JP4969111B2 - 車両の後方監視カメラ及び運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される車載カメラ装置及びそれを用い運転の支援を行う運転支援装置に係り、特に、車両後方における運転支援を行う装置に関する。

近年、方向転換や駐車場への駐車などの車両の後退時、車両後方の様子を車両後部に設けられた車載カメラにより撮影し、運転者に提供することで車両後方における運転者からの死角を低減して運転を支援する、いわゆるバックビューモニタと呼ばれる運転支援装置を備えた車両が普及してきている。最近では、単に後方の映像を表示するだけではなく、駐車区画線を映像にハイライト表示したり、ステアリング角に基づく車両の予測進路を表示したりして運転を支援する機能を有する運転支援装置も実現されてきている。

例えば、特開２００２−３２１５８１号公報には、車両の進行方向の映像を表示すると共に、ステアリング角に基づいて車両の進路を予測し、駐車車両などの対象物との接触を回避する駐車支援装置が開示されている。このような運転支援装置において、実際に駐車する場所の判定は、予め運転者が行うものであり、目的エリアに障害物があるか否か、或いは駐車するための空間が十分であるかどうかの判定は、運転者に委ねられていた。

このような従来の運転支援装置に対し、例えば特開２００３−２１３８号公報には、カメラ２台で構成されるステレオカメラにより撮像した映像を利用して障害物を検知し、運転者への警報、あるいは、ブレーキアシスト操作を行う、運転支援装置が開示されている。

特開２００２−３２１５８１号公報 特開２００３−２１３８号公報

特開２００３−２１３８号公報には、ステレオカメラを構成する２台のカメラを、リアウインド両隅の天井付近のボディに設置することが開示されている。このような位置にカメラを設けると、車両の形状によっては、カメラ部の突起が車両デザインを著しく損なう場合があり、また、ボディのゆがみから、２台のカメラの光軸がずれて、３次元距離測定の精度が低下する恐れもある。

ステレオカメラは、高価な装置でありながら使用機会は、車両の駐車や後退時に限られており、稼働率が低く、効果的に使用できていないという問題がある。さらに、高精度な制御を行うためには、高解像度の撮像素子が求められるが、画素の大きさは感度に比例し、同じ光学サイズで高解像度の撮像素子を用いると感度が低下し、夜間の３次元距離測定性能が低下する。同画素サイズで光学サイズの大きい撮像素子は非常に高価であり、車載用の部品としてのコスト的な問題も生じていた。

上述した課題を解決するために、本発明による運転支援装置は、複数台のカメラを有して構成される車両の後方監視カメラと該後方監視カメラにより撮像された映像情報を用いて運転支援を行う制御装置とを有する車両の運転支援装置において、前記制御装置は、シフトレバーの設定位置に応じて前記複数のカメラによって取り込まれる映像の画素数を切り替え、複数台のカメラは、ステーと該ステーの両側に設けられたカメラ機構部とから構成される共通する一つの部材に固定され、車両後部ナンバープレートが取り付けられる車両ボディの凹部の範囲であって、車両ボディに対して突起しない場所に備えられる。

好ましくは、複数台のカメラが固定される部材と同一の部材にカメラの撮像範囲を照らす複数の光源が固定される。これら複数の光源は、カメラが有する撮像素子の感度波長と同じ波長の光を発し、それぞれ独立して光量の調節がなされる。

車両デザインを損なうことがなく、３次元距離測定を行うために十分な精度を維持することのできる運転支援装置を実現できる。

図１は、本発明の一実施形態における運転支援装置の構成を示す概略ブロック図である。

運転支援装置は、後方監視用ステレオカメラ１０，第一の光源１１，第二の光源１２，コントロールユニット１３，アクセル制御装置１４，ステアリング制御装置１５，ブレーキ制御装置１６，車速センサ１７，Ｒレンジ検出手段１８，ステアリング操舵角センサ
１９，ナビゲーションシステム２０，アクティブヘッドレスト装置２１，エアバック装置２２を含んで構成される。

コントロールユニット１３は、白線や車両などを検出する図示しない前方監視用カメラと接続されていても良い。

これら各装置，手段は、ＣＡＮをなどの通信手段を介して相互に通信可能に接続されている。

図２は、後方監視用ステレオカメラの構成を示すブロック図である。後方監視用ステレオカメラ１０は、第一のカメラ１１０，第二のカメラ１２０、及び処理部１３０を含んで構成される。

第一のカメラ１１０及び第二のカメラ１２０は、同様の構成を有しており、それぞれレンズ等で構成される光学系１１１，光学系１１１を通して得られる映像を電気信号に変換する撮像素子１１２，撮像素子１１２により得られたアナログの電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１３を有する。図示しないが、光学系１１１は、レンズや偏向フィルタ，可視光カットフィルタなどを有して構成される。

撮像素子１１２としては、例えば、３８万画素以上の高解像度のものを用いるのが好ましい。高解像度の撮像素子を用いることにより、精度の高い画像処理を行うことができ、３次元距離測定精度を向上させ、また、装置の組み込み誤差や経時変化に伴う光軸ズレのために設ける補正シロを増やすことが可能となる。

ＡＤ変換器１１３は、１０ビット以上の分解能を持つ撮像素子用のＡＤ変換器であり、相関二重サンプリング（ＣＤＳ），プログラマブル・ゲイン・コントロール（ＰＧＡ），タイミングジェネレータ（ＴＧ）などの機能を有する。これらの機能が撮像素子１１２と１つの半導体チップ上に集積されたＣＭＯＳセンサを使えば、装置を小型化することが可能である。

処理部１３０は、画像処理ＬＳＩ１３１，ＣＰＵ１３２，ＣＡＮドライバ１３３，メモリ１３４，第一の光源駆動回路１３５，第二の光源駆動回路１４６を有して構成される。

画像処理ＬＳＩ１３１は、第一のカメラ１１０及び第二のカメラ１２０から出力されるデジタル映像出力を取り込み、映像の特徴量の抽出、２つのカメラの視差に基づく３次元距離測定などの処理を行うＬＳＩである。

ＣＰＵ１３２は、第一のカメラ１１０，第二のカメラ１２０のシャッタやゲインの制御を行うと共に、画像処理ＬＳＩ１３１による画像処理の結果に基づき得られる車両後方の障害物や接近車両などの情報を、ＣＡＮドライバ１３３，ＣＡＮバスなどの通信手段を通じて上位のコントロールユニット１３に転送する。また、第一の光源１１及び第二の光源１２に対する光量制限やオン，オフなどの制御を行う。

メモリ１３４は、画像データを一時的に記憶するバッファ，プログラムを格納するものである。画像処理ＬＳＩ１３１，ＣＰＵ１３２，メモリ１３４などは小型化のためマルチチップモジュールなどにより１チップ化されていても良い。

第一の光源駆動回路１３５，第二の光源駆動回路１３６は、それぞれ対応する光源のオン，オフと、光量を制御するためにＤＵＴＹ制御や電流制御を行う。第一の光源駆動回路１３５と第二の光源駆動回路１３６の発光波長は、撮像素子１１２の感度特性を考慮したもので、撮像素子の感度が高い波長に合わせて、発光波長のピークを持たせる。これにより光量的に効率良く映像情報を取得することが可能となり、撮像素子１１２の高解像度化による感度低下を補うことができる。

図３は、本発明の一実施形態におけるステレオカメラ１０の外観図である。

ステレオカメラ１０は、ステー２０１と、左右のカメラ機構部２０２を有して構成される。

左右あるカメラ機構部２０２の一方の側には第一のカメラ１１０が、他方の側には第二のカメラが配置される。カメラ機構部２０２は、第一及び第二のカメラそれぞれの光学系１１１と撮像素子１１２の位置関係を保持するよう構成される。

ステー２０１は、左右のカメラ機構部２０２の光軸を、３次元距離測定するためのしかるべき方向に固定する。ステー２０１は、３次元距離測定の精度を保つため、振動や衝撃に対して強い，剛性の高い素材で構成される。

ステー２０１の左右両側には、カメラ機構部２０２の他、それぞれ第一の光源１１及び第二の光源１２が配置される。すなわち、第一及び第二の光源１１，１２は、左右一対ずつ設けられている。また、ステー２０１は、処理部１３０などを実現する回路を搭載したプリント基板を固定するための筐体としても用いられる。

図４は、ステレオカメラ１０の取り付け位置を示す車両の部分外観図である。

多くの乗用車は車両後部のトランクや、ハッチのドアオープナーが設けられる凹部にナンバープレートが設置されている。図４は、いわゆるセダンタイプの乗用車を後部から見た部分外観を示しており、凹部４００にナンバープレート４０２が取り付けられ、また、トランクのオープナー６０１が設けられている。

本実施例において、後方監視用ステレオカメラ１０は、凹部４００のナンバープレート４０２上部に、トランクやハッチの面より内側になるように組み込まれる。このように後方監視用ステレオカメラ１０を設置することで、車両のボディラインを損なうことが無く、さらには雨や直射日光，泥はねの汚れなどから直接の影響を受けにくくすることができる。このとき、第一及び第二のカメラ装置１１０，１２０により撮影される領域の一部に自車両のバンパーの少なくとも一部が含まれるように調整される。

後方監視用ステレオカメラ１０に設けられる第一の光源１１は、主に遠距離を照射しており、スモールライトなどと連動して、夜間は常時点灯するよう制御される。また、リフレクタなどにより、発せられた光をナンバープレート４０２にも導くように構成され、遠方と同時にナンバープレートを照射する。夜間、必要に応じ、より遠くの映像を取得したい場合は、第一の光源駆動回路１３５を制御して光量を調整することが可能である。

第二の光源１２は、第一の光源１１に比べ、近距離ではあるが、より広角な範囲を照射する光源として構成される。第二の光源１２は、シフトレバーが後退位置（Ｒレンジ）に入れられたことをＲレンジ検出手段１８が検出した場合に点灯される。第二の光源１２は、近距離照らすのみではなく、バックランプを兼用するようにしてもかまわない。

図５は、コントロールユニット１３により実施される処理の流れを示すフローチャートである。コントロールユニット１３は、イグニションキーがオンされると電源が供給され、その処理を開始する。

コントロールユニット１３は、起動されると、まず、各種設定値のクリア等、初期化処理を行う（ステップＳ１００）。

初期化処理の後、コントロールユニット１３は、後方監視用ステレオカメラ１０から画像を取り込み、エッジ抽出，カラー判定等により自車両のバンパーとして認識される対象物が所定の範囲内に映っているか否か調べ、後方監視用ステレオカメラ１０に、カメラレンズの汚れ，光軸ずれなどの異常が生じていないか判定する。この判定において異常が検出された場合、コントロールユニット１３は、画像取り込みの原点補正等の補正により補正が可能な範囲か否かを判断する（ステップＳ１０１，Ｓ１０３）。これらの判断の結果、映像が正常でないと判断された場合、コントロールユニット１３は、ドライバにシステム動作不可の警報を発行する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０４で、コントロールユニット１３は、Ｒレンジ検出手段１８によりシフトレバー位置がＲレンジに設定されていることが確認されたか否か判別する。シフトレバーが、Ｒレンジに設定されている場合は、ナビゲーションシステム２０により自車両の現在位置付近の情報を取り込む（ステップＳ１０５）。ナビゲーションシステム２０から取り込んだ情報から、自車両の現在位置付近に自宅或いは駐車場があるかの判別が行われる（ステップＳ１０６）。自車両の現在位置付近に自宅或いは駐車場がない場合、処理はステップＳ１０４に戻る。自車両の現在位置付近に自宅或いは駐車場が存在する場合、コントロールユニット１３は、駐車運転支援モードに移行する（ステップＳ１０７）。駐車が終わると、駐車運転支援モードを終え、Ｓ１０４以降の処理を継続する。

駐車支援モードでは、後方監視用ステレオカメラ１０，車速センサ１７，ステアリング操舵角センサ１９，アクセル制御装置１４，ステアリング制御装置１５から得られる情報を使用しながら、駐車区画線のハイライト表示や、ステアリング角に基づく車両の予測進路の表示といった運転者に対する支援を行う。このような運転支援については、公知の技術を適用することができ、ここでは詳細な説明は省略する。

ステップＳ１０４において、シフトレバーがＲレンジに入れられていない場合、コントロールユニット１３は、動作モードを後方監視モードに移行する（ステップＳ１０８）。後方監視モードでは、まず、後方監視用ステレオカメラ１０からの情報に基づいて、後方からの接近車両があるかどうかを判断する（ステップＳ１０９）。後方からの接近車両が検出されない場合、処理はステップＳ１０４に戻る。

後方からの接近車両があり、衝突が予測される場合、コントロールユニット１３は、エアバック装置２２，アクティブヘッドレスト装置２１の制御を行い、衝突に伴う衝撃から乗員を保護する（ステップＳ１１０，１１１）。

ステップＳ１０９における接近車両の判断、ステップＳ１１０におけるエアバック装置２２の制御、ステップＳ１１１におけるアクティブヘッドレスト装置２１の制御は、後方監視用ステレオカメラ１０，車速センサ１７，ステアリング操舵角センサ１９，アクセル制御装置１４，ステアリング制御装置１５からの情報に基づいて行われるが、これらの処理については、公知の技術を適用することができるので、ここでは詳細な説明は省略する。

図６，図７は使用される画素範囲を説明するためのイメージ図である。

撮像素子の有効画素範囲がＸ×Ｙであるとすると、図６において、映像の破線６１０より外側に位置するＸ０，Ｙ０の領域は、組み込み誤差や経時変化による光軸ずれを補正するための補正シロとして用いられる。

駐車支援などの機能には、広い映像情報が必要で、例えば、車速が１０Ｋｍ／ｈ以下の比較的ゆっくりとした車両動作であるときには、有効画素Ｘ×ＹからＸ０，Ｙ０の領域を除く全ての領域Ｘ１×Ｙ１（破線６１０で囲まれた領域）が使用される。広い画角の情報を処理するに伴い、データ転送，映像データの処理等に時間を要することになるが、車両速度の比較的遅い駐車支援等においては特に問題となることはない。

一方、後方から迫ってくる車両の衝突などの予測は、より短時間での処理が要求されるが、比較的狭い範囲の映像情報があれば十分行うことができる。このため、使用する映像領域を、例えば、Ｘ２×Ｙ２の領域（図７において破線６２０で囲まれた領域）に制限し、データ転送，映像データ処理等に要する時間を節約する。本実施例では、駐車支援モードでは、広い範囲の映像を利用し、後方監視モードにおいては、使用する映像領域を制限するように画素範囲の切り替えが行われる。

以上説明した実施例によれば、車両の後方監視装置を構成する２台のカメラが、共通する一つの部材に固定され、車両のトランクやハッチのドアのオープナーの両脇に位置するように配置され、且つ、リヤナンバープレートのある凹部の範囲に治まり、車両ボディに対して突起しない場所に備えられる。これにより、車両のデザインを損なうことを防ぐことができる。

また、光源ごとに光量を調整することが可能で、発する光の波長が撮像素子の感度波長とほぼ同じ波長である複数の光源を使用しているため、夜間においても高解像度で映像を取得することができる高性能な後方運転支援装置を安価に実現できる。

また、後方接近車両の監視機能と駐車支援機能を一つの装置で実現でき、バック走行時のみならず、通常の走行時にも後方監視カメラを利用するので、高価なカメラをより効果的に活用することができる。

本発明の一実施形態における運転支援装置の構成を示す概略ブロック図である。 後方監視用ステレオカメラの構成を示すブロック図である。 後方監視用ステレオカメラ１０の外観図である。 後方監視用ステレオカメラ１０の取り付け位置を示す車両の部分外観図である。 コントロールユニット１３により実施される処理の流れを示すフローチャートである。 使用される画素範囲を説明するためのイメージ図である。 使用される画素範囲を説明するためのイメージ図である。

符号の説明

１０…後方監視用ステレオカメラ、１１…第一の光源、１２…第二の光源、１３…コントロールユニット、１４…アクセル制御装置、１５…ステアリング制御装置、１６…ブレーキ制御装置、１７…車速センサ、１８…Ｒレンジ検出手段、１９…ステアリング操舵角センサ、２０…ナビゲーションシステム、２１…アクティブヘッドレスト装置、２２…エアバック装置、１１０…第一のカメラ、１１１…光学系、１１２…撮像素子、１１３…
ＡＤ変換器、１２０…第二のカメラ、１３０…処理部、１３１…画像処理ＬＳＩ、１３２…ＣＰＵ、１３３…ＣＡＮドライバ、１３４…メモリ、１３５…第一の光源駆動回路、
１３６…第二の光源駆動回路、２０１…ステー、２０２…カメラ機構部、４０１…リアドアのオープナー、４０２…ナンバープレート。

Claims (7)

1. 複数のカメラを備えて構成される車両の後方監視カメラと、該後方監視カメラにより撮像された映像情報を用いて運転支援を行う制御装置とを有する運転支援装置において、
   前記制御装置は、シフトレバーの設定位置に応じて前記複数のカメラによって取り込まれる映像の画素数を切り替え、
   前記複数のカメラは、ステーと該ステーの両側に設けられたカメラ機構部とから構成される共通する一つの部材に固定され、該部材を介して車両後部のナンバープレートが取り付けられる車両ボディの凹部の範囲であって、車両ボディに対して突出しない箇所に備えられることを特徴とした運転支援装置。
2. 前記運転支援装置は、さらに、前記部材に固定され、前記複数のカメラにより撮影される領域を照らす光源を有することを特徴とする請求項１記載の運転支援装置。
3. 前記光源が複数であることを特徴とする請求項２の記載の運転支援装置。
4. 前記複数の光源の各々の光量をそれぞれ独立して調整する光源駆動回路を有することを特徴とする請求項３記載の運転支援装置。
5. 前記光源の発する光の波長が、前記複数のカメラが有する撮像素子の感度波長と同じ波長であることを特徴とする請求項２乃至４記載の運転支援装置。
6. 前記光源は、シフトレバーがＲレンジに設定されたとき点灯するように制御されることを特徴とする請求項２乃至５記載の運転支援装置。
7. 前記光源は、スモールライトのスイッチと連動してＯＮ／ＯＦＦが制御されることを特徴とする請求項２乃至６記載の運転支援装置。

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