＝ｌｏｇ（経過時間Ｔ）とすれば、ｘとｙの間の一般式（６）は下記となる。

式（６）の係数ａ、ｂについて、解析幾何手法を用いてこれらの値を求める。係数ａはｒによらずほぼ一定でａ＝−２．４２３となる。定数ｂはｒにより変化し、回復率０．２以上ではほぼ１次線形である。この回帰式を求めると式（７）となる。

式（６）に式（７）を代入すれば式（６）は最終的に次式（８）となる。ただし、Ｔは０．２以上である。

実際の応用面においては、式（８）に視環境の明るさ変化や対向車グレアによる順応輝度変化であるＬ１、Ｌ２、そして回復率（一般に０．７〜０．８）を代入すれば、回復時間が求まる。具体例を下記に示す。
（１）視環境の明るさ変化による順応回復の場合；所定時間前の路面や視対象範囲の平均輝度を初期順応輝度Ｌ１、所定時間後の同一箇所の平均輝度をＬ２とし、回復率を７０％などとすれば回復時間Ｔは求まる。
（２）グレア回復の場合；ピーク時のＶＧをＬ１とし、グレア無しの時のＶＧをＬ２として回復時間Ｔは（１）と同様に求まる。

これにより、上記のように順応状態｛順応輝度、順応過渡現象（順応回復）｝に対応させて照射光量を調整することができる。

次に、配光制御手段１２０について説明する。配光制御手段１２０は、視対象輝度推定手段１１２、順応状態推定手段１１４、認知限界推定手段１１６、視対象認知判定手段１１８からの情報に基づき、照射範囲、照射光量を制御する。図８は、視野と配光制御範囲を模式的に示した図である。

図８に示すように、主要走路範囲は、例えば自車線で１０〜４０ｍ程度前方より手前（水平方向Ｈに対して−１°〜−４°）の範囲で、対向車や外光が存在しない場合には、この範囲の平均輝度を順応輝度とする。この範囲に対する配光の制御は雨天以外には行わない。また、遠方路面は、自車線で２０ｍ以上前方の路面（水平方向Ｈに対して０°〜−２°）であって、視対象範囲であり、歩行者や障害物の存在を確認する上で重要な領域となる。本実施の形態では主にこの範囲に対する配光を制御する。また、グレアゾーンは、水平方向Ｈより上方の領域であり、この領域では、歩行者や対向車の存在状況に応じてグレアを過度に与えない範囲で配光が制御される。

次に具体的な配光の制御方法について説明する。なお、配光の制御方法は、前照灯ユニットの構成により様々であるが、視対象輝度が認知限界輝度の範囲を下回っていた場合、視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように制御できれば特に限定はされない。例えば、ヘッドランプがＬＥＤランプの場合、図８に示す遠方路面を左右２分割、グレアゾーンを８分割などとして照射光量を制御してもよいし、またグレアゾーンを設けない場合には遠方路面の範囲の配光を上下に制御してもよい。また、ヘッドランプがＧＤＨＬ（Gas Discharge Head Lamp）の場合、シェードを左右分割のロータリーシェード（ASV方式：Advanced Safety Vehicle）として、カットオフを上下させて配光を制御してもよい。また、追加ランプを点灯するなどの方法で配光を制御してもよい。

（配光制御のフローチャート）
図９は、本実施の形態に係る配光制御のフローチャートを示す図である。所定のタイミングや所定の条件が満たされるとこの制御が開始される。この制御が開始されると、はじめに、車速やステアリングの操舵データなどヘッドライトのスイブル制御に必要な車両データや、照度センサからの照度データやワイパ操作状態を示すデータなど車両が走行する環境を推定するために必要な環境データを取得する（Ｓ１０）。照度データを視環境の種々の範囲の輝度を決定する際の参考データとして用いることで、環境輝度を算出する際の精度が向上する。また、ワイパ操作状態を示すデータは、天候状態の推定に使用される。

次に、視環境データ取得手段（ＣＣＤ、ＣＭＯＳカメラ；単眼、ステレオ）として機能する前方監視カメラ１６により画像データ、撮影条件（絞り、フレームレート、シャッタ速度）を取得する（Ｓ１２）。さらに、前方監視カメラ１６は、得られた画像データについてエッジ処理などを実施することにより区画線、歩行者、対向車を検出する（Ｓ１４）。その際にはミリ波レーダのデータなども活用すれば検出精度が向上する。

次に、前方監視カメラ１６により取得された画像データと撮影条件より視対象ブロック（範囲）内の平均輝度やグレア光度を視対象輝度推定手段１１２により推定する（Ｓ１６）。なお、道路が曲路（上下、左右）の場合には視対象ブロックの位置を変更する必要がある。前方監視カメラ１６による区画線データあるいはＧＰＳを用いたナビゲーションデータにより走路が曲路と判定された場合には、ブロック位置変更手段により視対象、路面、周辺、対向車の各ブロック位置を画面内で変更する。

なお、本実施の形態に係る配光制御において重要なパラメータの一つである視対象輝度は、視対象の存在範囲内の平均輝度を算出したものであって、実際に画像に撮像されている歩行者などの輝度を計測したものではない。これは、歩行者などの輝度は着衣の反射率により変化するからである。そして、視対象範囲の中のノイズを除き、その平均輝度に所定の係数を掛けて視対象輝度が決定される。これは５％反射率などの暗い衣類に統一するためである。また、路面については明るい区画線を除き、平均輝度を求める。周辺範囲についてはノイズ光源部分を除き、平均輝度を算出する。なお、対向車によるグレアは輝度が高く、通常のダイナミックレンジ（ＣＣＤカメラでは50倍程度）のカメラでは露光オーバーとなっているケースが多い。そのようなカメラを用いる場合には対向車との車間距離と配光規格よりＶＧの値を算出する。

次に、視対象輝度推定手段１１２で得られた路面や視対象範囲の平均輝度、対向車グレアの光幕輝度などを基に順応状態推定手段１１４により順応輝度、順応状態、順応回復時間などを算出する（Ｓ１８）。順応輝度は、主要走路範囲の平均輝度に式（５）の光幕輝度ＶＧを加算した値である。順応状態は、所定時間前の順応輝度と比較して、増加状態、ピーク状態、ピーク状態後の回復状態のいずれであるかが判定される。なお、増加状態は、対向車が接近してくる状況若しくは明るい市街地に進入する状況である。ピーク状態は、一般に対向車が数十ｍ前方に存在している状況である。回復状態は、ピーク状態以降から始まる、また、明るい中心街から暗い市街地や郊外に移動する状況である。回復時間Ｔは、式（８）に所定時間前の順応輝度Ｌ１（ピーク時）と現時点の順応輝度Ｌ２、回復率ｒ（例えば０．８）を代入することで求められる。

また、認知限界推定手段１１６において認知下限輝度が算出される（Ｓ２０）。認知下限輝度は、式（２）〜式（３）のｘ（明るさ感指数）に例えば１．５（黒と真っ黒の中間）を代入して係数Ａ，Ｂを求め、更に順応輝度にピーク時からの経過時間に対する回復率を考慮した順応輝度Ｌ_ａｄｐを求め、この順応輝度Ｌ_ａｄｐを式（１）に代入することで算出される。なお、走路視野に店舗照明などのノイズ光源、車両や路面表示が存在する場合には、視対象輝度推定手段１１２で算出される路面や視対象範囲の平均輝度、対向車グレアの光幕輝度、そして順応状態推定手段１１４により算出される順応輝度はばらつく場合がある。そのため、それらのデータは所定時間の移動平均で算出するとよい。これにより、算出される各値のばらつきが抑えられる。

配光制御手段１２０は、視対象輝度推定手段１１２および順応状態推定手段１１４により算出される視対象範囲の平均輝度と認知限界輝度を比較し、視対象輝度が認知下限輝度を下回っている場合には、視対象範囲への照明の不足光量を計算し、配光制御内容を決定する（Ｓ２２）。決定されるべき配光制御内容はヘッドランプの構成にもよるが、例えば、視対象範囲や対向車・先行車範囲の所定ゾーンの光量をアップする、照射範囲ゾーンの拡大、あるいは上下カットオフ量の制御などである。配光制御手段１２０は、この制御内容を示す情報を前照灯装置１２に伝送し、前照灯装置１２はその制御内容に対応して光源・光学部品を制御する。

このように、車両が走行する環境によって変化する視対象範囲の輝度が認知限界輝度の範囲を下回るような場合であっても、視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌの配光を制御することで、視対象である例えば歩行者に対するドライバの視認性を向上することができる。

また、配光制御手段は１２０、順応輝度がそれ以前の状態より低下した場合、その順応輝度の低下量を緩和するように前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌの配光を制御する。これにより、例えば、照明により明るく照らされた交差点のような順応輝度が明るい場所を車両が通過し、照明のない順応輝度が暗い場所へ車両が移動した場合であっても、ドライバの視認性の低下を抑制することができる。

また、配光制御手段１２０は、順応輝度がそれ以前の状態より増加した場合、その順応輝度の増加量に応じて視対象範囲の輝度を高めるように、前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌの配光を制御する。これにより、例えば、順応輝度が暗い場所を走行中に対向車によるグレアにより順応輝度が明るくなる場所へ車両が移動している場合であっても、ドライバの視認性の低下を抑制することができる。

また、順応状態推定手段１１４は、撮像画像に高輝度光源である例えばヘッドランプを点灯している対向車が含まれている場合、その対向車からのグレアの影響を考慮した光幕輝度ＶＧの情報に基づいて順応輝度を推定する。順応輝度は、ドライバの視界の中で特に明るい領域の影響を受けやすい。そこで、対向車のグレアや道路照明などの高輝度光源を含む領域の情報に基づいて順応輝度を推定することで、ドライバに違和感を与えずに視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌの配光を制御することができる。

次に、上述の配光制御を実際の走行環境に当てはめて説明する。具体的には、市街地中心街（繁華街）〜市街地商業地域〜郊外住宅地域というような実際の交通場面を想定して本実施の形態に係る配光制御を説明する。

（１）市街地中心街（繁華街）
市街地中心街では道路照明、店舗照明、広告サインが多く、周辺範囲は基より視対象範囲、主要走路範囲とも平均輝度（順応輝度）は高い。このような場所ではヘッドライトの照明効果はほとんどなく、むしろヘッドライトグレアが歩行者などの視認の障害となる。このような場所でのヘッドライト配光はＡＦＳのタウンビームレベルの暗いビーム（自車の存在はできる）でよい。

（２）市街地商業地域
この地域は中心街に比べ、周辺範囲、視対象範囲、主要走路範囲とも平均輝度は中心街に比べ低いが、走行速度は高く、交通量は中心街とほぼ同じである。しかし、商業地域の外れでは店舗照明や道路照明も少なくなり周辺範囲や視対象範囲、主要走路範囲の平均輝度は更に低下する。このような地域では通常のロービームレベルでよいが、この地域の外れでは道路照明は交差点付近のみであり、交差点通過後には視対象範囲が特に暗くなるので対向車の存在状況に応じて、例えば図３に示す視対象範囲１２４を明るくするように制御するとよい。

（３）郊外住宅地域
この地域では交通量はやや少なくなる。しかし、住宅地域ゆえに歩行者や小動物などの視対象物は多く存在する。このような地域では視対象範囲を通常のロービームより更に明るく照明するように、前照灯装置１２におけるランプの光量を制御するとよい。

以上は明るい視環境から暗い視環境への移動例であり、主要走路範囲の平均輝度を順応輝度と考え、その順応輝度下の認知下限輝度と視対象範囲の平均輝度を比較し、対向車のグレアを考慮して配光を変化させている。一方、反対に暗い郊外から明るい中心街への移動では視対象範囲および周辺範囲の平均輝度が大きく変化する。またこのようなケースは道路照明付き交差点に接近する際にも生じる。

このようなケースでは、本実施の形態には特に説明しなかったが、ダイナミックレンジの認知上限輝度を活用して、配光を変化させてもよい。すなわち、式（１）〜式（４）のダイナミックレンジの順応輝度Ｌ_ａｄｐに路面平均輝度を用い、明るさ感指数ｘに例えば３（灰色）を代入し、ダイナミックレンジＤＲを求めれば、認知上限輝度が求まる。この認知上限輝度に対して視認範囲の平均輝度が明るければ、進行方向先で視対象範囲の輝度が暗くなるように配光を制御してもよい。このような認知限界上限輝度を活用する照明方式はトンネルの出口照明にも活用できる。

本実施の形態に係る前照灯制御装置としての制御システム１４およびそれを備えた車両用前照灯装置１１０によれば、特に夜間の交通視環境（照明状況、対向車状況）に応じて詳細な配光制御が可能となり、交通事故防止に貢献できる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

本実施の形態に係る車両用前照灯装置を適用した車両の外観を示す概略図である。 本実施の形態に係る車両用前照灯装置の概略構成を示すブロック図である。 視野画像を複数の領域に分割した一例を示す図である。 視対象輝度と画像濃度Ｄとの関係を示すグラフの一例を示す図である。 種々の順応輝度条件下における視対象輝度の明るさ感を示すグラフである。 自車両と対向車とのすれ違い前後におけるＶＧ値の変化を示すグラフである。 視野の輝度を高輝度から低輝度に変移させた場合の経過時間と対比感度の回復率の関係を示したグラフである。 視野と配光制御範囲を模式的に示した図である。 本実施の形態に係る配光制御のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１０ 車両、 １２ 前照灯装置、 １２Ｒ 前照灯ユニット、 １２Ｌ 前照灯ユニット、 １４ 制御システム、 １６ 前方監視カメラ、 １８ アンテナ、 ２０ ステアリングホイール、 ２２ ステアリングセンサ、 ２４ 車速センサ、 ２６ 車高センサ、 ２７ 照度センサ、 １１０ 車両用前照灯装置、 １１２ 視対象輝度推定手段、 １１４ 順応状態推定手段、 １１６ 認知限界推定手段、 １１８ 視対象認知判定手段、 １２０ 配光制御手段、 １２２ 主要走路範囲、 １２４ 視対象範囲、 １２６ 対向車範囲、 １２８ 周辺範囲、 １３０ 道路照明。

Claims (6)

1. 取得した車両前方の撮像画像の情報に基づいてドライバの視対象範囲の輝度である視対象輝度を推定する視対象輝度推定手段と、
   前記撮像画像の情報に基づいてドライバの順応輝度を推定する順応状態推定手段と、
   ドライバによる視対象範囲の認知が可能な認知限界輝度を少なくとも前記順応輝度に基づいて推定する認知限界推定手段と、
   前記視対象輝度が前記認知限界輝度の範囲を下回っているか否かを判定する視対象認知判定手段と、
   前記視対象輝度が前記認知限界輝度の範囲を下回っていた場合、前記視対象輝度が前記認知限界輝度の範囲に含まれるように、車両に設けられている前照灯ユニットの配光を制御する配光制御手段と、
   を備える前照灯制御装置。
2. 前記配光制御手段は、前記順応輝度が低下した場合、該順応輝度の低下量を緩和するように前記前照灯ユニットの配光を制御することを特徴とする請求項１に記載の前照灯制御装置。
3. 前記配光制御手段は、前記順応輝度が増加した場合、該順応輝度の増加量に応じて前記視対象範囲の輝度を高めるように、前記前照灯ユニットの配光を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の前照灯制御装置。
4. 前記順応状態推定手段は、車両前方の撮像画像のうち少なくとも主要走路範囲の情報に基づいて前記順応輝度を推定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の前照灯制御装置。
5. 前記順応状態推定手段は、前記撮像画像に高輝度光源が含まれている場合、該高輝度光源を含む領域の情報に基づいて前記順応輝度を推定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の前照灯制御装置。
6. 車両に設けられた前照灯ユニットと、
   前記前照灯ユニットによる光の照射を制御する請求項１乃至５のいずれかに記載の前照灯制御装置と、
   を備える車両用前照灯装置。

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