JP5103429B2 - 車載カメラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に搭載する車載カメラ装置に関する。

ＣＣＤのような撮像素子は、電子シャッターで電荷を捨てることで電荷量を調整することができる。つまり電子シャッターの開放時間を長く、又は短く制御することで明るさを変化させている（開放時間が長いと画面は明るく、短いと暗くなる）。ここで、制御信号の断線を回路的に検知する技術がある（特許文献１参照）。

特開平７−１４１５８３号公報

特許文献１によれば、シャッター信号の配線の断線を検出できるが、撮像素子内部で電圧バイアスが掛かっているＣＣＤのような場合、ＣＣＤの足が断線又はオープンしてしまうと検出できない、という課題がある。

そこで、本発明の目的は、シャッター信号が制御部から撮像素子に伝達されているかを確実に検出する車載カメラ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。

車載カメラ装置は、シャッターを制御するシャッター信号を出力する制御部と、シャッター信号を昇圧してＣＣＤに入力する垂直ドライバＩＣと、昇圧されたシャッター信号に基づいてシャッターを制御するＣＣＤと、垂直ドライバＩＣとＣＣＤ間を流れるシャッター信号をモニタ信号として取り出し、モニタ信号を降圧するモニタ回路と、モニタ回路により降圧されたモニタ信号の電圧が、閾値以下の場合、ＣＣＤと垂直ドライバＩＣ間の配線が異常であると検出するマイコンと、を有し、シャッター信号は、ＣＣＤ内部でバイアス電圧が加えられた構成とする。

本発明によれば、シャッター信号が制御部から撮像素子に伝達されているかを確実に検出する車載カメラ装置を提供することができる。

車載カメラ装置における機能モジュールの構成を示す図。 通常時のシャッター信号及びモニタ信号の波形を示す図。 マイコン１０５でのシャッター信号の診断方法を示す図。 シャッター信号１が断線した場合について示す図。 制御部１０３からのシャッター信号１の様子を示す図。 シャッター信号２のラインの、垂直ドライバＩＣ１０２側が断線した場合について示す図。 シャッター信号１の、通常時の動作を示す図。 シャッター信号２のラインの、ＣＣＤ１０１側が断線した場合について示す図。 シャッター信号１の、通常時の動作を示す図。 通常のシャッター制御波形とその際に取得した画像を示す図。 シャッター信号最大開放状態の様子を示す図。 シャッター信号最小開放状態の様子を示す図。

以下、図面を用いて、実施例について説明する。

図１は、車載カメラ装置における機能モジュールの構成を示す図である。

車載カメラ装置は、ＣＣＤ（撮像素子）１０１，垂直ドライバＩＣ１０２，シャッターを制御する制御部１０３，モニタ回路１０４、及びマイコン１０５から構成される。マイコン１０５は、ＣＣＤ１０１と垂直ドライバＩＣ１０２間のシャッター信号２の配線を、モニタ回路１０４を通じてモニタする。

制御部１０３からのシャッター信号１は、垂直ドライバＩＣ１０２でバッファリング及び電圧変換（昇圧）され、シャッター信号２としてＣＣＤ１０１に入力される。

モニタ回路１０４は、ＣＣＤ１０１に入力される直前のラインの信号を、モニタ信号１として取り出し、マイコン１０５でモニタできる電圧まで降圧するなどの処理を施してモニタ信号２に変換し、マイコン１０５に送信する。マイコン１０５は、当該モニタ信号２をモニタする。

図２は、通常時（シャッター信号の断線や地絡，天絡が無い状態）のシャッター信号及びモニタ信号の波形を示す図である。

通常、シャッター信号１の電圧レベルは、制御部１０３のＩ／Ｏ電圧で決まり、パルスの周期に応じてシャッターの開放時間を決める。図２では、シャッター信号１の電圧は、０Ｖ〜３.３Ｖである。その後、シャッター信号１は垂直ドライバＩＣ１０２により反転バッファリング及び昇圧されてシャッター信号２となりＣＣＤ１０１へ入る。シャッター信号２の電圧は、７Ｖ〜２９Ｖになる。ここでシャッター信号２は、ＣＣＤ内部で通常７Ｖ程度バイアスを掛けられているため、電圧が７Ｖというバイアスを持っている。シャッター信号２のラインからモニタ信号１としてモニタ回路１０４へ入り、降圧した後のモニタ信号２の電圧は、マイコン１０５でモニタできる電圧になる。ここではマイコンのＩ／Ｏ電圧が０Ｖ〜３.３Ｖ（例：ＶＩＨ＝２.０Ｖ，ＶＩＬ＝０.７Ｖ）と仮定し、モニタ信号のラインを０.６Ｖ〜２.５Ｖ程度（電圧は、モニタ回路１０４で調整可能）とした。

図３は、マイコン１０５でのシャッター信号の診断方法を示す図である。図３（Ａ）は、一定期間の立上り又は立下りエッジのカウント数を診断し、図３（Ｂ）は、意図するカウント数から外れた場合に、フェールとする診断方法を示す。尚、パルスの周期を計測して意図する周期から外れている場合、フェールとする診断方法もある。

図４は、シャッター信号１が断線した場合について示す図である。シャッター信号１が断線した場合、図５に示すように制御部１０３からのシャッター信号１は、断線しているので垂直ドライバＩＣ１０２では０Ｖ付近の一定電圧状態となり、更にシャッター信号２は垂直ドライバＩＣ１０２で反転バッファリング及び昇圧されてシャッター信号２となり電圧は２９Ｖ付近の一定電圧となる。シャッター信号２と同電位であるモニタ信号１はモニタ回路１０４で降圧され、２.５Ｖ付近の一定電圧がマイコン１０５に入力される。

一定電圧がマイコン１０５でモニタされるため、前述のエッジのカウント数が０になる、又は、パルスの周期が長くなりすぎるため、マイコンで異常を検出することが可能になる。

図６は、シャッター信号２のラインの、垂直ドライバＩＣ１０２側が断線した場合について示す図である。シャッター信号２のラインで、モニタ信号１との分岐よりも垂直ドライバＩＣ１０２側が断線した場合、図７に示すようにシャッター信号１は通常通り（断線前の状態）であるが、シャッター信号２は、ＣＣＤ１０１の入力側では７Ｖ付近（ＣＣＤ内部でバイアス電圧が約７Ｖ掛かるため）の一定電圧となる。モニタ信号１も同様に７Ｖ付近の一定電圧となる。よって、モニタ回路１０４を通過した後のモニタ信号２は約０.６Ｖ程度になる。

一定電圧がマイコン１０５でモニタされるため、前述のエッジのカウント数が０になる、又は、パルスの周期が長くなりすぎるため、マイコン１０５で異常を検出することが可能になる。

図８は、シャッター信号２のラインの、モニタ信号１との分岐よりもＣＣＤ１０１側が断線した場合について示す図である。

この場合、図９に示すようにシャッター信号１は通常通り（断線前の状態）であるが、シャッター信号２のラインの、モニタ信号１との分岐よりも垂直ドライバＩＣ１０２側は、ＣＣＤ１０１の内部のバイアス回路によりバイアスが発生しないため、７Ｖ〜２９Ｖの電圧波形からバイアス分７Ｖの電圧を差し引いた０Ｖ〜２２Ｖの電圧波形となる。モニタ信号も同様に０Ｖ〜２２Ｖの電圧波形となり、モニタ回路１０４で降圧され、モニタ信号２、電圧０Ｖ〜１.８Ｖの電圧となりマイコン１０５に入力される。

マイコン１０５ではモニタ信号２の一定電圧が入力されるのではなく、０Ｖ〜１.８Ｖが入力される。しかし、マイコン１０５のＨＩとＬＯの閾値がＶＩＨ＝２.０Ｖ，ＶＩＬ＝０.７Ｖとするとモニタ信号２の０Ｖ〜１.８Ｖの電圧では、マイコン１０５のＶＩＨの閾値を超えることができないため、ＨＩとして認識されないことを利用することができる。即ち、マイコン１０５から見るとＬＯの一定電圧が検出されていることになり、前述のエッジのカウント数が０になる、又は、パルスの周期が長くなりすぎるため、マイコンで異常を検出することが可能になる。

モニタ回路１０４は、分圧抵抗で構成する場合、抵抗値を大きめにして大元のシャッター信号２に影響を及ぼさないようにする。但し、大きくしすぎるとモニタ信号２の出力インピーダンスが下がるため、数ｋΩ〜数百Ωが望ましい。

モニタ回路１０４は、コンパレータ等で構成する場合、コンパレータの定数によりＨＩとＬＯの電圧を任意に設定できる。又、モニタ信号２の出力インピーダンスを低くできるメリットがある。

モニタ回路１０４は、高電圧を降圧するため、回路保護用のツェナダイオード又はクランプダイオード等を入れておく方が望ましい。但し、ツェナダイオード又はクランプダイオード等の寄生容量によりモニタ信号１の波形に影響を及ぼさないよう、寄生容量の少ないものが望ましい。

次に、ハード的にモニタ回路を車載カメラに配置するのではなく、現存する車載カメラシステムにおいてソフトの処理だけでシャッター信号の断線を検知する方法について説明する。

ここで、シャッター信号の配線の断線が発生すると、一定の電子シャッターで撮像される画像は、開放時間が中途半端になる。即ち、シャッター時間が短すぎるのであれば暗い画像、長すぎれば明るい画像が撮像される。画像処理をしているマイコンが撮像した画面の明るさを比較して、明らかに明るすぎる又は明らかに暗すぎる画像であれば、シャッターの制御ができていないということで、シャッターの異常を検出できるが、シャッター時間が中途半端な場合、撮像される画面は普通に映っているように判断されてしまうため、異常を検出できない。又、周囲がやや明るめの環境や、逆にトンネルなどのように周囲がやや暗めの環境においても、意図しないシャッター値で撮像されているため、取得画像が明るすぎたり暗すぎたりする可能性がある。

特に、車両や歩行者，車線などの立体物を認識する車載カメラ装置の場合、認識する上で最適なシャッター制御を行う必要がある。このシャッター制御が機能しないと、意図しない取得画像が明るすぎたり暗すぎたりするため、立体物を誤認識してしまう、又は、本来見えて欲しい立体物を認識できなくなるため、車両に誤った情報や誤制御をしてしまうという課題がある。

図１０は、通常のシャッター制御波形とその際に取得した画像を示す図である。撮像する際に故意にシャッターを最大開放状態にして撮像する。すると、図１１のようにシャッター信号１と２のパルス数は少なくなり、撮像した画像は明るく撮像される。このときの画面の平均輝度を計算する。理論的には図１０で撮像した画像よりも明るくなる場合、シャッター機能が正常に機能していることになり、シャッター信号１と２が制御部１０３からＣＣＤ１０１まで伝送されていることを示す。

又、撮像する際に故意にシャッターを最小開放状態（最大に閉じる状態）にして撮像する。すると、図１２のようにシャッター信号１と２のパルス数は多くなり、撮像した画像は暗く撮像される。このときの画面の平均輝度を計算する。理論的には図１０で撮像した画像よりも暗くなる。もちろん、図１１で撮像した画像よりも更に暗くなると言える。

ソフトの処理だけでシャッター信号の断線を検知する方法は、車載カメラのアプリケーションが実行されている途中に上記の診断を入れることが可能であれば、断線を瞬時に検知できるため、入れるほうが望ましい。

しかし、車載カメラのアプリケーションが実行されている途中に上記の診断を入れることが困難な場合（アプリケーションの負荷や性能に影響を及ぼす場合）は、カメラの起動時又は停止時等に実施することができる。

周囲の環境が真っ暗である場合、故意にシャッター信号を最大開放状態にしても撮像する画面の明るさが変化せず、平均輝度が高くならない場合もある。その際は、ドライバがヘッドライトを点灯するタイミング時、周囲の環境がある程度明るくなった場合に、診断を実施してもよい。

周期の環境が明る過ぎる場合（太陽の逆光等）は、故意にシャッター信号を最小開放状態にしても撮像する画面の明るさが大きく変化せず、平均輝度が低くならない場合もある。その際は、ドライバが運転を始め逆光が出なくなった場合に診断を実施してもよい。

次に、シャッター信号をハード的にモニタする診断又は、シャッターを最大開放状態又は最小開放状態にして撮像して画面の平均輝度の変化を見る診断によりＮＧが出た場合の処理について説明する。

車載カメラ装置において、車両制御を実施している場合、カメラからの制御を停止状態にする（加速，減速，操舵，ランプ点灯，ワイパー，デフロスター等）。これは、シャッター信号異常により誤認識する可能性が高くなるため、例え誤認識したとしても誤認識による誤制御を防止するための安全確保を最優先にしている。

次に、車両制御する際の判断部の認識処理を停止する。制御不可であるため認識処理を停止することで最小限のハード・ソフト構成で動作させることが望ましい。

その後、車両側には、ＣＡＮ等の車内ネットワークを介して、シャッター信号が異常であることを通知して、ドライバに注意を促す。

本実施例によれば、コンパレータや２ポート占有しない、低コストでシンプルな構成で、シャッター信号が制御側から撮像素子に伝達されているかを確実に検出するフェールセーフ機能を実現することができる。

尚、図１に示すようなハード的にシャッター信号をモニタする場合、モニタ回路１０４が故障すると、モニタ回路１０４が異常になりマイコン１０５で異常を検出する可能性がある。これは本来モニタしているシャッター信号２が断線など無く動いていても、マイコン１０５は異常と判断する。よって、このようなモニタ回路１０４の故障も検出できた方が、故障部位の検出が容易になる。そこで、図１０，図１１，図１２に示すようなソフトの処理だけでシャッター信号の断線を検知する方法を併用することでモニタ回路１０４の故障も検出可能となる。

通常動作中は、車載カメラのアプリケーションが実行されている途中に、ソフトの処理だけでシャッター信号の断線を検知する診断を入れることが難しい場合が多い。そこで、通常動作中は図１のようなハード的なモニタ回路１０４を入れマイコン１０５でシャッター信号の断線を検知する。マイコン１０５が異常を検出した場合、まず車載カメラのアプリケーションを一時停止させて、図１０，図１１，図１２に示すようなソフトの処理だけでシャッター信号の断線を検知するソフトを起動してソフト的にシャッター信号が断線していないかを診断する。ここでソフト的に断線していると判断されれば実際に断線していると言える。

一方、ソフト的に断線が検出できない場合は、モニタ回路１０４が故障している可能性が高い。車載カメラのアプリケーションは、車載カメラシステム上、安全面等を考慮して止める場合と、性能面からを動かし続ける場合がある。

結果として、２つのハード的な診断とソフト的な診断を組み合わせることで、カメラ動作中も最小限の車載カメラのアプリケーション停止時間で、シャッター信号の断線をより確実に検出することが可能になる。

１０１ ＣＣＤ
１０２ 垂直ドライバＩＣ
１０３ 制御部
１０４ モニタ回路
１０５ マイコン

Claims (4)

1. シャッターを制御するシャッター信号を出力する制御部と、
   前記シャッター信号を昇圧してＣＣＤに入力する垂直ドライバＩＣと、
   昇圧されたシャッター信号に基づいてシャッターを制御するＣＣＤと、
   前記垂直ドライバＩＣと前記ＣＣＤ間を流れるシャッター信号をモニタ信号として取り出し、前記モニタ信号を降圧するモニタ回路と、
   前記モニタ回路により降圧されたモニタ信号の電圧が、閾値以下の場合、前記ＣＣＤと前記垂直ドライバＩＣ間の配線が異常であると検出するマイコンと、を有し、
   前記シャッター信号は、前記ＣＣＤ内部でバイアス電圧が加えられたことを特徴とする車載カメラ装置。
2. 請求項１記載の車載カメラ装置において、
   前記制御部は、シャッターを最大開放状態にして撮像したときの第１の平均輝度、及び、シャッターを最大閉鎖状態にして撮像したときの第２の平均輝度を算出し、
   前記モニタ回路は、前記第１及び第２の平均輝度に基づいて、前記配線が正常か否かを判断する車載カメラ装置。
3. 請求項１記載の車載カメラ装置において、
   前記モニタ部は、前記車載カメラ装置が起動時又は停止時に、前記配線が正常か否かを判断する車載カメラ装置。
4. 請求項１又は請求項２記載の車載カメラ装置において、
   前記配線の異常を検知した場合、前記車載カメラ装置の認識処理を停止し、異常が発生していることを運転者に知らせる機能を有する車載カメラ装置。

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