JP4760272B2 - 車両周辺監視装置及びセンサユニット - Google Patents

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Description

本発明は、車両の周辺の画像に含まれている物体を強調して表示することができる車両周辺監視装置、及び該車両周辺監視装置に用いて好適なセンサユニットに関する。
車両の隅部が他の障害物に衝突するのを防止するように運転者に対して駐車支援等を行う目的で、自動車周囲の状況を表示案内する技術が知られている。例えば、特許文献1には、カメラと、超音波センサ等とを一体化し、超音波センサにより障害物を検出した際に、車両に搭載しているナビゲーションシステムのディスプレイに対応するカメラで撮影した映像を表示する車両監視装置が開示されている。
特開2004−26012号公報
特許文献1に開示された車両周辺監視装置は、障害物を検出したときに、その障害物を撮影できるカメラで撮影した画像を表示するにすぎない。このため、表示された映像のどこに障害物等の注目すべきものがあるのかは、運転者自身が判断する必要がある。従って、障害物を認識或いは把握しづらい場合があり、また、情報の有用度が低い場合があった。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、障害物等を容易に識別可能に表示することを目的とする。
また、本発明は、ドライバーに有用な情報を提供できる車両周辺監視装置を提供することを他の目的とする。
上記目的を達成するため、この発明の車両周辺監視装置は、車両に装着された撮像手段と、前記撮像手段の周囲に前記撮像手段と一体で配設された複数の超音波センサと、前記複数の超音波センサの出力に基づいて、前記撮像手段の撮像範囲内に存在する物体の位置を検出する物体位置検出手段と、前記物体位置検出手段が検出した物体に対応する前記撮像手段が撮像した画像の位置に、所定の画像処理を施す表示制御手段と、を備え、前記複数の超音波センサには、超音波発信素子及び超音波受信素子を備える第1の超音波センサと、超音波受信素子を備える第2,3の超音波センサとが含まれ、前記第1,2,3の超音波センサの前記超音波受信素子は、前記第1の超音波センサの前記超音波発信素子から発信された超音波を受信し、前記第1,2,3の超音波センサが、前記撮像手段の光軸を取り囲むように配置されることで、前記第1の超音波センサの前記超音波発信素子、及び前記第1,2,3の超音波センサの前記超音波受信素子は、前記撮像手段の光軸の周囲に配置され、前記第1の超音波センサと前記第2の超音波センサを結ぶ線分の中点の垂線と、前記第1の超音波センサと前記第3の超音波センサを結ぶ線分の中点の垂線との交点は、前記撮像手段の光軸と一致することを特徴とする。
前記表示制御手段は、例えば、前記物体位置検出手段が検出した物体に対応する前記撮像手段が撮像した画像の位置に、所定の画像を合成する手段を備える。
例えば、前記撮像手段は、車両の進行方向の画像を取得し、前記超音波センサと前記物体位置検出手段とは、車両の進行方向の物体の位置を検出する。
また、前記車両周辺監視装置は、車両が移動する際の走行軌跡を予想する走行軌跡予想手段をさらに備え、前記表示制御手段は、前記物体位置検出手段により検出された物体のうち、前記走行軌跡予想手段により予想された軌跡内に位置する物体を予想された軌跡の外に位置する物体から識別可能に、前記撮像手段により撮影された画像を処理する。
上記目的を達成するため、この発明のセンサユニットは、車両に装着されたカメラと、記カメラと一体で配設された、1つの超音波発信素子と、前記超音波発信素子から発信された超音波の反射波を受信する少なくとも3つの超音波受信素子と、を備え、前記超音波発信素子は、第1の超音波センサに構成され、前記3つの超音波受信素子のうち、1つは、前記第1の超音波センサに構成され、他の2つは、それぞれ第2の超音波センサ及び第3の超音波センサに構成され、前記第1,2,3の超音波センサが、前記カメラの光軸を取り囲むように配置されることで、前記第1の超音波センサの前記超音波発信素子、及び前記第1,2,3の超音波センサの前記超音波受信素子は、前記カメラの光軸の周囲に配置され、前記第1の超音波センサと前記第2の超音波センサを結ぶ線分の中点の垂線と、前記第1の超音波センサと前記第3の超音波センサを結ぶ線分の中点の垂線との交点は、前記カメラの光軸と一致することを特徴とする
この発明によれば、撮像手段の周囲に超音波センサが配置されている。従って、撮像手段の視野の中心と物体検出手段が物体を検出する空間の中心とをほぼ一致させることが可能となる。従って、検出した物体の位置が撮像手段で取得した画像上のどこであるかを容易に判断し、必要に応じて、画像に反映することができる。
以下、本発明の実施形態に係る車両周辺監視装置について説明する。
(第1の実施形態)
本実施の形態の車両周辺監視装置は、図4に示すように、車両1に配置されるもので、コンピュータ2と、センサユニット3、ステアリングアングルセンサ4、表示装置5、車速センサ6などで構成されている。
センサユニット3は、カメラと超音波センサとを一体化した構成を有しており、自動車の後部のライセンスナンバのガーニッシュ部分等に搭載されている。
センサユニット3は、図1(a)に平面図で示すように、中央にカメラ31(レンズ)が配置され、その周囲に超音波センサ32、33、34と、温度センサ35とが配置された構成を有する。
カメラ31は、図1(b)に断面で示すように、超広角レンズ等を含む光学ユニット311、CCD(Charge Coupled Device)素子等の撮像素子312、鏡筒313などから構成されている。カメラ31は、センサユニット3のプレート315に固定され、車両1の進行方向(この場合、バック方向)の画像を取得し、コンピュータ2に供給する。なお、コンピュータ2に出力される映像は、ルームミラーで後方を見た場合と同じになるように表示装置5で表示するため、反転させている。
超音波センサ32は、超音波発信素子の機能と超音波受信素子の機能とを兼ね備える。具体的には、超音波センサ32は、図1(c)に断面で示すように、圧電素子321とカバー322等から構成され、圧電素子321にパルス電圧を印加することにより、発振して、共振器として機能するカバー322を介して超音波を発信する。一方、共振器として機能するカバー322を介して超音波を受けると、超音波に対応する圧力が圧電素子321に加わり、圧電素子321が起電力を生じ、この起電力を検出することにより、超音波を受信したことを検出することができる。
超音波センサ33と34とは、超音波の受信専用器であり、図1(c)に示す構成を有する。但し、圧電素子321に高周波信号を供給する構成を備えていない。
超音波センサ32〜34は、カメラ31のレンズ(光学ユニット)311の光軸(視野中心)Cの周囲に光軸を取り囲むように一体的に配置されており、超音波センサ32が発信した超音波が、障害物で反射された反射波を受信する。図1(a)において、超音波センサ32と33の中心を結ぶ線分の中点の垂線と、超音波センサ32と34を結ぶ線分の中点の垂線との交点は、光軸Cと一致している。
温度センサ35は、超音波の伝播速度を特定するために、外気温度を測定する。
図2(a)に示すように、超音波センサ32と超音波センサ33とは、鉛直方向に並んで配置されている。超音波センサ32と超音波センサ33の中間の位置がカメラ31の高さに一致する。
図2(b)に模式的に示すように、超音波センサ32が発信した超音波が、物体Bで反射された反射波を受信するまでの時間を測定することにより、三角測量の要領で物体BのY軸方向の位置y(座標値)とZ軸方向の位置(距離)zを判別することができる。
具体的に説明すると、次式が成立する。
L1=C・T1/2
L2=C・T2−L1
L1:超音波センサ32と物体Bとの距離
L2:超音波センサ33と物体Bとの距離
C:超音波の速度(=331+0.6F(m/s); F:温度センサ35で測定した外気の摂氏温度)
T1:超音波センサ32が超音波を発信から、超音波センサ32が反射波を受信するまでの時間
T2:超音波センサ32が超音波を発信から、超音波センサ33が反射波を受信するまでの時間
ここで、Dを超音波センサ32と超音波センサ33との距離とすると、yとzは次式で表される。
y =D/2−(D+L2−L1)/(2・D)
z =√{L2−((D+L2−L1)/(2・D)
なお、Y軸の原点は、超音波センサ32と超音波センサ33との中間位置であり、ほぼ、カメラ31のレンズの位置(光軸cの位置)である。
また、図2(a)に示すように、超音波センサ32と超音波センサ34とは、水平方向に並んで配置されている。上述と同様の処理により、超音波センサ32が発信した超音波が、物体Bで反射された反射波を超音波センサ32と34で受信するまでの時間T1とT3を測定することにより、三角測量の要領で物体BのX軸方向の位置xと距離zを求めることができる。
なお、X軸の原点は、超音波センサ32と超音波センサ34との中間位置であり、ほぼ、カメラ31のレンズの位置(光軸Cの位置)である。
即ち、前述したように、超音波センサ32と33の中心を結ぶ線分の中点の垂線と、超音波センサ32と34を結ぶ線分の中点の垂線との交点が、光軸Cと一致するように、カメラ31及び超音波センサ32〜34はセンサユニット3上に一体的に位置調整して配置されている。
また、Z軸の原点は、超音波センサ32〜34との位置であり、ほぼ、カメラ31の撮像素子の位置である。
ステアリングアングルセンサ4は、ステアリングの内部に取り付けられており、ステアリング舵角を検出する。そして、検出されたステアリング舵角は、ステアリング舵角信号として、コンピュータ2に出力される。また、車速センサ6は、車速を検出し、検出された車速は、車速信号として、コンピュータ2に出力する。これらにより、コンピュータ2は、「自車両の移動量」を算出することが可能となる。
また、表示装置5は、画像を表示する手段であり、コンピュータ2を介して、カメラ31で撮影された映像などを表示するものである。
コンピュータ2は、例えば、ギアがバックに入力されたときに起動され、カメラ31が取得した画像と、超音波センサ32〜34が取得した物体の位置との情報とを合成して、表示装置5に表示する。
コンピュータ2は、図3に示すように、画像キャプチャ41と、超音波センサドライバ42と、A/D変換器43と、画像メモリ22と、ROM23と、CPU24と、RAM25と、表示制御装置26と、を備える。
画像キャプチャ41は、カメラ31で撮影された画像をディジタル画像データに変換する。
超音波ドライバ42は、CPU24からの指示に応答して、超音波センサ32の圧電素子321に高周波をパルスに印加して、超音波を発信させると共に内部タイマを起動し、超音波センサ32,33,34が反射波を受信するまでの各時間T1,T2,T3を求めて、CPU24に供給する。
A/D(アナログ/ディジタル)変換器43は、温度センサ35からの温度信号をディジタル信号に変換する。
画像メモリ22は、カメラ31により生成され、画像キャプチャ41で取得された画像データを記憶する。CPU24は、画像メモリ22に記憶された画像データを操作・処理できる。
ROM23は、CPU24の動作を制御するためのプログラムを記憶する。また、ROM23は、後述する画像処理を実行するための様々な固定データを記憶する。
CPU24は、ROM23に格納されているプログラムを実行することにより、カメラ31により取得された画像を表示装置5に表示し、超音波センサ32〜34により物体(例えば、障害物)を検出し、さらに、この画像上に物体を示す表示を合成する。
RAM25は、CPU24のワークエリアとして機能する。
表示制御装置26は、CPU24の制御下に、表示装置5を制御する。
なお、ステアリングアングルセンサ4と車速センサ6もバスを介してCPU24に測定データを供給する。
次に、上記構成の車両周辺監視装置の動作を説明する。
まず、車両1のギアがバックに入れられると、コンピュータ2が起動される。コンピュータ2は、車両1のギアがバックに入れられている間、一定の割込周期で、図5の物体検出処理を実行する。
まず、コンピュータ2(特にCPU24)は、超音波センサドライバ42を制御して、超音波センサ32に、超音波を発信させると共に内部タイマを起動させる(ステップS11)。超音波センサドライバ42は、CPU24からの指示に応答して、超音波センサ32に発振信号を供給して、超音波を発信させると共に超音波センサ32、33、34が反射を受信するまでの時間を測定する。
続いて、CPU24は、超音波センサドライバ42から、各超音波センサ32〜34が反射波を受信したか否か、受信している場合には、受信までの時間T1〜T3を示す情報を受信する(ステップS12)。
続いて、CPU24は、各超音波センサ32〜34が反射波を受信したか否かを示している情報、及び、受信までの時間T1〜T3を示す情報に基づいて、図2(b)を参照して説明したように、物体の有無、物体が存在する場合には、その位置((x,y,z)座標位置)を判別する(ステップS13)。
CPU24は、上述の処理を定期的に実行し、物体の有無及びその位置の最新情報を適宜取得する。
また、コンピュータ2は、車両1のギアがバックに入れられると、表示装置5にそれまで行っていた表示を中断させ、車両1の後方の画像を表示させる処理を実行する。
この後方画像表示処理を図6を参照して説明する。
まず、コンピュータ2(特にCPU24)は、画像キャプチャ41を介してカメラ31が取得した車両1の後方の画像を取り込み画像メモリ22上に記憶する(ステップS21)。
続いて、CPU24は、図5を参照して説明した物体検出処理で検出した物体の有無を判別し、物体が存在する場合には、その物体の位置を特定する(ステップS22)。
さらに、CPU24は、物体(潜在的な障害物)を示す半透明の顕在化画像、例えば、図7(a)に示すような画像Mを、カメラ31からの後方の画像の、ステップS13で特定された(x,y)座標位置に重ねて、画像メモリ22上に展開する(ステップS23)。これにより、例えば、図7(b)に示すように、検出された物体とこの物体の存在を強調する画像Mとを含む後方の画像が生成される。
なお、このとき、カメラ31で得られた画像上の座標の原点(光軸位置)と超音波センサ32〜34により求められる物体のx,y座標の原点とは一致する。このため、視点変換などの特段の処理は必要なく、画像の合成が容易である。
続いて、CPU24は、画像メモリ22上に記憶した画像を表示制御装置26を介して表示装置5に表示する(ステップS24)。
CPU24は、周期的割込処理等で図6の後方画像表示処理を実行する。従って、表示装置5には、刻一刻と変化する車両1の後方の画像と、その画像内に存在する物体(障害物(の候補))の位置に配置された顕在化画像Mとが表示される。即ち、障害物等は強調表示されている。従って、ドライバは表示装置5の画面上で容易に障害物を識別して車両を操作することができる。
(第2の実施形態)
上記第1の実施形態では、超音波センサ32〜34で判別した物体を全て障害物として、その画像にマークを付加したが、車両運行上の障害物となる物体のみを抽出して強調表示するようにしてもよい。
以下、このような実施の形態を説明する。
続いて、コンピュータ2(特にCPU24)は、内部タイマ割込などにより、周期的に図8に示す走行軌跡予想処理を行う。
まず、コンピュータ2(特にCPU24)は、ステアリングアングルセンサ4により、現在のステアリング舵角信号を読み出し(ステップS31)、現在の自車両1の旋回半径を算出する(ステップS32)。現在の自車両1の旋回半径から自車両1の走行予想軌跡(の位置データ)を算出する(ステップS33)。この際、車両1の断面のサイズ等は当然考慮する。続いて、画像メモリ22上に記憶されているカメラ31からの後方の画像上に、走行予想軌跡(の位置データ)を3次元的に投影する(ステップS34)。これにより、表示装置5上には、図9に例示するように、予想軌跡線(表示形態は線に限らない)が表示される。
続いて、CPU24は、自車両1の走行予想軌跡の外縁の内側に物体が存在するか否かをステップS13の処理結果に基づいて把握する。そして、自車両1の走行予想軌跡の内側に物体が存在するか否かを、予想軌跡の座標とステップS13で判別された各物体の座標とに基づいて判別する(ステップS35)。具体的には、例えば、自車両1の走行予想軌跡(の位置データ)で囲まれた領域に、ステップS13で判別された任意の物体の位置データが存在するか否かで判断される。
ここで、自車両1の走行予想軌跡の内側に物体が存在すると判断する場合には(S35:Yes)、ステップS36に進んで、顕在化表示(マーク)Mを合成表示する等の処理を行って終了する。
一方、自車両1の走行予想軌跡の内側に物体が存在すると判断しない場合には(S35:No)、ステップS36の処理を行うことなく終了する。
コンピュータ2は、このような動作を繰り返すことにより、図9(a)に示すように、刻一刻と変化する車両1の予想軌跡内に位置する障害物を強調表示し、障害とならない物体を強調表示せずに表示装置5に表示する。従って、ドライバは、容易に障害物を判別してドライブ(バック)を行うことができる。
さらに、図9(b)に示すように、距離が近いもの(z座標値が基準より小さいもの)をよりわかりやすく(例えば、大きなマークを付して)強調表示し、距離が遠いもの(z座標値が基準より大きいもの)をあまり目立たないように(例えば、小さなマークや薄いマークを付して)強調表示してもよい。さらに、基準距離を2段階以上に設定してもよい。さらに、例えば、マークの近傍に、物体(障害物)までの距離(z値)を表示する等してもよい。
また、車速センサ6からの車速情報を取り込み、車速が早いときにはより遠いものでも警告度を高め、車速が遅いときには警告度を低めるような処理を行ってもよい。
この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
マークの種類や形状、さらに、表示の仕方は任意である。例えば、前述したように検出した物体(障害物)に重ねて表示してもよく、或いは、検出した物体(障害物)の脇に添えて表示するようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、センサユニット3上に、カメラ31と3つの超音波センサ32〜34を配置したが、例えば、図10(a)に示すように、カメラ31の光軸Cを中心とする位置に、さらに、第4の超音波センサ36を配置し、カメラ31の光軸Cと原点を一致させつつ、物体の位置をより正確に判別するようにしてもよい。
超音波センサ32〜34の配置や位置は任意であり、図10(b)に示すようにカメラ31(の光軸C)を中心として、正三角形の頂点位置に超音波センサを配置することも可能である。
なお、超音波を受信する受信素子として機能する超音波センサはx,y,z座標値を求めるために少なくとも3つ以上必要であるが、3つ以上であれば、その数は問わない。
上記の説明では、車両1のバック時に後方を監視する場合に、この発明を適用したが、センサユニット3を車両1の前方や、ドア、ハッチバックドアなどにも配置し、通常の走行時、停止時、バック時等の任意のタイミングで、前方向、側方向、などの任意の方向を監視するために使用することも可能である。
上述したシステム構成やフローチャートは一例であり、任意に変更可能である。例えば、カメラ31を遠(近)赤外線等で画像をとらえる赤外線カメラを使用することも可能である。また、超音波センサ32〜34の出力を、A/D変換器を介してCPU24に供給し、CPU24が超音波発信の制御を行ったり、反射波を受信するまでの時間T1〜T3を測定する等してもよい。
理解を容易にするため、カメラ31で取得する画像の中心(光軸Cの位置)を画像のX−Y座標系の原点及び超音波センサ32〜34、36で取得される物体の位置のX−Y座標系の原点としたが、これに限定されるものではない。座標系や原点の取り方は任意である。いずれの座標系或いは基準点を選択した場合でも、カメラ31の光軸Cの周囲・近傍にカメラ31を囲むように超音波センサ32〜34,36を配置しユニット化することにより、このユニットで取得されたデータの対応関係が優れたものとなり、その後の処理が容易である。
また、超音波センサー32〜34,36を結ぶラインの中心線を通る垂線の交点とカメラ31の光軸Cを一致させたが、厳格に一致する必要はなく、許容範囲内で適宜設定可能である。
また、コンピュータに上述の処理を実行させるためのコンピュータプログラムを、任意の記録媒体やネットワークを介してROMに格納するようにしてもよい。
本発明の実施形態に係るセンサユニットの構成を説明するための図であり、(a)はセンサユニット全体の平面図、(b)はカメラの断面図、(c)は超音波センサの断面図である。 (a)は図1(a)に示すセンサユニットに配置された超音波センサの配置を示す図、(b)は物体までの距離御測定手法を説明するための図である。 コンピュータの構成を説明するためのブロック図である。 車両の構成を説明するための図である。 物体(障害物)の位置を測定する処理を説明するためのフローチャートである。 画像を表示する処理を説明するためのフローチャートである。 (a)は、障害物を強調表示するための付加記号の例を示す図、(b)は、車両の後方の画像内の障害物を強調表示した表示の例である。 第2の実施形態に係る走行軌跡予想処理のフローチャートである。 (a)、(b)共に、車両の後車両の後方の画像上に、車両の予想軌跡を表示し、さらに、予想軌跡内の障害物を強調表示した表示例を示す図である。 センサユニットの変形例を示す図である。
符号の説明
2 コンピュータ(障害物検知手段、表示手段)
3 センサユニット
4 ステアリングアングルセンサ
5 表示装置(表示手段)
6 車速センサ
22 画像メモリ
23 ROM
24 CPU
26 表示制御装置
31 カメラ (撮像手段)
32〜34、36 超音波センサ
35 温度センサ
41 画像キャプチャ
42 超音波センサドライバ

Claims (5)

  1. 車両に装着された撮像手段と、
    前記撮像手段の周囲に前記撮像手段と一体で配設された複数の超音波センサと、
    前記複数の超音波センサの出力に基づいて、前記撮像手段の撮像範囲内に存在する物体の位置を検出する物体位置検出手段と、
    前記物体位置検出手段が検出した物体に対応する前記撮像手段が撮像した画像の位置に、所定の画像処理を施す表示制御手段と、
    を備え、
    前記複数の超音波センサには、超音波発信素子及び超音波受信素子を備える第1の超音波センサと、超音波受信素子を備える第2,3の超音波センサとが含まれ、前記第1,2,3の超音波センサの前記超音波受信素子は、前記第1の超音波センサの前記超音波発信素子から発信された超音波を受信し、
    前記第1,2,3の超音波センサが、前記撮像手段の光軸を取り囲むように配置されることで、前記第1の超音波センサの前記超音波発信素子、及び前記第1,2,3の超音波センサの前記超音波受信素子は、前記撮像手段の光軸の周囲に配置され、
    前記第1の超音波センサと前記第2の超音波センサを結ぶ線分の中点の垂線と、前記第1の超音波センサと前記第3の超音波センサを結ぶ線分の中点の垂線との交点は、前記撮像手段の光軸と一致することを特徴とする車両周辺監視装置。
  2. 前記表示制御手段は、前記物体位置検出手段が検出した物体に対応する前記撮像手段が撮像した画像の位置に、所定の画像を合成する手段を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の車両周辺監視装置。
  3. 前記撮像手段は、車両の進行方向の画像を取得し、
    前記超音波センサと前記物体位置検出手段とは、車両の進行方向の物体の位置を検出する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の車両周辺監視装置。
  4. 車両が移動する際の走行軌跡を予想する走行軌跡予想手段をさらに備え、
    前記表示制御手段は、前記物体位置検出手段により検出された物体のうち、前記走行軌跡予想手段により予想された軌跡内に位置する物体を予想された軌跡の外に位置する物体から識別可能に、前記撮像手段により撮影された画像を処理する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の車両周辺監視装置。
  5. 車両に装着されたカメラと、
    記カメラと一体で配設された、1つの超音波発信素子と、前記超音波発信素子から発信された超音波の反射波を受信する少なくとも3つの超音波受信素子と、
    を備え、
    前記超音波発信素子は、第1の超音波センサに構成され、
    前記3つの超音波受信素子のうち、1つは、前記第1の超音波センサに構成され、他の2つは、それぞれ第2の超音波センサ及び第3の超音波センサに構成され、
    前記第1,2,3の超音波センサが、前記カメラの光軸を取り囲むように配置されることで、前記第1の超音波センサの前記超音波発信素子、及び前記第1,2,3の超音波センサの前記超音波受信素子は、前記カメラの光軸の周囲に配置され、
    前記第1の超音波センサと前記第2の超音波センサを結ぶ線分の中点の垂線と、前記第1の超音波センサと前記第3の超音波センサを結ぶ線分の中点の垂線との交点は、前記カメラの光軸と一致することを特徴とするセンサユニット。
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