JP3085326B2

JP3085326B2 - 車両照明装置

Info

Publication number: JP3085326B2
Application number: JP15029492A
Authority: JP
Inventors: 誠也清水
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 2000-09-04
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JPH05338487A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ライトで車両の走行経
路を照射する車両照明装置であって、道路上などの走行
経路に沿って引かれた白線などのレーンマーカを認識
し、当該レーンマーカに沿ってライトなどの照射方向を
制御する車両照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のヘッドライトなどの照明
装置は、固定のものが殆どである。そのため、夜間のカ
ーブや交差点において、しばしばドライバーが車両操作
に必要とする道路位置をライトが照らさないことにな
る。これに対処する方法として、ライトを状況に応じて
切り換える方法と、ライトの照射角度を調整する方法が
考えられる。

【０００３】前者のライトを状況に応じて切り換える方
法は、カーブや交差点で必要となる向きにもライトを増
設し、走行経路となる道路の状況に応じて点灯するライ
トを切り換える方法である。カーブにおいてはハンドル
の切れ角に応じて、あるいは交差点においてはウインカ
ー操作を基準にして、点灯するライトを選択して切り換
える。

【０００４】後者のライトの照射角度を調整する方法
は、ハンドルとライトを機械的あるいは電気的に連動
し、任意に調整する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のハンド
ルの切れ角や、ウインカー操作により路上の照明する部
分を選択する方法は、必ずしも適切な位置を照らすこと
ができないという問題がある。例えばカーブにおいて、
ハンドルを操作するのは、カーブに進入と同時である
が、カーブに沿った照明はカーブ進入前に行うことが必
要である。

【０００６】本発明は、これらの問題を解決するため、
走行経路の認識を行って車両の走行経路に沿ってライト
の照射方向などを制御し、ライトで走行経路に応じた方
向を照明などすることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図１において、カメラ１
は、走行経路の両側のラインなどを撮影して画像を生成
するものである。

【０００８】白線検知部２は、カメラ１によって撮影さ
れた画像から走行経路の両側のラインなどを検出するも
のである。道路形状推定部３は、白線検知部２によって
検出したラインなどから走行経路の形状を推定するもの
である。

【０００９】首振り制御部４は、道路形状推定部３によ
って推定した走行経路の形状をもとに、ラインについて
最大に照射するライト６の角度を算出して当該ライト６
の照射角度を制御したり、道路形状推定部３によって推
定した走行経路の形状をもとに、カメラ１が最大のライ
ンの画像を取り込む角度を算出して当該カメラ１の視軸
角度（照射角度）を制御したりするものである。

【００１０】

【作用】本発明は、図１に示すように、カメラ１によっ
て走行経路の両側のラインを撮影して画像を生成し、白
線検知部２がカメラ１によって撮影された画像から走行
経路の両側のラインを検出し、道路形状推定部３が白線
検知部２によって検出したラインから走行経路の形状を
推定し、首振り制御部４が道路形状推定部３によって推
定した走行経路の形状をもとに、ラインについて最大に
照射するライト６の角度を算出して当該ライト６の視軸
角度（照射角度）を制御するようにしている。

【００１１】また、カメラ１によって走行経路の両側の
ラインを撮影して画像を生成し、白線検知部２がカメラ
１によって撮影された画像から走行経路の両側のライン
を検出し、道路形状推定部３が白線検知部２によって検
出したラインから走行経路の形状を推定し、首振り制御
部４が道路形状推定部３によって推定した走行経路の形
状をもとに、カメラ１が最大のラインの画像を取り込む
角度を算出して当該カメラ１の角度を制御するようにし
ている。

【００１２】この際、ライト６とカメラ１の光軸を一致
させるようにしている。従って、走行経路の認識を行っ
て車両の走行経路に沿ってライト６の視軸方向（照射方
向）やカメラ１の方向を制御することにより、走行経路
に応じた方向をライト６によって自動的に照明したり、
カメラの方向を走行方向に向けたりすることが可能とな
る。

【００１３】

【実施例】次に、図１から図５を用いて本発明の実施例
の構成および動作を順次詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の１実施例構成図を示す。
図１において、カメラ１は、走行経路の両側のラインを
撮影して画像を生成するものであって、ここでは、ライ
ト６と光軸一致装置７によって光軸を一致させたもので
ある。カメラ１とライト６の光軸を、光軸一致装置７に
よって一致させることにより、当該カメラ１でライト６
によって照射した走行経路の画像を取り込んだときに影
が生じることを避けることができる。

【００１５】白線検知部２は、カメラ１によって撮影さ
れた画像から走行経路の両側のラインを検出するもので
ある。例えば画像をある閾値で２値化し、走行経路の両
側のライン（白線）を抽出したり、当該走行経路の両側
のラインの例えば前方１ｍ毎の白線の位置を抽出したり
などするものである道路形状推定部３は、白線検知部２によって検出したラ
イン（例えば前方１ｍ毎の白線の位置）から走行経路の
形状を推定するものである。例えば後述するように、検
出した前方１ｍ毎の白線の位置から、走行経路の両側の
ライン（白線）を２次曲線で近似し、道路形状を推定す
る。

【００１６】首振り制御部４は、道路形状推定部３によ
って推定した走行経路の形状（例えば近似曲線）をもと
に、ラインについて最大に照射するライトの角度を算出
して当該ライトの照射角度を制御したり、あるいは道路
形状推定部３によって推定した走行経路の形状をもと
に、カメラ１が最大のラインの画像を取り込む角度を算
出して当該カメラ１の角度を制御したりするものであ
る。

【００１７】首振り機構５は、ライト６、カメラ１およ
び光軸一致装置７を一体としたユニットの首振りを行う
ものである。ライト６は、走行経路を照射するものであ
る。

【００１８】光軸一致装置７は、ライト６の軸と、カメ
ラ１の軸とを一致させ、ライト６で照射したときにカメ
ラ１で撮影しても影がでないようにするためのものであ
って、ハーフミラーや鏡などで構成したものである。こ
の光軸一致装置７によって、ライト６とカメラ１の光軸
を一致させたことにより、カメラ１によって撮影した画
像に不必要な影が発生しなく、夜間での白線検出を容易
に行うことが可能となる。

【００１９】図２は、本発明の車両照明装置の構成図を
示す。ここで、カメラ１、ライト６、光軸一致装置７を
一体とし、これら首振り機構５によって首振りを行い、
走行経路の照射を行う。白線検知部２、道路形状推定部
３、首振り制御部４は、図１と同様であるので、説明を
省略する。

【００２０】次に、図３および図４を用いて、図１およ
び図２の構成の動作を詳細に説明する。（１）ここで、走行路面が平坦で、道路の両端に白線
があるとする。カメラ１のレンズ系の歪みは無視する。

【００２１】図３に示すように、カメラ１で撮影した画
像の座標値（ｘ、ｙ）（単位、画素）と、路上の点の座
標（Ｘ、Ｙ）（単位：メートル）、カメラ１のパラメタ
（Ｈ：カメラ１の路上からの高さ（単位：メート
ル））、φ（仰角（単位：ｄｅｇ））、η（水平角（単
位：ｄｅｇ））、ｗ（カメラ１の水平画素数）、ｆ（カ
メラ１と出力画像との距離）とすると、Ｘ、Ｙ、ｆは、
下式のように表される。

【００２２】Ｘ＝（Ｈ×ｙ）／（ｘ×ｓｉｎφ−ｆ×ｃｏｓφ）（式１．１）Ｙ＝Ｈ×（ｆ×ｓｉｎφ＋ｘ×ｃｏｓφ）／（ｆ×ｃｏｓφ−ｘ×ｓｉｎφ）（式１．２）ｆ＝ｗ／（２×ｔａｎ（η／２））（式１．３）これらの（式１．１）、（式１．２）、（式１．３）
は、カメラ１で撮影した画像上で求めたｘ、ｙを代入し
て、実際上の路面上のＸ、Ｙを算出するための式である
（図３参照）。

【００２３】（２）カメラ１で車両の前方の走行経路
の両側の白線を撮影し、ｗ×ｈ画素の画像を白線検知部
２に渡す（図４の（ａ））。白線検知部２は、受け取っ
た画像について、閾値を用いて２値化し、白線のみを画
像から抽出する。この抽出した画像上の白線の位置
（ｘ、ｙ）を、（式１．１）、（式１．２）に代入し、
車両前方１ｍ毎の白線座標を求める（Ｘ、Ｙ）。抽出し
た左右の白線座標を道路形状推定部３に送る。

【００２４】（３）道路形状推定部３は、白線検知部
２で抽出した白線位置からの誤差が最小となる近似曲線
を決定する。ここでは、Ｘ＝Ｆ（Ｙ）＝ａ×Ｙ²＋ｂＹ＋ｃ（式２）で近似する。このとき、ａ、ｂ、ｃは下式で算出でき
る。

【００２５】

【数１】

【００２６】ここで、Ｗｉは、（式２）で白線位置を近
似する際の近似ウエイトであり、Ｗｉが大きい値をとる
ほど（Ｘｉ、Ｙｉ）と近似曲線との誤差が小さくなる。
近似処理は左右白線について独立に行い、右白線と左白
線のそれぞれについて、下式の結果を得る。

【００２７】Ｆｒ（Ｙ）＝ａｒ×Ｙ²＋ｂｒ×Ｙ×ｃｒ（式４．１）Ｆｌ（Ｙ）＝ａｌ×Ｙ²＋ｂｌ×Ｙ×ｃｌ（式４．１）（４）首振り制御部４は、左右の白線の近似曲線より
適切な首振り角度を算出し、首振り機構５を制御する。
適当な首振り角度は、ライト６の照射範囲が最も長く両
方の近似曲線を照らす角度である。ライト６の照射範囲
が図４の（ｂ）に示すように、±ξ度の扇型であると
き、ライト６の首振り角度をΔθだけ変化させると、路
上の照明範囲は次式の範囲となる。ただし、Δθは十分
小さい値とする。

【００２８】Ｙ×ｔａｎ（Δθ−ξ）≦Ｘ≦Ｙ×ｔａｎ（Δθ＋ξ）（式５）このとき、首振り角度を算出するための評価関数Ｅは次
式となる。Ｅ（Δθ）＝∫ω（Ｙ）×｛μ（Ｆｒ（Ｙ），Ｙ，Δθ）＋μ（Ｆｌ（Ｙ），Ｙ，Δθ）｝ｄＹ（式６．１） μ（Ｘ，Ｙ，Δθ）＝１：（Ｘ、Ｙ）の値がライトの照射範囲のとき０：その他（式６．２）（式６．１）の積分範囲は、０≦Ｙ≦［ライト６の照射
距離］である。ω（Ｙ）はライトの首振りのためのウエ
イト関数である。評価関数Ｅは、ライト６の照射範囲内
に最も長く白線が入っているときに最大値をとる。首振
り制御部４は、この評価関数Ｅが最大となるΔθを探索
により求め、現在のライト６の首振り角度をΔθだけ変
化させる指示を首振り機構５に出力する。

【００２９】（５）光軸一致装置７は、カメラ１の光
軸と、ライト６の光軸とを一致させる装置であり、鏡と
ハーフミラーを図５のように配置することで実現でき
る。カメラ１、ライト６、光軸一致装置７は、ライト６
による影がカメラ１で撮影されないように調整する。首
振り機構５は、カメラ１、ライト６、光軸一致装置７の
一体化したユニットを首振り制御部４の指令に従い首振
りする。

【００３０】以上により、カメラ１によって撮影した画
像から走行路の両端の白線（ライン）を抽出し、この白
線を最も広く照射するときのライト６の首振り角度Δθ
を求め、その角度Δθだけ首振り機構５によってライト
６を首振りすることにより、車両が走行しようとする走
行路を自動的に探索してライト６で照射することが可能
となる。

【００３１】また、上述したライト６の照射範囲の±ξ
度の代わりに、 ζ＝ａｒｃｔａｎ｛（１／ｓｉｎφ）×（ｔａｎη／２）｝（式７）となるカメラ１の路上の撮影範囲±ζ度を用いる首振り
制御部４をもたせてもよい。この際に首振り制御部４が
計算するΔθは、カメラ１が最も長い区間に渡って道路
の撮影（道路の両側の白線を撮影）できる首振り角度と
なる。この構成では、日中はライト６および光軸一致装
置７は、必要なく、夜間の画像を入力する際にのみライ
ト６および光軸一致装置７が必要となる。これにより、
カメラ１によって撮影した画像中に走行路（走行路の白
線）が最も広く入るように、カメラ１の首振り角度を求
めて首振り機構５によってカメラ１を首振りすることに
より、結果としてライト６が車両の走行しようとする走
行路を自動的に探索して照明することが可能となる。
尚、この構成を用い、カメラ１を車両に固定することに
より、当該カメラ１が走行路を自動的に探索するので、
自律走行車両の視覚部として利用することもできる。

【００３２】図３は、本発明のカメラと座標系の説明図
を示す。ここでＸ、Ｙは、路上座標系を表し、Ｙが車両
の進行方向を表す。Ｈは、カメラ１の取付け位置を表
し、Ｘ、Ｙの路上座標系の原点から垂直方向の距離を表
す。

【００３３】φは、高さＨの位置に取り付けたカメラ１
の視軸の角度を表す（仰角）。ｘ、ｙは、カメラ１で撮
影した画像の座標系を表す。ｆは、カメラ１から画像ま
での距離を表す。

【００３４】ηは、図示しないが、カメラ１で撮影した
画像の水平画角を表す。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｈ、φ、ｆ、
ｘ、ｙ、ηは、固定（定数）とし、画像上のｘ、ｙ座標
系の白線の位置（ｘ、ｙ）を求め、既述した（式１．
１）、（式１．２）に代入して路上座標系Ｘ、Ｙの位置
（Ｘ、Ｙ）を算出することができる。

【００３５】図４は、本発明の動作説明図を示す。図４
の（ａ）は、画像を示す。これは、図３のように配置し
た状態で、カメラ１によって道路を撮影したときの画像
例を示す。ここで、画像の高さをｈ（画素数）、幅をＷ
（画素数）とする。画像上には、当該画像上の座標ｘ、
ｙを図示する。中心が原点（０）である。ここでは、道
路が左方向にカーブしており、画像上では当該道路の両
側の白線が左がカーブしている部分を抽出し、図１の中
段に示すように、検知された白線位置を抽出する。

【００３６】図４の（ｂ）は、ライトの照射範囲を示
す。ここで、Ｘ、Ｙは、図３の路上座標系を表す。実線
は、ライト６を道路の前方向に照射したときの照射範囲
の様子を示す。点線は、道路の両端の白線をライト６が
最も広く照射するように、ここでは、左方向にΔθだけ
首振りした様子を示す。ここで、ξは、ライトの中心か
らの照射角度を表し、−ξから＋ξまでが照射角度を表
す。この状態で、既述した（式６．１）、（式６．２）
によって、ライト６の照射範囲内に最も長く白線が入っ
ているときのΔθを求め、このΔθだけライト６を首振
りしたものである。

【００３７】図５は、本発明の光軸一致装置例を示す。
ここで、鏡７１によってライト６から照射された光をハ
ーフミラー７２によって車両の前方に照射すると共に、
道路の両端の白線などによって反射してきた光をハーフ
ミラー７２を透過してカメラ１によって画像に変換す
る。これにより、ライト６の光軸と、カメラ１の光軸と
を一致させることができ、夜間にライト６から道路を照
射したときに影が発生しなく、画像上で道路の両端の白
線を抽出などするときに、処理が極めて簡単となる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カメラ１で走行経路を撮影した画像から走行経路の両側
のラインを検出して走行経路の形状を推定し、これをも
とに最大に照射するライト６の角度を算出して当該ライ
ト６の視軸角度（照射角度）を制御する構成を採用して
いるため、ライト６により走行経路に応じて方向を自動
的に認識して照明することができる。また、カメラ１に
よって撮影した画像中に走行路（走行路の白線）が最も
広く入るように、カメラ１の首振り角度を求めて首振り
機構５によってカメラ１を首振りすることにより、結果
としてライト６を車両が走行しようとする走行路に向け
て照射することができる。また、カメラ１を固定するこ
とにより、車両の走行経路の形状を認識して自律走行す
る視覚部としても使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例構成図である。

【図２】本発明の車両照射装置の構成図である。

【図３】本発明のカメラと座標系の説明図である。

【図４】本発明の動作説明図である。

【図５】本発明の光軸一致装置例である。

【符号の説明】

１：カメラ２：白線検知部３：道路形状推定部４：首振り制御部５：首振り機構６：ライト７：光軸一致装置７１：鏡７２：ハーフミラー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ライトで車両の走行経路を照射する車両照
明装置において、走行経路の両側のラインの画像を撮影する、ライトの回
転と共に回転するカメラと、このカメラによって撮影された画像から走行経路の両側
のラインを検出する検知部と、この検知部によって検出したラインから走行経路の形状
を推定する推定部と、この推定部によって推定した走行経路の形状をもとに、
上記ラインについて最大に照射する上記ライトの角度を
算出して当該ライトの照射角度を制御する制御部とを備
え、カメラの回転と共に回転するライトが走行経路のライン
を最も広く照射するように構成したことを特徴とする車
両照明装置。
【請求項２】ライトで車両の走行経路を照射する車両照
明装置において、走行経路の両側のラインの画像を撮影する、ライトの回
転と共に回転するカメラと、このカメラによって撮影された画像から走行経路の両側
のラインを検出する検知部と、この検知部によって検出したラインから走行経路の形状
を推定する推定部と、この推定部によって推定した走行経路の形状をもとに、
上記カメラが最大の上記ラインの画像を取り込む角度を
算出して当該カメラの視軸角度を制御する制御部とを備
え、ライトの回転と共に回転するカメラが走行経路のライン
を最も広く撮影するように角度を制御するように構成し
たことを特徴とする車両照明装置。
【請求項３】上記ライトと上記カメラの光軸を一致させ
るように構成したことを特徴とする請求項１あるいは請
求項２記載の車両照明装置。