JP4848795B2 - ステレオカメラ - Google Patents

Description

本発明は、左右のカメラから取り入れた２つの画像の視差を処理して前方の物体までの距離を算出するステレオカメラに関する。

従来より、２個のカメラの光軸を所定の間隔（基線長）だけ離して車両前方に向けて配置され、左右のカメラから取り入れた２つの画像の視差を処理することにより前方の物体までの距離を算出するステレオカメラが知られている。このステレオカメラは、対象物までの距離を測定するための距離測定装置として車両に搭載され、車間距離警報、障害物警報を発する衝突防止システムに利用されている。

図７に従来のステレオカメラの構造を示す。従来のステレオカメラは、右カメラ２１、左カメラ２２と、右カメラ２１と左カメラ２２とを所定の位置で保持したカメラステイ２３と、カメラステイ２３を車体取り付け部２５に固定する取り付け部２４とから構成されている。そしてステレオカメラは、取り付け部２４に設けられた取り付け穴２６、２７、２８を利用して３本のビスにより車体取り付け部２５に固定されている。

一般的に測定距離の誤差は、ステレオカメラの左右２個のカメラの配置精度に依存する。従って、２個のカメラの距離が変わったり、カメラの光軸が所定の方向よりずれたりした場合には、測定距離の誤差が生じ衝突防止システムの信頼性が低下する。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−８８６２３号公報（第１図）

しかしながら、ステレオカメラが搭載された自動車の車体取り付け部２５は、例えば駐車中に直射日光が照り付け高温になる。従来のステレオカメラは、カメラステイ２３に近い側を２個のビスにより取り付けていたために、取り付け部２４に設けられた取り付け穴２６、２７利用して車体の取り付け部に固定されている部分が車体取り付け部２５の取り付け穴２９と取り付け穴３０間隔に拘束される。これに対しカメラステイ２３は直接車体に固定されていないため自由に膨張するので、一体構造で構成される取り付け部２４とカメラステイ２３の間の膨張の違いによりカメラステイ２３の部分が歪んで左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じ距離測定の精度が低下するという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためなされたもので、過酷な環境下においても基線長やカメラの光軸のずれを防止して測距精度を維持できるステレオカメラを提供することを目的とする。

本発明のステレオカメラは、右カメラおよび左カメラと、右カメラと左カメラとを所定の位置で保持したカメラステイと、カメラステイを車両に固定する取り付け穴を有する取り付け部とを備え、取り付け穴は、右カメラと左カメラとを結ぶ基線に対し平行な複数の線上に配置されており、カメラステイから遠い平行線上に配置された取り付け穴の数を複数個とし、遠い平行線よりもカメラステイから近い平行線上に配置された取り付け穴の数を１個とした構成としている。

この構成により、取り付け部とカメラステイの膨張の違いによりカメラステイが歪んで
左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じることを防止し、測定精度を維持する。

また、本発明のステレオカメラは、上記の複数個の取り付け穴の数は２個であり、上記の１個の取り付け穴とで２等辺三角形を構成し、２等辺三角形の等しい２辺の頂点の位置に１個の取り付け穴を配置している。

この構成により、カメラステイの回転を防止し左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じることを防止し、測定精度を維持することができる。

また、本発明のステレオカメラは、１個の取り付け穴の位置は、前記右カメラと前記左カメラとを結ぶ基線長の中心としている。

この構成により、左右のカメラを均等に保持することができるので、走行中の振動や衝撃に対して安定性を確保することができる。

さらに、本発明のステレオカメラは、カメラステイと取り付け部は一体で形成している。

この構成により、組み立て時の取り付けによる誤差をなくし取り付け精度を向上することができる。

本発明のステレオカメラは、取り付け部とカメラステイの膨張の違いによりカメラステイが歪んで左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じる事を防止し、左右のカメラの位置のずれの発生を少なくし、測距精度を維持することができるという効果を有する。

以下、本発明の実施の形態におけるステレオカメラについて、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるステレオカメラの斜視図である。本発明のステレオカメラは、右カメラ１と、左カメラ２と、右カメラ１と左カメラ２とを所定の位置で保持したカメラステイ３と、カメラステイ３を車両に固定する取り付け穴を有する取り付け部４とを備え、取り付け穴５、６、７は、右カメラ１と左カメラ２とを結ぶ基線に対し平行な複数の線上に配置されており、カメラステイ３から遠い平行線上に配置された取り付け穴の数を複数個とし、遠い平行線よりもカメラステイ３から近い平行線上に配置された取り付け穴の数を１個とした構成としている。

カメラステイ３は長方形状の板で、中央部の後部端面から突出して取り付け部４が設けられている。カメラステイ３と取り付け部４は軽量で高い剛性を有し、かつ熱伝導率の良いアルミニウム合金により一体で構成されている。

このように一体で構成することによりカメラステイ３と取り付け部４を別の部材で構成する場合に比べ、組み立て時の取り付けによる誤差をなくし取り付け精度の良いステレオカメラを実現することができる。また、熱伝導率の良いアルミニウム合金を使用することによりステレオカメラの軽量化を実現し、またカメラステイ３の内部に実装された撮像処理回路基板からの熱を放熱効果が高いので信頼性の高いステレオカメラを実現することができる。

図１に示した座標軸において、ＰＩＴＣＨは右カメラ１と左カメラ２を結ぶ基線を軸とする回転を、ＲＯＬＬは右カメラ１と左カメラ２の光軸方向の回転を、ＹＡＷは右カメラ１と左カメラ２の基線および光軸で構成される平面と垂直方向を軸とする回転を示してい
る。

取り付け部４にはビスを通すための取り付け穴５、６、７が設けられている。

取り付け穴６と７は所定の間隔を持って配置され、取り付け穴５は基線方向において取り付け穴６と取り付け穴７の中心位置に配置されている。このように取り付け穴５、６、７は、取り付け穴５を等しい２辺の頂点とする２等辺３角形を構成するように配置されている。

このように取り付け穴を配置してカメラステイ３を取り付け部４を固定することにより、ＰＩＴＣＨ、ＲＯＬＬ、ＹＡＷ３方向の回転を防止し、左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じる事を防止し、測定精度を維持することができる。

また、取り付け穴５、６、７の配置は、右カメラ１と左カメラ２とを結ぶ基線に対し平行な２本の線上に配置されており、カメラステイ３から遠い平行線上に配置された取り付け穴の数を２個とし、遠い平行線よりもカメラステイ３から近い平行線上に配置された取り付け穴の数を１個としている。

このような配置にすることにより、車外の熱による膨張率が車体側取り付け部１１と取り付け部４の間で異なったとしても、カメラステイ３に近い方の取り付け穴５が１箇所のみなので、取り付け部４は車体側取り付け部１１側の取り付けピッチに拘束されず、車体側取り付け部１１の熱膨張による伸縮の影響を受けない。従って取り付け部４はカメラステイ３は一体となって膨張し、カメラステイ３は歪まないので、左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じることはなく距離測定の精度を維持することができる。

さらに、カメラステイ３側の取り付け穴５のカメラ基線長方向の位置はカメラ基線上で右カメラ１と左カメラ２の中心位置に設けている。この配置により、右カメラ１と左カメラ２を均等に保持することが出来るので、走行中の振動や衝撃に対して安定性を確保することができる。

図２は、本発明の実施の形態におけるステレオカメラの車体への取り付け状態を示した図である。車体側取り付け部１１には、車体側取り付け穴１２、１３、１４が設けられている。ステレオカメラは取り付け部４に設けられた取り付け穴５、６、７を通して３本のビス８、９、１０によって車体側取り付け部１１に締め付け固定される。

車両に搭載されたステレオカメラは、前方の物体の画像を右カメラ１、左カメラ２それぞれの内部の撮像素子から取り入れる。カメラステイ３の内部に実装された画像処理基板（図示せず）では、左右のカメラ内の２つの撮像素子より所定のタイミングで画像を取り入れ、取り入れた左右の画像のずれを処理することにより前方の物体までの距離を算出する。

これにより、ステレオカメラは前方車両との車間距離を検知し、また前方にある障害物までの距離を検知することができる。そしてあらかじめ設定された距離に入った場合には音や光により運転者にその旨の警告を発する。

図３から図６を用いて本発明の実施の形態におけるステレオカメラと、比較例のステレオカメラを使用して実験を行った結果について説明する。

図３は、実験に使用した本発明の実施の形態におけるステレオカメラの取り付け部４の取り付け穴５の配置図である。取り付け穴５はカメラステイ３から近い位置に配置し、取
り付け穴６と７はカメラステイ３から離れた位置に配置している。また、取り付け穴６と７は間隔を持って配置され、取り付け穴５は基線方向において取り付け穴６、７の中心位置に配置されている。

図５は、比較例のステレオカメラの取り付け部１４の取り付け穴１５から１８の配置図である。取り付け部１４の形状、大きさは、本発明の実施の形態にかかる取り付け部４と同じであり、また取り付け穴１７と１８は本発明の実施の形態にかかる取り付け部４の取り付け穴６と７と同じ位置に設けられている。カメラステイに近い側の取り付け穴１５、１６が２箇所設けられていることが本発明の実施の形態にかかる取り付け部４と異なり、他の条件は全て同じである。

図４は、図３の本発明の実施の形態におけるステレオカメラを車両に取り付けた場合の、周囲温度と左右のカメラの角度変位量との関係を示した図である。図４において、横軸はステレオカメラの周囲温度を示している。また、縦軸は右カメラ１の位置を基準とした左カメラ２とのＹＡＷ、ＰＩＴＣＨ、ＲＯＬＬ方向の角度変位量を示している。

左右カメラの角度変位量差をパラメータとしているのは、左右のカメラの基線方向や光軸方向の位置関係において左右のカメラが同じ方向に回転することは相対的な位置関係において基線や光軸のずれを生じないのに対し、左右のカメラが回転方向が異なり角度変位量が生じることは基線や光軸のずれを生じ距離測定精度の低下の原因となるからである。

また、ＹＡＷ、ＰＩＴＣＨ、ＲＯＬＬの回転の３方向の中で、特に右カメラ１と左カメラ２のＹＡＷ方向の回転方向が異なると、距離測定の対象物の方向に向かう左右のカメラの光軸がずれることになり、ステレオカメラの距離測定の精度低下への影響が大きい。

ここで、本発明の実施の形態におけるステレオカメラは１／３サイズで４０万画素の撮像素子１を用いるので１画素ピッチは６．３５μｍとなり、距離測定の精度を確保するためには、左右のカメラから取り入れた２つの画像のずれを撮像素子１の１画素のピッチに相当する６．３５μｍ以下に抑える必要がある。また、本発明の実施の形態におけるステレオカメラに使用する左右のカメラの画角は４３°であり、撮像素子１の受光面長さが４．９ｍｍであることからレンズの焦点距離は６．２ｍｍとなる。したがって１画素分のピッチをＹＡＷ方向の角度に換算すると、ピッチ６．３５μｍをレンズの焦点距離６．２ｍｍで割って０．０６°となる。

一方車両に搭載した場合の、ステレオカメラの周囲温度は寒冷地での使用や、夏季における太陽光の照射による温度上昇を考慮すると−４０℃から８５℃の範囲で距離測定の精度を確保する必要がある。

したがって周囲温度の変化を考慮した場合には、図４の点線に示すように−４０℃から８５℃の範囲でＹＡＷ方向の角度変位量を０．０６°以下に抑えることが必要になる。

図４に示すとおり周囲温度と角度変量差の関係は、２５℃を基準としているのでこのときに０°である。そして、周囲温度の低下と共に右カメラ１を基準として左カメラ２が図１のＹＡＷ方向（ステレオカメラの基線と光軸で構成される平面状に垂直な軸方向）の矢印向きの回転角度が大きくなる方向に変化する。逆に、周囲温度の上昇した場合には右カメラ１を基準として左カメラ２が図１のＹＡＷ方向の矢印の逆向きの回転角度が大きくなる方向に変化する。このように左右の角度変位量は周囲温度に対し一定の割合で変化する線形の特性を有する。

本発明の実施の形態における取り付け部４を用いて車両に取り付けた場合には、図４に
示すように周囲温度−４０℃におけるＹＡＷ方向の回転の変位量は、０．４６４°であり実用上問題のない値となった。また、上述のとおり周囲温度に対し角度変量差は一定の割合で変化する線形の関係にあるので、２５℃からの温度変化が対称の位置にある８５℃においても左右カメラのＹＡＷの変位量差が同程度となることが推定できる。

図６は、図５の比較例におけるステレオカメラを車両に取り付けた場合の周囲温度と左右のカメラの角度変位量との関係を示した図である。

図６における横軸および縦軸、それぞれの軸のスケールは図４と同様である。

従来の取り付け部を用いて車両に取り付けた場合には、−４０℃における右カメラ１の位置を基準とした右カメラ１と左カメラ２のＹＡＷ方向の角度変位量は、０．６０５°となり、本発明の実施の形態におけるステレオカメラを車両に取り付けた場合に比べて角度変位量は約１．３倍となり測定精度が大幅に低下する。

以上の結果を分析すると、本発明の実施の形態におけるステレオカメラを車両に取り付けた場合には、周囲の熱による膨張率が車体側取り付け部１１と取り付け部４の間で異なったとしても、カメラステイ３に近い取り付け穴が１箇所のみなので、取り付け部４は車体側取り付け部１１側の取り付けピッチに拘束されず、車体側取り付け部１１の熱膨張による伸縮の影響を受けない。従って取り付け部４はとカメラステイ３は一体で膨張し、カメラステイ３は歪まないので、左右のカメラの角度変位量を小さく押さえることができる。

一方、比較例におけるステレオカメラを車両に取り付けた場合には、周囲の熱による膨張率が車体側取り付け部１１と取り付け部４の間で異なった場合に、カメラステイ３に近い取り付け穴が２箇所あるので、取り付け部４は車体側取り付け部１１側の取り付けピッチに拘束され、車体側取り付け部１１の熱膨張による伸縮の影響を受ける。これに対しカメラステイ３は自由であるので、取り付け部４とカメラステイ３の伸びの違いによりカメラステイ３が歪み、左右のカメラの角度変位量が大きくなる。

以上説明したように本発明の実施の形態におけるステレオカメラは、取り付け穴を右カメラと左カメラとを結ぶ基線に対し平行な複数の線上に配置し、カメラステイから遠い平行線上に配置された取り付け穴の数を２個とし、カメラステイから近い平行線上に配置された取り付け穴の数を１個としたことにより、２つのカメラの位置のずれの発生を少なくし精度の高い距離測定を実現することができる。

本発明にかかるステレオカメラは、取り付け部とカメラステイの膨張の違いによりカメラステイが歪んで左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じる事を防止し、測距精度を維持することができるので、左右のカメラから取り入れた２つの画像の視差を処理して前方の物体までの距離を算出するステレオカメラとして有用である。

本発明の実施の形態におけるステレオカメラの斜視図 本発明の実施の形態におけるステレオカメラの車体への取り付け状態を示した図 本発明の実施の形態におけるステレオカメラの取り付け部を示す図 本発明の実施の形態におけるステレオカメラを用いた場合の左右カメラの角度変位量を示す図 比較例のステレオカメラの取り付け部を示す図 比較例のステレオカメラを用いた場合の左右カメラの角度変位量を示す図 従来のステレオカメラの斜視図

符号の説明

１ 右カメラ
２ 左カメラ
３ カメラステイ
４，１４ 取り付け部
５，６，７，１５，１６，１７，１８ 取り付け穴
８，９，１０ ビス
１１ 車体側取り付け部
１２，１３，１４ 車体側取り付け穴

Claims (4)

1. 右カメラおよび左カメラと、
   前記右カメラと前記左カメラとを所定の位置で保持したカメラステイと、
   前記カメラステイを車両に固定する取り付け穴を有する取り付け部と、を備え
   前記取り付け穴は、前記右カメラと前記左カメラとを結ぶ基線に対し平行な複数の線上に配置されており、
   前記カメラステイから遠い平行線上に配置された取り付け穴の数を複数個とし、
   前記遠い平行線よりもカメラステイから近い平行線上に配置された取り付け穴の数を１個とした
   ステレオカメラ。
2. 前記複数個の取り付け穴の数は２個であり、前記１個の取り付け穴とで２等辺三角形を構成し、前記２等辺三角形の等しい２辺の頂点の位置に前記１個の取り付け穴を配置した
   請求項１に記載のステレオカメラ。
3. 前記１個の取り付け穴の位置は、前記右カメラと前記左カメラとを結ぶ基線長の中心である
   請求項１または２に記載のステレオカメラ。
4. 前記カメラステイと前記取り付け部は一体で形成した
   請求項１から３のいずれかに記載のステレオカメラ。

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