JP2010183152A - 車両用光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像範囲内に複数の通信用光源が含まれる場合であっても、受信者の所望する通信信号のみを迅速に取得することのできる車両用光通信装置を提供する。
【解決手段】 通信用光源を検出する光源検出部１４は、光源座標検出部２０と通信用光源設定部２１を備える。光源座標検出部２０は、撮像部１２で得られた撮像画像を解析して、可視光源の座標情報を出力する。通信用光源設定部２１は、可視光源が複数検出された場合には、そのうち自車両に最も近接する光源を通信用光源として設定する。受光部１５では、座標情報に基づき、通信用光源を基準とする一定領域からの光を受光する。通信信号検出部１７は、受光部からの信号に基づき、通信用光源からの可視光に重畳された通信信号を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交通信号機や他車両からの光通信信号を受信する車両用光通信装置に関する。

道路交通の安全性を向上させる上で、渋滞や工事中といった交通情報を運転手に迅速に伝達することが重要である。そこで、信号機の交通整理信号や前方を走行する他車両のブレーキランプ等の可視光域の光源に通信信号を重畳させ、交通情報のメッセージを車両に送信することが検討されている。当該車両では、受信した光信号から通信信号を抽出し、これを復号化してメッセージを取得する。

このような光通信の例として、特許文献１では、ヘッドランプやバックランプ等の光源に通信信号を重畳して光信号を送信し、視界確認用のカメラにおいて光信号を受信することで、車両間で可視光通信を行う光通信装置が開示されている。

また、特許文献２には、通信用光源の位置を検出するための低フレームレートの撮像素子と、可視光通信用の高フレームレートの受光素子とを組み合わせ、撮像素子を用いて通信用光源の位置を判別し、当該通信用光源からの信号光を高フレームレートの受光素子で受信することで、メッセージを高速で受信する可視光通信装置が開示されている。さらに、特許文献２の通信装置では、各通信用光源からの信号光を拡散符号とすることで、複数の通信用光源が検出された場合に、受信者が選択した通信用光源からの信号のみを復元するようにしている。
特許第３９９７４０３号公報 特開２００７―２７４０５２号公報

特許文献１の通信装置では、受光素子として低フレームレートのカメラが用いられるために通信速度が低くなってしまうことから、交通情報等の取得といった迅速性が要求される場面に適用するのは望ましくない。さらに、撮像範囲内に複数の通信用光源が含まれる場合には、所望の通信信号を抽出することが困難となる問題も生じる。

特許文献２記載の光通信装置は、受信者が自ら受信すべき通信用光源を選択する必要がある。走行中の車両で交通情報を受信する場合、信号機や他車両の状況が絶えず変化することから、メッセージを受信すべき通信用光源を頻繁に選択する必要があるところ、運転中の受信者が通信用光源を選択し、所望の交通情報を迅速に取得することは困難である。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、可視光での光通信の通信速度を向上させるとともに、撮像範囲内に複数の通信用光源が含まれる場合であっても、受信者の所望する通信信号のみを迅速に取得することのできる車両用光通信装置を提供することにある。

本発明の車両用光通信装置は、被写体を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された撮像画像から光通信信号を発する信号送信光源を検出し、前記撮像画像上の位置座標情報として出力する光源座標検出部と、前記撮像画像上に前記信号送信光源が複数検出された場合に、前記車両に最も近接する前記信号送信光源を通信用光源として設定する通信用光源設定部と、前記位置座標情報に基づいて前記通信用光源からの光通信信号を受信し、通信信号として出力する受信部とを備えた構成を有する。

走行中の車両で交通情報を受信する場合には、受信すべき交通情報は自車両から最も近い通信用光源から発せられる場合が多い。この構成により、自車両から最も近い通信用光源が自動的に設定されるから、受信者は、通信用光源の選択という煩わしい操作をすることなく、所望の交通情報を迅速に取得することが可能となる。

本発明の車両用光通信装置において、前記受信部は、前記光通信信号を受光する受光部と、前記通信用光源の位置座標を基準とした一定領域に対応する光通信信号を受光するように、前記受光部を駆動制御する駆動制御部とを備えた構成を有する。

この構成により、受信部を構成する受光素子の一部のみが駆動されるので、受信部において光通信信号を高速で取得することができる。このため、フレームレートの低いＣＭＯＳセンサを受光部に用いた場合であっても、光通信信号を受信することが可能となり、装置を安価に構成することができる。

また、本発明の車両用光通信装置は、前フレームの前記撮像画像の解析で得られた前記通信用光源の前記位置座標情報に基づき、前記位置座標情報を一定時間ごとに更新する通信用光源追跡部を備えた構成を有する。

この構成により、車両の移動に伴って通信用光源の位置が変化する場合であっても、通信信号を確実に取得することができる。

本発明の車両用光通信装置において、前記通信用光源追跡部による前記通信用光源の更新が行われる間は、前記通信用光源設定部による前記通信用光源の設定が行われない。

この構成により、いったん設定された通信用光源の位置を追跡して光通信信号を受信し続けるため、通信用光源を設定する処理を省略することができ、処理の効率化を図ることができる。

本発明の車両用光通信装置は、前記通信信号が検出されない場合には、前記通信用光源設定部に対し通信用光源の再設定を指示する検出移行判定部を備えた構成を有する。

この構成により、通信用光源が受光素子による受光範囲外に達した場合であっても、受信者の操作を介することなく通信信号を取得することができる。

本発明の車両用光通信装置は、受信部で得られた通信信号を復号化して、通信メッセージを出力する復号処理部を備えた構成を有する。

この構成により、車両側において復号装置を設けることなく、通信メッセージを得ることができる。

本発明の車両用光通信装置において、撮像画像、通信信号及び通信メッセージの少なくとも１つが、外部情報機器へ出力される。

この構成により、車両に設置されたモニタにメッセージを表示し、あるいはスピーカを介してメッセージを音声出力することができる。

本発明の別の態様としての車両用光通信方法は、被写体を撮像して得られた撮像画像から、光通信信号を発する信号送信光源を検出し、前記信号送信光源の前記撮像画像上の位置座標情報を算出し、前記撮像画像上に前記信号送信光源が複数検出された場合に、車両に最も近接する前記信号送信光源を通信用光源として設定し、前記位置座標情報に基づいて前記通信用光源のみからの光通信信号を受信し、通信信号として出力することを特徴とする。この態様によっても上記の本発明の利点が好適に得られる。

上記のように、本発明は、撮像で得られた画像上に信号送信用の光源が複数含まれる場合に、自車両に最も近接する信号送信光源を通信用光源として設定し、この通信用光源の光通信信号を受信するようにしたので、通信速度の高い可視光通信が可能となるとともに、通信用光源の選択という煩わしい操作をすることなく所望の交通情報を迅速に取得できる車載用光通信装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の車両用光通信装置について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用光通信装置１０のブロック図である。車両用光通信装置１０は図示しない車両に搭載されており、車両内に設置された図示しない電子制御ユニット（Electrical Control Unit）を介して、車両内に設置された車両表示部１１に電気的に接続される。

車両用光通信装置１０は、車両周辺の画像を撮影する撮像部１２と、撮像部１２に接続された画像制御部１３と，撮像で得られた画像を解析して光通信用光源の検出を行う光源検出部１４と，前記光通信用光源を含む一定範囲の画像を撮像し、画像信号として出力する受光部１５と、受光部１５の駆動制御を行う駆動制御部１６と、受光部１５からの画像信号より、光通信用光源からの光に重畳された通信信号を抽出する通信信号検出部１７と、受信すべき光通信用光源を変更するか否かを判定する検出移行判定部１８とを備える。

撮像部１２は、レンズ等の光学系と、光学系を通して得られた被写体からの光を電気信号に変換する撮像素子を備える。撮像素子は、例えば３０フレーム／秒のＣＣＤまたはＣＭＯＳであり、例えば車両の前部に取り付けられ、車両の前方の画像を撮影して画像データを画像制御部１３に出力する。画像制御部１３では、撮像部１２からの画像データを車両表示部１１に出力するとともに、後述する光通信用光源の検出を行う場合には、光源検出部１４にも出力する。

光源検出部１４は、受信すべきメッセージ信号を発する光通信用光源を検出するものであり、光源座標検出部２０と、通信用光源選択部２１と、通信用光源追跡部２２の機能ブロックを含む。

光源座標検出部２０は、画像制御部１３から入力された画像データに対し、例えばパターンマッチングの方法により、交通信号機、交通電光掲示板、他車両のブレーキランプといった道路交通に関する可視光源（以下、「道路交通光源」という。）の、撮像画像上の座標を検出する。これらの道路交通光源から発せられる可視光には、渋滞や事故といった交通情報の信号（以下、「交通情報信号」という。）が、例えばパルス幅変調やパルスコード変調の方式により重畳されている。

ここで、可視光に重畳される交通情報信号のパルスレートは、撮像部１２で用いられる撮像素子のフレームレートよりも十分高いことが好ましい。これにより、交通情報信号の重畳により、道路交通光源からの可視光が点滅していたとしても、交通信号が重畳された道路交通光源を確実に検出することができる。なお、撮像素子として高フレームレートのものを用いる場合には、連続する複数フレームの画像を解析することで、道路交通光源を検出することができる。

通信用光源設定部２１は、光源座標検出部２０によって複数の道路交通光源が検出されたか否か（すなわち、撮像画像内に複数の道路交通光源が含まれているか否か）を判定する。撮像画像内に複数の道路交通光源が含まれる場合には、最も撮像部に近い（すなわち、最も自車両に近い）道路交通光源を判定し、その座標を優先的に検出する。

例えば、図２（ａ）で示すように、道路交通光源として複数の信号送信機３１，３２を含む画像３０が画像制御部１３から入力された場合に、検出された複数の信号送信機３１，３２の画像から、自車両に近い方の信号送信機３１を受信すべき道路交通光源（以下、「通信用光源」とする。）として設定する。

自車両から近接した道路交通光源を検出する方法としては、例えば道路交通光源の撮像画像上に占める面積、道路交通光源の輝度に基づき検出することができる。また、信号送信機、交通電光掲示板、他車両のブレーキランプといった異なるタイプの道路交通光源が複数検出された場合には、道路交通光源の種類に対する、基準距離における画像上の面積及び輝度に関するテーブルを設けておき、検出された道路交通光源の面積及び／または輝度との比率より、道路交通光源の距離を算出することができる。

通信用光源追跡部２２は、通信用光源選択部２１において通信用光源が設定された場合に、画像制御部１３から入力される次フレームの画像において、当該通信用光源の座標を検出する。具体的な検出方法としては、例えば、光源座標検出部２０で検出された道路交通光源の座標のうち、前フレームの画像解析により既に検出された通信用光源の座標に最も近いものを、通信用光源の新座標として設定する。

通信用光源追跡部２２における通信用光源の検出の別の例として、画像制御部１３から入力された画像のうち、前フレームの画像解析で得られた通信用光源の座標を中心とした一定領域のみに対してパターンマッチング等による画像解析を行い、検出された道路交通光源を受信光源として設定することも可能である。連続する２フレームの画像においては、道路交通光源の変位量は小さい場合が多いため、一定領域の画像について画像解析を行うことで、画像解析の処理時間を短縮することができる。

また、撮像部１２で用いられる撮像素子として、低フレームレートのものが用いられる場合には、通信用光源からの可視光に通信信号が重畳されている場合であっても、撮像部１２からの連続する複数フレームの画像においては、通信用光源は点滅状態ではなく点灯状態の光源として検出される。このため、通信用光源追跡部２２において通信用光源を確実に検出することができる。

受光部１５は、レンズ等の光学系と、通信用光源からの可視光を受光する受光素子から構成され、通信用光源からの可視光を光電変換して、電気的な画像信号として通信信号検出部１７へ出力する。受光部１５の受光素子としては、一部の画素からの信号読み出しが可能なＣＭＯＳセンサが好ましく用いられる。また、受光部１５における受光範囲は、撮像部１２を構成する撮像素子の撮像範囲と同一になるように、その光学系が調整される。

駆動制御部１６は、光源検出部１４から入力された光源座標を中心とする一定領域のみの可視光を受光できるように、受光部１５を構成する受光素子を部分動作させる。例えば、信号送信機３１（図２（ａ）参照）を通信用光源として設定した場合には、図２（ｂ）に示すように、受光部１５における受光範囲４０のうち、信号送信機３１の座標を中心とした一定領域４１に対応する画素のみを駆動するよう、受光素子を制御する。

これにより、受光部１５による受光範囲に複数の光源が含まれる場合であっても、通信用光源からの可視光のみを選択的に受信することができる。また、受光部１５では受光素子の部分駆動により、画像信号を高速で読み出すことが可能であるから、受光素子として、フレームレートの低いＣＭＯＳセンサを用いた場合であっても、通信用光源からの高パルスレートの通信信号を受信することが可能となる。

通信信号検出部１７は、受光部１５から入力された画像信号に基づき通信信号を検出する。受光部１５からの画像信号の輝度情報は、通信用光源からのパルスデータと対応することから、通信信号検出部１７では、受光部からの画像信号の大小に基づき、通信用光源からの通信信号を検出することができる。

検出移行判定部１８は、通信信号検出部１７から入力される通信信号に基づき、通信対象である通信用光源を変更するか否かを判定する。検出移行判定部１８は、通信信号検出部１７からの通信信号に異常を検出した場合には、通信用光源を変更する必要があると判定し、光源検出部１４に変更指示信号を出力して通信用光源の変更を指示する。

ここで、通信信号に異常が検出される場合とは、例えば、通信用光源が受光部１５の受光範囲外に移動したために通信信号が全く入力されない場合、通信用光源に通信信号が重畳されておらず、検出される通信信号のレベルが常に一定である場合が挙げられる。なお、検出移行判定部１８は、通信信号に異常が検出された場合以外にも、光通信装置のユーザからの外部操作に応答して、通信対象の変更を指示するようにしてもよい。

光源検出部１４は、検出移行判定部１８より変更指示信号が入力された場合に、通信用光源設定部２１による通信用光源の選択を行う。一方、検出移行判定部１８より通信用光源の変更が指示されない場合は、既に得られている光源座標に基づき、通信用光源追跡部２２を駆動して通信用光源の座標を検出する。

通信信号検出部１７において検出された通信信号は、車両に設けられた電子制御ユニットにおいて復号化される。車両表示部１１は、復号化により得られたメッセージ情報を表示する。

上記構成による、本実施形態の車両用光通信装置１０の動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。

車両用光通信装置１０は、まず撮像部１２において車両前側の画像を撮像し、得られた画像を画像制御部１３を介して光源検出部１４に出力する（Ｓ１１）。光源検出部１４では、検出移行判定部１８から変更指示信号が入力されているか、すなわち通信用光源の設定を行うか否かを判定する（Ｓ１２）。

光源検出部１４は、通信用光源の設定を行う場合には、光源座標検出部２０を駆動して道路交通光源の検出を行う（Ｓ１３）。一方、通信用光源の設定を行わない場合には、通信用信号追跡部２２を駆動して通信用光源の座標を検出し、座標情報を駆動制御部１６に出力する（Ｓ１４）。なお、撮像部１２において１フレーム目の画像を取得する際（すなわち、初期動作時）には、通信用光源の設定を行うように、車載用光通信装置１０の動作が設定されているものとする。

ステップＳ１３において、道路交通光源が１個検出された場合には、これを通信用光源として設定し、その座標を駆動制御部１６に出力する（Ｓ１５）。一方、道路交通光源が複数検出された場合には、通信用光源設定部２１を駆動して、最も自車両に近接する道路交通光源を検出し（Ｓ１６）、これを通信用光源として設定するとともに、その座標情報を駆動制御部１６へ出力する。

駆動制御部１６は、受光部１５の受光素子を部分駆動して、通信用光源の光源座標を基準とする一定領域に対応する画素データのみを、通信信号検出部１７へ出力する（Ｓ１７）。通信信号検出部１７において、通信用光源からの可視光に重畳された通信信号が検出される（Ｓ１８）。検出された通信信号は車両部１２に出力され、車両に設置のモニタに交通情報等のメッセージが表示される（Ｓ１９）。

また、通信信号は光源移行判定部１８にも出力され、通信用光源の変更を行うか否かの判定が行われる（Ｓ２０）。通信信号に異常が検出された場合には、光源移行判定部１８は、光源検出部１４に対して通信用光源の変更を指示する。

次に、撮像部１２において次フレームの画像が撮影され、画像データが画像制御部１３を介して光源検出部１４に送られる（Ｓ１１）。そして、前述と同様に、通信用光源の変更が指示された場合には、通信用光源の検出を行い（Ｓ１３）、そうでない場合には通信用光源追跡部２２を駆動して通信用光源の位置座標を検出する（Ｓ１４）。

このように、上記第１の実施の形態に係る車両用光通信装置によれば、自車両に最も接近する光源からの可視光を優先して受信するようにしたので、自車両の周囲状況が絶えず変化する場合であっても、ユーザが所望する交通情報を、迅速かつ効率よく取得することができる。また、受光素子を部分的に駆動するようにしたので、受光部を高速で駆動することができ、通信速度の向上を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４に示すように、第２実施形態に係る車両用光通信装置５０は、通信信号検出部１７において検出された通信信号を復号化してメッセージ信号を生成する通信信号復元部５１を有する。なお、図４において、上記第１の実施の形態に挙げられたものと同一の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図５は、第２の実施の形態における車両用光通信装置５０の動作を示したものである。撮像部１２を駆動して画像を撮像し、通信用光源を設定し、通信信号検出部１７において通信信号を検出するまでの動作については、第１の実施の形態と同様である。

通信信号は通信信号復元部５１に出力され、ここで復号化処理が施されてメッセージ信号が生成される（Ｓ２１）。このメッセージ信号は、車両表示部１２に出力され、車両内のモニタにメッセージが表示される（Ｓ２２）。また、通信信号は光源移行判定部１８にも出力され、通信用光源の変更を行うか否かの判定が行われる（Ｓ２３）。通信信号に異常が検出された場合には、光源移行判定部１８は、光源検出部１４に対して通信用光源の変更を指示する。

この第２の実施の形態に係る車両用光通信装置によれば、通信信号を復号化した後のメッセージ信号を車両表示部１１等の外部情報機器に出力するようにしたから、車両側で復号装置を個別に設置する必要がなくなる。

上記した実施の形態では、車両表示部１２へ画像データと通信信号が出力される例について説明したが、画像データ、通信信号、メッセージ信号のいずれかを出力するようにしてもよい。また、自車両に搭載されている車両部１２以外の情報機器に対して、機画像データ、通信信号、メッセージ信号のいずれかを出力するようにしてもよい。

上記実施形態では、交通情報メッセージをモニタ表示しているが、メッセージを車両内に備えられたスピーカを介して音声出力するようにしても良い。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施の形態を変形可能なことはもちろんである。

以上のように、本発明にかかる車両用光通信装置は、可視光での高速な光通信システムを安価に構成することができ、かつ、複数の信号光源が含まれる場合にも所望の信号光源を迅速に検出するという効果を有し、例えば可視光通信用の車載カメラ装置等として有用である。

本発明の第１の実施形態における車両用光通信装置のブロック図 受光部を部分動作させる範囲を示す説明図 車両用光通信装置の動作を示すフローチャート 本発明の第２の実施形態における車両用光通信装置のブロック図 同車両用光通信装置の動作を示すフローチャート

１０，５０ 車両用光通信装置
１２ 撮像部
１５ 受光部
１６ 駆動制御部
１７ 通信信号検出部
１８ 検出移行判定部
２０ 光源座標検出部
２１ 通信用光源設定部
２２ 通信用光源追跡部
５１ 通信信号復元部

Claims (8)

1. 車両に搭載される光通信装置であって、
   被写体を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された撮像画像から、光通信信号を発する信号送信光源を検出し、前記撮像画像上の位置座標情報として出力する光源座標検出部と、
   前記撮像画像上に前記信号送信光源が複数検出された場合に、前記車両に最も近接する前記信号送信光源を通信用光源として設定する通信用光源設定部と、
   前記位置座標情報に基づいて前記通信用光源からの光通信信号を受信し、通信信号として出力する受信部とを備えた車両用光通信装置。
2. 前記受信部は、前記光通信信号を受光する受光部と、
   前記通信用光源の位置座標を基準とした一定領域に対応する光通信信号を受光するように、前記受光部を駆動制御する駆動制御部とを備えた請求項１記載の車両用光通信装置。
3. 前フレームの前記撮像画像の解析で得られた前記通信用光源の前記位置座標情報に基づき、前記位置座標情報を一定時間ごとに更新する通信用光源追跡部を備えた請求項１または２記載の車両用光通信装置。
4. 前記通信用光源追跡部による前記通信用光源の更新が行われる間は、前記通信用光源設定部による前記通信用光源の設定を行わないことを特徴とする請求項３記載の車両用光通信装置。
5. 前記通信信号が検出されない場合には、前記通信用光源設定部に対し通信用光源の再設定を指示する検出移行判定部を備えた請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の車両用光通信装置。
6. 前記受信部で得られた前記通信信号を復号化して、通信メッセージを出力する復号処理部を備えた請求項１ないし請求項５のいずれか記載の車両用光通信装置。
7. 前記撮像画像、前記通信信号及び前記通信メッセージの少なくとも１つを、外部情報機器へ出力する請求項６記載の車両用光通信装置。
8. 車両において光通信を行う方法であって、
   被写体を撮像して得られた撮像画像から、光通信信号を発する信号送信光源を検出し、
   前記信号送信光源の前記撮像画像上の位置座標情報を算出し、
   前記撮像画像上に前記信号送信光源が複数検出された場合に、前記車両に最も近接する前記信号送信光源を通信用光源として設定し、
   前記位置座標情報に基づいて前記通信用光源からの光通信信号を受信し、通信信号として出力する車両用光通信方法。