JP2021044666A - 露光制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】灯具の光量が周期的に変化したとしても同期処理を行わずに適切な露光時間の画像を撮像する。【解決手段】露光制御装置(10)は、点灯時に光量が周期的に変化する灯具(30)を備える車両(1)に搭載されたカメラ(20)の露光制御装置である。当該露光制御装置は、フレーム期間毎にカメラの露光時間を設定するとともに、灯具の光量の変化周期と同一又は整数倍である期間であり、且つ、複数のフレーム期間を含む期間である所定期間毎にカメラの露光時間を周期的に変化させる露光設定手段(13)と、露光時間を設定するためのキャリブレーション期間を設ける調整手段(12)と、を備える。露光設定手段は、キャリブレーション期間において、複数のフレーム期間における露光時間を一定に設定し、キャリブレーション期間中にカメラにより撮像された複数の画像各々の明るさの度合いに基づいて、複数のフレーム期間各々における露光時間を設定する。【選択図】図1

Description

本発明は、車載カメラの露光制御装置の技術分野に関する。
この種の装置が搭載される車両には、例えばヘッドランプの光量が比較的短い周期(例えば数十ミリ秒から数百ミリ秒等)で変化するものがある。車載カメラは所定のフレームレートで逐次画像を撮像する。フレームレートが、例えば30fps(frames per second)である場合、1フレーム期間は約33.3ミリ秒であるので、ヘッドランプの光量が比較的短い周期で変化すると、フレーム期間毎の光量が変化することになる。フレーム期間毎にヘッドランプの光量が変化することにより、車載カメラにより撮像された画像から、例えば発光の有無や昼夜の差等、異なるシーンにおける異なる検出対象物を検出することができ、もって、車載カメラの物標認識精度を向上可能であることが知られている。
例えば特許文献1には、1フレーム期間における露光時間と非露光時間との比が固定されている車載カメラにより車両の周辺空間を撮像するときに、露光時間におけるパルス光の平均的な大きさが、非露光時間におけるパルス光の平均的な大きさより大きくなるようにヘッドランプの点灯状態を制御する技術が提案されている(特許文献1参照)。
特開2017−193239号公報
特許文献1に記載の技術は、周期的に変化するヘッドランプの光量変化を、カメラのフレーム期間における露光時間に合わせる、具体的には、ヘッドランプの光量が大きい期間に対応する露光時間と、ヘッドランプの光量が小さい期間に対応する露光時間とを設けるために、互いに異なる部品であるヘッドランプと車載カメラとの間の同期を取る同期処理を行わなければならな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、例えばヘッドランプ等の灯具の光量が周期的に変化したとしても、同期処理を行わずに適切な露光時間の画像を撮像することが可能な露光制御装置を提供することを課題とする。
本発明の一態様に係る露光制御装置は、点灯時に光量が周期的に変化する灯具を備える車両において、前記車両の周囲を撮像するカメラの露光制御装置であって、フレーム期間毎に前記カメラの露光時間を設定するとともに、前記灯具の前記光量の変化周期と同一又は整数倍である期間であり、且つ、複数のフレーム期間を含む期間である所定期間毎に前記カメラの露光時間を周期的に変化させる露光設定手段と、露光時間を設定するための期間であるキャリブレーション期間を設ける調整手段と、を備え、前記露光設定手段は、前記キャリブレーション期間において、前記複数のフレーム期間における露光時間を一定に設定し、前記キャリブレーション期間中に前記カメラにより撮像された複数の画像各々の明るさの度合いに基づいて、前記複数のフレーム期間各々における露光時間を設定するというものである。
キャリブレーション期間に撮像された複数の画像各々の明るさの度合いは、露光時間が一定であることから、灯具の光量の変化を反映したものとなる。従って、該複数の画像各々の明るさの度合いを参照すれば、例えば灯具に係る制御情報(光量変化パターン等)を取得することなく、即ち、灯具とカメラとの同期処理を行うことなく、灯具の光量変化パターンを推定することができる。このため、当該露光制御装置は、キャリブレーション期間に撮像された複数の画像各々の明るさの度合いに基づいて、複数のフレーム期間各々における露光時間を設定することができる。従って、当該露光制御装置によれば、灯具の光量が周期的に変化したとしても、同期処理を行わずに適切な露光時間の画像を撮像することができる。
第1実施形態に係る露光制御装置の構成を示すブロック図である。 撮像周期と光量変化周期との関係の一例と示す図である。 キャリブレーション期間における露光時間の一例と、キャリブレーション期間に撮像された画像の一例とを示す図である。 第1実施形態に係る露光制御装置により設定された露光時間の一例を示す図である。 第1実施形態に係る露光制御装置の動作を示すフローチャートである。
露光制御装置に係る実施形態について図1乃至図5を参照して説明する。
実施形態に係る露光制御装置は、点灯時に光量が周期的に変化する灯具を備える車両において、該車両の周囲を撮像するカメラの露光制御装置である。当該露光制御装置は、フレーム期間毎にカメラの露光時間を設定するとともに、灯具の光量の変化周期と同一又は整数倍である期間であり、且つ、複数のフレーム期間を含む期間である所定期間毎にカメラの露光時間を周期的に変化させる露光設定手段と、露光時間を設定するための期間であるキャリブレーション期間を設ける調整手段と、を備える。
露光設定手段は、フレーム期間毎に露光時間を設定する。その理由は、例えば次のようなものである。即ち、カメラの撮像対象には、例えば信号機、対向車のヘッドランプ等の光を発するものがある一方で、例えば車両や構造物が影を落とす部分等の比較的暗い場所に存在するものもある。このとき、例えば信号機を適切に撮像可能なように全てのフレーム期間における露光時間を比較的短く設定すると、画像のうち比較的暗い部分が黒潰れしてしまう可能性がある。他方で、例えば比較的暗い場所を適切に撮像可能なように全てのフレーム期間における露光時間を比較的長く設定すると、画像のうち比較的明るい部分が白飛びしてしまう可能性がある。そこで、一のフレーム期間における露光時間を比較的短く設定するとともに、該一のフレーム期間に続く他のフレーム期間における露光時間を比較的長く設定することにより、比較的明るい部分が適切に撮像された画像と比較的暗い部分が適切に撮像された画像とを取得することが図られている。
「灯具」は、典型的にはヘッドランプを意味するが、点灯時に光量が周期的に変化する限りにおいて、例えばテールランプ等であってもよい。ここで、灯具の光量が周期的に変化する理由は、例えば次のようなものである。即ち、道路上で照射可能な光量には上限が定められている。このため、灯具の光量が時間によらずに一定である場合は、灯具の光量の最大値がある程度抑制されてしまい、夜間に車載カメラにより撮像された画像が比較的暗いものとなることが多い。そこで、比較的短い一の期間に灯具の光量を比較的大きくする(例えば、光量が時間によらずに一定である場合の光量の最大値を超えるような光量とする)とともに、該一の期間に続く他の期間に灯具の光量を比較的小さくして、夜間においても比較的明るい画像を撮像可能とすることが図られている。
ただし、灯具とカメラとは互いに異なる部品であるので、何らの対策も採らなければ、期待されるような画像を撮像することはできない。そこで、当該露光制御装置では、調整手段により、露光時間を設定するための期間であるキャリブレーション期間が設けられる。このキャリブレーション期間は、例えば車両が始動された直後(即ち、ReadyON状態になった直後)や、灯具が点灯された直後等に設けられてよい。
露光設定手段は、先ず、キャリブレーション期間において、全てのフレーム期間における露光時間を一定に設定する。その後、露光設定手段は、キャリブレーション期間中にカメラにより撮像された複数の画像各々の明るさの度合い(例えば輝度値)に基づいて、上記所定期間に含まれる複数のフレーム期間各々における露光時間を設定する。
キャリブレーション期間では、全てのフレーム期間における露光時間が一定であるので、複数の画像各々の明るさの度合いの違いは、灯具の光量変化に対応しているとみなせる。このため、露光設定手段は、複数の画像各々の明るさの度合いに基づいて、灯具の光量変化パターンを推定することができる。この結果、露光設定手段は、灯具の光量変化を考慮して、複数のフレーム期間各々における露光時間を設定することができる。
当該露光制御装置は特に、灯具に係る制御情報を取得することなく(言い換えれば、灯具とカメラとの同期処理を行うことなく)、複数のフレーム期間各々における露光時間を設定することができる。
<第1実施形態>
図1において、当該露光制御装置の一具体例としての露光制御装置10は、車両1に搭載されているカメラ20の露光を制御する。車両1には、上記「灯具」の一例に相当するヘッドランプユニット30(以降、適宜“ヘッドランプ30”と称する)が備えられている。カメラ20は、例えば車両1の前方を撮像可能なように車両1に取り付けられている。
露光制御装置10は、画像取得部11、キャリブレーション期間設定部12及び露光時間設定部13を備えて構成されている。「キャリブレーション期間設定部12」及び「露光時間設定部13」は、夫々、上記「調整手段」及び「露光設定手段」の一例に相当する。尚、露光制御装置10は、カメラ20と一体として構成されていてよい。
ここで、露光制御装置10は、カメラ20に係る露光時間を、例えば、比較的長い露光時間と、比較的短い露光時間と、該比較的長い露光時間と比較的短い露光時間との中間の露光時間とのいずれかに設定するものとする。比較的長い露光時間に設定される場合を、以降、適宜「夜間高輝度モード」と称する。比較的短い露光時間に設定される場合を、以降、適宜「発光物用モード」と称する。中間の露光時間に設定される場合を、以降、適宜「夜間通常モード」と称する。
「夜間高輝度モード」は、比較的暗い場所に存在するものを適切に撮像することを目的とした露光モードである。この夜間高輝度モードで撮像された画像は、その平均輝度値が比較的高くなる。「発光物用モード」は、例えば信号機、対向車のヘッドランプ、反射板等の光を発するもの又は光を反射しやすいものを適切に撮像することを目的とした露光モードである。「夜間通常モード」は、例えば他車両、自転車、歩行者等の移動障害物や車線を適切に撮像することを目的とした露光モードであってよい。この場合、上記中間の露光時間は、画像において像ズレの発生が抑制されるような時間として設定されてよい。
露光制御装置10は、例えば、夜間高輝度モード、夜間通常モード、発光物用モード、夜間通常モード、夜間高輝度モード、の順に露光モードを変化させ、4フレーム期間で露光モードが一巡するように、カメラ20に係る露光時間を制御してよい。露光モードが一巡する期間を、以降、適宜「撮像周期」と称する。尚、「撮像周期」は、上述した「所定期間」の一例に相当する。
本実施形態では、例えば図2に示すように、撮像周期の1周期が、ヘッドランプ30の光量変化の1周期に相当するものとする。この前提において、露光制御装置10が、撮像周期に含まれる4つのフレーム期間(i)〜(iv)各々の露光モードの決定方法(即ち、露光時間の設定方法)について説明する。
露光制御装置10のキャリブレーション期間設定部12は、例えば車両1が始動されたこと、又は、ヘッドランプ30が点灯されたことを条件に、キャリブレーション期間を設定する。このキャリブレーション期間は、撮像周期の1周期に相当する期間以上である。キャリブレーション期間の上限値は、例えば障害物認識機能、白線認識機能等のカメラ20により撮像された画像を利用する機能に影響が及ばない値として設定されてよい。
露光制御装置10の露光時間設定部13は、キャリブレーション期間において、先ず、例えば図3(a)に示すように、全てのフレーム期間における露光時間を一定に設定する。このときの露光時間の長さは任意であってよい。ただし、各フレーム期間において撮像された複数の画像間における明るさの度合いの差異が明確になるように、露光時間は比較的長く設定されることが望ましい。
露光時間設定部13は、露光時間が一定に設定された後に、カメラ20により撮像された時間的に連続する複数の画像を、画像取得部11を介して取得する。このとき、フレーム期間(i)〜(iv)各々において、例えば図3(b)に示すような画像が撮像される。次に、露光時間設定部13は、上記複数の画像各々の平均輝度値を算出する。図3(b)に示す例では、ヘッドランプ30の光量変化と各露光時間との関係から、フレーム期間(iii)に撮像された画像の平均輝度値が最も高く、フレーム期間(i)及び(iv)に撮像された画像の平均輝度値が最も低くなる。
露光時間設定部13は、各画像の平均輝度値に基づいて、最も高い平均輝度値の画像が撮像されたフレーム期間に係る露光モードを夜間高輝度モードに設定する。図3に示す例では、露光時間設定部13は、フレーム期間(iii)に係る露光モードを夜間高輝度モードに設定する。
次に、露光時間設定部13は、例えば、夜間高輝度モード、夜間通常モード、発光物用モード、夜間通常モードの順に露光モードが変化するように、夜間高輝度モードに設定されたフレーム期間以外の各フレーム期間に係る露光モードを設定する。図3に示す例では、露光時間設定部13は、フレーム期間(ii)及び(iv)に係る露光モードを夜間通常モードに設定するとともに、フレーム期間(i)に係る露光モードを発光物用モードに設定する。この結果、例えば図4の上段に示すように、各フレーム期間における露光時間が設定される。このように、露光時間設定部13は、平均輝度値が高い画像が撮像されたフレーム期間における露光時間を、平均輝度値が低い画像が撮像されたフレーム期間における露光時間より長く設定してよい。
キャリブレーション期間における露光制御装置10の動作について図5のフローチャートを参照して説明を加える。
キャリブレーション期間設定部12により設定されたキャリブレーション期間において、先ず、露光時間設定部13は、全てのフレーム期間における露光時間を一定に設定する(ステップS101)。その後、カメラ20により車両1の前方が撮像される(ステップS102)。このとき、画像取得部11は、カメラ20により撮像された時間的に連続する複数の画像を取得する。
次に、露光時間設定部13は、上記複数の画像各々の平均輝度値を算出する(ステップS103)。次に、露光時間設定部13は、最も高い平均輝度値の画像が撮像されたフレーム期間に係る露光モードを夜間高輝度モードに設定する(ステップS104)。その後、露光時間設定部13は、夜間高輝度モードに設定されたフレーム期間以外の各フレーム期間に係る露光モードを設定する(ステップS105)。
(技術的効果)
露光制御装置10では、キャリブレーション期間において各フレーム期間における露光時間が一定に設定されるので、キャリブレーション期間に撮像された時間的に連続する複数の画像から、ヘッドランプ30の光量変化パターンを推定することができる。つまり、露光制御装置10は、ヘッドランプ30に係る制御情報(例えば、光量変化パターン)を該ヘッドランプ30から取得することなく、即ち、カメラ20とヘッドランプ30との同期処理を行うことなく、ヘッドランプ30の光量変化パターンを推定することができる。
露光制御装置10によれば、上述の如く推定された光量変化パターンを考慮して各フレーム期間に係る露光モード(即ち、露光時間)が設定されるので、上記同期処理が行われないにもかかわらず、カメラ20とヘッドランプ30との同期を取ることができる。このため、ヘッドランプ30の光量が比較的大きいフレーム期間において、比較的暗い場所に存在するものを適切に撮像することができるとともに、ヘッドランプ30の光量が比較的小さいフレーム期間において、光を発するもの又は光を反射しやすいものを適切に撮像することができる。
尚、夜間高輝度モードに設定されたフレーム期間に撮像された画像は、例えば障害物認識機能において、車両1から比較的離れた場所の遠方落下物等の検出に用いられてよい。夜間通常モードに設定されたフレーム期間に撮像された画像は、例えば障害物認識機能において、例えば他車両等の移動障害物の検出に用いられてもよいし、例えば白線認識機能において、白線(車線)の検出に用いられてもよい。撮像周期の1周期中に、夜間通常モードのフレーム期間を比較的多く含めることにより、移動障害物や白線(車線)等の検出頻度を向上させることができる。夜間高輝度モードに設定されたフレーム期間に撮像された画像も、移動障害物や白線(車線)等の検出に用いられてもよい。このように構成すれば、移動障害物や白線(車線)等の検出頻度をより向上させることができる。
<第2実施形態>
上述した第1実施形態では、夜間高輝度モード、夜間通常モード、発光物用モード、夜間通常モードの順に露光モードが変化するように、撮像周期の1周期に含まれる各フレーム期間の露光時間が設定される。
第2実施形態では、露光制御装置10は、露光モードの変化順を予め決定していなくてよい。この場合、露光時間設定部13は、キャリブレーション期間に撮像された複数の画像各々の平均輝度値に基づいて、撮像周期の1周期において、平均輝度値が最大の画像が撮像されたフレーム期間から時間的に離れたフレーム期間ほど露光時間が短くなるように、撮像周期の1周期に含まれる各フレーム期間の露光時間(又は露光モード)を設定してよい。
具体的には、露光時間設定部13は、キャリブレーション期間において、先ず、例えば図3(a)に示すように、全てのフレーム期間における露光時間を一定に設定する。このとき、フレーム期間(i)〜(iv)各々において、例えば図3(b)に示すような画像が撮像されたとする。
次に、露光時間設定部13は、上記複数の画像各々の平均輝度値を算出する。図3(b)に示す例では、ヘッドランプ30の光量変化と各露光時間との関係から、フレーム期間(iii)に撮像された画像の平均輝度値が最も高く、フレーム期間(i)及び(iv)に撮像された画像の平均輝度値が最も低くなる。
露光時間設定部13は、各画像の平均輝度値に基づいて、最も高い平均輝度値の画像が撮像されたフレーム期間に係る露光時間を最も長く設定する。図3に示す例では、露光時間設定部13は、フレーム期間(iii)に係る露光時間を最も長く設定する。
その後、露光時間設定部13は、撮像周期の1周期において、フレーム期間(iii)から時間的に離れたフレーム期間ほど露光時間を短くする。この結果、フレーム期間(i)に係る露光時間が最も短く設定される。フレーム期間(ii)及び(iv)に係る露光時間は、フレーム期間(iii)に係る露光時間より短く、且つ、フレーム期間(i)に係る露光時間よりも長い露光時間に設定される。つまり、例えば図4の上段に示すように、各フレーム期間における露光時間が設定される。
<第3実施形態>
第3実施形態では、上述した第2実施形態と同様に、露光モードの変化順が予め決定されていなくてよい。この場合、露光時間設定部13は、キャリブレーション期間に撮像された複数の画像各々の平均輝度値に基づいて、平均輝度値が大きいフレーム期間ほど、露光時間が長くなるように、撮像周期の1周期に含まれる各フレーム期間の露光時間(又は露光モード)を設定してよい。
キャリブレーション期間において、例えば図3(b)に示すような画像が撮像されたとする。図3(b)に示す例では、ヘッドランプ30の光量変化と各露光時間との関係から、フレーム期間(iii)に撮像された画像の平均輝度値が最も高く、フレーム期間(i)及び(iv)に撮像された画像の平均輝度値が最も低くなる。
このとき、露光時間設定部13は、平均輝度値が最も高いフレーム期間(iii)に係る露光時間を最も長く設定する。露光時間設定部13は、平均輝度値が最も低いフレーム期間(i)及び(iv)に係る露光時間を最も短く設定する。露光時間設定部13は、平均輝度値が中程度のフレーム期間(ii)に係る露光時間を、フレーム期間(iii)に係る露光時間より短く、且つ、フレーム期間(i)に係る露光時間よりも長い露光時間に設定する。
<変形例>
(1)露光モードは、上述した「夜間高輝度モード」、「夜間通常モード」及び「発光物用モード」に限られない。具体的には例えば、「発光物用モード」が、信号機等の光源を適切に撮像可能な「光源用モード」と、反射板等の光を反射しやすいものを適切に撮像可能な「高反射モード」とに細分化されてもよい。尚、光源用モードに係る露光時間は、高反射モードに係る露光時間に比べて短く設定されている。
(2)例えばLED(Light Emitting Diode)信号機等の人工光に起因するフリッカ現象に対応するために、撮像周期の1周期において、発光物モードに設定されたフレーム期間が連続して複数配置されてよい。
(3)撮像周期の1周期は、ヘッドランプ30の光量変化の1周期の整数倍(即ち、2倍、3倍、4倍、…)に相当してもよい。このように構成すれば、例えば上記(1)や(2)の構成を比較的容易に実現することができる。
(4)車両1の周囲の光量(即ち、環境光量)によっては、ヘッドランプ30の光量が変化したとしても、キャリブレーション期間に撮像された複数の画像間における平均輝度値(言い換えれば、明るさの度合い)に有意な差が生じない可能性がある。そこで、露光時間設定部13は、キャリブレーション期間に撮像された複数の画像のうち平均輝度値が最も大きい画像と平均輝度値が最も小さい画像との平均輝度値の差分が所定値未満の場合は、露光時間の設定(例えば図5のフローチャートにより示される処理)を中止してもよい。
以上に説明した実施形態及び変形例から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。
発明の一態様に係る露光制御装置は、点灯時に光量が周期的に変化する灯具を備える車両において、前記車両の周囲を撮像するカメラの露光制御装置であって、フレーム期間毎に前記カメラの露光時間を設定するとともに、前記灯具の前記光量の変化周期と同一又は整数倍である期間であり、且つ、複数のフレーム期間を含む期間である所定期間毎に前記カメラの露光時間を周期的に変化させる露光設定手段と、露光時間を設定するための期間であるキャリブレーション期間を設ける調整手段と、を備え、前記露光設定手段は、前記キャリブレーション期間において、前記複数のフレーム期間における露光時間を一定に設定し、前記キャリブレーション期間中に前記カメラにより撮像された複数の画像各々の明るさの度合いに基づいて、前記複数のフレーム期間各々における露光時間を設定するというものである。
当該露光制御装置の一態様では、前記露光設定手段は、前記明るさの度合いが大きい画像が撮像されたフレーム期間における露光時間を、前記明るさの度合いが小さい画像が撮像されたフレーム期間における露光時間より長く設定する。
当該露光制御装置の他の態様では、前記露光設定手段は、前記明るさの度合いが大きい画像が撮像されたフレーム期間ほど露光時間が長くなるように露光時間を設定する。
当該露光制御装置の他の態様では、前記露光設定手段は、前記複数のフレーム期間のうち、前記明るさの度合いが最大の画像が撮像されたフレーム期間から時間的に離れたフレーム期間ほど露光時間が短くなるように露光時間を設定する。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許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露光制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1…車両、10…露光制御装置、11…画像取得部、12…キャリブレーション期間設定部、13…露光時間設定部、20…カメラ、30…ヘッドランプユニット

Claims (4)

  1. 点灯時に光量が周期的に変化する灯具を備える車両において、前記車両の周囲を撮像するカメラの露光制御装置であって、
    フレーム期間毎に前記カメラの露光時間を設定するとともに、前記灯具の前記光量の変化周期と同一又は整数倍の期間であり、且つ、複数のフレーム期間を含む期間である所定期間毎に前記カメラの露光時間を周期的に変化させる露光設定手段と、
    露光時間を設定するための期間であるキャリブレーション期間を設ける調整手段と、
    を備え、
    前記露光設定手段は、前記キャリブレーション期間において、前記複数のフレーム期間における露光時間を一定に設定し、
    前記キャリブレーション期間中に前記カメラにより撮像された複数の画像各々の明るさの度合いに基づいて、前記複数のフレーム期間各々における露光時間を設定する
    ことを特徴とする露光制御装置。
  2. 前記露光設定手段は、前記明るさの度合いが大きい画像が撮像されたフレーム期間における露光時間を、前記明るさの度合いが小さい画像が撮像されたフレーム期間における露光時間より長く設定することを特徴とする請求項1に記載の露光制御装置。
  3. 前記露光設定手段は、前記明るさの度合いが大きい画像が撮像されたフレーム期間ほど露光時間が長くなるように露光時間を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の露光制御装置。
  4. 前記露光設定手段は、前記複数のフレーム期間のうち、前記明るさの度合いが最大の画像が撮像されたフレーム期間から時間的に離れたフレーム期間ほど露光時間が短くなるように露光時間を設定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の露光制御装置。
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