JP2019057840A

JP2019057840A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2019057840A
Application number: JP2017181521A
Authority: JP
Inventors: 西嶋　征和; Masakazu Nishijima; 征和西嶋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2019-04-11
Also published as: US20190084507A1; CN109547690A

Abstract

【課題】車両の前方画像を撮像する撮像装置において、車両停止時にも信号機を撮像する。【解決手段】撮像装置（１００）は、車両（１０）の前方画像を撮像する撮像装置であって、撮像センサ（１２０）のレンズ（１１０）に対する相対的な位置を調整可能なアクチュエータ（１４０）と、車両の速度が所定速度よりも低い場合に、車両の速度が所定速度よりも高い場合と比較して、レンズに対してより上方側から入射される光が撮像センサに入射するようにアクチュエータを制御する制御手段（１５０）とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車両前方の画像を撮像可能な撮像装置の技術分野に関する。

この種の撮像装置では、撮像方向が固定されているため、車両が信号停止した場合に、車両から見て高い位置にある信号機が撮像範囲から外れてしまうことがある。このような状況を回避する策として、例えば車両が信号停止する場合には、撮像装置によって信号機を認識できる認識限界距離に車両を停止させるようにするという技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−１４６２８４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の認識限界距離は、停止線よりも大きく手前（例えば、数ｍ手前）に設定される可能性がある。この場合、車両が本来停止すべきでない位置で停止することになり、交通ルール遵守の観点からも望ましくない。

他方、車両が停止する際に、撮像装置の向きを変える（例えば、上方の信号機が見えるように撮像装置を上方向に向ける）という対処法も考えられるが、向きを変える際の衝撃が大きく、装置の耐久性も悪くなる。また、装置の駆動に要する電力が大きいという技術的問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、車両の停止時においても信号機を撮像することが可能な撮像装置を提供することを課題とする。

本発明の撮像装置は上述した課題を解決するために、車両の前方画像を撮像する撮像装置であって、撮像センサのレンズに対する相対的な位置を調整可能なアクチュエータと、前記車両の速度が所定速度よりも低い場合に、前記車両の速度が前記所定速度よりも高い場合と比較して、前記レンズに対してより上方側から入射される光が前記撮像センサに入射するように前記アクチュエータを制御する制御手段とを備える。

第１実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る撮像装置における撮像センサの移動前及び移動後の状態を示す斜視図である。信号停止時に発生する信号機の画角切れの一例を示す概念図である。第１実施形態に係る撮像装置の動作の流れを示すフローチャートである。撮像センサが通常位置である場合の撮像範囲を示す平面図である。撮像センサが下側位置である場合の撮像範囲を示す平面図である。第２実施形態に係る撮像装置における撮像センサの移動前及び移動後の状態を示す斜視図である。第２実施形態に係る撮像装置における撮像センサの駆動方向を示す側面図である。

以下、図面を参照して撮像装置の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
（１）装置構成
まず、第１実施形態に係る撮像装置の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図２は、第１実施形態に係る撮像装置における撮像センサの移動前及び移動後の状態を示す斜視図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る撮像装置１００は、レンズ１１０、撮像センサ１２０、画像処理部１３０、アクチュエータ１４０、センサ制御部１５０、及び車速判定部１６０を備えて構成されている。

撮像装置１００は、例えば車両のフロントウィンドウ周辺に設置され、車両の前方画像を撮像する。撮像時には、レンズ１００から入射する光に応じた信号が撮像センサ１２０から出力され、その信号が画像処理部１３０において処理されることで撮像画像が生成される。このようにして生成された撮像画像は、例えば信号認識や障害物の検出等に利用される。

また、撮像装置１００は、アクチュエータ１４０によって撮像センサ１２０のレンズ１１０に対する相対的な位置が可変とされている。アクチュエータ１４０は、後述する付記における「制御手段」の一具体例であるセンサ制御部１５０によって、その動作が制御される。なお、センサ制御部１５０は、車速判定部１６０の判定結果に基づいて、アクチュエータ１４０の動作を制御する。よって、撮像センサ１２０の位置は、車速に応じて変更されることになる。ここでの動作の流れについては、後に詳しく説明する。

図２に示すように、撮像センサ１２０は、通常位置（図２（ａ）参照）と、下側位置（図２（ｂ）参照）との間で移動可能に構成されている。具体的には、撮像センサ１２０は、垂直上下方向に移動可能に構成されており、レンズ１１０から見た相対的な高さを変化させることが可能となっている。

通常位置は、車両１０の走行時に適した撮像範囲が実現されるような配置であり、例えばレンズ１１０の中心を通過した光が、撮像センサ１２０の中心に入射するような配置である。一方で、下側位置は、通常位置と比べると撮像センサ１２０が下側に位置する。このため、通常位置から下側位置に撮像センサ１２０を移動させると、レンズ１１０から見た撮像センサ１２０の相対的な高さは低くなる。逆に、下側位置から通常位置に撮像センサ１２０を移動させると、レンズ１１０から見た撮像センサ１２０の相対的な高さは高くなる。なお、撮像センサ１２０には、枠状のストッパ機構１２５が設けられており、撮像センサ１２０はストッパ機構１２５によって規定される可動域内で移動する。ストッパ機構１２５は、撮像センサ１２０の過移動を抑制するためのものである。

（２）信号停止時の画角切れ
次に、車両が信号停止する際に発生する信号機の画角切れについて、図３を参照して具体的に説明する。図３は、信号停止時に発生する信号機の画角切れの一例を示す概念図である。

図３（ａ）に示すように、車両１０と信号機５０との間の距離が比較的離れている場合、撮像装置１００の撮像範囲には信号機５０が含まれる。一方で、車両１０と信号機５０との間の距離が比較的近い場合、車両１０から見て上方向に信号機５０が位置することになるため、撮像装置１００の撮像範囲から信号機５０が外れてしまう（即ち、画角切れが発生してしまう）。信号機５０の画角切れが発生すると、例えば撮像画像を利用して信号機５０の灯色を認識することができなくなってしまう。

ちなみに、信号機５０が青信号であり、車両１０が信号機５０を通過する場合には、車両１０が信号機に近づいて、一時的に信号機５０の灯色を認識できなくなっても問題は生じない。しかしながら、信号機５０が赤信号であり、車両１０が信号機５０の近くで停止する場合には、その後の信号機５０の灯色が認識できなくなることによって不都合が発生する。例えば、信号機５０の灯色を認識して実行される自動発進制御（具体的には、信号が赤から青に切り替わった際に自動的に車両１０を発進させる制御）については、信号機５０の灯色を認識できない状態では実行することができない。

本実施形態に係る撮像装置１００は、上述したような車両１０の停止時に発生し得る不都合を回避するために、以下で説明する撮像センサ制御動作を実行する。

（３）撮像センサ制御動作
本実施形態に係る撮像装置１００で実行される撮像センサ制御動作について、図４を参照して具体的に説明する。図４は、第１実施形態に係る撮像装置の動作の流れを示すフローチャートである。

図４に示すように、本実施形態に係る撮像装置１００は、車両１０の走行時において、車両１０が停止したか否かを判定している（ステップＳ１１）。具体的には、車速判定部１６０が、車速が第１所定速度以下になっているか否かを判定する。第１所定速度は、後述する付記における「所定速度」の一具体例であり、ゼロ又はゼロに近い値として設定されている。車速判定部１６０は、車速が第１所定速度以下である場合には車両１０が停止していると判定し、車速が第１所定速度より大きい場合には車両１０は停止していないと判定する。なお、車両１０が停止していないと判定された場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、以降の処理が省略され、一連の処理は終了することになる。この場合、所定期間後に最初から撮像センサ制御動作の一連の処理が開始されてもよい。

一方で、車両１０が停止していると判定された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、センサ制御部１５０がアクチュエータ１４０の動作を制御し、撮像センサ１２０の位置を下側に移動させる。具体的には、撮像センサ１２０の位置を、図２（ａ）に示す通常位置から図２（ｂ）に示す下側位置へと移動させる。

ここで、撮像センサ１２０の移動による撮像範囲の変化について、図５及び図６を参照して具体的に説明する。図５は、撮像センサが通常位置である場合の撮像範囲を示す平面図である。図６は、撮像センサが下側位置である場合の撮像範囲を示す平面図である。

図５に示すように、撮像センサ１２０が通常位置（即ち、図２（ａ）の位置）である場合には、撮像画像の中心とＦＯＥ（ＦｏｃｕｓＯｆＥｘｐａｎｓｉｏｎ：拡張焦点）とが概ね一致する。

一方、図６に示すように、撮像センサ１２０が下側位置（即ち、図２（ｂ）の位置）に移動すると、レンズ１１０に対してより上方側から入射される光が撮像センサ１２０に入射することになるため、撮像画像の中心がＦＯＥよりも上側に移動する。即ち、撮像センサ１２０を通常位置から下側位置に移動させると、撮像範囲が上側に移動する。このように撮像範囲を移動させれば、車両１０が信号機５０の近くで停止した場合であっても、車両上方に位置する信号機５０を撮像範囲に収めることが可能となる。この結果、信号停止中であっても、信号機５０の灯色を画像認識することができるようになる。従って、信号機５０の認識結果を利用した自動発進制御等を好適に行うことができる。

なお、車両１０が停止した場合に撮像センサ１２０の位置をどの程度移動させるかは、撮像範囲をどの程度移動させるかによって決定すればよい。撮像範囲をどの程度移動させるかは、例えば、一般的な信号機５０の高さや停止線の位置等から、信号停止中の車両１０から見た信号機５０の位置を予測して決定すればよい。

図４に戻り、撮像センサ１２０を下側位置に移動させた後は、車両１０が再び走行を開始したか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、車速判定部１６０が、車速が第２所定速度以上になっているか否かを判定する。第２所定速度は、車両１０の停止を判定するための閾値である第１所定速度と同じ、或いはそれより大きい値として設定されている。車速判定部１６０は、車速が第２所定速度より小さい場合には車両１０が停止したままであると判定し、車速が第２所定速度以上である場合には車両１０が走行を開始したと判定する。なお、車両１０が停止したままであると判定された場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、撮像センサ１２０が下側位置とされたまま、ステップＳ１３の判定処理が繰り返される。

車両１０が走行を開始したと判定された場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、センサ制御部１５０がアクチュエータ１４０の動作を制御し、撮像センサ１２０の位置を上側に移動させる。具体的には、撮像センサ１２０の位置が、図２（ｂ）に示す下側位置から図２（ａ）に示す通常位置へと移動する。このようにすれば、車両１０が走行を開始したにもかかわらず、撮像範囲が上側に移動されたままになってしまうことを防止できる。

以上説明したように、第１実施形態に係る撮像装置１００によれば、車両１０が停止した際に撮像範囲が上側に移動するため、車両１０が信号機５０の近くで停止し、信号機５０が車両から見て真上に近い位置になってしまうような場合であっても、確実に信号機５０を撮像範囲に収めることができる。また、本実施形態では特に、比較的軽量な撮像センサ１２０の移動によって撮像範囲が変更される。このため、例えばレンズ１１０やカメラ本体２００（図２参照）を移動させる場合と比べて、移動時の衝撃や移動に要する消費電流を抑制しつつ、好適に撮像範囲を変更することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る撮像装置１００について説明する。なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の部分は概ね同様である。このため、以下では、すでに説明した第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

（１）装置構成
まず、第２実施形態に係る撮像装置１００の構成について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、第２実施形態に係る撮像装置における撮像センサの移動前及び移動後の状態を示す斜視図である。図８は、第２実施形態に係る撮像装置における撮像センサの駆動方向を示す側面図である。なお、図７及び図８では、第１実施形態に係る撮像装置と同様の構成要素に同一の符号を付している。

図７に示すように、第２実施形態に係る撮像装置１００は、撮像センサ２００が回転駆動可能に構成されている。具体的には、撮像センサ１００は、レンズ１００の光軸に交わるように配置された回転軸１２６を中心にして回転駆動可能とされている。回転軸１２６は、撮像センサ１２０の上側端部に取り付けられている。このため、撮像センサ１２０を回転させると、撮像センサ１２０の下側端部が大きく移動することになる。なお、ここでの図示は省略しているが、撮像センサ１２０には、過回転を抑制するためのストッパ機構１２５が設けられていてもよい。

第２実施形態に係る撮像センサ１２０は、通常位置（図７（ａ）参照）と、回転位置（図７（ｂ）参照）との間で移動可能に構成されている。ここでの通常位置は、図２（ａ）で示した第１実施形態に係る通常位置と同じである。一方で、回転位置は、撮像センサ１２０が通常位置からレンズ１１０側に所定角度だけ回転された位置である。回転位置では、通常位置とくらべて、撮像センサ１２０の下側端部がレンズ１１０に近くなる。このため、レンズ１１０に対してより上方側から入射される光が撮像センサ１２０に入射するようになる。

図８に示す例では、撮像センサ１２０が通常位置（即ち、回転軸１２６の真下方向に撮像センサ１２０が位置する配置）の場合、レンズ１００に対して上方側から入射される光が撮像センサ１２０に入射されない。一方で、撮像センサ１２０が所定角度回転した回転位置の場合、レンズ１００に対して上方側から入射される光が撮像センサ１２０に入射される。この結果、撮像センサ１２０の位置を通常位置から回転位置に移動させることで、より上方側の画像を撮像することが可能となる。言いかえれば、撮像センサ１２０の位置を通常位置から回転位置に移動させることで、撮像範囲が上側に移動する。より具体的には、通常位置における撮像範囲は図５で示したものと同様に、回転位置における撮像範囲は図６でしたものと同様になる。撮像センサ１２の回転角度である所定角度（即ち、通常位置と回転位置との角度差）は、撮像範囲をどの程度移動させるかによって決定すればよい。

以上説明したように、第２実施形態に係る撮像装置１００によれば、撮像センサ１２０を回転させることで、第１実施形態と同様に撮像範囲を変更することができる。よって、車両１０が停止した際に撮像センサ１２０を回転位置に移動させれば、車両１０が信号機５０の近くで停止し、信号機５０が車両から見て真上に近い位置になってしまうような場合であっても、確実に信号機５０を撮像範囲に収めることができる。

＜付記＞
以上説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

（付記１）
付記１に記載の撮像装置は、車両の前方画像を撮像する撮像装置であって、撮像センサのレンズに対する相対的な位置を調整可能なアクチュエータと、前記車両の速度が所定速度よりも低い場合に、前記車両の速度が前記所定速度よりも高い場合と比較して、前記レンズに対してより上方側から入射される光が前記撮像センサに入射するように前記アクチュエータを制御する制御手段とを備える。

付記１に記載の撮像装置によれば、車両の速度が所定速度よりも低い場合には、車両の速度が所定速度よりも高い場合と比較して、レンズに対してより上方側から入射される光が撮像センサに入射するようにアクチュエータが制御される。レンズに対してより上方側から入射される光が撮像センサに入射すると、装置の撮像範囲が上方側に移動し、より高い位置にある物体を撮像することが可能となる。なお、「所定速度」とは、車両が実質的に停止しているか否かを判定するための閾値であり、ゼロ又は極めてゼロに近い値として設定される。

車両が赤信号で停止する場合、車両から見て高い位置に信号機が位置することになる。このため、仮に何らの対策も施さなければ、信号機は撮像装置の撮像範囲から外れてしまうおそれがある。停車時に信号機を撮像できなくなると、信号の切り替わりを画像認識することができなくなってしまうため、例えば信号機の認識結果と連動して自動発進制御を実行する車両においては、適切なタイミングで発進することができなくなってしまう。

しかるに付記１に記載の撮像装置では、車両の撮像センサの位置が制御されることにより、撮像範囲が上方側に移動する。よって、信号停止している車両からも、高い位置にある信号機を確実に撮像することが可能である。また、アクチュエータによって制御されるのは比較的軽量な撮像センサのみであるため、例えばレンズや装置本体を駆動する場合と比較して、容易且つ適切に撮像範囲を変更することができる。

（付記２）
付記２に記載の撮像装置の一態様では、前記アクチュエータは、前記撮像センサを上下方向に移動させることで、前記撮像センサの前記レンズに対する相対的な高さを調整可能であり、前記制御手段は、前記車両の速度が所定速度よりも低い場合に、前記車両の速度が前記所定速度よりも高い場合と比較して、前記相対的な高さが低くなるように前記アクチュエータを制御する。

付記２に記載の撮像装置によれば、撮像センサのレンズに対する相対的な高さが低くなるように制御されることで、レンズに対してより上方側から入射される光が撮像センサに入射することになる。この態様では、撮像センサを上下方向に駆動させるだけでよいため、比較的簡単な駆動機構によって撮像範囲を変更することが可能である。

（付記３）
付記３に記載の撮像装置の他の態様では、前記アクチュエータは、前記撮像センサを前記レンズの光軸に交わる軸を中心に回転させることで、前記撮像センサの下側端部の前記レンズに対する相対的な位置を調整可能であり、前記制御手段は、前記車両の速度が所定速度よりも低い場合に、前記車両の速度が前記所定速度よりも高い場合と比較して、前記撮像センサの下側端部が前記レンズに近づくように前記アクチュエータを制御する。

付記３に記載の撮像装置によれば、撮像センサの下側端部が前記レンズに近づくように制御されることで、レンズに対してより上方側から入射される光が撮像センサに入射することになる。この態様では、撮像センサを回転駆動するだけでよいため、比較的簡単な駆動機構によって撮像範囲を変更することが可能である。

（付記４）
付記４に記載の撮像装置の他の態様では、前記撮像センサの可動域を制限するストッパ機構を更に備える。

付記４に記載の撮像装置によれば、撮像センサの位置が大きく変化し過ぎて、撮像範囲が不適切なものとなってしまうことを防止することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う撮像装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０車両
５０信号機
１００撮像装置
１１０レンズ
１２０撮像センサ
１２５ストッパ機構
１２６回転軸
１３０画像処理部
１４０アクチュエータ
１５０センサ制御部
１６０車速判定部
２００カメラ本体

Claims

車両の前方画像を撮像する撮像装置であって、
撮像センサのレンズに対する相対的な位置を調整可能なアクチュエータと、
前記車両の速度が所定速度よりも低い場合に、前記車両の速度が前記所定速度よりも高い場合と比較して、前記レンズに対してより上方側から入射される光が前記撮像センサに入射するように前記アクチュエータを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。
前記アクチュエータは、前記撮像センサを上下方向に移動させることで、前記撮像センサの前記レンズに対する相対的な高さを調整可能であり、
前記制御手段は、前記車両の速度が所定速度よりも低い場合に、前記車両の速度が前記所定速度よりも高い場合と比較して、前記相対的な高さが低くなるように前記アクチュエータを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記アクチュエータは、前記撮像センサを前記レンズの光軸に交わる軸を中心に回転させることで、前記撮像センサの下側端部の前記レンズに対する相対的な位置を調整可能であり、
前記制御手段は、前記車両の速度が所定速度よりも低い場合に、前記車両の速度が前記所定速度よりも高い場合と比較して、前記撮像センサの下側端部が前記レンズに近づくように前記アクチュエータを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像センサの可動域を制限するストッパ機構を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。