JP2010510935A - 遠距離灯の自動制御方法 - Google Patents

Abstract

自動車の前の周辺を監視するカメラセンサを持つ自動車のための電灯の自動制御方法が紹介される。カメラセンサにより、車両の前の車両周辺の画像列が記録される。自己の車両の車線が画像データから計算される。車線に沿う少なくとも１つの測定窓が画像に設定され、それにより先行する車両及び向かって来る車両が検出される。この測定窓にある光点が画像列において追跡される。画像データにより他の車両の電灯が識別され、他の車両の運転者が目をくらまされないように、前照灯が制御される。

Description

本発明は、車両周辺を監視するカメラセンサに基く、自動車前照灯の遠距離灯の自動制御方法に関する。

光センサに基く電灯の光制御は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２０３４８号明細書に記載されている。そのため自動車に高感度の光センサが設けられて、走行方向前方へ向けられている。自動車が接近して、遠距離灯が消灯されると、向かって来る前照灯の光が光センサに当たる。向って来る車両が自己の車両を通り過ぎて、光センサの検出範囲外にある時、充分小さい光強度が光センサにより検出されると、遠距離灯が再び点灯される。

この非常に簡単な方法では、光強度のみが検出され、光源の種類即ち周辺光、反射体、車両前照灯、道路照明等は分類されない。これにより照明制御装置の誤動作をひき起こすことがある。

従って本発明の課題は、車両の遠隔灯を制御する確実な方法を提示することである。

本発明によればこの課題は、独立請求項に記載の方法によって解決される。有利な展開は従属請求項からわかる。

自動車の前の周辺を監視するカメラセンサを持つ自動車のための電灯の自動制御方法が提示される。そのため画像列が記録され、自己の車両の車線が画像データから求められる。このような車線評価は例えば車線離脱警報システム又は車線離脱保護システムの構成部分でもある。車線に沿う少なくとも１つの評価窓が画像に設定されるので、先行する車両及び向かって来る車両が検出される。評価窓内で、光点が画像列において追跡される。光点の特性（例えばスペクトル組成、強度の時間的推移、画像における運動経過、絶対強度等）により、他の車両の電灯が識別される。他の車両の運転者が目をくらまれないように、前照灯が制御される。

方法の特別な構成では、車両の電灯が検出範囲を離れた後、遠距離灯へ車両前照灯を切換える前に、車両電灯の復帰確率が計算される。所定の閾値より上の復帰確率で遠距離灯への切換えが行われない。

本発明の特別な構成では、画像列にある光点の計算時間を最適化される追従方法が使用される。そのため少なくとも１つの光点に対して、補集窓が規定され、時間的に遅く記録される画像にあって高い確率を持つ光点がこの補集窓にある。

本発明の有利な構成は、車両を識別するため、車両電灯が一般に対をなして現れるという性質を利用する。

本発明が実施例及び図により以下に説明される。

向かって来る車両または先行車両のための従来の補集窓（左）及び最適化される補集窓（右）を示す。 車両電灯の合体を示す。 所定の強度範囲内で向かって来る車両の前照灯（上部）及び反射体（下部）の強度Ｉについて記入された強度変動Ｓを示す。 反射体及び車両電灯の強度の概略頻度分布を示す。 縦揺れ運動を示す。

ここで説明するすべての特徴は、個々に又は任意の組合わせで本発明に寄与する。方法段階の時間的推移は、ここで選ばれている順序によっては必ずしも規定されない。

適当な画像部分の選択
本発明の実施例において、探索される車両における画像部分（窓）が算定される。窓処理により、画像処理費用が著しく減少される。なぜならば、車両のためにもはや全画像を探索する必要がないからである。更に車線を識別する際、道路縁の誤検出が少なくなるように、窓を予想される車線に位置ぎめすることができる。窓の大きさは、求められる車両物体がきちんと入るように選ばれる。大きくなるほど予想される車両位置についての識別が不正確になる縁範囲が付け加えられる。探索窓の垂直位置、幅および高さは、カメラ写像方程式の知識からの距離仮定に従って位置ぎめされる（画像における光点の運動の部分分析を参照）。窓の水平な位置ぎめは、車両の以前の車線の推移についての知識に基いて、画像処理による以前の車線算定から行われる。これらのデータは、例えば車両に統合されている車線離脱警告システム、運転者援助システム（ＡＣＣ）、ディジタルカード及び（例えばナビゲーションシステムから）衛星により援助される位置算定により、又は慣性センサ装置により得られる進路評価から、利用可能にされる。

車両電灯の復帰確率
評価窓を離れた車両電灯の復帰の確立が評価される。復帰確率が所定の閾値より上にあると、遠距離灯への切換えは行われない。復帰確率の算定は、例えば次のシナリオの１つに基いて行うことができる。
・向かって来るか又は先行する車両が評価窓から側方又は垂直方向へ離れると、車両の自 己運動（縦揺れ角、片揺れ角、横揺れ角）に関係して、他の車両の復帰確率が計算され る。例えばカーブ走行の際、自己の車両の片揺れ速度が、評価窓から側方又は垂直方向 へ離れる他車両の再入り込みの確率を求めるために利用される。（カーブ走行のため） 自己車両が他車両の“離れ方向”へ旋回する際、車両が短時間遅れて再び評価窓内で見 られる確率は高い。
・高速自動車道路又は国道に、灌木、杭、騒音防止区画、又は逆走行方向を持つ車線の間 にある類似な不連続の視界妨害物がある。向って来る車両の電灯が一度は見え、それか ら再び見えない。例えばカメラセンサにより視界妨害物が検出され、後続の評価アルゴ リズムにより識別され、向かって来る物体（車両）の光点が消えていると、物体の運動 軌道がまだ評価窓の縁に到着していなくても、向かって来る車両が短時間遅れて再び評 価窓において見られる確率は高い。

光点の追跡の際の捕集窓
画像列において光点の時間的追跡のため、通常追跡フィルタが使用される。その際運動の時間的履歴から、現在の画像における位置についての予想がなされる。捕集窓１の計算の際、画像座標系のｘ−ｙ方向における等分配が一般に仮定される。このような場合が図１の左に示されている。そこには通常の捕集窓１を持つ物体軌道３が示されている。捕集窓１は、光点が高い確率で時間的に遅れて記録される画像に存在するように、選ばれている。捕集窓１は光点又は光点対に精確に対応せしめられ、光点が探索される全画像範囲を規定する評価窓と混同されない。本発明の有利な構成では、車道上の物体のみが検出されるように、評価窓が設定されている。捕集窓１は一般に評価窓の部分範囲であるが、例外があってもよい。運動履歴に基いて、他の車両（向かって来るか又は先行する車両）の将来の運動方向も、高い確率で求めることができる。カメラシステムの検出範囲にある車道が平らで、隆起を持っていないものと仮定して、他の車両の運動は一定の高さをもつ平面で行われる。カメラセンサを持つ自動車の前で所定の一定の高さをもつ平面は、カメラ画像において、カメラの視方向及び写像特性により規定されている画像範囲２に表される。このような場合が図１の右に示されている。そこでは範囲２が、カメラシステムを持つ自動車の周辺にある平面に相当するカメラ画像に記入されている。向って来る車両の物体軌道３は、カメラ画像の範囲に含まれている。捕集窓１は、それが範囲２の構成部分であるように規定される。更に物体の運動方向における捕集窓１は、運動方向とは逆向きにより大きく設計されている。光点の物体軌道を考慮することにより、光点の追跡が妨害に対して一層強固になる。更に一層小さい探索範囲により、計算費用が少なくされる。

二重電灯
前照灯又は尾灯は一般に対に現れ、それを暗がりにおける車両物体の識別に利用することができる。二重電灯を識別するため、限界値が低い輝度値に設定される。ここで二重電灯（及び道路上の前照灯の反射）が、１つの大きい電灯区域に合体する。これが図２に示されている。画素線ｙ１における強度１が記入されている。二重電灯が合体する強度の限界値が、横軸に対して平行な実線として記入されている。

光点の性質（例えばスペクトル合成、強度の時間的推移、画像における運動推移、絶対強度等）により、他の車両の電灯を識別できる方法が、次に示される。これらの方法は、個々に又は任意の組合わせで使用することができる。

光点の強度の分析
Ｉ）光点の時間的強度変動の分析
光点が識別されると、画像列において追跡される。追跡される光点の強度は、多数の 画像において求められ、強度推移が分析される。特に関心のあるのは、平均値の周り の強度である。光点の強度は、カメラを持つ動く車両において一般に連続的に変化す る距離に関係しているので、浮動平均値が強度変動を求めるのに利用される。強度変 動を示す別の方法は、順次に続く測定値の偏移の値を求めることである。図３の上部 には、向かって来る光源に対して、また図３の下部には、反射体に対して、所定の強 度範囲において強度変動が記入されている。向かって来る車両の前照灯の所定の強度 範囲内で求められた強度変動が平均して反射体の強度変動より著しく大きいことが、 直ちにわかる。図３の上部及び下部において、明らかにするため同じ白い線が記入さ れている。図３の上部（向かって来る車両の前照灯）では、著しく多数の強度変動が 線より上にあるのに反し、図３の下部（車道区画用反射体）では、著しく多数の分散 値が線より下にある。分散の異なる特性の原因は、光が来た方向へこの光を反射する 反射体の特別な反射特性である。自動車にある前照灯及びカメラセンサは、自己の自 動車と同じ自己運動を行うので、カメラチップへの反射光の入射角従って光点の強度 は比較的一定である。光源が問題である場合、少なくともカメラの担体である自己の 車両が自己運動例えば縦揺れ運動を示す。カメラチップへの光の入射角従って画像に ある光点の強度はあまり一定ではない。この特性が、反射体を発光する光源から区別 するために利用される。強度変動値が主として限界線より下にある光点は、反射体と して分類される。強度変動値が主として限界線より上にある光点は、発光する光点で あると判定される。このような限界線の推移は、データ処理のためプログラムに固定 的に規定することができる。１つの代案は、限界線の推移を前に記録された測定値に 合わせることである。そのため光点の分散値及びその分類（反射体、発光する光源） が、回顧的に考察される。分類は分散基準及び／又は他の方法により行うことができ る。限界線は、反射体のできるだけ僅かな分散値が限界線より上にあり、発光する光 源のできるだけ僅かな分散値が限界線より下にあるように、計算される。

ＩＩ）光点の絶対強度の分析
反射体により反射される自己の前照灯の光の強度は、１／ｘ^４に比例している。こ こでｘは反射体と自動車との間隔を示す。これに反し発光する光源一般に車両前照 灯の強度は１／ｘ^２に比例している。即ち同じ距離では、向かって来る車両の前照 灯は、自己の車両の前照灯の光を反射する反射体より明るく画像に示される。強度 について典型的な頻度分布が図４に示されている。発光する光源の頻度分布が破線 で示され、反射体の頻度分布が実線で示されている。明らかにわかるように、頻度 分布は互いにずれている。図において３つの強度範囲が確認される。Ｉで示す低い 強度範囲では反射体のみが示され、ＩＩで示す中間の強度範囲では反射体及び発光 する光源が示され、ＩＩＩで示す高い強度範囲では発光する光源のみが示される。 従って上の閾値Ｓ１より上の強度を持つ光点は、前照灯により生じる。下の限界値 Ｓ２より下の強度を持つ光点は、反射体により高い確率で生じる。光点が両方の閾 値Ｓ１とＳ２の間にある強度を持っていると、この方法では、反射体であるかまた は発光する光源であるかを表わすことができない。

ＩＩＩ）強度勾配の分析
更に少なくとも１つの光点の強度推移が記録される。
反射体により反射される自己の前照灯の光の強度は、１／ｘ^４に比例している。 ここでｘは反射体と自動車との間隔である。即ち強度の時間的推移により、光点 を受動光源（反射体）として、又は発光する能動光源として分類することができ る。この対応関係は、本発明の好ましい構成では、求められる光点の距離及び自 己の前照灯の光度についての知識及び道路縁にある普通の反射体の反射特性によ り立証される。本発明の構成では、受動光源及び能動光源の予想される強度推移 を求めて、反射体であるか能動光源であるかの証明に利用するため、距離算定が 利用される。同様に本発明の好ましい構成では、測定される光点の強度が、前照 灯又は特定の距離にある普通の光度の反射光の予想される強度と比較される。
同じ予想が、自己の前照灯による照射を仮定して、特定の距離にある普通の反射 体についてなされる。計算される値は、反射体であるか又は能動光源（車両電灯 ）であるかを立証するために利用される。

ここに示す方法では、光点の運動の時間的推移が、車道に対して静止している物体の反応にとってほぼ充分であり、強度の時間的推移が受動光源に対して予想される推移にほぼ一致していると、光点が反射体であることを確認される。更に光点の運動の時間的推移が、車道に対して動かされる物体の反応にとってほぼ充分であり、強度の時間的推移が能動光源に対して予想される推移にほぼ一致していると、光点が車両電灯であることを確認される。

画像における光点の運動の分析
Ｉ）画像流れ
車両電灯を識別するため、公知の画像処理方法（相関、形態素濾波、領域区分）によ り抽出される明るい点状画像物体の光流れが求められる。この画像物体の画像流れが 自己運動（速度、片揺れ運動）と一致すると、静止している光点から出発することが できる。そのため動かない画素のための仮定画像流れが種々の距離において求められ 、現在の画像から抽出される光点の実際の画像流れと比較される。これらの光点の画 像流れが大体において既知の自己運動（速度、片揺れ運動）により形成されていると 、静止している光点である。どの仮定も光点の測定される画像流れに当てはまらない と、それは動く光でなければならない。区別の際、示される光点と車両との距離をほ ぼ知ることが有益である。なぜならば、画像流れは、カメラ車両の自己運動及び光点 の起こり得る運動のほかに、光点の距離にも関係するからである。近くにある物体は 、離れている静止物体より強い画像流れを持っている。

単眼カメラによる点または物体の間隔ｄを求める方法が示される。単眼カメラに対する間隔はカメラ取付け高さｈ、カメラ縦揺れ角α、点の画像線ｙ、画素の大きさη及びカメラ焦点距離ｆから求められる。

前記のパラメータがカメラの視方向の調節により既知であると、距離ｄを求めることができる。

ＩＩ）自己の車両の縦揺れ運動により生じる障害
光源の運動方向の評価の際しばしば生じる問題は、自己の車両の車体従ってカメラ の揺れである。それにより物体の画像流れがカメラ車両の速度および片揺れ運動の 影響を受けるだけでなく、車道面に対する車体の回転運動、車両の縦揺れ運動の影 響を受ける。速度及び片揺れ運動とは異なり、縦揺れ運動はセンサにより直ちには 測定されない。この障害は、車道の凹凸及び（正及び負の方向における）縦加速度 において増大されて起こる。カメラ車両のシャシが生じる力をどれ位よく減衰でき るかに関係なく、縦揺れ運動により障害が常に存在する。

続く補償を可能にするため、縦揺れ運動を求める可能性が以下に示される。そのためカメラ画像自体が分析される。シャシが前で沈むと、カメラは下方へ傾き、ビデオ画像にあるすべての点がそれに応じて上方へ移動し、カメラが再びはね戻ると、点は逆に下方へ動く。さてビデオ画像におけるこの運動がすべての点に対して同じであり、垂直方向にのみ起こり、即ち画素の水平な運動成分がカメラの縦揺れ運動の影響を受けないままであることを、利用することができる。考察されている画素が静止している物体であると仮定して、画像におけるその位置、カメラ車両の既知の速度及び片揺れ運動から、またその水平移動のみから、カメラに対するこの点の距離を計算することができる。静止している物体であるか又は動く物体であるかは、例えば両像列の強度の分析により突き止めることができる。水平移動から点の距離を知ると、それにより再び対応する垂直移動を突き止めることができる。上述したように点の水平移動は縦揺れ運動とは無関係なので、このことは突き止められた垂直移動にも当てはまる。ビデオ画像において測定される移動が今やカメラの縦揺れ運動によって乱されている場合、測定される垂直移動と計算される垂直移動との差によって、そのことを知る。突き止められる縦揺れ運動により、今や適当な画像データを修正することができる。図５には縦揺れ運動の検出が概略的にベクトル図として示されている。Ｖｇは画像において測定される物体の全移動を表している。このベクトルは、測定されるＸ方向の全移動ＸｇとＹ方向の全移動Ｙｇとに分解される。ＹｂはＹ方向の計算される移動を示し、前述したように静止している物体に対して計算されたものである。Ｙｄは、Ｙ方向における計算された移動と測定される移動との差、従って縦揺れ運動の影響を示す。

Claims (5)

1. 自動車の前の周辺を監視するカメラセンサを持つ自動車のための電灯の自動制御方法であって、
   車両周辺の画像列が記録され、
   自己の車両の車線が画像データから評価され、
   車線に沿う評価窓が画像に設定され、それにより先行する車両及び向かって来る車両が検出され、
   少なくとも１つの測定窓にある光点が画像列において追跡され、
   画像データから他の車両の電灯が識別され、
   他の車両の運転者が目をくらまされないように、前照灯が制御される
   方法。
2. 車両の電灯が検出範囲を離れた後、遠距離灯へ切換える前に復帰確率が計算され、所定の閾値より上の復帰確率で遠距離灯への切換えが行われない、請求項１に記載の方法。
3. 画像列にある光点の計算時間を最適化される追従のため、少なくとも１つの光点に対して、光点の目的軌道（３）を考慮して補集窓（１）が規定され、時間的に遅く記録される画像にあって高い確率を持つ光点が、この補集窓内にある、先行する請求項の１つに記載の方法。
4. 車両電灯を識別するため、対をなして生じる光（二重光）に基いて画像データが検査される、先行する請求項の１つに記載の方法。
5. 車線検出用運転者援助システム及び請求項１〜４の１つに記載の遠距離灯自動制御方法を持つ自動車。

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