JP5082332B2 - 距離計測システム - Google Patents

Description

本発明は距離計測システムに係り、特に自車と先行車との距離を計測するのに好適な距離計測システムに関する。

自動車の技術分野において、近年、自車と先行車との距離を計測する距離計測システムが注目されている。このような距離計測システムは、例えば自車に投光器と撮像カメラを搭載しておき、先行車に対して投光器から光を照射し、その照射した光の先行車での反射光を撮像カメラ内のイメージセンサで受光して、その受光結果をマイコンで画像処理することにより、自車と先行車との距離を計測するものである。

従来より、上記のイメージセンサとして、図１０に示すように、受光した光の強さがある値ａ以下のときは光の強さと電気信号の出力とが線形の関係である線形特性と、受光した光の強さがある値ａを超えると光の強さと電気信号の出力とが対数の関係に変わる対数特性とを有するものが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。なお、図１０において、線形領域は線形特性を有する領域であり、対数領域は対数特性を有する領域を示している。
「変調光検波方式イメージセンサ」、奈良先端大学 太田 淳 他、 信学技法 ICD2001-87、pp.61-66

ところで、上記距離計測システムにおいては、イメージセンサでの受光結果をマイコンが画像データとして取り込むとともに、画像データから背景データを除去する背景除去演算を行っている。

しかしながら、上述したようにイメージセンサは線形特性と対数特性とを持っているが、受動型の広いダイナミックレンジを実現するための対数特性を能動型に使うと、特に背景輝度が高いときに背景除去の性能が低下する。また、背景除去性能が高い能動型を実現するには線形特性が必要で、そのまま受動型に使うとダイナミックレンジが狭くなる。すなわち、上記従来の距離計測システムでは、線形特性と対数特性が両立しないため、広いダイナミックレンジと高い背景除去能力とを同時には実現できないという問題がある。

自動車の技術分野における距離計測システムでは、イメージセンサが受光する背景画像データの輝度は、図１１（ａ）のようにトンネル出口外側が明るすぎたり、同図（ｂ）のようにトンネル出口内側が暗すぎたりという具合に大きく変化する可能性があり、このような場合にも適正な画像を得るためには、広いダイナミックレンジと高い背景除去性能とが要求されている。

本発明の課題は、広いダイナミックレンジと高い背景除去性能とを同時に実現することのできる距離計測システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、投光手段と、前記投光手段が物体に向けて投光したとき、前記物体及び該物体周辺で反射した光を取り込んで電気信号を出力するイメージセンサと、前記イメージセンサが出力する電気信号から画像データを取得して、その画像データに基づいて前記物体までの距離を計測するとともに、前記投光手段を制御する制御手段とを備え、前記イメージセンサは、取り込んだ光の強さがある値以下のときは光の強さと電気信号の出力とが線形の関係であり、取り込んだ光の強さが前記ある値を超えると光の強さと電気信号の出力とが対数の関係に変わる特性を有し、前記制御手段は、取得した画像の最大輝度が線形領域にある場合は、前記投光手段による投光時間が長くなるよう当該投光手段をオン／オフ制御し、取得した画像の最大輝度が対数領域にある場合は、前記投光手段による投光時間が短くなるよう当該投光手段をオン／オフ制御することを特徴としている。

上記構成によれば、制御手段は、取得した画像の最大輝度が線形領域にある場合は、投光手段による投光時間が長くなるよう当該投光手段をオン／オフ制御し、取得した画像の最大輝度が対数領域にある場合は、投光手段による投光時間が短くなるよう当該投光手段をオン／オフ制御するので、イメージセンサが受光する背景画像データの輝度が大きく変化しても、広いダイナミックレンジと高い背景除去性能とを同時に実現することができる。

本発明によれば、距離計測システムにおいて、広いダイナミックレンジと高い背景除去性能とを同時に実現することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

図１は、本発明に係る距離計測システムが搭載された自動車の外観斜視図である。図１に示すように、車両１の前部バンパ１Ａには投光器２が設けられ、また、車室内にはフロントガラス３の左側上隅部付近に、イメージセンサが組み込まれた撮像カメラ４が設置されている。

図２は、本発明に係る距離計測システムの全体ブロック図である。この距離計測システムは、図２に示すように、自車１Ｂとの距離計測の対象物体である先行車５に向けて光を照射（投光）する投光器２と、照射した光のうち先行車５での反射光及び先行車５周辺での反射光を受光して先行車５及びその周辺の画像を撮像する撮像カメラ４と、撮像カメラ４で撮像した撮像データを一時記憶するメモリ６と、メモリ６内の画像データを取り込んで画像処理を行う制御部７とを備えている。

また、制御部７には、メモリ６から取り込んだ画像データに対して、先行車５以外の背景画像を除去する処理を行って先行車５を抽出する先行車抽出部８と、投光器２の投光時間を制御する投光制御部９と、先行車抽出部８での抽出結果に基づいて自車１Ｂと先行車５との距離を算出する距離算出部１０とが設けられている。

なお、本実施例では、投光器２は投光手段を、制御部７は制御手段をそれぞれ構成している。また、投光器２としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やレーザダイオード等が用いられる。

図３は、制御部７内の投光制御部９による投光器２の制御動作を示している。本実施例では、１フレームにおいて、初めの時間Ｔ１内に投光器２より光を照射しながら撮像カメラ４で先行車５及び先行車５周辺を撮像し、次の時間Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ１）内に撮像カメラ４によって先行車５以外の背景画像の撮像を行い、最後の時間Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ１，Ｔ２）内に受動動作つまりモニタ用の画像の取得を行う。また、時間Ｔ２の経過後に、時間Ｔ１内に撮像した画像データから時間Ｔ２内に撮像した背景データを除去する演算を行う。そして、このような１フレーム内における動作が、投光器２及び撮像カメラ４が動作しているうちは繰り返し実行される。

図４は、本実施例による距離計測システムの概略構成図である。この距離計測システムは、投光器２、撮像カメラ４に搭載されたイメージセンサ１１、及び制御部７を備えている。そして、本実施例では、制御部７は、前フレームにおける投光時に受光した画像の最大輝度が変曲点より上方（つまり対数領域）にある場合は投光器２による投光時間を短くし、変曲点より下方（つまり線形領域）にある場合は投光器２による投光時間を長くするよう、投光器２をオン／オフさせる制御を行う。なお、上記変曲点とは、線形領域から対数領域へ、もしくは対数領域から線形領域へ変化する点をいう（図１０参照）。

本実施例によれば、イメージセンサ１１が受光する背景画像データの輝度が大きく変化しても、広いダイナミックレンジと高い背景除去性能とを同時に実現することが可能となる。

図５は実施例２を示している。本実施例では、イメージセンサ１１として、ピクセルのどれかが変曲点（図１０参照）より上方（つまり対数領域）にあることを出力できるように工夫したイメージセンサが用いられている。そして、対数領域に入ったタイミングで投光器２からの投光を直ちに停止させるとともに、投光時間と同じ時間だけ背景画像を受光して、画像データから背景データを除去する背景除去演算を行い、残りのフレーム時間でモニタ用の画像を受光している（図３参照）。

本実施例によれば、背景が激しく変化した場合でも、背景画像を確実に除去することができ、実施例１の場合よりも更に高い背景除去性能を得ることができる。

図６は実施例３を示している。本実施例では、制御部７は、イメージセンサ１１が出力する電気信号から画像データを取得し、その取得した画像の最大輝度に基づいて変曲点（図１０参照）を決める制御を行う。すなわち、制御部７は、前フレームにおける投光時に受光した画像の最大輝度が変曲点より上方（つまり対数領域）の場合は変曲点を高くし、変曲点より下方（つまり線形領域）の場合は変曲点を低くするように、イメージセンサ１１に与えるバイアスを制御する。

なお、本実施例においては、投光器２による投光時間は一定に設定されている。

本実施例によれば、高い背景除去性能が得られ、さらに投光器２を制御しなくても良いので、コストを下げることができる。

図７は実施例４を示している。本実施例では、実施例２の場合と同様、イメージセンサ１１として、ピクセルのどれかが変曲点（図１０参照）より上方（つまり対数領域）にあることを出力できるように工夫したイメージセンサが用いられている。そして本実施例では、制御部７は、イメージセンサ１１の特性が対数領域に入ったときは、次フレームで変曲点を上方へ変位させる制御を行う。すなわち、前フレームにおける投光時にピクセルのどれかが対数領域にあることを出力した場合は変曲点を高くし、ピクセルのどれかが線形領域にあることを出力した場合は変曲点を低くするように、イメージセンサ１１に与えるバイアスを制御する。

なお、本実施例においては、投光器２による投光時間は一定に設定されている。

本実施例によれば、実施例３の場合と同様、高い背景除去性能が得られ、さらに投光器２を制御しなくても良いので、コストを下げることができる。

図８は、実施例２及び実施例４に用いられるイメージセンサ１１の構成図である。このイメージセンサ１１には各ピクセル１１Ａ毎に比較器１１Ｂが設けられ、各ピクセル１１Ａの出力は比較器１１Ｂに入力され、その出力値は比較器１１Ｂで変曲点の値と比較された後、イメージセンサ１１から出力されるよう構成されている。なお、図８において、１１Ｃは加算器である。

上記構成のイメージセンサ１１によれば、各ピクセル１１Ａからの出力値のうちどれか１つの出力値が変曲点を超えれば、イメージセンサ１１から例えばハイ信号が出力され、イメージセンサ１１の特性が対数領域に入ったことを検出できる。

図９は実施例５を示している。実施例１〜４においては投光器２は前部バンパ１Ａに設けられていたが、本実施例では、投光器としてヘッドライト１２が利用されている。他の構成は実施例１〜４と同じである。

本実施例によれば、新たに投光器を設けなくてよいので、構成が簡単になるとともに、投光器の取付作業も不要となる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

本発明に係る距離計測システムが搭載された自動車の外観斜視図である。 本発明に係る距離計測システムの全体ブロック図である。 制御部内の投光制御部による投光器の制御動作を示す図である。 実施例１による距離計測システムの概略構成図である。 実施例２による距離計測システムの概略構成図である。 実施例３による距離計測システムの概略構成図である。 実施例４による距離計測システムの概略構成図である。 実施例２及び実施例４に用いられるイメージセンサの概略構成図である。 実施例５による距離計測システムが搭載された自動車の外観斜視図である。 イメージセンサの特性図である。 背景の輝度の違いによって画像が変化する一例を示しており、（ａ）はトンネル出口の外側が明るすぎる場合を示す図であり、（ｂ）はトンネル出口内側が暗すぎる場合を示す図である。

符号の説明

１ 車両
１Ａ 前部バンパ
１Ｂ 自車
２ 投光器（投光手段）
４ 撮像カメラ
５ 先行車（物体）
７ 制御部（制御手段）
１１ イメージセンサ
１２ ヘッドライト

Claims (5)

1. 投光手段と、
   前記投光手段が物体に向けて投光したとき、前記物体及び該物体周辺で反射した光を取り込んで電気信号を出力するイメージセンサと、
   前記イメージセンサが出力する電気信号から画像データを取得して、その画像データに基づいて前記物体までの距離を計測するとともに、前記投光手段を制御する制御手段とを備え、
   前記イメージセンサは、取り込んだ光の強さがある値以下のときは光の強さと電気信号の出力とが線形の関係であり、取り込んだ光の強さが前記ある値を超えると光の強さと電気信号の出力とが対数の関係に変わる特性を有し、
   前記制御手段は、取得した画像の最大輝度が線形領域にある場合は、前記投光手段による投光時間が長くなるよう当該投光手段をオン／オフ制御し、取得した画像の最大輝度が対数領域にある場合は、前記投光手段による投光時間が短くなるよう当該投光手段をオン／オフ制御することを特徴とする距離計測システム。
2. 投光手段と、
   前記投光手段が物体に向けて投光したとき、前記物体及び該物体周辺で反射した光を取り込んで電気信号を出力するイメージセンサと、
   前記イメージセンサが出力する電気信号から画像データを取得して、その画像データに基づいて前記物体までの距離を計測するとともに、前記投光手段を制御する制御手段とを備え、
   前記イメージセンサは、取り込んだ光の強さがある値以下のときは光の強さと電気信号の出力とが線形の関係であり、取り込んだ光の強さが前記ある値を超えると光の強さと電気信号の出力とが対数の関係に変わる特性を有し、
   前記制御手段は、前記イメージセンサの特性が対数領域に入ったタイミングで、前記投光手段による投光を停止させるとともに、前記投光時間と同じ時間だけ前記イメージセンサに背景画像を受光させて、前記画像データから背景データを除去する演算を行い、
   さらに、残りのフレーム時間でモニタ用の画像を前記イメージセンサに受光させることを特徴とする距離計測システム。
3. 投光手段と、
   前記投光手段が物体に向けて投光したとき、前記物体及び該物体周辺で反射した光を取り込んで電気信号を出力するイメージセンサと、
   前記イメージセンサが出力する電気信号から画像データを取得して、その画像データに基づいて前記物体までの距離を計測するとともに、前記投光手段を制御する制御手段とを備え、
   前記イメージセンサは、取り込んだ光の強さがある値以下のときは光の強さと電気信号の出力とが線形の関係であり、取り込んだ光の強さが前記ある値を超えると光の強さと電気信号の出力とが対数の関係に変わる特性を有し、
   前記制御手段は、前記投光手段による投光時間が一定に設定されている場合、取得した画像の最大輝度に基づいて、線形領域と対数領域との境界に位置する変曲点を変位させる制御を行うことを特徴とする距離計測システム。
4. 前記制御手段は、前記イメージセンサの特性が対数領域に入ったときは、次フレームで前記変曲点を上方へ変位させる制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の距離計測システム。
5. 前記投光手段はヘッドライトであるか、または車両の前部バンパに設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の距離計測システム。