JP2016110641A - 衝突防止用の立体深度検出システム及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突防止用の立体深度検出システム及びその動作方法を提供する。【解決手段】本発明は、衝突防止用の立体深度検出システム及びその動作方法に関し、それは構造光走査技術を利用して、車両周辺の少なくとも約数十メートル範囲内の移動物体または固定物品を検知することができ、その移動方向、移動速度及び外観輪郭を把握すると共に、外観に応じて分類することができるほか、さらにこれらの物体の移動方向と速度を参照しながら、それらが実質的に車両走行安全に影響を与えるかどうかを判断し、リスクの存在がある場合、警告メッセージを発することで、運転者に注意を促すように確保することが可能になる。【選択図】図１

Description

本発明は、立体深度検出システム及びその動作方法に係り、特に、車両に運用され、車両の周辺数十メートル以内の物体が車両の安全に対してリスクが生じるかどうかを検出するために用いられ、運転者に知らせて、衝撃の発生を防止することができるものに関する。

自動車は、運転者が望む快適性に基づくもので、民衆が広汎に応用する交通手段の一つでもある。しかしながら、車両の道路走行時、運転者は、視覚の死角の存在、精神疲労またはその他の道路使用者の違法行為などの原因のため、運転者及び歩行者両者の生命安全に共に脅威をもたらす。安全性を向上させるために、かなりの被動安全装備は、既に自動車の出荷時の標準装備であり、そして主動安全装備も各大手自動車メーカーの努力のもとに継続的に開発されている。

既存の主動安全装備技術において、既にいくつかが使用者に即時に警告する安全警告機能装置があり、例えばパーキングセンサーとして設置される信号発射器及び信号受信器、またはその他の物体が車体に近付こうとする時、効果音で運転者に注意を促すために取付けられる設備がある。しかしながら、これらの主動安全装備は、運転者にさらに早期に車両の衝撃が発生するかもしれない危機を予知するには不足しており、例えば特に、車両との衝撃が発生するかもしれない物体自身も移動しているから、早期警告時間を回避するために十分な時間である数秒までに短縮する必要がある。

さらに、既存技術は、物体と車体との距離を判断するだけなので、周辺物体の輪郭を効果的に識別する十分な能力が欠けている。従って、物体が実際にどんな物であるかを区別できないので、車両周辺が雑草などの無害な物体である場合でも、警告効果音を発したり、若しくは自動ブレ−キをトリガしたりすることなどの不要な手間が生じてしまう。

本発明の主要目的は、構造光走査技術を使用して、車両周辺の物体の位置を検知することができ、例えば他の車両、歩行者または欄干などの固定物の位置を検知することができると共に、連続走査により前記複数個の物体の動態情報が取得されて、前記複数個の物体が車両に衝撃するかどうかをさらなる分析をするために、衝撃リスクのおそれがある場合、先行に車両の運転者に対して警告を提示することが可能となる、衝突防止用の立体深度検出システムを提供することである。

本発明の別の目的は、構造光走査技術を使用して、高正確性の精度を持つのみならず、環境による影響を受けにくくなり、さらに検知範囲が数十メートルに達することができ、高度の早期警告能力を有する、衝突防止用の立体深度検出システムを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、障害物の輪郭が取得されることによって障害物を自動的に分類することで、車両の安全性に対して影響を与えるかどうかを判断し、例えば車両がより高く生長した草類と相互に衝撃してしまっても、車両の安全性に影響を受けないので、このような状況において運転者に警告する必要がなくなる、衝突防止用の立体深度検出システムを提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明に開示される衝突防止用の立体深度検出システムは、移動乗物に設置され、光平面を前記移動乗物の周辺の少なくとも１つの物体の表面に投影する構造光投影モジュールと、当該物体の表面が前記光平面の投影を経て反射される光画像情報を受信する撮像モジュールと、前記撮像モジュールに連結され、かつ前記光画像情報を使用して、当該物体の表面と前記移動乗物との距離及び当該物体の表面の輪郭を算出する車用チップモジュールと、前記車用チップモジュールに連結され、警告メッセージを前記移動乗物内に送信する警告モジュールとを備える。而して、その操作ステップは、構造光投影モジュールを使用して、複数個の光平面を前記移動乗物の周辺の少なくとも１つの物体の表面に連続的に投影するステップと、撮像モジュールを使用して、当該物体の表面が前記複数個の光平面の投影を経て反射される複数個の光画像情報を受信するステップと、車用チップモジュールを使用して、前記複数個の光画像情報を利用して当該物体の第１移動情報を算出すると共に、前記移動乗物の第２移動情報を利用して当該物体と前記移動乗物との衝撃の可能性を予測するステップと、もし当該物体と前記移動乗物との衝撃の可能性がある場合、前記車用チップモジュールにより、警告メッセージを警告モジュールに送信して、前記警告モジュールを利用して警告通知を発するステップとを含む。

本発明は、衝突防止用の立体深度検出システム及びその動作方法が詳細に開示され、それは構造光走査技術を使用して、車両の周辺数十メートル以内の物体の位置を検知することができると共に、連続走査により前記複数個の物体の動態情報が取得されて、前記複数個の物体が車両に衝撃するかどうかをさらなる分析をするために、衝撃リスクのおそれがある場合、先行に車両の運転者に対して警告を提示することが可能となる。
さらに、本発明は、同時に物体の輪郭を分析することにより、物体を自動的に分類することで、車両の安全性に対して影響を与えるかどうかを判断し、システムの演算資源は、いくつかの警告する必要がない物体上に無駄使いされてしまうのを避けることができる。
また、本発明の高確度に基づいて、環境による影響を受けにくくなり、取付け上では車体構造を変更する必要もなく、一般車両に直接に適用される。
大衆は車両走行安全が益々重要視されている今日において、本発明の衝突防止用の立体深度検出システム及びその動作方法は、疑いなく開発潜在力と応用価値を有するに違いない。

本発明の好適な実施例の部品構成を示す模式図である。 本発明の好適な実施例の応用を示す模式図であり、光平面が物体に投影されることを示している。 本発明の好適な実施例において、光平面は、２次元格子配列を含むことを示す模式図である。 本発明の別の好適な実施例のステップを示すフローチャートである。

以下に本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的及び作用効果について、以下に例を挙げ並びに図面を組み合わせて詳細に説明する。

まず、図１及び図２を併せて参照し、本発明に開示される衝突防止用の立体深度検出システムは、例えば自動車などの移動乗物１に設置され、そしてこの衝突防止用の立体深度検出システムは、ハードウェア構造上では、構造光投影モジュール２と、撮像モジュール３と、車用チップモジュール４と、警告モジュール５とを備える。上述したモジュールのいずれも電源モジュール６と連結することによって電力供給を得ることで、動作が行われる。

構造光投影モジュール２は、レーザ光源ユニット２１と、レンズ群２２とを備え、それは移動乗物１の周辺数十メートル以内の空間中に車両走行安全に影響を与えるかもしれない物体の存在有無を検知するために用いられ、例えば往復する歩行者、動物、その他の移動乗物、または固定した欄干、灌木の茂みなどの存在有無を検知するために用いられる。本発明に使用される検知方式は、構造光技術を用い、その原理は、光源を被測物体の表面に向けて制御可能な光点、光条または光平面を投射することを利用してから、撮像機などの検出器により、反射される画像が得られ、幾何学演算を経ると、物体の立体座標を得ることが可能である。本発明に係る好適な実施例において、レーザ光源ユニット２１を光源として採用し、レーザの良好なコヒーレンス、遅い減衰、長い計測距離、高い精度などの特性を利用することに加えて、その他の光源に影響を受けにくくなるため、一般の光線投射に比べて優れる。レーザ光源ユニット２１から提供されるレーザ光は、レンズ群２２を通過して発散し、その結果、空間中には光平面７になる。本発明に使用されるレンズ群２２のうち、パターン化レンズ（ｐａｔｔｅｒｎ ｌｅｎｓ）を含んでもよく、それはパターン化した微構造を有し、通過したレーザ光で形成される光平面は、パターン化特徴を有し、図３に示すように、例えば２次元平面では光格子配列を表示する。

もし移動乗物１の周辺にその他の物体８が存在する場合、光平面７を物体８の表面に投影する場合、光線は反射されて光画像情報の形式として撮像モジュール３により受信される。光画像情報は構造光投影モジュール２により投影される光平面７が、物体８自身の表面の不規則性反射を経て変形パターンに形成され、撮像モジュール３にこの変形パターンが受信された後、システムは、さらにこれらの変形パターンを利用して、物体８の立体外観輪郭を再構成する。

車用チップモジュール４は、撮像モジュール３に連結され、それは現場プログラミング可能ゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）のチップであってもよく、それは撮像モジュール３により取得される光画像情報を用いて算出と分析を行い、その変化程度を利用して物体８と移動乗物１との間の距離、及び物体８の外観輪郭が取得される。本発明は、実際応用時、構造光投影モジュール２は、光平面７を移動乗物１の外部に連続的に投射するため、物体８がその投射範囲内に落下する場合、撮像モジュール３は、自然に物体８の表面に反射される複数個の光画像情報を連続的に取得することができ、さらに車用チップモジュール４は、複数個の物体８の立体外観輪郭を再構成することができるため、物体８の移動情報が算出される。

移動乗物１の周辺には異なるタイプの物体８が存在することを鑑み、そして各種の物体８が車両走行の安全性に対して異なる程度の影響を与え、例えばその他の迅速に移動する車両は、短時間内に車両自身との衝撃が発生するかもしれないし、またはゆっくり歩行する歩行者は、一期間の長時間を経て衝撃することがあり得るし、或いは車両が大量の雑草にぶつかっても、実際に危険なことではないことなどがある。そのため、本発明は、車用チップモジュール４を利用して複数個の物体８の立体外観輪郭を再構成すると共に、物体８の第１移動情報を算出した後、先行に物体８を分類してそれが移動乗物１に対して脅威となるかどうかを判断する。分類方式としては、異なる物体の外観特徴を利用して識別を行い、物体８の特徴とデータベース中に予め格納したデータとを対照する。このデータベースは、車用チップモジュール４に互いに連結される格納モジュール、または無線伝達ユニットを利用してインターネットを介してクラウドに位置するデータベースに連結される。分類を経てシステムは、物体８が移動乗物１の安全性に影響を与えないかを判断し、例えば車両走行安全に対して危険が引き起こさない草であれば、この時、車用チップモジュール４は、当該物体を無視すればよく、演算資源を浪費して当該物体と前記移動乗物との衝撃の可能性を予測しなくてすむ。

反対に、分類上、もし物体８が移動乗物１の安全性に影響を与える場合、車用チップモジュール４は、移動乗物１自身の第２移動情報を、衝撃の可能性を判断するパラメーターの一つとして利用して、前述した第１移動情報と総合して物体８と移動乗物１との衝撃の可能性を予測する。第１移動情報と第２移動情報は、いずれも移動速度及び移動方向などの情報を含む。もし予測結果が物体８と移動乗物１との衝撃の可能性が存在することを示す場合、車用チップモジュール４により、警告メッセージを車用チップモジュール４に連結される警告モジュール５に送信して、警告モジュール５を利用して警告通知を発し、運転者に危機の存在を知らせることができる。

本発明の好適な実施例において、意味する移動乗物１がコンピューター自動運転のモードであれば、警告モジュール５から発する警告通知は、相対応の回避メカニズムをトリガすることができ、移動乗物１は、依然として同一の移動速度及び移動方向に前進するのを防止できる。而して、もし移動乗物１が人間の運転者の手動で操縦する場合、警告モジュール５は、それに備える音響効果ユニット５１により発する警告効果音または所定の音声警報で通知する。一方、警告通知をさらに持続的に再生するように設定してもよく、衝撃の可能性を低下させなければ、解除されない。

音響効果ユニット５１は、移動乗物１内に空間配置を利用して異なる方位から音声を発生させることができ、例えば複数個の音響効果ユニット５１をそれぞれ移動乗物１内の複数個の片隅に設置すると共に、物体８の移動乗物１に相対する方位を参照して、警告時、前記方位上の音響効果ユニット５１のみから音声を発生させ、運転者に最短時間内に危険が引き起こりそうな物体８の居場所を警戒するように知らせるためにサポートすることができる。

上述した構造及び動作メカニズムによれば、図４を参照して、本発明に係る衝突防止用の立体深度検出システムの動作方法は、以下のステップを含むようにまとめられる。
ステップＳ１０：構造光投影モジュールを使用して、複数個の光平面を前記移動乗物の周辺の少なくとも１つの物体の表面に連続的に投影する。
ステップＳ１１：撮像モジュールを使用して、当該物体の表面が前記複数個の光平面の投影を経て反射される複数個の光画像情報を受信する。
ステップＳ１２：車用チップモジュールを使用して、前記複数個の光画像情報を利用して当該物体の第１移動情報を算出すると共に、前記移動乗物の第２移動情報を利用して当該物体と前記移動乗物との衝撃の可能性を予測する。
ステップＳ１３：もし当該物体と前記移動乗物との衝撃の可能性がある場合、前記車用チップモジュールにより、警告メッセージを警告モジュールに送信して、前記警告モジュールを利用して警告通知を発する。

本発明に係る好適な実施例は、時速４０キロ以下の走行車両に適用され、つまり、都市の車両走行を主要応用範囲とし、また前記場所は、車両走行事故を発生しそうな区域でもあり、構造光投影モジュールを使用して、周辺数十メートル、例えば２０メートルぐらいの範囲内の空間に対して走査を行い、車両周辺の物体の動態情報が取得されるので、相当高い応用価値が存在するものである。

上述の実施例は僅かに本発明の原理及びその作用効果を説明するものであり、本発明を制限するものではない。これにより、この発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が上述の実施例に対してなし得る修正或いは変化は、すなわち、本発明の精神より逸脱しない。本発明はすでに産業上の利用性、新規性及び進歩性を有し、並びに特許の要件を満たす。

１ 移動乗物
２ 構造光投影モジュール
２１ レーザ光源ユニット
２２ レンズ群
３ 撮像モジュール
４ 車用チップモジュール
５ 警告モジュール
５１ 音響効果ユニット
６ 電源モジュール
７ 光平面
８ 物体
Ｓ１０ ステップ
Ｓ１１ ステップ
Ｓ１２ ステップ
Ｓ１３ ステップ

Claims (9)

1. 移動乗物に設置される衝突防止用の立体深度検出システムであって、
   光平面を前記移動乗物の周辺の少なくとも１つの物体の表面に投影する構造光投影モジュールと、
   当該物体の表面が前記光平面の投影を経て反射される光画像情報を受信する撮像モジュールと、
   前記撮像モジュールに連結され、かつ前記光画像情報を使用して、当該物体と前記移動乗物との距離及び当該物体の輪郭を算出する車用チップモジュールと、
   前記車用チップモジュールに連結され、警告メッセージを前記移動乗物内に送信する警告モジュールとを備えることを特徴とする、衝突防止用の立体深度検出システム。
2. 前記構造光投影モジュールは、レーザ光源ユニットと、レンズ群とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の衝突防止用の立体深度検出システム。
3. 前記レンズ群は、パターン化レンズを備え、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光が前記パターン化レンズを経て、パターン化特徴を有することを特徴とする、請求項２に記載の衝突防止用の立体深度検出システム。
4. 前記パターン化特徴は、２次元格子配列を含むことを特徴とする、請求項３に記載の衝突防止用の立体深度検出システム。
5. 前記警告モジュールは、少なくとも１つの音響効果ユニットを備えることを特徴とする、請求項１に記載の衝突防止用の立体深度検出システム。
6. 移動乗物に設置される衝突防止用の立体深度検出システムの動作方法であって、
   構造光投影モジュールを使用して、複数個の光平面を前記移動乗物の周辺の少なくとも１つの物体の表面に連続的に投影するステップと、
   撮像モジュールを使用して、当該物体の表面が前記複数個の光平面の投影を経て反射される複数個の光画像情報を受信するステップと、
   車用チップモジュールを使用して、前記複数個の光画像情報を利用して当該物体の第１移動情報を算出すると共に、前記移動乗物の第２移動情報を利用して当該物体と前記移動乗物との衝撃の可能性を予測するステップと、
   もし当該物体と前記移動乗物との衝撃の可能性がある場合、前記車用チップモジュールにより、警告メッセージを警告モジュールに送信して、前記警告モジュールを利用して警告通知を発するステップとを含むことを特徴とする、衝突防止用の立体深度検出システムの動作方法。
7. 前記警告モジュールを利用して前記警告通知を発するステップにおいて、前記警告モジュールの少なくとも１つの音響効果ユニットを使用して前記警告通知を発することを特徴とする、請求項６に記載の衝突防止用の立体深度検出システムの動作方法。
8. 当該物体の前記第１移動情報を算出するステップの前に、さらに、
   前記車用チップモジュールを使用して、前記複数個の光画像情報を利用して当該物体の輪郭を算出するステップと、
   当該物体の輪郭に応じてその種類を分析するステップと、
   もし当該物体が前記移動乗物の安全性に影響を与えない種類である場合、当該物体を無視して当該物体と前記移動乗物との衝撃の可能性を予測しないステップとを含むことを特徴とする、請求項６に記載の衝突防止用の立体深度検出システムの動作方法。
9. 前記移動乗物の安全性に影響を与えない種類は、草を含むことを特徴とする、請求項８に記載の衝突防止用の立体深度検出システムの動作方法。

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