JP2013066166A - 撮像装置、並びに、これを用いる画像解析装置及び移動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水平偏光成分P及び鉛直偏光成分Sの大きさの違いを示す差分偏光度(指標値)を算出し、算出した各指標値に基づく画素値をもった差分偏光度画像(偏光情報画像)を撮像するという撮像動作を連続して行うことで、露光量が互いに異なる例えば3種類の偏光情報画像を撮像する。そして、過去の撮像動作により撮像された3種類の偏光情報画像の中から、偏光成分間の大きさの違いが最大である特定の偏光情報画像を選定し、選定した特定の偏光情報画像に対応する露光量に基づいて後の撮像動作時の露光量を決定する。
【選択図】図7
Description
この点について具体的な数値を例示して説明すると、例えば、ある露光量(以下「第1露光量」という。)で2つの偏光成分を受光した場合に、一方の偏光成分を受光する受光素子の受光量が飽和値を示したとする。具体的には、一方の偏光成分の検出値が受光素子の光量検出範囲の上限値である255(飽和値)であり、他方の偏光成分の検出値が100であったとする。この例において、これらの偏光成分間の大きさの違いは、これを差分値で示すと155となる。このとき、飽和値を示した受光素子が実際に受光した光量は、その受光素子の光量検出範囲の上限値よりも多く、このときの光量を受光素子の検出値に換算して仮に270であったとする。ここで、飽和値を示していた偏光成分が飽和値を示さないように、例えば飽和値を示していた偏光成分の検出値が250となるような露光量(以下「第2露光量」という。)に落としたとする。この場合、いずれの偏光成分についても、露光量を落とした分だけ受光量は落ちる。そのため、露光量を落とす前の段階で飽和値を示していなかった偏光成分の検出値は、露光量を落とした分だけ落ち込み、例えば100から85程度になる。しかしながら、飽和値を示していた偏光成分についての検出値は、255から250へと僅かに変化するだけである。そのため、これらの偏光成分間の大きさの違い(差分値)を見ると、一方の偏光成分が飽和値を示していた露光量の場合(差分値=155)よりも、いずれの偏光成分も飽和値を示さない露光量の場合(差分値=165)の方が、大きいものとなる。これは、言い換えると、偏光成分間の大きさの違いが大きくなるように露光量を調整すれば、上記の例においては飽和値を示す偏光成分を減らすことができることを意味する。したがって、本発明のように偏光成分間の大きさの違いが大きくなるように露光量を調整して撮像動作を行うことで、飽和値を示す偏光成分を用いた不正確な指標値の画素数を減少させることが可能であり、この場合、より正確な画素値をもった偏光情報画像を用いた高精度な解析処理を実現することが可能となる。
なお、本発明に係る撮像装置は、車載機器制御システムに限らず、例えば、撮像画像に基づいて撮像領域内に存在する検出対象物の検出処理を行う画像解析装置を搭載したその他のシステムにも適用できる。
図2は、本実施形態における車載機器制御システムの概略構成を示す模式図である。
本車載機器制御システムは、自動車などの移動装置である自車両400に搭載された撮像部100で撮像した自車両進行方向前方領域(撮像領域)の撮像画像を画像処理部200で解析して、撮像領域内に存在する検出対象物の位置を検出し、その検出結果を表示部300に表示して運転者に有益な情報(車走行補助用情報)を提供するものである。本実施形態の車載機器制御システムに設けられる撮像装置は、主に、撮像部100、画像処理部200、表示部300とから構成される。
本実施形態の偏光フィルタ103は、画像センサ102の受光素子102aの縦列(鉛直方向)に平行に振動する鉛直偏光成分のみを選択して透過させる鉛直偏光領域(第1領域)103aと、画像センサ102の受光素子102aの横列(水平方向)に平行に振動する水平偏光成分のみを選択して透過させる水平偏光領域(第2領域)103bとが、2次元方向で交互に隣接するように格子状に配置されて市松状に領域分割されたものである。偏光フィルタ103の各領域は、画像センサ102上における1つの受光素子102a(単位領域)にそれぞれ対応している。
図4のタイミングチャート中の各用語の意味は、以下のとおりである。
「Frame no.」は、フレーム番号であり、実在する信号ではなく、説明の便宜上のものである。
「FV(Flame Valid)」は、垂直同期信号(垂直有効期間信号)である。
「LV(Line Valid)」は、水平同期信号(水平有効期間信号)である。
「Interrupt」は、垂直同期信号FVの立ち下がりタイミングを起点に生成されて、露光制御部202内のCPUに入力される割り込み処理の基点となる信号である。
「Exposure Calc」は、露光時間計算期間を示すものであり、実在する信号ではなく、説明の便宜上のものである。
「Exposure time」は、露光時間を示すものであり、具体的には、画像センサ102の各受光素子102aを構成するフォトダイオードの電荷蓄積時間を示すものである。
「Output Image」は、画像センサ102から出力される偏向RAW画像データである。
画像処理部200は、主に、画像解析部201と露光量制御部202とから構成されている。また、画像解析部201は、主に、画像情報生成部203と、車走行補助用情報生成部204とから構成されている。
まず、露光量制御部202は、画像センサ102に対し、1フレームごとに(1つの画像ごとに)、互いに異なる複数の露光量(露光時間、ゲイン)を順次設定する(S1)。ここでは、E1(t)、E2(t)、E3(t)という3種類の露光量を順次設定する場合で説明する。この場合、画像センサ102を60FPSで駆動させた場合、それぞれの露光量についての画像を、20FPSの動画として表示することが可能である。なお、3種類の露光量の大小関係は、E1(t)<E2(t)<E3(t)である。
露光量制御部202は、垂直同期信号FV、水平同期信号LV、割り込み信号(Interrupt)を生成し、更に割り込み信号(Interrupt)を起点に割り込み処理を行うことで、次の3種類の露光時間(exposure time)を算出する。算出された露光時間は画像センサ102へ供給される。ここで、画像センサ102へ供給される露光時間(exposure time)の制御信号は、露光期間を直接示す信号ではなく、水平同期信号LVとピクセル同期信号PCLKの数を示す信号である。したがって、露光時間(exposure time)の設定値は、この制御信号を受けた画像センサ102によって作成される。
以下、上記実施形態における露光量制御部202の一変形例について説明する。
図8は、本変形例の露光量制御部202が行う露光量制御を示す制御ブロック図である。
図9は、本変形例の露光量制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例では、画像センサ102から出力される偏光RAW画像データは、画像解析部201だけでなく、露光量制御部202にも入力される。露光量制御部202は、画像センサ102からの偏光RAW画像データに基づいて、画像センサ102上の全受光素子(撮像画素)の受光量データのヒストグラムをヒストグラム作成部301にて作成する(S21)。具体的には、ヒストグラム作成部301は、所定数に区分された受光量範囲ごとに、それぞれの受光量範囲に属する撮像画素の個数をカウントする。このとき、撮像画像を複数の画像領域に区分して、画像領域ごとにヒストグラムを作成するようにしてもよい。
updata = Kphist × (error−error1)
+ Kihist × error
+ Kdhist × (error−error1)
−(error1−error2) ・・・(1)
exposuremax = Ncolumn × Nrow ・・・(2)
exposurewithoutgain = exposure
− (gain−1)×exposuremax ・・・(3)
rowexposure = exposurewithoutgain / Ncolumn・・・(4)
pixelexposure = exposurewithoutgain
− rowexposure × Nrow・・・(5)
(態様A)
撮像領域内の各地点からの光に含まれる互いに偏光方向が異なった水平偏光成分P及び鉛直偏光成分S等の複数の偏光成分の大きさの違いを示す偏光比や差分偏光度等の指標値を算出し、算出した各指標値に基づく画素値をもった偏光比画像や差分偏光度画像等の偏光情報画像を撮像する撮像動作を連続して行って偏光情報画像の動画像を得る撮像部100等の撮像手段を備えた撮像装置において、上記撮像動作を連続して行っている合間の所定の露光量調整タイミングで、上記複数の偏光成分の大きさの違いが最大となるように露光量を調整する露光量制御部202等の露光量調整手段を有することを特徴とするものである。
これによれば、上述したように、複数の偏光成分の大きさの違いがより大きく示された高精度な指標値に基づく偏光情報画像を得ることができる。その結果、よりコントラストの高い偏光情報画像を撮像することが可能となり、偏光情報画像の画像解析処理で高い精度が得られる。
上記態様Aにおいて、上記撮像手段は、撮像領域内に存在する物体からの光を、光学フィルタを介して、受光素子102aが2次元配置された画素アレイで構成された画像センサ102により受光するものであり、上記光学フィルタは、特定方向の偏光成分(鉛直偏光成分)のみを選択して透過させる鉛直偏光領域等の第1領域と、偏光成分の選択を行わずに光を透過させるか又は該特定方向とは異なる方向の偏光成分(水平偏光成分)のみを選択して透過させる水平偏光領域等の第2領域とが、上記画像センサ102上における1つの受光素子又は2つ以上の受光素子で構成される単位領域で、該画像センサ上の受光素子が配置されている2次方向に分布した偏光フィルタ103を含んでいることを特徴とする。
これによれば、1回の撮像動作で、第1領域を透過した光に基づく画像(鉛直偏光画像)と第2領域を透過した光に基づく画像(水平偏光画像)の両方を得ることができるので、よりフレームレートの高い画像(動画)を得ることができる。
上記態様A又はBにおいて、上記露光量調整手段は、上記所定の露光量調整タイミングで上記撮像動作を連続して又は1回だけ上記撮像手段に行わせて、露光量が互いに異なる複数の偏光情報画像を取得し、該複数の偏光情報画像の中から、上記複数の偏光成分の大きさの違いが最大である特定の偏光情報画像を選定し、選定した特定の偏光情報画像に対応する露光量に基づいて後の撮像動作における露光量を決定し、決定した露光量に調整することを特徴とするものである。
これによれば、撮像動作を連続して行っている動画像撮像動作中の合間でも、複数の偏光成分の大きさの違いがより大きく示された偏光情報画像が得られる露光量に調整することが可能である。
なお、上述した説明では、撮像動作を3回連続して行うことで露光量が異なる3種類の偏光情報画像を撮像する場合について説明したが、1回の撮像動作で3種類の偏光情報画像を撮像することも可能である。この場合、偏光フィルタ103の第1領域及び第2領域に、領域の一部を遮光する遮光面(絞り)を形成し、その遮光面の面積を異ならせることで、第1領域及び第2領域を3種類の異なる光透過率をもった領域に分類すればよい。このような遮光面は画像センサ102の各受光素子の受光領域に形成してもよい。
上記態様Cにおいて、上記露光量調整手段は、取得した上記複数の偏光情報画像について、それぞれの各指標値の絶対値の総和あるいは各指標値の二乗和の平方根を計算し、その計算結果が最大である偏光情報画像を上記特定の偏光情報画像として選定することを特徴とする。
これによれば、簡易な計算で、複数の偏光成分の大きさの違いが最大である特定の偏光情報画像を選定することができる。
上記態様Dにおいて、上記露光量調整手段は、ゼロ付近である下限閾値以下の受光量であった偏光成分を用いて算出される指標値については、上記の計算に用いないことを特徴とする。
これにより、ノイズの影響が大きい偏光成分に基づく不正確な指標値に基づいて露光量が調整されることが少なくなり、より信頼性の高い露光量調整が可能となる。
上記態様D又はEにおいて、上記露光量調整手段は、上限閾値(例えば230)以上の受光量であった偏光成分を用いて算出される指標値については、上記の計算に用いないことを特徴とする。
これにより、受光量が飽和値に近い値を示している偏光成分に基づく不正確な指標値に基づいて露光量が調整されることが少なくなり、より信頼性の高い露光量調整が可能となる。
上記態様C〜Fのいずれかの態様において、上記露光量調整手段は、露光量を段階的に増加又は減少させて複数回の撮像動作を連続して行うことにより上記複数の偏光情報画像を取得し、選定した上記特定の偏光情報画像に対応する露光量を、後の複数回の撮像動作で用いる露光量のうちの中央値として決定することを特徴とする。
これによれば、比較的簡易な制御により露光量の調整を行うことができる。
上記態様A〜Gのいずれかの態様において、上記露光量調整手段は、所定の閾値を超える受光量を受光する受光素子の数が規定数以下となるように露光量を調整することを特徴とする。
これによれば、上記変形例で説明したように、受光量が飽和値に近い値を示している偏光成分に基づく不正確な指標値に基づいて偏光情報画像が生成されることを抑制でき、より精度の高い偏光情報画像が得られ、偏光情報画像の画像解析処理で高い精度が得られる。
撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて撮像領域内に存在する検出対象物の検出処理を行う検出処理手段を有する画像解析装置において、上記撮像手段として、上述した態様A〜Hのいずれかの態様に係る撮像装置を用いたことを特徴とする。
これによれば、上述したように、複数の偏光成分の大きさの違いがより大きく示された高精度な指標値に基づく偏光情報画像の画像解析処理で高い精度が得られる。
自らの周囲を撮像する撮像手段を備えた自動車等の移動装置において、上記撮像手段として、上記態様A〜Hのいずれかの態様に係る撮像装置を用いたことを特徴とする。
これによれば、上述したように、自らの周囲の状況を、複数の偏光成分の大きさの違いがより大きく示された高精度な指標値に基づく偏光情報画像によって把握することができる。
101 光学系
102 画像センサ
102a 受光素子
103 偏光フィルタ
200 画像処理部
201 画像解析部
202 露光量制御部
203 画像情報生成部
204 車走行補助用情報生成部
205 モノクロ情報生成部
206 偏光情報生成部
300 表示部
301 ヒストグラム作成部
302 対象画素カウント部
303 差分算出部
304 最適露光量算出部
305 ゲイン決定部
306 露光時間算出部
307 制御信号出力部
Claims (10)
- 撮像領域内の各地点からの光に含まれる互いに偏光方向が異なった複数の偏光成分の大きさの違いを示す指標値を算出し、算出した各指標値に基づく画素値をもった偏光情報画像を撮像する撮像動作を連続して行って偏光情報画像の動画像を得る撮像手段を備えた撮像装置において、
上記撮像動作を連続して行っている合間の所定の露光量調整タイミングで、上記複数の偏光成分の大きさの違いが最大となるように露光量を調整する露光量調整手段を有することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1の撮像装置において、
上記撮像手段は、撮像領域内に存在する物体からの光を、光学フィルタを介して、受光素子が2次元配置された画素アレイで構成された画像センサにより受光するものであり、
上記光学フィルタは、特定方向の偏光成分のみを選択して透過させる第1領域と偏光成分の選択を行わずに光を透過させるか又は該特定方向とは異なる方向の偏光成分のみを選択して透過させる第2領域とが、上記画像センサ上における1つの受光素子又は2つ以上の受光素子で構成される単位領域で、該画像センサ上の受光素子が配置されている2次方向に分布した偏光フィルタを含んでいることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1又は2の撮像装置において、
上記露光量調整手段は、上記所定の露光量調整タイミングで上記撮像動作を連続して又は1回だけ上記撮像手段に行わせて、露光量が互いに異なる複数の偏光情報画像を取得し、該複数の偏光情報画像の中から、上記複数の偏光成分の大きさの違いが最大である特定の偏光情報画像を選定し、選定した特定の偏光情報画像に対応する露光量に基づいて後の撮像動作における露光量を決定し、決定した露光量に調整することを特徴とする撮像装置。 - 請求項3の撮像装置において、
上記露光量調整手段は、取得した上記複数の偏光情報画像について、それぞれの各指標値の絶対値の総和あるいは各指標値の二乗和の平方根を計算し、その計算結果が最大である偏光情報画像を上記特定の偏光情報画像として選定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項4の撮像装置において、
上記露光量調整手段は、下限閾値以下の受光量であった偏光成分を用いて算出される指標値については、上記の計算に用いないことを特徴とする撮像装置。 - 請求項4又は5の撮像装置において、
上記露光量調整手段は、上限閾値以上の受光量であった偏光成分を用いて算出される指標値については、上記の計算に用いないことを特徴とする撮像装置。 - 請求項3乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置において、
上記露光量調整手段は、露光量を段階的に増加又は減少させて複数回の撮像動作を連続して行うことにより上記複数の偏光情報画像を取得し、選定した上記特定の偏光情報画像に対応する露光量を、後の複数回の撮像動作で用いる露光量のうちの中央値として決定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置において、
上記露光量調整手段は、所定の閾値を超える受光量を受光する受光素子の数が規定数以下となるように露光量を調整することを特徴とする撮像装置。 - 撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて撮像領域内に存在する検出対象物の検出処理を行う検出処理手段を有する画像解析装置において、
上記撮像手段として、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置を用いたことを特徴とする画像解析装置。 - 自らの周囲を撮像する撮像手段を備えた移動装置において、
上記撮像手段として、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置を用いたことを特徴とする移動装置。
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