JP3711705B2

JP3711705B2 - 車両後方視界支援装置

Info

Publication number: JP3711705B2
Application number: JP20680097A
Authority: JP
Inventors: 明伯堀口
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: JPH10175482A

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は車両後方視界支援装置に関し、特に車両後方の視界を撮像装置を介して車室内の画像表示部に表示する車両後方視界支援装置に関するものである。
【０００１】
【従来の技術】
図２３は従来より知られている車両後方視界支援装置の構成を概略的に示したもので、車両（トラック）後方上部には後方監視撮像部であるカメラ１が取り付けられており、画像表示部であるモニタ２が運転席１１の前部に設けられている。
【０００２】
この車両後方視界支援装置ではモニタ２が車両後方視界を写し出し、運転者が特に後を振り向かなくても後退運転が可能なように支援している。
【０００３】
これに関連した技術としては、例えば、特開平４−３６８２４１号公報において、商業車の後方及び側方などにおいて死角となる視界をカメラとモニタを用いて撮影し、ドライバに表示する装置が提案されている。
【０００４】
この装置では、前方を見ながら運転しているドライバが視線を移動させることなく後方画像を見ることが可能なようにモニタをコンソールボックス周辺に設置している。
【０００５】
さらに、バックミラーを見慣れているドライバにとっては、カメラの画像をそのまま表示すると、鏡のように見えず違和感を感じさせるので、鏡で見ているような左右反転画像（鏡像）が得られるように後方視界の画像をモニタに表示してドライバの違和感を低減している。
【０００６】
【発明が解決しょうとする課題】
しかし、上記のような特開平４−３６８２４１号公報に示された装置は、単なる補助手段であり、後方画像をモニタで見ながらハンドル操作してバックすることは非常に難しい。
【０００７】
すなわち、ドライバが車両を後退させるときのモニタ画像は、車両の後退方向と無関係であったため、モニタ画像だけに頼ると後方物と衝突するなどの事故が生じてしまう。
【０００８】
これは特に大型トラックなどのように後輪から車両後部に至るオーバハングが大きい車両について顕著であり、これを図２３のトラックを平面図で示した図２４により説明する。
【０００９】
なお、図２４において、モニタ２、前輪１２ａ，１２ｂ、後輪１３ａ，１３ｂ、及び後輪車軸１４は平面的には見えない部分にあるが分り易くするため、破線でなく実線で示してある。
【００１０】
この例においては、Ｍが後輪車軸１４から後方水平方向にオーバハングした部分（長さ）を示しており、このオーバハング長Ｍの位置に配置されたカメラ１の視界が範囲Ｗで示されている。
【００１１】
いま、図示のように、前輪１２ａ，１２ｂを左方向に操舵しながら後退させる時の後輪１３ａ，１３ｂの軌道はそれぞれ後輪軌跡１５ａ，１５ｂとなる。
【００１２】
すなわち、この後輪軌跡１５ａ，１５ｂはカメラ視界範囲Ｗの中心から大きくずれた位置になっている。このずれはオーバハング長Ｍが長くなればなるほど顕著になる。
【００１３】
したがって、モニタ２の後方視界に基づいて後退する場合には、次の問題がある。
（１）後輪がどのような軌跡をとるか把握しにくい。
（２）車両の後退方向がどちらを向いているか把握しにくい。
（３）どの程度ハンドルを回せばよいか把握しにくい。
【００１４】
従って、本発明は、車両の後方監視画像を得る後方監視撮像部（カメラ）と該後方監視画像を表示する画像表示部（モニタ）とを備えた車両後方視界支援装置において、車両の後退進路を示した後退画像をモニタに表示させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両後方視界支援装置は、前輪の操舵角を検出する操舵角検出部と、車速検出部と、該操舵角検出部及び該車速検出部の各検出値に基づいて後退時の後輪移動軌跡を演算する演算部と、該後輪移動軌跡を該後方監視撮像部を視点とし投影したときの軌跡投影画像データを生成する透視変換部と、該軌跡投影画像データを座標変換して画像表示部の表示画面に対応する線画像データを生成する線画像生成部と、該線画像データを後方監視画像に合成して該画像表示部に送る画像合成部とを備えている。
【００１６】
すなわち、演算部は、操舵角検出部で検出した操舵角と車速検出部で検出した車速から後退時の後輪の移動軌跡データを演算する。
【００１７】
そして、透視変換部は演算部で求めた後輪の移動軌跡データを後方監視撮像部（カメラ）の視点から見たときの投影画面上の投影画像データに変換する。
【００１８】
この投影画像データを線画像生成部が、画像表示部（モニタ）の表示画面に対応して表示できる線画像データに座標変換する。
【００１９】
さらに、この線画像データとカメラの画像である後方監視画像情報とが画像合成部で画面合成されて画像表示部に表示される。
【００２０】
この結果、画像表示部の後方監視画像に後退時の後輪の演算移動軌跡が合成されて写し出されるので、ドライバは車両の後退進路を明確に認識することができる。
【００２１】
また、本発明では、さらに該後方監視撮像部の向きを変える駆動部と、該操舵角検出部及び該車速検出部の各検出値の内の少なくとも操舵角に基づいて該駆動部を制御する制御部とを備え、該透視変換部が、駆動された該後方監視撮像部を視点として該後輪移動軌跡を投影したときの該軌跡投影画像データを生成する。
【００２２】
すなわち、該後方監視撮像部の向きが固定されていると、後方視界範囲も固定されてしまい、操舵角が大きくなると予測後退軌跡が該後方監視撮像部の視界から外れてしまうこととなる。
【００２３】
これを解消するため、少なくとも操舵角に応じて該後方監視撮像部の向きも変え、このときの該後方監視撮像部の視点により該該軌跡投影画像データを生成すれば、一層明確な予測後退軌跡をモニタ表示することが可能となる。
【００２４】
そして、該制御部は、操舵角が一定範囲内のとき該後方監視撮像部の焦点距離を短くし且つ撮影見おろし角度を調整するとともに、該一定範囲を越えたときには、該後方監視撮像部の水平角度を操舵角に応じて制御する。
【００２５】
上記の本発明において、該演算部は、該操舵角及び該車速に対応する車両状態を複数の領域に分類する車両状態マップを有し、該操舵角及び該車速が各閾値より小さいときには該操舵角のみに基づいて横すべり角を考慮しない該後輪移動軌跡を演算し、該操舵角及び該車速が各閾値より大きいときには該操舵角及び該車速に基づいて該横すべり角を考慮した該後輪移動軌跡を演算することも可能である。
【００２６】
すなわち、該マップに基づき該操舵角及び該車速が小さいことがわかったときには後退時の横すべり角を考慮する必要がないので該操舵角のみに基づいた後輪移動軌跡を演算するればよい。また、該操舵角及び該車速が大きいことがわかったときには該横すべり角を考える必要があるので、このときには該操舵角及び該車速の両者に基づいて該横すべり角を考慮した後輪移動軌跡を演算することになる。
【００２７】
上記の本発明において、該演算部が、該車両に後輪車軸から該後方監視撮像部までにオーバハングがあるときには、このオーバハング長を考慮して後輪移動軌跡を演算することもできる。
【００２８】
すなわち、図２３，２４に示したような後輪車軸からオーバハング長を有する車両後部に後方監視撮像部が取り付けられている場合には、演算部はこのオーバハング長分だけ後方監視撮像部の位置を後輪車軸から移し、さらに上記投影画像データに変換すればよい。
【００２９】
また、上記の本発明において、シフト位置検出部をさらに備え、該シフト位置検出部よって検出されたシフト位置が後退位置を示している時のみ、該画像合成部からの画像を該画像表示部で表示することができる。
【００３０】
すなわち、シフト位置検出部でシフトが後退位置にあることを知り、車両が後退状態である時のみ、上記の合成画像を表示させることができる。
【００３１】
さらに、上記の本発明において、画像合成部と画像表示部との間に、該画像合成部及び他の画像情報を出力する画像情報出力部からの各画像情報を切り換えるための画像情報切換部を設けてもよい。
【００３２】
すなわち、画像情報切換部で画像を切り換えることにより画像表示部に後方監視画像以外の画像情報を表示させることが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施例（１）：
図１は本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（１）を示しており、操舵角検出部である操舵角センサ３と車速検出部である車速センサ４より操舵角データと速さデータをそれぞれ検出し演算部である軌跡計算部５に送る。
【００３４】
軌跡計算部５は上記の操舵角データと車速データに基づいて車両が後退する時の後輪の移動軌跡を計算し、後輪移動軌跡データとして透視変換部６に送る。
【００３５】
この透視変換部６はカメラ１の位置を視点として投影する透視変換によって後輪移動軌跡データを軌跡投影画像データに変換する。
【００３６】
線画像生成部７は透視変換部６より受けた投影面の軌跡投影画像データを座標変換して線画像データを生成する。
【００３７】
この線画像データとカメラ１から入力された後方監視画像は画像合成部８で合成されてモニタ２に表示される。
【００３８】
なお、破線で示される画像情報切替部である切替スイッチ部９を画面合成部８とモニタ２の間に設け、ナビゲーション情報１０ａ、メータ類や各種インジケータ等の車両状態情報１０ｂ等を切替スイッチ部９に接続して切換えながらモニタ２に表示するようにしている。
【００３９】
図２（１）は図１に示した本発明に係る車両後方支援装置の実施例（１）による動作アルゴリズム例を示したフローチャートである。
【００４０】
以下、このフローチャートを参照して図１に示した実施例（１）の動作を説明する。まず、軌道計算部５は、シフト位置がバック（後退位置）にあるか否かを判断し（ステップＳ１）、バックでない場合は最初に戻る（ステップＳ１のｎｏ）。
【００４１】
なお、この場合には例えばシフトレバースイッチなどのシフト位置検出部（図示せず）によるシフト位置検出信号が必要であるが、このステップＳ１をスキップして絶えず以下の処理（モニタ表示）を行うようにしてもよい。
【００４２】
シフト位置がバックにある場合は（ステップＳ１のｙｅｓ）、軌跡計算部５は操舵角センサ３より操舵角（δ）データを入力し（ステップＳ２）、車速センサ４より車速（Ｖ）データを入力する（ステップＳ３）。
【００４３】
この軌跡計算部５は図２（２）に示される車両状態マップを持っており、この車両状態マップは操舵角及び車速の値に基づいて車両の状態をＩ領域とＪ領域に分類している。
【００４４】
Ｉ領域は、幾何学的なモデルを当てはめて後述する式（６），（７）を用いて移動軌跡が計算できる車両状態の領域であり、車速Ｖが無視できない程度に大きな閾値Ｖ₀より小さい領域、操舵角δがδ₀より小さい領域、さらに車速Ｖと操舵角δの組合わせによって制限される領域のそれぞれの境界である線分ｅ，ｆ，ｇで区切られた領域である。
【００４５】
Ｊ領域は、Ｉ領域以外の車両状態の領域で後述の式（６），（７）に適用できないような幾何学的なモデルが当てはまらなくなる領域である。たとえば、車速Ｖが閾値Ｖ₀以上である領域もその一例である。
【００４６】
操舵角δと車速Ｖのデータを入力した軌跡計算部５は上記の車両状態マップに基づいて車両状態がＩ領域か否かを判定する（ステップＳ４，Ｓ５）。
【００４７】
Ｉ領域の場合は（ステップＳ５のｙｅｓ）、幾何学的車両モデルの後述する式（６），（７）に基づいて移動軌跡計算を実行し移動軌跡データを得る（ステップＳ６）。
【００４８】
Ｉ領域以外の場合は（ステップＳ５のｎｏ）、予め操舵角に対する後輪の移動軌跡を計測して格納しておいたデータベースを参照して移動軌跡データを算出する（ステップＳ７）。
【００４９】
すなわち、予め代表的な操舵角毎に対応する移動軌跡データを計測してデータベース化しておき、このデータベースを参照して代表的な操舵角の移動軌跡データを得るか、中間の操舵角に対応する移動軌跡データをデータベースに基づいた補間によって算出し、後述する計算式の簡素化を図っている。
【００５０】
以下において、操舵角δと車速Ｖに基づいて後輪の移動軌跡を計算する原理を説明する。
図３は車両をホイールベースがＬである前輪１２と後輪１３の２輪車モデルで考えた場合の定常的な円旋回状態を幾何学的に示しており、前輪１２の操舵角がδである。
【００５１】
車速Ｖが上記の閾値Ｖ₀より低い場合は車両に遠心力が働かず、前輪１２及び後輪１３のコーナリンングフォースも不要で、車両に横すべり角が生じないと仮定できる。ただし、後述するように、車速Ｖが閾値Ｖ₀より大きいときはこの仮定は成り立たない。
【００５２】
したがって、前輪１２及び後輪１３は共に車輪の向いている方向に進行して、車両は円旋回を行う。その回転中心は前輪１２の進行方向に直角な直線ｂと後輪１３の進行方向に直角な直線ｃの交点Ｏ_Sで、このとき後輪１３の旋回半径はρとなる。
【００５３】
したがって、ホイールベースＬ、操舵角δ及び旋回半径ρの間の関係は次式のようになる。
【００５４】
【数１】
Ｌ＝ρｔａｎδ ‥‥‥式（１）
【００５５】
さらに、操舵角δが図２（２）に示した閾値δ₀より小さければｔａｎδ＝δが成り立ち、次式のようになる。
【００５６】
【数２】
ρ＝Ｌ／δ ‥‥‥式（２）
【００５７】
すなわち、ホイールベースＬを操舵角δで除した値が旋回半径ρに等しくなる。
【００５８】
一般に、車速Ｖで旋回する車両の重心点には遠心力が働く。この遠心力に起因する車輪の横すべり角を考慮した場合、車両の旋回半径ρは次式のようになる。
【００５９】
【数３】
ρ＝（１＋ＡＶ²）Ｌ／δ ‥‥‥式（３）
ここで、Ａはスタビリティ・ファクタで車両のステアリング特性を規定する特定の定数である。
【００６０】
式（２）に対して式（３）においては、車速Ｖの２乗に比例した補正項ＡＶ²が追加されており、車速Ｖが大きくなると（Ｊ領域）、この補正項は無視できなくなる。
【００６１】
図４は図３の二輪車モデルを４輪の車両に対応させた場合を示しており、二輪車モデルの後輪位置を後輪車軸１４の中心Ｐに対応させ、この中心Ｐから後輪１３ａ及び後輪１３ｂまでのそれぞれの距離はｄである。
【００６２】
地上面における後輪車軸１４の中心Ｐを原点として車両の車軸方向をｘ軸とする平面の直交座標系（ｘ，ｙ）上に旋回半径ρで後退する後輪１３ａ，１３ｂの各後輪軌跡１５ａ，１５ｂが示されている。
【００６３】
車速Ｖが閾値Ｖ₀より小さい場合の車両の円旋回の中心は点Ｏ_S（ρ，０）であり、後輪軌跡１５ａ，１５ｂは円の方程式によりそれぞれ次式（４），（５）で表わされる。
【００６４】
【数４】
（ｘ−ρ）²＋ｙ²＝（ρ＋ｄ）² ‥‥‥式（４）
【数５】
（ｘ−ρ）²＋ｙ²＝（ρ−ｄ）² ‥‥‥式（５）
【００６５】
いま、図９に示した如く車両にオーバハング長Ｍが存在する場合を考えると、後輪車軸１４の座標系（ｘ，ｙ）をｙ方向にオーバハングＭだけ平行移動して修正した地上面におけるカメラ位置Ｑを原点とする座標系（ｘ'，ｙ'）においては、後輪軌跡１５ａ，１５ｂはそれぞれ次式（６），（７）のように書き直せる。
【００６６】
【数６】
（ｘ'−ρ）²＋（ｙ'＋Ｍ）²＝（ρ＋ｄ）² ‥‥式（６）
【数７】
（ｘ'−ρ）²＋（ｙ'＋Ｍ）²＝（ρ−ｄ）² ‥‥式（７）
【００６７】
すなわち、式（６），（７）を用いて地上面のカメラ位置Ｑを原点とする各後輪の移動軌跡データを求めることができる。
【００６８】
次に、透視変換部６は軌跡計算部５から移動軌跡データを受け、この移動軌跡データをカメラ位置Ｑから焦点距離ｆ（図６参照）にある平面に投影するときの透視変換を実行する（ステップＳ８）。
【００６９】
以下において、この透視変換の原理を説明する。
図５は図４における座標系（ｘ'，ｙ'）にさらにｚ'軸を加えた座標系（ｘ'，ｙ'，ｚ'）を示しており、カメラ１はｚ'軸上の点Ｒ（０，０，Ｈ）に位置し、見下ろし角τで地上面（ｘ'，ｙ'座標面）における後輪１３ａ，１３ｂの後退時の後輪軌跡１５ａ，１５ｂをモニタすることとする。以下においてモニタ画面上に後車輪の軌跡がどのように写るかを示す。
【００７０】
まず、座標系（ｘ'，ｙ'，ｚ'）の原点Ｑをカメラ位置Ｒに平行移動した後、ｘ'軸を中心として角度τだけ回転させた座標系をカメラ視点の座標系（ｘ"，ｙ"，ｚ"）として定義する。
【００７１】
したがって、座標系（ｘ'，ｙ'，ｚ'）の点（ｘ'，ｙ'，ｚ'）を座標系（ｘ"，ｙ"，ｚ"）の点（ｘ"，ｙ"，ｚ"）に変換する式は次のようになる。
【００７２】
【数８】

【００７３】
ここで、地上面はｚ^'＝０であるから式（８）は次のようになる。
【数９】

【００７４】
図６は座標系（ｘ'，ｙ'，ｚ'）の目標点Ｋ（ｘ'，ｙ'，０）をｙ"軸に垂直な平面Ｔに投影する透視変換を示しており、この投影面Ｔはカメラ１の視点Ｒからカメラ１の焦点距離ｆの位置にある。
【００７５】
同図において、投影面Ｔ上には直交座標系（α，β）はｙ"軸と投影面Ｔとの交点Ｓを原点とし、この原点Ｓを通りｘ"軸とｚ"軸にそれぞれ平行な直線をα軸とβ軸としている。
【００７６】
座標系（ｘ"，ｙ"，ｚ"）から見た地面上の目標点Ｋ（ｘ'，ｙ'，０）は上記の式（９）によってすでに変換されており、この変換された点を座標系（α，β）に投影するには、ｆ／ｙ"をそれぞれｘ"，ｚ"に乗じてα，βとしαβ（Ｔ）平面上にプロットすればよい。
【００７７】
すなわち、座標系（ｘ"，ｙ"，ｚ"）から座標系（α，β）への投影は次式で示される。
【００７８】
【数１０】

【００７９】
式（９）を式（１０）に代入すれば最終的な透視変換は次式で示される。
【数１１】

【００８０】
すなわち、式（１１）を用いて後輪の移動軌跡をカメラ位置から見た画像に変換できることとなる。
【００８１】
図２に戻り、ステップＳ８において、さらに線画像生成部７は透視変換されたデータをモニタ画面に表示する線画像情報に座標変換して画像合成部８に送る（ステップＳ８）。
【００８２】
ここで、図７により線画像生成部７における座標変換の原理を説明する。
まず、同図には投影平面上の座標系（α，β）の点をモニタ画面上の座標系（ｘ^*，ｙ^*）に変換する例が示されており、モニタ画面１６の画面サイズは横ｘ^* _SIZE縦ｙ^* _SIZEあり、この画面１６の中央位置Ｓを座標系（α，β）の原点としている。
【００８３】
通常、モニタ画面１６は画面左上を原点Ｏ_mとした横右方向を正とするｘ^*軸と縦下方向を正とするｙ^*軸からなる座標系（ｘ^*，ｙ^*）を採用している。そして、この座標系（ｘ^*，ｙ^*）に画像を構成する点（ピクセル）が並べられる。
【００８４】
したがって、点（α，β）にモニタ画面上のピクセルをそれぞれに対応させるための係数（Ｓx，Ｓy）を掛け、さらに原点を画面中央Ｓからモニタの原点Ｏ_mに移動させた後にｙ^*＝０（ｘ^*軸）に関して反転させればモニタ画面の点（ｘ^*，ｙ^*）が生成できる。
【００８５】
この座標変換は次式であらわすことができる。
【００８６】
【数１２】

【００８７】
カメラから見た地面上の後輪の移動軌跡をモニタに表示する変換は、式（１１）を式（１２）に代入し次式のようにｘ^*，ｙ^*が求められる。
【数１３】

【数１４】

【００８８】
すなわち、式（１３），（１４）を用いて軌跡投影画像データをモニタに対応した線画像データに変換することができることとなる。
【００８９】
図２に戻り、画像合成部８は線画像情報をカメラ１から入力された後方監視画像情報に重ねてモニタ２に出力し、モニタ２は後輪の移動軌跡を後方視界とともに表示する（ステップＳ９）。
【００９０】
このモニタ画面に写された後方視界と後輪の移動軌跡を見ることによって運転者は違和感なく容易に車両を後退させることができる。
【００９１】
実施例（２）：
上記の実施例（１）においては、カメラ１が固定されているためにカメラ１が捕らえる後方の視界範囲は図２４に示したような固定された範囲Ｗである。
【００９２】
従って、操舵角が大きくなると予測後退進路がカメラの視界範囲外に出てしまい、予測後退進路を重ねて表示する効果が低減されてしまう。
【００９３】
従って、以下に述べる実施例（２）では、図８に概念的に示すように、操舵角に応じて後方視界範囲をＷ１からＷ２に変化させて車両の後退軌跡を示した後退画像をモニタ表示させようとするものである。
【００９４】
図９は、このような実施例（２）を示したもので、この実施例（２）では、図１の実施例（１）に加えて、制御部２０とカメラ駆動部２１とを設けている。
【００９５】
概略的に言えば、車速検出部である車速センサ４と操舵角検出部である舵角センサ３より車速データと操舵角データが、後退軌跡を算出する演算部５及び制御部２０へ送られる。
【００９６】
車速データ及び操舵角データに基づき制御部２０で、カメラ１の焦点距離及びカメラ姿勢角度が算出され、それらのデータに基づいて駆動部２１がカメラ１を駆動する。また、焦点距離データ及び姿勢角度のデータであるカメラ視点位置データが透視変換部６へ送られる。なお、後述するように、制御部２０は少なくとも操舵角データは必要であるが、車速データは用いなくても済む場合がある。
【００９７】
また、演算部５は上記の車速データと操舵角データに基づいて車両が後退するときの後輪の軌道軌跡を計算し、後輪移動軌跡データとして透視変換部６に送る。
【００９８】
この透視変換部６は、カメラ１の視点位置データを基に透視変換を行い、軌跡投影画像データに後輪移動軌跡データを変換する。
【００９９】
この透視変換された後輪移動軌跡データをモニタ画面に合成するための線画像を、線画像生成部７で生成する。
【０１００】
この線画像データとカメラ１から入力された後方監視画像は画像合成部８で合成されモニタ２に表示される。
【０１０１】
このような実施例（２）の特徴的な動作を以下に詳しく説明する。
【０１０２】
まず、図９に示したカメラ駆動部２１の実施例について説明する。
このカメラ駆動部２１は、カメラ１の垂直角度（見下ろし角）を制御するためのモータ２１ａと、カメラ１の水平角度を制御するためのモータ２１ｂとを備えており、また、焦点距離を変更することができるような光学的なレンズ機構としの焦点距離制御部２１ｃを備えている。
【０１０３】
この焦点距離制御部２１ｃにより、カメラ１のレンズの焦点距離を変化させ、以てカメラ１の撮影範囲を広げたり狭めたりすることを可能にしている。
【０１０４】
すなわち、図１１に示すような撮像範囲があるとすると、カメラ１の水平画角と垂直画角はそれぞれｔａｎ^-1（Ｈ／Ｌ），ｔａｎ^-1（Ｖ／Ｌ）となる。ここで、焦点距離をｆとし、カメラ１の撮影面サイズ（ＣＣＤ受光部の大きさ）の縦横をそれぞれａ，ｂとすれば、
【数１５】
Ｈ＝（ｂ／ｆ）・Ｌ・・・式（１５）
【数１６】
Ｖ＝（ａ／ｆ）・Ｌ・・・式（１６）
となるから、上式を画角の式に代入すれば、カメラの水平画角及び垂直画角はそれぞれ、ｔａｎ^-1（ｂ／ｆ），ｔａｎ^-1（ａ／ｆ）となる。
【０１０５】
ここで操舵角に対する焦点距離の制御則について図１２により説明する。
ドライバがハンドルを切っても操舵角δ₀を越えるまでは線分ｈで示すように焦点距離ｆをｆ₀に固定するが、δ₀を越えたときには線分ｉで示すように焦点距離ｆを変化させ、撮像範囲を拡大する。
【０１０６】
さらに、操舵角δ₁を越えると焦点距離ｆを線ｊで示すように固定する。これは、余り焦点距離ｆを小さくして撮像範囲を拡大し過ぎると細かい領域が見えなくなるためである。
【０１０７】
このとき、焦点距離をｆ₀からｆ₁に変更すると図１３に示すように撮影範囲がＶ₀からＶ₁へ拡大する。
【０１０８】
これにより、車両の後側面が撮影範囲に入ってくるため、カメラ１の見下ろし角τを図１０に示したカメラ垂直角度制御モータ２１ａを駆動することで変更し、車体がモニタ画面に少しだけ写り込むようにする。
【０１０９】
例えば、カメラの見下ろし角度は次のように設定することができる。
【０１１０】
【数１７】

【０１１１】
次に、操舵角が図１２に示す値δ₁を越えた場合、図１４に示すように、カメラ１の水平角度θを操舵に応じた線分ｌに沿って変化させ、操舵角がδ₂（δ₁＜δ₂）を越えた場合は線分ｍで示すようにカメラ１の水平画角θをθ₀に固定させる。これは逆方向についても同様である。
【０１１２】
次に、図１５を参照してこの実施例（２）の演算部５における後輪の移動軌跡の算出を行うと、上記の実施例（１）と同様に式（６），（７）が得られる。なお、図１５は図４のｘ'ｙ'座標系にカメラ１を配置したｚ'座標軸を加えて立体的に見た座標系に過ぎない。
【０１１３】
次に、カメラ駆動制御部２０と後輪移動軌跡演算部５より、カメラ視点位置データ（水平回転角度θ、見おろし角τ、焦点距離ｆ）に基づいて後輪移動軌跡データを、透視変換部６にて透視変換する方法について説明する。
【０１１４】
図１６には、地上面のｘ'ｙ'座標に対して高さＨに設置されたカメラ１がモータ２１ａにより水平面から角度τで見下ろした状態を示す図５のｘ'ｙ'ｚ'座標系において、操舵角の変化に伴って図１４の制御則により従いカメラ１をモータ２１ｂで駆動して水平方向に（ｚ'軸回りに）θだけ回転させた状態を示している。
【０１１５】
すなわち、カメラ１はｚ'軸上の点Ｒ（０，０，Ｈ）に位置し、図１６に示すようにｚ'軸回りにθだけ回転し、見おろし角τで地上面（ｘ'ｙ'座標面）の後輪移動軌跡をモニタするものとする。以下において、モニタ画面上に後輪の移動軌跡がどのように写るかを示す。
【０１１６】
図１７に示すように地上平面上に原点を有する座標系（ｘ'ｙ'ｚ'）からカメラ視点位置の座標系（ｘ"ｙ"ｚ"）に座標変換する原理を説明する。
【０１１７】
まず、地上面上の原点をｚ'軸方向にＨだけ平行移動させ、ｚ'軸回りにθ回転させ、さらにｙ'軸回りにτ回転させれば座標変換できる。したがって、この座標変換を示す式は次式のようになる。
【０１１８】
【数１８】

【０１１９】
すなわち、上記の式（１８）は上記の図５に対応した式（８）にｚ'軸回りの回転θを加えたものである。
【０１２０】
ここで、地上面上にある点（ｘ'ｙ'）をカメラ視点の座標系から眺めるとき、ｚ'＝０なので、地上面上にある点（ｘ'ｙ'）は、３次元的なカメラ視点での座標系では次式のようになる。
【０１２１】
【数１９】

【０１２２】
また、焦点距離がｆであることから、カメラスクリーン平面上への透視変換は、図１８に示すようになる。これは図６に対応した座標系である。
【０１２３】
すなわち、カメラスクリーン投影面上にｙ"の交点を原点Ｓとし、ｘ"軸、ｚ"軸に平行なα軸、β軸を有するαβ座標系があるとすると、ｘ"ｙ"ｚ"座標系からαβ平面座標系への投影は次式で示される。
【０１２４】
【数２０】
α＝(ｆ／ｙ"）ｘ"
β＝(ｆ／ｙ"）ｚ" ‥‥‥式（２０）
【０１２５】
この式（２０）に式（１９）を代入すれば、地上平面上の点（ｘ'ｙ'）がカメラスクリーン投影平面のαβ座標上に透視変換される次の関係式を得ることができる。
【０１２６】
【数２１】

【０１２７】
次に、線画像生成部７において、上記のカメラスクリーン投影面からモニタ画面上の線画像を生成するための座標変換を説明する。
【０１２８】
通常、モニタ画面は、図１９のように、画面左上を原点とした横右方向を正とするｘ^*軸と縦下方向を正とするｙ^*軸からなる座標系を採用している。
【０１２９】
したがって、スクリーン投影画面の中心に原点を持つ点Ｓ（α，β）をモニタ画面上の座標系に変換するには、変換係数をＳｘ，Ｓｙとし、モニタ画面の大きさを図示の如く、Ｘ_SIZE，Ｙ_SIZEとすれば、式（１２）と同様に次式で表すことができる。
【０１３０】
【数２２】
ｘ^*＝Ｓx・α＋Ｘ^* _SIZE／２
ｙ^*＝−（Ｓy・β−Ｙ^* _SIZE／２） ‥‥‥式（２２）
【０１３１】
したがって、式（２２）に式（２１）を代入すれば軌跡投影画像データをモニタに対応した線画像データに変換することができる。
【０１３２】
そして、画像合成部８により、カメラ１からの入力画像に、上記のようにして得られた線画像を合成して、左右を反転した映像をドライバに表示する。
【０１３３】
このモニタ画面に写し出された後方視界と後輪の移動軌跡を見ることによって、ドライバは、ハンドルを大きく回しても予測された軌跡がモニタ画面からはみ出さずに見えることができ、容易にバックすることが可能となる。また、適切な視界が得られるため安全な運転が期待できる。
【０１３４】
上記の説明において、カメラ１は操舵角δに応じて制御されるが、図２０に示すように車速Ｖも加えることにより、Ａ領域とＢ領域に区切り、カメラ１の制御方法を切り換えても良い。
【０１３５】
すなわち、Ａ領域においては、図２１に示すように制御部２０は操舵角により、操舵角が値δ₀よりも大きくなれば操舵角δに応じてカメラレンズの焦点距離ｆを短くし且つ式（１７）に基づきカメラの見おろし角度を調整する（線分ｉ）。さらに操舵角が大きくなれば、図２２の線分ｌａに示すように、カメラ１の水平角度θを操舵角に応じて制御し、適切な後方視界範囲を得るようにしてもよい。
【０１３６】
しかしながら、Ｂ領域に車両状態が在るのは、後退車速が大きい場合であり、ドライバは予測軌跡のさらに先を見通さなければならない。したがって、Ｂ領域に車両の状態があれば、図２１の焦点距離の制御則に示すように、値δ₀に至る前（線分ｈ）から焦点距離をｆ₀から徐々に制御して減少させ（線分ｉ'）、値δ₃で値ｆ₁に固定する（線分ｊ') 。
【０１３７】
水平角度θについては、図２２に示すように、操舵角δ₃から増大させ（線分ｌｂ）、カメラ１の水平動作を早めている。
【０１３８】
また、操舵している途中で、車両状態がＡからＢあるいはＢからＡへ変わる場合は、図示の制御則に遷移するものとする。
【０１３９】
このとき、焦点距離ｆを減少させると図１３に示したように撮影範囲が拡大する。これにより、車両の後側面が撮影範囲に入ってくるため、前述の如く、カメラ１の見おろし角τを、カメラ垂直角度制御モータ２１ａを駆動して変更し、車体がモニタ画面に少しだけ写り込むようにする。
【０１４０】
同様に、操舵角をさらに大きくとる場合は、図２３に示すように、カメラ１の姿勢角を制御する。この制御則は、図１４と同様に、焦点距離ｆを固定した時の操舵角からカメラ水平角度θを増大させて行き、一定操舵角で停止させるものである。
【０１４１】
従って車両状態がＡ領域の場合よりＢ領域の場合の方がカメラ１の水平回転動作が早く開始され早く停止することとなる。
【０１４２】
そして、焦点距離の制御と同様に、途中で車両状態が変化したときは、途中で制御則を切り換える。
【０１４３】
なお、この実施例（２）においても、上記の式（３）により車速により遠心力が働くときの車輪の横すべり角を考慮した後輪移動軌跡を演算してもよい。
【０１４４】
また、演算部は、該車両に後輪車軸から該後方監視撮像部までにオーバハングがあるときには、このオーバハング長を考慮して後輪移動軌跡を演算してもよい。
【０１４５】
さらに、シフト位置が後退位置を示している時のみ、該画像合成部からの画像を該画像表示部で表示してもよく、画像合成部と画像表示部との間に、該画像合成部及び他の画像情報を出力する画像情報出力部からの各画像情報を切り換えるための画像情報切換部を設け、画像を切り換えることにより画像表示部に後方監視画像以外の画像情報を表示させてもよい。
【０１４６】
【発明の効果】
上記のように本発明に係る車両後方視界支援装置によれば、ドライバーは表示された該線画像と後方監視画像との関係から自車の後退位置を容易に確認でき、安全な運転が期待できる。
【０１４７】
また、該後方監視撮像部の向きを少なくとも操舵角に基づいて駆動部が変えられるようにし、該透視変換部が、駆動された該後方監視撮像部を視点として該軌跡投影画像データを生成すれば、ハンドル操作を行ってもモニタ画像中に絶えず予測後退軌跡を見えるようにすることができ、より安全性が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（１）を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（１）の動作を示したフローチャート図と車両状態マップ図である。
【図３】２輪車モデルを用いて幾何学的に旋回半径を算出するための原理を示したグラフ図である。
【図４】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（１）に関する４輪車モデルの後退時における後輪の軌跡の座標系を示したグラフ図である。
【図５】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（１）に用いる透視変換部における透視変換を説明した斜視図（１）である。
【図６】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（１）に用いる透視変換部における透視変換を説明した斜視図（２）である。
【図７】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（１）に用いる線画像生成部における座標変換を示したグラフ図である。
【図８】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）の概念を説明するためのカメラ視界範囲と後輪予測軌跡を示した図である。
【図９】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）に用いられるカメラ駆動部の実施例を示した斜視図である。
【図１１】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）に関し、カメラの撮像範囲を説明するための図である。
【図１２】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）において用いられる操舵角に対する焦点距離の制御則を示したグラフ図である。
【図１３】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）において焦点距離の変更による撮影範囲を示した図である。
【図１４】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）において用いられる操舵角に対するカメラ水平角度の制御則を示したグラフ図である。
【図１５】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）に関する４輪車モデルの後退時における後輪の軌跡の座標系を示したグラフ図である。
【図１６】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）に用いる透視変換部における透視変換を説明した斜視図（１）である。
【図１７】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）に用いる透視変換部における透視変換を説明した斜視図（２）である。
【図１８】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）に用いる透視変換部における透視変換を説明した斜視図（３）である。
【図１９】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）に用いる線画像生成部における座標変換を示したグラフ図である。
【図２０】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）において制御則を切り替えるための車両状態を示したグラフ図である。
【図２１】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）において車両状態に対応した焦点距離の制御則を示すグラフ図である。
【図２２】本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例（２）において車両状態に対応したカメラ水平角度の制御則を示すグラフ図である。
【図２３】後方視界支援装置を搭載した一般的な車両の側面図である。
【図２４】後方視界支援装置を搭載した車両を後退させる時の視界と後輪の軌跡例を示した平面図である。
【符号の説明】
１後方監視撮像部（カメラ）
２画像表示部（モニタ）
３操舵角検出部（操舵角センサ）
４車速検出部（車速センサ）
５演算部（軌跡計算部）
６透視変換部
７線画像生成部
８画像合成部
９画像情報切替部（切替スイッチ部）
１０ａナビゲーション情報
１０ｂ他の車両状態情報
１１運転席
１２，１２ａ，１２ｂ前輪
１３，１３ａ，１３ｂ後輪
１４後輪車軸
１５，１５ａ，１５ｂ後輪軌跡
１６モニタ画面
２０制御部
２１カメラ駆動部
２１ａカメラ垂直角度制御モータ
２１ｂカメラ水平角度制御モータ
２１ｃ焦点距離制御部
Ｌホイールベース
Ｍオーバハング
Ｗカメラ視界範囲
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

車両の後方監視画像を得る後方監視撮像部と該後方監視画像を表示する画像表示部とを備えた車両後方視界支援装置において、
前輪の操舵角を検出する操舵角検出部と、車速検出部と、該操舵角検出部及び該車速検出部の各検出値の内の少なくとも操舵角に基づいて後退時の後輪移動軌跡を演算する演算部と、該後輪移動軌跡を該後方監視撮像部を視点として投影したときの軌跡投影画像データを生成する透視変換部と、該軌跡投影画像データを座標変換して該画像表示部の表示画面に対応する線画像データを生成する線画像生成部と、該線画像データを該後方監視画像に合成して該画像表示部に送る画像合成部と、該後方監視撮像部の向きを変える駆動部と、該操舵角検出部及び該車速検出部の各検出値の内の少なくとも操舵角に基づいて該駆動部を制御する制御部とを備え、
該透視変換部が、駆動された該後方監視撮像部を視点として該後輪移動軌跡を投影したときの該軌跡投影画像データを生成し、該制御部が、該操舵角が一定範囲内のとき該後方監視撮像部の焦点距離を短くし且つ撮影見下ろし角度を調整するとともに、該一定範囲を越えたときには、該後方監視撮像部の水平角度を該操舵角に応じて制御することを特徴とした車両後方視界支援装置。
請求項１において、
該演算部が、該操舵角及び該車速に対応する車両状態を複数の領域に分類する車両状態マップを有し、該操舵角及び該車速が各閾値より小さいときには該操舵角のみに基づいて横すべり角を考慮しない該後輪移動軌跡を演算し、該操舵角及び該車速が各閾値より大きいときには該操舵角及び該車速に基づいて該横すべり角を考慮した該後輪移動軌跡を演算することを特徴とした車両後方視界支援装置。