JP5257103B2 - 車両挙動伝達装置および車両挙動伝達方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の挙動を運転者に視覚を介して伝達する車両挙動伝達装置および車両挙動伝達方法に関する。

車速に応じて動く縞パターンを３つの楕円領域に表示し、３つの楕円領域の配列の仕方で車両の挙動を表示するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２１０５８７号公報

しかしながら、上記の従来技術では、楕円領域の長軸と縞パターンの向きが常に直交しているため、運転者には３つの縞パターンが独立したものと認識され、車両の挙動を直感的に認識できないおそれがあった。

本発明が解決しようとする課題は、運転者が車両の挙動を直接的に認識することができる車両挙動伝達装置および車両挙動伝達方法を提供することである。

本発明では、仮想視点から仮想地表面を仮想視線角度で見た三次元画像を、車両の速度及び姿勢に応じて変化させ、その三次元画像を運転者の視野周辺部に表示することで上記課題を解決する。

本発明では、運転者の視野周辺部に、車両の挙動に応じた地表面の見えの変化を模擬した三次元画像を表示する。このため、車両挙動に伴って変化するオプティック・フローが前後左右に広がる面として表現されるので、運転者が車両の挙動を直感的に認識することができる。

図１は、本発明の実施形態における車両挙動伝達装置の全体構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態における三次元画像の一例を示す図である。 図３は、本発明の実施形態における二次元配列のテクスチャの一例を示す図である。 図４は、本発明の実施形態における二次元配列のテクスチャの他の例を示す図である。 図５は、本発明の実施形態における一次元配列のテクスチャの一例を示す図である。 図６は、本発明の実施形態における一次元配列のテクスチャの他の例を示す図である。 図７は、本発明の実施形態における多段階コントラストのテクスチャの一例を示す図である。 図８は、仮想三次元空間における仮想視点、仮想注視点および仮想視線角度の関係を示す概略図である。 図９は、実際の運転者と外界との関係を示す概略図である。 図１０は、本発明の実施形態における三次元画像の一例を示す図であり、車両が直進している状態を示す図である。 図１１は、本発明の実施形態における三次元画像の一例を示す図であり、車両が加速している状態を示す図である。 図１２は、本発明の実施形態における三次元画像の一例を示す図であり、車両が右旋回している状態を示す図である。 図１３は、本発明の実施形態における三次元画像の一例を示す図であり、実際の車速よりも速めに設定した場合の図である。 図１４は、本発明の実施形態における三次元画像の一例を示す図であり、低速時に手前部分を見易く設定した場合の図である。 図１５は、本発明の実施形態における運転席周りの側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態における車両挙動伝達装置の全体構成を示すブロック図、図２は本実施形態における三次元画像の一例を示す図、図３〜図７は本実施形態におけるテクスチャの例を示す図、図８は仮想三次元空間における仮想視点、仮想注視点および仮想視線角度の関係を示す概略図、図９は実際の運転者と外界との関係を示す概略図、図１０〜図１２は車両の挙動に応じた三次元画像の変化を示す図、図１３及び図１４は必要に応じて設定を変更した場合の三次元画像を示す図、及び、図１５は本実施形態における運転席周りの側面図である。

本実施形態における車両挙動伝達装置１０は、現実の車両の挙動に伴う外界のオプティック・フローを模擬した地表面の画像を表示する装置である。この車両挙動伝達装置１０は、図１に示すように、車両の挙動を検出する車両挙動検出装置２０と、車両１の挙動に伴って生じる外界のオプティック・フローを模擬した三次元画像５０を生成する表示画像制御装置３０と、表示画像制御装置３０から出力された三次元画像５０を表示する表示ディスプレイ４０と、を備えている。

車両挙動検出装置２０は、車両１の速度を検出する車速検出部２１と、車両１のピッチ角、ロール角、およびヨー角を検出する姿勢検出部２２と、を備えている。この車両挙動検出装置２０は表示画像制御装置３０に接続されており、それぞれの検出結果を表示画像制御装置３０に出力することが可能となっている。

表示画像制御装置３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータから構成されており、車両１の挙動に応じて変化した三次元画像５０を生成して表示ディスプレイ４０に出力する。この表示画像制御装置３０は、機能的には、三次元画像５０を生成するための設定や計算を行う画像制御部３１と、画像制御部３１の計算結果に基づいて三次元画像５０を生成する画像生成部３２と、を備えている。

画像制御部３１は、先ず、仮想三次元空間における仮想地表面５１や外界との対応を定義して、図２に示すように、仮想地表面５１としてテクスチャ６０Ａを貼り付ける。

本実施形態におけるテクスチャ６０Ａは、同図に示すように、ランダムな方向を向いた複数の短い線分パターン６１をランダムな間隔で配置した二次元画像である。なお、線分パターン６１に代えて、例えば、真円又は楕円状のガウシアンブロブを用いてもよい。

このテクスチャ６０Ａは、４．５［ｃｐｄ］以上の空間周波数成分がカットされた画像である。そのため、運転者７０の視界において離心角３度以上の範囲（以下、単に視野周辺部と称する。）においても運転者７０はテクスチャ６０Ａを視認することができる。

また、例えば、視力が０．７の運転者の視野周辺部では４．５［ｃｐｄ］以上の空間周波数成分を視認することができない。これに対し、本実施形態では、テクスチャ６０Ａは、視野中央部でしか視認できない高空間周波数成分を含んでおらず、輝度エッジのない滑らかな輝度変化からなる（即ち、ぼやけた）画像である。そのため、本実施形態では、表示ディスプレイ４０への運転者の中心視線の誘導を抑制することができる。なお、以下に説明する図３〜図７に示すテクスチャ６０Ｂ〜６０Ｆも、４．５［ｃｐｄ］以上の空間周波数成分がカットされた画像である。

また、テクスチャ６０Ａでは線分パターン６１がランダムに配置されているので、車両１の挙動に伴って生じる全方向のオプティック・フローを表現することができる。なお、ランダム配置のテクスチャ６０Ａに代えて、図３に示す複数のガウシアンブロブ６２をＸＹ方向に整列したテクスチャ６０Ｂや、図４に示すＸＹ方向に沿った格子パターン６３から構成されるテクスチャ６０Ｃを用いてもよい。テクスチャ６０Ｂ，６０Ｃのような所定パターンをＸＹ方向に沿って二次元に配列したテクスチャを採用することで、ランダム配置のテクスチャ６０Ａと同様に、車両の挙動に伴って生じる全方向のオプティック・フローを表現することができる。なお、図２に示すランダム配置のテクスチャ６０Ａの方が、図３や図４に示す周期的な二次元配列のテクスチャ６０Ｂ、６０Ｃよりも、表現可能な速度範囲を広げることができる。

また、仮想地表面５１を表現する二次元画像として、図５や図６に示すような縞パターン６４，６５のみから構成されるテクスチャ６０Ｄ，６０Ｅを採用してもよい。

図５に示すＹ方向に沿った縞パターン６４から構成されるテクスチャ６０Ｄによって仮想地表面５１を表現すると、Ｙ方向の挙動を伝達することはできないが、Ｘ方向の挙動を運転者に強調して伝達することができる。このため、このテクスチャ６０Ｄは、運転者に車両の左右の挙動を強調して伝達することができるので、例えば高速道路の走行時などに有効である。

一方、図６に示すＸ方向に沿った縞パターン６５から構成されるテクスチャ６０Ｅによって仮想地表面５１を表現すると、Ｘ方向の挙動を伝達することができないが、Ｙ方向の挙動を運転者に強調して伝達することができる。このため、このテクスチャ６０Ｅは、運転者に速度感を強調して伝達することができるので、例えば山道の走行時などに有効である。

なお、車両に装備されているナビゲーションシステム等と連動して、走行状況に応じて、仮想地表面５１を表現するテクスチャを切り換えてもよい。具体的には、通常走行時は図２に示すランダム配置のテクスチャ６０Ａを使用する。そして、高速道路を走行時には図５に示すＹ方向縞パターン６４のテクスチャ６０Ｄに切り換え、山道走行時には図６に示すＸ方向縞パターン６５のテクスチャ６０Ｅに切り替えてもよい。或いは、車速に応じて、高速走行時には、図５に示すＹ方向縞パターン６４のテクスチャ６０Ｄに切り替え、低速時には、図４に示す格子パターン６３のテクスチャ６０Ｃに切り換え、それ以外は図２に示すランダム配置のテクスチャ６０Ａを使用してもよい。

また、以上のテクスチャ６０Ａ〜６０Ｅでは背景に対するパターン６１〜６５のコントラストが一定であるが、図７に示すように、テクスチャ６０Ｆを構成するパターン６６のコントラストを異ならせてもよい。図７に示すテクスチャ６０Ｆは、数段階のコントラストが設定されたガウシアンブロブ６６を有しており、コントラストが高いものほど画面上に現れる数が少なくなる（すなわち分布密度が低くなる）ように設定されている。

一般的に、オプティック・フローが高速になると、視覚の時空間的荷重特性によって平均化されテクスチャが見えなくなる現象が生じる。これに対し、本実施形態におけるテクスチャ６０Ｆでは、コントラストの高いパターンを疎に分布している。このため、相対的に低い空間周波数成分のパワーを上げることができ、運転者７０にとってはテクスチャ６０Ｆが見え易くなるので、上記のような現象を抑制することができる。

次いで、画像制御部３１は、図８に示すように、仮想三次元空間において仮想視点５２及び仮想視線角度θ_ｖを設定する。

この際、仮想視点５２の仮想地表面５１からの高さｈ_ｖ、及び、仮想視点５２から仮想注視点５３までの水平方向の距離ｄ_ｖの関係（図８参照）と、実際の運転者７０の視点７１の地表面からの高さｈ_ｒ、及び、視点７１から注視点７２までの水平方向の距離ｄ_ｒの関係（図９参照）とは相似関係となっている。また、図８に示す仮想視線角度θ_ｖは、図９に示す運転者７０の実際の視線角度θ_ｒと実質的に同一となっている。

次いで、画像制御部３１は、車両挙動検出装置２０が検出した車速及び車両１の姿勢に基づいて、仮想視点５１の移動方向や移動量、仮想地表面５１に対する視体積の姿勢等の三次元グラフィックスに必要な変数を計算する。すなわち、画像制御部３１は、車速及び車両１の姿勢に応じて、仮想視点５１、仮想注視点５３及び仮想視線角度θ_ｖを変化させ、結果的に表示ディスプレイ４０に表示する三次元画像５０を変化させる。

具体的には、図１０に示すように、たとえば車両１が前進している場合には、画像制御部３１は、仮想地表面５１を画面手前側（−Ｙ方向）に向かってスクロールさせる。この際、車両１の速度が速いほど仮想地表面５１の移動速度を速くし、車両１の速度が遅いほど仮想地表面５１の移動速度を遅くする。また、本実施形態では三次元的に表現するため、画像制御部３１は、Ｙ方向においては仮想視点５１に近づくほど移動速度を速くし、またＸ方向においても仮想視点５１から離れるほど移動速度を速くする。運転者７０は、こうした仮想地表面５１の移動を通じて、車両１の速度感を直感的に認識することができる。

また、たとえば車両１が加速をしている場合には、画像制御部３１は、図１１に示すように、車両１のピッチ角の変化に応じて仮想地平線５４を下げる。一方、特に図示しないが、車両１が減速している場合には、画像制御部３１は、車両１のピッチ角の変化に応じて仮想地平線５４を上げる。運転者７０は、こうした仮想地平線５４の上下動を通じて、車両１のピッチ角の変化を直感的に認識することができる。なお、特に図１１には図示しないが、車両１が加減速している場合は車両１は当然走行しているので、図１０の場合と同様に、仮想地表面５１が画面手前側に向かってスクロールしている。

また、たとえば車両１が右方向に旋回している場合には、画像制御部３１は、図１２に示すように、ロール角の変化に応じて仮想地平線５４を左側に傾斜させると共に、ヨー角の変化に応じて仮想地表面５１を反時計回りに回転させる。この際、本実施形態では三次元的に表現するため、仮想地平線５４に近づくほど仮想地表面５１のＸ方向の移動成分を強くし、仮想視点５２に近づくほどＹ方向の移動成分を強くする。また、ヨー角が大きいほど仮想地表面５１の回転半径を小さくし、ヨー角が小さいほど仮想地表面５１の回転半径を大きくする。

一方、特に図示しないが、車両１が左方向に旋回している場合には、画像制御部３１は、車両１のロール角及びヨー角に応じて、仮想地平線５４を右側に傾斜させると共に仮想地表面５１を時計回りに回転させる。

運転者７０は、こうした仮想地平線５４の傾斜や仮想地表面５１の回転を通じて、車両１のロール角やヨー角の変化を直感的に認識することができる。なお、ヨー角に代えて、ステアリングの操舵角を用いてもよい。

また、本実施形態における画像制御部３１は、必要に応じて、仮想視点５２の高さｈ_ｖ及び仮想視線角度θ_ｖを変更することが可能となっている。なお、本発明においては、仮想視点５２の高さｈ_ｖ又は仮想視線角度θ_ｖの少なくとも一方を変更可能であればよい。

たとえば、ＲＶ（Recreational Vehicle）車のように車高が高い車両の場合には、仮想視点５２の高さＨ_ｖを低くすると共に仮想視線角度θ_ｖを小さくすることで、図１３に示すように、三次元画像５０によって表現される速度を速くすることができる。これにより、運転者７０は実走速度に近い速度感を得ることができる。

また、たとえば、低速走行時には、仮想視線角度θ_ｖを大きくすることで、図１４に示すように、仮想視線５２に近い仮想地表面５１を見えやすくすることができる。これにより、運転者７０は車両１の挙動を詳細に認識することができる。

また、仮想地表面５１上に仮想の自車両を配置して、運転者７０に自車両の位置や進行方向等を告知してもよい。さらに、三次元画像５０において仮想光源により仮想地表面５１をスポットライト状に照らすことで、他車両、二輪車、歩行者等の運動対象物、ガードレール等の静止障害物、スクールゾーンや追越禁止ゾーン等の道路区間、車線範囲、路肩線、カーブ形状等の道路特性を示し、これらの存在等を運転者７０に報知してもよい。仮想光源に代えて、仮想地表面５１上に仮想対象物を配置したり、仮想地表面５１の一部の領域の輝度、輝度コントラスト或いは色等を変化させてもよい。なお、運転者７０の視線誘導を抑制するために、仮想自車両、スポットライトおよび仮想対象物は、低空間周波数成分のみで構成することが好ましい。

画像生成部３２は、画像制御部３１の計算結果に従って仮想三次元空間における地表面の見え（Appearance）を表す三次元画像５０を生成して、当該三次元画像５０を表示ディスプレイ４０に出力する。本実施形態では、この画像生成部３２は、特に図示しないが、三次元画像５０の縁部において仮想地表面５１の輝度と輝度コントラスト（背景との輝度差）が徐々に低下するように、三次元画像５０を生成する。このため、仮想地表面５１が突然変化したり高速にスクロールしても、表示ディスプレイ４０の表示画面縁部における目障りな明暗変化が低減される。なお、本発明においては、三次元画像の縁部において仮想地表面の輝度又は輝度コントラストの少なくとも一方を漸次的に低下すればよい。

表示ディスプレイ４０は、たとえば液晶ディスプレイで構成されており、表示画像制御装置３０から出力された三次元画像５０を運転者７０に表示する。この表示ディスプレイ４０は、図１５に示すように、運転者７０の方を向くようにダッシュボード２上に置かれており、前方を向いている標準的な姿勢の運転者７０の視野において離心角３度以上の領域に配置されている。このように、本実施形態では、運転者７０の視野周辺部に表示ディスプレイ４０を配置するので、運転者７０の前方視認に影響を与えることはない。

なお、本実施形態における標準姿勢とは、腰及び背中とシートとの間に隙間がないように深く座り、ブレーキペダルをいっぱいに踏み込んだ状態で、膝が伸び切らずに少し余裕のある位置でシートを合わせ、さらに、背中をシートにつけたままの状態で、ハンドル上部を握った両腕の肘に少し余裕がある角度で背もたれを合わせた姿勢である。

この表示ディスプレイ４０は、図１０〜図１２に示すように、車両１の挙動に応じて変化する三次元画像５０を表示する。こうした三次元画像５０を通じて、運転者７０は、走行環境や天候、時刻などに関わらず、オプティック・フロー情報を安定して取得することができる。ここで得られるオプティック・フロー情報とは、距離と方位によって異なる速度ベクトルの二次元分布の時間的な変化のことである。

以上のように、本実施形態では、運転者７０の視野周辺部に、仮想視点５２から仮想地表面５１を仮想視線角度θ_ｖで見た三次元画像５０を表示し、車両の挙動に応じてその三次元画像５０を変化させる。このため、車両挙動に伴って変化するオプティック・フローが前後左右に広がる面として表現されるので、運転者７０は車両１の挙動を直感的に認識することができる。

また、本実施形態では、仮想地表面５１を表現するテクスチャ６０Ａ〜６０Ｆが、４．５［ｃｐｄ］以下の低空間周波数成分のみから構成されているので、視野周辺部において運転者７０により視認可能であると共に、運転者７０の中心視線の誘導を抑制することができる。

また、本実施形態では、三次元画像５０における仮想視線角度θ_ｖが、運転者７０の実際の視線角度θ_ｒと実質的に同一であるため、仮想地表面５１の見え方が外界の地表面の見え方と基本的に同じであるため、運転者７０は新たな解釈を要求されない。

また、本実施形態では、必要に応じて、仮想視点５２の高さＨ_ｖや仮想視線角度θ_ｖの少なくとも一方を変更することができるので、特定の変化を強調することができる。

また、本実施形態では、三次元画像５０の縁部において、仮想地表面５１の輝度又は輝度コントラストの少なくとも一方を漸次的に低減させるので、表示ディスプレイ４０の表示画面縁部における目障りな明暗変化を低減することができる。

また、本実施形態では、仮想地表面５１を表現する二次元画像として、所定パターン６１をランダムに配置したテクスチャ６０Ａや、所定パターンを相互に直交する２方向に沿って配列したテクスチャ６０Ｂ，６０Ｃを採用することで、車両の挙動に伴って生じる全方向のオプティック・フローを表現することができる。

また、本実施形態では、仮想地表面５１を表現する二次元画像として、特定方向を向いた複数の線分パターンを実質的に平行に並べたテクスチャ６０Ｄ，６０Ｅを採用することで、特定方向の挙動に応じた仮想地表面５１の動きのみを表示するため、運転場面に応じた情報を提供することができる。

また、本実施形態では、仮想地表面５１を表現する二次元画像として、コントラストが異なる複数種のパターン６６を有し、コントラストが高いパターンほど分布密度を低くしたテクスチャ６０Ｆを採用することで、オプティック・フローの高速化に伴ってテクスチャが見え難くなる現象を抑制することができ、表現可能な速度範囲を広げることができる。

本実施形態における車速検出部２１が本発明における車速検出手段の一例に相当し、本実施形態における姿勢検出部２２が本発明における姿勢検出手段の一例に相当し、本実施形態における表示画像制御装置３０が本発明における表示画像制御手段の一例に相当し、本実施形態における表示ディスプレイ４０が本発明における表示手段の一例に相当する。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…車両
２…ダッシュボード
１０…車両挙動伝達装置
２０…車両挙動検出部
２１…車速検出部
２２…姿勢角検出部
３０…表示画像制御装置
３１…画像制御部
３２…画像生成部
４０…表示ディスプレイ
５０…三次元画像
５１…仮想地表面
５２…仮想視点
５３…仮想注視点
５４…仮想地平線
θ_ｖ…仮想視線角度
ｈ_ｖ…仮想高さ
ｄ_ｖ…仮想距離
６０Ａ〜６０Ｆ…テクスチャ
６１…線分パターン
６２…ガウシアンブロブ
６３…格子パターン
６４…Ｙ方向縞パターン
６５…Ｘ方向縞パターン
６６…ガウシアンブロブ
７０…運転者
７１…実際の視点
７２…注視点
ｈ_ｒ…実際の視点の高さ
ｄ_ｒ…実際の視点から注視点までの距離
θ_ｒ…実際の視線角度

Claims (10)

1. 車両の挙動を運転者に視覚を介して伝達する車両挙動伝達装置であって、
   前記車両の速度を検出する車速検出手段と、
   前記車両の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   仮想視点から仮想地表面を仮想視線角度で見た三次元画像を、前記車両の速度及び姿勢に応じて変化させる表示画像制御手段と、
   前記三次元画像を前記運転者の視野周辺部に表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする車両挙動伝達装置。
2. 請求項１記載の車両挙動伝達装置であって、
   前記仮想地表面を表現する二次元画像は、低空間周波数成分から構成される画像であることを特徴とする車両挙動伝達装置。
3. 請求項１又は２記載の車両挙動伝達装置であって、
   前記仮想視線角度は、前記運転者の実際の視線角度と実質的に同一であることを特徴とする車両挙動伝達装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の車両挙動伝達装置であって、
   前記表示画像制御手段は、前記仮想地表面に対する前記仮想視点の高さ又は前記仮想視線角度の少なくとも一方を変更可能であることを特徴とする車両挙動伝達装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の車両挙動伝達装置であって、
   前記三次元画像の縁部において、前記仮想地表面の輝度又は輝度コントラストの少なくとも一方が、漸次的に低下していることを特徴とする車両挙動伝達装置。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の車両挙動伝達装置であって、
   前記仮想地表面を表現する二次元画像は、所定パターンをランダムに配置した画像であることを特徴とする車両挙動伝達装置。
7. 請求項１〜５の何れかに記載の車両挙動伝達装置であって、
   前記仮想地表面を表現する二次元画像は、所定パターンを相互に直交する２方向に沿って配列した画像であることを特徴とする車両挙動伝達装置。
8. 請求項１〜５の何れかに記載の車両挙動伝達装置であって、
   前記仮想地表面を表現する二次元画像は、特定方向を向いた複数の線分パターンを実質的に平行に並べた画像であることを特徴とする車両挙動伝達装置。
9. 請求項１〜５の何れかに記載の車両挙動伝達装置であって、
   前記仮想地表面を表現する二次元画像は、コントラストが異なる複数種のパターンを有する画像であり、
   コントラストが高いパターンほど、前記二次元画像において分布密度が低くなっていることを特徴とする車両挙動伝達装置。
10. 車両の挙動を運転者に視覚を介して伝達する車両挙動伝達方法であって、
    仮想視点から仮想地表面を仮想視線角度で見た三次元画像を、前記車両の速度及び姿勢に応じて変化させ、前記三次元画像を前記運転者の視野周辺部に表示することを特徴とする車両挙動伝達方法。