JP3453960B2

JP3453960B2 - 車両周囲モニタ装置

Info

Publication number: JP3453960B2
Application number: JP27598195A
Authority: JP
Inventors: 雅之堀; 宏佐藤; 幸嗣廣田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1995-10-24
Publication date: 2003-10-06
Anticipated expiration: 2015-10-24
Also published as: JPH09118178A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両周囲の状況を
表示する車両周囲モニタ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両周囲モニタ装置としては、車
両周囲を撮影する広角カメラを車両の後部位置に取り付
け、車内に取り付けたモニタに前記広角カメラで撮影し
た画像を表示するような装置等が知られている（例え
ば、実開昭58-168938 号公報、特開昭60−88657 号公報
等参照）。

【０００３】ここで、従来の車両周囲モニタ装置に使用
される広角カメラの一例について、図17の断面図を用い
て簡略に説明する。図において、車両周囲の光景を映出
する凸面鏡21は、例えば、球面、回転放物面、回転双曲
面、円錐等の形状の凸面を有し、その凸面は鏡面となる
ようにアルミ蒸着等の加工が施されている。撮影装置22
は、ＣＣＤ等に代表される２次元イメージセンサと、２
次元イメージセンサ上に被写体の実像を結像するレンズ
系と、２次元イメージセンサを駆動し出力信号を処理す
る回路とで構成される。撮影装置22で撮影した画像信号
は、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ等の規格に適合したコンポジット
ビデオ信号で出力される。透明パイプ23は、凸面鏡21と
撮影装置22とを連結し、ガラス、透明樹脂等の材質で成
形されている。キャップ24は、凸面鏡21が固定されてい
て透明パイプ23の蓋となる。撮影装置22はケース25で覆
われており、撮影装置22の視線を26で示している。そし
て、撮影装置22の撮影範囲内全体を凸面鏡21が占めるよ
うにレンズ系及びそれぞれの部品の配置を決定すること
によって、撮影装置22で撮影した画像には凸面鏡21に映
出される反射虚像が占めるようになる。その反射虚像は
凸面鏡を用いるため縮小されているので、上記の構成と
することで広範囲を撮影する広角のカメラとなる。

【０００４】この広角カメラ20を車両の図18に示した位
置に取り付けることによって、車両後方の安全確認用と
して使用することができる。車内には、例えば、ＬＣ
Ｄ、ＣＲＴ等のモニタを取り付けておき、そのモニタに
広角カメラ20で撮影した画像を出力する。図19には、モ
ニタ画面に表示された画像の一例を示す。このモニタ画
面を運転者が見ることによって車両後方の安全確認が可
能となる。図８には、図19に示した画像が撮影されたと
きの撮影状況を示す。

【０００５】また、上記の広角カメラ20に凸面鏡を使用
せず、従来の広角レンズを用いる場合もある。ただし、
この場合にはレンズ系が広角になればなるほど歪みは大
きくなる傾向にある。歪曲の程度はレンズ枚数や精度、
非球面レンズの使用、不使用等により異なる。従って、
歪曲を小さく抑えるためには、レンズの枚数を増やした
り、非球面レンズ等の特殊なレンズを使用する必要が生
じる。魚眼レンズ等がその一例である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の車両周囲モニタ装置にあっては、広角カメラ20で遠
くのものと近くのものとを同時に撮影する場合、それぞ
れの画像の倍率が大きく異なってしまう。具体的には、
撮影された路面と自車両（特に、自車両のトランクリッ
ドやハッチバック等）とでは倍率が大きく異なるため、
画像内の自車両部分が大きく見えてしまい車両感覚と呼
ばれる車体サイズの把握が困難になる。また、撮影され
た車体の各部分（トランクリッドやバンパ等）において
も、それぞれ倍率が異なるため自車両の形状を把握する
ことも難しいという問題がある。

【０００７】上記問題の解決策の一つとして、広角カメ
ラ20を車両より十分高い部分に取り付けることがあげら
れる。この場合には、広角カメラ20から路面までの距離
と、広角カメラ20から自車両のトランクリッドまでの距
離の比が近づく。従って、撮影される路面及び自車両の
画像それぞれの倍率も近づいて車体サイズの把握が容易
になる。例えば、無限遠にカメラを置いたと仮定する
と、図８に示す撮影状況と同等の撮影画像が得られるよ
うになる。

【０００８】しかし、広角カメラ20を車両よりずっと高
い部分に取り付けるためには、例えば、電動伸縮式のポ
ール上に取り付けること等が必要であるため（天井の低
い駐車場での破損等保守面での問題を回避し、車体寸法
変更によって新たに車検を取ることを避けるため）、装
置が高価になってしまう。また、風や車体振動の影響を
除くためには大型で強度の高いポールが必要となり更に
高価となる。加えて、サイズ的にも大型化されるため取
付け場所が制限されてしまうという問題が生じる。

【０００９】また、たとえ上記の問題を解決して自車両
のサイズや形状を把握し易くなったと仮定しても、撮影
した画像そのものが歪みを持っていると自車両のサイズ
や形状、路面上の被写体のサイズや形状等を正確に把握
することは依然として困難である。ただし、従来の画像
処理技術によって歪みの大きい画像を歪みが無くなるよ
うに処理することは可能である。歪んだ画像の例とし
て、図20には凸面鏡として回転放物面を使用した場合の
画像を示し、図21には凸面鏡として回転双曲面を使用し
た場合の画像を示す。また、図22には広角レンズの代表
である魚眼レンズを広角カメラ20に使用した場合の画像
を示す。いずれも被写体は格子を書いた平面とした。こ
の歪んだ画像を補正する画像処理を行えば、図23に示す
ような歪みのない画像に変換できる。しかし、このよう
な画像処理には高速演算が可能な信号処理装置が必要と
なり、装置のコストアップになることは避けられない。

【００１０】本発明は上記問題点に着目してなされたも
ので、車両周囲の被写体及び自車両の位置関係や形状を
容易に把握できる簡略な構成の車両周囲モニタ装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため本発明のうちの
請求項１に記載の発明では、車両周囲の光景を映出する
凸面鏡部と、該凸面鏡部に映出した反射虚像を撮影する
撮影部とを有する広角撮影手段と、画像信号を再生表示
する２次元動画像表示手段とを備えて構成した車両周囲
モニタ装置において、前記２次元動画像表示手段の表示
画面上で前記広角撮影手段によって撮影された入力画像
のうちの車両周囲が撮影された部分の倍率に略等しい倍
率で前記車両を表示した、前記入力画像とは異なる車両
イメージを、前記入力画像のうちの前記車両が撮影され
た部分に大きさ及び位置を合わせて合成する画像合成手
段を備えて構成されることを特徴とする。

【００１２】かかる構成によれば、広角撮影手段の凸面
鏡部に車両周囲の光景が虚像として映出され、その凸面
鏡部の反射虚像が撮影部で撮影される。撮影された入力
画像は、画像合成手段において、入力画像のうちの車両
周囲が撮影された部分の倍率に略等しい倍率で前記車両
を表示した車両イメージが、入力画像のうちの前記車両
が撮影された部分に大きさ及び位置を合わせて合成され
て、その合成画像が２次元動画像表示手段に伝送され
る。２次元動画像表示手段は受信した合成画像を再生表
示し、その表示画像を運転者が見ることによって車両周
囲の安全確認が行われる。

【００１３】また請求項２に記載の発明では、請求項１
に記載の発明の構成において、前記広角撮影手段が、そ
の撮影範囲内に位置する路面のうち少なくとも車両辺縁
の路面の平坦な任意の２点間の距離と、前記撮影部に結
像した実像の前記２点間の距離との比を一定にしたこと
を特徴とする。かかる構成によれば、請求項１に記載の
発明の作用に加えて、広角撮影手段で撮影された入力画
像において、少なくとも車両辺縁の路面画像の倍率が略
等しくなる。

【００１４】また請求項３に記載の発明では、請求項２
に記載の発明の構成において、前記広角撮影手段が、そ
の撮影範囲内に位置する路面の平坦な任意の２点間の距
離と、前記撮影部に結像した実像の前記２点間の距離と
の比を一定にしたことを特徴とする。かかる構成によれ
ば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、広角撮影手
段で撮影された入力画像において、路面画像の倍率が略
等しくなる。

【００１５】また請求項４に記載の発明では、請求項３
に記載の発明の具体的な構成として、前記広角撮影手段
が、路面に対して撮影方向を略垂直にして前記車両に取
り付けられ、前記凸面鏡部の凸面が回転体で構成され、
該回転体の中心軸と前記路面の法線方向とが略一致し、
前記撮影部の節点が前記中心軸上又はその近傍に位置
し、且つ前記凸面の形状が、凸面上の前記撮影部が撮影
可能な範囲内の任意の反射点及び前記節点を結んだ直線
と前記中心軸のなす角度のうち鋭角である画角、及び前
記凸面の反射点における法線と前記中心軸のなす角度の
うち鋭角である反射点角度において、前記画角をδと
し、前記反射点角度をθとしたときに、 tanδと、tan
(２・θ＋δ）とが略比例する構成であることを特徴と
する。

【００１６】かかる構成によれば、請求項３に記載の発
明の作用と同様に、広角撮影手段で撮影された入力画像
において、路面画像の倍率が略等しくなる。また請求項
５に記載の発明では、車両周囲の光景を映出する凸面鏡
部と、該凸面鏡部に映出した反射虚像を撮影する撮影部
とを有する広角撮影手段と、画像信号を再生表示する２
次元動画像表示手段とを備えて構成した車両周囲モニタ
装置において、前記広角撮影手段は、その撮影範囲内に
位置する路面のうちの車両辺縁を含んだ路面の平坦な任
意の２点間の距離と、前記撮影部に結像した実像の前記
２点間の距離との比を一定にすると共に、路面に対して
撮影方向を略垂直にして前記車両に取り付けられ、前記
凸面鏡部の凸面が回転体で構成され、該回転体の中心軸
と前記路面の法線方向とが略一致し、前記撮影部の節点
が前記中心軸上又はその近傍に位置し、且つ前記凸面の
形状が、凸面上の前記撮影部が撮影可能な範囲内の任意
の反射点及び前記節点を結んだ直線と前記中心軸のなす
角度のうち鋭角である画角、及び前記凸面の反射点にお
ける法線と前記中心軸のなす角度のうち鋭角である反射
点角度において、前記画角をδとし、前記反射点角度を
θとしたときに、tanδと、tan(２・θ＋δ）とが略比
例する構成であることを特徴とする。

【００１７】かかる構成によれば、広角撮影手段の凸面
鏡部に車両周囲の光景が虚像として映出され、その凸面
鏡部の反射虚像は撮影部において撮影されて、車両辺縁
を含んだ路面の倍率が略等しい入力画像が得られる。そ
の入力画像は２次元動画像表示手段に伝送される。２次
元動画像表示手段は受信した画像を再生表示し、その表
示画像を運転者が見ることによって車両周囲の安全確認
が行われる。

【００１８】また請求項６に記載の発明では、請求項１
〜５のいずれか１つに記載の発明の構成において、前記
広角撮影手段は、前記車両の４隅の少なくとも１ヶ所に
取り付けられたことを特徴とする。

【００１９】

【００２０】

【００２１】かかる構成によれば、請求項１〜５のいず
れか１つに記載の発明の作用に加えて、広角撮影手段が
取り付けられている、車両の隅の部分及び車両２側面の
死角部分が広角撮影手段によって撮影されるようにな
る。

【００２２】

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明の第１の実施形態に係る車
両周囲モニタ装置は、広角撮影手段としての広角カメラ
Ｃと、２次元動画像表示手段としてのモニタとで構成さ
れる。図１には広角カメラＣの外観図を示し、図２は図
１に示した広角カメラＣの断面図を示している。

【００２４】図において、広角カメラＣは、車両周囲の
光景を映出する凸面鏡部としての凸面鏡１と、その凸面
鏡１の反射虚像を撮影する撮影部としての撮影装置２
と、凸面鏡１と撮影装置２とを連結する透明パイプ３
と、透明パイプ３の蓋となるキャップ４と、撮影装置２
を覆うケース５とで構成される。凸面鏡１は、凸面が鏡
面となるようにアルミ蒸着等の加工が施されている。透
明パイプ３は、ガラスや透明樹脂等の材質で成形されて
いる。キャップ４は、凸面鏡１が固定されており、その
固定方法は、例えば、一体成型や接着等による。また、
透明パイプ３とキャップ４、及び透明パイプ３とケース
５はそれぞれ接着剤、Ｏリング等で封止してあり気密
性、防水性を高めてある。６は撮影装置２の視線を示し
ている。

【００２５】ここで、撮影装置２について詳細に説明す
る。撮影装置２は、例えば、ＣＣＤ等に代表される２次
元イメージセンサと、凸面鏡１の反射虚像を被写体とし
て被写体の実像を２次元イメージセンサ上に結像するレ
ンズ系と、２次元イメージセンサを駆動する回路と、２
次元イメージセンサの出力信号を処理する画像処理回路
と、光学フィルタとで構成される。尚、光学フィルタは
必要に応じて使用し省略することも可能である。

【００２６】画像処理回路は、２次元イメージセンサで
撮影した入力画像を左右反転して出力する機能、及び２
次元イメージセンサで撮影した入力画像以外の車両イメ
ージ、例えば、入力画像中の車両部分の倍率とは異なっ
た倍率で撮影された車両画像や、車両の形状を表す絵
等、を入力画像に重ね合わせる画像合成手段としての機
能を有している。前記入力画像を左右反転して出力する
機能は、凸面鏡１による左右反転虚像を２次元イメージ
センサで撮影するため、撮影された左右反転画像を補正
して出力する機能である。前記画像合成手段としての機
能は、例えば、スーパーインポーズ機能、或いはそれと
同等の機能であり、スーパーインポーズは公知の技術で
あるので説明を省略する。またスーパーインポーズと同
等の機能としては、例えば、モニタの画面上に絵や写真
等を貼付する機能や、前記２次元イメージセンサの結像
画面上に遮光マスク、フィルム等を貼付する機能等があ
る。撮影装置２で撮影され処理された画像は、例えば、
ＮＴＳＣコンポジットカラービデオ信号の形式で撮影装
置２から出力される。尚、撮影装置２の出力信号は前記
ＮＴＳＣコンポジットカラービデオ信号に限らず、ＣＲ
Ｔ、ＬＣＤ等、後述するモニタの入力信号と適合してい
れば任意の規格の信号で出力することが可能であり、例
えば、上記のＮＴＳＣの他、ＰＡＬ等の規格に適合した
コンポジットビデオ信号、或いは、ＲＧＢ別の出力信号
等が可能である。また、モノクロ、カラーいずれの場合
も可能である。

【００２７】そして、上記撮影装置２の撮影範囲内全体
を凸面鏡１が占めるように、レンズ系の焦点距離ｆ及び
凸面鏡１と撮影装置２の間隔を決定する。このように設
定すると、撮影装置２で撮影した入力画像には凸面鏡１
に映出される反射虚像が占めるようになる。その反射虚
像は凸面鏡に映出されるため縮小されている。つまり、
上記の構成とすることで広範囲を撮影する広角のカメラ
となる。

【００２８】次に、凸面鏡１について説明する。上述の
広角カメラＣを、平坦な路面に対して撮影方向が略垂直
となるように車両に搭載し、そのときの路面平面をＳと
し、路面平面Ｓ内の広角カメラＣの撮影範囲をＳ₁と
し、撮影範囲Ｓ₁内の車両辺縁部分をＳ₂とする。凸面
鏡１の凸面の形状は、路面の車両辺縁部分Ｓ₂上の間隔
ｗで離れた任意の２点が２次元イメージセンサ上で間隔
ｗ’となって結像するとき、ｗ／ｗ’の値が一定となる
ように設定する。

【００２９】以下、この凸面鏡１の設定について詳細に
説明する。凸面鏡１を中心軸Ｉ_Oを中心とした回転体と
した場合を考える。この場合、中心軸Ｉ_Oは路面平面Ｓ
の法線に略一致するものとし、撮影装置２の一部をなす
レンズ系の節点Ｈ_Oが中心軸Ｉ_O上または中心軸Ｉ_Oの
近傍に位置するものとする。また、凸面鏡１上の任意の
点を反射点Ｑとして中心軸Ｉ_Oと直線Ｈ_OＱのなす角度
のうちの鋭角である角度を画角δとし、凸面鏡１の反射
点Ｑにおける法線をｎ_Oとして中心軸Ｉ_Oと法線ｎ_Oの
なす角度のうちの鋭角である角度を反射点角度θとす
る。このとき、tan δとtan(２・θ＋δ）が略比例する
ように凸面鏡１の凸面の形状を決定すれば、路面の車両
辺縁部分Ｓ₂上の間隔ｗで離れた任意の２点が２次元イ
メージセンサ上で間隔ｗ’となって結像するとき、ｗ／
ｗ’の値が一定となる。この場合、路面の撮影範囲Ｓ₁
上の間隔ｗで離れた任意の２点が、２次元イメージセン
サ上で間隔ｗ’となって結像するときも、路面の車両辺
縁部分Ｓ₂上と同様にｗ／ｗ’の値が一定となる。

【００３０】尚、凸面鏡１を非回転体としても、凸面に
映出される路面の少なくとも車両辺縁部分Ｓ₂につい
て、上記 tanδとtan(２・θ＋δ）が略比例する条件を
満たすようにすれば、路面の車両辺縁部分Ｓ₂の間隔ｗ
で離れた任意の２点が、２次元イメージセンサ上で間隔
ｗ’となって結像するとき、ｗ／ｗ’の値が一定とな
る。

【００３１】次に、上記凸面鏡１の凸面の形状を数式に
置き換える。ここでは、凸面鏡１を中心軸Ｉ_Oを中心と
した回転体とし、図３に示すような中心軸方向をｚ、半
径方向をｒとする円筒座標で記述する。また、図４に
は、中心軸Ｉ_Oを含む平面における広角カメラＣ及び被
写体の位置関係を示す。図４において、被写体７は、例
えば、路面であり、またｒ＝０の点が凸面鏡１の最下点
となるように座標を設定する。凸面鏡１は回転体である
から凸面の形状はｚ及びｒのみで表すことができ、以下
の数１で示す（1)式を満足する。

【００３２】

【数１】

【００３３】ただし、（1)式中で、定数ｈは凸面鏡１か
ら撮影装置２の一部をなすレンズ系の節点Ｈ_Oまでの距
離、定数Ｈは凸面鏡１から被写体７までの距離、定数Ａ
は被写体７と反射虚像の倍率とする。（1)式を微分方程
式として解くと、次の数２で示す（2)式を得る。

【００３４】

【数２】

【００３５】ただし、積分定数はｒ＝０のとき、ｚ＝０
となるように決定した。ところで、この様な形状の凸面
鏡を実際に作製すると、公差等によって凸面の形状が上
式の形状と完全には一致しないことがある。このため、
（1)式において、倍率Ａが所定の設定値Ａ_Oに対して以
下の関係を満足するものとする。 0.9 ×Ａ_O≦Ａ≦1.1 ×Ａ_O 凸面鏡１を（1)式に従う凸面とした場合、撮影装置２は
凸面鏡１の中心軸Ｉ_O上で撮影装置２の一部をなすレン
ズ系の節点Ｈ_Oと凸面鏡１の最下部との距離がｈとなる
ように配置される。

【００３６】ここで、凸面鏡１と撮影装置２の一部をな
すレンズ系について具体的に説明する。本実施形態で
は、広角カメラＣを車両のトランクリッド程度の高さに
取り付けた場合を考える。一般に、路面からトランクリ
ッドまでの高さは車種により異なるが約１ｍ程度であ
る。そこで、例えば、路面から凸面鏡１の最下部までの
高さＨを１ｍ、凸面鏡１の最大半径ｒ_maxを８ｍｍ、透
明パイプ３の外径２０ｍｍ（半径１０ｍｍ）、内径１６
ｍｍ（半径８ｍｍ、凸面鏡１の最大半径ｒ_maxに一
致）、肉厚２ｍｍ、レンズ系の節点Ｈ_Oから凸面鏡１の
最下部までの距離ｈを１２０ｍｍとする（図４参照）。
また、２次元イメージセンサの撮影サイズを、例えば、
１／３インチとすると、実際の縦横長は 3.6ｍｍ× 4.8
ｍｍ（アスペクト比３：４）となる。被写体のサイズが
9.6ｍｍ×12.8ｍｍ（凸面鏡１に内接する縦横比３：４
の長方形）であるから、レンズ系の焦点距離ｆは４５ｍ
ｍとすれば良い。また、前記被写体と反射虚像の倍率の
設定値Ａ_Oを 1.6×10^-3とすると、凸面鏡１には路面上
で約半径５ｍの範囲が虚像として映出される。アスペク
ト比３：４の前記２次元イメージセンサ上では縦横それ
ぞれ６ｍ×８ｍの範囲の画像を得ることができる。上記
の条件において、（1)式に従う凸面鏡１の凸面の断面の
一部分をｚ、ｒの関数として図５に示す。

【００３７】次に、広角カメラＣの車両への搭載方法に
ついて説明する。図６の車両搭載位置に示すように、車
両の上方から見て車両の４隅のいずれか一ヶ所或いは複
数個所に広角カメラＣを取り付けることが車両周囲の安
全を確認するのに有効である。特に、運転者から遠い位
置、例えば、右ハンドル車両の場合、左側の後端部及び
左側の前端部が運転者にとって見にくい位置であり、そ
のような位置に広角カメラＣを取り付けることによっ
て、より安全確認の有効性が高くなる。図７は、車両の
左側後端部に広角カメラＣを取り付けた場合の一例を示
す。

【００３８】図において、路面から凸面鏡１の最下部ま
での高さＨは約１ｍとし、広角カメラＣの撮影方向が路
面に対して垂直となるように、具体的には、凸面鏡１の
回転中心軸Ｉ_Oを路面に垂直にして広角カメラＣが設置
される。また、図示されていない前記モニタが車両内の
運転席付近に設置される。次に、第１の実施形態の作用
を説明する。

【００３９】上述した車両周囲モニタ装置を搭載する車
両が、図８に示すような道路上に位置するとき、自車両
の左側後端部に取り付けられた広角カメラＣの凸面鏡１
には路面上の約半径５ｍの範囲が虚像として映出され、
その凸面鏡１の反射虚像は撮影装置２の２次元イメージ
センサによって撮影される。撮影された入力画像は画像
処理回路で左右が反転され、スーパーインポーズ相当機
能によって後述する画像処理が行われ、ＮＴＳＣコンポ
ジットカラービデオ信号の形式で出力される。その広角
カメラＣの出力信号は車両内に取り付けられたモニタに
伝送され、モニタ画面上に車両周囲の画像が表示され
る。運転者はモニタの表示画面を見ることで車両周辺の
安全を確認する。

【００４０】図９〜図11には、モニタに表示される画像
を、前記画像処理の方法に応じて例示したものである。
図９は、第１の画像処理による表示画像として、広角カ
メラＣで撮影した画像の左右を反転した画像（即ち、ス
ーパーインポーズ相当機能による画像処理が行われてい
ない画像）の表示画面である。

【００４１】図から、広角カメラＣの撮影方向に対して
垂直な平面内のもの、例えば、路面上の白線等は歪みな
く撮影されていることがわかる。また、広角カメラＣを
車両の左側後端部に取り付けたことによって、車両の隅
の部分及び２側面（左側面、後端面）の部分が同時に表
示されるようになる。従って、運転者はモニタの表示画
面を確認することによって車両周辺の障害物等の位置を
容易に把握することができる。例えば、車両の後退時や
幅寄せ時等において、障害物と接触する可能性が心配さ
れる車両の後部やタイヤハウス付近等の安全確認を確実
に行うことができる。また、装置の構成を簡略にできる
ので、安価な車両周囲モニタ装置を提供することが可能
になる。

【００４２】一般に、車両周囲モニタ装置で車両周囲の
安全確認を行う場合、安全確認の対象となるものは路面
上にある障害物等がその殆どである。従って、上記第１
の画像処理において、障害物等の路面上での位置が確認
できれば運転者は車両周囲の安全確認を行うことは十分
可能ではあるが、例えば、路面に描かれた白線に合わせ
て駐車するようなとき等において、路面上の目印に対す
る自車両の位置関係やサイズの比較が正確にできる装置
の方がより有効である。しかし、第１の画像処理では、
例えば、路面上の白線と車体の見え方からわかるよう
に、白線と車体とでは撮影された画像の倍率が大きく異
なっており、また、車体の画像も位置により倍率が異な
っていて変形しているため、表示された画像より車体の
サイズや形状を把握することは難しい。

【００４３】そこで、図10及び図11は、第２及び第３の
画像処理による表示画像として、スーパーインポーズ相
当機能によって、撮影した入力画像以外の車両イメージ
を入力画像の自車両部分に重ね合わせるように画像処理
を行った場合の表示画面を示している。図10は、車両イ
メージとして自車両をトップビューで見て線で表した図
を、スーパーインポーズによって撮影した画像の自車両
部分に重ね合わせる第２の画像処理による表示画像であ
る。表示画面上で見た自車両の図のサイズは、自車両を
路面上に垂直方向に投影して撮影したと仮定したときの
自車両のサイズと略等しくしている。図では重ね合わせ
た図をわかり易くするため、自車両の図の線を太くして
示してある。

【００４４】また図11は、広角カメラＣで撮影した入力
画像のうちの自車両の画像部分を消去した画像上に、ス
ーパーインポーズによって図10と同じ自車両の図を表示
させた第３の画像処理による表示画像である。この第３
の画像処理では、運転者は広角カメラＣで撮影した歪ん
だ自車両の画像を見ないことになる。このように第２及
び第３の画像処理によれば、広角カメラＣで撮影した画
像上に変形していない車両イメージを表示することで路
面と車両との歪みがなくなる。従って、運転者は路面上
の障害物と自車両の位置関係やサイズを正確に把握で
き、加えて、モニタの表示画面が車両のトップビューで
あることも把握し易くなる。

【００４５】尚、広角カメラＣで撮影した画像の処理は
上記の画像処理以外にも、例えば、図12に示す表示画面
のように、広角カメラＣで撮影した画像から自車両の画
像部分を消去するだけの処理も可能である。この処理で
は、広角カメラＣで撮影した車体の画像を表示しないこ
とで、表示画面内の画像の歪みが低減されて障害物と自
車両の位置関係やサイズを把握し易くなる効果を有す
る。

【００４６】ここで、広角カメラＣの撮影方向に対して
垂直な平面内のものが歪みなく撮影される原理について
詳細に説明する。まず、凸面鏡１による結像について考
える。凸面鏡１は回転体であるため、ｚ軸を含む平面で
広角カメラＣを切断した、図４を用いて説明する。f(r)
を上述の円筒座標系におけるｒの関数とし、凸面鏡１の
凸面が次の（3)式で表されるものとする。

【００４７】ｚ＝f(r) （3) また、ｒ＝０の点が凸面鏡１の最下点となるように座標
をとり、f(0)＝０とし、凸面鏡１のサイズ、即ち、凸面
鏡１の半径ｒの最大値をｒ_maxとする。凸面鏡１の半径
方向の傾斜角θ、即ち、上述の中心軸Ｉ_Oと法線ｎ_Oの
なす反射点角度θはf(r)をｒで微分したもので得られ
る。f(r)をｒで１次微分したものをf'(r) と表すと、傾
斜角θは次の（4)式となる。

【００４８】 θ＝tan ^-1(f'(r)) （4) 撮影装置２は凸面鏡１の最下部と間隔ｈで離れている。
ここでｈ≫f(ｒ_max)とする。これにより、凸面鏡１上
で半径ｒの部分は、撮影装置２から画角δで撮影されて
いるとすると、画角δはｒ、ｈを用いて以下の（5)式で
表される。 δ＝tan ^-1（ｒ／ｈ）（5) 撮影装置２の視線６は、凸面鏡１で反射後、凸面鏡１の
回転軸（ｚ軸）と角度（２・θ＋δ）をなす。被写体７
と撮影装置２の視線６は、被写体７とｚ軸の交点Ｏから
距離Ｒの点Ｐで交差するものとする。即ち、撮影装置２
によってで画角δで撮影するのは点Ｐとなる。

【００４９】ここで、交点Ｏから点Ｐまでの距離Ｒを計
算すると（6)式となる。Ｒ＝ r+H・tan(２・θ＋δ) ＝ r+H・ 2・tan(θ)+tan(δ) -tan²(θ) ・tan(δ) / 1-tan²(θ) -2・tan(θ) ・tan(δ) ＝ r+H・ 2・f'(r)+(r/h)-f'(r)²・(r/h) / 1-f'(r)²-2・f'(r) ・(r/h) （6) （6)式に（1)式を代入し、計算すると以下の（7)式を得
る。

【００５０】Ｒ＝（１／Ａ）・ｒ（7) つまり、（7)式よりＲとｒは比例する。次に、撮影装置
２の一部をなすレンズ系について考える。魚眼レンズ
等、一部の特殊なレンズ系を除き一般のレンズ系はＦ・
tan Θレンズと呼ばれるものである。ただし、Ｆはレン
ズの焦点距離、Θはカメラの画角を表す。Ｆ・tan Θレ
ンズは画角Θとレンズにより結像する実像の高さｙの関
係式が以下の（8)式を満たすものである。

【００５１】ｙ＝Ｆ・tan Θ （8) つまり、画角Θで撮影したものは高さｙの点に（結像面
の中心から距離ｙの点に）結像する。そこで、撮影装置
２の一部をなすレンズ系もＦ・tan Θレンズとする。撮
影装置２のレンズ系の焦点距離をｆとすると、画角δで
撮影したものの高さｙは（9)式で表される。

【００５２】ｙ＝ｆ・tan δ ＝ｆ・ｒ／ｈ（9) ところで、画角δの視線６が凸面鏡１で反射した後に撮
影するのは点Ｐであるから、（9)式に（7)式を代入する
と(10)式となる。ｙ＝ｆ・Ａ・Ｒ／ｈ (10) (10)式より、ｙとＲが比例するのは明らかである。

【００５３】また、凸面鏡１が回転体であることから、
点Ｐの方向が常に変化しないことは明らかである。上記
より、凸面鏡１の回転軸に垂直な平面上の線分は、直線
のまま、方向も同じままで、同じ倍率で２次元イメージ
センサ上に結像することがわかる。さらに、被写体７と
凸面鏡１の間の距離Ｈが変化したときを考える。

【００５４】変化後の距離をα・Ｈとすると、変化後の
交点Ｏから点Ｐまでの距離Ｒ’は、（6)式より、Ｒ’＝ｒ＋α・Ｈ・tan(２・θ＋δ）＝(1−α) ・ｒ＋α・〔ｒ＋Ｈ・tan(２・θ＋δ）〕＝(1−α) ・ｒ＋α・（１／Ａ）・ｒ＝｛１＋α・〔（１／Ａ）−１〕｝・ｒ＝α・〔（１／Ａ）−１＋１／α〕・ｒここで、広角カメラＣであることから１／Ａ≫１、１／
Ａ≫１／αとすと、Ｒ’〜（α／Ａ）・ｒ (11) ２次元イメージセンサ上では、ｙ＝ｆ・tan δ ＝（ｆ／ｈ）・ｒ＝〔ｆ・Ａ／（α・ｈ）〕・Ｒ’ (12) (12)式より、ｙとＲ’の関係において、距離Ｈの変化に
よって比例定数（倍率）は変化するが、比例関係が成り
立っている。

【００５５】上記より、この凸面鏡１を使用すれば、凸
面鏡１の回転軸に垂直な平面内のものは全て相似の関係
を保って２次元イメージセンサに撮影される。図13に
は、格子を書いた平面を被写体とし、その被写体を撮影
方向に垂直に置いて本実施形態の広角カメラＣで撮影し
たときの画像を示す。図において、中央の点は広角カメ
ラＣを示しており、平面内の格子が歪みなく撮影されて
いることがわかる。

【００５６】尚、凸面鏡１の公差等のために、必ずしも
凸面鏡１の凸面の形状が（1)式に一致しない可能性があ
る。しかしこの場合（1)式において、 0.9 ×Ａ_O≦Ａ≦1.1 ×Ａ_O の関係を満足しているので、このとき、(10)式から、 0.9 ・ｆ・Ａ_O・Ｒ／ｈ≦ｙ≦1.1 ・ｆ・Ａ_O・Ｒ／ｈ倍率をｍ（＝ｙ／Ｒ）とすると、上記関係は次式とな
る。

【００５７】 0.9 ・ｆ・Ａ_O／ｈ≦ｍ≦1.1 ・ｆ・Ａ_O／ｈｍ_o＝ｆ・Ａ_O／ｈとすると、歪曲率Ｄ =( ｍ／ｍ_o−
１) ×100(％) は、 −10（％）≦Ｄ≦10（％）となる。図14及び図15には、図13で用いた格子を書いた
平面を歪曲率Ｄ＝10％及び−10％で撮影した場合の画像
を示す。図より、歪曲率10％の場合に糸巻型、歪曲率−
10％の場合に樽型歪みとなっており、これ以上歪曲率が
大きいと、歪曲がないとは言うことは難しい。ただし、
一般的なレンズの歪曲率は、焦点距離ｆと結像面のサイ
ズにもよるが、±４％程度以下であり、上述のように歪
曲率を±10％程度に設定しておけば、歪みは分かるもの
の運転者が車両周囲の安全を確認する目的に対しては十
分許容されるレベルにあると言える。

【００５８】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。第２の実施形態は、第１の実施形態の凸面鏡１に代
えて、従来より使用されている凸面が放物面をした凸面
鏡を用いて広角カメラＣを構成した車両周囲モニタ装置
である。凸面鏡以外の構成は第１の実施形態の構成と同
一であるため、構成を示す図及び説明を省略する。ま
た、広角カメラＣの取り付け位置も第１の実施形態の取
り付け位置と同様、図７に示すように、車両の左側後端
部に取り付けられている。図16は、第２の実施形態によ
って撮影された画像のモニタ表示画面を示す。

【００５９】図に示すように、第２の実施形態では、モ
ニタに表示される画像に歪みが生じているため、車両周
辺の障害物等の正確な位置を判断することは難しいが、
運転者が表示画面を見ることによって、車両の左後方の
死角となる部分を車両の左側後端部を中心に確認するこ
とはできる。また、広角カメラＣを取り付けた隅の部分
が障害物に接触するか否かを確認することも可能であ
る。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうちの請
求項１に記載の発明の効果は、広角撮影手段で撮影した
入力画像上の車両部分に、車両周囲部分の画像の倍率に
略等しい車両イメージを表示することで、車両周囲と車
両との歪みがなくなるので、運転者は車両周囲の被写体
と自車両との位置関係やサイズの比較が正確に把握で
き、加えて、表示画面が車両のトップビューであること
を把握し易くなる。また、装置の構成を簡略にできるた
め安価に装置を提供することができる。

【００６１】また請求項２に記載の発明の効果は、請求
項１に記載の発明の効果に加えて、路面平面内の少なく
とも車両辺縁の被写体が歪みなく撮影されることによっ
て、運転者は車両周囲の障害物及び自車両の位置やサイ
ズをより正確に把握することができる。また請求項３及
び４に記載の発明の効果は、請求項２に記載の発明の効
果に加えて、路面平面内の被写体が歪みなく撮影される
ことによって、運転者は車両周囲の障害物及び自車両の
位置やサイズを一層正確に把握することができる。

【００６２】また請求項５に記載の発明の効果は、路面
平面内の車両辺縁を含んだ被写体が歪みなく撮影される
ことによって、運転者は車両周囲の障害物及び自車両の
位置やサイズを正確に把握することができる。また、装
置の構成を簡略にできるため安価に装置を提供すること
ができる。

【００６３】また請求項６に記載の発明の効果は、上述
した発明の効果に加えて、広角撮影手段を車両の４隅の
少なくとも１ヶ所に取り付けることによって、車両の隅
の部分及び２側面の死角部分が同時に表示されるように
なり、運転者は車両の死角の安全確認を確実に行うこと
ができるので車両周囲の状況を一層正確に把握すること
ができる。

【００６４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る広角カメラの外
観図

【図２】図１に示した広角カメラの断面図

【図３】同上第１の実施形態における円筒座標系を説明
する図

【図４】同上第１の実施形態の広角カメラ及び被写体の
位置関係を示す図

【図５】同上第１の実施形態の凸面鏡の形状を示す図

【図６】同上第１の実施形態の広角カメラの車両取り付
け位置を示す図

【図７】同上第１の実施形態の広角カメラを搭載した車
両の外観図

【図８】同上第１の実施形態の撮影状況を示す図

【図９】同上第１の実施形態における第１の画像処理に
よる表示画面

【図10】同上第１の実施形態における第２の画像処理に
よる表示画面

【図11】同上第１の実施形態における第３の画像処理に
よる表示画面

【図12】入力画像の車両部分を消去した画像の表示画面

【図13】格子を書いた平面を第１の実施形態の広角カメ
ラで撮影したときの画像

【図14】格子を書いた平面を歪曲率＋10％で撮影したと
きの画像

【図15】格子を書いた平面を歪曲率−10％で撮影したと
きの画像

【図16】本発明の第２の実施形態に係るモニタ表示画面

【図17】従来の広角カメラの断面図

【図18】従来の広角カメラを搭載した車両の外観図

【図19】従来の広角カメラによる画像の表示画面

【図20】凸面鏡を回転放物面とした場合の画像の表示画
面

【図21】凸面鏡を回転双曲面とした場合の画像の表示画
面

【図22】魚眼レンズを広角カメラに使用した場合の画像
の表示画面

【図23】歪曲補正後の表示画面

【符号の説明】

１凸面鏡２撮影装置６視線７被写体Ｃ広角カメラＩ_O 回転体中心軸Ｑ反射点Ｈ_O 節点 δ 画角 θ 反射点角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−88657（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−110334（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60R 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両周囲の光景を映出する凸面鏡部と、該
凸面鏡部に映出した反射虚像を撮影する撮影部とを有す
る広角撮影手段と、画像信号を再生表示する２次元動画
像表示手段とを備えて構成した車両周囲モニタ装置にお
いて、前記２次元動画像表示手段の表示画面上で前記広角撮影
手段によって撮影された入力画像のうちの車両周囲が撮
影された部分の倍率に略等しい倍率で前記車両を表示し
た、前記入力画像とは異なる車両イメージを、前記入力
画像のうちの前記車両が撮影された部分に大きさ及び位
置を合わせて合成する画像合成手段を備えて構成される
ことを特徴とする車両周囲モニタ装置。
【請求項２】前記広角撮影手段は、その撮影範囲内に位
置する路面のうち少なくとも車両辺縁の路面の平坦な任
意の２点間の距離と、前記撮影部に結像した実像の前記
２点間の距離との比を一定にしたことを特徴とする請求
項１記載の車両周囲モニタ装置。
【請求項３】前記広角撮影手段は、その撮影範囲内に位
置する路面の平坦な任意の２点間の距離と、前記撮影部
に結像した実像の前記２点間の距離との比を一定にした
ことを特徴とする請求項２記載の車両周囲モニタ装置。
【請求項４】前記広角撮影手段は、路面に対して撮影方
向を略垂直にして前記車両に取り付けられ、前記凸面鏡
部の凸面が回転体で構成され、該回転体の中心軸と前記
路面の法線方向とが略一致し、前記撮影部の節点が前記
中心軸上又はその近傍に位置し、且つ前記凸面の形状
が、凸面上の前記撮影部が撮影可能な範囲内の任意の反
射点及び前記節点を結んだ直線と前記中心軸のなす角度
のうち鋭角である画角、及び前記凸面の反射点における
法線と前記中心軸のなす角度のうち鋭角である反射点角
度において、前記画角をδとし、前記反射点角度をθと
したときに、 tanδと、tan(２・θ＋δ）とが略比例す
る構成であることを特徴とする請求項３記載の車両周囲
モニタ装置。
【請求項５】車両周囲の光景を映出する凸面鏡部と、該
凸面鏡部に映出した反射虚像を撮影する撮影部とを有す
る広角撮影手段と、画像信号を再生表示する２次元動画
像表示手段とを備えて構成した車両周囲モニタ装置にお
いて、前記広角撮影手段は、その撮影範囲内に位置する路面の
うちの車両辺縁を含んだ路面の平坦な任意の２点間の距
離と、前記撮影部に結像した実像の前記２点間の距離と
の比を一定にすると共に、路面に対して撮影方向を略垂
直にして前記車両に取り付けられ、前記凸面鏡部の凸面
が回転体で構成され、該回転体の中心軸と前記路面の法
線方向とが略一致し、前記撮影部の節点が前記中心軸上
又はその近傍に位置し、且つ前記凸面の形状が、凸面上
の前記撮影部が撮影可能な範囲内の任意の反射点及び前
記節点を結んだ直線と前記中心軸のなす角度のうち鋭角
である画角、及び前記凸面の反射点における法線と前記
中心軸のなす角度のうち鋭角である反射点角度におい
て、前記画角をδとし、前記反射点角度をθとしたとき
に、tanδと、tan(２・θ＋δ）とが略比例する構成で
あることを特徴とする車両周囲モニタ装置。
【請求項６】前記広角撮影手段は、前記車両の４隅の少
なくとも１ヶ所に取り付けられたことを特徴とする請求
項１〜５のいずれか１つに記載の車両周囲モニタ装置。