JP2019139273A - 表示システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 自車前方の道路の路面状態の認識が容易な表示システムを提供する。【解決手段】 表示システム100は、自車前方の路面状態を撮像する撮像カメラ110を有する。制御部160で実行される表示制御プログラム200は、撮像データに基づいて自車前方の路面の段差、うねり、凹凸等の路面状態を認識する。表示システム100は、認識された路面状態に基づいて格子状の画像を表示する画像データを作成する。HUD130は、作成された画像データに基づいた表示を行い、道路の凹凸部がグリッドの歪みとして表示されるグリッド画像を表示する。【選択図】 図6

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイを利用した表示制御に関し、特に、道路の路面状態を表示する表示制御に関する。
運転者を支援するための運転支援情報を表示する1つの手段として、ヘッドアップディスプレイ(以下、HUDと略す)が実用化されている。典型的なHUDは、車内に設置された投射装置からフロントガラスまたはそこに備え付けられたスクリーンに画像を投射し、運転者は、フロントガラス越しの現実空間にあたかも物体が存在するかのような虚像を視認する。HUDを利用すると、運転者の視線方向に運転支援情報を表示することができるため、車内の液晶ディスプレイ等を見る場合と比較して、運転者の視線移動を減らすことができる。
HUDに関する技術は、例えば、特許文献1に記載された車両用表示装置がある。特許文献1には、自車の前方の道路形状を容易に把握するためにヘッドアップディスプレイ装置が利用されており、特に、急カーブの道路形状を強調表示することで、運転者に注意を促すものとなっている。
特開2006−40223号公報
図11は、従来のディスプレイ装置を例示する図である。表示ディスプレイ10は、運転者の前面やダッシュボードに備えられた表示媒体であり、スピードメータ12やタコメータ14などの車両情報のほか、車両に備えられた車載カメラで撮像された画像16を表示することができる。車両が日中に走行する場合には、比較的明るい画像16が表示されるが、夜間走行中は、周囲が暗いため、画像16が見えにくくなる。車載カメラを暗視カメラ(暗視モード)とすれば、ある程度の明るさの補完が可能であるが、依然として、走行車線の路面状態がわかりづらく、また、前方の車両や障害物との間隔も把握しにくい。
本発明では、上記従来の課題を解決するものであり、自車前方の道路の路面状態の認識が容易な表示システムを提供することを目的とする。
本発明に係る表示システムは、道路を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像画像から道路の路面の段差、うねり、凹凸等に関する路面状態を認識する認識手段と、前記路面状態に応じた格子状の画像を生成する生成手段と、自車前方の道路上に前記格子状の画像を投射する投射手段とを有する。
好ましくは、前記格子状の画像は、縦方向の複数の線および横方向の複数の線を含み、前記縦方向の線および前記横方向の線は、道路の路面状態に応じた曲線を含む。好ましくは、前記生成手段は、道路の路面状態に応じた曲線を含む部分が他の部分と表示色が異なるように前記格子状の画像を生成する。好ましくは、前記格子状の画像は、複数の格子点を含み、前記複数の格子点は、道路の路面状態に応じて配置される。好ましくは、前記格子状の画像は、段差、うねり、凹凸等の障害になり得る部分を格子状の線で表し、それ以外の部分を格子点で表す。好ましくは、前記表示システムはさらに、自車周囲の明るさを検出する検出手段を有し、前記投射手段は、前記検出手段により検出された明るさに基づき前記格子状の画像の輝度を調整する。好ましくは、前記検出手段は、自車周囲の明るさに基づき昼間または夜間を判定し、前記投射手段は、昼間走行のとき、前記格子状の画像の輝度を上げ、夜間走行のとき、前記格子状の画像の輝度を下げる。好ましくは、前記表示システムはさらに、前記撮像手段により撮像された画像と前記生成手段により生成された格子状の画像とを重畳して表示する表示手段を含む。
本発明によれば、路面の状態に合わせた格子状の画像を自車前方の道路上に投射するようにしたので、運転者は、前方の路面を直視しながらも、目視では把握しづらい路面状況を把握できるようになる。
本発明の実施例に係る表示システムの構成を示すブロック図である。 HUDの構成の一例を示す図である。 表示制御プログラムの機能的な構成を示す図である。 表示制御プログラムの動作を具体的に説明する図である。 格子画像作成部で作成する画像の変形例を例示する図である。 投射画像出力部による画像の表示例を示す図である。 表示制御プログラムの動作を示すフロー図である。 変形例に係る表示制御プログラム200Aの機能的な構成を示す図である。 変形例に係る表示制御プログラムの動作を示すフロー図である。 液晶ディスプレイにグリッド格子画像を表示する例を示す図である。 従来のディスプレイ装置を例示する図である。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る表示システムは、HUDに代表される画像投射装置を含み、HUDにより車両のフロントガラスに画像を投射または投影し、この画像を実空間に重畳させ、運転者に投射画像(または投影画像)の虚像を視認させることができる。
また、本発明に係る表示システムは、車両の周囲を撮像する撮像カメラなどを有し、撮像カメラにより撮像された画像と、HUDに投射させる画像とを重畳させた複合画像を、液晶ディスプレイ等の表示媒体に表示することもできる。
図1は、本発明の実施例に係る表示システムの構成を示すブロック図である。本実施例に係る表示システム100は、撮像カメラ110、照度センサ120、HUD130、記憶部140、I/F部150、制御部160を含んで構成される。
撮像カメラ110は、例えば、自車の前方を撮像する撮像カメラ、自車の後方を撮像する撮像カメラを含む。この場合、撮像カメラ110は、前方車両や後方車両を撮像できる位置に設置される。撮像カメラ110により撮像された画像は、撮像データとして、制御部160に提供される。なお、撮像カメラ110には、夜間でも路面状態を撮像可能な暗視モード(赤外線カメラなどの機能)が備えられても良い。照度センサ120は、車両の周囲の明るさを検出するセンサであり、車両の外装または車内に取り付けられる。
HUD130は、自車のフロントウィンドウにHUD表示用の画像を投射し、運転者は、視線方向に投射された画像の虚像を見ることができる。図2は、HUDの構成の一例を示す図である。HUD130は、光源131、光源131からの光を集光する光学系132、光学系132から入射された光を画像データに基づき変調する光変調手段133、光変調手段133により変調された画像を投射する投射光学系134、投射光学系134の光学系(例えば、光軸や焦点距離など)を調整するためのアクチュエータ135を含む。
光変調手段133は、例えば、液晶デバイス、あるいは複数の可変ミラーが2次元的に配置されたディジタルミラーデバイス(DMD)などから構成される。光変調手段133は、例えば、制御部160で生成された画像データに基づき入射光を変調し、投射画像を生成する。また、I/F部150を介してナビゲーション装置などの他の装置が接続されている場合には、ナビゲーション装置などから提供された画像データに基づいて、投射画像を生成することも可能である。本実施例では、自車両前方の路面状態に合わせたグリッド表示画像を表示することができる(図4、図5、図6参照)。
投射光学系134は、例えば、レンズやミラー等の光学部材を含み、アクチュエータ135は、例えば、投射光学系134のレンズの位置やミラーの角度等を調整する。投射光学系134の焦点距離を可変することで、運転者が見る虚像の位置を変化させることができる。なお、表示システム100は、複数のHUD130を搭載し、それぞれ拡張現実用の画像を表示するものであってもよい。
記憶部140は、表示システム100にとって必要な情報などを格納する。例えば、HUD表示用の画像データを格納したり、その他、表示システム100を制御するためのプログラムを格納したりすることができる。画像データは、後述する図4ないし図6のグリッド表示画像を生成するためのデータを少なくとも含む。
I/F部150は、ナビゲーション装置、車内バス、その他の装置との接続を可能にし、制御部160は、I/F部150に接続された装置と表示システム100との動作を連携させる。例えば、ナビゲーション装置が接続されている場合には、表示システム100は、ナビゲーション装置から提供された情報に基づき交差点案内の画像や速度情報等を表示することができる。
制御部160は、表示システム100の各部を制御し、好ましい態様では、制御部160は、ROM、RAMなどを含むマイクロコントローラ等を含み、表示システム100の動作を制御するための表示制御プログラムを実行する。
図3は、表示制御プログラムの機能的な構成を示す図である。表示制御プログラム200は、路面状態認識部210、格子画像作成部220、投射画像出力部230を含む。また、図4は、表示制御プログラムの動作を具体的に説明する図である。
路面状態認識部210は、撮像カメラ110から自車前方の撮像データを取得し、自車前方の路面状態を認識する。路面状態の認識は、自車が走行する道路の形状を認識するほか、道路上に存在する段差、うねり、凹凸、溝などの形状を認識する。路面状態の認識は、公知の画像解析手法を用いることができ、例えば、特開2010−287015号公報に示されているように、2台のカメラを用いて3次元画像データを取得し、凹凸部を認識することができる。これにより、凹凸の深さや形状、道路の傾斜などの情報を認識することができる。また、撮像データの輝度を画像解析し、路面状態の凹凸や溝を抽出するようにしても良いし、予め記憶部140に段差やうねり、凹凸、溝などを記憶しておき、撮像データとのマッチングにより、路面状態を認識しても良いし、撮像データから特徴点を抽出し、路面状態を認識するようにしても良い。さらに、測距センサやミリ波レーダなどの装置を車両に備え、それらの検出結果を取得することにより、障害物までの距離を認識するようにしても良い。
格子画像作成部220は、路面状態認識部210によって認識された路面状態に基づき、HUD130で投射する画像の画像データを作成する。図4は、格子画像作成部で作成する画像を例示する図である。路面状態認識部210で認識された路面状態が平坦である場合、すなわち、目立った凹凸部や溝が無い場合、格子画像作成部220は、図4(A)で示すように、奥行を持った平坦な画像D1を作成する。画像D1は、HUD130の表示によって、あたかも実景の道路R上に重畳しているように見える画像である。画像D1の格子間の長さX、Yは、好ましくは実空間上の距離に基づいて決められており、例えば、自車直前の長さX1と奥の長さX2は、平面的(2次元的)には、遠近効果により、X1>X2となるが、実空間上では共に同じ長さ(例えば50cm)を表している。自車直前の長さY1と奥の長さY2についても、平面的には、Y1>Y2となるが、実空間上では共に同じ長さ(例えば1m)を表している。また、格子状の画像D1は、道路形状に合わせた台形の画像として作成され、格子点同士の間隔に意味を持たない画像であっても良い。
さらに、本実施例に係る格子画像作成部220は、路面状態認識部210によって認識された道路形状が凹凸や溝を含む場合、これらの障害物を考慮した格子画像の作成を行う。図4(B)は、凹凸や溝を考慮した画像D2を示す図である。路面状態認識部210によって認識された凸部には、道路Rが盛り上がったように歪んだ部分D21が含まれ、凹部や溝には、道路Rが窪んだように歪んだ部分D22が含まれる。D21やD22の盛り上がり具合や窪み具合は、路面状態認識部210で認識された深さや形状に基づいて作成される。なお、D21やD22の歪みをよりはっきりと視認させるため、歪んでいる部分の色を、歪んでいない他の格子部分の色と異なるように画像データを作成しても良い。例えば、D21やD22の部分を赤色にし、その他の格子を赤色以外の色とすることができる。
図5は、格子画像作成部で作成する画像の変形例を例示する図である。格子画像作成部220は、図5(A)に示すように、複数の格子点を表示する画像データを作成しても良い。また、図5(B)に示すように、盛り上がり部分の画像D21を格子状に表示し、その他の部分を格子点として表示する画像データを作成するようにしても良い。図5(B)の場合、D21の部分を格子点と異なる色で表示することも可能である。
投射画像出力部230は、格子画像作成部220で作成された画像データをHUD130に提供し、画像の投射を行う。図6は、投射画像出力部による画像の表示例を示す図である。車内に取り付けられたHUD130は、投射画像出力部230から提供された画像データを受け取り、画像D2を表示することができる。なお、投射画像出力部230は、提供した画像データに基づく表示画像が、実景上の道路R2に重畳して見えるように、アクチュエータ135に制御信号を送信し、焦点距離を調整する。
図7は、表示制御プログラムの動作を示すフロー図である。なお、表示制御プログラム200は、HUD130を使用時に、一定時間ごとや、一定距離走行ごとに繰り返し実行される。表示制御プログラム200は、まず、路面状態認識部210によって、自車前方の路面状態を認識する(S100)。次に、格子画像作成部220は、S100で認識された路面状態に基づき、格子状の画像を表示するための画像データを作成する(S102)。投射画像出力部230は、S102で生成された画像データをHUD130に提供し、格子画像を表示する(S104)。
本実施例に係る表示システム100は、道路の凹凸形状に合わせた画像を表示することができるため、道路上に存在する段差、うねり、凹凸、溝などの形状を瞬時に把握することができ、また、前方の路面を直視しながらも、目視では把握しづらい路面状況を把握できるようになる。
本実施例では、図4および図5に示したように、道路形状に沿ったグリッド画像の表示例を示しているが、凹凸部のみグリッド表示、すなわち、D21およびD22の部分だけ表示を行い、その他の道路領域にはグリッド表示を行わない表示形態であっても良い。
次に、本実施例の変形例について説明する。変形例に係る表示システム100は、上記した本実施例で示した構成、機能等を含むことができる。図8は、変形例に係る表示制御プログラム200Aの機能的な構成を示す図である。表示制御プログラム200Aは、上記した路面状態認識部210、格子画像作成部220、投射画像出力部230に加え、照度情報取得部222、昼夜判定部224を含む。照度情報取得部222は、照度センサ120から照度情報を取得する。昼夜判定部224は、照度情報取得部222が取得した照度情報に基づき、車両周囲が昼間の明るさ状態なのか、夜間の明るさ状態なのかを判定する。HUD130による表示は、夜間走行中に明るすぎると、実世界が見えにくくなる可能性があるため、昼夜判定部224によって明るさを判定し、昼間の明るさ状態であれば、グリッド画像の輝度を上げるようにする。反対に、夜間の明るさ状態であれば、夜間の走行が想定されるため、グリッド画像の輝度を上げるようにする。昼夜判定部224による判定は、例えば、一定の閾値以上の照度が取得された場合には昼間、当該閾値未満の照度が取得された場合には夜間のように判定を行うことができる。なお、昼夜判定部224による判定は、実際の昼や夜を判定するものである他、トンネルなど、夜の状態と同じような照度である場合にも、夜と判定され、グリッド画像の輝度を変更することができる。変形例に係る投射画像出力部230は、昼夜判定部224の判定結果に基づき、HUD130に制御信号を送信し、光源131の輝度を変更する。
図9は、変形例に係る表示制御プログラムの動作を示すフロー図である。S100およびS102は、図7のフローで説明した処理と同様である。変形例に係る表示制御プログラム200Aは、投射画像の作成後、照度情報取得部222により、照度センサ120から提供される情報を取得する(S106)。昼夜判定部224は、S106で取得された照度情報に基づき、夜間の明るさか、昼の明るさかを判定する(S108)。夜間の明るさである場合には、投射画像出力部230は、低輝度での画像投射を行い(S110)、夜間の明るさでない場合、すなわち、昼間の明るさである場合には、高輝度での画像投射を行う(S112)。
変形例に係る表示システム100は、車両周囲の照度に基づいて輝度を変更するようにしたので、HUD130による画像投射が、周囲の明るさによって見えにくくなる、または、見えすぎて実景の邪魔になる、などの問題を軽減することができる。
本実施例(変形例を含む)で説明した表示システム100は、HUD130により、画像データを投射する例を示しが、表示システム100は、他の表示態様として、撮像カメラ110が撮像した撮像画像にグリッド状の格子画像を重畳し、液晶ディスプレイなどの平面的な表示媒体に表示を行うようにしても良い。図10は、液晶ディスプレイにグリッド格子画像を表示する例を示す図である。表示システム100、あるいは、I/F部150に接続されるナビゲーション装置等にディスプレイ300が備えられている場合には、撮像カメラ110が撮像した撮像データにグリッド画像を重畳させた複合画像を作成し、当該複合画像をディスプレイ300に表示することができる。複合画像の生成および表示制御は、制御部160で行われる。このようなディスプレイ表示は、HUD130の表示の代わりに行われても良いし、または、HUD130の表示と併せて行われても良い。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
100:表示システム 110:撮像カメラ
120:照度センサ 130:HUD
131:光源 132:光学系
133:光変調手段 134:投射光学系
135:アクチュエータ 140:記憶部
150:I/F部 160:制御部
200:表示制御プログラム 210:路面状態認識部
220:格子画像作成部 222:照度情報取得部
224:昼夜判定部 230:投射画像出力部
300:ディスプレイ

Claims (8)

  1. 道路を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段の撮像画像から道路の路面の段差、うねり、凹凸等に関する路面状態を認識する認識手段と、
    前記路面状態に応じた格子状の画像を生成する生成手段と、
    自車前方の道路上に前記格子状の画像を投射する投射手段と、を有する、表示システム。
  2. 前記格子状の画像は、縦方向の複数の線および横方向の複数の線を含み、前記縦方向の線および前記横方向の線は、道路の路面状態に応じた曲線を含む、請求項1に記載の表示システム。
  3. 前記生成手段は、道路の路面状態に応じた曲線を含む部分が他の部分と表示色が異なるように前記格子状の画像を生成する、請求項2に記載の表示システム。
  4. 前記格子状の画像は、複数の格子点を含み、前記複数の格子点は、道路の路面状態に応じて配置される、請求項1ないし3いずれか1つに記載の表示システム。
  5. 前記格子状の画像は、段差、うねり、凹凸等の障害になり得る部分を格子状の線で表し、それ以外の部分を格子点で表す、請求項3または4に記載の表示システム。
  6. 前記表示システムはさらに、自車周囲の明るさを検出する検出手段を有し、前記投射手段は、前記検出手段により検出された明るさに基づき前記格子状の画像の輝度を調整する、請求項1ないし5いずれか1つに記載の表示システム。
  7. 前記検出手段は、自車周囲の明るさに基づき昼間または夜間を判定し、前記投射手段は、昼間走行のとき、前記格子状の画像の輝度を上げ、夜間走行のとき、前記格子状の画像の輝度を下げる、請求項6に記載の表示システム。
  8. 前記表示システムはさらに、前記撮像手段により撮像された画像と前記生成手段により生成された格子状の画像とを重畳して表示する表示手段を含む、請求項1ないし7いずれか1つに記載の表示システム。
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