JP2010223685A - 車両用撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】雨滴センサとオートライトセンサを１つの撮像装置で兼用しながらも、高精度に雨滴の有無および明暗判定を行うことができる車両用撮像装置を提供する。
【解決手段】カメラ１１の撮像領域は、車両前方に向けられている。カメラ１１の撮像領域の下半分が雨滴付着判定領域（本発明の第１撮像領域）となり、カメラ１１の撮像領域の上半分が明暗判定領域（本発明の第２撮像領域）となる。レンズ１２の焦点は、フロントガラス２付近に合わせられている。明暗判定領域は、レンズ１２の焦点がフロントガラス２の付近に合わせられているため、車両前方の画像がぼやけて撮像される。雨滴付着判定領域は、フロントガラス２に付着する雨滴がくっきりと撮像されるようになっている。よって、１つの撮像素子で雨滴付着判定と明暗判定を高精度に実現することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、撮像素子を使用して雨滴の有無および車両周囲の明暗を判定する車両用撮像装置に関する。

従来、フロントガラスに付着した雨滴を検出する装置が複数提案されている（例えば特許文献１、２を参照）。特許文献１の装置は、フロントガラス下側から照明を照射し、雨滴によるフロントガラスの反射率の変化をカメラで検出するものである。特許文献２の装置は、フロントガラスに半透明のスクリーンを取り付け、スクリーン近傍の画像を撮像し、雨滴の有無を判断するものである。

また、特許文献３には、雨滴検出用のセンサを用いて明暗判定を行い、オートライト制御を行う装置が記載されている。明暗判定用の装置としては、例えば特許文献４に記載されているように、撮像素子を用いる例が提案されている。

また、オートライト制御は、夜間だけでなく、トンネルの出入り口においても行う必要がある。トンネルの有無を判定してオートライト制御を行うものとしては、特許文献５や特許文献６のような装置がある。特許文献５の装置は、プリズムを使用して異なる方向から光を入射させ、車両前方と車両周囲の照度をそれぞれ別のフォトダイオードで検出することで、トンネルの有無を判定するものである。また、特許文献６には、通常のオートライト制御用照度センサとは別に、トンネル検出用の照度センサを設けた例が記載されている。

特開２００６−２８４５５５号公報 特開平１０−９０１８８号公報 特開２００１−２０６２０１号公報 特開平５−１８５８７１号公報 実公平４−４８５０４号公報 特開２００５−１９９９７４号公報

この発明は、雨滴センサとオートライトセンサを１つの撮像装置で兼用しながらも、高精度に雨滴の有無および明暗判定を行うことができる車両用撮像装置を提供することを目的とする。

この発明の車両用撮像装置は、フロントガラス付近に焦点位置が合わせられて車室内に設置され、第１撮像領域および第２撮像領域を有する撮像手段と、前記フロントガラスを介して前記第２撮像領域に光を照射する照明手段と、を備えた車両用撮像装置において、前記第１撮像領域から入力された撮像情報に基づいて、車両周囲の明暗を判定する明暗判定手段と、前記第２撮像領域から入力された撮像情報に基づいて、前記フロントガラスの雨滴の有無を判定する雨滴判定手段と、を備えていることを特徴とする。

このように、車両用撮像装置は、撮像手段の撮像領域を明暗判定用の第１撮像領域と雨滴判定用の第２撮像領域とに分け、１つの撮像手段で明暗判定および雨滴の有無判定を行う。この際、撮像手段の焦点位置（レンズの焦点位置）をフロントガラス付近に合わせたことで、第１撮像領域については、背景がぼやけて撮像され、主に明暗に関する情報だけが入力される。また、第２撮像領域については、フロントガラスに付着する雨滴が結像してくっきりと撮像されることになり、雨滴の有無を明りょうに判定することができる。また、背景の一部を雨滴であると誤判定することもなくなる。

この発明によれば、雨滴センサとオートライトセンサを１つの撮像装置で兼用しながらも、高精度に雨滴の有無および明暗判定を行うことができる。

車両用撮像装置の構成を示す図である。 カメラ１１が撮像した昼間の画像を示す図である。 カメラ１１が撮像した夕刻の画像を示す図である。 カメラ１１が撮像した夜間の画像を示す図である。 明暗を判定し、その結果に基づいて点灯・消灯の制御を示すフローチャートである。 カメラ１１が撮像したトンネル入り口付近の画像を示す図である。 カメラ１１が撮像した画像（雨滴の有無）を示す図である。 雨滴の付着を判定し、その結果に基づいて、ワイパーを使用した払拭の制御を示すフローチャートである。 閾値判定を説明する図である。 撮像領域を上下に２分割した場合のカメラ１１が撮像した画像を示す図である。 撮像領域を上下に２分割した場合の車両用撮像装置の構成を示す図である。 導光体を備えた車両用撮像装置を示す図である。 導光体を説明する図である。 導光体を説明する図である。

以下、図面を参照してこの発明の車両用撮像装置に係る実施形態について説明する。図１は、車両用撮像装置の構成を示す図である。同図（Ａ）は、車両用撮像装置を側面から見た図であり、同図（Ｂ）は、正面から見た図である。車両用撮像装置は、フロントガラスの雨滴付着判定および車両周囲の明暗判定を行い、ワイパー制御や前照灯の点灯制御（オートライト制御）を行う。

図１（Ａ）、および同図（Ｂ）に車両用撮像装置１が示されている。図１（Ａ）は車両用撮像装置１の側面図を示す。図１（Ｂ）は車両用撮像装置１の正面図を示す。車両用撮像装置１は、撮像手段であるカメラ１１、車両前方からの光をカメラ１１に入射するレンズ１２、車両前方からの入射光を拡散する拡散板１３、照明手段であるＬＥＤ１６、および制御部１７を備えている。カメラ１１およびＬＥＤ１６は、制御部１７に接続されている。

車両用撮像装置１は、車室内において、フロントガラス２の近傍（例えばルームミラーの裏側等）に取り付けられている。カメラ１１の撮像領域は、車両前方に向けられている。拡散板１３は、カメラ１１の撮像領域の一部（本実施形態では下側の中央部分２／３程度）を覆うようにフロントガラス２に沿って取り付けられている。拡散板１３は、フロントガラス２の反射面に接着させてもよいし、反射面付近のフロントガラス内に埋め込んでもよい。また、レンズ１２の焦点は、フロントガラス２の付近に合わせられている。

カメラ１１の撮像領域の上半分が明暗判定領域（本発明の第１撮像領域）となる。本実施形態では、この撮像領域の上半分を明暗判定領域Ａとする。カメラ１１の撮像領域の下側中央部分（拡散板で覆われる領域）が雨滴付着判定領域（本発明の第２撮像領域）となる。また、カメラ１１の撮像領域の最下部も、明暗判定領域（本発明の第３撮像領域）となる。本実施形態では、この最下部の撮像領域を明暗判定領域Ｂとする。なお、雨滴付着判定領域と明暗判定領域は同じ面積であってもよいし、いずれか一方が広くてもよい。

ＬＥＤ１６は、フロントガラス２に付着した雨滴を照らすための光を照射するものであり、主に夜間の雨滴付着判定用に用いられる。

図２は、カメラ１１が撮像した昼間の画像を示す図である。図３は、カメラ１１が撮像した夕刻の画像を示す図であり、図４は、カメラ１１が撮像した夜間の画像を示す図である。図２〜図４に示すように、カメラ１１の撮像領域の下側中央部分（雨滴付着判定領域）は、拡散板１３により車両前方からの入射光が拡散透過するため、車両前方の画像が撮像されない。また、レンズ１２の焦点がフロントガラス２の付近に合わせられているため、フロントガラス２に付着する雨滴が撮像素子に結像し、くっきりと撮像されるようになっている（図７（Ｂ）を参照）。よって、雨滴付着判定領域では、雨滴付着の有無を明りょうに判定することができる。また、車両前方の画像が撮像されないため、背景の一部を雨滴であると誤検出することもない。

なお、レンズ１２の焦点位置は、フロントガラス２の付近であればよく、フロントガラス２の反射面の位置に合わせてもよいし、反射面付近のフロントガラス内の位置に合わせてもよいし、車両前方側のフロントガラス面に合わせてもよい。いずれにしても、フロントガラス２に付着する雨滴が結像する位置であればよい。

また、カメラ１１の撮像領域の上半分（明暗判定領域Ａ）は、レンズ１２の焦点がフロントガラス２の付近に合わせられているため、車両前方の画像がぼやけて撮像される。同様に、カメラ１１の撮像領域の最下部（明暗判定領域Ｂ）も、車両前方の画像がぼやけて撮像される。よって、明暗判定領域Ａおよび明暗判定領域Ｂにおいては、主に明暗に関する情報だけが入力される。制御部１７は、後述するように明暗判定領域Ａおよび明暗判定領域Ｂにおいて明るさについての画像処理のみ行うものである。レンズ１２の焦点が車両前方から外れていても、明るさの画像処理には影響せず、明暗判定を精度良く行うことができる。

カメラ１１が撮像した画像（撮像情報）は、制御部１７に入力される。制御部１７は、入力された画像から雨滴付着判定および明暗判定を行う。まず、明暗判定について説明する。図５は、明暗を判定し、その結果に基づいて、車幅灯・前照灯の点灯・消灯の制御を示すフローチャートである。

まず、制御部１７は、カメラ１１から画像を取得する（ｓ１１）。そして、制御部１７は、入力された画像の上半分（明暗判定領域Ａ）と最下部（明暗判定領域Ｂ）をそれぞれ切り出し、画像平均処理を行う（ｓ１２）。画像平均処理は、複数の画素からなる所定領域毎（最大では撮像素子の画素単位毎）に明度を求め、求めた明度の平均値を算出する処理である。その後、制御部１７は、算出した平均値から昼間、夕刻、夜間の判定を行い、オートライト制御を行う。

すなわち、制御部１７は、画像平均処理において算出した平均値が閾値Ａより大きいか否かを判定する（ｓ１３）。制御部１７は、平均値が閾値Ａより大きい場合、昼間であると判定して車両のライト（車幅灯および前照灯）をオフする（ｓ１４）。

一方、制御部１７は、平均値が閾値Ａ以下であると判定した場合、さらに平均値が閾値Ｂより大きいか否か（ただし、Ａ＞Ｂとする。）を判定する（ｓ１５）。制御部１７は、平均値が閾値Ｂよりも大きい場合、夕刻であると判定して車両の車幅灯を点灯する（ｓ１６）。また、制御部１７は、平均値が閾値Ｂ以下であると判定した場合、夜間であると判定して前照灯を点灯する（ｓ１７）。

なお、明暗判定の手法は、上記例に限るものではない。いずれか１つの明暗判定領域（例えば明暗判定領域Ｂ）においてのみ平均値を算出し、閾値判定を行うことでオートライト制御を行ってもよい。

また、例えば、各所定領域の明度がしきい値以上の場合に「明」と判定し、しきい値未満の場合に「暗」と判定し、「明」と判定された画素の数や「暗」と判定された画素の数から明暗判定を行ってもよい。

また、制御部１７は、トンネル有無の判定を行うこともできる。図６は、カメラ１１が撮像したトンネル入り口付近の画像を示す図である。トンネル有無の判定を行う場合、制御部１７は、明暗判定領域Ａと明暗判定領域Ｂとで、それぞれ個別に平均値を算出する。そして、各明暗判定領域における平均値に基づいてトンネル有無の判定を行う。トンネルが存在する場合、路面付近の画像は明るく撮像されるが、車両前方は暗く撮像される。そこで、例えば、明暗判定領域Ａにおいて平均値がＢ以下（または閾値Ａ以下かつ閾値Ｂよりも大きい）と判定し、明暗判定領域Ｂにおいて平均値が閾値Ａよりも大きいと判定された場合、トンネルが存在すると判定する。制御部１７は、トンネルが存在すると判定した場合も前照灯を点灯させる。この場合、トンネルに入る前に前照灯を点灯させることができる。

また、明暗判定領域Ａにおいて、例えば「明」と「暗」が交互に存在するような画像が入力された場合で、かつ明暗判定領域Ｂにおいて平均値が閾値Ａよりも大きい場合にのみトンネルが存在すると判定してもよい。

次に、雨滴付着判定について説明する。図７は、カメラ１１が撮像した画像（雨滴の有無）を示す図である。同図（Ａ）は、晴天時にカメラ１１が撮像した画像であり、フロントガラス２に雨滴が付着していない場合を示している。同図（Ｂ）は、雨天時にカメラ１１が撮像した画像であり、フロントガラス２に雨滴が付着した場合を示している。同図（Ｂ）に示すように、レンズ１２の焦点はフロントガラス２の付近に合わせられているため、付着した雨滴が撮像素子に結像し、くっきりと撮像される。

図８は、雨滴の付着を判定し、その結果に基づいて、ワイパー使用した払拭の制御を示すフローチャートである。まず、制御部１７は、カメラ１１から画像を取得する（ｓ２１）。そして、制御部１７は、入力された画像の下側中央部分（雨滴付着判定領域）を切り出し、エッジ強調などのフィルタ処理を行う（ｓ２２）。制御部１７は、フィルタ処理の後、閾値処理を行う（ｓ２３）。

図９は、閾値処理を説明する図である。同図（Ａ）、および同図（Ｂ）に示すヒストグラムの横軸は画素値（中間値を０とし、−１２８〜１２７の２５６階調とする。）である。同図（Ａ）は、晴天時のヒストグラムを示し、同図（Ｂ）は、雨天時のヒストグラムを示している。

晴天時の場合、雨滴付着判定領域には何も撮像されないため、画素値が±０付近に集中する。一方で、雨天時の場合、ＬＥＤ１６の光が乱反射し、閾値を超える（閾値Ｔｈ１より大きいまたは閾値Ｔｈ２より小さい）画素値が複数現れる。そこで、制御部１７は、閾値処理において、複数の画素からなる所定の領域毎（最大では撮像素子の画素単位毎）に画素値を求め、閾値を超える領域数を数える。

次に、図８において、制御部１７は、数えた領域数が閾値Ｃより小さいか否かを判断する（ｓ２４）。制御部１７は、数えた領域数が閾値Ｃより小さければ、フロントガラス２に雨滴が付着していないと判断してワイパーをオフする（ｓ２５）。制御部１７は、数えた領域数が閾値Ｃ以上と判断した場合、さらに閾値Ｄより小さいか否か（ただし、Ｃ＜Ｄとする。）を判断する（ｓ２６）。制御部１７は、閾値Ｄより小さい場合、雨滴が付着し、雨の量が少ない時であると判断して、ワイパーを間欠動作とする（ｓ２７）。また、制御部１７は、数えた領域数が閾値Ｄ以上と判断した場合、さらに閾値Ｅより小さいか否か（ただし、Ｄ＜Ｅとする。）を判断する（ｓ２８）。制御部１７は、閾値Ｅより小さい場合、雨滴が付着し、雨の量が多い時であると判断して、ワイパーを連続動作とする（ｓ２９）。制御部１７は、数えた領域数が閾値Ｅ以上であれば、雨滴が付着し、かつ雨が激しい時であると判断してワイパーを高速動作とする（ｓ３０）。

以上のようにして、本実施形態の車両用撮像装置１は、１つの撮像素子で雨滴付着判定と明暗判定を行う。従来は、単一のセンサでは、車両前方の画像と雨滴の画像を切り分けることが難しく、画像処理の負荷が非常に大きかった。しかし、本発明の車両用撮像装置では、レンズの焦点位置をフロントガラス付近に合わせることにより、車両前方については明るさに関する情報だけが入力され、フロントガラスに付着した雨滴は車両前方の背景に影響されずにくっきりと撮像することができる。よって、１つの画像素子であっても雨滴付着判定と明暗判定を同時に行うことができる。

また、本発明の車両用撮像装置では、拡散板１３が車両前方の背景を遮断するハードウェアのフィルタとして機能することにより、制御部１７における雨滴付着判定の処理負荷が低くなる。

また、上記実施形態では、撮像領域を３分割する例を示したが、図１０に示すように、撮像領域を上下に２分割し、上側を明暗判定領域、下側を雨滴付着判定領域とするだけでもよい。上下に２分割する場合、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す車両用撮像装置の構成のように、拡散板１３をカメラ１１の撮像領域の下半分を覆うようにフロントガラス２に沿って取り付ける。また、フロントガラス２からレンズ１２にかけて、雨滴付着判定領域と明暗判定領域の境界上に沿って遮光手段である仕切り１４を設けることが望ましい。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す例では、仕切り１４により、ＬＥＤ１６の光が明暗判定領域に進入することを防ぐとともに、太陽等の外光が雨滴付着判定領域に進入することを防ぐようになっている。

また、本発明の車両用撮像装置は、以下に示すような光学案内板を設けることで、路面付近や車両前方上方向の画像を同時に撮像することもできる。

図１２は、光学案内板である導光体１５をさらに備えた車両用撮像装置を示す図である。図１と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、仕切り１４は、図１２に示す例において必須ではない。

図１２において、車両用撮像装置１は、導光体１５がレンズ１２の前方に設置されている。導光体１５は、外部からの光をレンズ１２に導く機能を有する。同図において、導光体１５は、レンズ状の断面形状を示しているが、この形状に限るものではなく、プリズム（台形）状の断面形状であってもよい。

図１３は、導光体１５の機能について説明する図である。なお、図１３においては、撮像領域を上下に２分割する例を示している。図１３（Ａ）に示すように、この例においては、明暗判定領域を中央、左側、および右側の３領域に分割し、左側および右側に導光体１５からの光が入射されるように構成している。この場合、明暗判定領域の左側および右側には、車両上方向の光が入射される。すなわち、同図（Ｂ）に示すように、導光体１５は下方向に凸形状となっているため、レンズ１２に対しては車両前方上方向の光が入射される。その結果、カメラ１１においては、車両前方上方向の画像が撮像される（上下逆さまの像となる）。よって、制御部１７は、車両前方正面と上方向を同時に明暗判定することができ、さらに高精度にオートライト制御を行うことができる。撮像領域を３分割する場合においては、車両前方正面、路面付近、および車両前方上方向を同時に明暗判定することができる。

次に、図１４は、導光体１５の形状が異なる場合の例を示す図である。この例においても撮像領域を上下に２分割し、明暗判定領域をさらに中央、左側、および右側の３領域に分割し、中央に導光体１５からの光が入射されるように構成している。この場合、明暗判定領域の中央には、車両前方下方向の光が入射される。すなわち、同図（Ｂ）に示すように、導光体１５が上方向に凸形状となっているため、レンズ１２に対しては車両前方下方向の光が入射される。その結果、カメラ１１においては、車両前方下方向の画像が撮像される（上下逆さまの像となる）。この場合、拡散板１３を避けて下方向（路面）の画像を撮像することができる。よって、制御部１７は、撮像領域を上下に２分割する場合においても、車両前方正面および路面の明暗判定を同時に行うことができる。

また、図１３や図１４に示した導光体を用いると、トンネルの入り口付近における明暗判定（トンネル有無の判定）をさらに高精度に実現することができる。すなわち、車両前方の正面、上方向、および路面付近の明暗判定を同時に行うことができるため、例えば車両前方の正面が暗く、上方向および路面付近が明るい場合、トンネルに入る直前であると判断することができる。

なお、図１３および図１４に示した導光体を用いる場合、遮光手段は、仕切り１４の形状に限らず、導光体の下部を遮光する程度のものであってもよい。

１−レーザレーダ
１１−カメラ
１２−レンズ
１３−拡散板
１４−仕切り
１５−導光体
１６−ＬＥＤ
１７−制御部

Claims (1)

1. フロントガラス付近に焦点位置が合わせられて車室内に設置され、第１撮像領域および第２撮像領域を有する撮像手段と、
   前記フロントガラスを介して前記第２撮像領域に光を照射する照明手段と、
   を備えた車両用撮像装置において、
   前記第１撮像領域から入力された撮像情報に基づいて、車両周囲の明暗を判定する明暗判定手段と、
   前記第２撮像領域から入力された撮像情報に基づいて、前記フロントガラスの雨滴の有無を判定する雨滴判定手段と、
   を備えていることを特徴とする車両用撮像装置。