JP5233797B2 - 移動体周辺撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両等の移動体の周辺を撮影する移動体周辺撮影装置に関するものである。

従来、特許文献１に記載の車両用の移動体周辺撮影装置が知られている。この装置では、車両に搭載した監視カメラにより車両の周辺を撮影し、車内の表示装置に車両とその周辺の様子を示す画像として表示することにより、運転を支援しようとしている。

特開２００３−１９１８１０号公報

特許文献１の技術では、段落００８９、段落０１１８に記載されるように、超音波センサの変化状態に基づいて、車両とその周辺障害物との間の相対速度を算出し、画像の移動量を決定して、画像を処理している。しかし、バックソナーとも呼ばれる超音波センサは、検出処理に一定の時間間隔を要する。このような距離検出の遅れと、車両と障害物との相対的な移動とに起因して、画像上の障害物が不自然に移動して表示されることがあった。例えば、画像上の障害物が、徐々に接近した後に、急激に遠ざかるように表示されることで、画像上の障害物の位置がぶれて見えることがあった。

特に、車両に搭載したカメラに角度調節装置を設け、障害物の接近にあわせてカメラの指向方向を手前に引くように制御する制御システムを構成すると、画像上の障害物の位置が顕著にぶれて見えることがあった。例えば、一定時間毎に超音波センサによって車両と障害物との間の距離を測定し、当該測定距離に適合するようにカメラの方向を制御するように制御システムを構成することができる。この場合、車両の移動速度と、制御システムの制御遅れとの差に起因して、画像が不自然に変動することとなる。このため、車両の運転者は、画像の変化に違和感を感じ、画像を信用して運転することができないという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、不自然な変動を生じることのない安定した周辺画像を撮影することのできる移動体周辺撮影装置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、下記の技術的手段を採用することができる。

請求項１に記載の発明は、移動体の周辺を撮影する撮影装置（１３）と、撮影装置（１３）が指向する角度を調節する角度調節装置（１４）と、移動体の周辺の障害物を検出し、移動体と障害物との間の距離（Ｄ（ｔ））を示す信号を出力する距離センサ（１５）と、距離センサの出力に基づいて移動体と障害物との間の相対速度（Ｖ（ｔ））を求める相対速度算出手段（２２）と、距離センサの出力に基づいて移動体と障害物との間の相対加速度（Ａ（ｔ））を求める相対加速度算出手段（２３）と、距離センサの出力に基づいて移動体と障害物との間の相対躍度（Ｊ（ｔ））を求める相対躍度算出手段（２４）と、撮影装置が指向する角度を相対速度、相対加速度、および相対躍度に応じて徐々に変化させるように角度調節装置を制御する制御手段（３１、３２）とを備えることを特徴とする移動体周辺撮影装置という技術的手段を採用する。

この発明によると、移動体の周辺が撮影装置によって撮影されるとともに、その撮影装置が指向する角度が、移動体と障害物との間の相対速度、相対加速度、および相対躍度に応じて徐々に変化させられる。このため、撮影装置の角度が階段状に変化することが回避され、撮影された画像上における障害物の位置が不自然に変動することが抑制される。

請求項２に記載の発明は、制御手段（３１、３２）は、撮影装置の角度を連続的に変化させることを特徴とするという技術的手段を採用する。この発明によると、撮影装置が指向する角度が連続的に変化するため、撮影された画像上における障害物の位置が不自然に変動することが抑制される。

請求項３に記載の発明は、制御手段（３１、３２）は、移動体と障害物との間の距離が変化しても、障害物が撮影装置の撮影範囲内の所定範囲を占め続けるように、距離と相対速度、相対加速度、および相対躍度とに基づいて角度調節装置を制御することを特徴とするという技術的手段を採用する。この発明によると、撮影装置が指向する角度は、移動体と障害物との間の距離が変化しても、障害物が撮影装置の撮影範囲内の所定範囲を占めるように調節される。このため、撮影された画像上においても、障害物は一定の所定範囲を占めることとなり、撮影された画像上において障害物が不自然に変動することが抑制される。

請求項４に記載の発明は、制御手段（３１、３２）は、相対速度、相対加速度、および相対躍度に応じて設定された角速度（Ｗ（ｔ））で撮影装置が指向する角度が変化するように角度調節装置（１４）を制御することを特徴とするという技術的手段を採用する。この発明によると、撮影装置の角度変化の速さである角速度が、移動体と障害物との間の相対速度、相対加速度、および相対躍度に応じて設定される。このため、移動体と障害物との間の距離が変化しても、その変化に対応した速さで撮影装置の角度を変化させることができ、撮影された画像上における障害物の位置が不自然に変動することを抑制することができる。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。

本発明を適用した一実施形態の移動体周辺撮影装置を示すブロック図である。 一実施形態の作動を示すフローチャートである。 一実施形態の作動を示すフローチャートである。 一実施形態の作動を示すフローチャートである。 一実施形態の表示例を平面図である。 比較例の表示例を平面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態を説明する。図１は、一実施形態に係る車両用の移動体周辺撮影装置１の構成を示すブロック図である。この実施形態では、移動体に搭載した撮影装置により移動体の周辺を撮影し、移動体の周辺の画像を得ている。この実施形態では、移動体は車両１０である。移動体周辺撮影装置１は、車両１０の後部から撮影された後方の周辺風景を車内に表示する。よって、移動体周辺撮影装置１は、車両の運転を支援する運転支援装置、あるいは後方視界を支援する後方視界支援装置とも呼びうる装置である。

移動体周辺撮影装置１は、表示装置１１と、制御装置１２と、撮影装置１３（以下、カメラ１３という）と、角度調節装置１４と、距離センサ１５とを備えている。表示装置１１は、車両１０の運転席前方に搭載されている。表示装置１１は、例えば液晶表示装置などの画像表示装置である。

制御装置１２は、マイクロコンピュータとして構成されたものであって、距離センサ１５によって車両１０の後方に位置する障害物１６と車両１０との間の距離Ｄ（ｔ）、相対速度Ｖ（ｔ）、相対加速度Ａ（ｔ）、および相対躍度Ｊ（ｔ）を測定し、測定した距離Ｄ（ｔ）、相対速度Ｖ（ｔ）、相対加速度Ａ（ｔ）、および相対躍度Ｊ（ｔ）に基づいてカメラ１３が所定の範囲を撮影するように角度調節装置１４を制御し、さらにカメラ１３によって撮影された画像を表示装置１１に表示させる。

カメラ１３は、車両１０の周辺を撮影する装置であって、この実施形態では車両１０の後方を撮影する。カメラ１３は、車両１０の後部に設置され、車両１０の後方やや下方を指向して設置されている。カメラ１３は、角度調節装置１４によって支持されている。

角度調節装置１４は、カメラ１３の設置角度、すなわちカメラ１３が指向する方向を調節する。角度調節装置１４は、車両１０の幅方向に沿って水平に延びる回転軸を有し、当該回転軸の周りにカメラ１３を首振りさせる。この結果、カメラ１３は、その撮影方向、言い換えると視線を、車両１０の後方へ向かうほぼ水平方向からほぼ垂直下方向にわたる範囲において移動させることができる。角度調節装置１４は、例えば制御装置１２によって回転角度と回転速度とを制御されるモータと、モータの回転によってカメラ１３の指向方向を変化させるギヤ機構とによって構成することができる。上記構成によると、カメラ１３の視線１３ａは、いつでも車両１０の後方の路面上に落ちる。さらに、その視線１３ａは、車両１０の後方遠方から、車両１０の後方直近まで連続的に調節可能である。

距離センサ１５は、車両の後方に位置する障害物１６を検出し、車両１０と障害物１６との間の距離を示す信号を出力する。距離センサ１５は、超音波センサである。距離センサ１５は、車両１０の後方へ超音波を発射し、その反射波が戻ってくるまでの時間を示す検出信号を出力する。制御装置１２は、距離センサ１５の検出信号に基づいて、車両の後方に位置する障害物との間の距離を測定するとともに、検出信号の変化に基づいて車両と障害物との相対速度、相対加速度、および相対躍度を測定する。距離センサ１５によって計測される相対速度、相対加速度、および相対躍度は、車両に搭載される一般的な速度センサにより得られる速度、加速度、および躍度よりも高い分解能をもっている。一般的な速度センサとしては、例えば、車軸の所定角度毎の回転に応答してパルス信号を発生するパルスジェネレータ式の速度センサを挙げることができる。

障害物１６は、その下部と上部とが異なる色に着色されている。このため、障害物１６上に色分けによる模様１６ａが現れているものとする。図示の障害物は、例示に過ぎず、車両１０の後方には種々の障害物が位置することとなる。

図２において、制御装置１２による距離計測処理のフローチャートが図示されている。制御装置１２は、一定の時間間隔で図２の処理を実行し、車両１０と障害物１６との間の距離Ｄ（ｔ）と、車両１０と障害物１６との間の相対速度Ｖ（ｔ）と、車両１０と障害物１６との間の相対加速度と、車両１０と障害物１６との間の相対躍度とを計測する。ステップ２１では、距離センサ１５から得られる検出信号に基づいて距離Ｄ（ｔ）を計測する。ステップ２１は、距離センサ１５の出力に基づいて車両１０と障害物１６との間の距離を求める距離算出手段を提供する。

次に、ステップ２２では、検出信号の変化に基づいて相対速度Ｖ（ｔ）を計測する。例えば、２回分の距離Ｄ（ｔ）、Ｄ（ｔ＋１）と、それらを計測するに要した時間とから相対速度Ｖ（ｔ）が求められる。ステップ２２は、距離センサ１５の出力に基づいて車両１０と障害物との間の相対速度を求める相対速度算出手段を提供する。

次に、ステップ２３では、相対速度Ｖ（ｔ）の変化に基づいて相対加速度Ａ（ｔ）を計測する。例えば、２回分の相対速度Ｖ（ｔ）、Ｖ（ｔ＋１）と、それらを計測するに要した時間とから相対加速度Ａ（ｔ）が求められる。ステップ２３は、距離センサ１５の出力に基づいて車両１０と障害物との間の相対加速度Ａ（ｔ）を求める相対加速度算出手段を提供する。

次に、ステップ２４では、相対加速度Ａ（ｔ）の変化に基づいて相対躍度Ｊ（ｔ）を計測する。例えば、２回分の相対加速度Ａ（ｔ）、Ａ（ｔ＋１）と、それらを計測するに要した時間とから相対躍度Ｊ（ｔ）が求められる。ステップ２４は、距離センサ１５の出力に基づいて車両１０と障害物との間の相対躍度Ｊ（ｔ）を求める相対躍度算出手段を提供する。

図３において、制御装置１２によるカメラ角度処理のフローチャートが図示されている。制御装置１２は、カメラ１３が指向する角度が望ましい目標角度になるように角度調節装置１４を制御する制御手段を提供する。制御装置１２は、距離が変化しても、障害物１６がカメラ１３の撮影範囲内の所定位置に位置して所定範囲を占め続けるように、言い換えると、撮影され表示される画像上の所定位置に障害物が位置し続けるように、カメラ１３の角度、すなわち視線を徐々に変化させる。

ひとつの態様では、制御装置１２は、最新の距離計測処理によって計測された距離Ｄ（ｔ）に応じてカメラ１３の角度Ｒ（ｔ）を設定する。さらに、制御装置１２は、相対速度Ｖ（ｔ）、相対加速度Ａ（ｔ）、および相対躍度Ｊ（ｔ）に基づいて、一定時間の間の距離の変化を予測し、次の距離検出処理までの間にカメラ１３の視線を徐々に変化させるための角速度Ｗ（ｔ）を設定する。例えば、最新の相対速度Ｖ（ｔ）に応じて角速度Ｗ（ｔ）を設定することができる。制御装置１２は、最新の計測により得られた距離Ｄ（ｔ）に応じてカメラ１３の角度を角度Ｒ（ｔ）に調節した後、次の距離Ｄ（ｔ＋１）が計測されるまでは、角度Ｒ（ｔ）から角速度Ｗ（ｔ）でカメラ１３の角度を徐々に変化させてゆく。

また、他のひとつの態様では、最新の計測により得られた距離Ｄ（ｔ）と相対速度Ｖ（ｔ）、相対加速度Ａ（ｔ）、および相対躍度Ｊ（ｔ）とに基づいて、微小時間ｄｔごとに距離Ｄ（ｔ＋ｄｔ）を予測し、その予測された距離Ｄ（ｔ+ｄｔ）に応じた角度Ｒ（ｔ+ｄｔ）を設定してもよい。制御装置１２は、角度調節装置１４を制御することによって、カメラ１３の角度を角度Ｒ（ｔ+ｄｔ）へ指向させることによって、カメラ１３が指向する角度を徐々に変化させる。

ステップ３１では、距離Ｄ（ｔ）に応じてカメラ１３を指向させる角度Ｒ（ｔ）を設定するとともに、相対速度Ｖ（ｔ）、相対加速度Ａ（ｔ）、および相対躍度Ｊ（ｔ）に応じて角速度Ｗ（ｔ）を設定する。ここで、角速度Ｗ（ｔ）は、一定の値、または徐々に変化する値として設定することができる。例えば、カメラ１３の角速度Ｗ（ｔ）は、計測間隔のおよそ中間において望ましい画像が得られるように、相対速度Ｖ（ｔ）、相対加速度Ａ（ｔ）、および相対躍度Ｊ（ｔ）の三成分に応じて算出される一定の角速度値に設定することができる。また、カメラ１３の角速度Ｗ（ｔ）は、角加速度成分、および／または角躍度成分を含むものとして設定されてもよい。例えば、相対速度Ｖ（ｔ）に応じて角速度Ｗ（ｔ）の基本値を設定し、さらに相対加速度Ａ（ｔ）に応じて角速度Ｗ（ｔ）を変化させるように角加速度を設定することができる。さらに、相対躍度Ｊ（ｔ）に応じて角速度Ｗ（ｔ）を変化させるように角躍度を設定することができる。

次に、ステップ３２では、角度調節装置１４を制御して、カメラ１３を角度Ｒ（ｔ）の方向へ指向させるとともに、カメラ１３の角度を角速度Ｗ（ｔ）で徐々に変化させる。ステップ３１およびステップ３２の処理は、距離計測処理よりも十分に短い時間間隔で実行される。その時間間隔は、カメラ１３の角度を滑らかに、ほぼ連続的と呼べる程度の高い分解能をもって変化させるように設定されている。

なお、ステップ３２では、角度調節装置１４をフィードバック制御することができる。また、角度調節装置１４に、指令された角速度でカメラ１３の角度を変化させる機能を設け、制御装置１２から角度調節装置１４に角速度Ｗ（ｔ）を指令するようにしてもよい。また、角度調節装置１４に比較的大きい応答遅れを付与し、車両１０が所定の速度で後退するときにカメラ１３の角度がほぼ角速度Ｗ（ｔ）で変化するように制御してもよい。

図４において、制御装置１２による表示処理のフローチャートが示されている。制御装置１２は、カメラ１３で撮影された画像を、車両１０の上から車両の後部周辺を見た鳥瞰画像として、表示装置１１上に表示する。まず、ステップ４１では、カメラ１３により車両１０の後方周辺を撮影する。このとき、カメラ１３の角度は、カメラ角度処理によって動的に制御されている。ここでは、カメラ１３の撮影範囲の所定位置に障害物が継続的に位置するようにカメラ１３の角度が制御されている。ステップ４２では、撮影された画像が鳥瞰画像として適するように処理される。例えば、画像の中の不要部分を削除したり、画像の中に写りこんだ車両１０の一部分を削除したりするトリミング処理、および画像の倍率を調節する処理などが実施される。ステップ４３では、処理された画像を表示装置１１上に表示する。

次に、この実施形態の作動を説明する。図１のように、車両１０の後方に障害物１６が位置している状態で、運転者が車両１０を徐々に後退させている場合を想定する。障害物１６は、説明を容易にするために上部と下部との色が異なり、その境界線に模様１６ａが表れているものとする。

車両１０が後退する間に、距離計測処理が繰り返して実行され、距離Ｄ（ｔ）と、相対速度Ｖ（ｔ）と、相対加速度Ａ（ｔ）と、相対躍度Ｊ（ｔ）とが計測される。カメラ１３の角度は、距離Ｄ（ｔ）と、相対速度Ｖ（ｔ）と、相対加速度Ａ（ｔ）と、相対躍度Ｊ（ｔ）とに基づいて制御される。車両１０が徐々に後退して、車両１０と障害物１６との間の距離が徐々に短くなるにつれて、カメラ１３は徐々に下方を指向する。しかも、距離計測処理が実行されない期間中にも、カメラ角度処理によってカメラ１３の角度は徐々に下向きになるように変化する。このため、障害物１６が車両１０に接近するにつれて、カメラ１３の視線１３ａも徐々に車両１０に接近される。

図５は、表示装置１１に表示される画像の変化を示す平面図である。障害物１６が所定距離に到達すると、画像Ｖ１が表示される。画像Ｖ１には、障害物１６の下部の着色部分と、カメラ１３の視線１３ａを示す中央線とが表示される。画像Ｖ１上には、車両１０を示す図形を併せて表示することができる。

車両１０がさらに後退すると、カメラ１３の視線１３ａもさらに下向きになる。このとき、画像Ｖ２が表示される。しかし、カメラ１３は徐々に下向きに変化するように制御されているため、画像Ｖ１においても、画像Ｖ１から所定時間を経過した後の画像Ｖ２においても、同じ位置に障害物１６が表示される。しかも、画像Ｖ１と画像Ｖ２との間においても、障害物１６は、同じ位置に継続的に表示される。

これにより、表示装置１１を見ている利用者は、車両１０の後方に障害物１６の存在を認識することができる。しかも、障害物１６はその位置が不自然に前後するようなぶれを生じることなく、継続的に同じ位置に表示される。このため、利用者は、車両１０が後退しているという認識と整合させながら画像を見ることができる。このように、この実施形態の装置によると、利用者に与える違和感を抑制することができる。よって、利用者は装置を信頼して車両１０を運転操作することができる。

やがて、カメラ１３が最大の角度に到達し、視線１３ａが最も車両１０に接近した位置に到達すると、カメラ１３の角度は固定される。この結果、画像上では、障害物１６の映像が徐々に下方へ延びて、車両１０に接近してくる様子が表示される。例えば、画像Ｖ３に示されるように、障害物１６の模様１６ａが画像内に表示されるようになる。その後、画像Ｖ４に示されるように、さらに障害物１６が車両に接近して表示される。

図６は、比較例によって表示装置１１に表示される画像の変化を示す平面図である。この比較例では、ステップ３１において、角速度Ｗ（ｔ）を設定することなく、カメラ角度Ｒ（ｔ）だけを設定する。このため、カメラ１３の角度は、距離計測処理によって距離Ｄ（ｔ）が計測される毎に、断続的にかつ階段状に変化する。図６において、画像Ｖ１、Ｖ３、およびＶ４は、図５と同じである。この比較例では、画像Ｖ１と画像Ｖ２ａとがカメラ１３の角度の断続的な変化に同期して周期的に切り替わる。例えば、ある時刻において障害物１６が望ましい位置に位置付けられた画像Ｖ１が得られたとする。その後、次の距離計測処理が実行され、距離Ｄ（ｔ）が得られるまでは、カメラ１３の角度は、固定されるか、あるいは角度調節装置１４の制御遅れを伴って変化するに留まる。このため、カメラ１３の角度が固定されている間の距離の変化によって、画像上を障害物１６が徐々に移動して表示される。例えば、車両１０が後退する場合には、画像Ｖ２ａのように、模様１６ａが画像内に表示されるようになる。やがて、次の距離計測処理が実行され、最新の距離Ｄ（ｔ）が得られると、表示装置１１には、再び画像Ｖ１が表示される。このため、画像上では、障害物１６が周期的に伸び縮みしてぶれているように表示される。このような画像が表示されたのでは、表示装置１１を見る利用者は違和感を感じてしまう。

図１ないし図５で説明した実施形態によると、カメラ１３の視線を移動させることにより、車両１０の周辺の鳥瞰画像を得ることができる。しかも、障害物１６との距離だけでなく相対速度、相対加速度、および相対躍度を求めて、これら相対速度、相対加速度、および相対躍度に応じた角速度でカメラ１３の角度を徐々に変化させるよう角度調節装置１４を制御した。これにより、車両１０と障害物１６との距離が急速に接近するような事態においても、画像上の所定位置に障害物１６を継続的に位置させることができる。しかも、車両１０と障害物１６との間の相対的な速度の変化を示す相対加速度、および相対加速度の変化を示す相対躍度にも基づいてカメラ１３の角度を徐々に変化させている。このため、車両１０と障害物１６との間の距離の変化速度が加速度を伴って変動しても、また躍度を伴って変動しても、その変動に応じたカメラ１３の視線の移動を与えることができる。このため、画像上における障害物の位置が不自然に変動することを抑制することができる。この結果、画像を見る利用者が違和感を感じることを抑制することができる。

本発明の技術的範囲は、上述した実施形態にのみ限定されるものではない。上述した実施形態は、本発明の技術的範囲内で、多様な変形、改良、または拡張を伴うことができる。

１ 移動体周辺撮影装置
１０ 車両
１１ 表示装置
１２ 制御装置
１３ 撮影装置（カメラ）
１４ 角度調節装置
１５ 距離センサ
１３ａ 視線
１６ 障害物
１６ａ 模様

Claims (4)

1. 移動体の周辺を撮影する撮影装置（１３）と、
   前記撮影装置（１３）が指向する角度を調節する角度調節装置（１４）と、
   前記移動体の周辺の障害物を検出し、前記移動体と前記障害物との間の距離（Ｄ（ｔ））を示す信号を出力する距離センサ（１５）と、
   前記距離センサの出力に基づいて前記移動体と前記障害物との間の相対速度（Ｖ（ｔ））を求める相対速度算出手段（２２）と、
   前記距離センサの出力に基づいて前記移動体と前記障害物との間の相対加速度（Ａ（ｔ））を求める相対加速度算出手段（２３）と、
   前記距離センサの出力に基づいて前記移動体と前記障害物との間の相対躍度（Ｊ（ｔ））を求める相対躍度算出手段（２４）と、
   前記撮影装置が指向する角度を前記相対速度、相対加速度、および相対躍度に応じて徐々に変化させるように前記角度調節装置を制御する制御手段（３１、３２）とを備えることを特徴とする移動体周辺撮影装置。
2. 前記制御手段（３１、３２）は、前記撮影装置の角度を連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の移動体周辺撮影装置。
3. 前記制御手段（３１、３２）は、前記移動体と前記障害物との間の距離が変化しても、前記障害物が前記撮影装置の撮影範囲内の所定範囲を占め続けるように、前記距離と前記相対速度とに基づいて前記角度調節装置を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体周辺撮影装置。
4. 前記制御手段（３１、３２）は、前記相対速度、相対加速度、および相対躍度に応じて設定された角速度（Ｗ（ｔ））で前記撮影装置が指向する角度が変化するように前記角度調節装置（１４）を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の移動体周辺撮影装置。

Images