JP4484856B2 - 自動車用ヘッドライト制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用ヘッドライトの制御装置に関する。

車載カメラの映像を解析することで、ヘッドライトのハイビーム，ロービームを自動的に切り替える技術の研究開発が行われている。

特許文献１では、カラーカメラの映像から、先行車のテールライトや対向車のヘッドライトを検出して先行車や対向車のドライバーを眩惑しないようにヘッドライトをハイビームからロービームに切り替える技術が記載されている。

特許文献２では、さらにこの技術を発展させて、カメラに写ったヘッドライト，テールランプの状態から先行車や対向車までの距離を算出して、ヘッドライトの照射範囲を連続的に制御する手法が記述されている。これによればハイビームとロービームの２段階制御に比べてより適切な制御が可能となる。

特公平６−５５５８１号公報 特表２００２−５２６３１７号公報

上記従来技術では、ハイビームにしたときにカメラがリフレクタからの反射光を認識すると、対向車のヘッドライト光であると誤認識して自車のヘッドライトをロービームに変更する。しかしながら、ロービームに切り替えた瞬間にリフレクタの反射光は弱くなるため、ヘッドライト光が無くなったと判断して、ハイビームに切り替えるという動作を繰り返すことになる。すなわち、ハイビームとロービームが周期的に切り替わり、明滅を繰り返すことになる。これをハンチングと呼ぶ。このハンチングは自車のドライバーに違和感を与えるおそれがある。リフレクタは本来、夜間において道路形状等を運転者に認識し易くする目的で設置されており、夜間走行でリフレクタの位置の情報は重要である。

そこで、本発明は、カメラから得られた映像を元に先行車や対向車に対する眩惑を防止しつつ、リフレクタ光によるハンチングが自車のドライバーに与える違和感を抑制するヘッドライトの制御装置を提供する。

カメラで撮像された画像中の光点の位置を検出し、検出された光点よりも上部の所定領域の光量を減少させるようなパターンで照射するようにヘッドライトを制御する。

より好ましくは、車両前方を照射し、照射範囲内の光量を部分領域ごとに制御可能なヘッドライトと、車両に搭載され車両前方を撮像するカメラと、前記カメラから入力された画像中の光点の位置を検出し、当該光点の位置に基づいて前記ヘッドライトの照射パターンを制御するコントロールユニットとを備えたヘッドライト制御装置において、前記コントロールユニットが、検出された光点の位置より上部の所定領域の光量を減少させるように前記ヘッドライトを制御する構成とする。

本発明では、リフレクタ光によるハンチングが発生しても、ヘッドライトの照射領域全体の照射光量が変化することはなく、リフレクタ上部の一部領域に対する照射光量が変化するだけなので、ドライバーに与える違和感を緩和することができる。

図１は、本発明に関わる実施例である、ヘッドライト配光制御方法を実現するための全体の構成を示す概略図である。カメラ１０１は車両の前方の視界を捕らえられるように、ヘッドライト１０４は車両の前方を照らすように、それぞれ車両に取り付けられる。

なお配置に関しては、カメラ１０１とヘッドライト１０４を出来るだけ近くに設置することが望ましい。そうすることで光軸調整などのキャリブレーションの簡便化に繋がる。図１に示すように、カメラ１０１とヘッドライト１０４の双方を一つのヘッドライトユニット１０５内に設置することが光軸調整の観点から都合が良い。カメラ１０１の光軸とヘッドライト１０４の光軸とを一定の組立公差の範囲で一致させることができるので、ヘッドライトユニット１０５の車両への設置角度を調整すれば、カメラ１０１の光軸とヘッドライト１０４の光軸との相対関係を維持したまま、両方の光軸調整ができるからである。

さらに図７に示すように、カメラ１０１の光軸７０１とヘッドライト１０４の光軸702は平行にしておく。光軸を平行にしなければ、カメラ１０１で撮像された空間位置とヘッドライト１０４で投光する空間位置にずれが生じてしまうためである。また、カメラの画角７０３はヘッドライトの投光角７０４に合わせておく。

しかし、ヘッドライトユニット１０５のスペースに余裕がなくカメラ１０１が当該スペースに収まらない場合は、カメラ１０１を車室内、たとえばルームミラーの奥等に設置して車両前方が写る位置に設置しても良い。この場合には、カメラ１０１による撮像領域とヘッドライト１０４による投光領域との間で中心点にずれが生じるため、カメラ１０１で撮像した画像を、ヘッドライト１０４の位置から見た画像に変換する。具体的には撮像した画像データ上で中心点とする座標をスライドし、カメラ取り付け位置とヘッドライト取り付け位置との間の距離に基づいてズーム処理を施す。

また同様の処理を行うことにより、左右のヘッドライトユニット１０５のうち、片方のみにカメラ１０１を搭載し、もう一方には搭載しない構成とすることもできる。すなわち片側のヘッドライトユニット１０５に搭載したカメラ１０１で撮像した画像を、反対側のヘッドライト１０４の位置から見た画像に変換し、当該画像に基づいてヘッドライトの配光を制御することもできる。

カメラ１０１で撮像された車両前方画像は画像解析ユニット１０２に入力される。画像解析ユニット１０２は、入力された画像に基づいて対向車のヘッドライトおよび、先行車のテールライトと推定される光点の位置を求める。そして、検出された光点部分領域よりも上部の一部分の光量を減少させるような配光パターンを生成し、その配光パターンを映像信号としてヘッドライト制御ユニット１０３に送る。ヘッドライト制御ユニット１０３では、受け取った映像情報からヘッドライト１０４の配光パターンに戻して、ヘッドライト１０４内部の液晶板を制御する。以下、各ユニットにおける処理を詳細に説明する。

次に、カメラで対向車のヘッドライトと先行車のテールライトを検出する方法について説明する。図２は、カメラ１０１と画像解析ユニット１０２の内部構成を示した図である。ＣＣＤ２０１は光を電荷に変換する撮像素子であり、車両前方の映像をアナログ画像信号に変換し、カメラＤＳＰ２０２に転送する。カメラＤＳＰ２０２の内部にはＡＤＣ
（Analog-Digital Converter）３０３を備えておりアナログの画像信号をデジタル信号に変換して画像解析ユニット１０２の画像入力Ｉ／Ｆ２０５に送信する。画像信号は連続的に送信されるがその先頭には同期信号が含まれており、画像入力Ｉ／Ｆ２０５で必要なタイミングの画像のみを取り込むことができる。画像入力Ｉ／Ｆ２０５で取り込まれた画像はメモリ２０６に書き込まれ、画像処理ユニット２０４によって処理や解析が行われる。この処理の詳細は後述する。一連の処理はＦＲＯＭに書き込まれたプログラム２０７に従って行われる。画像入力Ｉ／Ｆ２０５で画像を取り込んだり、画像処理ユニット２０４で画像処理を行わせたりするための制御および必要な計算はＣＰＵ２０３が行っている。

ここで、カメラＤＳＰ２０２は、露光制御を行うための露光制御ユニット３０１と露光時間を設定するレジスタ３０２を内蔵しており、ＣＣＤ２０１はカメラＤＳＰ２０２のレジスタ３０２に設定された露光時間で撮像する。レジスタ３０２はＣＰＵ２０３から書き換え可能であり、書き換えられた露光時間は次フレームあるいは次フィールド以降の撮像時に反映される。露光時間は、カメラＤＳＰ２０２がＣＣＤ２０１の電源をオンオフすることによって制御可能で、オンしている時間によってＣＣＤ２０１に当たる光の量が制限される。露光時間制御は前記のような電子シャッター方式によって実現できるが、メカニカルシャッターを開閉させる方式を用いても同様に実現可能である。また、絞りを調整することで露光量を変化させても良い。また、インターレースのように１ラインおきに操作する場合、奇数ラインと偶数ラインで露光量を変化させても良い。

図４は本実施例の処理の流れを表したフローチャートである。ステップＳ１１からＳ14でカメラ１０１から高輝度検出用の画像と低輝度検出用の画像を取得し、画像解析ユニット１０２に転送する。転送される画像データには同期信号が含まれており、ＣＰＵ２０３は前記同期信号を割り込みタイミングとして画像入出力にかかわる処理を行う。ステップ
Ｓ１５，Ｓ１６では画像解析ユニット１０２で画像から光点位置を検出し、ステップＳ２で検出された光点部分領域よりも上部の一部分の光量を減少させるような配光パターンを決定する。ステップＳ３ではヘッドライト制御ユニット１０３によってヘッドライト１０４が投光する配光パターンを制御する。

次に、各ステップにおける詳細な処理の説明を行う。Ｓ１の点線で囲まれたステップ
Ｓ１１〜Ｓ１６は、光源検出のためのステップ群である。ステップＳ１１では、画像解析ユニット１０２内のＣＰＵ２０３がカメラ１０１内のレジスタ３０２を高輝度検出用露光時間に設定する。これは、高輝度の光点を検出するために最適な露光時間で、前方の対向車のヘッドライト、または比較的近距離にあるテールランプの光点を検出するために選ばれる。露光時間は撮像素子であるＣＣＤ２０１の感度特性にもよるが、１／１２０秒から１／２５０秒程度である。図５に撮像される画像の例を示す。図５（ａ）の状態を高輝度検出用露光時間で撮像した場合、図５（ｂ）のようになる。対向車５０１のヘッドライトは輝度が高いため図５（ｂ）のように光点として写るが、先行車５０２のテールランプは輝度値が低いため写らない。ステップＳ１２ではステップＳ１で設定した露光時間で撮像したデジタル画像を画像入力Ｉ／Ｆ２０５から入力して、メモリ２０６に格納する。ステップＳ１３では、画像解析ユニット１０２内のＣＰＵ２０３によってカメラ１０１内のレジスタ３０２を低輝度検出用露光時間に書き換える。これは、低輝度の光点を検出するために最適な露光時間で、前方の比較的遠距離にあるテールランプの光点を検出するために選ばれる。そのため、露光時間はステップＳ１１で設定したものよりも長くなり、１／
３０秒から１／６０秒程度である。図５（ｃ）は低輝度検出用露光時間で撮像した画像を示している。先行車５０２のテールランプの低輝度光点を捉えることができる反面、対向車５０１のヘッドライトは高輝度であるため、ブルーミングを起こして周辺の画素まで白く飽和している。ステップＳ１４ではステップＳ１２と同様にステップＳ１３で設定した露光時間で撮像したデジタル画像を画像入力Ｉ／Ｆ２０５から入力して、メモリ２０６に格納する。

ステップＳ１５，ステップＳ１６ではカメラから取得した画像を解析して光点の位置を求める。この処理はＣＰＵ２０３と画像処理ユニット２０４によって行われる。ステップＳ５では、高輝度検出用画像５０３から高輝度光点６０１位置の検出を行う。光点位置の算出方法詳細は後述する。高輝度光点位置が求まったら、ステップＳ１６で低輝度検出用画像５０４を用いて低輝度光点位置の検出を行う。ここで、低輝度検出用画像５０４には高輝度の光点も含まれており、ブルーミングを起こす可能性がある。しかしながら、ステップＳ１６では低輝度検出用画像の中から赤色の光点６０２の位置を算出するため問題ない。以上の手続きで対向車のヘッドライトの光点６０１と先行車のテールライトの光点
６０２の位置をそれぞれ求めることができる。

次に、検出されたヘッドライトとテールライトの光点の位置から、光量を減少させるマスク領域８０１，８０２の位置を決定する方法について図８を用いて説明する。このマスク領域８０１，８０２は、それぞれ対向車５０１，先行車５０２のドライバーを眩惑しないように設けられるため、ドライバーのいる可能性がある部分に設定する必要がある。通常、ヘッドライトやテールライトはドライバーの位置よりも下についている。そのため、マスク領域８０１，８０２の位置は、検出されたヘッドライトの光点６０１，テールライトの光点６０２の上方に設定する。マスク領域８０１，８０２の大きさは、ドライバーを眩惑させない目的を果たすため、図８のようにヘッドライトの光点６０１，テールライトの光点６０２の大きさ以上になるように設定する。ヘッドライトの光点６０１，テールライトの光点６０２の大きさが大きい場合は、それだけ対向車５０１，先行車５０２が自車両に近い可能性があるため、マスク領域８０１，８０２の大きさも大きくする。テールライトの光点６０２は、ヘッドライトの光点６０１に比べて暗いため、大きさを決定する際には光点の色も考慮して、テールライトの赤色光であればマスク領域８０２の大きさは変更する必要がある。具体的には、光点が白色（ヘッドライト）のときよりも、同じ大きさの光点に対してマスク領域８０２を広く設定する。ヘッドライトの場合に比べて、光点が小さくても先行車が自車に近い位置にいる可能性があるからである。また、対向車５０１のすれ違い際には対向車５０１の見え方が斜めになることを考慮すると、必ずしもヘッドライトの光点６０１やテールライトの光点６０２の真上にドライバーがいるとは限らなくなる。そのため、マスク領域８０１，８０２の形状は、図８のように横方向に長い楕円形状にすることで、ドライバーを眩惑する危険性を減らしつつ、できるだけ広い範囲を照射することが可能である。マスク領域８０１，８０２の形状は、図８で説明しているような楕円形のほか、ヘッドライトの制御のしやすさや計算量を考慮して矩形としても構わない。さらに、マスク領域８０１，８０２の減光量は０％から１００％の中で自由に設定できる。

ここで、マスク領域８０１，８０２は光源にはかかっていないことが重要で、このためにリフレクタは常に反射することになり、従来例のようにリフレクタによってヘッドライトの投光がハンチングすることは無くなる。

以上のようにして決定されたマスク領域８０１，８０２は、図９に示す配光パターン映像９０１のような映像形式となってヘッドライト制御ユニット１０３に転送される。配光パターン映像９０１は、８ビットのグレースケール映像の形式となる。すなわち、マスク領域９０２以外で照射したい領域の輝度値が２５５，マスク領域９０２の輝度値は、減光量に応じて０から２５５の範囲で設定される。たとえばマスク領域に全く光を照射したくなければ０を設定する。０に設定すると、理論上マスク領域部分に投光されることがなくなり防眩の目的は達成されるが、対向車や先行車のドライバーが自車両の存在を気づきにくいという恐れもあるため、安全のために１０から２０程度のわずかな光は照射する設定とする。配光パターン映像９０１がヘッドライト制御ユニット１０３に転送されるときの信号は映像信号を転送できれば良い。そのため、ＮＴＳＣやＰＡＬ，アナログＲＧＢのようなアナログ信号から、ＩＥＥＥ１３９４，カメラリンク，ＵＳＢなどのデジタル信号まで、どの形式を用いても構わない。ＮＴＳＣのようなアナログ信号の場合は、カメラとヘッドライトユニットが離れている場合に有利である。ＩＥＥＥ１３９４などのデジタル信号は高精細な映像を転送できるというメリットがあり、またＡＤ／ＤＡ変換が不要である。

図１０はヘッドライト制御ユニットに渡った配光パターン映像９０１を映像入力Ｉ／Ｆ１００６で受けて、液晶制御ユニット１００５がヘッドライト内の液晶１００２の電荷を制御する。液晶１００２は、電荷をかけると光を遮断し電荷をかけないと光を透過するため、液晶制御ユニット１００５は、マスク領域９０２の部分に電荷をかけるように制御を行う。ヘッドライト１０４は、光源１００４，集光レンズ１００３，液晶１００２，投光レンズ１００１で構成されており、液晶プロジェクタの原理で液晶のパターンを変化させることで投光されるパターンを変更する。光源１００４はハロゲンランプ，キセノンランプ，高圧水銀ランプが挙げられるがどれを用いてもかまわない。

本実施例ではヘッドライトの配光パターン制御に液晶を用いた例を述べたが、図１１のように指向性の高いＬＥＤアレイ１１０２を用いて配光パターンを変化させてもよい。
ＬＥＤ１１０３はそれぞれ独立に制御可能であり、マスク領域９０１の部分を照らすLED１１０３のみを停止するか輝度を減少させる。

本実施例に係わるヘッドライト配光制御方法の構成図である。 本実施例に係わるカメラ、および画像解析ユニットの構成図である。 本実施例に係わるカメラ内部の詳細図である。 本実施例に係わる露光量の異なる２つの画像から車間距離を算出する処理フローである。 先行車と対向車が存在する場合の車両前方の様子の説明図である。 本実施例に係わるヘッドライトとテールランプの位置を検出する手法の説明図である。 本実施例に係わるカメラとヘッドライトの配置の制約を説明する図である。 本実施例に係わるヘッドライト，テールライトの検出結果からマスク領域の位置を示す説明図である。 本実施例に係わる配光パターン映像と、実際に投光量が減少する位置の説明図である。 ヘッドライトとヘッドライト制御ユニットの説明図である。 ＬＥＤアレイを示す説明図である。

符号の説明

１０１ カメラ
１０２ 画像解析ユニット
１０３ ヘッドライト制御ユニット
１０４ ヘッドライト
２０１ ＣＣＤ
２０２ カメラＤＳＰ
２０３ ＣＰＵ
２０４ 画像処理ユニット
２０５ 画像入力Ｉ／Ｆ
２０６ メモリ
２０７ ＦＲＯＭ上のプログラム
３０１ 露光制御ユニット
３０２ レジスタ
３０３ ＡＤＣ
５０１ 対向車
５０２ 先行車
５０３ 高速シャッター画像
５０４ 低速シャッター画像
６０１ 高速シャッター時における対向車のヘッドライト光点
６０２ 低速シャッター時における先行車のテールランプ光点
７０１ カメラの光軸
７０２ ヘッドライトの光軸
７０３ カメラの画角
７０４ ヘッドライトの画角
８０１ ヘッドライト用マスク領域
８０２ テールライト用マスク領域
９０１ 配光パターン映像
９０２ マスク領域
１００１ 投光レンズ
１００２ 液晶
１００３ 集光レンズ
１００４ 光源
１００５ 液晶制御ユニット
１００６ 映像入力Ｉ／Ｆ

Claims (16)

1. 車両前方を照射し、照射範囲内の光量を部分領域ごとに制御可能なヘッドライトと、
   車両に搭載され車両前方を撮像するカメラと、
   前記カメラから入力された画像中の光点の位置を検出し、当該光点の位置に基づいて前記ヘッドライトの照射パターンを制御するコントロールユニットとを備え、
   前記コントロールユニットは、検出された光点の位置より上部の所定領域の光量を減少させるように前記ヘッドライトを制御するヘッドライト制御装置。
2. 車両前方を照射し、照射範囲内の光量を部分領域ごとに制御可能なヘッドライトと、
   車両に搭載され車両前方を撮像するカメラと、
   前記カメラから入力された画像中の光点の位置を検出し、当該光点の位置に基づいて前記ヘッドライトの照射パターンを生成する画像処理部と、
   前記画像処理部から照射パターンの入力を受け、当該照射パターンに基づいて前記ヘッドライトの照射を制御するヘッドライト制御部とを備え、
   前記画像処理部は、検出された光点の位置より上部の所定領域の光量を減少させる照射パターンを生成するヘッドライト制御装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記光量を減少させる領域の大きさを、前記光点の大きさに基づいて変化させることを特徴とするヘッドライト制御装置。
4. 請求項１又は２において、
   前記光量を減少させる領域の大きさを、前記光点の輝度に基づいて変化させることを特徴とするヘッドライト制御装置。
5. 請求項１又は２において、
   前記光量を減少させる領域の大きさを、前記光点領域の色に基づいて変化させることを特徴とするヘッドライト制御装置。
6. 請求項１又は２において、
   前記光量を減少させる領域の大きさを、前記光点領域までの距離によって変化させることを特徴とするヘッドライト制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、
   前記カメラは、前記ヘッドライトユニットの内部に位置していることを特徴とするヘッドライト制御装置。
8. 請求項７において、
   前記ヘッドライトの光軸と前記カメラの光軸とは平行であることを特徴とするヘッドライト制御装置。
9. 請求項２において、
   前記画像処理部は、前記ヘッドライト処理部に配光パターン映像情報を転送することを特徴とするヘッドライト制御装置。
10. 請求項９において、
    前記映像情報はＮＴＳＣ信号であることを特徴とするヘッドライト制御装置。
11. 請求項９において、
    前記映像情報はＰＡＬ信号であることを特徴とするヘッドライト制御装置。
12. 請求項９において、
    前記映像情報はアナログＲＧＢ信号であることを特徴とするヘッドライト制御装置。
13. 請求項９において、
    前記映像情報はカメラリンク規格であることを特徴とするヘッドライト制御装置。
14. 請求項９において、
    前記映像情報はＩＥＥＥ１３９４規格であることを特徴とするヘッドライト制御装置。
15. 請求項１又は２において、
    前記ヘッドライトは光源，集光レンズ部，液晶部，投光レンズ部で構成されていることを特徴とするヘッドライト制御装置。
16. 請求項１５において、
    前記ヘッドライトはアレイ状のＬＥＤで構成されていることを特徴とするヘッドライト制御装置。
    

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