JP2014066948A - ステレオカメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
薄型化を実現しつつ、性能及び信頼性を保持可能なスレテオカメラ装置を提供する。
【解決手段】
第１の撮像素子と、第１の撮像素子で撮像された第１の画像を出力する第１の通信接続部と、第１の撮像素子と第１の通信接続部とが配置された第１の撮像基板と、第２の撮像素子と、第２の撮像素子で撮像された第２の画像を出力する第２の通信接続部と、第２の撮像素子と第２の通信接続部とが配置された第２の撮像基板と、一方端部に第１の撮像基板が配置され、他方端部に第２の撮像基板が配置された筐体と、を有し、第１の撮像基板において、第１の撮像素子と第１の通信接続部とが筐体の長手方向に並列に配置され、第２の撮像基板において、第２の撮像素子と第２の通信接続部とが筐体の長手方向に並列に配置され、第１の撮像基板と第２の撮像基板は、左右対称に配置された
【選択図】 図４

Description

複数の撮像素子を実装するステレオカメラ装置に関する。

２台の撮像手段を用いて写し出した１対の画像を用いて対象物までの距離を算出し、それによって対象物の認識を行うステレオカメラ装置が、車両の安全走行を支援する車載システムなどに適用され始めている。

これらのシステムで利用されるステレオ画像処理は、位置的に間隔をあけて撮像された１対の撮像画像に対して三角測量技術を適用して距離を求めるものであり、これを実現する装置は１対の撮像手段と、これらの撮像手段が出力する１対の撮像画像に対して三角測量処理を行うステレオ画像処理ＬＳＩとを備えているのが一般的である（特許文献１）。

このような画像処理用のカメラは、車両のフロントガラス部に搭載されるため、運転者の視界の妨げにならないことや、ワイパエリアであること等が要件となり、小型化、特に薄型化を求められている。

１台のカメラを使用した画像処理システムに関する薄型化を実現するものとして特許文献２などがある。

特開平１１−２３７６８４号公報 特開２００８−３０６３５０号公報

特許文献２のように１台のカメラを、２台以上のカメラを用いたステレオカメラに用いて、同様の効果を得るためには、性能の低下を招かないために、左右の画像をあわせるための構造や、撮像素子の使い方に工夫が必要である。

本発明は、このような課題に鑑み、薄型化を実現しつつ、性能及び信頼性を保持可能なスレテオカメラ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のステレオカメラ装置は、第１の撮像素子と、第１の撮像素子で撮像された第１の画像を出力する第１の通信接続部と、第１の撮像素子と第１の通信接続部とが配置された第１の撮像基板と、第２の撮像素子と、第２の撮像素子で撮像された第２の画像を出力する第２の通信接続部と、第２の撮像素子と第２の通信接続部とが配置された第２の撮像基板と、一方端部に第１の撮像基板が配置され、他方端部に第２の撮像基板が配置された筐体と、を有し、第１の撮像基板において、第１の撮像素子と第１の通信接続部とが筐体の長手方向に並列に配置され、第２の撮像基板において、第２の撮像素子と第２の通信接続部とが筐体の長手方向に並列に配置され、第１の撮像基板と第２の撮像基板は、左右対称に配置された構成とする。

また、第１の撮像素子と、第１の撮像素子で撮像された第１の画像を出力する第１の通信接続部と、第１の撮像素子と第１の通信接続部とが配置された第１の撮像基板と、第２の撮像素子と、第２の撮像素子で撮像された第２の画像を出力する第２の通信接続部と、第２の撮像素子と第２の通信接続部とが配置された第２の撮像基板と、一方端部に第１の撮像基板が配置され、他方端部に第２の撮像基板が配置された筐体と、を有し、第１の撮像基板において、第１の撮像素子と第１の通信接続部とが筐体の長手方向に並列に配置され、第２の撮像基板において、第２の撮像素子と第２の通信接続部とが筐体の長手方向に並列に配置され、第１の撮像基板と第２の撮像基板は、点対称に配置された構成とする。

本発明によれば、薄型化を実現しつつ、性能及び信頼性を保持可能なスレテオカメラ装置を提供できる。

本発明に係るステレオカメラ装置の撮像基板とメイン基板の配置を示す図である。 図１のＡ方向からみたステレオカメラ装置を示す図である。 図１のＢ方向からみたステレオカメラ装置を示す図である。 図１のＣ方向からみたステレオカメラ装置を示す図である。 本発明に係るステレオカメラ装置の一実施形態の概観を示す図である。 撮像基板を点対称で実装した時の左右撮像画面を説明する図である。 図１のＤ方向からみたステレオカメラ装置を示す図である。 図５のＥ方向からみたステレオカメラ装置を示す図である。 図８のＡ−Ａ間のステレオカメラ装置の断面を示す図である。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

本発明に係るステレオカメラ装置の例を図１から図９を用い説明する。

図５は、本発明のスレテオカメラ装置の概観を示す図である。その内部構造を図１に示す。撮像基板１を２枚（第１の撮像基板、第２の撮像基板）と、メイン基板２を２枚（第１のメイン基板、第２のメイン基板）と、を備えた図である。ここで、図１のＡ方向からみた図を図２、Ｂ方向からみた図を図３、Ｃ方向から見た図を図４、Ｄ方向から見た図を図７に示す。図５のＥ方向から見た図を図８に示す。図８のＡ−Ａ間の断面図を図９に示す。なお、図７は、図８のＢ−Ｂ間の断面図でもある。

ステレオカメラ装置は、図５のように第１の撮像部５０（左撮像部）と、第２の撮像部５１（右撮像部）と、一方端部に第１の撮像部５０が配置され、他方端部に第２の撮像部５１が配置された筐体であるケース５と、で構成され、第１の撮像部５０と第２の撮像部５１とで撮像された画像に基づいて視差を算出し、距離画像を生成する。その距離画像に基づいて、車両前方の対象物を認識するものである。このとき、第１の撮像部５０の光軸と第２の撮像部５１の光軸が平行となるように配置することで、認識精度を向上させることができる。

図２、図３に示すように実施例のステレオカメラ装置は、ケース５内に、２つの撮像素子３（第１の撮像素子（左撮像素子）、第２の撮像素子（右撮像素子））と、撮像素子３で撮像した撮像画像を装置外へ出力する通信接続部４（第１の通信接続部、第２の通信接続部）と、を有する撮像基板１を２つ（第１の撮像基板（左撮像基板）、第２の撮像基板（右撮像基板））設ける。２つの撮像基板１は、筐体であるケースの中心に対して左右対称に配置され、撮像基板１のそれぞれにおいて、通信接続部４は、撮像素子３の左又は右に並列に配置、つまり筐体であるケース５の長手方向に並列に配置され、２つの撮像基板１間には、２つのメイン基板２（第１のメイン基板（電源基板）、第２のメイン基板（信号処理基板））へ接続する接続部であるメインコネクタ１２（第１の接続部）とメインコネクタ１３（第２の接続部）が配置され、２枚のメイン基板２は、スレテオカメラ装置の厚さ方向に重ねて配置さている。

このように、１つの撮像基板１に、並列に撮像素子３と通信接続部４が配置される構成により、ステレオカメラ装置の厚さを薄くでき、スレテオカメラ装置に薄型化が実現できる。この厚さは、本実施例では、撮像素子３と撮像基板１の余白とケース５と設定しているが、理想的には、撮像素子３の厚さまで薄型化は可能となる。

図４は、図１をＣ方向から見た図である。図に示す通り、撮像素子３の前方（撮像方向）にはレンズ６が配置され、その間に２枚のメイン基板２が重ねて配置されている。メイン基板２には、図４では、１枚のメイン基板に電源部７、映像処理部８、認識処理部９が配置されているが、第１のメイン基板には電源部７、第２のメイン基板には映像処理部８、認識処理部９を配置するように、電源系と信号処理系とで基板を分離することで、よりノイズ対策が可能となる。さらに、電源部７が配置された第１のメイン基板の面と、映像処理部８や認識処理部９が配置された第２のメイン基板の面と、は向き合うように配置する。

図４を用い信号の流れを説明する。レンズ６を通して外界の情報を撮像画像として撮像素子３に取り込み、取り込んだ画像信号は、通信接続部４を介してメイン基板２に送信される。メイン基板２は、電源部７、映像処理部８、認識処理部９で成り立っており、撮像基板１からの画像信号は、まず、映像処理部８で光学的な補正を行い、さらにステレオマッチング処理を行うことにより３次元情報（以後視差画像）を取得する。これら補正された画像や視差画像を用いて認識処理部９にて必要な情報の絞込み作業を行い、認識対象物を認識する。

ここで、２つの撮像素子３は、ステレオカメラ装置の重心位置、又は筐体であるケース５の中心に対して、撮像基板１の外側に配置し、通信接続部４は、撮像基板１の内側に配置する、つまり重心位置に対して左右対称に配置することで、２つの撮像素子３間の距離、つまり基線長の長さを、ケース５の中で一番長くとることができ、ステレオカメラ装置が算出する視差値を大きくとることができ、薄型化を実現しつつ性能を確保できる効果を奏する。

また、２つの撮像基板１は同じものとして、点対称に配置することも可能である。この場合は、２種類の撮像基板１をつくる必要がなくなるので、量産管理上優れているといえる。ただし、点対称の配置であるが故に取り込んだ撮像画像は、図６に示すように左右で反転している。このままだと、映像処理部８において、ステレオマッチングを行なうときに左右の画像の対応点をとることができない。そこで、画像信号は、左右いずれかを１８０°回転させることにより、性能を確保することができる。回転させる処理は、撮像素子３、映像処理部８、認識処理部９いずれでも可能である。

また、撮像素子３がローリングシャッター制御の場合には、図２に示すように左右の撮像素子３の走査方向及び読み出し開始ピクセルが異なる、図２では、第１の撮像素子（左撮像素子）は、走査方向は右であり、第２の撮像素子（右撮像素子）は、走査方向は左となる。よって、前述と同様の問題で左右の画像の対応点をとることができない。そこで、左右の撮像素子３の走査方向及び読み出し開始ピクセルを概同じ位置とすることにより、性能を確保することができる。

次に、メイン基板２の配置について説明する。図２〜４に示すように、２つの撮像基板１の間に、メイン基板２である電源基板や信号処理基板をケース５の厚さ方向に並列に配置することにより薄型化を実現することが可能である。

また、前述したいずれか記載の通信接続部４は、コネクタとし、撮像基板１とメイン基板２をＦＰＣ等のやわらかい基板とすることにより撮像基板１の製造時の取り扱いがしやすくなる。

また、前述したいずれか記載の撮像素子３の両脇において撮像基板１を固定具１１にねじＡ１５で固定することにより、車両環境である低温から高温まで、左右の撮像基板１の熱膨張が撮像素子３中心に行なわれるため、左右の撮像素子３の相対位置関係が安定化するので優れた構成といえる。図３では、第１の固定手段として、ねじＡ１５と記載しているが、固定する手段は選ばない。また、図３では、固定場所を撮像素子３の水平両側としているが、垂直両側でもよい。但し、固定手段は、左右で同一のものを用い、さらに固定場所は、左右の撮像基板１で対象とすることで、より視差画像の精度の低下を抑止することができる。

また、図４に示すように通信接続部４は、撮像基板１に対して撮像素子３が配置された側と反対側に配置され、固定具１１に固定することにより、より撮像基板１の安定した保持を実現できるとともに、撮像素子３中心から離れているので、撮像基板１の熱膨張による中心が撮像素子３中心からずれにくく、性能の確保という点で優れた構成である。

また、図４では、撮像基板１の内側部分を第２の固定手段であるねじＢ１６で撮像基板１を固定具１１に固定しているが、その固定する手段は選ばない。また、固定手段であるねじＢ１６（第２の固定手段）の固定力について、ねじＢ１６は、撮像素子３両側のねじＡ１５（第１の固定手段）の固定力よりも小さな力で固定することにより、より撮像基板１の熱膨張による中心が撮像素子３中心からずれにくく、性能の確保という点で優れた構成である。

また、図４における固定具１１は、金属プレートあってもよい。この場合は、撮像基板１が細長い形状となっているが、金属プレートと固定されることにより、耐振動性が向上するため、薄型化を実現しつつ信頼性を確保できるので優れた構成といえる。

また、図３において、メイン基板２は２枚以上で構成されており、各々の基板より少なくとも一つ以上の接続部であるコネクタを有している。一方のメイン基板２では電源関係の第１の接続部であるメインコネクタ１２を、他方のメイン基板２では映像関係の第２の接続部であるメインコネクタ１３を有している。電源関係はノイズが大きく、映像関係は撮像素子３の大量の信号を高速で通信するためノイズに弱いため分けて実装したほうが性能を確保できる。メインコネクタ１２とメインコネクタ１３は入れ子の形態で配置することにより薄型化を実現しつつ信頼性を確保できるという点で優れた構成である。

また、図７に示すようにメイン基板２を車両窓１４と概平行とすることにより車両への搭載時に、窓からの距離に対して薄型化を実現できるので優れた構成である。メイン基板２が２枚あるような本実施例の場合は、２枚のメイン基板２ともに、車両窓１４と概平行とすることで、薄型化を実現できる。メイン基板２が１枚よりも２枚として厚さ方向に重ねて配置することで、１枚のときよりも、ステレオカメラ装置の長手方向の長さを短くできる。但し、図９に示すように、レンズ６は、車両前方方向に向くように車両窓１４とは平行ではなく、路面と略平行に設置されている。

１ 撮像基板
２ メイン基板
３ 撮像素子
４ 通信接続部
５ ケース
６ レンズ
７ 電源部
８ 映像処理部
９ 認識処理部
１１ 固定具
１２ メインコネクタ
１３ メインコネクタ
１４ 車両窓
１５ ねじＡ
１６ ねじＢ

Claims (15)

1. 第１の撮像素子と、
   前記第１の撮像素子で撮像された第１の画像を出力する第１の通信接続部と、
   前記第１の撮像素子と前記第１の通信接続部とが配置された第１の撮像基板と、
   第２の撮像素子と、
   前記第２の撮像素子で撮像された第２の画像を出力する第２の通信接続部と、
   前記第２の撮像素子と前記第２の通信接続部とが配置された第２の撮像基板と、
   一方端部に前記第１の撮像基板が配置され、他方端部に前記第２の撮像基板が配置された筐体と、を有し、
   前記第１の撮像基板において、前記第１の撮像素子と前記第１の通信接続部とが前記筐体の長手方向に並列に配置され、
   前記第２の撮像基板において、前記第２の撮像素子と前記第２の通信接続部とが前記筐体の長手方向に並列に配置され、
   前記第１の撮像基板と前記第２の撮像基板は、左右対称に配置されたスレテオカメラ装置。
2. 請求項１記載のスレテオカメラ装置において、
   前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子は、前記筐体の中心に対して外側に配置され、前記第１の通信接続部及び前記第２の通信接続部は、前記筐体の中心に対して内側に配置されたステレオカメラ装置。
3. 請求項１記載のスレテオカメラ装置において、
   前記第１の画像又は前記第２の画像を画像処理する処理部が配置された処理基板と、
   前記処理基板と接続する第１の接続部と、を有し、
   前記接続部は、前記第１の撮像基板と前記第２の撮像基板間に配置されたステレオカメラ装置。
4. 請求項３記載のスレテオカメラ装置において、
   電源を供給する電源部が配置された電源基板と、
   前記電源基板と接続する第２の接続部と、を有し、
   前記第２の接続部は、前記第１の撮像基板と前記第２の撮像基板間に配置されたステレオカメラ装置。
5. 請求項３記載のスレテオカメラ装置において、
   前記処理基板の前記処理部の配置面と、前記電源基板の前記電源部の配置面は、向き合うように配置されたステレオカメラ装置。
6. 第１の撮像素子と、
   前記第１の撮像素子で撮像された第１の画像を出力する第１の通信接続部と、
   前記第１の撮像素子と前記第１の通信接続部とが配置された第１の撮像基板と、
   第２の撮像素子と、
   前記第２の撮像素子で撮像された第２の画像を出力する第２の通信接続部と、
   前記第２の撮像素子と前記第２の通信接続部とが配置された第２の撮像基板と、
   一方端部に前記第１の撮像基板が配置され、他方端部に前記第２の撮像基板が配置された筐体と、を有し、
   前記第１の撮像基板において、前記第１の撮像素子と前記第１の通信接続部とが前記筐体の長手方向に並列に配置され、
   前記第２の撮像基板において、前記第２の撮像素子と前記第２の通信接続部とが前記筐体の長手方向に並列に配置され、
   前記第１の撮像基板と前記第２の撮像基板は、点対称に配置されたスレテオカメラ装置。
7. 請求項６記載のスレテオカメラ装置において、
   前記第１の撮像基板と前記第２の撮像基板は、同一の基板であるスレテオカメラ装置。
8. 請求項７記載のスレテオカメラ装置において、
   前記第１の撮像素子及び前記第２の通信接続部は、前記筐体の中心に対して外側に配置され、
   前記第２の撮像素子及び前記第１の通信接続部は、前記筐体の中心に対して内側に配置されたステレオカメラ装置。
9. 請求項６記載のスレテオカメラ装置において、
   前記第１の撮像素子から取得した画像信号と、前記第２の撮像素子から取得した画像信号とは、一方を１８０°回転させて用いるステレオカメラ装置。
10. 請求項６記載のスレテオカメラ装置において、
    前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子は、ローリングシャッター制御の場合、前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子の走査方向及び読み出し開始画素を同じ位置とするステレオカメラ装置。
11. 請求項１記載のスレテオカメラ装置において、
    前記第１の撮像基板及び前記第２の撮像基板を、前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子の両側から固定具に固定するスレテオカメラ装置。
12. 請求項１１記載のスレテオカメラ装置において、
    前記固定具に固定する第１の固定手段は、前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子を中心に対象の位置で固定するスレテオカメラ装置。
13. 請求項１１記載のスレテオカメラ装置において、
    前記第１の撮像基板と及び前記第２の撮像基板の前記筐体の中心に対して内側部分に第２の固定手段にて前記固定具に固定するスレテオカメラ装置。
14. 請求項１３記載のスレテオカメラ装置において、
    前記第１の固定手段の固定力よりも前記第２の固定手段の固定力の方が小さいステレオカメラ装置。
15. 請求項１１記載のスレテオカメラ装置において、
    前記固定具は、金属プレートであるステレオカメラ装置。