JP4294145B2 - 車両の進行方向認識装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自車両進行方向の画像情報を検出するカメラ等の撮像手段を適切な方向に指向させて上記自車両の進行方向を認識する車両の進行方向認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、前方走行路の形状、状態、或いは前方障害物を検出認識し、これら認識結果に基づき車両の挙動制御、安全走行制御等を実行する種々の技術が提案されている。
【０００３】
このような技術において採用される車両の進行方向認識装置に関しては、自車両進行方向の画像情報をＣＣＤカメラ等の撮像手段を利用して収集するものが多く、例えば、特開平３−２２５５１３号公報には、テレビカメラで捉えた進行方向の道路帯画像を画像処理して道路情報を抽出し、走行制御を行う技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、谷底に向かい坂を下っている場合には、谷底付近の水平路面（勾配のない路面）やその直後の上り勾配の路面が進行方向の景色として入力されてしまい、その先の必要な画像情報が得られないといった問題が生じる。逆に、登り坂を走行中には勾配のない水平路面になる峠付近では、空が画像情報の大部分を占めて進行方向の必要な画像情報が得られないといった問題が生じる。また、前方走行路がカーブしている場合、走行路以外の道路脇の画像情報が多くなり必要な画像情報が得られなくなってしまう。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、撮像手段の指向する方向を常に最適に保ち、自車両進行方向の走行路に関する必要な画像情報を最大に得ることができる車両の進行方向認識装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明による車両の進行方向認識装置は、自車両進行方向の走行路方向に指向させて撮像する撮像手段と、この撮像手段からの撮像信号から得られる画像情報を基に上記自車両の進行方向を認識する認識手段とを備えた車両の進行方向認識装置において、上記自車両進行方向の画像情報上で上記自車両の走行路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して交点を求め、上記自車両進行方向の画像情報上における上記交点の上下方向の位置変化に基づいて上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化を求め、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定する指向方向設定手段と、この指向方向設定手段で設定した方向に上記撮像手段の指向する方向を変更する指向方向変更手段とを具備したものである。
【０００７】
上記請求項１記載の車両の進行方向認識装置は、自車両進行方向の走行路方向に指向した撮像手段が自車両進行方向の走行路方向を撮像し、認識手段で撮像手段からの撮像信号から得られる画像情報を基に自車両の進行方向を認識する。ここで、指向方向設定手段は、自車両進行方向の画像情報上で自車両の走行路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して交点を求め、自車両進行方向の画像情報上における交点の上下方向の位置変化に基づいて自車両進行方向の走行路の勾配の変化を求め、撮像手段の指向する方向を少なくとも自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定し、指向方向変更手段が指向方向設定手段で設定した方向に撮像手段の指向する方向を変更する。すなわち、画像情報上で、上記交点が通常より上側に位置する場合は自車両進行方向の走行路の勾配が増加することが判定でき、交点が通常より下側に位置する場合は自車両進行方向の走行路の勾配が減少することが判定できる。このため、例えば、自車両進行方向の走行路の勾配が現在より増加する場合、撮像手段の指向する方向は、現在の勾配での撮像手段の指向する方向より上に向くように可変される。逆に、自車両進行方向の走行路の勾配が現在より減少する場合は、撮像手段の指向する方向は、現在の勾配での撮像手段の指向する方向より下に向くように可変され、撮像手段の指向する方向は上下方向において常に最適な方向に保たれる。
【００１０】
さらに、請求項２記載の発明による車両の進行方向認識装置は、請求項１記載の車両の進行方向認識装置において、上記指向方向設定手段は、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化と上記自車両進行方向の走行路の屈曲状態に応じて可変に設定するものである。
【００１１】
上記請求項２記載の車両の進行方向認識装置は、請求項１記載の車両の進行方向認識装置において、指向方向設定手段は、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化と上記自車両進行方向の走行路の屈曲状態に応じて可変に設定する。このため、例えば、自車両進行方向の走行路の勾配が現在より増加する場合、撮像手段の指向する方向は、現在の勾配での撮像手段の指向する方向より上に向くように可変される。逆に、自車両進行方向の走行路の勾配が現在より減少する場合は、撮像手段の指向する方向は、現在の勾配での撮像手段の指向する方向より下に向くように可変される。一方、自車両進行方向の走行路が右方向に屈曲する状態では、撮像手段の指向する方向は、現在より右に向くように可変される。逆に、自車両進行方向の走行路が左方向に屈曲する状態では、撮像手段の指向する方向は、現在より左に向くように可変される。すなわち、撮像手段の指向する方向は上下方向と左右方向の全ての方向において常に最適な方向に保たれる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明による車両の進行方向認識装置は、請求項１又は請求項２記載の車両の進行方向認識装置において、位置と高度情報を得るナビゲーション装置を搭載し、上記指向方向設定手段は、上記自車両の走行路の現在の勾配を上記位置と高度情報を基に演算し、上記現在の勾配と上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定するものである。
【００１３】
すなわち、画像情報上で、この交点が通常より上側に位置する場合は自車両進行方向の走行路の勾配が増加することが判定でき、交点が通常より下側に位置する場合は自車両進行方向の走行路の勾配が減少することが判定できる。そして、通常範囲から上又は下にずれている場合に、交点が通常位置に戻るように、ナビゲーション装置からの位置と高度情報を基に演算した走行路の現在の勾配での撮像手段の指向する方向を可変する。さらに、請求項４記載の発明による車両の進行方向認識装置は、請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の進行方向認識装置において、上記指向方向変更手段は、上記撮像手段に内蔵された撮像素子からの入力素子の範囲を電気的にシフトすることで、上記撮像手段の指向する方向を変更するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図５は本発明の実施の第１形態を示し、図１は車両の進行方向認識装置の機能ブロック図、図２は車両の進行方向認識装置の全体構成図、図３は指向方向設定のフローチャート、図４は道路消失点の説明図、図５は上下方向駆動部の概略説明図である。
【００１５】
図２において、符号１は自動車などの車両（自車両）であり、この車両１に、車外の対象を撮像し、撮像した画像を処理して自車両１の進行方向を認識する車両の進行方向認識装置２が搭載されている。
【００１６】
上記車両の進行方向認識装置２は、自車両１の進行方向（前方）の走行路方向に指向させて、前方の周囲環境を、互いに異なる視点で撮像する撮像手段としてのステレオ光学系１０と、このステレオ光学系１０によるステレオ画像（元画像）を生成するとともに、この元画像の距離情報に相当するリファレンス情報を生成して、元画像とそのリファレンス情報を基に、前方の道路や先行車等の物体、障害物の形状、位置を認識する認識手段としての画像認識部２０とを備えている。
【００１７】
また、上記車両の進行方向認識装置２は、ステレオ光学系１０の指向する方向を画像認識部２０と車載したナビゲーション装置３０からの情報に基づき可変に設定する指向方向設定手段としての上下指向方向設定部４０と、この上下指向方向設定部４０で設定した方向にステレオ光学系１０の指向する方向を変更する指向方向変更手段としての上下方向駆動部５０とを有している。
【００１８】
上記ステレオ光学系１０は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた左右１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒとこれら１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒを保持する取付部材１１からなり、この左右（複眼）のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒが、車室内の天井前方に、図５に示すように、取付機構の取付部材１１により互いに一定の間隔をもって併設され、自車両１前方の走行路方向に指向されて前方の周囲環境を異なる視点からステレオ撮像する。
【００１９】
上記上下方向駆動部５０は、例えば減速機モータ（図示せず）を主に構成され、上記取付部材１１にこの減速機モータが連結されて、上下指向方向設定部４０からの信号で減速機モータを所定に回転させることにより、取付部材１１が１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの前方側を、上下方向駆動部５０に上下指向方向設定部４０で設定される移動量分、上下方向に回動自在になっており、１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が可変させられる。
【００２０】
上記画像認識部２０、車載したナビゲーション装置３０、及び上下指向方向設定部４０について、以下、図１の機能ブロック図を基に説明する。
上記画像認識部２０は、ステレオ光学系１０からの撮像信号により一対の元画像を生成するとともに、この元画像の距離情報に相当するリファレンス情報を距離画像として生成する画像処理部２１と、元画像と距離画像とから前方の道路を検出、認識する道路検出部２２とで主に構成されている。
【００２１】
すなわち、上記画像処理部２１は、ステレオ光学系１０からの撮像信号により生成した一対の元画像に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理によって画像全体に渡る距離情報を求める処理を行なって、三次元の距離分布を表す距離画像を生成して道路検出部２２に出力するように形成されている。
【００２２】
上記道路検出部２２は、画像処理部２１からの距離画像の距離分布についてヒストグラム処理を行うことで道路を認識し、この道路幅等の道路情報の算出も行なう。具体的には、例えば白線は、折れ線で近似され、左右の折れ線で囲まれた範囲が自車線と認識され、この自車線の左右の折れ線の間隔からは道路幅を算出する等して道路情報の算出を行う。
【００２３】
上記ナビゲーション装置３０は、一般的なものを例として、車両位置検出用センサ部３１、補助記憶装置３２、情報表示部３３、操作部３４、演算部３５から主要に構成されている。
【００２４】
上記車両位置検出用センサ部３１は、具体的には、全世界測位衛星システム（Global Positioning System;ＧＰＳ）によるＧＰＳ衛星からの電波を受信して自己位置を測定するためのＧＰＳ受信機、車両の絶対的な走行方向を検出する地磁気センサ、及び、車輪に固定されたロータ外周に対向して設置された電磁ピックアップ等からなり、車両の走行に伴って回転するロータ外周の突起を検出してパルス信号を出力する車輪速センサが接続されて、車両位置に係わる走行情報が収集されるようになっている。
【００２５】
上記補助記憶装置３２は、ＣＤ−ＲＯＭ装置で、道路情報や地形情報等を含む道路地図情報を収録したＣＤ−ＲＯＭがセットされる読み込み専用の記憶装置に形成されている。上記ＣＤ−ＲＯＭには、道路地図情報が、互いに縮尺の異なる複数の階層レベルでそれぞれ記憶されており、さらに、高速道路、一般国道、地方道というような道路種別情報や交差点に関する通行条件等の情報が記憶されている。上記道路の地図情報中の道路データは、所定間隔で入力された点データ（ノード）及びこれらの点を連続的に結んで形成される線データ（リンク）からなる。
【００２６】
上記情報表示部３３は、地図、自車位置（緯度・経度・高度）、方位、地図上の自車位置、目的地までの最適経路等を表示する液晶ディスプレイで形成されている。そして、この情報表示部３３（液晶ディスプレイ）と一体に操作部３４としてのタッチパネルが接続され、地図の縮尺の変更、地名の詳細表示、地域情報および経路誘導等の表示を切り換えるための操作入力が行えるようになっている。
【００２７】
上記演算部３５は、車両位置検出用センサ部３１から得られる車両の走行情報と、補助記憶装置３２から読み込んだ地図情報とをマップマッチング等の演算をしながら合成し、その結果を、操作部３４から送られる操作信号に基づいて情報表示部３３に送り、車両の現在位置及びその周辺の地図、目的地までの最適経路等を表示させるようになっている。また、上述の自車位置（緯度・経度・高度）情報は、上記上下指向方向設定部４０により必要に応じて読み込まれるようになっている。
【００２８】
また、上記上下指向方向設定部４０は、勾配演算部４１、道路消失点検出部４２、カメラ上下角演算部４３、カメラ上下角制限部４４、及びカメラ上下角出力部４５により主に構成されている。
【００２９】
上記勾配演算部４１は、上記ナビゲーション装置３０から設定時間毎（例えば、０．５秒毎）に緯度・経度・高度の自車位置データを読込み、各位置における高度の変化から現在位置に至るまで走行してきた道路の各勾配を演算し、これら勾配の値から走行してきた道路の勾配変化を演算する。そして、この勾配変化と最新の勾配の値から、現在位置における道路の勾配を推定演算するものである。
【００３０】
上記道路消失点検出部４２は、上記画像認識部２０から画像情報上での前方道路の認識結果を読込み、道路が前方で消失する道路消失点を検出するようになっている。すなわち、画像認識部２０からの画像情報上での前方道路の認識結果は図４に示すようになり、この画像情報上で、自車両１の前方道路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して交点を求め、この交点を道路消失点とする。尚、幅広の道路の場合等で、右側道路端が画像情報中で検出されていない場合は、進行道路の直右側の白線を右側道路端として進行方向に延出し交点を求め、この交点を道路消失点とする。また、前方がカーブしている道路では道路消失点の位置に誤差が含まれると考えられるため、前方に延出する左右道路端は画像情報の下（自車両１の手前）から予め設定しておいた範囲内で検出されるものとする。
【００３１】
上記カメラ上下角演算部４３は、勾配演算部４１から現在位置における道路の勾配を、道路消失点検出部４２から画像情報上における道路消失点の位置を読込み、画像情報上における道路消失点の位置が予め設定しておいた通常の範囲内にあるか判定し、この結果で道路前方の勾配変化（勾配の増加或いは減少）を予測して、ＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの上下角（カメラ上下角）を変更する場合は、その値を現在位置における道路の勾配から演算し、カメラ上下角制限部４４に出力するようになっている。
【００３２】
上記道路消失点の予め設定しておいた通常の範囲とは、勾配の変化のない道路で、前方の道路情報を得るのに十分な場合に道路消失点が位置し、さらに、車両のピッチング、振動等を考慮して、実験、あるいは、計算等により予め設定する上下方向の範囲である。
【００３３】
すなわち、画像情報上で、道路消失点が上記通常の範囲より上側に位置する場合は、自車両１の道路前方の勾配が増加することが判定でき、道路消失点が上記通常の範囲より下側に位置する場合は、自車両１の道路前方の勾配が減少することが判定できる。
【００３４】
そして、道路消失点が上記通常範囲より上側に位置して道路前方の勾配が増加する場合は、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更する。この処理を再び道路消失点が上記通常範囲内になる（勾配の増加が収まる）まで繰り返し、勾配が増加するとカメラ上下角も上方に変更させられる。
【００３５】
逆に、道路消失点が上記通常範囲より下側に位置して道路前方の勾配が減少する場合は、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更する。この処理を再び道路消失点が上記通常範囲内になる（勾配の減少が収まる）まで繰り返し、勾配が減少するとカメラ上下角も下方に変更させられる。
【００３６】
上記カメラ上下角制限部４４は、上記カメラ上下角演算部４３で演算したカメラ上下角を、予め設定しておいた制限角以内に収めるものである。すなわち、カメラ上下角は、上下方向共に回動可能な範囲（すなわち、制限角）が設定されており、カメラ上下角演算部４３で、この範囲を超えるような角度設定がなされた場合に、このような角度を全て制限角に変更して設定し直すようになっている。
【００３７】
上記カメラ上下角出力部４５は、上記カメラ上下角演算部４３で設定され、上記カメラ上下角制限部４４の制限を受けて決定されたカメラ上下角を上記上下方向駆動部５０に対する出力信号に変換して出力するものである。
【００３８】
すなわち、上記カメラ上下角出力部４５からの出力信号を受けて上下方向駆動部５０が駆動し、前記取付部材１１が回動されて一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が上下方向において変更される。
【００３９】
次に、上記構成の作用について説明する。
まず、左右１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒにより前方の周囲環境が異なる視点からステレオ撮像される。画像認識部２０では、画像処理部２１によって一対の元画像の生成と、距離画像の生成が行われ、道路検出部２２により一対の元画像と距離画像とから前方の道路が検出、認識される。
【００４０】
また、ナビゲーション装置３０では、演算部３５で車両位置検出用センサ部３１から得られる車両の走行情報と、補助記憶装置３２から読み込んだ地図情報とをマップマッチング等の演算をしながら合成し、その結果を、操作部３４から送られる操作信号に基づいて情報表示部３３に送り、車両の現在位置及びその周辺の地図、目的地までの最適経路等を表示させる処理が実行される。
【００４１】
そして、上下指向方向設定部４０は、以下、図３のフローチャートを基に説明する指向方向設定プログラムに従って、カメラ上下角の設定出力を行う。この指向方向設定プログラムは所定時間毎に実行され、ステップ（以下「Ｓ」と略称）１０１でナビゲーション装置からデータ（自車位置（緯度・経度・高度）情報）を読込み、Ｓ１０２に進み、各位置における高度の変化から現在位置に至るまで走行してきた道路の各勾配を演算する。
【００４２】
次いで、Ｓ１０３に進み、現在位置に至るまで走行してきた道路の各勾配を基に、走行してきた道路の勾配変化を演算する。
【００４３】
そして、Ｓ１０４に進み、走行してきた道路の勾配変化と最新の勾配の値から、現在位置における道路の勾配を推定演算する。すなわち、上記Ｓ１０１〜Ｓ１０４は、勾配演算部４１での処理である。
【００４４】
その後、Ｓ１０５に進み、画像認識部２０で認識した道路を読込み、Ｓ１０６に進んで、画像情報上で、自車両１の前方道路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して道路消失点を検出する。すなわち、Ｓ１０５及びＳ１０６の処理は道路消失点検出部４２での処理である。
【００４５】
次に、Ｓ１０７に進み、道路消失点の位置が予め設定しておいた通常範囲に収まるか判定し、道路消失点の位置が通常範囲に収まっていれば、カメラ上下角は勾配の変化のない道路を走行する際の位置のままで良いと判定してＳ１０１からの処理を繰り返し、道路消失点の位置が通常範囲に収まっていない場合は、カメラ上下角を変更する必要があると判定してＳ１０８に進む。
【００４６】
上記Ｓ１０８に進むと、現在の勾配の値と道路消失点の位置に基づきカメラ上下角の設定が行われる。すなわち、上記Ｓ１０７で道路消失点が通常範囲より上側に位置して道路前方の勾配が増加する場合、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更する。また、上記Ｓ１０７で道路消失点が通常範囲より下側に位置して道路前方の勾配が減少する場合も、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更する。これは道路消失点が通常範囲内になるまで繰り返されることになるため、結果として、道路消失点が通常範囲より上側に位置して道路前方の勾配が増加する場合は、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更され、この処理を再び道路消失点が通常範囲内になる（勾配の増加が収まる）まで繰り返されて、勾配が増加するとカメラ上下角も上方に変更させられることになる。また逆に、道路消失点が通常範囲より下側に位置して道路前方の勾配が減少する場合は、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更され、この処理を再び道路消失点が通常範囲内になる（勾配の減少が収まる）まで繰り返されて、勾配が減少するとカメラ上下角も下方に変更させられることになる。以上Ｓ１０７及びＳ１０８は、カメラ上下角演算部４３での処理である。
【００４７】
その後、Ｓ１０９に進み、上記Ｓ１０８で設定したカメラ上下角と予め設定しておいた制限角とを比較し、カメラ上下角が制限角を超えている場合はＳ１１０へと進み、カメラ上下角を制限角に変更して設定した後、Ｓ１１１へと進む。一方、上記Ｓ１０９でカメラ上下角が制限角以内ならば、上記Ｓ１０８で設定したカメラ上下角のままＳ１１１へと進む。すなわち、Ｓ１０９及びＳ１１０は、カメラ上下角制限部４４での処理である。
【００４８】
そして、上記Ｓ１１１へと進むと、カメラ上下角出力部４５は設定されたカメラ上下角を上下方向駆動部５０に対する出力信号に変換して出力し、プログラムを終える。
【００４９】
以上のように、指向方向設定プログラムに従って上下方向駆動部５０に対して出力信号が送出されると、上下方向駆動部５０が駆動して、取付部材１１が回動して一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が上下方向において変更される。
【００５０】
このように、本発明の実施の第１形態によれば、上下指向方向設定部４０は、ステレオ光学系１０の指向する方向を、自車両１の道路の現在の勾配と自車両１前方の道路の勾配の変化に応じて可変に設定変更するため、例えば、自車両１前方の道路の勾配が現在より増加する場合（谷底に向かうような場合）、ステレオ光学系１０の指向する方向は、現在の勾配でのステレオ光学系１０の指向する方向より上に向くように可変される。逆に、自車両１前方の走行路の勾配が現在より減少する場合（峠に向かうような場合）は、ステレオ光学系１０の指向する方向は、現在の勾配でのステレオ光学系１０の指向する方向より下に向くように可変される。この結果、ステレオ光学系１０の指向する方向は上下方向において自動的に常に最適な方向に保たれ、自車両１前方に関する必要な画像情報を最大に得ることができる。
【００５１】
次に、図６〜図１１は本発明の実施の第２形態を示し、図６は車両の進行方向認識装置の機能ブロック図、図７は車両の進行方向認識装置の全体構成図、図８は指向方向設定のフローチャート、図９はカーブの曲率半径の求め方の説明図、図１０は求めたカーブの曲率半径の補正の説明図、図１１は上下方向駆動部と左右方向駆動部の概略説明図である。尚、本発明の実施の第２形態は、カメラ上下角に加えてカメラ左右角も適切な位置に設定が行えるようにするものであり、前記実施の第１形態と同様の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【００５２】
すなわち、図７に示すように、本実施の第２形態による車両６１に搭載される車両の進行方向認識装置６２は、ステレオ光学系１０と、画像認識部２０と、ナビゲーション装置３０に加え、ステレオ光学系１０の指向する方向を、画像認識部２０とナビゲーション装置３０からの情報に基づき、上下方向と左右方向とに可変に設定する指向方向設定手段としての上下左右指向方向設定部７０と、この上下左右指向方向設定部７０で設定した上下方向にステレオ光学系１０を指向させる上下方向駆動部５０（前記実施の第１形態と共通）と左右方向にステレオ光学系１０を指向させる左右方向駆動部８０とを備えて構成されている。
【００５３】
上記左右方向駆動部８０は、上下方向駆動部５０（の回転軸方向）を鉛直方向にして設けたもので、上下方向駆動部５０と同様、例えば減速機モータ（図示せず）を主に構成されている。そして、ステレオ光学系１０の取付部材１１の上面の略中央に、左右方向駆動部８０の減速機モータが連結されて、上下左右指向方向設定部７０からの信号で減速機モータを所定に回転させることにより、取付部材１１が水平面上で回転させられ、左右一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの左右角、すなわち指向する方向が左右方向に可変させられるようになっている。
【００５４】
また、上記取付部材１１の端部には、前記実施の第１形態と同様に、上下方向駆動部５０の減速機モータが連結されて、上下左右指向方向設定部７０からの信号で上下方向駆動部５０の減速機モータを所定に回転させることにより、取付部材１１が１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの前方側を、上下方向駆動部５０に上下左右指向方向設定部７０で設定される移動量分、上下方向に回動自在になっており、１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が可変させられる。すなわち、本発明の実施の第２形態では、指向方向変更手段は、上下方向駆動部５０と左右方向駆動部８０とで構成されている。
【００５５】
上記上下左右指向方向設定部７０について、以下、図８の機能ブロック図を基に説明する。
上記上下左右指向方向設定部７０は、前記勾配演算部４１、道路消失点検出部４２、カメラ上下角演算部４３、カメラ上下角制限部４４、カメラ上下角出力部４５に加え、カーブ情報演算部７１、カメラ左右角演算部７２、カメラ左右角制限部７３、カメラ左右角出力部７４を備えて主に構成されている。
【００５６】
上記カーブ情報演算部７１は、画像認識部２０から道路幅データ、ナビゲーション装置３０から位置に関する各データ（道路データの点データ、道路種別情報、現在位置等のデータ）を必要に応じて読込み、現在走行中の道路前方の屈曲状態（カーブ情報）を含む形状を認識するものである。ここで、カーブ情報は、例えば、本出願人が、特願平９−１５５４０９号で提案する手法で求める。以下、この手法を簡単に説明する。
【００５７】
上記ナビゲーション装置３０から入力された道路の点データから、例えば、前方、１００ｍ程度の範囲内で道路上にある３点を、図９に示すように、所定の間隔で順に（車両に近い方から）第１の点Ｐn-1 、第２の点Ｐn 、第３の点Ｐn+1 として順次読み込む。ここでこのカーブの代表点はＰn とする。従って、点Ｐ１のカーブは点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２から、点Ｐ２のカーブは点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から、…、点Ｐn のカーブは点Ｐn-1 ，Ｐn ，Ｐn+1 からそれぞれデータが算出される。
【００５８】
点Ｐn のカーブにおいて、第１の点Ｐn-1 と第２の点Ｐn の位置情報を基に第１の点Ｐn-1 と第２の点Ｐn を結ぶ直線距離を演算し、第２の点Ｐn と第３の点Ｐn+1 の位置情報を基に第２の点Ｐn と第３の点Ｐn+1 を結ぶ直線距離を演算する。
【００５９】
そして、第１の点Ｐn-1 と第２の点Ｐn を結ぶ直線距離と、第２の点Ｐn と第３の点Ｐn+1 を結ぶ直線距離とを比較して、これら直線距離の長短を判定する。この結果、距離が短い直線の各データ（位置、距離）に基づき、短い方の直線距離の半分の距離を演算するとともに短い方の直線上の中点位置を決定する。ここで、例えば第１の点Ｐn-1 と第２の点Ｐn を結ぶ直線を短い直線とし、中点をＰn-1,n とする。
【００６０】
一方、距離が長い直線の各データ（位置、距離）と短い方の直線距離の半分の距離のデータから、長い方の直線上で第２の点から短い方の直線距離の半分の距離の位置に中点同距離点を決定する。ここで、例えば第２の点Ｐn と第３の点Ｐn+1 を結ぶ直線を長い直線とし、中点同距離点をＰn,n+1 とする。
【００６１】
そして、中点Ｐn-1,n の位置データと演算した中点同距離点Ｐn,n+1 の位置データに基づき、中点Ｐn-1,n で短い方の直線（ここではＰn-1 Ｐn ）に直交する直線と中点同距離点Ｐn,n+1 で長い方の直線（ここではＰn Ｐn+1 ）に直交する直線との交点位置を走行路のカーブの中心位置Ｏn と決定してこのカーブ中心位置Ｏn を基に走行路の曲率半径Ｒn を演算する。
【００６２】
さらに、図１０に示すように、曲率半径Ｒn とカーブ中心位置Ｏn から第２の点Ｐn までの距離Ｌonとの差Ｄｅｌn を演算し、この差Ｄｅｌn が後述する予め設定しておいた誤差設定値を超える場合に、曲率半径Ｒn を補正して常に差Ｄｅｌn を誤差設定値以内にするものである。すなわち、誤差設定値は、道路幅Ｄと短い方の直線距離の両方に応じて可変され、（誤差設定値）＝αｈ・Ｄで設定されるようになっている（αｈは短い方の直線距離に応じて設定される定数：以後、点間隔補正係数と呼ぶ）。
【００６３】
尚、道路幅Ｄには、通常、画像認識部２０から得られる道路幅の値を採用するようになっているが、画像認識部２０からデータが得られないときなどは、ナビゲーション装置３０から得られる高速道路、一般国道、地方道というような道路種別情報を基に道路幅Ｄを設定するようになっている。ここで、道路幅Ｄが大きくなるほど誤差設定値が大きくなり補正を行わない方向になるが、これは、実際の道路で道路幅が大きくなるにつれて曲率半径Ｒn が大きくなることを表現するものである。また、直線距離が短いということは、点データが細かく設定されており正しく道路を表現しているとみなせるため、補正を行わないようにするものである。したがって、点間隔補正係数αｈは、短い方の直線距離が短い値ほど点間隔補正係数αｈは大きくなって誤差設定値が大きくなり補正を行わない方向になっている。例えば、短い方の直線距離が２０ｍ以下の短い場合はαｈ＝１．２、１００ｍ以下の中距離の場合はαｈ＝０．６、１００ｍより大きな場合はαｈ＝０．３とする。
【００６４】
こうして、最終的なカーブ情報（カーブの代表点Ｐn の位置，点Ｐn-1 と点Ｐn との距離Ｌn ，最終的な曲率半径Ｒn ，カーブ中心位置Ｏn ，直線Ｐn-1 Ｐn と直線Ｐn Ｐn+1 のなす角度から求められる各点のカーブ角度θn ，カーブ開始点Ｌsn（カーブ中心位置Ｏn から直線Ｐn-1 Ｐn に垂直に下ろした点）と点Ｐn-1 間の距離，車両位置から各カーブの代表点までの距離Ｌssn 等）が演算される。
【００６５】
上記カメラ左右角演算部７２は、上記カーブ情報演算部７１から前方の道路のカーブ情報、特にカーブ角度θn を読込み、このカーブ角度θn を基にカメラ左右角を演算する。具体的には、このカーブ角度θn 自体をカメラ左右角として設定する。尚、カーブ角度θn に１以下の定数を乗算し、これをカメラ左右角としても良い。
【００６６】
上記カメラ左右角制限部７３は、上記カメラ左右角演算部７２で演算したカメラ左右角を、予め設定しておいた制限角（例えば車両１直前の道路が画像情報の視野角から外れない角度）以内に収めるものである。すなわち、上記カメラ左右角演算部７２で、制限角を超えるような角度設定がなされた場合に、このような角度を全て制限角に変更して設定し直すようになっている。
【００６７】
上記カメラ左右角出力部７４は、上記カメラ左右角演算部７２で設定され、上記カメラ左右角制限部７３の制限を受けて決定されたカメラ左右角を上記左右方向駆動部８０に対する出力信号に変換して出力するものである。
【００６８】
すなわち、上記カメラ左右角出力部７４からの出力信号を受けて左右方向駆動部８０が駆動し、前記取付部材１１が水平面上で回動されて一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が左右方向においても変更される。
【００６９】
次に、上記構成の作用について説明する。尚、左右１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの上下方向の指向を可変する作用については、前記実施の第１形態と同様であるので、以下、左右方向の指向を可変する作用について説明する。
【００７０】
図８のフローチャートに示すように、カメラ左右角の変更はカメラ上下角の変更と独立して行われ、まず、Ｓ２０１でナビゲーション装置３０から位置に関する各データ（道路データの点データ、道路種別情報、現在位置等のデータ）を読込み、Ｓ２０２で画像認識部２０から認識した道路、すなわち認識した道路の道路幅データを読込み、Ｓ２０３に進んで、カーブ情報（カーブの代表点Ｐn の位置，点Ｐn-1 と点Ｐn との距離Ｌn ，最終的な曲率半径Ｒn ，カーブ中心位置Ｏn ，直線Ｐn-1 Ｐn と直線Ｐn Ｐn+1 のなす角度から求められる各点のカーブ角度θn ，カーブ開始点Ｌsn（カーブ中心位置Ｏn から直線Ｐn-1 Ｐn に垂直に下ろした点）と点Ｐn-1 間の距離，車両位置から各カーブの代表点までの距離Ｌssn 等）を演算する。上記Ｓ２０１〜Ｓ２０３は、カーブ情報演算部７１での処理である。
【００７１】
次いで、Ｓ２０４に進み、カメラ左右角演算部７２において、前方の道路のカーブ情報、特にカーブ角度θn を基にカメラ左右角を演算する。具体的には、このカーブ角度θn 自体をカメラ左右角として設定する。
【００７２】
その後、Ｓ２０５に進み、上記Ｓ２０４で設定したカメラ左右角と予め設定しておいた制限角とを比較し、カメラ左右角が制限角を超えている場合はＳ２０６へと進み、カメラ左右角を制限角に変更して設定した後、Ｓ２０７へと進む。一方、上記Ｓ２０５でカメラ左右角が制限角以内ならば、上記Ｓ２０４で設定したカメラ左右角のままＳ２０７へと進む。すなわち、Ｓ２０５及びＳ２０６は、カメラ左右角制限部７３での処理である。
【００７３】
そして、上記Ｓ２０７へと進むと、カメラ左右角出力部７４は設定されたカメラ左右角を左右方向駆動部８０に対する出力信号に変換して出力し、プログラムを終える。
【００７４】
以上のように、指向方向設定プログラムに従って左右方向駆動部８０に対して出力信号が送出されると、左右方向駆動部８０が駆動して、取付部材１１が回動して一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が左右方向においても変更される。
【００７５】
このように、本発明の実施の第２形態によれば、上下左右指向方向設定部７０は、ステレオ光学系１０の指向する方向を、自車両１の道路の現在の勾配と自車両１前方の道路の勾配の変化に応じて上下方向に可変に設定変更できることに加え、自車両１前方の道路のカーブ（屈曲状態）に応じて左右方向に可変に設定変更できるので、例えば、自車両１前方の道路の勾配が現在より増加する場合、ステレオ光学系１０の指向する方向は、現在の勾配でのステレオ光学系１０の指向する方向より上に向くように可変される。逆に、自車両１前方の走行路の勾配が現在より減少する場合は、ステレオ光学系１０の指向する方向は、現在の勾配でのステレオ光学系１０の指向する方向より下に向くように可変される。また、自車両１前方の道路が右にカーブしている場合は、ステレオ光学系１０の指向する方向は右方向に、左にカーブしている場合は、ステレオ光学系１０の指向する方向は左方向に変更される。この結果、ステレオ光学系１０の指向する方向が全ての方向において常に最適な方向に保たれる。
【００７６】
次に、図１２〜図１５は本発明の実施の第３形態を示し、図１２は車両の進行方向認識装置の機能ブロック図、図１３は車両の進行方向認識装置の全体構成図、図１４は指向方向設定のフローチャート、図１５は入力画像制御部による指向方向変更の説明図である。尚、本発明の実施の第３形態は、前記実施の第１形態と同様のカメラ上下角の設定変更が可能であるが、カメラの指向方向の変更の手法が異なっている。このため、前記実施の第１形態と同様の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【００７７】
すなわち、図１３に示すように、本実施の第３形態による車両９１に搭載される車両の進行方向認識装置９２は、ステレオ光学系１０と、画像認識部２０と、ナビゲーション装置３０に加え、ステレオ光学系１０の指向する方向を、画像認識部２０とナビゲーション装置３０からの情報に基づき、上下方向において可変に設定する指向方向設定手段としての上下指向方向設定部１００と、この上下指向方向設定部１００で設定した上下方向にステレオ光学系１０を指向させる指向方向変更手段としての入力画像制御部１１０とを備えて構成されている。
【００７８】
上記入力画像制御部１１０は、図１５に示すように、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒに内蔵されたＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変するものであり、上下指向方向設定部１００からの信号で入力範囲を図中下方向に移動させることによりＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向性を上方向に、入力範囲を図中上方向に移動させることによりＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向性を下方向に変更自在である。
【００７９】
上記上下指向方向設定部１００について、以下、図１３の機能ブロック図を基に説明する。
上記上下指向方向設定部１００は、前記勾配演算部４１、道路消失点検出部４２、カメラ上下角演算部４３、カメラ上下角制限部４４に加え、カメラ上下角出力部１０１を備えて主に構成されている。
【００８０】
上記カメラ上下角出力部１０１は、上記カメラ上下角演算部４３で設定され、上記カメラ上下角制限部４４の制限を受けて決定されたカメラ上下角をＣＣＤの上下方向のドット数に変換し信号を出力するものである。
【００８１】
そして、上記入力画像制御部１１０がカメラ上下角出力部１０１からの出力信号を受けて、ＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変（シフト）することで、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向を可変させる。
【００８２】
次に、図１４のフローチャートで、上記上下指向方向設定部１００で実行される指向方向設定プログラムを説明する。前記実施の第１形態と同様に、Ｓ１０１〜Ｓ１１０までの処理を実行し、カメラ上下角をそのまま、或いは制限して設定した後は、Ｓ３０１に進み、変更するカメラ上下角をＣＣＤの上下方向のドット数に変換する。そして、Ｓ３０２に進み、変換する上下方向のドット数を入力画像制御部１１０に対して出力し、プログラムを終える。すなわち、上記Ｓ３０１及びＳ３０２は、カメラ上下角出力部１０１での処理である。
【００８３】
以上のように、指向方向設定プログラムに従って入力画像制御部１１０に対して出力信号が送出されると、上記入力画像制御部１１０がＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変することで、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が上下方向において変更される。
【００８４】
このように、本発明の実施の第３形態によれば、入力画像制御部１１０により電気的にＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が可変されるので、前記実施の第１形態での効果に加え、指向方向変更手段を小型軽量にすることが可能になる。
【００８５】
次に、図１６〜図１８は本発明の実施の第４形態を示し、図１６は車両の進行方向認識装置の機能ブロック図、図１７は車両の進行方向認識装置の全体構成図、図１８は指向方向設定のフローチャートである。
【００８６】
尚、本発明の実施の第４形態は、前記実施の第２形態と同様のカメラ上下角とカメラ左右角の設定変更が可能であるが、さらに、前記実施の第３形態と同様、カメラの指向方向の変更の手法が異なっている。このため、前記実施の第２形態と同様の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【００８７】
すなわち、図１７に示すように、本実施の第４形態による車両１２１に搭載される車両の進行方向認識装置１２２は、ステレオ光学系１０と、画像認識部２０と、ナビゲーション装置３０に加え、ステレオ光学系１０の指向する方向を、画像認識部２０とナビゲーション装置３０からの情報に基づき、上下方向と左右方向とに可変に設定する指向方向設定手段としての上下左右指向方向設定部１３０と、この上下左右指向方向設定部１３０で設定した上下方向と左右方向にステレオ光学系１０を指向させる指向方向変更手段としての入力画像制御部１４０とを備えて構成されている。
【００８８】
上記入力画像制御部１４０は、前記実施の第３形態で説明したものと同様の原理、すなわち、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒに内蔵されたＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変するものであり、上下左右指向方向設定部１３０からの信号で、入力範囲を図中下方向に移動させることによりＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向性を上方向に、入力範囲を図中上方向に移動させることによりＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向性を下方向に、更に左右方向に対しても同様に変更自在である。
【００８９】
上記上下左右指向方向設定部１３０について、以下、図１６の機能ブロック図を基に説明する。
上記上下左右指向方向設定部１３０は、前記勾配演算部４１、道路消失点検出部４２、カメラ上下角演算部４３、カメラ上下角制限部４４、カメラ上下角出力部１０１、カーブ情報演算部７１、カメラ左右角演算部７２、カメラ左右角制限部７３に加え、カメラ左右角出力部１３１を備えて主に構成されている。
【００９０】
上記カメラ左右角出力部１３１は、上記カメラ左右角演算部７２で設定され、上記カメラ左右角制限部７３の制限を受けて決定されたカメラ左右角をＣＣＤの左右方向のドット数に変換し信号を出力するものである。
【００９１】
そして、上記入力画像制御部１４０が、カメラ上下角出力部１０１、及びカメラ左右角出力部１３１からの出力信号を受けて、ＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に上下方向或いは左右方向に組み合わせて可変（シフト）することで、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向を可変させる。
【００９２】
次に、図１８のフローチャートで、上記カメラ左右角出力部１３１で実行される指向方向設定プログラム（左右方向可変）を説明する。前記実施の第２形態と同様に、Ｓ２０１〜Ｓ２０６までの処理を実行し、カメラ左右角をそのまま、或いは制限して設定した後は、Ｓ４０１に進み、変更するカメラ左右角をＣＣＤの左右方向のドット数に変換する。そして、Ｓ４０２に進み、変換する左右方向のドット数を入力画像制御部１４０に対して出力し、プログラムを終える。すなわち、上記Ｓ４０１及びＳ４０２は、カメラ左右角出力部１３１での処理である。
【００９３】
以上のように、指向方向設定プログラムに従って入力画像制御部１４０に対して出力信号が送出されると、上記入力画像制御部１４０がＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変することで、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が左右方向においても変更される。
【００９４】
このように、本発明の実施の第４形態によれば、前記実施の第３形態と同様、入力画像制御部１４０により電気的にＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が可変されるので、前記実施の第２形態での効果に加え、指向方向変更手段を小型軽量にすることが可能になる。
【００９５】
尚、上記各実施の形態では、前方の道路の勾配の変化を道路消失点を検出して判定するようになっているが、ナビゲーション装置３０からの道路前方のデータ（緯度・経度・高度情報）を用いて直接演算し、求めるようにしても良い。
【００９６】
また、上記各実施の形態では、ステレオ光学系１０の指向する方向は、上下方向においてリニアに可変するようになっているが、単純に上方向と通常と下方向といった段階的な可変にすれば、現在の道路勾配を求めることなく、前方の道路勾配の変化のみの判定で設定することも可能である。すなわち、道路消失点が通常範囲より上側に位置して道路前方の勾配が増加する場合は、カメラ上下角を上方向にし、逆に、道路消失点が上記通常範囲より下側に位置して道路前方の勾配が減少する場合は、カメラ上下角を下方向にする。
【００９７】
さらに、画像情報上における道路消失点の基準範囲からのずれ量とカメラ上下角の関係を予め求めておき、基準範囲からのずれ量に応じてカメラ上下角を可変に設定するようにしても良い。
【００９８】
【発明の効果】
以上、説明したように請求項１記載の発明によれば、自車両進行方向の走行路方向に指向させて撮像する撮像手段と、この撮像手段からの撮像信号から得られる画像情報を基に自車両の進行方向を認識する認識手段とを備えた車両の進行方向認識装置において、上記自車両進行方向の画像情報上における上記自車両の走行路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して求めた交点の上下方向の位置変化に基づいて上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化を求め、指向方向設定手段が撮像手段の指向する方向を少なくとも自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定し、指向方向変更手段が指向方向設定手段で設定した方向に撮像手段の指向する方向を変更するので、上下方向において、撮像手段の指向する方向は常に最適な方向に保たれて自車両進行方向の走行路に関する必要な画像情報を最大に得ることができる。
【０１００】
さらに、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の車両の進行方向認識装置において、指向方向設定手段は、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化と上記自車両進行方向の走行路の屈曲状態に応じて可変に設定するので、上下方向と左右方向の全ての方向において、撮像手段の指向する方向は常に最適な方向に保たれて自車両進行方向の走行路に関する必要な画像情報を最大に得ることができる。
【０１０１】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１又は請求項２記載の車両の進行方向認識装置において、位置と高度情報を得るナビゲーション装置を搭載し、指向方向設定手段は、自車両の走行路の現在の勾配を位置と高度情報を基に演算し、現在の勾配と自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定することで、簡単に実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による、車両の進行方向認識装置の機能ブロック図
【図２】同上、車両の進行方向認識装置の全体構成図
【図３】同上、指向方向設定のフローチャート
【図４】同上、道路消失点の説明図
【図５】同上、上下方向駆動部の概略説明図
【図６】本発明の実施の第２形態による、車両の進行方向認識装置の機能ブロック図
【図７】同上、車両の進行方向認識装置の全体構成図
【図８】同上、指向方向設定のフローチャート
【図９】同上、カーブの曲率半径の求め方の説明図
【図１０】同上、求めたカーブの曲率半径の補正の説明図
【図１１】同上、上下方向駆動部と左右方向駆動部の概略説明図
【図１２】本発明の実施の第３形態による、車両の進行方向認識装置の機能ブロック図
【図１３】同上、車両の進行方向認識装置の全体構成図
【図１４】同上、指向方向設定のフローチャート
【図１５】同上、入力画像制御部による指向方向変更の説明図
【図１６】本発明の実施の第４形態による、車両の進行方向認識装置の機能ブロック図
【図１７】同上、車両の進行方向認識装置の全体構成図
【図１８】同上、指向方向設定のフローチャート
【符号の説明】
１ 車両（自車両）
２ 車両の進行方向認識装置
１０ ステレオ光学系（撮像手段）
２０ 画像認識部（認識手段）
３０ ナビゲーション装置
４０ 上下指向方向設定部（指向方向設定手段）
５０ 上下方向駆動部（指向方向変更手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、自車両進行方向の画像情報を検出するカメラ等の撮像手段を適切な方向に指向させて上記自車両の進行方向を認識する車両の進行方向認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、前方走行路の形状、状態、或いは前方障害物を検出認識し、これら認識結果に基づき車両の挙動制御、安全走行制御等を実行する種々の技術が提案されている。
【０００３】
このような技術において採用される車両の進行方向認識装置に関しては、自車両進行方向の画像情報をＣＣＤカメラ等の撮像手段を利用して収集するものが多く、例えば、特開平３−２２５５１３号公報には、テレビカメラで捉えた進行方向の道路帯画像を画像処理して道路情報を抽出し、走行制御を行う技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、谷底に向かい坂を下っている場合には、谷底付近の水平路面（勾配のない路面）やその直後の上り勾配の路面が進行方向の景色として入力されてしまい、その先の必要な画像情報が得られないといった問題が生じる。逆に、登り坂を走行中には勾配のない水平路面になる峠付近では、空が画像情報の大部分を占めて進行方向の必要な画像情報が得られないといった問題が生じる。また、前方走行路がカーブしている場合、走行路以外の道路脇の画像情報が多くなり必要な画像情報が得られなくなってしまう。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、撮像手段の指向する方向を常に最適に保ち、自車両進行方向の走行路に関する必要な画像情報を最大に得ることができる車両の進行方向認識装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明による車両の進行方向認識装置は、自車両進行方向の走行路方向に指向させて撮像する撮像手段と、この撮像手段からの撮像信号から得られる画像情報を基に上記自車両の進行方向を認識する認識手段とを備えた車両の進行方向認識装置において、上記自車両進行方向の画像情報上で上記自車両の走行路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して交点を求め、上記自車両進行方向の画像情報上における上記交点の上下方向の位置変化に基づいて上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化を求め、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定する指向方向設定手段と、この指向方向設定手段で設定した方向に上記撮像手段の指向する方向を変更する指向方向変更手段とを具備したものである。
【０００７】
上記請求項１記載の車両の進行方向認識装置は、自車両進行方向の走行路方向に指向した撮像手段が自車両進行方向の走行路方向を撮像し、認識手段で撮像手段からの撮像信号から得られる画像情報を基に自車両の進行方向を認識する。ここで、指向方向設定手段は、自車両進行方向の画像情報上で自車両の走行路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して交点を求め、自車両進行方向の画像情報上における交点の上下方向の位置変化に基づいて自車両進行方向の走行路の勾配の変化を求め、撮像手段の指向する方向を少なくとも自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定し、指向方向変更手段が指向方向設定手段で設定した方向に撮像手段の指向する方向を変更する。すなわち、画像情報上で、上記交点が通常より上側に位置する場合は自車両進行方向の走行路の勾配が増加することが判定でき、交点が通常より下側に位置する場合は自車両進行方向の走行路の勾配が減少することが判定できる。このため、例えば、自車両進行方向の走行路の勾配が現在より増加する場合、撮像手段の指向する方向は、現在の勾配での撮像手段の指向する方向より上に向くように可変される。逆に、自車両進行方向の走行路の勾配が現在より減少する場合は、撮像手段の指向する方向は、現在の勾配での撮像手段の指向する方向より下に向くように可変され、撮像手段の指向する方向は上下方向において常に最適な方向に保たれる。
【００１０】
さらに、請求項２記載の発明による車両の進行方向認識装置は、請求項１記載の車両の進行方向認識装置において、上記指向方向設定手段は、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化と上記自車両進行方向の走行路の屈曲状態に応じて可変に設定するものである。
【００１１】
上記請求項２記載の車両の進行方向認識装置は、請求項１記載の車両の進行方向認識装置において、指向方向設定手段は、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化と上記自車両進行方向の走行路の屈曲状態に応じて可変に設定する。このため、例えば、自車両進行方向の走行路の勾配が現在より増加する場合、撮像手段の指向する方向は、現在の勾配での撮像手段の指向する方向より上に向くように可変される。逆に、自車両進行方向の走行路の勾配が現在より減少する場合は、撮像手段の指向する方向は、現在の勾配での撮像手段の指向する方向より下に向くように可変される。一方、自車両進行方向の走行路が右方向に屈曲する状態では、撮像手段の指向する方向は、現在より右に向くように可変される。逆に、自車両進行方向の走行路が左方向に屈曲する状態では、撮像手段の指向する方向は、現在より左に向くように可変される。すなわち、撮像手段の指向する方向は上下方向と左右方向の全ての方向において常に最適な方向に保たれる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明による車両の進行方向認識装置は、請求項１又は請求項２記載の車両の進行方向認識装置において、位置と高度情報を得るナビゲーション装置を搭載し、上記指向方向設定手段は、上記自車両の走行路の現在の勾配を上記位置と高度情報を基に演算し、上記現在の勾配と上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定するものである。
【００１３】
すなわち、画像情報上で、この交点が通常より上側に位置する場合は自車両進行方向の走行路の勾配が増加することが判定でき、交点が通常より下側に位置する場合は自車両進行方向の走行路の勾配が減少することが判定できる。そして、通常範囲から上又は下にずれている場合に、交点が通常位置に戻るように、ナビゲーション装置からの位置と高度情報を基に演算した走行路の現在の勾配での撮像手段の指向する方向を可変する。さらに、請求項４記載の発明による車両の進行方向認識装置は、請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の進行方向認識装置において、上記指向方向変更手段は、上記撮像手段に内蔵された撮像素子からの入力素子の範囲を電気的にシフトすることで、上記撮像手段の指向する方向を変更するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図５は本発明の実施の第１形態を示し、図１は車両の進行方向認識装置の機能ブロック図、図２は車両の進行方向認識装置の全体構成図、図３は指向方向設定のフローチャート、図４は道路消失点の説明図、図５は上下方向駆動部の概略説明図である。
【００１５】
図２において、符号１は自動車などの車両（自車両）であり、この車両１に、車外の対象を撮像し、撮像した画像を処理して自車両１の進行方向を認識する車両の進行方向認識装置２が搭載されている。
【００１６】
上記車両の進行方向認識装置２は、自車両１の進行方向（前方）の走行路方向に指向させて、前方の周囲環境を、互いに異なる視点で撮像する撮像手段としてのステレオ光学系１０と、このステレオ光学系１０によるステレオ画像（元画像）を生成するとともに、この元画像の距離情報に相当するリファレンス情報を生成して、元画像とそのリファレンス情報を基に、前方の道路や先行車等の物体、障害物の形状、位置を認識する認識手段としての画像認識部２０とを備えている。
【００１７】
また、上記車両の進行方向認識装置２は、ステレオ光学系１０の指向する方向を画像認識部２０と車載したナビゲーション装置３０からの情報に基づき可変に設定する指向方向設定手段としての上下指向方向設定部４０と、この上下指向方向設定部４０で設定した方向にステレオ光学系１０の指向する方向を変更する指向方向変更手段としての上下方向駆動部５０とを有している。
【００１８】
上記ステレオ光学系１０は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた左右１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒとこれら１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒを保持する取付部材１１からなり、この左右（複眼）のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒが、車室内の天井前方に、図５に示すように、取付機構の取付部材１１により互いに一定の間隔をもって併設され、自車両１前方の走行路方向に指向されて前方の周囲環境を異なる視点からステレオ撮像する。
【００１９】
上記上下方向駆動部５０は、例えば減速機モータ（図示せず）を主に構成され、上記取付部材１１にこの減速機モータが連結されて、上下指向方向設定部４０からの信号で減速機モータを所定に回転させることにより、取付部材１１が１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの前方側を、上下方向駆動部５０に上下指向方向設定部４０で設定される移動量分、上下方向に回動自在になっており、１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が可変させられる。
【００２０】
上記画像認識部２０、車載したナビゲーション装置３０、及び上下指向方向設定部４０について、以下、図１の機能ブロック図を基に説明する。
上記画像認識部２０は、ステレオ光学系１０からの撮像信号により一対の元画像を生成するとともに、この元画像の距離情報に相当するリファレンス情報を距離画像として生成する画像処理部２１と、元画像と距離画像とから前方の道路を検出、認識する道路検出部２２とで主に構成されている。
【００２１】
すなわち、上記画像処理部２１は、ステレオ光学系１０からの撮像信号により生成した一対の元画像に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理によって画像全体に渡る距離情報を求める処理を行なって、三次元の距離分布を表す距離画像を生成して道路検出部２２に出力するように形成されている。
【００２２】
上記道路検出部２２は、画像処理部２１からの距離画像の距離分布についてヒストグラム処理を行うことで道路を認識し、この道路幅等の道路情報の算出も行なう。具体的には、例えば白線は、折れ線で近似され、左右の折れ線で囲まれた範囲が自車線と認識され、この自車線の左右の折れ線の間隔からは道路幅を算出する等して道路情報の算出を行う。
【００２３】
上記ナビゲーション装置３０は、一般的なものを例として、車両位置検出用センサ部３１、補助記憶装置３２、情報表示部３３、操作部３４、演算部３５から主要に構成されている。
【００２４】
上記車両位置検出用センサ部３１は、具体的には、全世界測位衛星システム（Global Positioning System;ＧＰＳ）によるＧＰＳ衛星からの電波を受信して自己位置を測定するためのＧＰＳ受信機、車両の絶対的な走行方向を検出する地磁気センサ、及び、車輪に固定されたロータ外周に対向して設置された電磁ピックアップ等からなり、車両の走行に伴って回転するロータ外周の突起を検出してパルス信号を出力する車輪速センサが接続されて、車両位置に係わる走行情報が収集されるようになっている。
【００２５】
上記補助記憶装置３２は、ＣＤ−ＲＯＭ装置で、道路情報や地形情報等を含む道路地図情報を収録したＣＤ−ＲＯＭがセットされる読み込み専用の記憶装置に形成されている。上記ＣＤ−ＲＯＭには、道路地図情報が、互いに縮尺の異なる複数の階層レベルでそれぞれ記憶されており、さらに、高速道路、一般国道、地方道というような道路種別情報や交差点に関する通行条件等の情報が記憶されている。上記道路の地図情報中の道路データは、所定間隔で入力された点データ（ノード）及びこれらの点を連続的に結んで形成される線データ（リンク）からなる。
【００２６】
上記情報表示部３３は、地図、自車位置（緯度・経度・高度）、方位、地図上の自車位置、目的地までの最適経路等を表示する液晶ディスプレイで形成されている。そして、この情報表示部３３（液晶ディスプレイ）と一体に操作部３４としてのタッチパネルが接続され、地図の縮尺の変更、地名の詳細表示、地域情報および経路誘導等の表示を切り換えるための操作入力が行えるようになっている。
【００２７】
上記演算部３５は、車両位置検出用センサ部３１から得られる車両の走行情報と、補助記憶装置３２から読み込んだ地図情報とをマップマッチング等の演算をしながら合成し、その結果を、操作部３４から送られる操作信号に基づいて情報表示部３３に送り、車両の現在位置及びその周辺の地図、目的地までの最適経路等を表示させるようになっている。また、上述の自車位置（緯度・経度・高度）情報は、上記上下指向方向設定部４０により必要に応じて読み込まれるようになっている。
【００２８】
また、上記上下指向方向設定部４０は、勾配演算部４１、道路消失点検出部４２、カメラ上下角演算部４３、カメラ上下角制限部４４、及びカメラ上下角出力部４５により主に構成されている。
【００２９】
上記勾配演算部４１は、上記ナビゲーション装置３０から設定時間毎（例えば、０．５秒毎）に緯度・経度・高度の自車位置データを読込み、各位置における高度の変化から現在位置に至るまで走行してきた道路の各勾配を演算し、これら勾配の値から走行してきた道路の勾配変化を演算する。そして、この勾配変化と最新の勾配の値から、現在位置における道路の勾配を推定演算するものである。
【００３０】
上記道路消失点検出部４２は、上記画像認識部２０から画像情報上での前方道路の認識結果を読込み、道路が前方で消失する道路消失点を検出するようになっている。すなわち、画像認識部２０からの画像情報上での前方道路の認識結果は図４に示すようになり、この画像情報上で、自車両１の前方道路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して交点を求め、この交点を道路消失点とする。尚、幅広の道路の場合等で、右側道路端が画像情報中で検出されていない場合は、進行道路の直右側の白線を右側道路端として進行方向に延出し交点を求め、この交点を道路消失点とする。また、前方がカーブしている道路では道路消失点の位置に誤差が含まれると考えられるため、前方に延出する左右道路端は画像情報の下（自車両１の手前）から予め設定しておいた範囲内で検出されるものとする。
【００３１】
上記カメラ上下角演算部４３は、勾配演算部４１から現在位置における道路の勾配を、道路消失点検出部４２から画像情報上における道路消失点の位置を読込み、画像情報上における道路消失点の位置が予め設定しておいた通常の範囲内にあるか判定し、この結果で道路前方の勾配変化（勾配の増加或いは減少）を予測して、ＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの上下角（カメラ上下角）を変更する場合は、その値を現在位置における道路の勾配から演算し、カメラ上下角制限部４４に出力するようになっている。
【００３２】
上記道路消失点の予め設定しておいた通常の範囲とは、勾配の変化のない道路で、前方の道路情報を得るのに十分な場合に道路消失点が位置し、さらに、車両のピッチング、振動等を考慮して、実験、あるいは、計算等により予め設定する上下方向の範囲である。
【００３３】
すなわち、画像情報上で、道路消失点が上記通常の範囲より上側に位置する場合は、自車両１の道路前方の勾配が増加することが判定でき、道路消失点が上記通常の範囲より下側に位置する場合は、自車両１の道路前方の勾配が減少することが判定できる。
【００３４】
そして、道路消失点が上記通常範囲より上側に位置して道路前方の勾配が増加する場合は、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更する。この処理を再び道路消失点が上記通常範囲内になる（勾配の増加が収まる）まで繰り返し、勾配が増加するとカメラ上下角も上方に変更させられる。
【００３５】
逆に、道路消失点が上記通常範囲より下側に位置して道路前方の勾配が減少する場合は、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更する。この処理を再び道路消失点が上記通常範囲内になる（勾配の減少が収まる）まで繰り返し、勾配が減少するとカメラ上下角も下方に変更させられる。
【００３６】
上記カメラ上下角制限部４４は、上記カメラ上下角演算部４３で演算したカメラ上下角を、予め設定しておいた制限角以内に収めるものである。すなわち、カメラ上下角は、上下方向共に回動可能な範囲（すなわち、制限角）が設定されており、カメラ上下角演算部４３で、この範囲を超えるような角度設定がなされた場合に、このような角度を全て制限角に変更して設定し直すようになっている。
【００３７】
上記カメラ上下角出力部４５は、上記カメラ上下角演算部４３で設定され、上記カメラ上下角制限部４４の制限を受けて決定されたカメラ上下角を上記上下方向駆動部５０に対する出力信号に変換して出力するものである。
【００３８】
すなわち、上記カメラ上下角出力部４５からの出力信号を受けて上下方向駆動部５０が駆動し、前記取付部材１１が回動されて一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が上下方向において変更される。
【００３９】
次に、上記構成の作用について説明する。
まず、左右１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒにより前方の周囲環境が異なる視点からステレオ撮像される。画像認識部２０では、画像処理部２１によって一対の元画像の生成と、距離画像の生成が行われ、道路検出部２２により一対の元画像と距離画像とから前方の道路が検出、認識される。
【００４０】
また、ナビゲーション装置３０では、演算部３５で車両位置検出用センサ部３１から得られる車両の走行情報と、補助記憶装置３２から読み込んだ地図情報とをマップマッチング等の演算をしながら合成し、その結果を、操作部３４から送られる操作信号に基づいて情報表示部３３に送り、車両の現在位置及びその周辺の地図、目的地までの最適経路等を表示させる処理が実行される。
【００４１】
そして、上下指向方向設定部４０は、以下、図３のフローチャートを基に説明する指向方向設定プログラムに従って、カメラ上下角の設定出力を行う。この指向方向設定プログラムは所定時間毎に実行され、ステップ（以下「Ｓ」と略称）１０１でナビゲーション装置からデータ（自車位置（緯度・経度・高度）情報）を読込み、Ｓ１０２に進み、各位置における高度の変化から現在位置に至るまで走行してきた道路の各勾配を演算する。
【００４２】
次いで、Ｓ１０３に進み、現在位置に至るまで走行してきた道路の各勾配を基に、走行してきた道路の勾配変化を演算する。
【００４３】
そして、Ｓ１０４に進み、走行してきた道路の勾配変化と最新の勾配の値から、現在位置における道路の勾配を推定演算する。すなわち、上記Ｓ１０１〜Ｓ１０４は、勾配演算部４１での処理である。
【００４４】
その後、Ｓ１０５に進み、画像認識部２０で認識した道路を読込み、Ｓ１０６に進んで、画像情報上で、自車両１の前方道路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して道路消失点を検出する。すなわち、Ｓ１０５及びＳ１０６の処理は道路消失点検出部４２での処理である。
【００４５】
次に、Ｓ１０７に進み、道路消失点の位置が予め設定しておいた通常範囲に収まるか判定し、道路消失点の位置が通常範囲に収まっていれば、カメラ上下角は勾配の変化のない道路を走行する際の位置のままで良いと判定してＳ１０１からの処理を繰り返し、道路消失点の位置が通常範囲に収まっていない場合は、カメラ上下角を変更する必要があると判定してＳ１０８に進む。
【００４６】
上記Ｓ１０８に進むと、現在の勾配の値と道路消失点の位置に基づきカメラ上下角の設定が行われる。すなわち、上記Ｓ１０７で道路消失点が通常範囲より上側に位置して道路前方の勾配が増加する場合、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更する。また、上記Ｓ１０７で道路消失点が通常範囲より下側に位置して道路前方の勾配が減少する場合も、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更する。これは道路消失点が通常範囲内になるまで繰り返されることになるため、結果として、道路消失点が通常範囲より上側に位置して道路前方の勾配が増加する場合は、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更され、この処理を再び道路消失点が通常範囲内になる（勾配の増加が収まる）まで繰り返されて、勾配が増加するとカメラ上下角も上方に変更させられることになる。また逆に、道路消失点が通常範囲より下側に位置して道路前方の勾配が減少する場合は、カメラ上下角を勾配の変化のないときのカメラ上下角を基準として現在の勾配の値に設定変更され、この処理を再び道路消失点が通常範囲内になる（勾配の減少が収まる）まで繰り返されて、勾配が減少するとカメラ上下角も下方に変更させられることになる。以上Ｓ１０７及びＳ１０８は、カメラ上下角演算部４３での処理である。
【００４７】
その後、Ｓ１０９に進み、上記Ｓ１０８で設定したカメラ上下角と予め設定しておいた制限角とを比較し、カメラ上下角が制限角を超えている場合はＳ１１０へと進み、カメラ上下角を制限角に変更して設定した後、Ｓ１１１へと進む。一方、上記Ｓ１０９でカメラ上下角が制限角以内ならば、上記Ｓ１０８で設定したカメラ上下角のままＳ１１１へと進む。すなわち、Ｓ１０９及びＳ１１０は、カメラ上下角制限部４４での処理である。
【００４８】
そして、上記Ｓ１１１へと進むと、カメラ上下角出力部４５は設定されたカメラ上下角を上下方向駆動部５０に対する出力信号に変換して出力し、プログラムを終える。
【００４９】
以上のように、指向方向設定プログラムに従って上下方向駆動部５０に対して出力信号が送出されると、上下方向駆動部５０が駆動して、取付部材１１が回動して一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が上下方向において変更される。
【００５０】
このように、本発明の実施の第１形態によれば、上下指向方向設定部４０は、ステレオ光学系１０の指向する方向を、自車両１の道路の現在の勾配と自車両１前方の道路の勾配の変化に応じて可変に設定変更するため、例えば、自車両１前方の道路の勾配が現在より増加する場合（谷底に向かうような場合）、ステレオ光学系１０の指向する方向は、現在の勾配でのステレオ光学系１０の指向する方向より上に向くように可変される。逆に、自車両１前方の走行路の勾配が現在より減少する場合（峠に向かうような場合）は、ステレオ光学系１０の指向する方向は、現在の勾配でのステレオ光学系１０の指向する方向より下に向くように可変される。この結果、ステレオ光学系１０の指向する方向は上下方向において自動的に常に最適な方向に保たれ、自車両１前方に関する必要な画像情報を最大に得ることができる。
【００５１】
次に、図６〜図１１は本発明の実施の第２形態を示し、図６は車両の進行方向認識装置の機能ブロック図、図７は車両の進行方向認識装置の全体構成図、図８は指向方向設定のフローチャート、図９はカーブの曲率半径の求め方の説明図、図１０は求めたカーブの曲率半径の補正の説明図、図１１は上下方向駆動部と左右方向駆動部の概略説明図である。尚、本発明の実施の第２形態は、カメラ上下角に加えてカメラ左右角も適切な位置に設定が行えるようにするものであり、前記実施の第１形態と同様の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【００５２】
すなわち、図７に示すように、本実施の第２形態による車両６１に搭載される車両の進行方向認識装置６２は、ステレオ光学系１０と、画像認識部２０と、ナビゲーション装置３０に加え、ステレオ光学系１０の指向する方向を、画像認識部２０とナビゲーション装置３０からの情報に基づき、上下方向と左右方向とに可変に設定する指向方向設定手段としての上下左右指向方向設定部７０と、この上下左右指向方向設定部７０で設定した上下方向にステレオ光学系１０を指向させる上下方向駆動部５０（前記実施の第１形態と共通）と左右方向にステレオ光学系１０を指向させる左右方向駆動部８０とを備えて構成されている。
【００５３】
上記左右方向駆動部８０は、上下方向駆動部５０（の回転軸方向）を鉛直方向にして設けたもので、上下方向駆動部５０と同様、例えば減速機モータ（図示せず）を主に構成されている。そして、ステレオ光学系１０の取付部材１１の上面の略中央に、左右方向駆動部８０の減速機モータが連結されて、上下左右指向方向設定部７０からの信号で減速機モータを所定に回転させることにより、取付部材１１が水平面上で回転させられ、左右一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの左右角、すなわち指向する方向が左右方向に可変させられるようになっている。
【００５４】
また、上記取付部材１１の端部には、前記実施の第１形態と同様に、上下方向駆動部５０の減速機モータが連結されて、上下左右指向方向設定部７０からの信号で上下方向駆動部５０の減速機モータを所定に回転させることにより、取付部材１１が１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの前方側を、上下方向駆動部５０に上下左右指向方向設定部７０で設定される移動量分、上下方向に回動自在になっており、１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が可変させられる。すなわち、本発明の実施の第２形態では、指向方向変更手段は、上下方向駆動部５０と左右方向駆動部８０とで構成されている。
【００５５】
上記上下左右指向方向設定部７０について、以下、図８の機能ブロック図を基に説明する。
上記上下左右指向方向設定部７０は、前記勾配演算部４１、道路消失点検出部４２、カメラ上下角演算部４３、カメラ上下角制限部４４、カメラ上下角出力部４５に加え、カーブ情報演算部７１、カメラ左右角演算部７２、カメラ左右角制限部７３、カメラ左右角出力部７４を備えて主に構成されている。
【００５６】
上記カーブ情報演算部７１は、画像認識部２０から道路幅データ、ナビゲーション装置３０から位置に関する各データ（道路データの点データ、道路種別情報、現在位置等のデータ）を必要に応じて読込み、現在走行中の道路前方の屈曲状態（カーブ情報）を含む形状を認識するものである。ここで、カーブ情報は、例えば、本出願人が、特願平９−１５５４０９号で提案する手法で求める。以下、この手法を簡単に説明する。
【００５７】
上記ナビゲーション装置３０から入力された道路の点データから、例えば、前方、１００ｍ程度の範囲内で道路上にある３点を、図９に示すように、所定の間隔で順に（車両に近い方から）第１の点Ｐn-1 、第２の点Ｐn 、第３の点Ｐn+1 として順次読み込む。ここでこのカーブの代表点はＰn とする。従って、点Ｐ１のカーブは点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２から、点Ｐ２のカーブは点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から、…、点Ｐn のカーブは点Ｐn-1 ，Ｐn ，Ｐn+1 からそれぞれデータが算出される。
【００５８】
点Ｐn のカーブにおいて、第１の点Ｐn-1 と第２の点Ｐn の位置情報を基に第１の点Ｐn-1 と第２の点Ｐn を結ぶ直線距離を演算し、第２の点Ｐn と第３の点Ｐn+1 の位置情報を基に第２の点Ｐn と第３の点Ｐn+1 を結ぶ直線距離を演算する。
【００５９】
そして、第１の点Ｐn-1 と第２の点Ｐn を結ぶ直線距離と、第２の点Ｐn と第３の点Ｐn+1 を結ぶ直線距離とを比較して、これら直線距離の長短を判定する。この結果、距離が短い直線の各データ（位置、距離）に基づき、短い方の直線距離の半分の距離を演算するとともに短い方の直線上の中点位置を決定する。ここで、例えば第１の点Ｐn-1 と第２の点Ｐn を結ぶ直線を短い直線とし、中点をＰn-1,n とする。
【００６０】
一方、距離が長い直線の各データ（位置、距離）と短い方の直線距離の半分の距離のデータから、長い方の直線上で第２の点から短い方の直線距離の半分の距離の位置に中点同距離点を決定する。ここで、例えば第２の点Ｐn と第３の点Ｐn+1 を結ぶ直線を長い直線とし、中点同距離点をＰn,n+1 とする。
【００６１】
そして、中点Ｐn-1,n の位置データと演算した中点同距離点Ｐn,n+1 の位置データに基づき、中点Ｐn-1,n で短い方の直線（ここではＰn-1 Ｐn ）に直交する直線と中点同距離点Ｐn,n+1 で長い方の直線（ここではＰn Ｐn+1 ）に直交する直線との交点位置を走行路のカーブの中心位置Ｏn と決定してこのカーブ中心位置Ｏn を基に走行路の曲率半径Ｒn を演算する。
【００６２】
さらに、図１０に示すように、曲率半径Ｒn とカーブ中心位置Ｏn から第２の点Ｐn までの距離Ｌonとの差Ｄｅｌn を演算し、この差Ｄｅｌn が後述する予め設定しておいた誤差設定値を超える場合に、曲率半径Ｒn を補正して常に差Ｄｅｌn を誤差設定値以内にするものである。すなわち、誤差設定値は、道路幅Ｄと短い方の直線距離の両方に応じて可変され、（誤差設定値）＝αｈ・Ｄで設定されるようになっている（αｈは短い方の直線距離に応じて設定される定数：以後、点間隔補正係数と呼ぶ）。
【００６３】
尚、道路幅Ｄには、通常、画像認識部２０から得られる道路幅の値を採用するようになっているが、画像認識部２０からデータが得られないときなどは、ナビゲーション装置３０から得られる高速道路、一般国道、地方道というような道路種別情報を基に道路幅Ｄを設定するようになっている。ここで、道路幅Ｄが大きくなるほど誤差設定値が大きくなり補正を行わない方向になるが、これは、実際の道路で道路幅が大きくなるにつれて曲率半径Ｒn が大きくなることを表現するものである。また、直線距離が短いということは、点データが細かく設定されており正しく道路を表現しているとみなせるため、補正を行わないようにするものである。したがって、点間隔補正係数αｈは、短い方の直線距離が短い値ほど点間隔補正係数αｈは大きくなって誤差設定値が大きくなり補正を行わない方向になっている。例えば、短い方の直線距離が２０ｍ以下の短い場合はαｈ＝１．２、１００ｍ以下の中距離の場合はαｈ＝０．６、１００ｍより大きな場合はαｈ＝０．３とする。
【００６４】
こうして、最終的なカーブ情報（カーブの代表点Ｐn の位置，点Ｐn-1 と点Ｐn との距離Ｌn ，最終的な曲率半径Ｒn ，カーブ中心位置Ｏn ，直線Ｐn-1 Ｐn と直線Ｐn Ｐn+1 のなす角度から求められる各点のカーブ角度θn ，カーブ開始点Ｌsn（カーブ中心位置Ｏn から直線Ｐn-1 Ｐn に垂直に下ろした点）と点Ｐn-1 間の距離，車両位置から各カーブの代表点までの距離Ｌssn 等）が演算される。
【００６５】
上記カメラ左右角演算部７２は、上記カーブ情報演算部７１から前方の道路のカーブ情報、特にカーブ角度θn を読込み、このカーブ角度θn を基にカメラ左右角を演算する。具体的には、このカーブ角度θn 自体をカメラ左右角として設定する。尚、カーブ角度θn に１以下の定数を乗算し、これをカメラ左右角としても良い。
【００６６】
上記カメラ左右角制限部７３は、上記カメラ左右角演算部７２で演算したカメラ左右角を、予め設定しておいた制限角（例えば車両１直前の道路が画像情報の視野角から外れない角度）以内に収めるものである。すなわち、上記カメラ左右角演算部７２で、制限角を超えるような角度設定がなされた場合に、このような角度を全て制限角に変更して設定し直すようになっている。
【００６７】
上記カメラ左右角出力部７４は、上記カメラ左右角演算部７２で設定され、上記カメラ左右角制限部７３の制限を受けて決定されたカメラ左右角を上記左右方向駆動部８０に対する出力信号に変換して出力するものである。
【００６８】
すなわち、上記カメラ左右角出力部７４からの出力信号を受けて左右方向駆動部８０が駆動し、前記取付部材１１が水平面上で回動されて一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が左右方向においても変更される。
【００６９】
次に、上記構成の作用について説明する。尚、左右１対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの上下方向の指向を可変する作用については、前記実施の第１形態と同様であるので、以下、左右方向の指向を可変する作用について説明する。
【００７０】
図８のフローチャートに示すように、カメラ左右角の変更はカメラ上下角の変更と独立して行われ、まず、Ｓ２０１でナビゲーション装置３０から位置に関する各データ（道路データの点データ、道路種別情報、現在位置等のデータ）を読込み、Ｓ２０２で画像認識部２０から認識した道路、すなわち認識した道路の道路幅データを読込み、Ｓ２０３に進んで、カーブ情報（カーブの代表点Ｐn の位置，点Ｐn-1 と点Ｐn との距離Ｌn ，最終的な曲率半径Ｒn ，カーブ中心位置Ｏn ，直線Ｐn-1 Ｐn と直線Ｐn Ｐn+1 のなす角度から求められる各点のカーブ角度θn ，カーブ開始点Ｌsn（カーブ中心位置Ｏn から直線Ｐn-1 Ｐn に垂直に下ろした点）と点Ｐn-1 間の距離，車両位置から各カーブの代表点までの距離Ｌssn 等）を演算する。上記Ｓ２０１〜Ｓ２０３は、カーブ情報演算部７１での処理である。
【００７１】
次いで、Ｓ２０４に進み、カメラ左右角演算部７２において、前方の道路のカーブ情報、特にカーブ角度θn を基にカメラ左右角を演算する。具体的には、このカーブ角度θn 自体をカメラ左右角として設定する。
【００７２】
その後、Ｓ２０５に進み、上記Ｓ２０４で設定したカメラ左右角と予め設定しておいた制限角とを比較し、カメラ左右角が制限角を超えている場合はＳ２０６へと進み、カメラ左右角を制限角に変更して設定した後、Ｓ２０７へと進む。一方、上記Ｓ２０５でカメラ左右角が制限角以内ならば、上記Ｓ２０４で設定したカメラ左右角のままＳ２０７へと進む。すなわち、Ｓ２０５及びＳ２０６は、カメラ左右角制限部７３での処理である。
【００７３】
そして、上記Ｓ２０７へと進むと、カメラ左右角出力部７４は設定されたカメラ左右角を左右方向駆動部８０に対する出力信号に変換して出力し、プログラムを終える。
【００７４】
以上のように、指向方向設定プログラムに従って左右方向駆動部８０に対して出力信号が送出されると、左右方向駆動部８０が駆動して、取付部材１１が回動して一対のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が左右方向においても変更される。
【００７５】
このように、本発明の実施の第２形態によれば、上下左右指向方向設定部７０は、ステレオ光学系１０の指向する方向を、自車両１の道路の現在の勾配と自車両１前方の道路の勾配の変化に応じて上下方向に可変に設定変更できることに加え、自車両１前方の道路のカーブ（屈曲状態）に応じて左右方向に可変に設定変更できるので、例えば、自車両１前方の道路の勾配が現在より増加する場合、ステレオ光学系１０の指向する方向は、現在の勾配でのステレオ光学系１０の指向する方向より上に向くように可変される。逆に、自車両１前方の走行路の勾配が現在より減少する場合は、ステレオ光学系１０の指向する方向は、現在の勾配でのステレオ光学系１０の指向する方向より下に向くように可変される。また、自車両１前方の道路が右にカーブしている場合は、ステレオ光学系１０の指向する方向は右方向に、左にカーブしている場合は、ステレオ光学系１０の指向する方向は左方向に変更される。この結果、ステレオ光学系１０の指向する方向が全ての方向において常に最適な方向に保たれる。
【００７６】
次に、図１２〜図１５は本発明の実施の第３形態を示し、図１２は車両の進行方向認識装置の機能ブロック図、図１３は車両の進行方向認識装置の全体構成図、図１４は指向方向設定のフローチャート、図１５は入力画像制御部による指向方向変更の説明図である。尚、本発明の実施の第３形態は、前記実施の第１形態と同様のカメラ上下角の設定変更が可能であるが、カメラの指向方向の変更の手法が異なっている。このため、前記実施の第１形態と同様の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【００７７】
すなわち、図１３に示すように、本実施の第３形態による車両９１に搭載される車両の進行方向認識装置９２は、ステレオ光学系１０と、画像認識部２０と、ナビゲーション装置３０に加え、ステレオ光学系１０の指向する方向を、画像認識部２０とナビゲーション装置３０からの情報に基づき、上下方向において可変に設定する指向方向設定手段としての上下指向方向設定部１００と、この上下指向方向設定部１００で設定した上下方向にステレオ光学系１０を指向させる指向方向変更手段としての入力画像制御部１１０とを備えて構成されている。
【００７８】
上記入力画像制御部１１０は、図１５に示すように、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒに内蔵されたＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変するものであり、上下指向方向設定部１００からの信号で入力範囲を図中下方向に移動させることによりＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向性を上方向に、入力範囲を図中上方向に移動させることによりＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向性を下方向に変更自在である。
【００７９】
上記上下指向方向設定部１００について、以下、図１３の機能ブロック図を基に説明する。
上記上下指向方向設定部１００は、前記勾配演算部４１、道路消失点検出部４２、カメラ上下角演算部４３、カメラ上下角制限部４４に加え、カメラ上下角出力部１０１を備えて主に構成されている。
【００８０】
上記カメラ上下角出力部１０１は、上記カメラ上下角演算部４３で設定され、上記カメラ上下角制限部４４の制限を受けて決定されたカメラ上下角をＣＣＤの上下方向のドット数に変換し信号を出力するものである。
【００８１】
そして、上記入力画像制御部１１０がカメラ上下角出力部１０１からの出力信号を受けて、ＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変（シフト）することで、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向を可変させる。
【００８２】
次に、図１４のフローチャートで、上記上下指向方向設定部１００で実行される指向方向設定プログラムを説明する。前記実施の第１形態と同様に、Ｓ１０１〜Ｓ１１０までの処理を実行し、カメラ上下角をそのまま、或いは制限して設定した後は、Ｓ３０１に進み、変更するカメラ上下角をＣＣＤの上下方向のドット数に変換する。そして、Ｓ３０２に進み、変換する上下方向のドット数を入力画像制御部１１０に対して出力し、プログラムを終える。すなわち、上記Ｓ３０１及びＳ３０２は、カメラ上下角出力部１０１での処理である。
【００８３】
以上のように、指向方向設定プログラムに従って入力画像制御部１１０に対して出力信号が送出されると、上記入力画像制御部１１０がＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変することで、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が上下方向において変更される。
【００８４】
このように、本発明の実施の第３形態によれば、入力画像制御部１１０により電気的にＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が可変されるので、前記実施の第１形態での効果に加え、指向方向変更手段を小型軽量にすることが可能になる。
【００８５】
次に、図１６〜図１８は本発明の実施の第４形態を示し、図１６は車両の進行方向認識装置の機能ブロック図、図１７は車両の進行方向認識装置の全体構成図、図１８は指向方向設定のフローチャートである。
【００８６】
尚、本発明の実施の第４形態は、前記実施の第２形態と同様のカメラ上下角とカメラ左右角の設定変更が可能であるが、さらに、前記実施の第３形態と同様、カメラの指向方向の変更の手法が異なっている。このため、前記実施の第２形態と同様の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【００８７】
すなわち、図１７に示すように、本実施の第４形態による車両１２１に搭載される車両の進行方向認識装置１２２は、ステレオ光学系１０と、画像認識部２０と、ナビゲーション装置３０に加え、ステレオ光学系１０の指向する方向を、画像認識部２０とナビゲーション装置３０からの情報に基づき、上下方向と左右方向とに可変に設定する指向方向設定手段としての上下左右指向方向設定部１３０と、この上下左右指向方向設定部１３０で設定した上下方向と左右方向にステレオ光学系１０を指向させる指向方向変更手段としての入力画像制御部１４０とを備えて構成されている。
【００８８】
上記入力画像制御部１４０は、前記実施の第３形態で説明したものと同様の原理、すなわち、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒに内蔵されたＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変するものであり、上下左右指向方向設定部１３０からの信号で、入力範囲を図中下方向に移動させることによりＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向性を上方向に、入力範囲を図中上方向に移動させることによりＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向性を下方向に、更に左右方向に対しても同様に変更自在である。
【００８９】
上記上下左右指向方向設定部１３０について、以下、図１６の機能ブロック図を基に説明する。
上記上下左右指向方向設定部１３０は、前記勾配演算部４１、道路消失点検出部４２、カメラ上下角演算部４３、カメラ上下角制限部４４、カメラ上下角出力部１０１、カーブ情報演算部７１、カメラ左右角演算部７２、カメラ左右角制限部７３に加え、カメラ左右角出力部１３１を備えて主に構成されている。
【００９０】
上記カメラ左右角出力部１３１は、上記カメラ左右角演算部７２で設定され、上記カメラ左右角制限部７３の制限を受けて決定されたカメラ左右角をＣＣＤの左右方向のドット数に変換し信号を出力するものである。
【００９１】
そして、上記入力画像制御部１４０が、カメラ上下角出力部１０１、及びカメラ左右角出力部１３１からの出力信号を受けて、ＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に上下方向或いは左右方向に組み合わせて可変（シフト）することで、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向を可変させる。
【００９２】
次に、図１８のフローチャートで、上記カメラ左右角出力部１３１で実行される指向方向設定プログラム（左右方向可変）を説明する。前記実施の第２形態と同様に、Ｓ２０１〜Ｓ２０６までの処理を実行し、カメラ左右角をそのまま、或いは制限して設定した後は、Ｓ４０１に進み、変更するカメラ左右角をＣＣＤの左右方向のドット数に変換する。そして、Ｓ４０２に進み、変換する左右方向のドット数を入力画像制御部１４０に対して出力し、プログラムを終える。すなわち、上記Ｓ４０１及びＳ４０２は、カメラ左右角出力部１３１での処理である。
【００９３】
以上のように、指向方向設定プログラムに従って入力画像制御部１４０に対して出力信号が送出されると、上記入力画像制御部１４０がＣＣＤからの入力素子の範囲をドット数単位で電気的に可変することで、ステレオ光学系１０のＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が左右方向においても変更される。
【００９４】
このように、本発明の実施の第４形態によれば、前記実施の第３形態と同様、入力画像制御部１４０により電気的にＣＣＤカメラ１０Ｌ，１０Ｒの指向する方向が可変されるので、前記実施の第２形態での効果に加え、指向方向変更手段を小型軽量にすることが可能になる。
【００９５】
尚、上記各実施の形態では、前方の道路の勾配の変化を道路消失点を検出して判定するようになっているが、ナビゲーション装置３０からの道路前方のデータ（緯度・経度・高度情報）を用いて直接演算し、求めるようにしても良い。
【００９６】
また、上記各実施の形態では、ステレオ光学系１０の指向する方向は、上下方向においてリニアに可変するようになっているが、単純に上方向と通常と下方向といった段階的な可変にすれば、現在の道路勾配を求めることなく、前方の道路勾配の変化のみの判定で設定することも可能である。すなわち、道路消失点が通常範囲より上側に位置して道路前方の勾配が増加する場合は、カメラ上下角を上方向にし、逆に、道路消失点が上記通常範囲より下側に位置して道路前方の勾配が減少する場合は、カメラ上下角を下方向にする。
【００９７】
さらに、画像情報上における道路消失点の基準範囲からのずれ量とカメラ上下角の関係を予め求めておき、基準範囲からのずれ量に応じてカメラ上下角を可変に設定するようにしても良い。
【００９８】
【発明の効果】
以上、説明したように請求項１記載の発明によれば、自車両進行方向の走行路方向に指向させて撮像する撮像手段と、この撮像手段からの撮像信号から得られる画像情報を基に自車両の進行方向を認識する認識手段とを備えた車両の進行方向認識装置において、上記自車両進行方向の画像情報上における上記自車両の走行路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して求めた交点の上下方向の位置変化に基づいて上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化を求め、指向方向設定手段が撮像手段の指向する方向を少なくとも自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定し、指向方向変更手段が指向方向設定手段で設定した方向に撮像手段の指向する方向を変更するので、上下方向において、撮像手段の指向する方向は常に最適な方向に保たれて自車両進行方向の走行路に関する必要な画像情報を最大に得ることができる。
【０１００】
さらに、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の車両の進行方向認識装置において、指向方向設定手段は、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化と上記自車両進行方向の走行路の屈曲状態に応じて可変に設定するので、上下方向と左右方向の全ての方向において、撮像手段の指向する方向は常に最適な方向に保たれて自車両進行方向の走行路に関する必要な画像情報を最大に得ることができる。
【０１０１】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１又は請求項２記載の車両の進行方向認識装置において、位置と高度情報を得るナビゲーション装置を搭載し、指向方向設定手段は、自車両の走行路の現在の勾配を位置と高度情報を基に演算し、現在の勾配と自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定することで、簡単に実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による、車両の進行方向認識装置の機能ブロック図
【図２】同上、車両の進行方向認識装置の全体構成図
【図３】同上、指向方向設定のフローチャート
【図４】同上、道路消失点の説明図
【図５】同上、上下方向駆動部の概略説明図
【図６】本発明の実施の第２形態による、車両の進行方向認識装置の機能ブロック図
【図７】同上、車両の進行方向認識装置の全体構成図
【図８】同上、指向方向設定のフローチャート
【図９】同上、カーブの曲率半径の求め方の説明図
【図１０】同上、求めたカーブの曲率半径の補正の説明図
【図１１】同上、上下方向駆動部と左右方向駆動部の概略説明図
【図１２】本発明の実施の第３形態による、車両の進行方向認識装置の機能ブロック図
【図１３】同上、車両の進行方向認識装置の全体構成図
【図１４】同上、指向方向設定のフローチャート
【図１５】同上、入力画像制御部による指向方向変更の説明図
【図１６】本発明の実施の第４形態による、車両の進行方向認識装置の機能ブロック図
【図１７】同上、車両の進行方向認識装置の全体構成図
【図１８】同上、指向方向設定のフローチャート
【符号の説明】
１ 車両（自車両）
２ 車両の進行方向認識装置
１０ ステレオ光学系（撮像手段）
２０ 画像認識部（認識手段）
３０ ナビゲーション装置
４０ 上下指向方向設定部（指向方向設定手段）
５０ 上下方向駆動部（指向方向変更手段）
Claims (4)
- 自車両進行方向の走行路方向に指向させて撮像する撮像手段と、この撮像手段からの撮像信号から得られる画像情報を基に上記自車両の進行方向を認識する認識手段とを備えた車両の進行方向認識装置において、
上記自車両進行方向の画像情報上で上記自車両の走行路の左側道路端と右側道路端とを進行方向に延出して交点を求め、上記自車両進行方向の画像情報上における上記交点の上下方向の位置変化に基づいて上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化を求め、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定する指向方向設定手段と、
この指向方向設定手段で設定した方向に上記撮像手段の指向する方向を変更する指向方向変更手段とを具備したことを特徴とする車両の進行方向認識装置。 - 上記指向方向設定手段は、上記撮像手段の指向する方向を少なくとも上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化と上記自車両進行方向の走行路の屈曲状態に応じて可変に設定することを特徴とする請求項１記載の車両の進行方向認識装置。
- 位置と高度情報を得るナビゲーション装置を搭載し、上記指向方向設定手段は、上記自車両の走行路の現在の勾配を上記位置と高度情報を基に演算し、上記現在の勾配と上記自車両進行方向の走行路の勾配の変化に応じて可変に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の進行方向認識装置。
- 上記指向方向変更手段は、上記撮像手段に内蔵された撮像素子からの入力素子の範囲を電気的にシフトすることで、上記撮像手段の指向する方向を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の進行方向認識装置。
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