JP2010281638A - 距離計測装置及び距離計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の検出誤差に起因する距離検出精度の劣化を十分に抑え、撮像した対象物との距離を高精度に計測する距離計測装置及び距離計測方法を提供する。
【解決手段】第１〜第３部位検出部１０１〜１０３は、対象物の撮像画像から、対象物に含まれる、サイズが既知である複数部位の部位画像を検出する。相対誤差比較部１０４は、部位検出部１０１〜１０３により検出された複数部位の画像サイズＤ１〜Ｄ３と、複数部位において既知であるサイズに関する情報とを用いて、画像サイズＤ１、Ｄ２、Ｄ３と画像サイズに含まれる誤差ｄ１、ｄ２、ｄ３との割合である相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３を最も小さくする部位画像サイズを選択する。距離推定部１０５は、選択された部位画像サイズを用いて対象物の距離を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像画像を用いて対象物との距離を計測する距離計測装置及び距離計測方法に関する。

従来、車両に搭載されたカメラによって道路状況を撮像し、それによって得られた画像に基づいて、運転を支援したり、車両を制御したりすることが考えられている。

この場合、カメラで撮像された画像に所定の処理を施すことで画像中に存在する道路交通標識、案内看板、信号機などの対象物を検出し、検出した対象物とカメラとの距離を計測することは、非常に重要なことである。

一般に、カメラと対象物との距離（対象物距離）は、以下の式（１）で求めることができる。
対象物距離＝（カメラの焦点距離×対象物実サイズ）／（画素ピッチ×対象物画素数） …（１）

ここで、対象物実サイズとは、対象物の実際の大きさであり、画素ピッチとは、撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳなど）の１素子の大きさであり、対象物画素数とは、対象物が表示される画素数である。つまり、画素ピッチ×対象物画素数は、対象物の画像サイズを表す。なお、焦点距離、画素ピッチは、カメラのスペック特性であり、通常、各カメラで固定の値又は既知の値である。

式（１）の関係を利用して、カメラと対象物との距離を計測する技術として、例えば特許文献１、２に開示された技術がある。特許文献１に開示された技術は、道路標識や信号機など規格でサイズが統一された対象物を撮像し、画像内における対象物の大きさに基づいて対象物までの距離を計測するものである。

また、特許文献２に開示された技術は、車両のナンバープレートを撮像し、画像中のナンバープレートにおける文字の大きさを測定し、測定された文字の大きさと規格で決められ既知である文字の大きさとを比較することで、カメラから車両までの距離を計測するものである。

また、特許文献３には、対象物の検出誤差を考慮することで、対象物の正確な位置記録が行える位置記録装置が開示されている。また、特許文献３には、自車位置をＧＰＳなどの測位装置を用いて計測し、対象物と自車との相対位置（相対距離及び相対方向）を撮像画像から算出する際、自車位置の計測や相対位置の算出には誤差が生じる。このため、対象物が検出された、複数の地点における最大誤差を比較し、最大誤差が最も小さい地点において取得した対象物の位置情報を記録する技術が開示されている。

特開平８−２１９７７５号公報 特開２００６−３２９７７６号公報 特開２００６−３３０９０８号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示の技術では、画像から対象物を検出する際の検出誤差が考慮されていない。特に、車載カメラから標識や先行車のナンバープレートなどの対象物を撮像した場合には、車載カメラから対象物までは数十メートル離れていることが多いので、画像中における対象物の大きさが小さくなる。この結果、画像サイズと、画像サイズに含まれる誤差と、の割合である相対誤差が大きくなる。この相対誤差が大きくなると、それに伴って、距離の計測精度が劣化する。

図１は、実際の車載カメラの画像から制限速度標識を検出した例を示す。図１（ａ）は車載カメラ画像であり、図１（ｂ）はほぼ連続するフレームから制限速度標識を検出した結果を６４×６４のサイズに正規化した様子を示す。図１（ｂ）に示したように、車両の実際の移動距離が小さくても、照明や相対方向などの環境変化によって検出画像の画像サイズの変化が激しい。

一方、特許文献３に開示の技術では、対象物の検出誤差を考慮しているが、理論値としての最大誤差しか考慮されておらず、実際の検出誤差は考慮されていない。また、最大誤差は計測位置毎に固定であるため、結局最適な位置を選択することと同義となり、照明変化などの影響は考慮されていない。つまり、対象物の検出誤差に起因する距離検出精度の劣化を十分に抑えることは困難である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、対象物の検出誤差に起因する距離検出精度の劣化を十分に抑え、撮像した対象物との距離を高精度に計測する距離計測装置及び距離計測方法を提供する。

本発明の距離計測装置の一つの態様は、対象物の撮像画像から、前記対象物に含まれる、サイズが既知である複数部位の部位画像を検出する部位画像検出手段と、前記部位画像検出手段により検出された前記複数部位の画像サイズと、前記複数部位において既知であるサイズに関する情報とを用いて、前記画像サイズと前記画像サイズに含まれる誤差と、の割合である相対誤差を最も小さくする部位画像サイズを選択する相対誤差比較手段と、前記選択された部位画像サイズを用いて、前記対象物との距離を推定する距離推定手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、対象物の検出誤差に起因する距離検出精度の劣化を十分に抑え、撮像した対象物との距離を高精度に計測することができる。

実際の車載カメラの画像から制限速度標識を検出する様子を示す図 制限速度標識を示す図 本発明の実施の形態１に係る距離計測装置の構成を示すブロック図 図３に示した相対誤差比較部における処理手順を示すフロー図 図１（ｂ）に示した４つの検出結果を２値画像で表した図 本発明の実施の形態２に係る距離計測装置の構成を示すブロック図 相対誤差の確率密度分布を示す図 相対誤差の確率密度分布を示す図 本発明の実施の形態３に係る距離計測装置の構成を示すブロック図 夜間に撮像した一時停止標識の画像を示す図 ナンバープレートを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図２（ａ）は制限速度標識を示す図であり、この図において、標識の外枠の円を第１部位とし、標識の内枠の円を第２部位とし、左の数字「５」又は右の数字「０」を囲む長方形枠を第３部位と定義する。なお、図２（ｂ）は図２（ａ）の２値画像を示す。以下、図２に示した制限速度標識を例に説明する。

［１］全体構成
図３は、本発明の実施の形態１に係る距離計測装置１００の構成を示すブロック図である。距離計測装置１００は自動車等の車両に搭載され、第１〜３部位検出部１０１〜１０３に画像情報（２値画像）を入力する。画像情報は、車両に搭載されたカメラによってリアルタイムに撮像された車両周辺の画像である。

第１〜第３部位検出部１０１〜１０３は、入力された画像情報から制限速度標識の対応する各部位を検出し、検出した部位の画素数をカウントし、カウントした画素数を実測画像サイズＤ１〜Ｄ３として相対誤差比較部１０４に出力する。

具体的には、第１部位検出部１０１は、図２（ｂ）の制限速度標識の外側の円を第１部位として検出する。第２部位検出部１０２は、図２（ｂ）の制限速度標識の内側の円を第２部位として検出する。第３部位検出部１０３は、図２（ｂ）の制限速度標識の数字を第３部位として検出する。ここで、図２（ｂ）から明らかなように、「外側の円の画像サイズ＞内側の円の画像サイズ＞数字の画像サイズ（例えば左側の数字５の外枠サイズ）」の関係があるので、「Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３」の関係となるはずである。

相対誤差比較部１０４は、第１、第２、第３部位検出部１０１、１０２、１０３により検出された複数部位の画像サイズＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、複数部位において既知であるサイズに関する情報と、を用いて、画像サイズＤ１、Ｄ２、Ｄ３と画像サイズＤ１、Ｄ２、Ｄ３に含まれる誤差ｄ１、ｄ２、ｄ３との割合である相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３を最も小さくする部位画像サイズを選択する。

距離推定部１０５は、相対誤差比較部１０４で選択された、画像サイズを用いて、対象物との距離を推定する。具体的には、距離推定部１０５は、相対誤差比較部１０４から出力された画像サイズを上述した式（１）の対象物画素数に適用することで、対象物距離を算出する。

［２］相対誤差を用いた処理について
ここでは、距離計算に用いる部位の画像サイズを、相対誤差を用いて選択する処理について説明する。

第１〜第３部位の真の画像サイズＣ１〜Ｃ３は、実測画像サイズＤ１〜Ｄ３及び実測誤差ｄ１〜ｄ３を用いて次式（２）のように表せる。
Ｃ１＝Ｄ１＋ｄ１
Ｃ２＝Ｄ２＋ｄ２ ………（２）
Ｃ３＝Ｄ３＋ｄ３

なお、Ｃ１〜Ｃ３及びｄ１〜ｄ３は未知の値である。また、Ｃ１〜Ｃ３は規格化された対象物のサイズに比例するため、次式（３）の関係を有する。
Ｃ１＝ｋ２１×Ｃ２
Ｃ３＝ｋ２３×Ｃ２ ………（３）

ただし、ｋ２１及びｋ２３は既知の定数である。つまり、相対誤差比較部１０４は、Ｃ１〜Ｃ３の任意の１つから他の２つを算出できる。以下、一般にＣ１〜Ｃ３が同一距離Ｚに対応することを仮定する。

Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３から計算される距離をそれぞれＺ＋ｚ１、Ｚ＋ｚ２、Ｚ＋ｚ３と記せば、対象物距離と画像サイズの関係から、次式（４）の関係が求められる。ただし、ｚ１、ｚ２、ｚ３は、それぞれ、画像サイズに誤差ｄ１、ｄ２、ｄ３が含まれる場合の距離の誤差である。
ｚ１／Ｚ＝ｄ１／Ｄ１
ｚ２／Ｚ＝ｄ２／Ｄ２ ………（４）
ｚ３／Ｚ＝ｄ３／Ｄ３

これは、各部位の画像サイズの相対誤差が、それぞれ、計算される距離の相対誤差と等しいことを示している。従って、相対誤差を最小化することにより、計算される距離の精度を向上させることができる。しかしながら、Ｃ１〜Ｃ３及びｄ１〜ｄ３が未知であることから、相対誤差の真値が求められない。

そこで、本発明の発明者は、複数部位において既知であるサイズに関する情報を用いることで、相対誤差を最小にする画像サイズを見つけ、その画像サイズを用いて距離計算を行うことで、計算される距離の精度を向上させる方法を見出した。実際上、本実施の形態では、複数部位において既知であるサイズに関する情報として、式（３）に示したような、複数部位間において既知であるサイズ比率に関する情報報を用いる。

なお、相対誤差を用いたのは、次の理由のためである。つまり、絶対的な誤差を比較して誤差が最も小さな画像サイズを選択しようとすると、必然的に画像サイズの小さな部位ほど絶対的な誤差が小さくなるので、画像サイズの小さな部位ほど距離計算に用いられる画像として選択されやすくなってしまう。距離計測装置１００は、本実施の形態のように相対誤差を用いるので、部位の大きさに拘わらず、距離計算に用いるのに適した画像サイズを平等に選択できるようになる。

本実施の形態では、相対誤差を最小にする画像サイズを見つけ方として、以下の３つの方法を記述する。

［２−１］方法１：相対誤差和最小化ルールを用いた方法
相対誤差比較部１０４は、第１〜第３部位検出部１０１〜１０３から出力された実測画像サイズＤ１〜Ｄ３、及び、第１〜第３部位の実測誤差ｄ１〜ｄ３を用いて、相対誤差和ｄ１／Ｄ１＋ｄ２／Ｄ２＋ｄ３／Ｄ３を算出する。そして、相対誤差比較部１０４は、この相対誤差和ｄ１／Ｄ１＋ｄ２／Ｄ２＋ｄ３／Ｄ３を最小にする画像サイズを求めて、その画像サイズが距離計算に用いるに適した画像サイズであると判断して、その画像サイズを距離推定部１０５に送る。

具体的には、相対誤差比較部１０４は、次のような手順で、この相対誤差和ｄ１／Ｄ１＋ｄ２／Ｄ２＋ｄ３／Ｄ３を最小にする画像サイズを求める。

（ｉ）先ず、Ｃ２がある値であると仮定する。通常、Ｃ２は、図２（ｂ）の関係からも分かるように、［Ｄ３，Ｄ１］の範囲内なので、仮定するＣ２の値は、［Ｄ３，Ｄ１］の範囲内に設定する。
（ｉｉ）次に、仮定したＣ２と、式（３）とを用いて、Ｃ１、Ｃ３の値を計算する。
（ｉｉｉ）次に、Ｃ１〜Ｃ３の値と、Ｄ１〜Ｄ３の値と、式（２）と用いて、ｄ１、ｄ２、ｄ３の値を計算する。
（ｉｖ）次に、相対誤差和ｄ１／Ｄ１＋ｄ２／Ｄ２＋ｄ３／Ｄ３を計算する。

相対誤差比較部１０４は、上記（ｉ）で仮定するＣ２の値を、［Ｄ３，Ｄ１］の範囲内で変化させ、上記（ｉｖ）で得られる相対誤差和を最小とするＣ２の値を、距離計算に最適な画像サイズであると判断して、距離推定部１０５に出力する。

この相対誤差和最小化ルールを用いた方法のさらに具体的な処理例は、図４を用いて説明する。図４において、ステップＳＴ２０１では、第１〜第３部位検出部１０１が、第１〜３部位の実測画像サイズＤ１〜Ｄ３を取得する。

続く、ステップＳＴ２０２では、相対誤差比較部１０４が、取得したＤ３とＤ１との差分をＮ等分することで、仮定するＣ２を順次変化させる変化量ｂを設定する。つまり、相対誤差比較部１０４は、Ｄ３−Ｄ１＝Ｎ×ｂにより、変化量ｂを設定する。

次に、ステップＳＴ２０３では、先ず、初期値として、ｎ＝０と、相対誤差和Ｅの最小値であるＥｍｉｎを∞に設定する。続く、ステップＳＴ２０４では、仮定するＣ２の値を、Ｃ２＝Ｄ３＋ｎ×ｂに設定する。ステップＳＴ２０５では、式（３）を用いて、Ｃ１＝ｋ２１×Ｃ２、Ｃ３＝ｋ２３×Ｃ２を算出する。

ステップＳＴ２０６では、式（２）を用いて実測誤差ｄ１〜ｄ３を計算し、ステップＳＴ２０７では、相対誤差和Ｅ（＝ｄ１／Ｄ１＋ｄ２／Ｄ２＋ｄ３／Ｄ３）を算出する。

ステップＳＴ２０８では、ステップＳＴ２０７で求めた相対誤差和Ｅがそれまでの最小値Ｅｍｉｎ未満か否かを判定し、ＥがＥｍｉｎ未満である（ＹＥＳ）場合はステップＳＴ２０９に移行し、ＥがＥｍｉｎ未満ではない（ＮＯ）場合はステップＳＴ２１０に移行する。

ステップＳＴ２０９では、ＥｍｉｎをステップＳＴ２０７で算出したＥに設定し、そのときのＣ２を最適なＣ（Ｃｏｐｔ）に設定して一時記憶し、ステップＳＴ２１０では、ｎがＮに達したか否かを判定し、ｎ＝Ｎではない（ＮＯ）場合はステップＳＴ２１１に移行し、ｎ＝Ｎである（ＹＥＳ）場合はステップＳＴ２１２に移行する。

ステップＳＴ２１１では、ｎをインクリメントし、ステップＳＴ２０４に戻る。

ステップＳＴ２１２では、ステップＳＴ２０９において記憶されたＣｏｐｔをＣ２として決定し、相対誤差比較処理を終了する。

このようにして、相対誤差和を最小とするＣ２の値、つまり距離計算に最適な画像サイズを求めることができる。

なお、上述の例では、Ｃ２がある値であると仮定し、仮定するＣ２の値を［Ｄ３，Ｄ１］の範囲内で変化させ、相対誤差和ｄ１／Ｄ１＋ｄ２／Ｄ２＋ｄ３／Ｄ３を最小にするＣ２を、距離計算に最適な画像サイズであると判断した場合について説明した。上述の例では、さらにＣ２に換えて、Ｃ１又はＣ３がある値であると仮定して、上述と同様の方法により、相対誤差和を最小とするＣ１又はＣ３の値を、距離計算に最適な画像サイズであると判断して、距離推定部１０５に出力してもよい。

［２−２］方法２：既存の実測画像サイズＤ１〜Ｄ３から一番精度の高い値を選択する方法
方法１では、最適なＣ２を探索する方法について説明したが、ここでは、最適なＣ２を探索せずに、既存の実測画像サイズＤ１〜Ｄ３から一番精度の高い値を選択する方法について説明する。

まず、相対誤差比較部１０４は、ｄ１＝０と仮定し、Ｃ１＝Ｄ１とする。また、相対誤差比較部１０４は、複数部位間において既知であるサイズ比率を用いることで、Ｃ２とＣ３とを求める。例えば図２（ｂ）の場合、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の比率Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３（Ｃ１：Ｃ２：Ｃ３と同じ意味である）は、６０／４０／２３．５に一意に決まっているので、この比率を用いて、Ｃ１からＣ２及びＣ３を求める。さらに、相対誤差比較部１０４は、式（２）を用いて、ｄ２及びｄ３を求める。そして、相対誤差比較部１０４は、誤差を０とした１つの部位を除く他の部位の相対誤差和を求める。ここでは、他の部位の相対誤差和として、相対誤差和ｅ１＝ｄ２／Ｄ２＋ｄ３／Ｄ３を求める。

同様に、相対誤差比較部１０４は、ｄ２＝０と仮定し、Ｃ２＝Ｄ２とする。また、相対誤差比較部１０４は、既知の比率Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３を用いて、Ｃ２からＣ１及びＣ３を求め、さらにｄ１及びｄ３を求める。そして、相対誤差比較部１０４は、他の部位の相対誤差和として、相対誤差和ｅ２＝ｄ１／Ｄ１＋ｄ３／Ｄ３を求める。

また、相対誤差比較部１０４は、同様に、ｄ３＝０と仮定し、Ｃ３＝Ｄ３とする。また、相対誤差比較部１０４は、既知の比率Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３を用いて、Ｃ３からＣ１及びＣ２を求め、さらにｄ１及びｄ２を求める。そして、相対誤差比較部１０４は、他の部位の相対誤差和として、相対誤差和ｅ３＝ｄ１／Ｄ１＋ｄ２／Ｄ２を求める。

相対誤差比較部１０４は、このようにして求めた他の部位の相対誤差和ｅ１〜ｅ３のうち、最小値を検出する。そして、他の部位の相対誤差和が最も小さくなったときの誤差を０とした部位の画像サイズを、相対誤差を最も小さくする部位の画像サイズとして選択する。例えば、他の部位の相対誤差和ｅ１〜ｅ３のうちｅ１が最小の場合には、相対誤差を最も小さくする部位画像サイズとして、実測画像サイズＤ１を選択する。同様に、他の部位の相対誤差和ｅ１〜ｅ３のうちｅ２が最小の場合には、相対誤差を最も小さくする部位画像サイズとして、実測画像サイズＤ２を選択する。

そして、相対誤差比較部１０４は、選択した実測画像サイズＤ１、Ｄ２又はＤ３を、距離計算に最適な画像サイズであると判断して、距離推定部１０５に出力する。

具体例を挙げる。図５は、図１（ｂ）に示した４つの検出結果を２値画像で表したものである。実測画像サイズＤ１〜Ｄ３として、図５（ａ）では、Ｄ１＝６４，Ｄ２＝４５，Ｄ３＝２６が得られ、図５（ｂ）では、Ｄ１＝６４，Ｄ２＝５７，Ｄ３＝３３が得られ、図５（ｃ）では、Ｄ１＝６４，Ｄ２＝４７，Ｄ３＝３１が得られ、図５（ｄ）では、Ｄ１＝６４，Ｄ２＝５９，Ｄ３＝４３が得られたとする。

このとき、図５（ａ）〜（ｄ）のそれぞれについて、ｅ１〜ｅ３は表１のようになり、対象物距離の算出のために選択される実測画像サイズは表１に示すようになる。

上記表１における、図５（ａ）に対応したｅ１＝８．７１の求め方を、具体的に以下に示す。相対誤差比較部１０４は、図５（ａ）では、Ｄ１＝６４，Ｄ２＝４５，Ｄ３＝２６であり、Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３の比例関係が６０／４０／２３．５であることから、ｄ１＝０と仮定し、Ｃ１＝Ｄ１とすると、Ｃ２＝４２．９，Ｃ３＝２５が求められる。次いで、相対誤差比較部１０４は、ｄ２＝｜Ｃ２−Ｄ２｜＝｜４２．９−４５｜＝２．１、ｄ３＝｜Ｃ３−Ｄ３｜＝｜２５−２６｜＝１を求める。この結果、相対誤差比較部１０４は、ｅ１＝ｄ２／Ｄ２＋ｄ３／Ｄ３＝２．１／４５＋１／２６＝４．７１％＋４％＝８．７１％が求まる。

［２−３］方法３：最大相対誤差を最小化する方法
まず、相対誤差比較部１０４は、ｄ１＝０と仮定し、Ｃ１＝Ｄ１とする。続いて、相対誤差比較部１０４は、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３を求め、ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３のうち最大値（最大相対誤差）を選択する。

同様に、相対誤差比較部１０４は、ｄ２＝０と仮定し、Ｃ２＝Ｄ２としたとき、ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３のうち最大相対誤差を選択する。また、同様に、相対誤差比較部１０４は、ｄ３＝０と仮定し、Ｃ３＝Ｄ３としたとき、ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３のうち最大相対誤差を選択する。

次に、相対誤差比較部１０４は、ｄ１＝０、ｄ２＝０、ｄ３＝０のそれぞれにおいて求めた最大相対誤差のうち、最小の最大相対誤差を求める。そして、この最小の最大相対誤差が得られるときの誤差を０とした部位の画像サイズを、相対誤差を最も小さくする部位画像サイズとして選択する。例えば、ｄ１＝０、ｄ２＝０、ｄ３＝０のそれぞれにおいて求めた最大相対誤差のうち、ｄ１＝０において求めた最大相対誤差が最も小さい場合には、相対誤差を最も小さくする部位画像サイズとして、実測画像サイズＤ１を選択する。同様に、ｄ１＝０、ｄ２＝０、ｄ３＝０のそれぞれにおいて求めた最大相対誤差のうち、ｄ２＝０において求めた最大相対誤差が最も小さい場合には、相対誤差を最も小さくする部位画像サイズとして、実測画像サイズＤ２を選択する。

そして、相対誤差比較部１０４は、選択した実測画像サイズＤ１、Ｄ２又はＤ３を、距離計算に最適な画像サイズであると判断して、距離推定部１０５に出力する。

ここで、相対誤差比較部１０４は、図５（ａ）のＤ１＝６４，Ｄ２＝４５，Ｄ３＝２６を用いた場合を例に以下に示す。まず、相対誤差比較部１０４は、ｄ１＝０と仮定し、Ｃ１＝Ｄ１とすると、ｄ２／Ｄ２＝４．７１％、ｄ３／Ｄ３＝４％となる。ｍａｘ（ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３）＝ｍａｘ（０，４．７１，４）＝４．７１％が求められる。

次に、ｄ２＝０と仮定し、Ｃ２＝Ｄ２とすると、ｍａｘ（ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３）＝ｍａｘ（５．４７，０，２．１２）＝５．４７％が求められる。同様に、ｄ３＝０と仮定し、Ｃ３＝Ｄ３とすると、ｍａｘ（ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３）＝ｍａｘ（３．５９，１．７８，０）＝３．５９％が求められる。

そして、ｍｉｎ（４．７１，５．４７，３．５９）＝３．５９であるので、実測画像サイズＤ３が対象物距離の算出に用いる画像サイズとして選択される。

［３］効果
以上説明したように、本実施の形態によれば、対象物の撮像画像から、対象物に含まれる、サイズが既知である複数部位の部位画像を検出する部位検出部１０１〜１０３と、部位検出部１０１〜１０３により検出された複数部位の画像サイズＤ１〜Ｄ３と、複数部位において既知であるサイズに関する情報とを用いて、画像サイズＤ１、Ｄ２、Ｄ３と画像サイズに含まれる誤差ｄ１、ｄ２、ｄ３との割合である相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３を最も小さくする部位画像サイズを選択する相対誤差比較部３０２と、選択された部位画像サイズを用いて、対象物との距離を推定する距離推定部１０５と、を設けたことにより、対象物の検出誤差に起因する距離検出精度の劣化を十分に抑え、撮像した対象物との距離を高精度に計測することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３のそれぞれの確率密度分布を利用する場合について説明する。この確率密度分布は、事前統計知識として、実際の距離測定に先立って求めておく。

図３との対応部分に同一符号を付して示す図６に、本実施の形態の距離計測装置３００の構成を示す。

距離計測装置３００は、実施の形態１の距離計測装置１００（図３）と比較して、確率密度分布算出部３０１が追加され、相対誤差比較部１０４が相対誤差比較部３０２に変更されている。

確率密度分布算出部３０１は、実際の距離測定に先立って、事前統計知識として、確率密度分布を求める。確率密度分布算出部３０１は、サンプル画像データを入力し、一定数のサンプルに対し、第１〜３部位を所定の手法で検出し、検出結果と真値とを比較することで、図７に示すような、相対誤差値の分布を示す確率密度分布を得る。図７は、第１〜３部位の相対誤差の確率密度分布を示す図である。図７では、横軸は相対誤差を、縦軸は確率密度を表している。また、ｐ１はｄ１／Ｄ１の分布を、ｐ２はｄ２／Ｄ２の分布を、ｐ３はｄ３／Ｄ３の分布をそれぞれ表している。確率密度分布算出部３０１は、このように事前に求めた確率密度分布ｐ１〜ｐ３を、相対誤差比較部３０２に出力する。

相対誤差比較部３０２は、第１〜第３部位検出部１０１〜１０３から出力された画像サイズＤ１〜Ｄ３と、複数部位において既知であるサイズに関する情報とを用いて、相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３を算出する。

この相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３は、例えば、以下の（ｉ）〜（ｉｖ）の処理を行うことで求めることができる。

（ｉ）先ず、Ｃ２がある値であると仮定する。通常、Ｃ２は、図２（ｂ）の関係からも分かるように、［Ｄ３，Ｄ１］の範囲内なので、仮定するＣ２の値は、［Ｄ３，Ｄ１］の範囲内に設定する。
（ｉｉ）次に、仮定したＣ２と、式（３）とを用いて、Ｃ１、Ｃ３の値を計算する。
（ｉｉｉ）次に、Ｃ１〜Ｃ３の値と、Ｄ１〜Ｄ３の値と、式（２）と用いて、ｄ１、ｄ２、ｄ３の値を計算する。
（ｉｖ）次に、相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３をそれぞれ計算する。

次に、相対誤差比較部３０２は、確率密度分布算出部３０１によって事前統計知識として求められている確率密度分布ｐ１、ｐ２、ｐ３から、相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３に対応する確率密度Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を読み出す。次に、相対誤差比較部３０２は、読み出した確率密度Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を乗算することで、相対誤差の確率密度積Ｐ１×Ｐ２×Ｐ３を算出する。

相対誤差比較部３０２は、上記（ｉ）で仮定するＣ２の値を、［Ｄ３，Ｄ１］の範囲内で変化させ、それらに対応する相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３を計算する。また、相対誤差比較部３０２は、計算した相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３に対応する新たな確率密度Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を確率密度分布ｐ１、ｐ２、ｐ３から読み出し、新たな確率密度積Ｐ１×Ｐ２×Ｐ３を算出する。

相対誤差比較部３０２は、このようにして算出した複数の確率密度積Ｐ１×Ｐ２×Ｐ３の中から最小の確率密度積を見つける。そして、相対誤差比較部３０２は、確率密度積を最小にするＣ２の値を、距離計算に最適な画像サイズであると判断して、距離推定部１０５に出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、部位検出部１０１〜１０３により検出された複数部位の画像サイズＤ１〜Ｄ３と、複数部位において既知であるサイズに関する情報と、に加えて、複数部位についての相対誤差の確率密度分布を用いて、相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３を最も小さくする部位画像サイズを選択する。つまり、実施の形態１では、相対誤差和を基準にして最適な部位画像サイズを選択したが、本実施の形態では、相対誤差の確率密度積を基準にして最適な部位画像サイズを選択する。これにより、実施の形態１と同様に、対象物の検出誤差に起因する距離検出精度の劣化を十分に抑え、撮像した対象物との距離をより高精度に計測することができる。

なお、確率密度分布を直接に求めることが困難な場合、相対誤差の最大値を用いて近似的に求めることは可能である。具体的には、相対誤差ｄ１／Ｄ１、ｄ２／Ｄ２、ｄ３／Ｄ３における最大値ｇ１、ｇ２、ｇ３がサンプル統計又は理論的概算より取得された場合、図８（ａ）又は図８（ｂ）に示すように確率密度分布を設定することができる。図８（ａ）は、正/負の最大値の間で確率密度分布が一様であると仮定して、確率密度分布を設定した例を示すものである。この場合、確率密度分布の高さ値は所定の矩形の面積（積分和）が１になるように計算する。また、図８（ｂ）は、正/負の相対誤差最大値の確率密度を０に設定して、相対誤差０に対応する確率密度分布の最大値を所定の三角形の面積（積分和）が１になるように計算した例を示すものである。以降、上記取得した近似確率密度分布を用いて、距離を計測することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、カメラの露出などのカメラパラメータを制御し、道路標識等の各部位をより高精度に検出する方法について説明する。

図３との対応部分に同一符号を付して示す図９は、本実施の形態における距離計測装置４００の構成を示す図である。

距離計測装置４００は、実施の形態１の距離計測装置１００（図３）と比較して、部位品質判定部４０１、カメラパラメータ制御部４０２及び蓄積部４０３が追加されている。

部位品質判定部４０１は、第１〜第３部位検出部１０１〜１０３から出力された各部位の撮像品質を判定し、次フレームで再検出すべき部位を決定し、決定した部位を示す情報をカメラパラメータ制御部４０２に出力する。

カメラパラメータ制御部４０２は、部位品質判定部４０１から出力された再検出すべき部位にとって最適な撮像条件を推定し、この最適な撮像条件となるようにカメラパラメータ、例えば、絞り、フォーカス、感度などをカメラに設定する。

蓄積部４０３は、第１〜３部位検出部１０１〜１０３から出力された部位を多フレーム分比較し、各部位において最も撮像品質の良好な撮像画像を蓄積する。ただし、撮像時間による距離の変動を考慮する必要がある。フレーム間での距離の変動を小さくするために、フレーム画像の撮像間隔を短く設定することが好ましい。

上述したように、本発明は複数部位を画像から検出し、検出した複数部位の画像を用いて距離を計測するため、各部位の撮像品質が高ければ、距離計測の精度も高くなる。しかしながら、部位毎に撮像品質を上げるための撮像条件が異なる場合もある。

図１０は、夜間に撮像した一時停止標識の画像を示す。図１０（ａ）は高露出による画像であり、標識の外枠が背景に対して明瞭となるが、標識領域内の文字部分の識別は非常に困難となる。一方、図１０（ｂ）は低露出による画像であり、標識の外枠の検出が困難となるが、標識領域内の文字部分の識別は比較的容易となる。図１０（ｃ）に示すように、標識の外枠を第１部位とし、各文字の枠を第２部位とすれば、第１部位を検出するためには、高露出が好ましく、逆に、第２部位を検出するためには、低露出が好ましい。このように、各部位に応じて露出を制御するなど、カメラパラメータ制御部４０２がカメラパラメータを制御することにより、部位毎の撮像品質を向上させることができる。

そこで、本実施の形態では、部位品質判定部４０１によって、複数部位の撮像品質を判定し、次フレームで再検出すべき部位を決定する。そして、カメラパラメータ制御部４０２によって、再検出すべき部位に適したカメラパラメータを設定した後に、カメラは、次フレームの画像を撮像する。これにより、蓄積部４０３には、各部位について、高品質の部位画像が蓄積される。

相対誤差比較部１０４及び距離推定部１０５は、蓄積部４０３に蓄積された高品質の部位画像を用いて、実施の形態１又は実施の形態２で説明した処理を行う。これにより、対象物の検出誤差に起因する距離検出精度の劣化をより抑えることができ、撮像した対象物との距離をより高精度に計測することができる。

なお、上述した各実施の形態では、道路標識を例に説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、車両のナンバープレートを用いてもよい。車両のナンバープレートを検出することにより、例えば、先行車との距離を計測することができる。図１１は、ナンバープレートの４つの部位を示した図である。図１１の第１〜３部位を実施の形態１のＤ１、Ｄ２、Ｄ３とすれば、実施の形態１に説明した方法を用いて、ナンバープレート、すなわち、先行車との距離を高精度に計測することができる。また、距離計測装置４００は、図１１の第１、第２、第４部位を実施の形態１のＤ１、Ｄ２、Ｄ３にすることも可能である。

また、上述した各実施の形態では、第１〜３部位を検出したが、本発明はこれに限らず、４つ以上の部位を検出し、この４つ以上の部位の画像サイズと、既知のサイズの情報とを用いて、相対誤差を最も小さくする部位画像サイズを選択し、選択した部位画像サイズを用いて、対象物との距離を推定してもよい。このように４つ以上の部位を用いる場合に行う処理は、単純に部位の数が増えるだけで、基本的には３つの部位を用いた場合（上述の実施の形態）と同様である。

本発明は、例えば道路標識や車両のナンバープレートなど規格でサイズが統一された物体との距離を計測する距離計測装置に好適である。

１０１ 第１部位検出部
１０２ 第２部位検出部
１０３ 第３部位検出部
１０４、３０２ 相対誤差比較部
１０５ 距離推定部
３０１ 確率密度分布算出部
４０１ 部位品質判定部
４０２ カメラパラメータ制御部
４０３ 蓄積部

Claims (7)

1. 対象物の撮像画像から、前記対象物に含まれる、サイズが既知である複数部位の部位画像を検出する部位画像検出手段と、
   前記部位画像検出手段により検出された前記複数部位の画像サイズと、前記複数部位において既知であるサイズに関する情報とを用いて、前記画像サイズと前記画像サイズに含まれる誤差との割合である相対誤差を最も小さくする部位画像サイズを選択する相対誤差比較手段と、
   前記選択された部位画像サイズを用いて、前記対象物との距離を推定する距離推定手段と、
   を具備する距離計測装置。
2. 前記相対誤差比較手段は、前記複数部位間において既知であるサイズ比率を用いる、
   請求項１に記載の距離計測装置。
3. 前記相対誤差比較手段は、前記部位毎の相対誤差の和である相対誤差和を求め、前記相対誤差和を最小にする部位の画像サイズを選択する、
   請求項１に記載の距離計測装置。
4. 請求項１に記載の距離計測装置であって、前記相対誤差比較手段は、次の処理（ｉ）〜（ｉｉｉ）を行うことで、前記相対誤差を最も小さくする部位画像サイズを選択する。
   （ｉ）．前記複数部位のうちのいずれか１つの部位の前記誤差を０と仮定し、かつ前記誤差を０と仮定する部位を順次変える。
   （ｉｉ）．前記（ｉ）の条件の下で、前記誤差を０とした１つの部位を除く他の部位の前記相対誤差和を求める。
   （ｉｉｉ）．どの部位の前記誤差を０としたときに前記（ｉｉ）の相対誤差和が最も小さくなるかを探索し、当該相対誤差和が最も小さくなったときの前記誤差を０とした部位画像サイズを、前記相対誤差を最も小さくする部位画像サイズとして選択する。
5. 前記相対誤差比較手段は、前記部位画像検出手段により検出された前記複数部位の画像サイズと、前記複数部位において既知であるサイズに関する情報と、に加えて、事前統計知識として用意された、前記複数部位についての前記相対誤差の確率密度分布を用いて、前記相対誤差を最も小さくする部位画像サイズを選択する、
   請求項１に記載の距離計測装置。
6. 前記複数部位の撮像品質を判定し、次フレームで再検出すべき部位を決定する部位品質判定手段と、
   再検出すべき部位に適したカメラパラメータを設定するカメラパラメータ制御手段と、
   を、さらに具備する請求項１に記載の距離計測装置。
7. 対象物の撮像画像から、前記対象物に含まれる、サイズが既知である複数部位の部位画像を検出する部位画像検出ステップと、
   前記部位画像検出ステップで検出した前記複数部位の画像サイズと、前記複数部位において既知であるサイズに関する情報とを用いて、前記画像サイズと前記画像サイズに含まれる誤差との割合である相対誤差を最も小さくする部位画像サイズを選択する相対誤差比較ステップと、
   前記選択した部位画像サイズを用いて、前記対象物との距離を推定する距離推定ステップと、
   を含む距離計測方法。