JP4727304B2 - 曲線描画装置、曲線描画方法、駐車支援装置及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、任意の曲線に対して幅を持った曲線を描画する曲線描画装置及び曲線描画方法、並びにこの曲線描画装置を用いた駐車支援装置及び車両に関する。

従来の曲線描画装置としては、ＤＤＡ（Digital Differential Analyzer：デジタル微分解析機）アルゴリズムによって、基準線の法線ベクトルに沿って画素を塗りつぶす方法で、幅を持った直線あるいは曲線を描画するものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、前記従来の構成では、太線描画時の塗りつぶしのためにフレームバッファが必要となるという課題を有していた。これに対し、フレームバッファを用いずに、水平方向に走査しながら太線を描画する場合は、水平ベクトルを求める必要があるが、曲線を描画する場合には水平ベクトルを求める計算式が複雑になり、煩雑な処理を行う必要があった。

特開平８−２７９０３８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、フレームバッファを用いずに、簡単な演算処理によって、表示走査に合わせて適切な幅を持たせた曲線を描画することが可能な曲線描画装置及び曲線描画方法を提供することを目的とする。

本発明の曲線描画装置は、描画対象の曲線の情報を取得する曲線情報取得手段と、前記曲線の情報に基づき描画すべき座標を求める座標演算手段と、前記曲線の座標に対して水平方向に幅付けする処理を行う水平幅付け手段と、前記曲線の座標に対して垂直方向に幅付けする処理を行う垂直幅付け手段と、前記曲線の接線の傾きを算出する傾き演算手段と、前記接線の傾きに基づき、前記水平幅付け手段による幅付けと前記垂直幅付け手段による幅付けとを選択切替する選択手段と、前記選択手段による選択結果を曲線の描画情報として出力する出力手段と、を備え、フレームバッファを使用しない構成としたものである。

これにより、曲線に対して水平方向に幅付けするか垂直方向に幅付けするかを接線の傾きにより切り替えて曲線に幅付けすることで、フレームバッファを用いずに、簡単な演算処理によって、表示走査に合わせて適切な幅を持たせた曲線を描画することが可能となる。

また、本発明の曲線描画装置は、描画対象の曲線の情報を取得する曲線情報取得手段と、前記曲線の情報に基づき描画すべき座標を求める座標演算手段と、前記曲線の座標に対して水平方向に幅付けする処理を行う水平幅付け手段と、前記曲線の座標に対して垂直方向に幅付けする処理を行う垂直幅付け手段と、前記水平幅付け手段による幅付けと前記垂直幅付け手段による幅付けとの統合を行う統合手段と、前記統合手段による統合結果を曲線の描画情報として出力する出力手段と、を備え、フレームバッファを使用しない構成としたものである。

これにより、曲線に対して水平方向への幅付けと垂直方向への幅付けとを統合して曲線に幅付けすることで、フレームバッファを用いずに、簡単な演算処理によって、表示走査に合わせて適切な幅を持たせた曲線を描画することが可能となる。

また、本発明は、上記いずれかの曲線描画装置を備え、車両の状態を取得する状態取得手段と、前記車両の状態に基づいて前記曲線描画装置により当該車両の予想進路線を描画する進路描画手段と、前記予想進路線を表示する表示手段と、を備える駐車支援装置を提供する。

また、本発明は、上記の駐車支援装置を搭載した車両を提供する。

本発明によれば、フレームバッファを用いずに、簡単な演算処理によって、表示走査に合わせて適切な幅を持たせた曲線を描画することが可能な曲線描画装置及び曲線描画方法、並びにこの曲線描画装置を用いた駐車支援装置及び車両を提供できる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における曲線描画装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の曲線描画装置は、パラメータ入力手段１、座標演算手段２、傾き演算手段３、水平幅付け手段４、垂直幅付け手段５、選択手段６、出力手段８を備えて構成される。

パラメータ入力手段１は、曲線情報取得手段の一例に相当するもので、原曲線に関する曲線の数式、数式の定数、描画するライン番号、曲線の幅などの情報を取得し、保持または更新する。座標演算手段２は、曲線の数式から、描画すべき座標を算出する。傾き演算手段３は、曲線の接線の傾きを算出する。水平幅付け手段４は、曲線に対して水平方向に幅を持たせる演算を行う。垂直幅付け手段５は、曲線に対して垂直方向に幅を持たせ、水平方向のベクトルに変換する演算を行う。選択手段６は、傾き演算手段３により算出した接線の傾きによって、水平幅付け手段４の演算結果を使用するか、垂直幅付け手段５の演算結果を使用するかを選択的に切り替える。出力手段８は、表示用の画像信号を出力するもので、表示画面の走査に合わせて各画素の画像信号を出力すると共に、描画領域を制限するクリッピング処理を行う。

次に、第１の実施形態における曲線描画装置の動作を図２を用いて説明する。図２において、座標系は、画面左上を原点とする。また、水平方向をｘ軸とし、右方向を正とする。また、垂直方向をｙ軸とし、下方向を正とする。ここでは、ｙ軸については、数学分野で通常用いられる座標系と上下逆に定義している。

本実施形態の曲線描画装置は、フレームバッファを用いずに画面の走査に同期して曲線を描画するものであるが、画面の走査は画面の左上から水平方向に走査し、画面の右端まで走査すると、次の行の水平方向の走査を行う。このため、幅を持たせた曲線の描画についても、それぞれの行ごとに、水平方向に描画を行う。図２の右向きの矢印は、描画のための水平ベクトルを示したものである。水平ベクトル内の画素を所定の色で塗りつぶすことにより、画面全体としては幅を持たせた曲線を描画することができる。

図２における破線は、幅を持たせない場合の元の曲線（すなわち原曲線）である。例えば、原曲線として以下の（１）式で表わされる放物線（二次曲線）を用いることができる。
ｘ＝ａｙ² ＋ｂｙ＋ｃ …（１）

始めに、水平ベクトルの始点及び終点の算出方法について説明する。ここでは、原曲線を上記（１）式とする。ここで、ａ，ｂ，ｃは定数であり、パラメータ入力手段１により値が与えられる。この原曲線に対して、片側に幅ｗずつ、両側で２ｗの幅付けを行う。

まず、水平幅付け手段４による水平方向の幅付け演算処理と、垂直幅付け手段５による垂直方向の幅付け演算処理をそれぞれ行う。

図３は、原曲線を水平方向に±ｗ平行移動したものであり、それぞれの曲線は、
ｘ＝ａｙ² ＋ｂｙ＋ｃ＋ｗ …（２）
ｘ＝ａｙ² ＋ｂｙ＋ｃ−ｗ …（３）
の式で表わされる。

このとき、水平幅付け手段４は以下の演算を行う。ｙ＝ｙ₀ となるラインにおいて、描画するための水平ベクトルの始点と終点は、座標演算手段２によって以下のように算出される。
ｘ₁ ＝ａｙ₀ ² ＋ｂｙ₀ ＋ｃ＋ｗ …（４）
ｘ₂ ＝ａｙ₀ ² ＋ｂｙ₀ ＋ｃ−ｗ …（５）
この（４），（５）式から、水平ベクトルの始点は、ｍｉｎ（ｘ₁ ，ｘ₂ ）、終点は、ｍａｘ（ｘ₁ ，ｘ₂ ）と求められる。ここで、ｍｉｎ（ｍ，ｎ）は、ｍとｎのどちらかの値の小さいものを意味し、ｍａｘ（ｍ，ｎ）は、ｍとｎのどちらか値の大きいものを意味する。

図４は、原曲線を垂直方向に±ｗ平行移動したものであり、それぞれの曲線は、
ｘ＝ａ（ｙ−ｗ）² ＋ｂ（ｙ−ｗ）＋ｃ …（６）
ｘ＝ａ（ｙ＋ｗ）² ＋ｂ（ｙ＋ｗ）＋ｃ …（７）
の式で表わされる。

このとき、垂直幅付け手段５は以下の演算を行う。ｙ＝ｙ₀ となるラインにおいて、描画するための水平ベクトルの始点と終点は、座標演算手段２によって以下のように算出される。
ｘ₃ ＝ａ（ｙ₀ −ｗ）² ＋ｂ（ｙ₀ −ｗ）＋ｃ …（８）
ｘ₄ ＝ａ（ｙ₀ ＋ｗ）² ＋ｂ（ｙ₀ ＋ｗ）＋ｃ …（９）
この（８），（９）式から、水平ベクトルの始点は、ｍｉｎ（ｘ₃ ，ｘ₄ ）、終点は、ｍａｘ（ｘ₃ ，ｘ₄ ）と求められる。

次に、傾き演算手段３により原曲線の接線の傾きを求める。原曲線の接線は、原曲線の式を微分して、以下の（１０）式で表される。
ｄｘ／ｄｙ＝２ａｙ＋ｂ …（１０）
傾き演算手段３により算出されるｙ＝ｙ₀ となるラインにおける接線の傾きは、
ｄｘ／ｄｙ＝２ａｙ₀ ＋ｂ …（１１）
となる。

選択手段６は、接線の傾きの絶対値が１以下の時は水平方向の幅付け演算結果を選択し、接線の傾きの絶対値が１を超える時は垂直方向の幅付け演算結果を選択して水平ベクトルを生成する。そして、出力手段８において、上記生成した水平ベクトル内の画素を所定の色で塗りつぶす処理を行うことにより、出力画像信号の画面全体としては擬似的に幅２ｗの曲線を描画することができる。

図５は第１の実施形態の曲線描画装置の描画出力例を示したものである。出力手段８からの出力画像信号を図示しない表示手段に供給して表示することによって、接線の傾きにより水平方向の幅付けと垂直方向の幅付けとを切り替えて描画した、幅を持たせた曲線が表示される。図５では、説明のために外縁のみを示しているが、実際には２つの曲線間の画素は塗りつぶされて太線で表示される。

このように、第１の実施形態の曲線描画装置によれば、フレームバッファを用いることなく、表示走査に合わせて適切な幅を持たせた曲線を、乗算、加減算などの簡単な演算によって描画することができる。

なお、上記実施形態では、水平方向の幅付け量と垂直方向の幅付け量を同一としたが、別々の値とすることもできる。また、水平方向の幅付けと垂直方向の幅付けを選択する接線の傾きの閾値は１に限らず、水平方向の幅付け量と垂直方向の幅付け量の比や、原曲線の特性などを考慮して、他の値とすることもできる。この場合、水平に幅付けする区間と垂直に幅付けする区間の境界が不連続にならないようにすることが望ましい。

また、本実施形態においては、曲線を放物線として説明したが、接線の傾きが定義可能な関数で表わされる任意の曲線について同様に実施可能である。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態における曲線描画装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の曲線描画装置は、パラメータ入力手段１、座標演算手段２、水平幅付け手段４、垂直幅付け手段５、統合手段６、出力手段８を備えて構成される。

パラメータ入力手段１は、曲線情報取得手段の一例に相当するもので、原曲線に関する曲線の数式、数式の定数、描画するライン番号、曲線の幅などの情報を取得し、保持または更新する。座標演算手段２は、曲線の数式から、描画すべき座標を算出する。水平幅付け手段４は、曲線に対して水平方向に幅を持たせる演算を行う。垂直幅付け手段５は、曲線に対して垂直方向に幅を持たせ、水平方向のベクトルに変換する演算を行う。統合手段７は、水平幅付け手段４の演算結果と垂直幅付け手段５の演算結果とを統合する。出力手段８は、表示用の画像信号を出力するもので、表示画面の走査に合わせて各画素の画像信号を出力すると共に、描画領域を制限するクリッピング処理を行う。

次に、第２の実施形態における曲線描画装置の動作を説明する。ここでは、第１の実施形態と同様の座標系を用いるものとする。第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、原曲線に対して幅を持たせた曲線を描画する。

始めに、水平ベクトルの始点及び終点の算出方法について説明する。第１の実施形態と同様に、原曲線を下記（１２）式で表わされる放物線（二次曲線）とする。
ｘ＝ａｙ² ＋ｂｙ＋ｃ …（１２）
ここで、ａ，ｂ，ｃは定数であり、パラメータ入力手段１により値が与えられる。この原曲線に対して、片側に幅ｗずつ、両側で２ｗの幅付けを行う。

まず、水平幅付け手段４による水平方向の幅付け演算処理と、垂直幅付け手段５による垂直方向の幅付け演算処理をそれぞれ行う。

図３に示したように、原曲線を水平方向に±ｗ平行移動すると、それぞれの曲線は、
ｘ＝ａｙ² ＋ｂｙ＋ｃ＋ｗ …（１３）
ｘ＝ａｙ² ＋ｂｙ＋ｃ−ｗ …（１４）
の式で表わされる。

このとき、水平幅付け手段４は以下の演算を行う。ｙ＝ｙ₀ となるラインにおいて、描画するための水平ベクトルの始点と終点は、座標演算手段２によって以下のように算出される。
ｘ₁ ＝ａｙ₀ ² ＋ｂｙ₀ ＋ｃ＋ｗ …（１５）
ｘ₂ ＝ａｙ₀ ² ＋ｂｙ₀ ＋ｃ−ｗ …（１６）
この（１５），（１６）式から、水平ベクトルの始点は、ｍｉｎ（ｘ₁ ，ｘ₂ ）、終点は、ｍａｘ（ｘ₁ ，ｘ₂ ）と求められる。ここで、ｍｉｎ（ｍ，ｎ）は、ｍとｎのどちらかの値の小さいものを意味し、ｍａｘ（ｍ，ｎ）は、ｍとｎのどちらか値の大きいものを意味する。

図４に示したように、原曲線を垂直方向に±ｗ平行移動すると、それぞれの曲線は、
ｘ＝ａ（ｙ−ｗ）² ＋ｂ（ｙ−ｗ）＋ｃ …（１７）
ｘ＝ａ（ｙ＋ｗ）² ＋ｂ（ｙ＋ｗ）＋ｃ …（１８）
の式で表わされる。

このとき、垂直幅付け手段５は以下の演算を行う。ｙ＝ｙ₀ となるラインにおいて、描画するための水平ベクトルの始点と終点は、座標演算手段２によって以下のように算出される。
ｘ₃ ＝ａ（ｙ₀ −ｗ）² ＋ｂ（ｙ₀ −ｗ）＋ｃ …（１９）
ｘ₄ ＝ａ（ｙ₀ ＋ｗ）² ＋ｂ（ｙ₀ ＋ｗ）＋ｃ …（２０）
この（１９），（２０）式から、水平ベクトルの始点は、ｍｉｎ（ｘ₃ ，ｘ₄ ）、終点は、ｍａｘ（ｘ₃ ，ｘ₄ ）と求められる。

次に、統合手段７は、水平幅付け手段４と垂直幅付け手段５の演算結果出力を統合する。統合処理の方法としては、例えば水平幅付け手段４によって算出された水平ベクトルと垂直幅付け手段５によって算出された水平ベクトルの論理和をとることで行う。ここで、論理和とは、どちらか一方の演算結果に含まれている画素は、幅付けすべき区間として所定の色で塗りつぶすことを意味する。

統合手段７の処理結果として、統合手段７より出力される統合された水平ベクトルは、始点をｍｉｎ（ｘ₁ ，ｘ₂ ，ｘ₃ ，ｘ₄ ）、終点をｍａｘ（ｘ₁ ，ｘ₂ ，ｘ₃ ，ｘ₄ ）とした水平ベクトルに等しくなる。そして、出力手段８において、上記統合された水平ベクトル内の画素を所定の色で塗りつぶす処理を行うことにより、出力画像信号の画面全体としては擬似的に幅２ｗの曲線を描画することができる。

図７は第２の実施形態の曲線描画装置の描画出力例を示したものである。この図７は、図３と図４を重ねた形になっている。原曲線から左右に最も離れた部分が外縁となり、その間の画素が出力手段８によって塗りつぶされて太線で表示される。

このように、第２の実施形態の曲線描画装置によれば、フレームバッファを用いることなく、表示走査に合わせて適切な幅を持たせた曲線を、乗算、加減算などの簡単な演算によって描画することができる。

なお、上記実施形態では、水平方向の幅付け量と垂直方向の幅付け量を同一としたが、別々の値とすることもできる。また、水平方向の幅付けと垂直方向の幅付けを統合する方法として論理和の例を示したが、統合の方法はこれに限らず、ほぼ同等の結果が得られるものであれば任意の演算により実施可能である。

また、本実施形態においては、曲線を放物線として説明したが、これに限らず、任意の曲線について同様に実施可能である。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る駐車支援装置の構成を示すブロック図である。第３の実施形態では、上記第１または第２の実施形態の曲線描画装置を適用した駐車支援装置の構成例を示す。

本実施形態の駐車支援装置２０は、車両信号入力部１０、曲線描画装置１１、カメラ１２、映像処理部１３、表示部１４を備えて構成される。この駐車支援装置２０は、車両３０に設けられ、駐車の際の運転者の支援に用いられるものである。

車両信号入力部１０は、状態取得手段の一例に相当するもので、車両の舵角、バックギアセンサ等の車両に設けられた各種センサからの情報信号を取得する。曲線描画装置１１は、上記図１または図６に示した構成を有するもので、車両の舵角から求められる車両の予想進路を表わす予想進路線を曲線で描画する。このとき、曲線は原曲線に対して適切な幅を持たせた太線で描画する。カメラ１２は、車両周辺の被写体画像を撮像して映像信号を出力する。カメラ１２は１つに限らず、複数であってもよい。

映像処理部１３は、カメラ１２で撮像した映像信号に対して、歪補正、合成、視点変換などの様々な画像処理を施し、曲線描画装置１１の描画した曲線を重ね合わせる。映像処理部１３は、例えばバックギアセンサの出力によって、映像信号を出力するか否かを選択したり、カメラが複数ある場合にカメラの切り替えを行うこともできる。上記曲線描画装置１１及び映像処理部１３によって進路描画手段の機能が実現される。表示部１４は、表示手段の一例に相当するもので、液晶ディスプレイ等の表示装置を有し、映像処理部１３が出力した映像信号を入力して表示画面に車両の進行方向の対象物の画像や予想進路線を表示する。

本実施形態の駐車支援装置によれば、第１または第２の実施形態の構成の曲線描画装置を用いることで、車両の舵角に連動した予想進路線（滑らかな曲線）を、フレームバッファに展開せずに表示することが可能となる。このため、フレームバッファを使用しないことによるコスト削減や実装面積削減による小型軽量を図ることが可能な駐車支援装置を実現することができる。また、適宜パラメータを与えることにより、任意の曲線を表示することが可能となるため、利用者の利便性を高めることができる。

また、本実施形態の駐車支援装置を車両に搭載することにより、車両の舵角に連動した予想進路線をフレームバッファに展開せずに表示することが可能な、低コストかつ小型軽量の駐車支援装置を備えた車両を実現することができる。

本発明は、フレームバッファを用いずに、簡単な演算処理によって、表示走査に合わせて適切な幅を持たせた曲線を描画することが可能となる効果を有し、任意の曲線に対して幅を持った曲線を描画する曲線描画装置及び曲線描画方法、並びにこの曲線描画装置を用いた駐車支援装置及び車両等に有用である。

本発明の第１の実施形態における曲線描画装置の構成を示すブロック図 本実施形態の曲線描画装置における描画方法の説明図 本実施形態の曲線描画装置における水平方向の幅付け方法の説明図 本実施形態の曲線描画装置における垂直方向の幅付け方法の説明図 第１の実施形態の曲線描画装置における描画出力例を示す説明図 本発明の第２の実施形態における曲線描画装置の構成を示すブロック図 第２の実施形態の曲線描画装置における描画出力例を示す説明図 本発明の第３の実施形態に係る駐車支援装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１ パラメータ入力手段
２ 座標演算手段
３ 傾き演算手段
４ 水平幅付け手段
５ 垂直幅付け手段
６ 選択手段
７ 統合手段
８ 出力手段
１０ 車両信号入力部
１１ 曲線描画装置
１２ カメラ
１３ 映像信号処理部
１４ 表示部
２０ 駐車支援装置
３０ 車両

Claims (4)

1. 描画対象の曲線の情報を取得する曲線情報取得手段と、
   前記曲線の情報に基づき描画すべき座標を求める座標演算手段と、
   前記曲線の座標に対して水平方向に幅付けする処理を行う水平幅付け手段と、
   前記曲線の座標に対して垂直方向に幅付けする処理を行う垂直幅付け手段と、
   前記曲線の接線の傾きを算出する傾き演算手段と、
   前記接線の傾きに基づき、前記水平幅付け手段による幅付けと前記垂直幅付け手段による幅付けとを選択切替する選択手段と、
   前記選択手段による選択結果を曲線の描画情報として出力する出力手段と、
   を備え、フレームバッファを使用しない構成としたことを特徴とする曲線描画装置。
2. 描画対象の曲線の情報を取得する曲線情報取得手段と、
   前記曲線の情報に基づき描画すべき座標を求める座標演算手段と、
   前記曲線の座標に対して水平方向に幅付けする処理を行う水平幅付け手段と、
   前記曲線の座標に対して垂直方向に幅付けする処理を行う垂直幅付け手段と、
   前記水平幅付け手段による幅付けと前記垂直幅付け手段による幅付けとの統合を行う統合手段と、
   前記統合手段による統合結果を曲線の描画情報として出力する出力手段と、
   を備え、フレームバッファを使用しない構成としたことを特徴とする曲線描画装置。
3. 請求項１または２に記載の曲線描画装置を備え、
   車両の状態を取得する状態取得手段と、
   前記車両の状態に基づいて前記曲線描画装置により当該車両の予想進路線を描画する進路描画手段と、
   前記予想進路線を表示する表示手段と、
   を備える駐車支援装置。
4. 請求項３に記載の駐車支援装置を搭載した車両。

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