JP4910529B2 - 障害物検出システム及び障害物検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の外部を撮像する赤外線撮像装置が撮像した画像データに基づいて、歩行者等の障害物が存在するか否かを精度良く検出することができるよう赤外線撮像装置を調整することが可能な障害物検出システム、及び障害物検出方法に関する。
自動車等の車両に周囲を撮像する撮像装置を搭載し、車両前方の障害物、例えば歩行者等の存在を検出する障害物検出システムを利用して、自車両の前方に障害物が存在することを検出した場合に運転者に対して警告を発する警告システムが多々開発されている。
斯かる障害物検出システムでの1つであるナイトビジョンシステムでは、車両の夜間走行の安全を確保すべく、赤外線撮像装置により歩行者、自転車等の障害物の存在を検出している。通常は、車両前方の所定の位置に、左右2基の赤外線撮像装置を設置し、ステレオ視により検出した障害物までの距離を算出している。
例えば左右の赤外線撮像装置で撮像した画像から、所定の基準パターンとパターンマッチングすることにより障害物、例えば人間が存在すると考えられる領域を検出し、ステレオ視により該領域までの距離を算出し、所定の距離内である場合に運転者へ通知することにより、車両走行の安全を確保している。
赤外線撮像装置は、複数の撮像素子で構成されており、撮像素子で出力された輝度値をA/D変換して、デジタル信号として出力する。左右別個に配置された赤外線撮像装置で撮像する場合、対象物が同一であっても検出される熱量が相違し、出力値が相違する。したがって、ステレオ視により検出した障害物までの距離を正確に算出するためには、同一の対象物であることを確実に検出することができるよう、同一の対象物の撮像データの輝度値が同一となるよう赤外線撮像装置の出力値を補正する必要がある。
例えば非特許文献1では、撮像素子ごとに相違している感度の非均一性を補正する方法の代表例であるNUC(Non-Uniformity Correction)について開示されている。非特許文献1では、撮像素子の応答特性が線形であることを前提として、撮像素子ごとの所定の温度に対する出力値を補正するオフセット補正値、及び撮像素子ごとの所定の温度変化率に対する出力値の差異を補正するゲイン補正値を算出して、赤外線撮像装置からの出力値を補正している。
「IR−CCD撮像データのリアルタイム2点補正(Real-time implementation of two-point non-uniformity correction for IR-CCD imagery)」、SPIE Proc. 、 Vol.2598、p.44−50、1995年
しかし、上述した撮像装置の出力値の補正方法では、赤外線撮像装置ごとにNUCを実施していることから、同一の表面温度に対して同一の輝度値を出力している保証が無い。したがって、ステレオ視により障害物までの距離を測定する場合、同一の対象物に対する2基の赤外線撮像装置から出力される輝度値が相違することから、測定される距離の精度を向上することが困難であるという問題点があった。
また、赤外線撮像装置の出力値は、撮像素子の個々の特性のバラツキ、周囲温度の変動に伴うオフセットのドリフト等によりノイズが重畳することから、定期的に補正する必要がある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、撮像素子の出力値を補正するオフセット補正値を、障害物として検出されるべき特徴領域に基づいて算出することにより、複数の赤外線撮像装置での同一対象物に対する出力値を略同一にすることができる障害物検出システム及び障害物検出方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために第1発明に係る障害物検出システムは、車両の周辺を撮像して、マトリックス状に配列された撮像素子ごとに、所定の温度に対する出力値を補正するオフセット補正値及び所定の温度変化率に対する出力値の差異を補正するゲイン補正値で補正された画像データを出力する複数の赤外線撮像装置と、複数の赤外線撮像装置でそれぞれ撮像した画像データを取得して画像中の障害物の存在を検出する検出装置とを有し、前記検出装置は、複数の赤外線撮像装置から取得した画像データごとに障害物候補領域を特定する障害物候補領域特定手段と、前記障害物候補領域から所定の特徴量が所定の閾値以上である特徴領域をそれぞれ抽出する特徴領域抽出手段と、抽出された特徴領域に基づいて障害物が存在するか否かを判定する障害物判定手段とを備える障害物検出システムにおいて、前記検出装置は、抽出された特徴領域に対応する撮像素子ごとの出力値の平均値を全ての赤外線撮像装置につき算出する手段と、算出された平均値と一致する出力値となるように各赤外線撮像装置について撮像素子ごとにオフセット補正値の補正量を算出するオフセット補正算出手段と、算出された補それぞれの赤外線撮像装置へ送信する手段とを備え、前記赤外線撮像装置は、算出された補を受信する手段と、受信した補に基づいて撮像素子ごとの出力値を補正して出力する手段とを備えることを特徴とする。
また、第2発明に係る障害物検出システムは、第1発明において、前記検出装置は、オフセット補正値を所定のタイミングで算出して前記赤外線撮像装置へ送信するようにしてあることを特徴とする。
また、第3発明に係る障害物検出システムは、第1又は第2発明において、特徴領域抽出手段は、前記障害物候補領域を所定の大きさを有する複数の小領域に分割する手段と、分割された小領域ごとに出力値のばらつきを算出する手段とを備え、ばらつきが最も少ない小領域を特徴領域として抽出するようにしてあることを特徴とする。
また、第4発明に係る障害物検出方法は、車両の周辺を撮像して、マトリックス状に配列された撮像素子ごとに、所定の温度に対する出力値を補正するオフセット補正値及び所定の温度変化率に対する出力値の差異を補正するゲイン補正値で補正された画像データを出力する複数の赤外線撮像装置と、複数の赤外線撮像装置でそれぞれ撮像した画像データを取得して画像中の障害物の存在を検出する検出装置とを用い、前記検出装置が、複数の赤外線撮像装置から取得した画像データごとに障害物候補領域を特定し、前記障害物候補領域から所定の特徴量が所定の閾値以上である特徴領域をそれぞれ抽出し、抽出された特徴領域に基づいて障害物が存在するか否かを判定する障害物検出方法において、前記検出装置で、抽出された特徴領域に対応する撮像素子ごとの出力値の平均値を全ての赤外線撮像装置につき算出し、算出された平均値と一致する出力値となるように各赤外線撮像装置について撮像素子ごとにオフセット補正値の補正量を算出し、算出された補それぞれの赤外線撮像装置へ送信し、複数の前記赤外線撮像装置ごとに、算出された補を受信し、受信した補に基づいて撮像素子ごとの出力値を補正して出力することを特徴とする。
第1発明、及び第4発明では、検出装置が、複数の赤外線撮像装置から取得した画像データごとに障害物候補領域を特定し、障害物候補領域から所定の特徴量が所定の閾値以上である特徴領域をそれぞれ抽出し、抽出された特徴領域に基づいて障害物が存在するか否かを判定する。検出装置は、抽出された特徴領域に対応する撮像素子ごとの出力値の平均値を全ての赤外線撮像装置につき算出し、算出された平均値と一致する出力値となるように各赤外線撮像装置について撮像素子ごとにオフセット補正値の補正量を算出し、算出された補それぞれの赤外線撮像装置へ送信する。複数の赤外線撮像装置ごとに、算出された補を受信し、受信した補に基づいて撮像素子ごとの出力値を補正して出力する。画像データ中の特徴領域、例えば歩行者の頭部等の出力値の平均値に基づいてオフセット補正値の補正量を算出して、赤外線撮像装置へフィードバックすることにより、複数の赤外線撮像装置で同一対象物を撮像した場合に出力される輝度値を略同一にすることができ、障害物の検出精度を向上することができ、例えばステレオ視により障害物までの距離を測定する場合には、距離をより正確に推定することが可能となる。
第2発明では、検出装置は、オフセット補正値を所定のタイミングで算出して赤外線撮像装置へ送信する。これにより、赤外線撮像装置のオフセット補正値を所定のタイミング、例えば一定時刻、一定時間間隔等で補正することができ、特にメンテナンス処理を施すことなく複数の赤外線撮像装置で同一対象物を撮像した場合に出力される輝度値を略同一にすることが可能となる。
第3発明では、検出装置は、障害物候補領域を所定の大きさを有する複数の小領域に分割し、分割された小領域ごとに出力値のばらつきを算出し、ばらつきが最も少ない小領域を特徴領域として抽出する。これにより、同一の対象物に対する出力輝度値が大きく変動していない領域、すなわち輝度値が最も均一である領域を基準としてオフセット補正値を算出することができ、複数の赤外線撮像装置で同一対象物を撮像した場合に出力される輝度値を、より同一に近づけることが可能となる。
本発明によれば、画像データ中の特徴領域、例えば歩行者の頭部等の出力値の平均値に基づいてオフセット補正値を算出して、赤外線撮像装置へフィードバックすることで、複数の赤外線撮像装置で同一対象物を撮像した場合に出力される輝度値を略同一にすることができ、障害物の検出精度を向上することができ、例えばステレオ視により障害物までの距離を測定する場合には、距離をより正確に推定することが可能となる。
図1は、本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの構成を示す模式図である。本実施の形態では、夜間走行中に周辺の画像を撮像する遠赤外線撮像装置1、1を、車両前方の中央近傍のフロントグリル内の左右方向に並置している。なお、遠赤外線撮像装置1は、波長が7〜14マイクロメートルの赤外光を用いた撮像装置である。また、遠赤外線撮像装置1に限定されるものではなく、例えば波長が0.8〜3マイクロメートルの赤外光を用いた撮像装置である近赤外線撮像装置であっても良い。遠赤外線撮像装置1、1で撮像された画像データは、NTSC等のアナログ映像方式、又はデジタル映像方式に対応した映像ケーブル7を介して接続してある検出装置3へ送信される。
検出装置3は、遠赤外線撮像装置1、1の他、操作部を備えた表示装置4とは、NTSC、VGA、DVI等の映像方式に対応したケーブル8を介して接続されており、音声、効果音等により聴覚的な警告を発する警報装置5等の出力装置とは、CANに準拠した車載LANケーブル6を介して接続されている。
図2は、本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの遠赤外線撮像装置1の構成を示すブロック図である。画像撮像部11は、光学信号を電気信号に変換する撮像素子をマトリックス状に備えている。赤外光用の撮像素子としては、マイクロマシニング(micromachining)技術を用いた酸化バナジウムのボロメータ型、BST(Barium−Strontium−Titanium)の焦電型、SOI(Silicon−On−Insulator)ダイオード方式等の赤外線センサを用いている。画像撮像部11は、車両の周囲の赤外光像を輝度信号として読み取り、読み取った輝度信号を信号処理部12へ送信する。
信号処理部12は、LSIであり、画像撮像部11から受信した輝度信号をRGB信号等のデジタル信号に変換し、撮像素子の感度ばらつきを補正する処理、欠陥素子の補正処理、ゲイン制御処理等を行い、画像データとして画像メモリ13へ記憶する。なお、画像データを画像メモリ13へ一時記憶することは必須ではなく、映像出力部14を介して直接検出装置3へ送信しても良いことは言うまでもない。
図3は、本発明の実施の形態に係る遠赤外線撮像装置1の信号処理部12の構成を示すブロック図である。信号処理部12は、LSI16が動作を制御するA/D変換部121、NUC(Non-Uniformity Correction)処理部122、BPR(Bad-Pixel Replacement)処理部123、及びフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、SRAM等の一時記憶用メモリであるRAM125で構成されている。
信号処理部12は、画像撮像部11から受信した輝度信号をA/D変換部121でデジタル信号に変換し、NUC(Non-Uniformity Correction)処理部122で撮像素子ごとに出力された輝度信号を補正する。
NUC処理部122では、キャリブレーションによる補正係数として、撮像素子ごとに所定の温度に対する出力値を補正するオフセット補正値、及び撮像素子ごとに所定の温度変化率に対する出力値の差異を補正するゲイン補正値を算出して、輝度信号を補正する。例えばi行j列のマトリックス状に配列された撮像素子ごとの出力輝度値をVijとした場合、NUC処理部では(数1)に示す演算を行うことにより撮像素子ごとの輝度値をV’ijへ補正する。
Figure 0004910529
(数1)において、Gijはゲイン補正値を、Oijはオフセット補正値を示しており、例えば黒体炉、シャッター等の温度分布が均一である物体を撮像した場合の撮像素子ごとの出力輝度値に基づいて算出した値である。
本実施の形態では、検出装置3で抽出した障害物候補領域のうち、特徴量が所定の閾値以上である特徴領域での輝度値の平均値に基づいてオフセット補正値Oijを補正する。検出装置3は、オフセット補正値Oijの補正量OFBを遠赤外線撮像装置1、1へ送信し、遠赤外線撮像装置1、1は受信したオフセット補正値Oijの補正量OFBを用いて出力される輝度値を補正して出力する。
すなわち、信号処理部12のLSI16は、検出装置3からオフセット補正値Oijの補正量OFBを取得し、取得したオフセット補正値Oijの補正量OFB、RAM125に記憶してあるオフセット補正値Oij及びゲイン補正値Gij(初期状態は出荷時のキャリブレーションによるオフセット補正値Oij及びゲイン補正値Gij)を用いて、撮像素子ごとの出力輝度値をVijを、撮像素子ごとの輝度値をV’ijへ補正する。
通信インタフェース部14は、LSIであり、NTSC等のアナログ映像方式、又はデジタル映像方式に対応した映像ケーブル7を介して検出装置3に映像データを出力する。
図4は、本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの検出装置3の構成を示すブロック図である。撮像装置入出力部31aは、遠赤外線撮像装置1、1から映像信号の入力を行う。撮像装置入出力部31aは、遠赤外線撮像装置1、1から入力された画像データを、1フレーム単位に同期させて画像メモリ32に記憶する。また、映像出力部31bは、映像ケーブル8を介して液晶ディスプレイ等の表示装置4に対して画像データを出力し、通信インタフェース部31cは車載LANケーブル6を介してブザー、スピーカ等の警報装置5に対して合成音等の出力信号を送信する。
画像メモリ32は、SRAM、フラッシュメモリ、SDRAM等であり、撮像装置入出力部31aを介して遠赤外線撮像装置1、1から入力された画像データを記憶する。
画像処理を行うLSI33は、画像メモリ32に記憶された画像データをフレーム単位で読出し、遠赤外線撮像装置1、1から取得した画像データに基づいて、障害物候補領域を特定する。LSI33は、遠赤外線撮像装置1、1から取得した画像データに基づいて、障害物候補領域から特徴量を抽出し、抽出された特徴量に基づいて障害物が存在するか否かを判定する。なお、RAM331は、演算処理の途上で生成したデータ及び算出した障害物の時系列的位置データを記憶する。
図5は、本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの検出装置3のLSI33の障害物検出処理の手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、歩行者等の障害物が存在する可能性のある障害物候補領域の抽出方法としてエッジ検出を用いる場合について説明する。もちろん、障害物候補領域の抽出方法はこれに限定されるものではない。
LSI33は、画像メモリ32に記憶してある画像データを読み出し(ステップS501)、画素値に基づいてエッジを抽出する(ステップS502)。エッジの抽出方法についても特に限定されるものではない。
LSI33は、抽出したエッジを含む障害物候補領域について、検出対象となる障害物の特徴量、例えば平均的な温度分布を示すテンプレートとマッチングすることによる相関値Rを算出し(ステップS503)、算出した相関値Rが所定値より大きい特徴領域が存在するか否かを判断する(ステップS504)。
LSI33が、相関値Rが所定値より大きい特徴領域が存在しないと判断した場合(ステップS504:NO)、LSI33は、障害物が存在しないものと判断し、ステップS501へ戻り、次のサンプリング時間での画像データを取得して、上述した処理を繰り返す。LSI33が、相関値Rが所定値より大きい特徴領域が存在すると判断した場合(ステップS504:YES)、LSI33は、障害物が存在するものと判断し、特徴領域の輝度値の平均値を算出する(ステップS505)。
なお、特徴領域が存在するか否かは、相関値Rに基づいて判断する方法に限定されるものではない。例えば存在するか否かを判断するのではなく、抽出された障害物候補領域を所定の大きさを有する複数の小領域に分割し、分割された小領域ごとに出される輝度値のばらつき、例えば輝度値の分散を算出して、最もばらつきが少ない小領域、すなわち輝度値の分布が最も均一である小領域を特徴領域として抽出する方法であっても良い。これにより、同一の対象物について同一の輝度値を出力している領域を基準として後述するオフセット補正値の補正量を算出することができ、異なる遠赤外線撮像装置1、1であっても同一の対象物については略同一の輝度値を出力することが可能となる。
LSI33は、算出した輝度値の平均値に基づいて、遠赤外線撮像装置1、1の撮像素子ごとのオフセット補正値の補正量を算出する(ステップS506)。具体的には、歩行者の頭部等の輝度値の平均値を算出して、算出した平均値と一致する輝度値を出力するように撮像素子のオフセット補正値Oij の補正量OFB を算出する。LSI33は、オフセット補正値Oij の補正量OFB を撮像装置入出力部31aを介して遠赤外線撮像装置1、1へ送信し(ステップS507)、後続の処理、例えば警告情報出力処理へと移行する(ステップS508)。
例えば警告情報出力処理では、LSI33が障害物が存在すると判断した場合、LSI33は、通信インタフェース部31を介して運転者に対して障害物の存在を報知する様々な手段を起動させる起動信号を、車載LANケーブル6を介して送出する。運転者へ障害物の存在を報知することにより、運転者に対して衝突回避動作を促すことが可能となる。
運転者に対して障害物の存在を報知する手段は、例えば表示手段4に対する警告表示を指示する指示信号の送出であり、警報手段5に対する鳴動を指示する鳴動指示信号の送出である。
検出装置3から、オフセット補正値Oijの補正量OFBを受信した遠赤外線撮像装置1、1の信号処理部12のLSI16は、例えばi行j列のマトリックス状に配列された撮像素子ごとの輝度値をVijとした場合、輝度値Vijを(数2)に従って撮像素子ごとの輝度値V’ijへ補正する。
Figure 0004910529
このようにすることで、温度分布が比較的均一である特徴領域、いわゆるホットスポットを撮像した場合の輝度値に基づいて随時遠赤外線撮像装置1、1のオフセット補正値を補正することができ、複数の遠赤外線撮像装置1、1にて同一の対象物を撮像した場合であっても、略同一の輝度値を出力することが可能となる。
なお、検出装置3で遠赤外線撮像装置1、1のオフセット補正値の補正量を算出するタイミングは特に限定されるものではなく、本実施の形態に係る障害物検出システムの起動時に算出しても良いし、一定時間間隔で算出するものであっても良い。一定時間間隔で遠赤外線撮像装置1、1のオフセット補正値の補正量を算出する場合には、特にメンテナンス処理を施すことなく複数の赤外線撮像装置1、1で同一対象物を撮像した場合に出力される輝度値を略同一にすることが可能となる。
以上のように本実施の形態によれば、画像データ中の特徴領域、例えば歩行者の頭部等の輝度値の平均値に基づいてオフセット補正値の補正量を算出して、赤外線撮像装置へフィードバックすることで、複数の赤外線撮像装置で同一対象物を撮像した場合に出力される輝度値を略同一にすることができ、障害物の検出精度を向上することができる。また、例えばステレオ視により障害物までの距離を測定する場合には、距離をより正確に推定することが可能となる。
なお、上述した実施の形態では、検出装置3のLSI33が、オフセット補正値の補正量を算出しているが、特にこれに限定されるものではなく、遠赤外線撮像装置1の信号処理部12のLSI16が算出して、RAM125に記憶してあるオフセット補正値を直接更新するものであっても良い。
本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの遠赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る遠赤外線撮像装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの検出装置のLSIの障害物検出処理の手順を示すフローチャートである。
符号の説明
1 遠赤外線撮像装置
3 検出装置
11 画像撮像部
12 信号処理部
13 画像メモリ
14 通信インタフェース部
15 内部バス
16、33 LSI
125 RAM

Claims (4)

  1. 車両の周辺を撮像して、マトリックス状に配列された撮像素子ごとに、所定の温度に対する出力値を補正するオフセット補正値及び所定の温度変化率に対する出力値の差異を補正するゲイン補正値で補正された画像データを出力する複数の赤外線撮像装置と、
    複数の赤外線撮像装置でそれぞれ撮像した画像データを取得して画像中の障害物の存在を検出する検出装置と
    を有し、
    前記検出装置は、
    複数の赤外線撮像装置から取得した画像データごとに障害物候補領域を特定する障害物候補領域特定手段と、
    前記障害物候補領域から所定の特徴量が所定の閾値以上である特徴領域をそれぞれ抽出する特徴領域抽出手段と、
    抽出された特徴領域に基づいて障害物が存在するか否かを判定する障害物判定手段と
    を備える障害物検出システムにおいて、
    前記検出装置は、
    抽出された特徴領域に対応する撮像素子ごとの出力値の平均値を全ての赤外線撮像装置につき算出する手段と、
    算出された平均値と一致する出力値となるように各赤外線撮像装置について撮像素子ごとにオフセット補正値の補正量を算出するオフセット補正算出手段と、
    算出された補それぞれの赤外線撮像装置へ送信する手段と
    を備え、
    前記赤外線撮像装置は、
    算出された補を受信する手段と、
    受信した補に基づいて撮像素子ごとの出力値を補正して出力する手段と
    を備えることを特徴とする障害物検出システム。
  2. 前記検出装置は、
    オフセット補正値を所定のタイミングで算出して前記赤外線撮像装置へ送信するようにしてあることを特徴とする請求項1記載の障害物検出システム。
  3. 特徴領域抽出手段は、
    前記障害物候補領域を所定の大きさを有する複数の小領域に分割する手段と、
    分割された小領域ごとに出力値のばらつきを算出する手段と
    を備え、
    ばらつきが最も少ない小領域を特徴領域として抽出するようにしてあることを特徴とする請求項1又は2記載の障害物検出システム。
  4. 車両の周辺を撮像して、マトリックス状に配列された撮像素子ごとに、所定の温度に対する出力値を補正するオフセット補正値及び所定の温度変化率に対する出力値の差異を補正するゲイン補正値で補正された画像データを出力する複数の赤外線撮像装置と、
    複数の赤外線撮像装置でそれぞれ撮像した画像データを取得して画像中の障害物の存在を検出する検出装置と
    を用い、
    前記検出装置が、
    複数の赤外線撮像装置から取得した画像データごとに障害物候補領域を特定し、
    前記障害物候補領域から所定の特徴量が所定の閾値以上である特徴領域をそれぞれ抽出し、
    抽出された特徴領域に基づいて障害物が存在するか否かを判定する障害物検出方法において、
    前記検出装置で、
    抽出された特徴領域に対応する撮像素子ごとの出力値の平均値を全ての赤外線撮像装置につき算出し、
    算出された平均値と一致する出力値となるように各赤外線撮像装置について撮像素子ごとにオフセット補正値の補正量を算出し、
    算出された補それぞれの赤外線撮像装置へ送信し、
    複数の前記赤外線撮像装置ごとに、
    算出された補を受信し、
    受信した補に基づいて撮像素子ごとの出力値を補正して出力することを特徴とする障害物検出方法。
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